DE3031513C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen doppeltwirkenden Druck­ mittelzylinder mit Gattungsmerkmalen nach dem Ober­ begriff des Patentanspruches 1.

Ein diese Merkmale aufweisender Druckmittelzylinder ist aus der US-PS 31 35 171 bekannt. Bei diesem Druckmittelzylinder ist der Arbeitskolben in einer bestimmten Stellung über einen längeren Zeitraum arretierbar. Dies geschieht durch eine mechanisch wirksame, in den Arbeitskolben eingebaute Keil­ vorrichtung, durch die der hohl ausgebildete Arbeitskolben nach dem Erreichen seiner Endstellung aufgeweitet und gegen die Zylinderwand gepreßt wird, wie es im Prinzip bei sogenannten Dehndornen bekannt ist. Hydraulisch wirksame Dehndorne sind aus Fer­ ling. W.: "Hydr. Werkstückspanner" in WERKSTATT BÜCHER, Springer-Verlag 1961, S. 19-21, 29-32 und 49-51, bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute und verschleißfrei arbeitende Arretierung für einen doppeltwirkenden Druckmittel­ zylinder der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die in jeder beliebigen Stellung wirksam ist, ohne daß es hierzu einer weiteren Beaufschlagung des Arbeitskolbens mit Druckmittel oder eines zusätz­ lichen Druckmittelspeichers bedarf.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung eine Ausbildung mit den Merkmalen nach dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 vorgesehen.

In der arretierten Stellung steht das zum Aufweiten des Kolbenmantels dienende Druckmedium ständig unter dem Druck der vorgespannten Feder, so daß eine Verschiebung des Arbeitskolbens nur möglich ist, wenn der durch die Feder belastete Druckerzeugerkolben entgegen der Federkraft durch das Druckmittel bewegt wird, welches auch der Bewegung des Arbeitskolbens dient. Hierdurch ist sichergestellt, daß sowohl bei einem Druckausfall als auch bei einer Druckabsenkung in dem der Betätigung des Druckmittelzylinders dienenden Druckmittel durch die vorgespannte Feder selbsttätig eine Festklemmung des Arbeitskolbens im Zylindergehäuse des Druckmittelzylinders erfolgt.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht eine Klemmung des Arbeitskolbens in jeder beliebigen Stellung, wobei die Klemmung über jede gewünschte Zeit aufrechterhalten werden kann. Diese hydraulisch bewirkte, jedoch mechanische Klemmung erfolgt ohne Schlupf, d. h. ohne Relativbewegung zwischen Arbeitskolben und Zylindergehäuse und verursacht weder einen Verschleiß noch die Gefahr eines Festfressens des Arbeitskolbens im Zylindergehäuse. Durch die sehr hohen Klemmkräfte wird weiterhin das Entstehen von Passungsrost verhindert. Außerdem werden Dichtungen am Arbeitskolben aufgrund des aufweitbaren Kolbenmantels überflüssig, da allein über das Aufweiten des Kolbenmantels die erforderliche Dichtung zwischen Arbeitskolben und Zylindergehäuse in jedem gewünschten Maß erzielt wird.

Da das System zur Erzeugung von Druck in dem das Aufweiten des Kolbenmantels verursachenden Druck­ medium geschlossen und wartungsfrei ist, ergeben sich für den erfindungsgemäßen Druckmittelzylinder sehr kleine Baumaße, so daß die Erfindung auch an kleinen sowie bewegten, vorzugsweise rotierenden Druckmittel­ zylindern angewendet werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Druckerzeugerkolben im Kolben angeordnet und auf seiner auf den Wert 100 gebracht werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Druckerzeugerkolben in der Kolbenstange angeordnet und auf seiner den Ansatz umgebenden Ringfläche durch Durchbrechungen in der Kolbenstange mit dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum des Zylindergehäuses verbunden, so daß bei einer Druckbeaufschlagung des kolbenstangenseitigen Arbeitsraumes zugleich der Druck­ erzeugerkolben entgegen der Kraft seiner Feder verschoben wird, wodurch der im Druckmedium aufgebaute Druck sinkt, die Aufwei­ tung des Kolbenmantels zurückgeht und eine Verschiebung des Arbeitskolbens möglich ist. Diese Verschiebung kann in beiden Richtungen erfolgen, und zwar abhängig davon, auf welcher Seite des Arbeitskolbens ein höherer Druck im Zylindergehäuse aufge­ baut wird.

Zur Voreinstellung des Druckes im Druckmedium und damit zur Bestimmung des Ausgangsdurchmessers des Kolbenmantels ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die zentrische Bohrung im Arbeitskolben an dem dem Ansatz des Druckerzeugerkolbens gegen­ überliegenden Ende durch eine Voreinstellschraube verschlossen. Mit dieser Voreinstellschraube ist der Ausgangsdruck im Druck­ medium und damit der Ausgangsdurchmesser des Kolbenmantels wählbar.

Damit auch bei hohen Drücken kein dem Aufweiten des Kolben­ mantels dienendes Druckmedium aus dem Arbeitskolben austreten kann, ist vor dem Ansatz des Druckerzeugerkolbens ein Dichtungs­ stopfen in der zentrischen Bohrung des Arbeitskolbens angeordnet, der sich mit steigendem Druck stärker aufweitet und damit die Abdichtung erhöht.

Erfindungsgemäß ist die den Druckerzeugerkolben belastende Feder in der Kolbenstange des Arbeitskolbens angeordnet. Ihre Vorspannkraft ist ebenfalls einstellbar. Die Feder liegt mit einem Ende an einem Gewindeflansch an, der in die Kolben­ stange eingeschraubt ist. Auch durch diesen Gewindeflansch kann eine Verstellung der Federkraft erfolgen. Weiterhin ist es möglich, die Vorspannkraft der Feder durch Verwendung unter­ schiedlicher oder mehrerer Unterlegscheiben zwischen Feder- und Gewindeflansch zu verändern. Bei einer bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung ist die Feder durch ein Tellerfeder­ paket gebildet.

Gemäß einer Weiterbildung der voranstehend erläuterten Erfindung ist in der Kolbenstange ein als Anschlag für den Druckerzeuger­ kolben dienender Gewindestift zur Begrenzung der Zusammendrückung der Feder durch das Druckmittel angeordnet. Dieser Gewindestift vermeidet somit einerseits Überlastungen der Feder und schafft andererseits einen definierten Anschlag für den Druckerzeuger­ kolben, wenn dieser entgegen der Federkraft durch das Druck­ mittel zwecks Durchmesserverringerung des Kolbenmantels ver­ schoben wird. Außerdem bestimmt dieser Gewindestift (zusammen mit der Voreinstellschraube) das Spiel zwischen Kolbenmantel und Zylinderwand, wenn die Klemmwirkung aufgehoben wird. Das Spiel muß einerseits so groß sein, daß der Kolben sich bewegen läßt, an­ dererseits aber so klein, daß das Druckmittel hinreichend abgedich­ tet wird.

Um die Steuerungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Druck­ mittelzylinders zu erweitern, wird mit der Erfindung schließ­ lich vorgeschlagen, einen dritten Druckmittelanschluß zur Zuleitung von Druckmittel zu der den Ansatz umgebenden Ring­ fläche des Druckerzeugerkolbens anzuordnen. Durch diesen dritten Druckmittelanschluß kann beispielsweise immer dann Druckmittel zugeführt werden, wenn die Klemmung des Arbeits­ kolbens im Zylindergehäuse aufgehoben werden soll.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsge­ mäßen Druckmittelzylinders in einem Längsschnitt dargestellt.

Der Druckmittelzylinder besitzt ein Zylindergehäuse 1 mit einer als Sacklochbohrung ausgebildeten zylindrischen Bohrung 1 a für einen Arbeitskolben 2. Dieser Arbeitskolben 2 ist einstückig mit einer Kolbenstange 2 a ausgeführt, die aus dem Zylinder­ gehäuse 1 herausragt und in einem Gehäusedeckel 3 abgedichtet geführt ist, der in das Zylindergehäuse 1 eingeschraubt wird. Die Abdichtung erfolgt durch einen Dichtungsring 4, unter welchem ein O-Ring 5 angeordnet ist. Weiterhin ist ein Dichtring 6 zwischen Gehäusedeckel 3 und Zylindergehäuse 1 vorgesehen. Schließlich zeigt der Gehäusedeckel 3 einen Abstreifring 7.

Um den Arbeitskolben 2 mit Druckmittel beaufschlagen zu können, sind im Zylindergehäuse 1 zwei Druckmittelanschlüsse 1 b, 1 c ausgebildet, die jeweils durch einen Anschlußstopfen 1 d mit einer Druckmittelleitung versehen werden können. Während der Druckmittelanschluß 1 b über einen Druckmittelkanal 1 e mit der Hauptfläche des Arbeitskolbens 2 in Verbindung steht, führt ein Druckmittelkanal 1 f zur Kolbenstangenseite des Arbeits­ kolbens 2.

Der Arbeitskolben 2 ist mit einem Kolbenmantel 8 versehen, der als dünnwandige Buchse ausgebildet und an seinen beiden Enden unter Bildung eines ringförmigen Druckraums 9 mit dem Arbeits­ kolben 2 fest und druckdicht verbunden ist, beispielsweise durch Schweißen. Der ringförmige Druckraum 9 zwischen Kolbenmantel 8 und Arbeitskolben 2 steht über Querbohrungen 2 b mit einer zentrischen Bohrung 2 c im Arbeitskolben 2 in Verbindung. In diese zentrische Bohrung 2 c ragt der zylindrische Ansatz 10 a eines Druckerzeugerkolbens 10 hinein, der um einen geringen Weg verschiebbar in einer Bohrung 2 d der Kolbenstange 2 a ange­ ordnet ist. Dieser Druckerzeugerkolben 10 dient zur Aufweitung des Kolbenmantels 8 mit Hilfe eines Druckmedium, das im Druck­ raum 9 sowie in den Querbohrungen 2 b und in der zentrischen Bohrung 2 c des Arbeitskolbens 2 angeordnet ist und beispielsweise eine Flüssigkeit oder eine plastische Masse ist, welche nicht oder nur in geringem Maße kompressibel sind. Durch die geringe Wandstärke des Kolbenmantels 8 weitet dieser sich mit steigendem Druck im Druckmedium auf, so daß auf diese Weise der Arbeitskol­ ben 2 an jeder beliebigen Stelle in der zylindrischen Bohrung 1 a des Zylindergehäuses 1 mechanisch festgeklemmt werden kann.

Um auch bei hohen Drücken ein Austreten des Druckmediums zwischen dem Ansatz 10 a des Druckerzeugerkolbens 10 und der zentrischen Bohrung 2 c im Arbeitskolben 2 zu verhindern, ist vor dem Ansatz 10 a ein Dichtungsstopfen 11 angeordnet. Dieser Dichtungsstopfen 11 legt sich mit zunehmendem Druck in stärkerem Maße an die Wandung der zentrischen Bohrung 2 c an, so daß ein Austreten des Druckmediums aus dem Arbeitskolben 2 ausgeschlossen ist. Der Druckerzeugerkolben 10 besitzt weiterhin einen auf einem O-Ring 12 abgestützten Dichtungsring 13, so daß er abgedichtet in der Bohrung 24 d der Kolbenstange 2 a geführt ist.

Der Druckerzeugerkolben 10 steht ständig unter der Kraft einer vorgespannten Feder 14, die beim Ausführungsbeispiel als Teller­ federpaket ausgebildet ist und sich über mindestens eine Unter­ legscheibe 15 an einem Gewindeflansch 16 abstützt, der in das aus dem Zylindergehäuse 1 herausragende Ende der Kolbenstange 2 a eingeschraubt ist. Durch mehrere oder unterschiedlich dicke Unterleg­ scheiben 15 kann die Vorspannkraft der Feder 14 verändert werden. Schließlich ist eine weitere Veränderungsmöglichkeit für den durch die Feder 14 im Druckmedium erzeugten Ausgangsdruck da­ durch gegeben, daß die zentrische Bohrung 2 c im Arbeitskolben 2 an ihrem unteren Ende durch eine Voreinstellschraube 17 ver­ schlossen ist, die mehr oder weniger tief in den Arbeitskolben 2 eingeschraubt werden kann. Hierdurch wird das Volumen des Druckmediums im Arbeitskolben 2 und damit bei gegebener Endlage des Druckerzeugerkolbens 10 der Druck im Druckmedium verändert. Es läßt sich somit sowohl durch die Voreinstellschraube 17 als auch durch Veränderung der Vorspannkraft der Feder 14 der durch den Druckerzeugerkolben 10 im Druckmedium erzeugte Druck ver­ ändern, welcher seinerseits ausschlaggebend für den Außendurch­ messer des Kolbenmantels 8 bzw. für die Klemmkraft des mit dem Kolbenmantel 8 versehenen Arbeitskolbens 2 im Zylindergehäuse 1 ist. Wegen der in gewissen Grenzen veränderlichen Außenabmessungen des Kolbenmantels 8 bedarf es keiner Dichtungen zwischen dem Arbeitskolben 2 und der zylindrischen Bohrung 1 a des Zylinder­ gehäuses 1. Gleichzeitig können auf diese Weise Toleranzen der zylindrischen Bohrung 1 a ausgeglichen werden.

Da die vorgespannte Feder 14 ständig auf den Druckerzeuger­ kolben 10 wirkt und damit den Kolbenmantel 8 aufweitet, muß zum Verschieben des Arbeitskolbens 2 innerhalb des Zylinder­ gehäuses 1 der Druckerzeugerkolben 10 entgegen der Kraft der Feder 14 geringfügig verschoben werden, damit die Klemmung aufgehoben wird. Zu diesem Zweck ist die den Ansatz 10 a um­ gebende Ringfläche 10 b des Druckerzeugerkolbens 10 mit Druck­ mittel beaufschlagbar. Es handelt sich hierbei um dasjenige Druckmittel, das auch der Verstellung des Arbeitskolbens 2 dient und sich im kolbenstangenseitigen Arbeitsraum des Zylindergehäuses 1 befindet. Die Kolbenstange 2 a ist zur Zufuhr dieses Druckmittels zur Ringfläche 10 b an ihrem Übergang zum eigentlichen Arbeitskolben 2 mit Durchbrechungen 2 e versehen.

Wenn der Arbeitskolben 2 aus seiner in der Zeichnung darge­ stellten unteren Endlage verschoben werden soll, muß zuerst Druckmittel über den rechten Druckmittelanschluß 1 c und den Druckmittelkanal 1 f dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum des Zylindergehäuses 1 zugeführt werden. Dieses Druckmittel gelangt über die Durchbrechungen 2 e auf die Ringfläche 10 b des Druck­ erzeugerkolbens 10 und schiebt diesen geringfügig entgegen der Kraft der Feder 14 zurück. In der Zeichnung ist die Klemmstellung dargestellt. Durch dieses Zurückdrücken des Druckerzeugerkolbens 10 sinkt der Druck in dem im Druckraum 9 befindlichen Druck­ medium, so daß die Belastung des Kolbenmantels 8 zurückgeht und bei einem bestimmten Druck die Klemmkraft des Arbeitskolbens 2 im Zylindergehäuse 1 insgesamt aufgehoben ist. Damit bei dem Zurückdrücken des Druckerzeugerkolbens 10 entgegen der Kraft der Feder 14 diese Feder 14 nicht unzulässig stark zusammen­ gedrückt wird, ist in dem Gewindeflansch 16 ein Gewindestift 18 eingeschraubt, der als Anschlag für den Druckerzeugerkolben 10 dient und außerdem das Spiel zwischen Kolbenmantel 8 und Bohrung 1 a des Zylindergehäuses bei der nicht geklemmten Stellung reguliert.

Gleichzeitig mit einer Druckmittelzufuhr auf die Kolben­ stangenseite, die die Klemmkraft zwischen Kolbenmantel 8 und zylindrischer Bohrung 1 a des Zylindergehäuses 1 aufhebt, wird über den linken Druckmittelanschluß 1 b Druckmittel auf die Kolbenseite des Arbeitskolbens 2 durch den Druckmittelkanal 1 e geführt. Sobald die von unten auf den Arbeitskolben 2 ausgeübte Kraft diejenige Kraft übersteigt, die von der Kolbenstangenseite her auf den Arbeitskolben 2 ausgeübt wird, bewegt sich der Arbeitskolben 2 von seiner in der Zeichnung dargestellten unteren Endlage nach oben. Bei dieser Bewegung muß im kolben­ stangenseitigen Arbeitsraum des Zylindergehäuses 1 ständig der­ jenige Druck aufrechterhalten werden, der als Gegenkraft zur Kraft der Feder 14 zur Aufhebung der Klemmung erforderlich ist.

Sobald dieser die Klemmung bewirkende Druck unter die Kraft der Feder 14 sinkt, erfolgt selbsttätig eine Klemmung des Arbeits­ kolbens 2 im Zylindergehäuse 1. Es ist somit sichergestellt, daß bei einer unerwarteten Druckabsenkung oder bei einem voll­ ständigen Ausfall des Druckes der Arbeitskolben 2 durch Klemmung im Zylindergehäuse 1 festgehalten wird. Insbesondere bei einem Einsatz des Druckmittelzylinders zur Betätigung von Spanneinrichtungen wird damit die Gefahr beseitigt, daß ein­ gespannte Werkzeuge oder Werkstücke ungewollt freigegeben werden. Da die Klemmung über eine Aufweitung des Kolbenmantels 8 ge­ schieht, ist sie nicht mit einer Relativbewegung zwischen Ar­ beitskolben 2 und Zylindergehäuse 1 verbunden. Außerdem kann die Klemmung in jeder beliebigen Stellung des Arbeitskolbens 2 innerhalb des Zylindergehäuses 1 erfolgen.

Wenn der Arbeitskolben 2 aus seiner ausgefahrenen Endlage in die in der Zeichnung dargestellte untere Endlage zurück­ bewegt werden soll, ist es beim dargestellten Ausführungsbei­ spiel lediglich erforderlich, Druckmittel über den rechten Druckmittelanschluß 1 c dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum zuzuführen. Sobald der Druck dieses Druckmittels die Klemmkraft des Arbeitskolbens 2 überwunden hat, wird der Arbeitskolben 2 nach unten verschoben.

Bezugsziffernliste

1  Zylindergehäuse
1 a  Bohrung
1 b  Druckmittelanschluß
1 c  Druckmittelanschluß
1 d  Anschlußstopfen
1 e  Druckmittelkanal
1 f  Druckmittelkanal
2  Arbeitskolben
2 a  Kolbenstange
2 b  Querbohrung
2 c  Bohrung
2 d  Bohrung
2 e  Durchbrechung
3  Gehäusedecke
4  Dichtungsring
5  O-Ring
6  Dichtring
7  Abstreifring
8  Kolbenmantel
9  Druckraum
10  Druckerzeugerkolben
10 a  Ansatz
10 b  Ringfläche
11  Dichtungsstopfen
12  O-Ring
13  Dichtungring
14  Feder
15  Unterlegscheibe
16  Gewindeflansch
17  Voreinstellschraube
18  Gewindestift

Claims (10)

1. Doppeltwirkender Druckmittelzylinder mit einem Zylindergehäuse, in dem ein mit einer aus einem Gehäusedeckel abgedichtet herausragender Kolbenstange versehener Arbeitskolben angeordnet ist, dessen Kolbenseite und dessen Kolbenstangenseite mit Druckmittel beaufschlagbar sind, das über im Zylindergehäuse ausgebildete Druckmittelkanäle jeweils durch einen Druckmittelanschluß zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Arbeitskolben (2) einen durch ein Druck­ medium aufweitbaren Kolbenmantel (8) sowie einen Druckerzeugerkolben (10) aufweist,
• - daß zwischen dem Kolbenmantel (8) und dem Arbeits­ kolben (2) ein ringförmiger Druckraum (9) ausge­ bildet ist, der mit einer zentrischen Bohrung (2 c) im Arbeitskolben (2) verbunden ist, in die ein zylindrischer Ansatz (10 a) des Druckerzeugerkol­ bens (10) abgedichtet hineinragt und
• - daß durch eine vorgespannte, durch den Drucker­ zeugerkolben (10) in Gegenrichtung beaufschlag­ bare Feder (14) der ringförmige Druckraum (9) so mit Druck beaufschlagt wird, daß durch die Ausdehnung des Kolbenmantels (8) der Arbeits­ kolben (2) kraftschlüssig in der Bohrung (1 a) arretiert wird.

2. Druckmittelzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckerzeugerkolben (10) im Arbeitskolben (2) angeordnet und auf seiner den Ansatz (10 a) umgebenden Ringfläche (10 b) durch Durchbrechungen (2 e) in der Kolbenstange (2 a) mit dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum des Zylinder­ gehäuses (1) verbunden ist.

3. Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrische Bohrung (2 c) im Arbeitskolben (2) an dem dem Ansatz (10 a) des Druckerzeugerkolbens (10) gegenüberliegenden Ende durch eine Voreinstellschraube (17) verschlossen ist.

4. Druckmittelzylinder nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ansatz (10 a) des Druckerzeugerkolbens (10) ein Dichtungsstopfen (11) angeordnet ist.

5. Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Druck­ erzeugerkolben (10) belastende Feder (14) im Arbeitskolben (2) angeordnet ist.

6. Druckmittelzylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkraft der Feder (14) einstellbar ist.

7. Druckmittelzylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (14) mit einem Ende an einem Gewindeflansch (16) anliegt, der in die Kolbenstange (2 a) eingeschraubt ist.

8. Druckmittelzylinder nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkraft der Feder (14) durch Verwendung unterschiedlicher oder mehrerer Unterlegscheiben (15) zwischen Feder (14) und Gewindeflansch (16) veränderlich ist.

9. Druckmittelzylinder nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (14) durch ein Tellerfederpaket gebildet ist.

10. Druckmittelzylinder nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kolbenstange (2 a) ein als Anschlag für den Druckerzeugerkolben (10) dienender Gewindestift (18) zur Begrenzung der Zusammendrückung der Feder (14) durch das Druckmittel angeordnet ist.