DE3038391A1 - Doppeltwirkender arbeitszylinder - Google Patents

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Dr?lng.W5lfft 3 H. Bartels

Dipl.-Chem. Dr. Brandes Reg.-Nr. 126 255 _Dr„_{|ng He|d}

Dipl.-Phys. Woiff

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Genua / Italien europäischen Patentamt

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Doppeltwirkender Arbeitszylinder Telex 0722312 (patwo d)

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PA Dr. Brandes: Sitz München

7. Oktober 1980 487333 xlu

Die Erfindung betrifft einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder zu schaffen, bei dem, wenn einmal eine vorbestimmte Arbeitsstellung erreicht ist, beispielsweise der Kolben in einer seiner beiden Endstellungen angelangt ist, sichergestellt ist, daß keine Hubbewegung mehr stattfindet, auch wenn ein Druckabfall des Druckmittels, das die Hubbewegung hervorgerufen hat, stattfinden sollte. Diese Verriegelung soll erst wieder aufgehoben werden, wenn eine druckmittelgesteuerte neuerliche Arbeitsbewegung eingeleitet wird.

Die Anwendung hydraulischer oder pneumatischer Arbeitszylinder und von Arbeitszylindern allgemein, die von beliebigen strömungsfähigen Druckmitteln betätigt sind, macht es erforderlich, daß in Verbindung mit solchen Zylindern Sicherheitseinrichtungen vorgesehen werden, die eine Veränderung der relativen Kolben-Zylinder-Stellung verhindern, wenn aus irgend einem Grunde, beispielsweise durch das Auftreten eines Fehlers, ein Druckabfall bei dem Druckmittel auftritt, das den Arbeitszylinder in die betreffende,geforderte Betriebsstel-

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1300Ί 7/0810 Bestätigung verbind.ich

lung oder Arbeitsstellung gebracht hat.

Außerdem ist es auch bekannt, pneumatische oder hydraulische Zylinder anzuwenden, die für einen unterbrochenen Betrieb vorgesehen sind. Dabei ist es erforderlich, mechanische Anschlageinrichtungen vorzusehen, die, nachdem einmal die gewünschte Arbeitsstellung erreicht ist, es ermöglichen, den Druck in den Druckrohren und Druckräumen des betreffenden Zylinders wieder abzubauen. Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen doppeltwirkenden pneumatischen oder hydraulischen Zylinder zu schaffen, bei dem, nachdem der Kblben relativ zum Zylinder einmal eine bestimmte Arbeitsstellung erreicht hat, beispielsweise eine der beiden Endstellungen, diese Stellung selbsttätig beibehalten wird, auch im Falle eines Abfalls des Drucks des Betriebsmittels auf Null. Eine Rückhubbewegung findet anschließend erst dann wieder statt, nachdem unter Druck stehendes Betriebsmittel neuerlich dem Arbeitszylinder in der gewünschten Arbeitsrichtung zugeführt worden ist.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.

- 3/Beschreibung -

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1A einen Längsschnitt der einen Hälfte eines doppeltwirkenden Arbeitszylinder gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar derjenigen Hälfte, die dem blinden Zylinderdeckel benachbart ist;

Fig. 1B einen Längsschnitt der anderen Hafte des gleichen Arbeitszylinders, nämlich derjenigen Hälfte, die dem Zylinderdeckel benachbart ist, der mit einer Bohrung für den Durchtritt der Kolbenstange versehen ist, und

Fig. 2 bis 6 abgebrochen gezeichnete Teillängsschnitte, die einen Teil des Kolbens und benachbarte Zylinderteile zeigen, wobei in diesen Fig. der Kolben in verschiedenen von ihm nacheinander eingenommenen Kolbenstellungen gezeigt ist, ausgehend von der in Fig. 1A gezeigten Stellung, in der sich der Kolben in der Nähe des blinden Zylinderdeckels befindet, bis zu der in Fig. 6 gezeigten Stellung, in der sich der Kolben in der Nähe des Zylinderdeckels befindet, der für den Durchtritt der Kolbenstange mit einer Bohrung versehen ist.

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-JT-

Es wird zunächst insbesondere auf Fig. 1A und 1B bezug genommen, wo ein doppeltwirkender Arbeitszylinder 10 gezeigt ist, der einen Zylindermantel 11, einen ersten, blinden Zylinderdeckel 12 und einen zweiten Zylinderdeckel 13 (siehe Fig. 1B) besitzt, der für den Durchtritt der Kolbenstange eine Bohrung besitzt.

Im Innern des Zylindermantels 11 befindet sich ein beweglicher Kolben 20, der gegenüber der Fläche des Zylindermantels mittels einer ringförmigen Dichtung 29 abgedichtet ist. Für seine innerhalb des Zylindermantels 11 verlaufende Bewegung ist der Kolben 20 mittels einer Führungsstange 30 geführt, die an ihrem einen Ende 31- beim Ausführungsbeispiel durch eine Verschraubung mit dem Boden des blinden Zylinderdeckels 12 verbunden ist und deren anderes Ende 32 sich teilweise durch den mit der Bohrung versehenen Zylinderdeckel 13 hindürcherstreckt, von dem die Führungsstange 30 dementsprechend lediglich eine radiale Zentrierung erhält.

Die axiale Verschiebebewegung des Kolbens 20 erfolgt zusammen mit der axialen Bewegung einer rohrförmigen Kolbenstange 40, die an ihrem Ende 42 mit dem Kolben 20 verbunden ist, das in der eingefahrenen Stellung (die in Fig. 1A dargestellt ist) dem blinden Zylinderdeckel 12 benachbart ist. Die rohrförmige Kolbenstange 40 durchgreift den mit der Bohrung versehenen Zylinderdeckel 13 und gleitet auf der Führungsstange 30.

Mit ihrem dem durchbohrten Zylinderdeckel 13 zugewandten Ende 41 ist die rohrförmige Kolbenstange 40 mit einer Schubstange 50 starr verbunden, die im wesentlichen massiv ausgeführt ist und dazu benutzt wird, um die Axialbewegung des Kolbens 20 des Zylinders 10 auf den in der Zeichnung nicht dargestellten Mechanismus, der betätigt werden soll, zu übertragen.

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Wie es Fig. 1B zeigt, ist die Verbindung zwischen dem Ende 41 (auch als äußeres Ende zu bezeichnen) der rohrförmigen Kolbenstange 40 und der Schubstange 50 vermittels einer Ringnut 51 gestaltet, die in der Schubstange 50 ausgebildet ist und in die - mittels Walzen - die Wandung der rohrförmigen Kolbenstange 40 eingepreßt ist, die dementsprechend ein mit der Schubstange 50 starr verbundenes Stück bildet. Es ist zu ersehen, daß, wenn der Kolben 20 in seine dem blinden Zylinderdeckel 12 benachbarte Endstellung bewegt ist, wie sie in Fig. 1A und 1B gezeigt ist, das äußere Ende 32 der Führungsstange 30 zur Anlage am inneren Ende 52 der Schubstange 50 gelangen kann, die mit der rohrförmigen Kolbenstange 50 dauernd verbunden ist. In den anderen Stellungen darf sich im Hinblick darauf, daß die gegenseitige Lagebeziehung zwischen der aus den Teilen 40 - 50 gebildeten Einheit einerseits und der aus den Teilen 10-30 gebildeten Einheit andererseits gemäß der vorliegenden Erfindung durch anderweitige Mittel gewährleistet wird, die nachstehend erläutert werden, zwischen dem freien Ende 32 der Führungsstange 30 und dem inneren Ende 52 der Schubstange 5O ein Zwischenraum befinden.

Wie oben erwähnt, folgt die aus der rohrförmigen Kolbenstange 40 und der Schubstange 50 gebildete Baueinheit der Verschiebebewegung des Kolbens 20, wohingegen der Zylinder 10 und die Führungsstange 30 als Führungsmittel dienen. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind der Kolben 20 und die rohrförmige Kolbenstange 40 nicht starr miteinander verbunden. Zwei Federn 21 und 22 ermöglichen vielmehr eine geeignete Relativbewegung zwischen dem Kolben 20 und dem inneren Ende 42 der rohrförmigen Kolbenstange 40.

Diese Federn 22 und 21 sind zwischen Flächen 24 bzw. 23 des Kolbens 20 und zwei elastischen Sicherungsringen 26 bzw. 25 angeordnet, die an der Außenfläche der rohrförmigen Kolbenstange 40 in der Nähe von deren innerem Ende 42 befestigt sind.

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Die Federcharakteristik dieser beiden Federn 21 und 22 und die geometrischen Dimensionen der zugeordneten Bauteile sind so gewählt, daß bezüglich der in Fig. 1 A gezeigten Stellung des Kolbens, die dessen Zentralstellung entspricht, der Kolben in beiden Richtungen relativ zu der hohlen Kolbenstange 40 um zwei gleich große Wegstrecken bewegt werden kann, die mit d bezeichnet sind. Der Kolben 20 kann daher längs der hohlen Kolbenstange 40 um eine Strecke axial bewegt werden, deren Länge der Größe 2d entspricht.

Die zentrale Bohrung des Kolbens 20, die als Führungsfläche für die Verschiebebewegung des Kolbens relativ zur hohlen Kolbenstange 40 dient, ist mit zwei Ringnuten 27 und 28 versehen, die gegenüber einer mittleren Querebene P des Kolbens je um die Strecke d seitlich versetzt angeordnet sind.

In Ausrichtung auf die erwähnte zentrale Stellung des Kolbens 20 relativ zu der hohlen Kolbenstange 40 sind in dieser zwei einander diametral gegenüberliegende Bohrungen 43 und 44 ausgebildet, die mit einer ersten Ringnut 33 fluchten, die in der Führungsstange 30 ausgebildet ist, wenn sich der KoI-ben 2O gerade in seiner inneren Endstellung befindet. Zwei Kugeln 35 und 36, die als Verriegelungskörper dienen, sind teilweise in der Ringnut 33 und in den Bohrungen 43 und AA der rohrförmigen Kolbenstange 40 aufgenommen, so daß sie eine Verschiebebewegung des Kolbens 20 relativ zur hohlen Kolbenstange 40 ermöglichen. In der in Fig. 1A gezeigten Stellung halten daher die Federn 21 und 22 den Kolben 20, wenn weder rechts noch links vom Kolben 20 sich ein überdruck befindet, in seiner zentralen Stellung relativ zu den Sicherungsringen 25, 26. In dieser Stellung sind die rohrförmige Kolbenstange 40 und die Führungsstange 30 miteinander durch die Kugeln 35, 36 starr verriegelt, deren Durchmesser im wesentlichen der Summe der Tiefe der Ringnut 33 und der Stärke der rohrförmigen Kolbenstange 40 entspricht. So lange, bis der Kolben 20 nach rechts oder nach

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links durch das unter Druck stehende Druckmittel verschoben wird, bleiben Schubstange 50 und rohrförmige Kolbenstange 40 relativ zur Führungsstange 30 veriegelt, so daß sich demgemäß der Arbeitszylinder in einer verriegelten Stellung befindet.

Wenn ein Druck aufgebaut wird, der beispielsweise auf die links gelegene Fläche 23 des Kolbens 20 einwirkt, während die Kolbenstange 40 und die Führungsstange 30 noch miteinander mittels der Kugeln 35 und 3 6 verriegelt sind, wird der Kolben 20 unter Überwindung der Gegenkraft der Feder 22 nach rechts bis in die in Fig. 2 gezeigte Stellung verschoben. In dieser Stellung ist die Feder 22 vollständig zusammengedrückt, wobei die Verringerung der Abstände zwischen den einzelnen Federwindungen der oben definierten Wegstrecke d entspricht. Dementsprechend wird nunmehr die Ringnut 27 des Kolbens 20 auf die Bohrungen 43 und 44 ausgerichtet. Wenn der Druck weiterhin auf die Fläche 23 des Kolbens 20 einwirkt, überträgt dieser über die zusammengedrückte Feder 22 und den Sicherungsring 26 die Kraft auf die rohrförmige Kolbenstange 40, die nach rechts geschoben wird. Da bei Beginn dieser Bewegung (Fig. 2) die Ringnut 27 auf die Bohrungen 43 und 44 ausgerichtet ist, können die Kugeln 35 und 36 aus der Ringnut 33 austreten und in die öffnung eintreten, die durch die Ringnut 27 und die Bohrung 43 bzw. 44 der hohlen Kolbenstange 40 gebildet ist, so daß der Kolben 20 und die rohrförmige Kolbenstange 40 bezüglich der Axialbewegung starr miteinander verbunden werden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. In dieser Relativstellung von Kolben 20 und rohrförmiger Kolbenstange 40 gelangt die aus den Teilen 20-40-50 gebildete Einheit in die Nähe des äußeren Endes der Führungsstange 30, die hier mit einer zweiten Ringnut 34 (Fig. 4) versehen ist.

Bei weiterhin zusammengedrückter Feder 22 kommt die Ringnut 27 des Kolbens 20 in Deckung mit der zweiten Ringnut

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- sr-

34 der Führungsstange 30 (Fig. 5). Auch wenn der auf die linke Fläche 23 des Kolbens 20 wirkende Druck immer noch die Feder 22 zusammengepreßt hält, wird durch die gegenseitige Ausrichtung der Ringnuten 27 und 34 sowie der Bohrungen 43 und 44 die starre Koppelung zwischen Kolben 20 und rohrförmiger Kolbenstange 40 gelöst. Wenn der Druck, der auf die linke Fläche 23 des Kolbens 20 einwirkt, abgebaut wird, verschiebt die zusammengedrückte Feder 22 den Kolben 20 um die Wegstrecke d nach links, und diese ReIativbewegung wird vom Eintritt der Kugeln 35 und 36 in die öffnung begleitet, die durch die Wandstärke der Kolbenstange 40 (Bohrungen 43 und 44) und durch die Tiefe der Ringnut 34 gebildet ist (Fig. 6).

Der Kolben befindet sich nunmehr in der in Fig. 6 gezeigten Stellung, die der in Fig. 1A gezeigten Stellung genau symmetrisch ist. Bei Fehlen eines auf eine der beiden Flächen des Kolbens einwirkenden Überdrucks wird der Kolben 20 in einer zentralen Stellung relativ zu den Bohrungen 43 und 44 von den Federn 21 und 22 gehalten. Gleichzeitig ist die Kolbenstange 40 gegen axiale Verschiebebewegungen starr mit der Führungsstange 30 verriegelt. Der Arbeitszylinder ist daher wiederum im verriegelten Zustand.

Der übergang des Kolbens von der in Fig. 6 gezeigten Stellung in die in Fig. IA gezeigte Stellung, und damit der entsprechende Arbeitsgang des Arbeitszylinders, gestaltet sich genau umgekehrt wie der vorstehend beschriebene Ablauf.

Andererseits ist als wesentlich zu bemerken, daß die Führungsstange 30 mit mehr als zwei Ringnuten versehen sein kann und daß diese in beliebigen Zwischenstellungen angeordnet sein können. Es ist daher möglich, die Kolben-Zylinder-Einheit in jeder beliebigen gewünschten Zwischenstellung zu verriegeln, ebenso wie ir: den Endstellungen,

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- -erweich letzteres in der Zeichnung gezeigt ist. Es ist außerdem ersichtlich, daß in der Führungsstange 30 auch nur eine einzige Ringnut vorgesehen sein könnte, also nicht notwendigerweise in beiden Endstellungen des Kolbens Ringnuten vorhanden sein müßten. Obgleich die Erfindung oben anhand eines in der Zeichnung dargestellten speziellen Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, versteht es sich, daß vielfältige Abwandlungen und Weiterbildungen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

- 10/Patentansprüche -

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Claims (5)

1. Patentansprüche 1·) Doppeltwirkender Arbeitszylinder mit einer An-

   schlageinrichtung für mindestens eine vorbestimmte Arbeitsstellung, vorzugsweise für zumindest beide Hubweg-Endstellungen, mit einem Zylindermantel, der an einer Seite mit einem blinden Zylinderdeckel und an der anderen Seite mit einem mit einer Durchgangsbohrung für die Kolbenstange versehenen Zylinderdeckel abgeschlossen ist, und mit einem innerhalb des Zylindermantels zusammen mit einer hohlen Kolbenstange verschiebbaren Kolben, die längs einer Führungsstange verschiebbar ist, die am blinden Zylinderdeckel fest angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) mit axialem Spiel an der rohrförmigen Kolbenstange (40) mittels zweier Schultern (25, 26), die an der äußeren Oberfläche der rohrförmigen Stange (40) vcrgesehen sind, sowie mittels zweier Federn (21, 22) befestigt ist, die beidseits des Kolbens (20) zwischen je einer Fläche (23, 24) desselben und den zugeordneten Schultern (25 bzw. 26) angeordnet sind, daß die zylindrische Bohrung des Kolbens (20), durch die die rohrförmige Stange (40) hindurch verläuft, mit zwei Ringnuten (27 und 28) und die rohrförmige Stange (40) mit mindestens einer Bohrung (43, 44) in ihrer Wandung versehen ist, deren Lage der mittleren Axialstellung (P) des Kolbens (20) relativ zur rohrförmigen Stange (40) entspricht, daß mindestens eine Ringnut (33, 34) in der Führungsstange

   (30) ausgebildet und mindestens eine Verriegelungskugel (35, 36) in jeder der Bohrungen (43, 44) der Wandung der rohrförmigen Stange (40) vorgesehen ist und daß der Durchmesser der Verriegelungskugeln (35,36) größer ist als die Wandstärke der rohrförmigen Stange (40), jedoch geringer ist als die Summe aus der Wandstärke der rohrförmigen Stange (40) und der Tiefe der Ringnuten (27, 28) des Kolbens (20) und auch geringer ist als die Summe aus der Wandstärke der rohrförmigen Stange (40) und der Tiefe der Ringnuten (33, 34) der Führung sstange (30).

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   ORIGINAL INSPECTED

   - jK -
2. 2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden an der inneren Oberfläche der Axialbohrung des Kolbens (20) ausgebildeten Ringnuten (27, 28) je um eine gleich große Wegstrecke (d) von der Mittelebene (P) des Kolbens (20) entfernt sind und daß diese Wegstrecke

   (d) der größtmöglichen Verkürzung beim Zusammendrücken jeder der beiden Federn (21, 22) entspricht, die an den beiden Seiten des Kolbens (20) vorgesehen sind.
3. 3. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Schultern an der äußeren Oberfläche der rohrförmigen Stange (40), die die relative axiale Bewegung zwischen Kolben (20) und rohrförmiger Stange (40) begrenzen,durch elastische Sicherungsringe (25, 26) gebildet sind,die in zugeordneten Nuten an der äußeren Oberfläche der rohrförmigen Stange (40) sitzen.
4. 4. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß an der äußeren Oberfläche der Führungsstange (30) je eine Ringnut (33, 34) für jede der gewünschten Stellungen, in denen der Kolben (20) relativ zum Zylindermantel (11) verriegelt werden soll, vorgesehen sind.
5. 5. Zylinder nach mindestens einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstange (30), vorzugsweise durch Verschrauben, an der Innenfläche des blinden Zylinderdeckels (12) des Zylindermantels (11) befestigt ist.

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