DE3137345C2

DE3137345C2 - Druckluftzylinder mit Endlagendämpfung

Info

Publication number: DE3137345C2
Application number: DE3137345A
Authority: DE
Inventors: Richard 6751 Mehlbach Müller
Original assignee: Pfaff Industriemaschinen GmbH
Current assignee: GM Pfaff AG
Priority date: 1981-09-19
Filing date: 1981-09-19
Publication date: 1985-08-14
Also published as: IT8268017A0; DE3137345A1; JPS633161B2; US4455923A; IT1155908B; JPS5865306A

Abstract

Ein in Figur 1 dargestellter Druckluftzylinder weist zwei mit dem Arbeitskolben verbundene Dämpfungskolben auf, die in je eine am Ende des Zylindergehäuses liegende Dämpfungsbohrung eintauchen. Nach dem Eintauchen eines Dämp fungskolbens kann die vom Arbeitskolben verdrängte Luft nur langsam über ein Drosselrückschlagventil entweichen, wodurch sich ein die Kolbenbewegung abbremsender Staudruck aufbaut. Damit der Arbeitskolben nicht auf dem Luftkissen zurückprallt, ist jeder Dämpfungskolben hohlgebohrt und mit einem Rückschlagventil versehen. Gegen Ende der Kolbenbewegung wird das entsprechende Rückschlagventil durch einen Stift geöffnet, wodurch der Staudruck rasch abgebaut wird.

Description

Ein Druckluftzylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist der DE-OS 20 27 395 entnehmbar. Dieser Druckluftzylinder weist zu beiden Seiten des Arbeitskolbens je einen Dämpfungskolben auf. Die Dämpfungskolben enthalten axiale Bohrungen, in denen je ein federbelastetes Rückschlagventil angeordnet ist. In die axialen Bohrungen münden radiale Bohrungen ein, die sich bis vor die jeweilige Stirnfläche des Arbeitskolbens erstrecken.

Gegen Ende der Kolbenbewegung treten die Dämpfungskolben in eine entsprechende Dämpfungsbohrung ein und verschließen dadurch die am Ende der Dämpfungsbohrung befindliche Lüftungsbohrung. Die Luft kann jetzt nur noch über eine weitere, im Endbereich des den Arbeitskolben aufnehmenden Zylinderraumes ,#:mundend& 'LÜftungsbohrungi^ndlein sichyclarah^anschließendes Drosselventil entweichen. Da die'ses Drosselventil pro Zeiteinheit nur eine begrenzte Luftmenge hindurchläßt, bildet sich vor ihr ein Staudruck, der die Kolbenbewegung abbremst.

Zur Umsteuerung des Arbeitskolbens wird nun die durch den Dämpfungskolben gegenüber dem Zylinderraum des Arbeitszylinders abgedichtete Lüftungsbohrung beaufschlagt Aufgrund des vergleichsweise hohen Arbeitsdrucks öffnet sich das Rückschlagventil, worauf der Arbeitsdruck schon zu Beginn der Umsteuerung auch am Arbeitskolben ansteht

Während des Abbremsens der Kolbenbewegung kann bei großen Massen und/oder großen Geschwindigkeiten der Staudruck vor dem Drosselventil so hoch ansteigen, daß er den Arbeitsdruck auf der andere^ KoI-benseite um ein Vielfaches übersteigt In diesem Fall prallt der Arbeitskolben auf dem Luftkissen zwischen Arbeitskolben und Drosselventil zurück. Gegen dieses unerwünschte Funktionsverhalten vermögen auch die in den Dämpfungskolben eingebauten Rückschlagventils Ie keine Abhilfe zu schaffen, da deren bewegliche Teile durch den sich aufbauenden Staudruck nur noch um so fester gegen den Ventilsitz gepreßt werden.

Es ist bekannt, Oberdrücke und Druckspitzen durch die Verwendung von Druckbegrenzungsventilen zu vermeiden. So ist z. B. bei dem in der US-PS 32 50 073 geoffenbarten Hydraulikzylinder der Zylinderraum anschlußmäßig in eine Hochdruck- und eine Niederdruckseite unterteilt wobei Druckbegrenzungsventile in den entsprechenden Leitungen ein Oberschreiten der vorgegebenen Höchstdruckwerte verhindern. Zum Verschließen einer Axialbohrung im Kolben enthält dieser an der einen Stirnseite ein federbelastetes Rückschlagventil. Der diesem zugeordnete Zylinderdeckel weist einen feststehenden Anschlagstift für die Kugel des Rückschlagventils auf. Gegen Ende des Arbeitshubes bewirkt der Anschlagstift ein Offnen des Rückschlagventils, wodurch eine Verbindung zwischen der Niederdruck- und Hochdruckseite hergestellt und infolgedessen der Arbeitsdruck schlagartig auf Niederdruckniveau abgesenkt und die Kolbenbewegung beendet wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht daß der Kolben nicht unter der Wirkung des Arbeitsdruckes an den Zylinderdeckel der Niederdruckseite anstoßen kann. Daher braucht die Niederdruckseite des ?vlinders weniger stark dimenioniert zu werden als die Hochdruckseite. Aufgrund des gegen Ende der Kolbenbewegung erfolgenden Druckabbaues auf der Hochdruckseite auf das Druckniveau der Niederdruckseite !äßt sich der Kolben nicht in eine exakte Endlage fahren und in ihr halten, so daß ein solcher Zylinder für Positionierungszwecke ungeeignet ist.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckluftzylinder zu schaffen, bei dem die Endlagenciämpfung rückprallfrei erfolgt

Durch die Maßnahme, dau die Längsbohrung ab einer bestimmten Dämpfung einen zusätzlichen Auslaßkanal bildet, wird während des Dämpfungs- bzw. Abbremsvorganges die Verbindung zu der normalen Lüftungsbohrung hergestellt wodurch die zwischen dem Ar- beitskolben und dem Drosselventil verdichtete Luft durch die Längsbohrung und das Rückschlagventil entweichen und sich dabei entspannen kann. Hierbei wird die Eintauchtiefe des Anschlagelementes so gewählt, daß einerseits eine ausreichende Bremsung bzw. Dämpfung der Kolbenbewegung erzielt und andererseits das .•jfeEntstehen^me^üb.ergrpßen-Sta.udiiuekes und damit ein

^tiZuruckprailen; d^
,wird.
Anspruch 2 gibt eine vorteilhafte konstruktive Aus-

65-gestaltung an.

In den beiden übrigen Unteransprüchen ist eine konstruktive Ausgestaltung der Endlagendämpfung an der Seite des DruckluftzyÜnd.ers angegeben, an der die KoI-

benstange aus dem Zylinciergehäuse herausgeführt ist.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargesteliten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schnittdarsiellung des Druckluftzylinders mit in der linken Endlage stehendem Arbeitskolben sowie einen Schaltplan für den Betrieb des Druckluftzylinders;

F i g. 2 eine Schnittdarstellung des rechten Endes des Druckluftzyiinders mit in der rechten Endlage stehendem Arbeitskoioen;

F i g. 3 eine Schnittdarstellung des linken Endes des Druckluftzylinders vor Beginn des Abbremsvorganges der Koibenbewegung:

F i g. 4 eine Schriittdarstellung des linken Endes des Druckluftzylinders während des Abbremsvorganges;

F i g. 5 eine Schnittdarsteilung des linken Endes des Druckluftzylinders mit in der Endlage stehendem Arbeitskolben.

Der Druckluftzylinder weist ein Gehäuse 1 auf, das aus einem Zylinderrohr 2 und zwei Endstücken 3, 4 besteht Im Zylinderrohr 2 ist ein Arbeitskolben 5 aufgenommen, der i.uf beiden Seiten mit je einem im Durchmesser kleineren Dämpfungskolben 6, 7 fest wrbunden ist

Das Endstück 3 weist eine als Dämpfungsbohrung 8 bezeichnete Längsbohrung auf, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Dämpfungskolbens 6 ist, so daß zwischen ihnen ein verhältnismäßig weiter Ringspalt 9 besteht Der Ringspalt 9 ist durch eint.n im Endstück 3 angeordneten Dichtungsring 10 gegenüber dem Zylinderraum 11 abgedichtet, in dem sich der Arbeitskolben 5 bewegt.

In dem Endstück 3 ist eine in die Dämpfungsbohrung 8 mündende, verhältnismäßig weite Lüftungsbohrung

12 vorgesehen, die mit einem Drosselrückschlagventil

13 in Verbindung steht. Bei dem Drosselrückschlagventil 13 ist ein verhältnismäßig weiter Drosselspalt eingestellt, so daß der hindurchströmenden Luft ein vergleichsweise geringer Widerstand entgegengesetzt wird. In dem Endstück 3 ist ferner eine vergleichsweise enge Lüftungsbohrung 14 vorgesehen, die einerends in den Zylinderraum 11 mündet und anderenends mit einem Drosselrückschlagventil 15 verbunden ist. Bei diesem Drosselrückschlagventil 15 ist ein verhältnismäßig enger Drosselspalt eingestellt, so daß der hindurchströmenden Luft ein vergleichsweise hoher Widerstand entgegengeseizt wird.

Der Dämpfungskolben 6 weist eine Längsbohrung 16 auf, die einerends in eine Längsbohrung 17 größeren Durchmessers mündet und anderenends mit einer Querbohrung 18 in Verbindung steht, die unmittelbar vor dem Arbeitskolben 5 liegt. In die Bohrung 17 ist eine Druckfeder 20 und eine Kugel 21 eingesetzt. In das Ende des Dämpfungskolbens 6 ist eine mit einer Bohrung 22 (Fig. 3) versehene Gewindebuchse 23 eingeschraubt, die ein Widerlager für die Kugel 21 bildet. Die Feder 20. die Kugel 21 und die Gewindebuchse 23 bilden ein Rückschlagventil 24.

Am stirnseitigen Ende des Endstückes 3 ist ein einstellbarer Gewindestift 25 angeordnet, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Bohrung 22 der .Gevvindebuchse^ist,scrdaß zwischen dem Stift 25 und •derBöhrung 22'eiiii verhiiltnisi'näßig weiter Ringspalt 26 (F ig. 5) besteht.

Das Endstück 4 weist «ine Dämpfungsbohrung 27 auf, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Dämpfungskolbens 7; (F i g. 2) ist, so daß zwischen der Dämpfungsbohrung 27 ■ und dem Dämpfungskolben 7 ein verhältnismäßig weiter Ringspalt 28 besteht. Der Ringspalt 28 ist durch einen im Endstück 4 angeordneten Dichtungsring 29 gegenüber dem Zylinderraum 11 abgedichtet.

In dem Endstück 4 ist eine in die Dämpfungsbohrung 27 mündende Lüftungsbohrung 30 enthalten, die mit einem Drosselrückschlagventil 31 verbunden ist Das Drosselrückschlagventil 31 hat einen verhältnismäßig weiten Drosselspalt Ferner ist in dem Endstück 4 eine vergleichsweise enge Lüftungsbohrung 32 enthalten, die einerends in den Zylinderraum 11 mündet und anderenends mit einem Drosselrückschlagventil 33 verbunden ist Das Drosselrückschiagventil 33 hat einen verhältnismäßig engen Drosselspalt

Der Dämpfungskolben 7 ist ähnlich gestaltet wie der Dämpfungskolben 6. Er weist demgemäß eine Längsbohrung 34 auf (Fig.2), die einerends in ein Rückschlagventil 35 und anderenends in tdne Querbohrung 36 mündet Die Querbohrung 36 liegt unmittelbar vor dem Arbeitskolben 5. Der Dämpfungskolben 7 unterscheidet sich gegenüber dem Dämp ^;:ngsko'ben 6 dadurch, daß in das Küibenende ansteik. einer Gewindebuchse ein Gewindeansatz 38 einer Kolbenstange 39 eingeschraubt ist

Die Kolbenstange 39 ist in einer in das Endstück 4 eingeschraubten Gewindebuchse 40 geführt, deren Einschraubtiefe veränderbar und durch eine Klemmschraube 41 arretierbar ist In der Kolbenstange 39 ist eine Längsbohrung 42 enthalten, die über den Gewindeansatz 38 hinaus verhältnismäßig tief in d;? Kolbenstange 39 hineingeführt ist Unmittelbar angrenzend an den Gewindeansatz 38 ist in der Kolbenstange 39 ferner ein durchgehender Längsschlitz 43 vorgesehen. In die Längsbohrung 42 ist ein verschiebbarer Stift 44 eingesetzt, der einen verjüngten Abschnitt 45 hat. Der Durchmesser dieses Stiftabschnittes 45 ist kleiner als der Durchmesser der Längsbohrung 42, so daß zwischen diesen ein verhältnismäßig weiter Ringspalt 46 vorhanden ist. Im Stift 44 ist ein Querstift 47 aufgeno-nmen, dessen Länge größer ist als der Durchmesser der Kolbenstange 39 und dadurch zwei Anschläge 48 bildet

Lie Drosselrückschlagventile 13, 15 sind durch eine Leitung 49 untereinander und über eine Leitung 50 mit einem 4/2-Wegeventi! 51 verbunden. Die Drosselrückschlagventile 31, 33 sind über eine Leitung 52 untereinander und über eine Leitung 53 mit dem gleichen Wegeventil 51 verbunden.

Der Druckluftzylinder arbeitet wie folgt:

Sofern der Arbeitskolben 5 in der in F i g. 2 dargestellten rechten Endstellung steht und in die linke Endstellung gemäß Fig. 1 bewegt werden soll, wird das Wegeventil 51 in die dargestellte Stellung geschaltet, wodurch die Druckluft über die Leitungen 53, 52, die Dros"='.kückschlagventile 31, 33 und die Lüftungsbohrungen 30, 32 in die Dämpfungsbohrung 27 und den rechten Teil des Zy'inderraumes 11 strömt.

Bei der nun stattfindenden Verschiebung des Arbeitskolbens 5 und de^r mit ihm verbundenen Dämpfungskolben 6, 7 wird die im linken Teil des Zylinderraumes 11 vorhandene Luft verdrängt, wobei sie gemäß F i g. 3 durch die Dämpfungsbohrung 8, die weite Lüftungsbohrung 12 und das Drosselrückschlagventil 13 entweicht. Da beidem DrOsselrückschlagventn 13 eift weiter Drosselspalt eingestellt ist, kann der Arbeitskolben 5 in kurzei· Zeit eine große Luftmenge verdrängen. Durch Vergrößern oder Verkleinern des Drosselspaltes läßt sich der Luftmengendurchsatz und damit die Kolbengeschwindigkeit verändern.

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Sobald der Dämpfungskolben 6 in die Dämpfungs- schlagventil 33 entweichen kann und daher verdichtet bohrung 8 eintaucht und der Dichtungsring 10 den Ring- wird.

spait 9 und den übrigen Teil der Dämpfungsbohrung 8 Die Einschraubtiefe der Gewindebuchse 40 ist so ge-

gegenüber dem Zylinderraum 11 verschließt (Fig.4) wählt,daß die nicht bezeichnete Kugel des Rückschlagkann nur noch die vom Dämpfungskolben 6 verdrängte 5 ventils 35 ebenfalls zu dem Zeitpunkt an dem sich mit Luftmenge durch die Lüftungsbohrung 12 und das seinen Anschlägen 48 an der Gewindebuchse 40 abstüt-Drosselrückschlagventil 13 weiterhin weitgehend ungc- zenden Stift 44 anschlägt und zurückgehalten wird, hindert entweichen. Die' vom Arbeitskolben 5 verdräng- wenn die Kolbenbewegung nahezu auf Null abgebremst te Luft kann dagegen nur durch die enge Lüftungsboh- ist. Bevor der Arbeitskolben 5 auf dem Luftkissen zurung J4 und das Drosselrückschlagvcntil 15 entweichen. 10 rückprallen kann, wird also das Rückschlagventil 35 ge-Ndchdem die Entlüftungsbohrung 14 selbst schon auf- öffnet, worauf die verdichtete Luft rasch durch den grund ihres geringen Durchmessers eine gewisse Dros- Ringspalt 46 und den Längsschlitz 43 in den noch nicht selwirkung hat, insbesondere aber bei dem Drosselrück- ausgefüllten Teil der Dämpfungsbohrung 27 fließen und schlagventil 15 ein enger Drosselspalt eingestellt ist, von dort über den Ringspalt 28, die Lüftungsbohrung kann über die Entlüftungsbohrung 14 und das Drossel- 15 und das Drosselrückschlagventil 31 entweichen kann, rückschlagventil 15 eine geringere Luftmenge entwei- Daraufhin setzt der Arbeitskolben 5 den kurzen restlichen als zur gleichen Zeit vom Arbeitskolben 5 ver- chen Teil seines Weges fort, bis er ohne aufzuprallen an drängt wird. Infolgedessen wird die Luft zwischen dem der inneren Stirnwand des Endstückes 4 zur Anlage Arbeitskolben 5 und dem Drosselrückschlagventil 15 kommt. Bei dieser Bewegung wird die Kolbenstange39 verdichtet. Es baut sich ein rasch größer werdender 20 gegenüber dem Stift 44 verschoben, wobei sich der Staudruck auf, der dem Arbeitsdruck der Druckluft auf Längsschlitz 43 relativ zu den Anschlägen 48 bewegt.

der anderen Seite des Arbeitskolbens 5 entgegensteht

und dadurch die Kolbenbewegung abbremst. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Die Einschraubtiefe des Gewindestiftes 25 ist so ge-

wählt, daß die Kugel 21 des Rückschlagventils 24 zu dem Zeitpunkt am Gewindestift 25 anschlägt und zurückgehalten wird, wenn die Kolbenbewegung nahezu auf Null abgebremst ist. Bevor der Arbeitskolben auf dem Luftkissen zurückprallen kann, wird also das Rückschlagventil 24 geöffnet (Fig.5), worauf die zwischen dem Arbeitskolben 5 und dem Drosselrückschlagventil 15 sowie in der Querbohrung 18 und den Längsbohrungen 16, 17 enthaltene verdichtete Luft rasch durch den Ringspalt 26, den noch nicht ausgefüllten Teil der Dämpfungsbohrung 8 und den Ringspalt 9 in die Entlüftungsbohrung 12 und von dort über das Drosselrückschlagventil 13 entweichen kann. Daraufhin setzt der Arbeitskoiben 5 den kurzen restlichen Teil seines Weges fort, bis er ohne aufzuprallen an der inneren Stirnwand des Enstückes 3 zur Anlage kommt.

Zur Rückkehr des Arbeitskolbens 5 in die rechte Endstellung gemäß Fig.2 wird das Wegeventil 51 in die andere Stellung geschaltet, worauf die Druckluft über die Leitungen 50, 49 und die Drosselrückschlagventile 13, 15 dem Druckluftzylinder zugeführt wird. Da die Lüftungsbohrung 14 einen engen Querschnitt hat, gelangt nur ein kleiner Teil der zuströmenden Druckluft auf diesem Weg in den Zylinderraum 11. Der weitaus größere Teil der Druckluft fließt über die Lüftungsbohrung 12 und den vergleichsweise weiten Ringspalt 9 in die Dämpfungsbohrung 8 und wirkt unmittelbar auf die Stirnfläche des Dämpfungskolbens 6. Sie fließt aber auch über das geöffnete Rückschlagventil 24 und die Bohrungen 16,17,18 in den Zylinderraum 11 und wirkt somit zugleich auch direkt auf den Arbeitskolben 5. Auf diese Weise wirkt der Arbeitsdruck schon zu Beginn der Kolbenbewegung auf die gesamte Kolbenfiäche, so daß eine hohe Anfahrgeschwindigkeit erzielt wird.

Gegen Ende der Kolbenbewegung tritt der Dämpfungskolben 7 Ln die Dämpfungsbohrung 27 ein, worauf die Kolbenbewegung auf die gleiche Weise abgebremst ä wird wie in der anderen Bewegungsrichtung. Es wird

also ebenfalls mit dem Eintauchen des Dämpfungskolbens 7 in die Dämpfungsbohrung 27 der Ringspalt 28 und der übrige Teil der Dämpfungsbohrung 27 gegenüber dem Zylinderraum 11 verschlossen, worauf die vom Arbeitskoiben 5 verdrängte Luft nur noch langsam über die enge Lüftungsbohrung 32 und das Drosselrück-

Claims

Patentansprüche:

1. Druckluftzylinder mit einem an einer Kolbenstange angeordneten Arbertskolfoen und wenigstens einem ihm zugeordneten, in eine Dämpfungsbohrung eintauchenden Dämpfungskolben mit einer Längsbohrung, die einerends durch ein Rückschlagventil verschlossen ist und anderenends in eine im Dämpfungskolben unmittelbar vor dem Arbeitskolben vorgesehene Querbohrung mündet, einer im Endbereich der Dämpfungsbohrung liegenden ersten Lüftungsbohrung und einer im Endbereich des den Arbeitskolben aufnehmenden Zylinderraumes mündenden zweiten Lüftungsbohrung, die mit einem Drosselventil in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß ab einer bestimmten Dämpfung die Längsbohrung (16; 34) dadurch einen zusätzlichen Auslaßkanal bildet daß deren Rückschlagventil (2i; 35) vor Erreichen der Endstellung des Arbeitskolc-ens (5) durch ein am Ende der Dämpfungsbohrung (8; 27) angeordnetes Anschlagelement (25; 44) öffnet, dessen Eintauchtiefe in die Dämpfungsbohrung (8; 27) einstellbar ist

2. Druckluftzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement von einem Gewindestift (25) gebildet ist

3. Druckluftzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß bei Anordnung des Dämpfungskolbens (7) zwischen der Kolbenstange (39) und dem Arbeitskolben i"5}das Rückschlagventil ein in Längsrichtung des Dämpfungskolbens (7) angeordnetes Kugelrückschiagventil (15) ist u.«d das Anschlagelement von einem innerhalo der Kolbenstange (39) längsverschiebbaren Stift (44) mit vinen Längsschlitz (43) der Kolbenstange (39) durchsetzenden Anschlägen (48) gebildet ist, die an einem am Zylindergehäuse (4) befestigten Anschlagstück (40) in Anlage bringbar sind.

4. Druckluftzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß das Anschlagstück eine die Kolbenstange (39) führende Gewindebuchse (40) ist.