DE3215795C2 - Druckmittelbeaufschlagbarer Arbeitszylinder - Google Patents

Abstract

Hochgeschwindigkeitszylinder mit einem Zylinder, einem Kolben und einer Kolbenstange, wobei die Masse der bewegten Teile, also insbesondere Kolben und Kolbenstange möglichst gering ist. Hierzu werden Kolbenstange und/oder Kolben hohl ausgebildet und/oder hierfür ein Material mit geringem spezifischem Gewicht, aber hoher Festigkeit, wie z.B. kohlenfaserverstärktes Glasfasermaterial, gewählt.

Description

Die Erfindung betrifft einen druckmittelbeaufschlagbaren Arbeitszylinder mit einer stirnseitig durch Zylinderdeckel druckmitteldicht abgeschlossenen Zylinderlaufbuchse, in der ein hohler Kolben mit einer als Sackloch teilweise hohl ausgebildeten Kolbenstange hin und her bewegbar gelagert ist, wobei die Kolbenstange durch einen der Zylinderdeckel druckmitteldicht hindurchgeführt ist.

Anordnungen mit den obigen Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sind z. B. aus der US-PS 3147671 bekanntgeworden, die sich auf einen ausschließlich hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnung bezieht. Es handelt sich dort um eine Vorrichtung, bei welcher der Hohlraum des Kolbens an der der Kolbenstange abgewandten Seite jedoch offen ist, so daß der eigentliche Kolben nur mehr oder weniger die Form einer verhältnismäßig dünnen Scheibe hat und bei seiner hin und her gehenden Bewegung immer eine recht große Menge des im Zylinder enthaltenen Mediums bewegen muß, so daß die Geschwindigkeit der Bewegung relativ niedrig ist, zumal auch der Kolben zur Höhlung der Kolbenstange hin offen ist, so daß hydraulisches Medium in die Kolbenstange eindringen kann und einerseits eine zusätzliche bremsende Wirkung ausübt und andererseits das Gewicht der Kolben-Kolbenstange-Einheit erhöht. Probleme gibt es bei dieser bekannten Anordnung auch hinsichtlich der Abbremsung des Kolbens bzw. Dämpfung der Kolbenbewegung am Hubende.

Anordnungen der hier in Frage stehenden Art werden auf den unterschiedlichsten Gebieten verwandt. In den letzten Jahren hat sich hierbei im Rahmen der Bestrebungen nach höherer Produktivität auf bestimmten Gebieten, wie z. B. auf dem Gebiet der Verpackungsmaschinen, das Bedürfnis ergeben, die Zylinder der gattungsgemäßen Art dahin zu verbessern, daß sie eine höhere Taktzahl und damit gesteigerte Produktivität erlauben. Die Bestrebungen sind demnach darauf gerichtet, bei Linearbewegungen die Zeit eines Arbeitstaktes zu verkürzen, z. B. durch Erreichen hoher Koibengeschwindigkeiten, außerdem sollte eine möglichst effektive Abbremsung bzw. Dämpfung der Kolbenbewegung am Hubende sichergestellt werden, ohne hierfür auf Brems- und Dämpfungseinrichtungen unterschiedlicher Art, wie z. B. eingebaute Pufferung, außen angebrachte hydraulische Stoßdämpfung oder eingebaute Federn, zurückgreifen zu müssen, zumal diese Maßnahmen nicht geeignet sind, bei Geschwindigkeiten z. B. von mehr als 1 m/sec eine befriedigende Lösung zu liefern.

In Anbetracht der obigen Nachteile des Standes deTechnik hat sich demgegenüber die Erfindung die Aufgabe gestellt, die Zylinder bei möglichst einfachem und kompaktem Aufbau durch Verringerung der Masse der bewegten Teile derart weiterzubilden, daß sie ohne weiteres höhere Kolbengeschwindigkeiten als bisher, z. B. von mehr als 1 m/sec erlauben.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die dünnwandige raumfüllende bewegte Einheit, bestehend aus hohlem Kolben und hohler Kolbenstange mit versteifenden Stegen versehen ist, aus Material mit einem hohen Verhältnis von Festigkeit zu spezifischem Gewicht wie beispielsweise kohlenfaserverstärktem Glasfasermaterial oder nicht rostendem Chromnickelstahl besteht und der Kolben allseitig geschlossen ist.

Zum Erreichen der obigen Ziele hat man erfindungsgemäß die bewegte Masse reduziert, indem man den Kolben und die Kolbenstange zwar dünnwandig und hohl, aber auch raumfüllend ausgebildet hat, wobei die äußeren Abmessungen des Kolbens und der Kolbenführungsstange verändert bleiben, weshalb keine Änderung der Kolbenstangenführung und der zugehörigen Dichtringe zu erfolgen braucht und der Komplex raumfüllend wird. Infolge der leichtgängigen Ausbildung von Kolben und Kolbenstange kann einerseits die Geschwindigkeit erhöht werden, andererseits kann die Kolbenbewegung so abgebremst werden, daß eine Zerstörung bzw. Beschädigung der Lagerdeckel durch evtl. Schläge und Stöße vermieden wird. Weil aber bei der hohlen Ausbildung insbesondere des Kolbens neben der Reduzierung der Masse sich ergeben könnte, daß eine Einschränkung von Stabilität und Festigkeit eintritt, hai man dem erfindungsgemäß entgegengewirkt, indem man den oder die Hohlräume mit Stegen versehen hat.

Hierdurch hat man einen Ausgleich für den Verlust an Festigkeit und Stabilität erzielt. Weiter hat man erfindungsgemäß zur Beibehaltung von Festigkeit und Stabilität im Vergleich mit den zum Stande der Technik gehörenden massiven Vorrichtungen vorgesehen, daß Material mit entsprechenden Eigenschaften ausgewählt wird, so z. B. der allgemein erhältliche nicht rostende Chromnickelstahl oder kohlenfaserverstärktes Glasfasermaterial, alles in allem Werkstoffe mit geringem spezifischem Gewicht bei gleichzeitiger hoher Festigkeit. Das niedrige spezifische Gewicht bedingt, daß die daraus hergestellten bewegten Teile, also Kolbenstange und/oder Kolben eine geringe Masse besitzen; die Forderung der hohen Festigkeit hingegen trägt Sorge dafür, daß bei den großen Belastungen, wie sie bei hohen Kolbengeschwindigkeiten auftreten, keinerlei Beschädigungen auftreten können.

Erfindungsgemäß sind also die bewegten Teile so ausgebildet, daß sie eine möglichst geringe Masse darstellen. Wenn nun der Kolben und demzufolge auch die damit verbundene Kolbenstange gegen Ende eines jeden Hubes abgebremst werden müssen, dann sind die zu dieser (negativen) Beschleunigung notwendigen Kräfte proportional zu den hierbei zu bewegenden Massen. Zum anderen sind diese Kräfte bei gleicher Masse proportional zur jeweiligen Beschleunigung, d. h., nach dem die am Hubende auftretenden Beschleunigungen um so größer sind, je größer die Kolbengeschwindigkeit ist, daß die auftretenden Kräfte sich ihrerseits bei Erhöhung

der Kolbengeschwindigkeit vergrößern. Aufgrund vorliegender Überlegungen läßt sich erreichen, daß bei Erhöhung der Kolbengeschwindigkeit durch eine entsprechende Reduzierung der Masse der bewegten Teile eine Kompensation dahingehend stattfindet daß die am s Hubende auftretenden Kräfte unverändert bleiben oder sogar eine Verkleinerung erfahren körnen. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Weg erlaubt also durch einfachen und demzufolge herstellungsfreundlichen Aufbau auf besonders einfache Weise das angestrebte Ziel der Erhöhung der Taktzahlen über den Weg der Erhöhung der Kolbengeschwindigkeit zu erreichen.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der in der Zeichnung beispielhaft wiedergegebenen Ausführungsform näher erläutert werden. Sie zeigt einen axialen, in Querschnittsdarstellung wiedergegebenen Schnitt durch eine Ausführungsform, bei der innerhalb der Kolbenstange ein nach außen weisendes, konzentrisches Sackloch angeordnet ist.

Der in der Zeichnung dargestellte Druckluftzylinder besteht aus einem Zylinder 1, der auf der einen Seite mit dem Boden 2 und auf der gegenüberliegenden mit einem Zylinderdeckel 3 verschlossen ist, wobei letzterer zumindest teilweise die Kolbenstange 4 führt. Sowohl der Boden 2 als auch der Zylinderdeckel 3 besitzen An-Schlußöffnungen 5 und 6, die dem Zuführen und Abführen von Druckmittel oder der Entlüftung dienen und die nur symbolisch dargestellt sind.

Die Kolbenstange 4, deren Achse mit der des Zylinders 1 zusammenfällt, ist am Zylinderdeckel verschiebbar gelagert und an ihrem innenseitigen Ende mit einem Kolben 7 verbunden. Der Kolben 7 ist mit einer breiten Umfangsnut 8 versehen, in die ein entsprechend breiter Gleitdichtring 9 aus einem Gleitlagermaterial mit niederer Reibung eingesetzt ist. Kolben 7 und die daran befestigte Kolbenstange 4 sind als Einheit im Inneren des Zylinders 1 verschiebbar.

Die Führung der Kolbenstange 4 besorgt zum einen der Zylinderdecke¹ 3, überwiegend jedoch bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel die auf den Deckel 3 fest aufgesetzte Kolbenstangenführung 10 mit auf der Kolbenstange 4 laufenden Gleitdichtringen 11 und 12, die unter axialem Abstand angeordnet sind und ebenfalls aus Gleitlagermaterial bestehen. Noch erforderliche Abstreifringe sind nicht weiter dargestellt.

Die Kolbenslange 4 ist ausnahmesweise und im Gegensatz zu den ßbrigen gezeigten Teilen nicht in Schniltdarstellung wiedergegeben. Durch die im Bereich der Achse verlaufende, gestrichelt eingezeichnete Linie wird angedeutet, daß im axialen Bereich ein Sackloch 13 eingeformt ist. Dieses kann beispielsweise vermittels Bohren eingebracht werden. Aus Stcbilitätsgründen erstreckt sich das Sackloch 13 nicht über die gesamte Länge der Kolbenstange 4, sondern endet schon in geraumem Abstand vor dem hohl ausgebildeten Kolben 7. Hierdurch ist sichergestellt, daß die an der Nahtstelle zwischen Kolbenstange 4 und Kolben 7 auftretenden vergleichsweise großen Kräfte nicht zu Beschädigungen der Kolbenstange 4 selbst führen können. Das Sackloch kann nach außen offen oder auch verschlossen sein. Der hohle Kolben und die hohle Kolbenstange sind mit versteifenden Stegen versehen.

Das Sackloch 13 und die hohle Ausbildung des Kolbens bewirken eine Reduzierung der Masse der sich bewegenden Teile, die gebildet werden aus der Kolbenstange 4, dem Kolben 7 und, was hier jedoch von untergeordneter Bedeutung ist, vom Gleitdichtring 9. Die Verringerung der Masse der sich bewegenden Teile hat zur Folge, daß bei Abbremsung des Kolbens 7 bzw. Dämpfung der Kolbenbewegung gegen Ende jedes Hubs die hierbei auftretenden Kräfte ebenfalls verkleinert werden. Dies gestattet eine pewisse Erhöhung der Kolbepgeschwindigkeit, ohne daß die in einem solchen Fall bei der Abbremsung des Kolbens 7 auftretenden Kräfte größer werden als bei einer Ausführungsform mit massiven Teilen und geringerer Kolbengeschwindigkeit.

Zusammenfassend soll nochmals festgestellt werden: Der Trend zu noch höheren Taktzahlen z. B. bei Verpackungsmaschinen etc. ist in den letzten Jahren verstärkt spürbar. Bei insbesondere pneumatischen Linearbewegungen ist dies ein Problem der Erreichung einer höheren Kolbengeschwindigkeit und auch der Abbremsung bzw. Dämpfung am Hubende, um eine Zerstörung des Lagerdeckels durch die Beschleunigung zu vermeiden.

Die Erfindung löst das obige Problem, indem es dieses an der Wurzel angeht, d. h. indem es die bewegte Masse auf ein Minimum reduziert, einerseits durch Verringerung des Gewichts der Teile, andererseits durch Verringerung der Menge des bewegten Mediums. Im übrigen erreicht man bei geeigneter Materialwahl auch noch trotzdem eine hohe Verschleißfestigkeit.

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60 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Druckmittelbeaufschlagbarer Arbeitszylinder mit einer stirnseitig durch Zylinderdeckel druckmitteldicht abgeschlossenen Zylinderlaufbuchse, in der ein hohler Kolben mit einer als Sackloch teilweise hohl ausgebildeten Kolbenstange hin und her bewegbar gelagert ist, wobei die Kolbenstange durch einen der Zylinderdeckel druckmitteldicht hindurchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnwandige raumfüllende bewegte Einheit, bestehend aus hohlem Kolben und hohler Kolbenstange mit versteifenden Stegen versehen ist, aus Material mit einem hohen Verhältnis von Festigkeit zu spezifischem Gewicht wie beispielsweise kohlenfaserverstärktem Glasfasermaterial oder nicht rostendem Chromnickelstahl besteht und der Kolben allseitig geschlossen ist.