DE3328564A1 - Pneumatischer zylindertrieb - Google Patents

Description

• TITELBEZEICHNUNG
• Pneumatischer Zylindertrieb BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumattschen Zyltndertrieb, vorzugsweise für industrielle Fertigungs- und dergleichen Automaten mit mindestens einem Kolben, der den Zylinderraum in zwei Zellen von durch die Kolbenbewegungen sich verändernden Größen unterteilt, von denen jede mindestens einen Rohranschluß an das Druckluft-Leitungsnetz hat und von denen die eine für den Arbeitshub und die andere für den Rückhub vorgesehen ist, wobei mit dem Kolben eine die eine Stirnwand des Arbeitszylinders durchdringende Kolbenstange verbunden ist, die a-ls Kraftübertragungsorgan an einem Bewegungs- und/oder Haltemechanismus zur Verrichtung sich wiederholender Bewegungs- und/oder Haltevorgänge dient.
• Es ist allgemein bekannt, für Bewegungs- und Haltemechanismen in Industriellen Fertigungsautomaten pneumatische Zyl indertriebe zu verwenden, wobei man die Kraft von Druckluft über die Kolbenstange des Zyl indertriebes in einen Bewegungs- oder Haltemechanismus überträgt.
• Die Leistungsfähigkeit solcher Ferttgungsautomaten, das heißt die Schnelligkeit, mit der eine Bewegung, z.B. das Schließen einer Schweißzange, vollzogen wird, .hängt in erheblichem Maße von der Schnelligkeit ab, mit der die Energie aus einem Druckluft-Leitungsnetz in eine Arbeitsbewegung der Kolbenstange umgesetzt werden kann.
• Bei den bekannten Zylindertrieben dieser Art ist der Zylinder durch mindestens einen Kolben In mindestens zwei Zellen mit durch die Kolbenbewegungen sich ändernden Größen unterteilt, wobei jede Zelle mit einem Anschluß an ein Druckluft-Leitungsnetz angeschlossen ist.
• Beide Zellen sind wechselseitig mit Druckluft beaufschlagbar und durch die gleichen Rohranschlüsse entlüftbar. Die Beaufschlagung der einen Kammer mit Druckluft bewirkt den Arbeitshub, beispielsweise das Schliessen einer Schweißzange, wobei die andere Kammer durch ihren Wohranschluß entlüftet wird. Die Beaufschlagung der anderen Zelle bewirkt den Rückhub (das Öffnen der Schweißzange), wobei die für den Arbeitshub zuständige Zelle entlüftet wird.
• Der in dem Druckluft-Leitungsnetz herrschende Druck und die Querschnitte der Rohrleitungen zur Beaufschlagung und Entlüftung des Zylinders im Verhältnis zu desen Querschnittsfläche sind die wesentlichsten Größen, von denen die Bewegungsgeschwindlgkeit des Kolbens abhängt. Dies aber sind Größen, die nicht in wünschenswertem Umfang zur Verfügung stehen Die Querschnitte des Druckluft-Leitungsnetzes können nicht beliebig groß dimensioniert und der Luftdruck kann nicht beliebig hoch eingestellt werden.
• Man hat versucht, diesem Nachteil dadurch entgegenzuwirken, daß man den Zylinder zumindest an der Arbeitshub-Seite durch mehrere Anschlüsse mit dem Druckluft-Leitungsnetz verbunden hat. Es wurden auch Ausführungen erprobt, wobei am-arbeitshubseitigen Ende des Zylinderinnenraums ein Ringkanal angeordnet ist. Es hat jedoch keine dieser Ausführungsformen die gewünschten Ergebnisse erbrach.t.
• Es sind auch Zylindertriebe für die eingangs genannten Aufgaben bekannt geworden, bei denen auf der Kolbenstange in bestimmten Abständen mehrere Kolben in dem Zylinder angeordnet sind, wobei jede zwischen den Kolben gebildete Zelle des Zylinders mit einem Rohranschluß zur Verbindung mit dem Druckluft-Leitungsnetz versehen ist. Solche Zyl indertriebe sind aber zum einen sehr aufwendig und bringen zum andern ebenfalls nicht den.gewünschten Erfolg.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Mittel zu schaffen, mit denen die vorbeschriebenen Mängel zu beseitigen sind. Insbesondere soll ein pneumatischer Zyl indertrieb geschaffen werden, bei dem die Anfangsgeschwindigkeit des Kolbens zumindest beim Arbeithub optimal vergrößert werden kann, ohne die Rohrquerschnitte des Druckluft-Leitungsnetzes zu vergrößern oder den Druck im pneumatischen System zu erhöhen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem pneumatischen Zylindertrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Zylindertrieb dieser Art mit den Merkmalen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanpspruchs 1 ausgestattet ist.
• In dem Druckluftspeicher wird eine durch die große Ventilöffnung unmittelbar In den Arbeitszylinder leltbare Menge Druckluft bereitgehalten. Die benachbarte Zelle des Arbeitszylinders kann also außer durch den üblichen Anschluß zum Druckluft-Leitungsnetz mit Hilfe des Druckluftspeichers zusätzlich sehr effektiv mit Druckluft beaufschlagt werden, wodurch dem Kolben eine wesentlich größere Beschleunigung erteilt wird. Die Gesamtzeit des Kolbenhubes wird dadurch wesentlich verkürzt.
• Eine besonders zweckmäßige Form des Druckluftspeichers weist die Merkmale gemäß den Ansprüchen 2 und 3 auf.
• Die koaxiale Verschraubung mit dem Arbeitszylinder ermöglichst ein leichtes Auswechseln des Druckluftspeichers gegen einen größeren oder kleineren. So ist die Wahl einer optimal auf die jeweilige Aufgabe abgestimmte Größe des Druckluftspeichers möglich.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Ventilsteuereinrichtung weist die Merkmale des Anspruchs 4 auf. In den Ansprüchen 5 und 6 sind alternative Lösungen für das Ventil-Betätigungsorgan aufgezeigt.
• Zweckmäßigerweise ist auch das Gehäuse der Ventilsteuereinrichtung durch eine koaxiale Verschraubung auf dem Gehäuse des Druckspeichers befestigt, wobei der Ventilkörper und der Ventilschaft ebenfalls durch eine Verschraubung lösbar miteinander verbunden sind.
• Um auch beim Rückhub des Zylindertriebes dem Kolben eine größere Beschleunigung zu geben, kann am anderen Ende des Zylinders in seitlicher Anordnung ebenfalls ein Druckluftspeicher der erfindungsgemäßen Art vorgesehen sein.
• Erfindungsgemäße Druckluftspeicher sind auch bei solchen Zyl indertrieben anwendbar, bei denen in dem Zylinder auf einer Kolbenstange mehrere Kolben angeordnet sind.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer sie beispielsweise darstellenden Zeichnung näher erläutert.
• Die Zeichnung zeigt einen erfindungsgemäßen Zylindertrieb - teilweise axial aufgeschnitten - mit einem Druckspeicher.
• Der'Zylindertrieb besteht im wesentlichen aus einem Arbeitszylinder 1, in dem an einer die eine Stirnwand des Zylinders durchdringenden und dort axial beweglich luftdicht gelagerten Kolbenstange 2 ein Kolben 3 angeordnet ist. Dieser unterteilt den Zylinderinnenraum in zwei Zellen, nämlich eine Arbeitshubzelle 4 und eine Rückhubzelle 5. Jede Zelle 4, 5 weist einen Rohranschluß 6, 7 zur Verbindung mit dem Druckluft-Leitungsnetz auf, wobei diese Anschlüsse jeweils in unmittelbarer Nähe der betreffenden Stirnwand angeordnet sind.
• An dem die arbeitshubseitige Zelle 4 enthaltenden Ende des Arbeitszylinders 1 ist ein Druckluftspeicher 8 mit einem zyl indrischen Gehäuse 8å angeordnet, der über eine durch ein Ventil 9 verschließbare oeffnung 10 mit der Arbeitshubzelle 4 des Zylinders 1 mittels koaxialer Verschraubung 11 lösbar verbunden ist. Der Querschnitt der den Druckspeicher 8 mit der Zelle 4 des Zylinders 1 verbindenden Öffnung 10 ist wenigstens ein Drittel so groß wie der Querschnitt des zu 1 I z/l inderlrinenraums.
• Der Druckluftspeicher 8 ist ebenfalls mit einem Rohranschluß 12 zur Verbindung mit dem Druckluft-LeItungsnetz versehen und hat eine in Richtung der Ventilachse bewegliche Ventilsteuereinrichtung, die über einen Ventllschaft 9a mit dem Ventilkörper 9b verbunden ist.
• Die Ventilsteuereinrichtung ist als pneumatisch betätigter Expanslonstrieb mit einer zweigeteilten Expansionskammer 13 ausgebildet. Sie hat ein zylindrisches Gehäuse 13a, dessen Boden 13b auch den Deckel des Druckluftspeichers 8 bildet. Seine zylindrische Wand ist durch eine koaxiale Verschraubung 14 mit dem Gehäuse 8a des Druckluftspeichers 8 lösbar verbunden.
• Der Boden 13b hat eine mit einem Fuhrungsstutzen 15 vertiefte zentrale Bohrung, in welcher der Ventilschaft 9a luftdicht in axiale Richtung beweglich gelagert ist. An dem in die Expansionskammer 13 hinelnragenden Teil des Ventilschaftes 9a ist eine dem Innenquerschnitt des Gehäuses 13a entsprechende und mit dem Ventilschaft 9a bewegliche Membranscheibe 16 befestigt.
• Deren Rand ist an der Innenwand des Gehäuses 13a zwischen zwei Ringen 17 fixiert, die zwischen dem Boden 13b und dem Deckel 13c, der durch eine koaxlale Verschraubung. -18 auf dem Gehäuse 13b lösbar befestigt ist, gegeneinander gepreßt werden. Jede Zelle der Expansionskammer 13 ist über einen Kanal 19, 20 mit dem Druckluft-Leitungsnetz verbunden.
• Die Querschnittsfläche der Membranscheibe 16 ist etwa doppelt so groß, wie die Öffnung 10, die den Druckluftspeicher 8 mit dem Arbeitszylinder 1 verbindet.
• Die Funktion des erfindungsgemäßen Zylindertriebes ist folgendermaßen: Vor Beginn eines Arbeitshubes herrscht in dem Druckluftspeicher 8 der gleiche Luftdruck, wie im Druckluft-Leitungsnetz.
• Die arbeitshubseitige Zelle 4 des Arbeitszylinders 1 wird durch den Rohranschluß 6 mit Druckluft beaufschlagt. Gleichzeitig wird Druckluft über den Kanal 19 in die dem Druckluftspeicher 8 benachbarte Zelle der Expansionskammer 13 der Ventilsteuereinrichtung geleitet.
• Da die Querschnittsfläche der Membranschelbe 16 etwa doppelt so groß ist, wie der Querschnitt der Ventilöffnung 10, wird über den Ventilschaft 9a das Ventil 9 geöffnet. Die arbeitshubseitige Zelle des Arbeitszylinders 1 wird dadurch nicht nur über den Rohranschluß 6 aus dem Druckluft-Leitungsnetz, sondern auch gleichzeitig noch über die Ventilöffnung 10 aus dem Druckluftspeicher 8 beaufschlagt. Dies bewirkt eine wesentlich größere Anfangsbeschlaunigung des Kolbens 3.
• Nach Vollendung des Arbeitshubes kann unter Druck durch den Rohrleitungsanschluß 6 eine Halteposition eingehalten oder nach Umkehr der Druckluftzufuhr der Rückhub durch Beaufschlagung der rückhubseitigen Zyl inderzelle und Entlüftung der arbeitshubseitigen Zelle eingeleitet werden. Dabei wird die bisher unter Druck stehende, dem Druckluftspeicher 8 benachbarte Zelle der Ventilsteuereinrichtung entlüftet und deren andere Zelle mit Druckluft beaufschlagt, so daß sich das Ventil 9 schließt. Über den Rohranschluß 12 wird der Druckluftspeicher S mit Druckluft beschickt. Er steht nun für einen erneuten Arbeitshub bereit.

Claims (12)

1. PATENTANSPRüCHE 1. Pneumatischer Zylindertrieb, vorzugsweise für industrielle Fertigungs- und dergleichen Automaten mit mindestens einem Kolben, der den Zylinderraum in zwei Zellen von durch die Kolbenbewegungen sich verändernden Größen unterteilt, von denen jede mindestens.einen Rohranschluß an das Druckluft-Leitungsnetz hat und von denen die eine für den Arbeltshub und die andere für den Rückhub vorgesehen ist, wobei mit dem Kolben eine die eine Stlrnwand des Zylinders durchdringende Kolbenstange verbunden ist, die als Kraftübertragungsorgan in einem Bewegungs- und/oder Haltemechanismus zur Verrichtung sich wiederholender Bewegungs- und/oder Haltevorgänge dient, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) An dem Arbeitszylinder (1) ist wenigstens an seinem die arbeitshubseitige Zelle (4) enthaltenden Ende ein Druckluftspeicher (8) mit einem vorzugsweise zylindrischen Gehäuse (8a) angeordnet; b) der Druckluftspeicher (8) ist über wenigstens eine durch ein Ventil (9) verschließbare oeffnung (10) mit der benachbarten Zelle (4) des Arbeits- zylinders C1) verbunden, deren Querschnitt wenigstens ein Drittel so groß ist wie der Zyltnderquerschnitt; c) der- Druckluftspeicher (8) (8) Ist mit einem Rohranschluß (12) zur Verbindung mit dem Druckluft-Leitungsnetz versehen; d) an dem Druckluftspeicher (8) ist an der dem ArbeItszylInder-(1) gegenüberitegenden Stirnseite eine über einen am Ventilkörper (9b) angeordneten Ventilschaft (9a) auf das Ventil (9) wirkende Ventilsteuereinrichtung angeordnet.
2. 2. Pneumatischer Zylindertrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennze chnet, daß der Boden (8b) des als Hohl körper mit einem zylindrischen Gehäuse (8a) ausgebildeten Druckluftspeichers (8) eine zentrale, als Ventil sitz ausgebildete Öffnung (10) aufwetst und 4e*gemelnsam mit dem Ventilkörper (9b) eine Stlrnwand des Arbeitszylinders (1) bildet.
3. 3. Pneumatischer Zylindertrieb nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t daß der Druckluftspeicher (8) durch eine koaxiale Verschraubung (11) lösbar mit dem Arbeltszylinder (1) verbunden ist..
4. 4. Pneumatischer Zylindertrieb nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t daß die VentIlsteuereinrichtung als pneumatisch betätigter Expansionstrieb mit folgenden Merkmalen ausgebildet ist: a) Die Expansionskammer (13) ist als zylindrisches Gehäuse (13a) ausgebildet, dessen Boden (13b) auch den Deckel des Druckluftspeichers (8) bildet und das durch eine koaxlale Verschraubung (14) mit dem Druckluftspeicher (8) lösbar verbunden ist; b) der Boden (13b) hat eine durch einen Führ;ngsstutzen (15) vertiefte zentrale Bohrung, in welcher der Ventilschaft (9a) luftdicht in axialer Richtung beweglich gelagert Ist; c) an dem In die Expansionskammer (13) htneinragenden Teil des Ventilschaftes (9a) ist eine dem Innenquerschnitt der Expanslonskammer (13) entsprechende und mit dem Ventilschaft (9a) bewegliche Scheibe befestigt, durch dte die Expansionskammer (13) in zwei luftdicht voneinander getrennte Zellen unterteilt ist; d) die Querschnittsfläche der an dem Ventilschaft (9a) befestigten Scheibe Ist größer, als der Querschnitt der den Druckluftspeicher (8) mit dem Arbeitszylinder (1) verbindenden oeffnung (10); e) jede Zelle der Expansionskammer (13) ist über einen Kanal (19, 20) an das Druckluft-Leitungsnetz anschließbar, wobei für die dem Druckluftspeicher (8) benachbarte Zelle über den Kanal (19) der Arbeitshubteil und für die äußere Zelle über den Kanal (20) der Rückhubtetl des Druckluft-Leitungsnetzes vorgesehen ist; f) die Expansionskammer (13) ist durch einen Gehäusedeckel (13c) verschlossen, der durch eine koaxiale Verschraubung (18) lösbar am Rand des Gehäuses (13a) befestigt ist.
5. 5. Pneumatischer Zylindertrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ende des Ventilschaftes (9a) befindliche Scheibe der Ventilsteuereinrichtung als Membranscheibe (16) ausgebildet ist, deren Rand an der Innenwand des zylindrischen Gehäuses (13a) zwischen zwei Ringen (17) fixiert ist, die durch den Gehäusedeckel (13c) gegeneinander gepreßt werden.
6. 6. Pneumatischer Zylindertrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ende des Ventilschaftes (9a) befindliche Scheibe als scheibenförmigen Kolben ausgebildet ist, dessen Rand luftdicht an der Innenwand des Gehäuses (13ar gleitend beweglich tst.
7. 7. Pneumatischer Zylindertrieb nach den Ansprüchen 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t, daß der Ventilschaft (9a) durch Schraubgewinde mit dem Ventilkörper (9b) lösbar verbunden ist.
8. 8. Pneumatischer Zylindertrieb nach den Ansprüchen 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t, daß das zylindrische Gehäuse (8a) des Druckluftspeichers (8) und der Ventllschaft (9a) gegen entsprechende Bauteile mit anderen, jedoch zueinander passenden Längenabmessungen austauschbar sind.
9. 9. Pneumatischer Zylindertrieb nach den Ansprüchen 1 bis 8, d a d-u'r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß am rückhubseitigen Ende des Arbeltszylinders (1) ein Druckluftspeicher in seitlicher Anordnung vorgesehen ist.
10. 10. Pneumatischer Zylindertrieb nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß ein DruckTuftspeicher mit einer Ventilsteuereinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 4 in einer Verlängerung des Arbeitszylinders angeordnet und durch einen als Ventilsitz ausgebildeten Boden mit mindestens einem Ventil von der benachbarten arbeitshubseitigen Zelle des Arbeitszylinders getrennt ist, wobei der zugehörige Rohranschluß für die Verbindung mit dem-Druckluft-Leitungsnetz unmittelbar bei dem Ventilboden angeordnet ist.
11. 11. Pneumatischer Zylindertrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der arbeitshubseitigen Zelle seitlich an dem Arbeitszylinder ein Druckluftspeicher mit einem Ventilboden und einer Ventilsteuereinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 4 angeordnet ist, wobei die Ventilöffnung des Druckluftspeichers unmittelbar bei der Stirnwand in den Arbeitszylinder mündet.
12. 12. Pneumatischer Zylindertrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e I c h n e t, daß in dem Arbeitszylinder auf der Kolbenstange mehrere Kolben in bestimmten Abständen angeordnet sind, wobei jede von einem Kolben abgeteilte Zelle des Zylinders einen Rohranschluß zur Verbindung mit dem Druckluft-Leitungsnetz hat.