DE3328564C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Zylinder­ trieb zum Erzeugen impulsartiger schneller Stoßbewegun­ gen, insbesondere für industrielle Fertigungs- und dergleichen Automaten, wobei

• a) wenigstens ein Kolben den Zylinderraum in zwei Zellen teilt, deren jede mindestens einen unmittelbaren Rohrleitungsanschluß an das Druckluftleitungsnetz hat und von denen die eine Zelle für den Arbeitshub und die andere Zelle für den Rückhub vorgesehen ist;
• b) mit dem Kolben eine die eine Stirnwand des Zylinders durchdringende Kolbenstange als Organ zur Übertragung der Kolbenimpulse auf ein Werkzeug des Automaten verbunden ist und
• c) an dem der Kolbenstange gegenüberliegenden arbeitshub­ seitigen Ende des Arbeitszylinders in dessen axialer Fortsetzung ein zylindrischer Druckluftspeicher an­ geordnet ist, der durch eine Trennwand vom Arbeits­ zylinder getrennt und über eine durch ein Ventil verschließbare zentrale Öffnung mit der arbeitshub­ seitigen Zelle des Arbeitszylinders und über einen Rohrleitungsanschluß mit dem Druckluftleitungsnetz verbunden ist.

Es ist allgemein bekannt, für die Betätigung von Werk­ zeugen in industriellen Fertigungsautomaten pneumatische Zylindertriebe zu verwenden, wobei man die Kraft von Druckluft über die Kolbenstange des Zylindertriebes auf ein bewegliches Werkzeug des Automaten überträgt.

Die Leistungsfähigkeit solcher Fertigungsautomaten, 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 Druckluftleitungsnetz in eine Arbeitsbewegung der Kolbenstange umgesetzt werden kann.

Bei bekannten Zylindertrieben dieser Art ist der Zylin­ der durch mindestens einen Kolben in mindestens zwei Zellen mit durch die Kolbenbewegungen sich ändernden Größen unterteilt, wobei jede Zelle mit einem Anschluß an ein Druckluftleitungsnetz angeschlossen ist. Beide Zellen sind wechselseitig mit Druckluft beaufschlagbar und durch die gleichen Rohranschlüsse entlüftbar. Die Beaufschlagung der einen Zelle mit Druckluft bewirkt den Arbeitshub, beispielsweise das Schließen einer Schweißzange, wobei die andere Zelle durch ihren Rohr­ anschluß 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 Druckluftleitungsnetz herrschende Druck und die Querschnitte der Rohrleitungen zur Beaufschlagung und Entlüftung des Zylinders im Verhältnis zu dessen Querschnittsfläche sind die wesentlichsten Größen, von denen die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens abhängt. Dies aber sind Größen, die nicht in wünschenswertem Um­ fang zur Verfügung stehen. Die Querschnitte des Druck­ luftleitungsnetzes können nicht beliebig groß dimen­ sioniert und der Luftdruck kann nicht beliebig hoch ein­ gestellt werden.

Man hat versucht, diesem Nachteil dadurch entgegen­ zuwirken, daß man den Zylinder zumindest an der Arbeitshubseite durch mehrere Anschlüsse mit dem Druck­ luftleitungsnetz verbunden hat. Es wurden auch Aus­ führungen erprobt, wobei am arbeitshubseitigen Ende des Zylinderinnenraums ein Ringkanal angeordnet ist. Es hat jedoch keine dieser Ausführungsformen die gewünschten Ergebnisse erbracht.

Durch die DE 32 28 109 A1 wurde ein Linearantrieb zum Erzeugen impulsartiger schneller Stoßbewegungen bekannt, dem die Aufgabe zugrundeliegt, eine erhöhte Kolben­ geschwindigkeit und somit eine schnellere Stoßbewegung zu erzielen. Diese Aufgabe soll dadurch gelöst werden, daß sich an den Arbeitsraum ein von diesem durch eine Trennwand getrennter, mit der Druckmediumquelle ver­ bundener Speicherraum anschließt und daß ein Steuer­ ventil an der Trennwand angeordnet ist, die vom Steuer­ ventil gesteuerte Kanäle für die Beaufschlagung des Arbeitsraumes vom Speicherraum her und zum Entlüften des Arbeitsraumes nach außen enthält.

Aber auch dieser Linearantrieb hat den Nachteil, daß der Kolben wegen der gezwungenermaßen nur kleinen Kanalquerschnitte nicht gewünschte Geschwindigkeit erreichen kann.

Es sind auch Zylindertriebe für die eingangs genannten Aufgaben bekanntgeworden, bei denen auf der Kolben­ stange in bestimmten Abständen mehrere Kolben in dem Zylinder angeordnet sind, wobei jede zwischen den Kolben gebildete Zelle des Zylinders mit einem Rohran­ schluß zur Verbindung mit dem Druckluftleitungsnetz versehen ist. Solche Zylindertriebe sind aber zum einen sehr aufwendig und bringen zum anderen ebenfalls nicht den gewünschten Erfolg.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen pneumatischen Zylindertrieb zu schaffen, bei dem die Anfangs­ geschwindigkeit des Kolbens zumindest beim Arbeitshub optimal vergrößert werden kann, ohne die Rohrquer­ schnitte des Druckluftleitungsnetzes zu vergrößern oder den Druck im pneumatischen System zu erhöhen.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Zylindertrieb der in der Beschreibungseinleitung und im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Zylindertrieb dieser Gattung mit den Merkmalen gemäß den kennzeichnenden Teil des Patent­ anspruchs 1 ausgestattet ist.

In dem Druckluftspeicher wird eine durch die große Ventilöffnung unmittelbar in den Arbeitszylinder leit­ bare Menge Druckluft bereitgehalten. Die benachbarte Zelle des Arbeitszylinders kann also außer durch den üblichen Anschluß zum Druckluftleitungsnetz 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 ver­ kürzt.

Eine besonders zweckmäßige Form des Druckluftspeichers weist die Merkmale gemäß den Ansprüchen 2 und 3 auf. Die koaxiale Verschraubung mit dem Arbeitszylinder ermöglicht ein leichtes Auswechseln des Druckluft­ speichers gegen einen größeren oder kleineren. So ist die Wahl einer optimal auf die jeweilige Aufgabe abgestimmte Größe des Druckluftspeichers möglich.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Ventilsteuerein­ richtung 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 Ventil­ steuerungseinrichtung durch eine koaxiale Verschraubung auf dem Gehäuse des Druckluftspeichers 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.

Derartige Druckluftspeicher sind auch bei solchen Zylindertrieben anwendbar, bei denen in dem Zylinder auf einer Kolbenstange mehrere Kolben angeordnet sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer sie bei­ spielsweise darstellenden Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Zylindertrieb nach der Erfin­ dung mit einem Druckspeicher in teilweisem Axialschnitt.

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 ange­ ordnet ist. Dieser unterteilt den Zylinderinnenraum in zwei Zellen, nämlich eine Arbeitshubzelle 4 und eine Rückhubzelle 5. Jede Zelle 4, 5 weist einen Rohrleitungsan­ schluß 6, 7 zur Verbindung mit dem Druckluftleitungs­ netz auf, wobei diese Anschlüsse jeweils in unmittel­ barer Nähe der betreffenden Stirnwand angeordnet sind. An dem die Arbeitshubzelle 4 enthaltenden Ende des Arbeitszylinders 1 ist ein Druckluftspeicher 8 mit einem zylindrischen Gehäuse 8a angeordnet, der über eine durch ein Ventil 9 verschließbare Öffnung 10 mit der Arbeitshubzelle 4 des Arbeitszylinders 1 mittels koaxialer Verschraubung 11 lösbar verbunden ist. Der Querschnitt der den Druckluftspeicher 8 mit der Arbeitshubzelle 4 verbindenden Öffnung 10 beträgt wenigstens ein Drittel des Zylinder-Innenquerschnittes.

Der Druckluftspeicher 8 ist ebenfalls mit einem Rohr­ anschluß 12 zur Verbindung mit dem Druckluftleitungs­ netz versehen und hat eine in Richtung der Ventilachse bewegliche Ventilsteuereinrichtung, die über einen Ventilschaft 9a mit dem Ventilkörper 9b verbunden ist. Die Ventilsteuereinrichtung ist als pneumatisch betätigter Expansionstrieb mit einer zweigeteilten Expansionskammer 13 ausgebildet. Sie hat ein zylin­ drisches 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 durch einen Führungsstutzen 15 in axialer Richtung verlängerte Bohrung, in welcher der Ventilschaft 9a luftdicht in axialer Richtung beweglich gelagert ist. An dem in der Expansionskammer 13 hinein­ ragenden Teil des Ventilschaftes 9a ist eine dem Innen­ querschnitt 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 durch eine koaxiale Verschraubung 18 auf dem Gehäuse 13a lösbar befestigten Gehäusedeckel 13c gegen­ einander gepreßt werden. Jede Zelle der Expansionskammer 13 ist über einen Kanal 19, 20 mit dem Druckluftlei­ tungsnetz verbunden.

Die Querschnittsfläche der Membranscheibe 16 ist etwa doppelt so groß, wie die Öffnung 10, die den Druckluft­ speicher 8 mit der Arbeitshubzelle 4 verbindet.

Die Funktion eines solchen Zylindertriebes ist folgen­ dermaßen:

Vor Beginn eines Arbeitshubes herrscht in dem Druckluft­ speicher 8 der gleiche Luftdruck, wie im Druckluft­ leitungsnetz. Die Arbeitshubzelle 4 wird durch den Rohrleitungsanschluß 6 mit Druckluft beaufschlagt. Gleichzeitig wird Druckluft über den Kanal 19 in die dem Druckluft­ speicher 8 benachbarte Zelle der Expansionskammer 13 der Ventilsteuereinrichtung geleitet.

Da die Querschnittsfläche der Membranscheibe 16 etwa doppelt so groß ist, wie der Querschnitt der Öffnung 10, wird über den Ventilschaft 9a das Ventil 9 geöffnet. Die Arbeitshubzelle 4 wird dadurch nicht nur über den Rohrleitungsanschluß 6 aus dem Druckluftleitungsnetz, sondern auch gleichzeitig noch über die verhältnis­ mäßig große Öffnung 10 aus dem Druckluftspeicher 8 beaufschlagt. Dies bewirkt eine wesentlich größere Anfangsbeschleunigung des Kolbens 3.

Nach Vollendung des Arbeitshubes kann unter Druck durch den Rohrleitungsanschluß 6 eine Halteposition eingehal­ ten oder nach Umkehr der Druckluftzufuhr der Rückhub durch Beaufschlagung der Rückhubzelle 5 und Entlüftung der Arbeitshubzelle 4 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 8 mit Druckluft beschickt. Er steht nun für einen erneuten Arbeitshub bereit.

Claims (10)

1. Pneumatischer Zylindertrieb zum Erzeugen impuls­ artiger schneller Stoßbewegungen, insbesondere für industrielle Fertigungs- und dergleichen Automaten, wobei

• a) wenigstens ein Kolben den Zylinderraum in zwei Zellen teilt, deren jede mindestens einen un­ mittelbaren Rohrleitungsanschluß an das Druckluft­ leitungsnetz hat und von denen die eine Zelle für den Arbeitshub und die andere Zelle für den Rück­ hub vorgesehen ist;
• b) mit dem Kolben eine die eine Stirnwand des Zylinders durchdringende Kolbenstange als Organ zur Übertragung der Kolbenimpulse auf ein Werk­ zeug des Automaten verbunden ist und wobei
• c) an dem der Kolbenstange gegenüberliegenden arbeitshubseitigen Ende des Arbeitszylinders in dessen axialer Fortsetzung ein zylindrischer Druckluftspeicher angeordnet ist, der durch eine Trennwand vom Arbeitszylinder getrennt und über eine durch ein Ventil verschließbare zentrale Öffnung mit der arbeitshubseitigen Zelle des Arbeitszylinders und über einen Rohrleitungsan­ schluß mit dem Druckluftleitungsnetz verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• d) die im Boden (8b) des Druckluftspeichers (8) befindliche zentrale Öffnung (10) als Ventilsitz ausgebildet ist und gemeinsam mit dem dazugehö­ rigen Ventilkörper (9b) eine Trennwand zwischen der Arbeitshubzelle (4) des Arbeitszylinders (1) und dem Druckluftspeicher (8) bildet, wobei der Querschnitt der Öffnung (10) wenigstens ein Drittel so groß ist, wie der Innenquerschnitt des Arbeitszylinders (1) und daß
• e) an der dem Arbeitszylinder (1) gegenüberliegenden Stirnseite des Druckluftspeichers (8) eine über einen am Ventilkörper (9b) angeordneten Ventil­ schaft (9a) auf das Ventil (9) wirkende, als pneumatisch betätigter Expansionstrieb ausge­ bildete Ventilsteuereinrichtung angeordnet ist.

2. Pneumatischer Zylindertrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Arbeitshubzelle (4) des Arbeitszylinders (1) gehörende Rohrleitungsanschluß (6) zum Druckluft­ leitungsnetz unmittelbar unter dem Boden (8b) des Druckluftspeichers (8) angeordnet ist.

3. Pneumatischer Zylindertrieb nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckluftspeicher (8) durch eine koaxiale Verschraubung (11) lösbar mit dem Arbeitszylinder (1) verbunden ist.

4. Pneumatischer Zylindertrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsteuereinrichtung

• a) eine Expansionskammer (13) hat, die als zylin­ drisches Gehäuse (13a) ausgebildet ist, dessen Boden (13b) den Deckel des Druckluftspeichers (8) bildet und das durch eine koaxiale Verschraubung (14) mit dem Druckluftspeicher (8) lösbar ver­ bunden ist, wobei
• b) der Boden (13b) eine durch einen Führungsstutzen (15) in axialer Richtung verlängerte Bohrung hat, in welcher der Ventilschaft (9a) luftdicht in axialer Richtung beweglich gelagert ist;
• c) an dem in die Expansionskammer (13) hineinragen­ den Teil des Ventilschaftes (9a) eine dem Innen­ querschnitt der Expansionskammer (13) entspre­ chende und mit dem Ventilschaft (9a) bewegliche Scheibe befestigt ist, durch die die Expansions­ kammer (13) in zwei luftdicht voneinander getrennte Zellen unterteilt ist;
• d) die Querschnittsfläche der an dem Ventilschaft (9a) befestigten Scheibe größer ist, als der Querschnitt der den Druckluftspeicher (8) mit dem Arbeitszylinder (1) verbindenden Öffnung (10);
• e) jede Zelle der Expansionskammer (13) über einen Kanal (19, 20) an das Druckluftleitungsnetz an­ schließbar ist, wobei für die dem Druckluft­ speicher (8) benachbarte Zelle über den Kanal (19) der Arbeitshubteil und für die äußere Zelle über den Kanal (20) der Rückhubteil des Druckluft­ leitungsnetzes vorgesehen ist und daß
• f) die Expansionskammer (13) durch einen Gehäuse­ deckel (13c) verschlossen ist, der durch eine koaxiale Verschraubung (18) lösbar am Rand des Gehäuses (13a) befestigt ist.

5. Pneumatischer Zylindertrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ende des Ventilschaftes (9a) befindliche Scheibe der Ventilsteuereinrichtung als Membran­ scheibe (16) ausgebildet ist, deren Rand an der Innenwand des zylindrischen Gehäuses (13a) zwischen zwei Ringen fixiert ist, die durch den Gehäusedeckel (13c) gegeneinander gepreßt sind.

6. Pneumatischer Zylindertrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ende des Ventilschaftes (9a) befindliche Scheibe als scheibenförmiger Kolben ausgebildet ist, dessen Rand luftdicht an der Innenwand des Gehäuses (13a) gleitend beweglich ist.

7. Pneumatischer Zylindertrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (9a) durch Schraubgewinde mit dem Ventilkörper (9b) lösbar verbunden ist.

8. Pneumatischer Zylindertrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Gehäuse (8a) des Druckluft­ speichers (8) und der Ventilschaft (9a) gegen ent­ sprechende Bauteile mit anderen, jedoch zueinander passenden Längenabmessungen austauschbar sind.

9. Pneumatischer Zylindertrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Arbeitszylinder auf der Kolbenstange mehrere Kolben in bestimmten Abständen angeordnet sind, wobei jede von einem Kolben abgeteilte Zelle des Zylinders einen Rohrleitungsanschluß zur Verbin­ dung mit dem Druckluftleitungsnetz hat.