DE3329832A1 - Single-acting working cylinder - Google Patents
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Abstract
Description
17- August 1333 D 9129-nralAugust 17, 1333 D 9129-nral
Festo KG , 73°o Esslingen
Einfachwirkender ArbeitszylinderFesto KG, 73 ° o Esslingen
Single-acting working cylinder
Die Erfindung betrifft einen einfachvrirkenden Druckmittel-Arbeitszylinder. The invention relates to a single-acting pressure medium working cylinder.
Derartige Arbeitszylinder bestehen aus einem Zylinderrohr und einem darin enthaltenen, dichtend an dem Zylinderrohr anliegenden Kolben. Der Kolben teilt in dem Zylinderrohr einen Arbeitsraum ab, der mit dem Druckmittel beaufschlagt bzw. druckentlastet werden kann. Bei Druckbeaufschlagung führen der Kolben und der Zylinder eine angetriebene Axialbewegung relativ zueinander aus', und zwar entgegen einer dabei überwundenen Rückstellkraft. Bei einer Druckentlastung des Arbeitsraums wird die Rückstellkraft wirksam, und der Kolben und das Zylinderrohr werden in ihre Ausgangsstellung überführt. Bei einfachwirkenden Druckmittel-Arbeitszylindern der genannten Art stellt häufig der Kolben das angetriebene Teil dar und er führt eine axiale Rückbewegung im Innern desSuch working cylinders consist of a cylinder tube and a piston contained therein and resting sealingly on the cylinder tube. The piston divides in the cylinder tube a working space that can be acted upon or relieved of pressure with the pressure medium. When pressurized the piston and the cylinder perform a driven axial movement relative to one another ', namely against one thereby overcome restoring force. When the pressure in the working space is relieved, the restoring force becomes effective, and the The piston and the cylinder tube are returned to their starting position. With single-acting pressure medium working cylinders of the type mentioned, the piston is often the driven part and it performs an axial return movement inside the
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Zylinderrohrs aus. Andererseits kann aber auch das Zylinderrohr angetrieben werden, und auf einem ortsfest verbleibenden Kolben laufen.Cylinder barrel. On the other hand, the cylinder tube can also be driven and on a stationary one Pistons run.
Ein Kennzeichen einfachwirkender Druckmittel-Arbeitszylinder ist die einseitige Beaufschlagung des Kolbens mit dem Druckmittel. Entsprechend wird ein druckmittelbetriebener Arbeitshub nur in einer Richtung ausgeübt, und um einen geschlossenen Arbeitszyklus zu erhalten, ist eine Rückstellung des jeweiligen Antriebsteils erforderlich. Hierzu wird nach dem Stand der Technik eine mechanische Feder, z.B. in Gestalt einer Spiralfeder, verwendet, die bei dem Arbeitshub des Antriebsteils gespannt wird. Ein wesentlicher Hachteil dieser Bauform ist die beschränkte Baulänge. Einfachwirkende Zylinder mit Federrückholung sind von der mechanischen Konstruktion und Federauslegung her auf cirka 1oo mm Hublänge begrenzt.A characteristic of single-acting pressure medium working cylinders is the unilateral application of the pressure medium to the piston. Accordingly, a pressure-operated working stroke is only exerted in one direction, and around a closed one To obtain the duty cycle, a reset of the respective drive part is necessary. For this purpose, according to the status of Technique a mechanical spring, e.g. in the form of a spiral spring, used in the working stroke of the drive part is tensioned. A major disadvantage of this design is the limited length. Single acting cylinders with spring return are limited to a stroke length of approx. 100 mm in terms of mechanical construction and spring design.
Um zu größeren Hublängen fortzuschreiten^werden Druckmittel-Arbeitszylinder üblicher Weise als doppeltwirkende Zylinder konstruiert. Bei diesen wird der Arbeitshub und der Rückhub des Antriebsteils gleichermaßen druckmittelgetrieben ausgeführt. Doppeltwirkende Zylinder haben aber den Nachteil, im Vor- und Rücklauf mindestens gleich viel Druckmittel-Antriebsenergie zu benötigen wie einfachwirkende Zylinder mit Federrückholung. Der entsprechende Druckmittelkreis^ z.B. ein Hydraulik- ocer Pneumatikkreis, muß entsprechend aufwendiger ausgelegt werden, um die größere Energieaufnahme des doppeltwirkenden Arbeitszylinders zu befriedigen. Hiermit ist aber ein höherer In order to progress to greater stroke lengths, pressure medium working cylinders are used Usually constructed as a double-acting cylinder. With these, the working stroke and the return stroke of the drive part is carried out equally driven by pressure medium. Double-acting cylinders have the disadvantage, however, in the before and Return requires at least the same amount of pressure medium drive energy as single-acting cylinders with spring return. The corresponding pressure medium circuit, e.g. a hydraulic or pneumatic circuit, must be designed correspondingly more complex, to satisfy the greater energy consumption of the double-acting working cylinder. But this is a higher one
(ρ(ρ
Katerialbedarf und Fertigungsaufwand verbunden, was zu Kostensteigerungen führt. Ein weiterer Nachteil doppeltwirkender Druckmittel-Arbeitszylinder ist die kompliziertere Ansteuerung. Ein doppeltwirkender Arbeitszylinder muß mit einem 4/2-Wegeventil geschaltet werden, d.h. einem Ventil, das vier Druckanschlüsse und zwei Sehaltzustände hat, in denen jeweils ein Druckraum auf eina?Seite des Kolbens druckbeaufschlagt und der andere Druckraum entlastet ist. Pur einen einfachwirkenden Zylinder mit Federrückholung genügt dagegen ein 3/2-Wegeventil mit einem Druckanschluß p, einem Entlastungsanschluß R und einem Arbeitsanschluß A, der in den beiden Schaltzuständen des Ventils wahlweise mit dem Druckanschluß P bzw. Entlastungsanschluß R verbunden wird. 3/2-Vegeventile sind konstruktiv unaufwendiger als die zur Ansteuerung eines doppeltwirkenden ArbeitsZylinders erforderlichen 4/2-Wegeventile, und sie verbrauchen überdies bei einem Schaltwechsel weniger Druckmittel-Arbeitsenergie.Material requirements and manufacturing costs connected, which leads to cost increases. Another disadvantage of double-acting pressure medium working cylinders is the more complicated control. A double-acting working cylinder must be switched with a 4/2-way valve, ie a valve that has four pressure connections and two holding states, in which one pressure chamber is pressurized on one side of the piston and the other pressure chamber is relieved. For a single-acting cylinder with spring return, however, a 3/2-way valve with a pressure port p, a relief port R and a working port A, which is optionally connected to pressure port P or relief port R in the two switching states of the valve, is sufficient. 3/2-way valves are structurally less complex than the 4/2-way valves required to control a double-acting working cylinder, and they also consume less pressure medium working energy when changing switches.
Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteilen abzuhelfen und einen einfachwirkenden Druckmittel-Arbeitszylinder mit wesentlich vergrößerter Hublänge zu schaffen, der für Anwendungsbereiche geeignet ist, die bislang nur mit doppeltwirkenden Druckmittel-Arbeitszylindern abgedeckt werden konnten. Es soll ein konstruktiv unaufwendiger, wenig Druckmittel-Arbeitsenergie verbrauchender Arbeitszylinder großer Hublänge angegeben werden, der sich gegenüber konventionellen Zylindern durch einen geringeren Druckmittelverbrauch, eine einfachereThe object of the invention is to remedy these disadvantages and to provide a single-acting pressure medium working cylinder To create a significantly increased stroke length, which is suitable for areas of application that were previously only available with double-acting Pressure medium working cylinders could be covered. It should be a constructively inexpensive, little pressure medium work energy Consuming working cylinder with a large stroke length can be specified, compared to conventional cylinders due to a lower pressure medium consumption, a simpler one
Ventilanordnung und niedrigerer Gestehungs- und Betriebskosten auszeichnet. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Führungsgenauigkeit des Antriebsteils eines Druckmittel-Arbeitszylinders zu verbessern.Valve arrangement and lower production and operating costs excels. Another object of the invention is to improve the guidance accuracy of the drive part of a To improve pressure medium working cylinder.
Diese Aufgabe wird nach dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs in einem einfachwirkenden Druckmittel-Arbeitszylinder dadurch gelöst, daß die Rückstellkraft für den Rückhub des Antriebsteils durch Komprimierung eines abgeschlossenen Luftvolumens bereitgestellt wird.This task is after the characterizing part of the main claim in a single-acting pressure medium working cylinder solved in that the restoring force for the return stroke of the drive part by compressing a closed volume of air provided.
Bei dem erfindungsgemäßen Arbeitszylinder wird also keine mechanische Feder verwendet, um den angetriebenen Kolben bzw. das angetriebene Zylinderrohr nach Ausführung eines Arbeitshubs zurückzustellen. Die Federkraft wird vielmehr von einem zur Atmosphäre hin abgeschlossenen Luftvolumen aufgebracht, das bei der Ausführung des vorangehenden Arbeitshubes komprimiert wurde. Diese Bauform stößt nicht auf die konstruktive Längenbegrenzung, die mit dem Einbau eines mechanischen Federelements verbunden ist. Man kann daher einfachwirkende Druckmittel-Arbeitszylinder wesentlich größerer Hublänge bauen. Die Hublänge kann beispielsweise bis 500 mm betragen, was bislang nur mit doppeltwirkenden Arbeitszylindern erreicht wurde. Diesen gegenüber zeichnet sich aber ein einfachwirkender Druckmittel-Arbeitszylinder durch einen niedrigeren Bedarf an Druckmittel-Antriebsenergie und eine einfachere Beschaltung mit Ventilen aus.In the working cylinder according to the invention, no mechanical spring is used to drive the piston or to reset the driven cylinder barrel after a working stroke has been carried out. The spring force is rather applied by a volume of air sealed off from the atmosphere, which was compressed during the execution of the previous working stroke. This design does not come across the constructive length limitation associated with the installation of a mechanical spring element. One can therefore single-acting pressure medium working cylinder much larger Build stroke length. The stroke length can, for example, be up to 500 mm amount, which has so far only been achieved with double-acting working cylinders. In contrast to these, however, there is a single-acting one Pressure medium working cylinder due to a lower need for pressure medium drive energy and a simpler one Circuit with valves off.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in nachgeordneten Ansprüchen gekennzeichnet. In der Bauform der Ansprüche 2-4-wird das zur Rückstellung des Antriebsteils dienende Luftvolumen in konstruktiv besonders einfacher weise als Kompressionsraum im Innern des Zylinderrohres bereitgestellt. Bei der Bauform gemäß Anspruch 5 ragt eine an dem Kolben ansetzende Kolbenstange durch diesen Kompressionsraum. Dies hat den Vorteil, daß die kompressionsraumseitig wirksame Kolbenfläche verringert wird, und zwar um den Querschnitt der Kolbenstange. Die Rückstellkraft für den Rückhub des Antriebsteils ist der wirksamen Kolbenfläche und dem in dem Kompressionsvolumen herrschenden Luftdruck proportional. Eine Verkleinerung der wirksamen Kolbenfläche führt also entsprechend zu einer Verminderung der Rückstellkraft, was während des Arbeitshubs von Vorteil ist. Der Arbeitshub des Antriebsteils wird druckmittelgetrieben gegen den Druck der in dem Kompressionsvolumen enthaltenen Luft ausgeführt. Eine Verminderung der wirksamen Fläche, auf der dieser Druck lastet, verringert die Gegenkraft, die bei der Durchführung des Arbeitshubs überwunden werden muß. Um Antriebsenergie zu sparen, wird man bemüht sein, diese Gegenkraft gering zu halten: und andererseits muß aber natürlich nach Beendigung des Arbeitshubes eine ausreichende Rückstellkraft zur Verfügung stehen, um das Antriebsteil mit der gebotenen Schnelligkeit in seine Ausgangsstellung zu überführen. Neben einer geeigneten Volumendimensionierung des Kompressionsraums gibt die Größengestaltung einer durch den Kompressionsraum ragendenPreferred developments of the invention are in subordinate Claims. In the design of claims 2-4-will the volume of air used to reset the drive part in a particularly simple way as a compression space provided inside the cylinder tube. In the case of the design according to claim 5, one protrudes from the piston Piston rod through this compression space. This has the advantage that the compression chamber side is effective Piston area is reduced, namely by the cross section of the piston rod. The restoring force for the return stroke of the The drive part is proportional to the effective piston area and the air pressure prevailing in the compression volume. A reduction in the effective piston area leads accordingly to a reduction in the restoring force, which occurs during of the working stroke is advantageous. The working stroke of the drive part is driven by pressure medium against the pressure in the Compression volume contained air executed. A reduction in the effective area on which this pressure exerts, reduces the counterforce that has to be overcome when performing the working stroke. To drive energy too save, one will endeavor to keep this counterforce low: and on the other hand, of course, after the end of the Working stroke a sufficient restoring force is available to drive the drive part with the required speed to transfer to its starting position. In addition to a suitable volume dimensioning of the compression space, there is also the size design one protruding through the compression space
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Kolbenstange die Möglichkeit, die auf das Antriebsteil wirkende Rückstellkraft konstruktiv in weiten Grenzen zu variieren. Die Ansprüche 6 und 7 geben insofern Bauformen an, die sich in der Praxis als besonders günstig herausgestellt haben.Piston rod the possibility of constructively increasing the restoring force acting on the drive part within wide limits vary. The claims 6 and 7 indicate designs that have been found to be particularly favorable in practice to have.
Gemäß Anspruch 8 kann der Kompressionsraum an ein Puffervolumen innerhalb oder ausserhalb des Zy^nderrohrs angeschlossen sein. Diese Anordnung schafft zusätzliche Variationsmöglichkeiten für die Größe des Kompressionsvolumens, und sie erlaubt es, bislang ungenutzte Gehäusebereiche eines Arbeitszylinders mit Kompressionsvolumen zu belegen. Ein externes Puffervolumen kann insbesondere groß gegen das Verdrängungsvolumen des Kompressionsraums gewählt werden. Hierdurch ergeben sich in dem Kompressionsraum über den Arbeits- und Rückhub kleinere Druckschwankungen, was für die mechanische Belastung der Bauteile und die Kinematik des Arbeitszylinders von Vorteil sein kann. Ausserdem eröffnet ein großes, externes Puffervolumen die Möglichkeit, mehrere Arbeitszylinder mit ihren Kompressionsräumen daran anzuschließen, den Druck in den Kompressionsräumen gegeneinander arbeitender Arbeitszylinder auszugleichen und unvermeidliche Leckagen aus dem Kompressionsraum zentral zu kompensieren. Gemäß Anspruch 9 und 1o kann aus dem Kompressionsraum verdrängte Luft sowohl aus der Atmosphäre, als auch aus einer Druckluftquelle ersetzt werden, und Anspruch 11 sieht ein Sicherheitsventil vor, das den Druck in dem Kompressionsraum begrenzt. Hierdurch wird eine BeschädigungAccording to claim 8, the compression space can be connected to a buffer volume connected inside or outside of the cylinder tube be. This arrangement creates additional possibilities for variation in the size of the compression volume, and it allows previously unused housing areas of a working cylinder to be filled with compression volume. A The external buffer volume can be chosen to be large compared to the displacement volume of the compression space. This results in smaller pressure fluctuations in the compression space over the working and return strokes, what for the mechanical stress on the components and the kinematics of the working cylinder can be advantageous. Also opened a large, external buffer volume enables several working cylinders with their compression chambers to be attached to connect, to equalize the pressure in the compression chambers of working cylinders working against one another and inevitable To compensate for leaks from the compression room centrally. According to claim 9 and 1o, air displaced from the compression chamber can be removed from the atmosphere as well be replaced from a compressed air source, and claim 11 provides a safety valve, the pressure in the Limited compression space. This will cause damage
des Arbeitszylinders und Gefährdung von Personen bei evtl. Fehlschaltungen ausgeschlossen.of the working cylinder and danger to people in the event of incorrect switching is excluded.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Diese zeigt schematisch einen Druckmittel-Arbeitszylinder im Längsschnitt.Further advantages of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment with reference to the drawing. This shows schematically a pressure medium working cylinder in longitudinal section.
Der erfindungsgemäße einfachwirkende Druckmittel-Arbeitszylinder besitzt ein Zylinderrohr 1, das beidendig durch Zylinderdeckel 2,3 verschlossen wird. Das Zylinderrohr 1 ist auf eine umlaufende Stufe 4· an den Zylinderdeckeln 1 aufgezogen, die mit einem zapfenartigen Ansatz in das Zylinderrohr 1 hineinragen. Zylinderrohr 1 und Zylinderdeckel 2, J sind miteinander verspannt und gegenseitig in nicht näher dargestellten V/eise gedichtet. Im Inneren des Zylinderrohres 1 läuft ein Kolben 5, der das angetriebene Teil des Druckmittel-Arbeitszylinders darstellt. Der Kolben 5 liegt dichtend an der Innenwand 6 des Zylinder 1 an, wozu zwei Dichtringe 7 auf dem Aussenmantel des Kolbens 5 vorgesehen sind. Zwischen diesen Dichtringen 7 ist ein GIeitführungsring 8 vorgesehen, der eine reibungsarme Bewegung des Kolbens 5 an dem Zylinderrohr 1 entlang vermittelt. Andere Formen der Kolbenabdichtung und -führung im Innern des Zylinderrohres 1 sind gleichfalls möglich. Weiterhin kann anstelle eines angetriebenen, axial beweglichen Kolbens 5 auch das Zylinderrohr als Antriebsteil des erfindungsgemäßen Durckmitte!-Arbeitszylinders dienen. In diesem, nicht naherThe single-acting pressure medium working cylinder according to the invention has a cylinder tube 1, which is supported at both ends by a cylinder cover 2.3 is closed. The cylinder tube 1 is drawn onto a circumferential step 4 · on the cylinder cover 1, which with a peg-like extension protrude into the cylinder tube 1. Cylinder tube 1 and cylinder cover 2, J are clamped together and mutually sealed in a V / eise not shown. A piston runs inside the cylinder tube 1 5, which represents the driven part of the pressure medium working cylinder. The piston 5 lies against the inner wall 6 in a sealing manner of the cylinder 1, including two sealing rings 7 on the outer jacket of the piston 5 are provided. Between these sealing rings 7 a sliding guide ring 8 is provided, which has a low friction Movement of the piston 5 mediated along the cylinder tube 1. Other forms of piston sealing and guidance inside the Cylinder tube 1 are also possible. Furthermore, instead of a driven, axially movable piston 5 the cylinder tube also serve as a drive part of the pressure center! working cylinder according to the invention. In this one, not closer
dargestelltn Pall läuft das ZyIinderrohr 1 in ganz entsprechender Weise auf einem ortsfesten Kolben 5·The cylinder tube 1 is shown in a completely corresponding manner Way on a stationary piston 5
Der erfindungsgemäße Druckmittel-Arbeitszylinder ist ein Linearmotor, bei dem der Kolben 5 und das Zylinderrohr 1 druckmittelgetrieben eine Axialbewegung relativ zueinander ausführen. Der Antrieb kann insbesondere hydraulisch oder pneumatisch erfolgen, und als Antriebsdruckmittel kommen eine hydraulische Flüssigkeit wie öl, gegebenenfalls mit Zusätzen versetztes Wasser u.ä, sowie Druckluft in Betracht. In der Zeichnung ist ein pneumatischer Arbeitszylinder dargestellt, der den Vorteil bietet, daß Druckluft sowohl zum Antrieb, als auch in noch näher beschriebener Weise zur Rückstellung des Kolbens 5 dient, was konstruktive Vereinfachungen insbesondere im Bereich der Dichtung mit sich bringt.The pressure medium working cylinder according to the invention is a Linear motor in which the piston 5 and the cylinder tube 1 run an axial movement relative to each other driven by pressure medium. The drive can in particular be hydraulic or take place pneumatically, and a hydraulic fluid such as oil, if necessary, come along as the drive pressure medium Water and the like mixed with additives as well as compressed air can be considered. In the drawing a pneumatic working cylinder is shown, which offers the advantage that compressed air is used both to drive and in a manner to be described in more detail below Resetting of the piston 5 is used, which simplifies the design brings with it especially in the field of sealing.
Der Kolben 5 teilt im Innern des Zylinderrohres 1 einen Arbeitsraum 9 ab, der eine axiale Halbseite des Zylinderrohres 1 einnimmt. In den Arbeitsraum 9 mündet ein Druckmitte lanschluß 1o, der die zum Antrieb dienende Druckluft führt. Der Druckmittelanschluß 1o ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel- in einem Zylinderdeckel 2 vorgesehen, der den Arbeitsraum 9 begrenzt. An dem Druckmitteianschluß 1o wird eine Leitung 11 angeschlossen, die über ein Steuerventil 12 zu einer Druckluftquelle führt. Das Steuerventil 12 ist ein 3/2-Wegeventil. Es besitzt einen zu der Druckluftquelle führenden Druckanschluß P, einen Entlastungsanschluß R und einen Arbeitsanschluß A, an den die Leitung 11 ange-The piston 5 divides one inside the cylinder tube 1 Working space 9, which occupies an axial half-side of the cylinder tube 1. A pressure center opens into the work space 9 l connection 1o, which leads the compressed air used for the drive. The pressure medium connection 1o is shown in the Exemplary embodiment provided in a cylinder cover 2 which delimits the working space 9. At the pressure medium connection 1o a line 11 is connected, which via a control valve 12 leads to a source of compressed air. The control valve 12 is a 3/2-way valve. It has one to the compressed air source leading pressure connection P, a relief connection R and a working connection A, to which the line 11 is connected.
schlossen ist. In einem ersten Schaltzustand des Ventils 12, der einem Ruhezustand des ArbeitsZylinders entspricht, wird der Arbeitsanschluß A über das Steuerventil 12 mit dem Entlastungsanschluß R verbunden. Hingegen wird der Druckanschluß P und damit die Druckmittelversorgung des Arbeitszylinders durch das Steuerventil 12 gesperrt. In seinem zweiten Schaltzustand verbindet das Steuerventil 12 den Arbeitsanschluß A mit dem Druckanschluß P, während der Entlastungsanschluß R von der Zuströmleitung getrennt wird. Das Druckmittel kann also über die Leitung 11 und den Druckmittelanschluß 1o in den Arbeitsraum einströmen, und der Kolben 5 wird betätigt.is closed. In a first switching state of the valve 12, which corresponds to a state of rest of the working cylinder, is the working connection A is connected to the relief connection R via the control valve 12. On the other hand, the pressure connection P and thus the pressure medium supply to the working cylinder by the control valve 12 is blocked. In its second switching state the control valve 12 connects the working connection A with the pressure connection P, while the relief connection R is separated from the inflow line. The pressure medium can thus via the line 11 and the pressure medium connection 1o in flow into the working space, and the piston 5 is actuated.
Das 3/2-Wegeventil ausgelegte Steuerventil 12 kann von konventueller Bauart sein und insbesondere manuell, elektrisch oder druckmittelgetrieben betätigt werden. 3/2-Wegeventile zeichnen sich gegenüber 4-/2-Wegeventilen, die zur Steuerung doppeltwirkenderArbeitszylinder erforderlich sind, durch einen vergleichsweise einfachen Aufbau aus. Wählt man in einem Pneumatikkreis ein pneumatisch betätigbares 3/2-Wegeventil, so ist überdies der Druckluftverbrauch eines solchen Ventils geringer, als der eines 4-/2-Wegeventils. Die erfindungsgemäße Verwendung eines 3/2-Wegeventils bringt also hinsichtlich des Herstellungs- und Betriebsaufwands eine Reihe von Vorteilen mit sich.The 3/2-way valve designed control valve 12 can of be of conventional design and in particular operated manually, electrically or driven by pressure medium. 3/2-way valves stand out over 4/2-way valves, which are used for control double-acting working cylinders are required due to a comparatively simple structure. If you choose in a pneumatically operated 3/2-way valve in a pneumatic circuit, the compressed air consumption of such a valve is moreover Valve lower than that of a 4/2-way valve. The inventive The use of a 3/2-way valve therefore brings about a number of manufacturing and operating costs Advantages with itself.
Eine druckmittelgetriebene Bewegung des Kolbens 5 erfolgt bei dem erfindungsgemäßen, einfachwirkenden Druckmittel-A pressure medium-driven movement of the piston 5 takes place in the single-acting pressure medium according to the invention
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arbeitszylinder nur in einer Richtung. Die erforderliche Rückstellung des Kolbens 5 wird dagegen mittels einer Kraft bewirkt, die durch Komprimierung eines abgeschlossenen Luftvolumens bereitgestellt wird. Die Erfindung nutzt also die Federkraft eines komprimierbaren Gases, wobei Luft wegen ihrer allgemeinen Verfügbarkeit den Vorzug genießt. Gegenüber einem mechanischen Federmittel, z.B. in Gestalt einer Spiralfeder, bringt diese erfindungsgemäße Form der Gasfederung den Vorteil mit sich, wesentlich größere Hublängen verwirklichen zu können. Weiterhin kann das Bauvolumen des Druckmittel-ArbeitsZylinders sehr effektiv genutzt werden. Um die zuworking cylinder only in one direction. The required Resetting of the piston 5 is brought about by means of a force that is closed by compression of a Air volume is provided. The invention thus uses the spring force of a compressible gas, with air because of is preferred to their general availability. Compared to a mechanical spring means, e.g. in the form of a spiral spring, this form of the gas suspension according to the invention has the advantage of realizing much longer stroke lengths to be able to. Furthermore, the overall volume of the pressure medium working cylinder can be used very effectively. To that too
Rückstellung des Kolbens 5 erforderliche Kraft aufzubringen, wird ein entsprechendes Luftvolumen während des Arbeitshubs des Kolbens 5 komprimiert. Hierzu enthält das Zylinderrohr 1 einen abgeschlossenen, luftgeführten Kompressionsraum 13·> dessen Volumen sich bei der angetriebenen Bewegung des Kolbens 5 verringert. Der Kompressionsraum 13 wird von dem Kolben 5 im Innern des Zylinderrohrs 1 abgeteilt. Er ist auf der dem Arbeitsraum 9 abgewandten Seite des Kolbens 5 angeordnet, und er wird durch den Zylinderdeckel 3 begrenzt. Bei der angetriebenen Bewegung des Kolbens 5 wird die Luft aus einem Teil des Kompressionsraums 13 verdrängt. In der Endlage des Kolbens 5, die die Ausgangsstellung für seinen Rückhub darstellt, verbleibt ein Restvolumen des Kompressionsraums .13, in dem die verdrängte Luft unter erhöhtem Druck enthalten ist. Das Maß der Druckerhöhung ergibt sich dabei im wesentlichen aus dem Verhältnis von Anfangs- und Restvolumen desTo apply the force required to reset the piston 5, a corresponding volume of air is compressed during the working stroke of the piston 5. For this, the cylinder tube 1 includes an enclosed, air-guided compression chamber 13 ·> whose volume decreases with the driven movement of the piston. 5 The compression space 13 is partitioned off by the piston 5 in the interior of the cylinder tube 1. It is arranged on the side of the piston 5 facing away from the working chamber 9, and it is delimited by the cylinder cover 3. During the driven movement of the piston 5, the air is displaced from a part of the compression chamber 13. In the end position of the piston 5, which represents the starting position for its return stroke, there remains a residual volume of the compression chamber 13, in which the displaced air is contained under increased pressure. The extent of the pressure increase results essentially from the ratio of the initial and residual volume of the
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Kompressionsraums 13. Die komprimierte Luft wirkt auf eine Fläche f des Kolbens 5·> die dem Kompressionsraum 13 zugewandt ist und sie erzeugt dort eine Rückstellkraft, die dem Druck in dein Kompressionsraum 13 und der Größe der Fläche f proportional ist. Wird durch Umschalten des Steuerventils 13 der Arbeitsraum 9 entlastet, so wird der Kolben 5 unter Wirkung dieser Rückstellkraft in seine Ausgangs stellung zurückbewegt.Compression space 13. The compressed air acts on an area f of the piston 5 ·> which faces the compression space 13 and there it generates a restoring force which is proportional to the pressure in the compression space 13 and the size of the area f. If the working chamber 9 is relieved by switching the control valve 13, the piston 5 is moved back into its starting position under the action of this restoring force.
Durch geeignete Dimensionierung des Kompressionsraums 13 und insbesondere seines Anfangs- und Restvolumens sowie der kompressionsraumseitig wirksamen Kolbenfläche f hat man die Rückstellkraft für den Kolben 5 in weiten Grenzen in der Hand. Man wird insbesondere bemüht sein, die Rückstellkraft nicht zu groß zu wählen, da der Kolben 5 während seiner Hubbewegung die entsprechende Kompressionsenergie aufbringen muß, und dieser Energiebetrag für den Antrieb einer Last verlorengeht. Die kompressionsraumseitig wirksame Kolbenfläche f sollte daher vorzugsweise klein gegenüber der arbeitsraumseitig wirksamen Kolbenfläche F sein, was u.U. durch die entsprechende Gestaltung einer Kolbenstange 14-erreicht werden kann. Die Kolbenstange 14 sitzt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mittig und axial an dem Kolben 5 an. Sie ist fest mit dem Kolben 5 verbunden und aus der dem Kompressionsraum 13 zugewandten Stirnseite des Arbeitszylinders herausgeführt, wobei sie den entsprechenden Zylinderdeckel 3 dichtend durchsetzt. Die Kolbenstange 14 ragt durch den Kompressionsraum 13 hindurch, und sie 'nimmt im Bereich des Kompressionsraums I3 einen erheblichen TeilBy suitably dimensioning the compression space 13 and in particular its initial and residual volume and the compression chamber side effective area f has the restoring force for the piston 5 i n wide limits in the hand. Efforts will be made in particular not to select the restoring force too large, since the piston 5 has to apply the corresponding compression energy during its stroke movement, and this amount of energy is lost for driving a load. The piston surface F effective on the compression chamber side should therefore preferably be small compared to the piston surface F effective on the working chamber side, which can, under certain circumstances, be achieved by the corresponding design of a piston rod 14. In the exemplary embodiment shown, the piston rod 14 is seated centrally and axially on the piston 5. It is firmly connected to the piston 5 and led out of the end face of the working cylinder facing the compression chamber 13, whereby it penetrates the corresponding cylinder cover 3 in a sealing manner. The piston rod 14 protrudes through the compression space 13, and it 'takes up a considerable part in the area of the compression space I3
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Ai?Ai?
des Zylinderinnenraums ein. Verglichen mit konventionellen, einfachwirkenden Druckmittel-Arbeitszylindern, ist die Kolbenstange 14 im Durchmesser zwei bis dreimal größer dimensioniert. Der Kompressionsraum 13 bildet einen Ringraum mit geringer lichter Weite zwischen der Kolbenstange 14 und dem Zylinderrohr 1, und die kompressionsraumseitig wirksame Kolbenfläche f des Kolbens 5 ist entsprechend gering. Sie ergibt sich im einzelnen aus der Differenz zwischen der arbeitsraumseitig wirksamen Kolbenfläche I? und dem Querschnitt der Kolbenstange 14. Gemäß einer bevorzugten Bauform der Erfindung sollte die Kolbenstange 14 so dimensioniert werden, daß die kompressionsraumseitig wirksame Kolbenfläche f weniger als 75 % der arbeitsraumseitig wirksamen Kolbenfläche U1 ausmacht. Wählt man insbesondere ein kreiszylindrisches Zylinderrohr 1 und eine Kolbenstange 14 mit kreisrundem Querschnitt, so heißt dies, daß der Kolbenstangendurchmesser mehr als die Hälfte des Zylinderrohr-Innendurchmessers betragen sollte. Die Kolbenstange 14 kann aber insbesondere auch einen wesentlich größeren Teil des Zylinderinnenraums auf der dem Arbeitsraum 9 abgewandten Kolbenseite einnehmen, so daß die kompressionsraumseitig wirksame Kolbenfläche f vorzugsweise weniger als ^>o% oder sogar 30?ό der arbeitsraumseitig wirksamen Kolbenfläche Έ ausmacht.of the cylinder interior. Compared with conventional, single-acting pressure medium working cylinders, the piston rod 14 is two to three times larger in diameter. The compression space 13 forms an annular space with a small internal width between the piston rod 14 and the cylinder tube 1, and the piston area f of the piston 5 effective on the compression space side is correspondingly small. It results in detail from the difference between the effective piston area I? and the cross section of the piston rod 14. According to a preferred design of the invention, the piston rod 14 should be dimensioned so that the piston area f effective on the compression chamber side makes up less than 75% of the piston area U 1 effective on the working chamber side. If, in particular, a circular cylindrical cylinder tube 1 and a piston rod 14 with a circular cross section are selected, this means that the piston rod diameter should be more than half the inner diameter of the cylinder tube. The piston rod 14 can, however, in particular also occupy a significantly larger part of the cylinder interior on the piston side facing away from the working chamber 9, so that the piston area f effective on the compression chamber side is preferably less than > o% or even 30% of the piston area effective on the working chamber side.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kolbenstange 14 hat aufgrund ihrer erheblichen Dicke den zusätzlichen Vorteil, eine höhere Führungsgenauigkeit für das Antriebsteil des Arbeitszylinders zu gewährleisten. Die Kolbenstange 14 durch-The piston rod 14 proposed according to the invention has due to their considerable thickness has the additional advantage of greater guidance accuracy for the drive part of the Ensure working cylinder. The piston rod 14
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setzt dichtend den Zylinderdeckel 3, und sie ist mit ihrem Aussenmantel 15 in dem Zylinderdeckel 3 geführt. Aufgrund des größeren Kolbenstangendurchmessers ist auch die entsprechende Führungsflache größer, und sie kann mit höherer Genauigkeit gearbeitet sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zylinderdeckel 3 von dem Zylinderrohr 1 weg in Gestalt eines axialen, stutzenförmigen Ansatzes 16 verlängert, der die Kolbenstange 14- umschließt. Der Ansatz 16 bietet der Kolbenstange 14- eine große, axiale Führungslänge. Er trägt auf seinem Innenmantel in einer Passausnehmung eine Gleitbuchse 17, die die Kolbenstange 14- aufnimmt und zugleich für eine einwandfreie Abdichtung sorgt. Diese Form der Lagerung kommt in ihrer Führungsqualitat einer Schlittenführung nahe, so daß die Kolbenstange 14- erfindungsgemäß nicht nur eine treibende, sondern zugleich auch eine führende Funktion übernimmt. Der so erhaltene Arbeitszylinder stellt ein komplettes Maschinenelement nach Art einer Schlitteneinheit mit integriertem Antrieb dar und ist dabei äußerst einfach im Aufbau. Er erreicht eine Hublänge, die bislang nur mit doppeltwirkenden Zylindern verwirklicht werden konnte, und hat diesen gegenüber den Vorteil,einer einfacheren Ventilanordnung und eines wesentlich geringeren Druckluftverbrauchs.sets the cylinder cover 3 in a sealing manner, and it is guided with its outer jacket 15 in the cylinder cover 3. Due to the larger piston rod diameter, the corresponding guide surface is also larger, and it can be worked with greater accuracy. In the illustrated embodiment, the cylinder cover 3 is extended away from the cylinder tube 1 in the form of an axial, nozzle-shaped extension 16 which surrounds the piston rod 14-. The extension 16 offers the piston rod 14 a large, axial guide length. On its inner jacket, in a fitting recess, it carries a sliding bush 17 which receives the piston rod 14 and at the same time ensures a perfect seal. This form of mounting comes close to a slide guide in terms of its guidance quality, so that the piston rod 14 according to the invention not only takes on a driving, but at the same time also a guiding function. The working cylinder obtained in this way represents a complete machine element in the manner of a slide unit with an integrated drive and is extremely simple in structure. It achieves a stroke length that could previously only be achieved with double-acting cylinders, and has the advantage over these of a simpler valve arrangement and significantly lower compressed air consumption.
An den Raum 13 im Innern des Zylinderrohrs 1, aus dem bei einer druckmittelgetriebenen Bewegung des Kolbens 5 die eingesperrte Luft verdrängt wird, kann erfindungsgemäß ein Puffervolumen 18 innerhalb oder ausserhalb des Zylinderrohres 1 angeschlossen sein. In diesem Fall dient als Kompressions-To the space 13 inside the cylinder tube 1, from which at a pressure medium-driven movement of the piston 5, the trapped Air is displaced, according to the invention, a buffer volume 18 inside or outside the cylinder tube 1 be connected. In this case, the compression
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raum der erwähnte Verdrängungsraum .13» das Puffervolumen und die "Volumina des verbindenden Leitungsnetzes. Die Abbildung zeigt schematisch ein Puffervolumen 18 in Gestalt eines externen Reservoir. Dieses ist über eine Leitung 19 nit den Verdrängungsraum 13 verbunden. Die Leitung 19 führt über eine Anschlußöffnung 2o in dem Zylinderdeckel 3? der dom Arbeitsraum 9 abgewandt ist. Die Anschlußöffnung 2o kann konstruktiv ähnlich ausgebildet sein, wie der Druckmittelanschluß 1o an dem anderen Zylinderdeckel 2, und im Falle eines kolbenstangenlosen Kolbens 5 ist insbesondere ein völlig symmetrischer Aufbau der Zylinderdeckel 2, 3 möglich.space the mentioned displacement space .13 »the buffer volume and the "volumes of the connecting line network. The figure shows schematically a buffer volume 18 in the form of a external reservoir. This is via a line 19 to the Displacement space 13 connected. The line 19 leads over a Connection opening 2o in the cylinder cover 3? the dom workroom 9 is turned away. The connection opening 2o can be constructed similarly to the pressure medium connection 1o on the other cylinder cover 2, and in the case of a piston 5 without a piston rod, in particular a completely symmetrical one Construction of cylinder covers 2, 3 possible.
Ein äusserhalb des Zylinderrohrs 1 angeordnetes Puffervolumen 18 in Gestalt eines externen Reservoirs bietet die Möglichkeit, den Kompressionsraum praktisch beliebig groß zu gestalten. Insbesondere kann eine Größe gewählt werden, bei der das Verdrängungsvolumen der Luft einen relativ kleinen Teil des Kompressionsraums ausmacht. In dieser Anordnung wird durch die Bewegung des Kolbens 5 nur eine geringe Druckänderung in dem Kompressionsraum 13 bewirkt, so daß der Kolben 5 bei ] seiner angetriebenen Bewegung gegen eine im wesentlichen konstante Kraft anläuft. Dies kann für die Bewegungscharakteristik des Kolbens 5 beim Antrieb bestimmter Lasten erwünscht und von Vorteil sein. Ein großes Kompressionsvolumen erlaubt es weiterhin, mehrere Arbeitszylinder mit ihrem Verdrängungsraum anzuschließen, wobei insbesondere bei gegeneirander arbeitenden Arbeitszylindern Druckschwankungen in den geweiligen Kompressionsräumen in günstiger Art und Weise ausgeglichen werden. Andererseits ist es aber auch möglich,A buffer volume 18 arranged outside the cylinder tube 1 in the form of an external reservoir offers the possibility of designing the compression space of practically any size. In particular, a size can be selected in which the displacement volume of the air makes up a relatively small part of the compression space. In this arrangement of the piston 5 causes only a small change in pressure in the compression chamber 13 by the movement, so that the piston 5 starts its driven movement in] against a substantially constant force. This can be desirable and advantageous for the movement characteristics of the piston 5 when driving certain loads. A large compression volume also makes it possible to connect several working cylinders with their displacement space, pressure fluctuations in the respective compression spaces being compensated for in a favorable manner, particularly when working cylinders work against one another. On the other hand, it is also possible
den Kompressionsraum 13 relativ klein zu wählen und ihn vollständig im Innern des Arbeitszylinder unterzubringen. Geeignete Räume für das Restvolumen, in das die Luft verdrängt wird, können beispielsweise in dem Zylinderdeckel 3 oder im Innern einer hohlen Kolbenstange 14 geschaffen v/erden. Die Anordnung eines relativ kleinen Kompressionsraums 13 hat zur Folge, daß bei der angetriebenen Kolbenbewegung eine quantitative Druckerhöhung in dem Kompressionsraum 13 auftritt. Die Gegenkraft, die der Kolben 5 bei der Durchführung seines Arbeitshubs zu überwinden hat, verstärkt sich sukzessive, bis der Kolben 5 seine Endlage erreicht. Diese Kraftcharakteristik kann in vorteilhafterweise dazu dienen, eine Endla-gendampfung des Kolben 5 zu bewirken. Ein weiterer Vorzug der internen Anordnung eines Puffervolumens 18 liegt in der kompakten Bauweise des erhaltenen Arbeitszylinders.to choose the compression space 13 relatively small and him to accommodate completely inside the working cylinder. Suitable spaces for the remaining volume into which the air is displaced can be created, for example, in the cylinder cover 3 or in the interior of a hollow piston rod 14 v / earth. The arrangement of a relatively small compression space 13 has the consequence that during the driven piston movement a quantitative pressure increase occurs in the compression space 13. The counterforce that the piston 5 at the Has to overcome implementation of its working stroke, increases gradually until the piston 5 reaches its end position. This force characteristic can advantageously serve to bring about end position damping of the piston 5. Another advantage of the internal arrangement of a buffer volume 18 lies in the compact design of the one obtained Working cylinder.
Ein absolut dichter Abschluß des Kompressionsraums ist prak" tisch nicht realisierbar, so daß zumindest nach einer entsprechend großen Zahl von Lastwechseln eine Leckage von Luft aus dem Kompressionsraum 13 festzustellen sein wird. Um die verdrängte Luft zu ersetzen, läßt sich der Kompressions raum 13 über eine Speiseleitung 21 mit einer Luftquelle verbinden. Die Speiseleitung 21 kann dabei entweder zu einer Druckluftquelle, oder aber zur Aussenatmospähre führen. Letztere Anordnung bietet sich an7 wenn der Kompressionsraum 13 in der Ausgangsstellung des Kolbens 5 vor Beginn seinesAn absolutely tight seal of the compression space is practically impossible, so that at least after a correspondingly large number of load changes, air leakage from the compression space 13 will be detected. To replace the displaced air, the compression space 13 can be feed line 21 connected to an air source. the supply line 21 can be either to a compressed air source, or lead to Aussenatmospähre. latter arrangement lends itself to 7 when the compression space 13 in the initial position of the piston 5 before the start of his
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Arbeitshubs Luft unter Atmosphärendruck enthalten soll. In dieser Bauform wird verdrängte Luft einfach dadurch ersetzt, daß man in dieser Ausgangsstellung des Kolbens 5 ein Ventil in der Speiseleitung 21 öffnet und Luft in den Kompressionsraum 13 einströmen läßt. Es ist aber auch möglich, den erfindungsgemäßen Arbeitszylinder auf einen permanenten Überdruck in dem Kompressionsraum 13 hin auszulegen. Diese Anordnung bietet den Vorteil eines dynamischen Arbeitsbereichs um den Solldruckwert im Kompressionsraum 13, ohne daß ein unerwünschter Unterdruck intern Kompressionsraum 13 auftritt, aufgrund dessen der Kolben 5 aus seiner Buhelage am Anfang des Arbeitshubs bewegt werden könnte. Bei einem permanenten Überdruck im Kompressionsraum 13 wird der Kolben 5 vielmehr in dieser Ausgangsstellung vorgespannt, was wohldefinierte Arbeitsbedingungen schafft. Aus dem Kompressionsraum 13 verdrängte Luft wird in dieser Anordnung aus einer Druckluftquelle ersetzt. Es empfiehlt sich, in der zu dieser Durckluftquelle führenden Speiseleitung 21 zusätzlich oder alternativ zu dem erwähnten Sperrventil ein Rückschlagventil 22 vorzusehen, das zu dem Kompressionsraum 13 hin öffnet.Working stroke should contain air under atmospheric pressure. In this design, displaced air is simply due to this replaced that in this initial position of the piston 5 opens a valve in the feed line 21 and air into the Compression chamber 13 can flow in. But it is also possible to design the working cylinder according to the invention for a permanent overpressure in the compression chamber 13. This arrangement offers the advantage of a dynamic working range around the target pressure value in the compression chamber 13, without an undesirable negative pressure occurring internally in the compression chamber 13, due to which the piston 5 moves out of its buoy position could be moved at the beginning of the working stroke. With a permanent overpressure in the compression chamber 13, the Rather, piston 5 is preloaded in this initial position, which creates well-defined working conditions. From the Compression chamber 13 displaced air is replaced in this arrangement from a compressed air source. It is best to use the to this compressed air source leading feed line 21 in addition or as an alternative to the aforementioned shut-off valve, a check valve 22 to be provided, which opens to the compression space 13.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der Kompressionsraum 13 über ein Druckbegrenzungsventil 23 zur Atmosphäre hin entlüftet. Dieses Druckbegrenzungsventil wirkt als Sicherheitsventil, das einen Druckaufbau in dem Kompressions raum 13 über einen vorgegebenen Grenzdruck hinaus verhindert.According to a further embodiment of the invention, the compression chamber 13 is via a pressure relief valve 23 for Vented towards the atmosphere. This pressure relief valve acts as a safety valve that builds up pressure in the compression Prevented space 13 beyond a predetermined limit pressure.
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33IS8333IS83
Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder ist hierdurch, gegen Fehlbedienungen gesichert, und das Bedienungspersonal wird in wirkungsvoller Weise geschützt.The working cylinder according to the invention is hereby against Operating errors secured, and the operating staff is effectively protected.
BezugszeichenReference number
1 Zylinderrohr1 cylinder tube
2,3 Zylinderdeckel2.3 cylinder cover
4 Stufe4 stage
5 Kolben5 pistons
6 Innenwand von6 inner wall of
7 Dichtring7 sealing ring
8 Gleitfuhrungsring8 sliding guide ring
9 Arbeitsraum9 work space
10 Druckmittelanschluß10 Pressure medium connection
11 Leitung11 management
12 Steuerventil12 control valve
13 Kompressionsraum13 compression room
14 Kolbenstange14 piston rod
15 Aussenmantel von15 outer jacket of
16 Ansatz16 approach
17 Gleitbuchse17 sliding bush
18 Puffervolumen18 buffer volume
19 Leitung19 management
20 Anschlußöffnung20 connection opening
21 Speiseleitung21 feed line
22 Rückschlagventil22 check valve
23 Druckbegrenzungsventil23 Pressure relief valve
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Claims (11)
Kolben (5) im Innern des Zylinderrohrs (1) abgeteilt wird.3. Pressure medium working cylinder according to claim 2, characterized in that the compression chamber (13) of the
Piston (5) is divided off inside the cylinder tube (1).
einem Arbeitsraum (9) mit einem Druckmittelanschluß (1o) abgewandten Seite des Kolbens (5) angeordnet ist.4. Pressure medium working cylinder according to claim 3> characterized in that the compression chamber (13) on the
a working chamber (9) with a pressure medium connection (1o) facing away from the piston (5) is arranged.
Kolbenfläche f weniger als 75%5 vorzugsweise weniger als 5o% und insbesondere weniger als 3o% der arbeitsraumseitig wirksamen Kolbenfläche F ausmacht.7 · Pressure medium working cylinder according to claim 6, characterized in that the compression chamber side effective
Piston area f makes up less than 75% 5, preferably less than 5o% and in particular less than 3o% of the piston area F effective on the working space side.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3329832A DE3329832A1 (en) | 1983-08-18 | 1983-08-18 | Single-acting working cylinder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3329832A DE3329832A1 (en) | 1983-08-18 | 1983-08-18 | Single-acting working cylinder |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3329832A1 true DE3329832A1 (en) | 1985-02-28 |
Family
ID=6206856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE3329832A Withdrawn DE3329832A1 (en) | 1983-08-18 | 1983-08-18 | Single-acting working cylinder |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE3329832A1 (en) |
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