DE3337969C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder mit drei Stellungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Arbeitszylinder ist aus der DE-AS 15 76 175 bekannt. In einem Zylinder ist ein mit einer Kolbenstange versehener erster Kolben angeordnet, welcher den Zylinder in eine kolbenstangenseitige erste Druckmittelkammer und eine bezüglich der ersten Druckmittelkammer auf der an­ deren Seite des Kolbens angeordnete zweite Druckmittel­ kammer unterteilt. Auf dem ersten Kolben ist ein als Ringkolben ausgebildeter zweiter Kolben abgedichtet ver­ schiebbar angeordnet. Der zweite Kolben ist gegen eine die Mittelstellung fixierende Abstufung des Zylinderge­ häuses bewegbar.

Um bei einer Bewegung der beiden Kolben aufeinander zu die Bildung von Staudruck in dem von den beiden Kolben begrenzten Zwischenraum zu verhindern und um umgekehrt bei einer Bewegung der beiden Kolben voneinander weg die Bildung eines Vakuums im Zwischenraum zu vermeiden, ist im Bereich des Zwischenraums in der Zylinderwand eine zur Atmosphäre hin führende Atmungsbohrung vorge­ sehen.

Eine solche Atmungsbohrung hat den Nachteil, daß Feuch­ tigkeit und Schmutz in den Zylinder eindringen können. Würde man daran denken, das Eindringen von Feuchtig­ keit und Schmutz dadurch zu verhindern, daß man im oder am Ausgang der Atmungsbohrung ein zur Atmosphä­ re hin in die Offenstellung bringbares Rückschlag­ ventil anordnet, so würde trotzdem der Nachteil der Vakuumbildung bestehen bleiben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ar­ beitszylinder der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der mit einfachen Mitteln eine Beatmung des von den beiden Kolben begrenzten Zwischenraumes ermöglicht, ohne daß die vorgenannten Nachteile in Kauf genommen werden müssen.

Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 ange­ gebenen Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteil­ hafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, durch die Verbindung des von den beiden Kolben begrenzten Raumes mit den zur Entlüftung der beiden Druckmittel­ kammern des Zylinders dienenden Ventileinrichtungen ein Be- und Entlüftungssystem für alle Kammern des Ar­ beitszylinders zu erhalten, welches ein Verschmutzen des Zylinderraumes verhindert und die Verwendung die­ ses Zylinders auch an feuchten und staubigen Einsatz­ orten ermöglicht.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist noch darin zu sehen, daß bei entsprechender Dimensionierung des Aus­ laßventils für den von den beiden Kolben begrenzten Zwischenraum sowie entsprechende Auslegung der Verbin­ dungsleitungen und der Kolbenwirkflächen die Kolbenbe­ wegung in Richtung auf den jeweils nicht vom Druckmittel zu beaufschlagenden Raum zu vom Druck aus dem zu ent­ lüftenden Raum unterstützt wird.

Anhand der Abbildung wird nachstehend ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung näher erläutert.

Die Abbildung zeigt einen Arbeitszylinder mit drei Stel­ lungen im Schnitt.

In einem Zylinder 4, welcher unter Zwischenschaltung eines Dichtringes 2 von einem Deckel 1 verschlossen wird, ist ein mit einer Kolbenstange 53 versehener er­ ster Kolben 15, 16 verschiebbar angeordnet. Der erste Kolben 15, 16 unterteilt den Zylinder in eine kolben­ stangenseitige erste Druckmittelkammer 3 und eine be­ züglich der ersten Druckmittelkammer 3 auf der anderen Seite des Kolbens 15, 16 liegende zweite Druckmittel­ kammer 17. Die beiden Druckmittelkammern 3 und 17 sind über je einen Druckmittelanschluß 50 bzw. 18 und eine noch näher zu erläuternde Ventileinrichtung be- und entlüftbar. Der erste Kolben 15, 16 weist auf seiner der zweiten Druckmittelkammer 17 zugewandten Seite eine ballig ausgebildete umlaufende Führung 15 auf. In einer Nut 14, deren Flanken einerseits von der balligen Füh­ rung 15 und andererseits von einem als Anschlag 12 die­ nenden umlaufenden Vorsprung des Kolbens 15, 16 gebil­ det werden, ist ein Nutring 13 gelagert. Der Nutring 13 dichtet die zweite Druckmittelkammer 17 gegen die erste Druckmittelkammer 3 ab.

Auf dem ersten Kolben 15, 16 ist ein als Ringkolben aus­ gebildeter zweiter Kolben 8 relativ zum ersten Kolben 15, 16 verschiebbar angeordnet. Der zweite Kolben 8 be­ sitzt einen sich radial nach außen erstreckenden um­ laufenden Vorsprung 7, mit welchem der zweite Kolben 8 bei einer Bewegung in Richtung auf die zweite Druck­ mittelkammer 17 zu an einem gehäusefesten Anschlag 47 zur Anlage bringbar ist. Der gehäusefeste Anschlag 47 wird von einer Abstufung des Zylinders 4 gebildet und dient zur Fixierung der beiden Kolben 15, 16, 8 in der Mittelstellung. In einer Nut 5 des zweiten Kolbens 8, deren Flanken einerseits vom Vorsprung 7 und anderer­ seits von einem weiteren umlaufenden Vorsprung 54, welcher an der der ersten Druckmittelkammer 3 zugewandten Seite des zweiten Kolbens 8 vorgesehen ist, gebildet werden, ist ein Nutring 6 gelagert. Der Nutring 6 dichtet die erste Druckmittelkammer 3 gegen die zweite Druck­ mittelkammer 17 ab. Zur Abdichtung des von den beiden teleskopartig zusammenwirkenden Kolben 15, 16, 8 be­ grenzten Zwischenraumes 41 ist ein zusätzlicher Dicht­ ring 48 zwischen der Mantelfläche des ersten Kolbens 15, 16 und der inneren Wandung des zweiten Kolbens 8 angeordnet. Der als Nutring ausgebildete zusätzliche Dichtring 48 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einer in der Mantelfläche des ersten Kolbens 15, 16 vorgesehenen Nut 49 gelagert, welche in dem der ersten Druckmittel­ kammer 3 zugewandten Endbereich des ersten Kolbens 15, 16 vorgesehen ist. Der zweite Kolben 8 weist in seinem dem ersten Kolben 15, 16 zugewandten Endbereich einen sich radial nach innen, in Richtung auf die Mantelfläche des ersten Kolbens 15, 16 zu erstreckenden, vorzugsweise umlaufenden Vorsprung 9, 10, 11 auf. Der Vorsprung dient als Anschlag, welcher bei einer Bewegung der beiden Kol­ ben 15, 16, 8 voneinander weg an dem zwischen den beiden Kolben 15, 16, 8 auf dem ersten Kolben 15, 16 angeordneten Dichtring 48 zur Anlage bringbar ist.

Der Anschlag 9, 10, 11 weist auf seiner dem Dichtring 48 zugewandten Seite eine steile Kante 9 und auf seiner dem Dichtring 48 abgewandten Seite eine rampenförmige Ab­ schrägung 11 auf.

Im Deckel 1 des Zylinders 4 ist eine Ausnehmung 52 vor­ gesehen, durch welche die Kolbenstange 53 aus dem Zy­ linder 4 herausgeführt wird. Ein Dichtring 51, der in einer in der Wandung der Ausnehmung 52 angeordneten Nut gelagert ist und dichtend an der Kolbenstange 53 an­ liegt, verhindert ein Austreten von Druckmittel aus der ersten Druckmittelkammer 3 durch die Ausnehmung 52 zur Atmosphäre hin.

Am Zylindergehäuse 4 ist ein Druckmittelanschluß 40 vor­ gesehen, welcher einerseits über eine Vorratsleitung 38 mit einer Druckmittelquelle 39 und andererseits mit einem im Zylinderboden angeordneten, als Druckmittel­ verteiler 37 dienenden Kanal verbunden ist. Der Druck­ mittelverteiler 37 weist einen ersten Ausgang 36 und einen zweiten Ausgang 20 auf. Der erste Ausgang 36 ist über eine Druckmittelleitung 35 an den Eingang eines er­ sten Einlaßventils 28 angeschlossen, dessen Ausgang über eine Druckmittelleitung 34 mit dem der ersten Druckmittel­ kammer 3 zugeordneten Druckmittelanschluß 50 verbunden ist. Eine von der Druckmittelleitung 34 abzweigende Druck­ mittelleitung 33 führt zum Eingang eines ersten Auslaß­ ventils 30, dessen Ausgang über eine Druckmittelleitung 32 und einen Druckmittelanschluß 55 mit dem von den bei­ den Kolben 15, 16, 8 begrenzten Zwischenraum 41 verbunden ist. Das Einlaßventil 28 und das Auslaßventil 30 sind als Elektromagnetventile ausgebildet. Über elektrische Leitungen 27, 29 und eine nicht dargestellte Schaltein­ richtung sind die Elektromagnetventile 28, 30 mit einer Spannungsquelle verbindbar.

In gleicher Weise ist der zweite Ausgang 20 des Druck­ mittelverteilers 37 über eine Druckmittelleitung 21 mit dem Eingang eines zweiten Einlaßventils 23 verbunden. Der Ausgang des zweiten Einlaßventils 23 ist über eine Druckmittelleitung 19 an den der zweiten Druckmittel­ kammer 17 zugeordneten Druckmittelanschluß 18 ange­ schlossen. Über eine Druckmittelleitung 26, welche von der Druckmittelleitung 19 abzweigt, ist der Druckmittel­ anschluß 18 mit dem Eingang eines zweiten Auslaßventils 24 verbunden, dessen Ausgang über eine Druckmittellei­ tung 32 und den Druckmittelanschluß 55 mit dem von den beiden Kolben 8, 15, 16 begrenzten Zwischenraum 41 in Verbindung steht. Das Einlaßventil 23 und das Auslaß­ ventil 24 sind als Elektromagnetventile ausgebildet, die über elektrische Leitungen 22, 25 und die nicht dar­ gestellte Schalteinrichtung mit einer Spannungsquelle verbindbar sind.

Anstelle der als Einlaßventil und Auslaßventil ausge­ bildeten Elektromagnetventile kann jeder Druckmittel­ kammer eine als drei/zwei-Wegeventil ausgebildete Ven­ tileinrichtung zugeordnet werden. Der von den beiden Kolben 15, 16, 8 begrenzte Zwischenraum 41 ist über eine als Rückschlagventil 42, 43 ausgebildete dritte Ventil­ einrichtung mit der Atmosphäre verbindbar. Das Rück­ schlagventil 42, 43 wird in diesem Ausführungsbeispiel von einem Gummiteller 43 und einem eine Gehäuseausneh­ mung 45 begrenzenden, als Ventilsitz 42 ausgebildeten Gehäusevorsprung gebildet, wobei der Gummiteller 42 mittels einer Schraube 46 an einen Vorsprung des Zy­ linders befestigt ist. Mittels der Schraube 46 ist die Rückhaltekraft des Rückschlagventils 42, 43 einstellbar. Das Rückschlagventil 42, 43 ist durch eine Kappe 44, die ebenfalls von der Schraube 46 gehalten wird, gegen äußere Einflüsse geschützt. Die Funktion des im Vorstehenden beschriebenen Arbeitszylinders wird nachfolgend näher erläutert.

Es wird angenommen, daß der mit der Kolbenstange 53 ver­ bundene erste Kolben 15, 16, wie in der Abbildung darge­ stellt, die Mittelstellung eingenommen hat. Über die ge­ öffneten Einlaßventile 28, 23 sowie die Druckmittelan­ schlüsse 50, 18 steht in der ersten Druckmittelkammer 3 und in der zweiten Druckmittelkammer 17 Druck an. Die Drücke in den beiden Druckmittelkammern 3, 17 sind gleich. Der zweite Kolben 8 wird gegen den gehäusefesten Anschlag 47 angedrückt und bleibt in Ruhe. Der erste Kolben 15, 16 wird mit seinem Anschlag 12 gegen den zweiten Kolben 8 angedrückt. Da die Summe der vom Druck aus der ersten Druckmittelkammer 3 beaufschlagten Wirkflächen der bei­ den Kolben 15, 16, 8 größer ist als die vom Druck aus der zweiten Druckmittelkammer 17 beaufschlagte entge­ gengerichtete Wirkfläche des ersten Kolbens 15, 16 ver­ bleibt der mit der Kolbenstange 53 verbundene erste Kol­ ben 15, 16 in der Mittelstellung.

Soll der mit der Kolbenstange 53 verbundene erste Kol­ ben 15, 16 in seine linke Endlage gebracht werden, so wird das der ersten Druckmittelkammer 3 zugeordnete Einlaßventil 28 geschlossen und das der ersten Druck­ mittelkammer 3 zugeordnete Auslaßventil 30 in die Offen­ stellung gebracht. Vom Druck aus der zweiten Druckmittel­ kammer 17 wird der erste Kolben 15, 16 nach links ver­ schoben und nimmt mit seinem Anschlag 12 den zweiten Kolben 8 mit. Gleichzeitig wird die erste Druckmittel­ kammer 3 über die Druckmittelleitungen 34, 33, das ge­ öffnete erste Auslaßventil 30 sowie die Druckmittellei­ tung 32 in die vom Rückschlagventil 42, 43 abgeschlossene Ausnehmung 45 und den daran anschließenden, von den bei­ den Kolben 8, 15, 16 begrenzten Zwischenraum 41 hinein­ entlüftet. Ist der Druck im Zwischenraum 41 und in der Ausnehmung 45 soweit angestiegen, daß er die Rückhalte­ kraft des Rückschlagventils 42, 43 überwindet, öffnet das Rückschlagvnetil 42, 43 und der überschüssige Druck wird zur Atmosphäre hin abgebaut.

Soll der erste Kolben 15, 16 in seine rechte Endlage gebracht und so die Kolbenstange 53 in den Zylinder 4 eingefahren werden, werden das erste Einlaßventil 28, das zweite Einlaßventil 23, das erste Auslaßventil 30 und das zweite Auslaßventil 24 umgeschaltet. Das erste Einlaßventil 28 befindet sich jetzt in der Offen­ stellung und das erste Auslaßventil 30 ist geschlossen. Das der zweiten Druckmittelkammer 17 zugeordnete zweite Einlaßventil 23 ist jetzt geschlossen und das der zwei­ ten Druckmittelkammer 17 zugeordnete zweite Auslaßven­ til 24 befindet sich jetzt in der Offenstellung. Der sich in der ersten Druckmittelkammer 3 aufbauende Druck verschiebt den ersten Kolben 15, 16 und den zweiten Kolben 8 nach rechts in Richtung auf die zweite Druck­ mittelkammer 17 zu. Der zweite Kolben 8 kommt mit sei­ nem Vorsprung 7 am gehäusefesten Anschlag 47 zur Anlage und der erste Kolben 15, 16 fährt weiter bis in seine rechte Endlage. Während dieses Vorganges wird die zweite Druckmittelkammer 17 über die Druckmittelleitungen 19, 26, das geöffnete Auslaßventil 24 sowie die Druckmittel­ leitung 32 in die vom Rückschlagventil 42, 43 abge­ schlossene Ausnehmung 45 sowie den daran anschließenden, von den beiden Kolben 15, 16, 8 begrenzten Zwischenraum 41 hineinentlüftet.

Wird wieder die neutrale Mittelstellung gewünscht, so wird das zweite Auslaßventil 24 geschlossen, das zweite Einlaßventil 23 in die Offenstellung gebracht und so die zweite Druckmittelkammer 17 wieder belüftet. Der erste Kolben 15, 16 wird vom Druckmittel aus der zwei­ ten Druckmittelkammer 17 nach links in Richtung auf die erste Druckmittelkammer 3 zu verschoben, und zwar so weit, bis er mit seinem Anschlag 12 an der ihm zu­ gewandten Stirnseite des zweiten Kolbens 8 zur Anlage kommt. Der Druck in dem von den beiden Kolben 15, 16, 8 begrenzten Zwischenraum 41 und der Ausnehmung 45 wird über das Rückschlagventil 42, 43 zur Atmosphäre hin ab­ gebaut.

Es ist selbstverständlich möglich, die zu den Einlaß­ ventilen und den Auslaßventilen hin bzw. die von den Einlaßventilen und von den Auslaßventilen wegführen­ den Druckmittelleitungen in Form von Kanälen im Zy­ lindergehäuse anzuordnen.

Claims (6)

1. Arbeitszylinder mit drei Stellungen, welcher die fol­ genden Merkmale aufweist:

• a) es ist ein mit einem Dichtring versehener erster Kolben (15, 16) vorgesehen, durch welchen der Zy­ linder in eine erste Druckmittelkammer (3) und eine bezüglich der ersten Druckmittelkammer (3) auf der anderen Seite des Kolbens (15, 16) ange­ ordnete zweite Druckmittelkammer (17) unterteilt ist;
• b) es ist ein als Ringkolben ausgebildeter zweiter Kolben (8) vorgesehen, der gegenüber der Zylin­ derinnenwand und einer äußeren Mantelfläche des ersten Kolbens (15, 16) abgedichtet geführt ist;
• c) die erste Druckmittelkammer (3) und die zweite Druckmittelkammer (17) sind jeweils mittels ei­ ner Ventileinrichtung be- und entlüftbar;

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• d) die Entlüftungsausgänge der Ventileinrichtungen (28, 30, 23, 24) sind mit dem von den beiden Kolben (15, 16, 8) begrenzten Zwischenraum (41, 45) ver­ bunden;
• e) es ist eine dritte Ventileinrichtung (42, 43) vor­ gesehen, über welche der Zwischenraum (41, 45) mit der Atmosphäre verbindbar ist.

2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die dritte Ventileinrichtung (42, 43) als zur Atmosphäre hin öffnendes Rückschlagventil ausge­ bildet ist.

3. Arbeitszylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rückhaltekraft des Rückschlagventils (42, 43) veränderbar ist.

4. Arbeitszylinder nach wenigstens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Be- und Entlüften der Druckmittelkammern (3, 17) vor­ gesehenen Ventileinrichtungen als Elektromagnetventile ausgebildete Einlaß- und Auslaßventile aufweisen.

5. Arbeitszylinder nach wenigstens einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen den Ventileinrichtungen und dem von den beiden Kolben begrenzten Zwischenraum (41, 45) durch interne im Gehäuse angeordnete Kanäle hergestellt werden.