DE3426701A1

DE3426701A1 - Kolben-zylinder-einheit

Info

Publication number: DE3426701A1
Application number: DE19843426701
Authority: DE
Inventors: Rolf Fleischer-Harkort; Georg 5802 Wetter Simon
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-07-20
Filing date: 1984-07-20
Publication date: 1986-01-23

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Einheit mit zwei Kolben gleichen Durchmessers, denen jeweils eine aus dem Zylinder herausgeführte Kolbenstange zugeordnet ist.

Kolben-Zylinder-Einheiten werden für die unterschiedlichsten Zwecke eingesetzt, insbesondere zur Betätigung von Vorrichtungen, Arbeitsmaschinen, Hebezeugen, Pressen₄usw. Bei bestimmten Bewegungsabläufen werden mehrere Kolben-Zylinder-Einheiten eingesetzt, wenn es z.B. darum geht, ein bestimmtes Teil zu greifen und dann entlang einer Wegstrecke zu verfahren. An dem freien Ende der Kolbenstange des Verfahrzylinders befindet sich dann eine weitere Kolben-Zylinder-Einheit die den eigentlichen GreifVorgang ausführt, im übrigen aber passiv die Verfahrbewegung begleitet.

Darüber hinaus sind sogenannte doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Einheiten bekannt, bei denen in einem einzigen Zylinder zwei Kolben gleichen Durchmessers enthalten sind, deren zugeordnete Kolbenstange jeweils an einander

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gegenüberliegenden Seiten aus dem 5ylind»r herausgeführt

sind, In der Regel ist in der Mitte: des Zylinders eine ^μ ||

Trennwand vorgesehen, so daß bei diesen Sonderkonstruk- | tionen von der Wirkung her eine Tandemanordnung vorhanden ist, also zwei unabhängige Einheiten voneinander, die

Rücken an Rücken zu ^iner einzigen Einheit zusammenge- |;

faßt sind. $

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Kolben- j|

jQ Zylinder-Einheit mit zwei Kolben innerhalb eines Zylinders |1

zu schaffen, die in der Lage ist, einen Spannvorgang und fj

das anschließende Zurücklegen eines Verfahrweges mit $

einer einzigen Ansteuerung zu bewirken, wobei das Spannen t^!

?jnd Entspannen in derselben Endlage des Verfahrweges er- U

folgt. £

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß ^:Ά die einem Nebenkolben zugeordnete Kolbenstange als Kolben- ■

rohr ausgebildet ist, durch deren innere Bohrung die andere, "

2Q einem Hauptkolben zugeordnete Kolbenstange hindurchgeführt '

ist, und daß der Nebenkolben mindestens einen freien Durch- ■■

gang aufweist. ).

Der Zylinder der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Einheit

2g ist wie ein herkömmlicher Zylinder aufgebaut; während das £> eine Ende des Zylinders bleibend beispielsweise durch

einen Plansch oder dergleichen verschlossen ist, ist an §

dem anderen Ende des Zylinders eine Kolbenstangendurch- f

führung mit einer Gleitdichtung vorgesehen. Diese Durch- %

„Ρ führung hat unmittelbar Berührung mit der Außenseite des Ij₁

Kolbenrohres, das dem Nebenkolben zugeordnet ist. Im j^;

Inneren des Kolbenstangenrohres ist die Kolbenstange des jt

Hauptkolbens geführt, der, bezogen auf die Kolbendurch- \\

führung unterhalb des Nebenkolbens in dem Zylinder Platz ?|

gg findet. Beide Kolben weisen" den gleichen Durchmesser auf, £■

es handelt sich also nicht um einen Stufenkolben. ':■

Infolge des freien Durchgangs dur :h der Nebenkolben, der die durch den Nebenkolben voneinander getrennten Zylinderräume miteinander verbindet, hat ler Nebenkolben bei einem Druck oberhalb des Hauptkoloens die Tendenz, in Richtung Kolbenstangendurcl führung zu wandern. Aufgrund des freien Durchganges herrscht nämlich auf beiden Kolbenseiten der gleiche Druck, wobei die dem Kolbenrohr äbgewandte Seite «ine größere Wirkfläche aufweist.

¹^ Bei unbehindert beweglichem Kolbenrohr verhält sich die erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Einheit so, als sei lediglich der Hauptkolben samt seiner Kolbenstange in dem Zylinder vorhanden; der Nebenkolben verharrt in seiiäer äußersten Strecklage. Wenn jedoch zwischen dem Kolbdnrohr und der Kolbenstange beispielsweise unter Zuhilfenahme von als Zangen wirkerden Auslegern eine mechanische Ankoppelung stattfindet in der Weise, daß bei abwärts be- < wegtem Hauptkolben der Nebenkolben mitgenommen wird, bleibt zwischen den Auslegern eine gewisse Spannkraft erhalten, obwohl sich der Hauptkolben und dessen Kolbenstange (unter Mitnahme des Nebenkolbens) Zylinder einwärts bewegt. Bei Umkehrung der Druckverhältnisse, slso bei einer Beaufschlagung des Hauptkolbens auf seiner der Kolbenstange abgewandtsi Seite und bei Aufrechterhaltung eines gewissen Gegendruckes auf der Kolbenrohrseite des Nebenkolbens setzt eine entgegengesetzte Bewegung ein, wobei wiederum der Nebenkolben die Tendenz hat, vorzulaufen, was gleichbedeutend damit ist, daß das zwischen den als Zangen dienenden Auslegern gehaltene Werkstück weiterhin mit einer gewissen Vorspannung gegriffen wird.

Die Anteile der Verfahrwege können beliebig gewählt werden. Je nach dem Verfahrweg, nach dessen Ablauf der Hauptkolben über das eingespannte Werkstück den Nebenkolben mitnimmt, steht für den Verfahrweg beider Kolben ein entsprechender Restweg zur Verfügung, der sich selbstverständlich auch nach der absoluten Länge der Kolben-Zylinder-Einheit richtet.

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Die erfindungsgeinäße Kolben-Zylinder-Einheit kann mit besonders guter Wirkung für ein Spannelement eingesetzt werden, das unter der Anmeldenummer P 33 33 141.3 als Patentanmeldung hinterlegt ist. Bei diesem Spannelement kommt es darauf an, daß ein Kegel eine aus Segmenten bestehende Spreizhülse soweit auseinanderdrängt, bis die Außenfläche der Spreizhülse sich an einen außenliegenden Konus anlegt. Danach können der Kegel und die Spreizhülse zusammen um einen vorgegebenen Betrag bewegt werden, wobei das an dem äußeren Konus festgespannte Teil mitgenommen wird. In dieser Weise können sehr große Spannwege ver-r wirklicht werden, und darüber hinaus ist eine Trennung zwischen dem zu spannenden Teil und der Kolben-Zylinder-Einheit gegeben, so daß z.B. Deckel von Behältern und dergleichen nach dem Abheben aus der Schließlage zur Seite geschwenkt oder verfahren werden können. Für eine erneute Schließung des Behälters ist lediglich die Rückführung des Deckels in eine Vorspannungsposition erforderlich, in der der Deckel von einem oder mehreren Kolben-Zylinder-Einfcieiten gemäß der Erfindung erfaßt und in die Schließlage gezogen werden. Dabei können Spannwege von mehr als 1 m erreicht werden, falls die spezielle Situation dies erfordert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in der Zeichnung dargestellt ist, wird nachfolgend näher erläutert; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht durch eine Kolben-Zylinder·

Einheit gemäß der Erfindung und 30

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie

H-II in der Fig. 1 .

Die in der Figur 1 dargestellte Kolben-Zylinder-Einheit besteht aus einem hydraulisch oder pneumatisch betriebenen Zylinder 1, der an seiner einen Seite mit einem als Kolbenstangendurchführung dienenden Deckel 2 verschlossen und mit Hilfe eines darunterliegenden Dichtungsblockes 3 abge-

dichtet ist. Im Innern des Zylinders 1 ist ein Hauptkolben 6 mit einer Kolbenstange 7 und ein Nebenkolben 8 mit einem Kolbenrohr 9 untergebracht. Die jeweilige Anordnung ist der Figur 1 zu entnehmen.

Durch das Innere des Kolbenrohres 9 verläuft die Kolbenstange 7, wobei die Längenverhältnisse so gewählt siiid, daß die Kolbenstange 7 das Kolbenrohr 9 um einen bestimmten Betrag überragt. Zur Betätigung des Hauptkolbens 6 sowie des Nebenkolbens 8 sind ein Bodenanschluß 12 sowie ein

Deckelanschluß 13 vorgesehen, wobei der Deckelanschluß 13 der leichteren Zugänglichkeit wegen ebenfalls am unteren Ende des Zylinders 1 angeordnet ist und mit Hilfe einer Leitung 11 mit dem Raum oberhalb des Nebenkolbens 8 veri| 15 bunden ist.

Der Nebenkolben 8 ist mit gleichmäßig um den Umfang verteilten Durchgangsbohrungen 14 (Figur 2) versehen, die also die Zylinderräume oberhalb und unterhalb des Nebenkolbens 8 miteinander verbinden. Die Durchgangsbohrungen

14 in Verbindung mit den unterschiedlichen hydraulisch wirk- !,. samen Flächen an der Oberseite und der Unterseite des

Nebenkolbens 8 verleihen ihm bei einer Druckbeaufschlagung des Deckelanschlusses 13 stets die Tenden2, die in der Figur 1 dargestellte Lage einzunehmen, also in der maximalen Strecklage zu verharren. Die hydraulisch wirksame Unterseite des Nebenkolbens 8 weist nämlich infolge des im Durchmesser reichlich gehaltenen Kolbenrohres 9 eine größere Fläche auf als die Oberseite des Nebenkolbens 8, so daß -bei gleichem Druck auf beiden Kolbenseiten in folge der Durchgangsbohrungen 14- eine Tendenz in die Strecklage die Folge ist.

An dem freien Ende der Kolbenstange 7 ist in gestrichelten Linien als Ausdruck eines äußerst einfachen Beispiels ^! ein oberer Greifarm 15 befestigt, der an seinem freien

Ende mit einer Mulde für ein im Querschnitt kreisförmiges

g Werkstück 17 ausgebildet ist. Am freien Ende des Kolben-

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rohres 9 ist ein unterer Greifarm 16 angebracht, der eine entsprechende Greifmulde aufweist. In der in Figur 1 nicht p dargestellten Ausgangslage der Kolben-Zylinder-Einheit >? liegt der Hauptkolben 6 an der Unterseite des Nebenkolbens 8 an, wobei die beiden Greif arme 15 und 16 voneinander J>. abgespreizt sind. Bei einer Druckbeaufschlagung des Deckelanschlusses 13 gelangt über die Leitung 11 Druckmedium :; auf beide Seiten des Nebenkolbens und auf die Oberseite ;: des Hauptkolbens 6. Während der Nebenkolben 8 in seiner ?c maximalen Strecklage verharrt, beginnt der Hauptkolben 6 ί unter der Wirkung des nachströmenden Arbeitsmediums ab- tf wärts zu wandern, bis die beiden Greifarme 15 und 16 ein | Werkstück 17 gefaßt haben. Zu diesem Zeitpunkt sind der jj Hauptkolben 6 und der Nebenkolben 8 über die Greifarme $, 15 und 16 und das Werkstück 17 quasi aneinandergekoppelt, |;i so daß bei weiter einströmendem Arbeitsmedium die Kraft | des Hauptkolbens 6 ausreicht, um den Nebenkolben 8 ent- | gegen dessen Aufwärtstendenz abwärts mitzunehmen. Dabei ;-< wandert das Werkstück 17, geführt von den beiden Greifarmen 15 und 16 mit den beiden Kolben 6 und 18 abwärts bis in die vorgesehene Endlage, bei der der Hauptkolben auf dem Grund des Zylinders aufliegt. Es versteht sich von selbst, daß während dieser Bewegung der Bodenanschluß 12 freien Ausgang hat, also z.B. mit der Tankleitung verbunden ist bei einer Hydraulikflüssigkeit als Arbeitsmedium und mit der Umgebungsluft bei Druckluft als Arbeitsmedium. ■·,{

Die Spannkraft hängt von der Querschnittsfläche des

gO Kolbenrohres 9 abzüglich der Querschnittsfläche der ;! Kolbenstange 7 ab. Mit anderen Worten, wenn die Spannkraft

groß gewählt werden soll, wird der Außendurchmesser des _;i

Kolbenrohres 9 groß und der Außendurchmesser der Kolben- I]

stange klein gewählt (dickwandiges Kolbenrohr 9) , während HJ

bei einer geringen vorzuwählenden Spannkraft das Kolben- '? rohr 9 dünnwandig gestaltet wird, wobei es auf den Durchmesser weniger ankommt. j

Wenn nach einer Bearbeitung des Werkstückes 17 oder na ^h der Erfüllung irgendeines anderen Zweckes in Verbindung mit anderem an der Kolbenstange 7 und an dem Kolbenrohr 9 befestigtem Zubehör wieder eine Rückwärtsbewegung in die Strecklage erfolgen soll, wird der Bodenanschluß bei gleichzeitiger Entspannung des Deckelanschlusses mit dem Arbeitsmedium beaufschlagt, wobei der Deckelanschluß 13 auf natürliche Weise oder bewußt leicht gedrosselt ist, damit oberhalb des Hauptkolbens 6 ein gewisser Restdruck verbleibt.

Dieser Restdruck sorgt für eine Aufwärtstendenz des Nebenkolbens 8, die wiederum die Einspannung des Werkstückes 17 zwischen den beiden Greifarmen 15 und 16 sicherstellt. Zunächst wandern also beide Kolben 6 und 8 mit gleichbleibendem Abstand zueinander aufwärts, bis der Nebenkolben 8 mit seiner Oberseite an dem Dichtungsblock 3 anstößt und stehenbleibt. Der Hauptkolben 6 fährt dann noch das Wegstück bis zur Anlage an der Unterseite des Nebenkolbens 8 nach, wobei das Werkstück 17 aus den Greifarmen 15 und 16 freigegeben wird.

Aus Vereinfachungsgründen ist das Kolbenrohr 9 in der Figur.1 als dickwandiges Rohr dargestellt worden. Selbstverständlich kann das Kolbenrohr 9 auch dünnwandig mit entsprechenden Führungen an den beiden Enden ausgeführt sein, ohne daß sich dadurch andere hydraulische Verhältnisse einstellen. Auch kann das Kolbenrohr 9 und der Nebenkolben 8 einstückig ausgebildet sein, wobei dann die Abdichtung zu der Kolbenstange 7 in der Nähe der unteren Seite des Nebenkolbens 8 anzuordnen sein wird.

Zum Kompensierung von evtl. Toleranzen in der Kontrizität

kann die Verbindung zwischen der Kolbenstange 7 und dem Hauptkolben 6 spielbehaftet sein, und zwar in der Weise, daß in radialer Richtung ein gewisses Spiel vorhanden ist, gg nicht jedoch in axialer Richtung, so daß die Kolbenstange 7 gegenüber dem Hauptkolben 6 hin und her wandern kann, nicht jedoch eine Relativbewegung in Verstellrichtung ausführen kann.

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Die Kolben 6 und 8 sowie die Kolbenstange 7 und das Kolbenrohr 8 sind in üblicher Weise zu dem Zylinder 1 bzw. an dem Dichtungsblock 3 abgedichtet; hier beschreitet die Erfindung bekannte Wege. Auch kann die Außenseite des Zylinders 1 mit üblichen Einrichtungen zur Befestigung bzw. zur Verschwenkung versehen sein, also beispielsweise mit Anschraubflanschen, Gelenkzapfen oder mit einem Außengewinde und dergleichen.

Falls die erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Einheit im Zusammenhang mit einem Spannelement gemäß der Patentanmeldung P 33 33 141.3 eingesetzt wird, wird an der Kolbenstange 7 der innere Spreizkegel befestigt, während an dem Kolbenrohr 9 die aus einzelnen Segmenten bestehende Spreizhülse an-

,_ gebracht wird, die sich in der Spreizstellung an die Io

Innenfläche eines Konuses anlegt. Der Konus ist dann beispielsweise an das Oberteil einer Presse angeschweißt oder in sonstiger Weise befestigt, während der Zylinder 1 am Unterteil dieser Presse unverrück befestigt ist. Die Federeinrichtung an dem Spannelement ist dann selbstver-

ständlich überflüssig, da nach dem Spannvorgang sich beide Kolben 6 und 8 zusammen mit dem Spreizkegel und der Spreizhülse abwärts bewegen können.

Im Einzelfall.kann es zweckmäßig sein, das Kolbenrohr 9 Zo

ebenfalls als Kolbenstange auszubilden, wobei dann zwei Kolbenstangendurchführungen nebeneinander in dem Deckel 2 vorhanden sind und die jeweiligen Kolbenstangen nicht mehr konzentrisch sondern nebeneinander verlaufan. Die in dem Nebenkolben erforderliche Passage für die Kolbenstange des Hauptkolbens kann dann so groß gewählt werden, daß sie als Durchgang für das Arbeitsmedium wirkt. Auch diese Ausführungsform ist Gegenstand dieser Erfindung.

Claims

Patentanwälte 1 3 639 ΚΑ/Kr Wenzel & Kalkoff Flaßkuhle 6 Postfach 2448 Witten/Ruhr Patentansprüche:

1. Kolben-Zylinder-Einheit mit zwei Kolben gleichen Durchmessers, denen jeweils eine aus dem Zylinder herausgeführte Kolbenstange zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die einem Nebenkolben (8) zugeordnete Kolbenstange als Kolbenrohr (9) ausgebildet ist, durch deren innere Bohrung die andere, einem Hauptkolben (6) zugeordnete Kolbenstange (7) hindurchgeführt ist, und daß der Nebenkolben (8) mindestens einen freien Durchgang (14) aufweist.

2. Kolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang als eine oder mehrere Durchgangsbohrungen (14) ausgebildet ist.

3. Kolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischeider Kolbenstange (7) und dem Hauptkolben (6) eine ausschließlich in radialer Richtung Spiel aufweisende Verbindung vorgesehen ist. ^v

4. Kolben-Zylinder-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikanschlüsse (12, 13) an der den Durchführungen abgewandten Seite angeordnet sind.