DE3426997C2 - Hochdruck-Hubkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine aus einem bodenseitig geschlossenen und kopfseitig mit einer koaxialen Durchgangsbohrung für eine Kolbenstange versehenen Zylinder und einem über ein Druckmedium im Zylinder hin und her bewegbaren, mit der Kolbenstange verbundenen Kolben bestehende Hochdruck-Hubkolbenmaschine.

Mit zunehmender Mechanisierung und Automatisierung hat die Steuer- und Regeltechnik sehr an Bedeutung gewonnen. Eine hervorragende Rolle spielen dabei sogenannte Hubkolbenmaschine, die in Form von Antriebszylindern vielfältige Aufgaben übernehmen. Bevorzugte Aufgaben sind z. B. Positioniervorgänge, Spannvorgänge, Greifbewegungen.

Die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten bedingt eine Vielzahl unterschiedlicher Hubkolbenmaschinen und zwar sowohl hinsichtlich der zu übertragenden Druck- und Zugkräfte, als auch hinsichtlich der Hubwege.

Im Hinblick auf ihre unterschiedlichen Hubwege für bestimmte, mit sonst gleich dimensionierten Antriebszylindern zu bewältigende Aufgaben ergeben sich stets Schwierigkeiten, wenn außerhalb der "marktüblichen" Hübe liegende Zwischenwerte benötigt werden.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problematik besteht global betrachtet darin, eine Hubkolbenmaschine der gattungsgemäßen Art anzugeben, die so aufgebaut ist, daß mit einfachen Mitteln und Maßnahmen quasi beliebige Hublängen und unterschiedliche Kraftübertragungen realisiert werden können.

Zur Lösung dieser grundsätzlichen Problemstellung ist es bereits aus der DE-OS 20 16 924 bekannt, Hubkolbenmaschinen insoweit modular auszubilden, als durch Auswechseln eines zwischen zwei Zylinderköpfen angeordneten Zylinderrohrs unterschiedliche Hublängen und unterschiedliche Kolbenflächen und damit Arbeitsdrücke realisiert werden können. Dieser vorbekannte "Hydraulische Antrieb" ist jedoch nicht ohne weiteres für Hochdruckanwendungen geeignet bzw. konzipiert. Es handelt sich vielmehr um einen üblichen Stellzylinder mit auswechselbaren Zylinderrohren; wollte man diesen Stellzylinder für hohe Arbeitsdrücke verwenden, so müßten die Zylinderwandungen a priori wesentlich stärker gewählt werden. Die Zylinderbohrung müßte dabei jedoch von unverändert hoher Oberflächengüte sein, so daß für unterschiedliche Aufgaben in Verbindung mit Hochdruck-Anwendungen Zylinderrohre großer Wandstärken mit gehonten Zylinderbohrungen vorgehalten werden müßten - dies ist sicherlich eine relativ unwirtschaftliche Handhabung.

Ergänzend ist noch anzumerken, daß die konkrete Gestaltung dieses "Hydraulischen Antriebs" nur wenig Freiheit bezüglich der Einarbeitung bzw. Unterbringung der Anschlußbohrungen für das Arbeitsmedium bietet.

Im Hinblick auf die für Hochdruckanwendungen einerseits und die entsprechend zu dimensionierende Zylinderwandung andererseits liegt der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Kern darin, das Zylinderrohr quasi zweiteilig auszubilden und zwar insoweit, als ein dickwandiges Mittelteil zur Aufnahme des Arbeitsdrucks vorgesehen ist und in dieses Mittelteil eine Zylinderbuchse eingesetzt wird, die für den Kolben als Lauffläche dient.

Aus der DE-OS 21 03 775 ist ein derartiges aus einem Außenmantel und einer Laufbuchse bestehendes Zylinderrohr bekannt. Dabei besteht diese Laufbuchse aus einem spezifischen Lagerwerkstoff, der bezüglich der Laufeigenschaften an sich und im Hinblick auf mögliche Kantenpressungen für die gewünschte Arbeitsbedingungen nicht ganz unproblematisch ist.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird somit die Zylinder- bzw. Laufbuchse als für sich auswechselbares Teil verifiziert, so daß letztlich im Verschleißfalle ggf. auch die Laufbuchse alleine abgelängt und ausgewechselt werden kann.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine ist Gegenstand des Anspruchs 2.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine besteht darin, daß aufgrund der Modularität, d. h. aufgrund der Zerlegbarkeit des Zylinders wesentlich mehr und bessere Möglichkeiten für die Unter- bzw. Einbringung von Durchgangsbohrungen für das Druckmedium gegeben sind.

Die Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt das Aufbauprinzip der erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine und zwar

Fig. 1 mit einer ersten Hublänge h₁,

Fig. 2 mit einer zweiten Hublänge h₂.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine 1 einer ersten Hublänge h₁ dargestellt.

Diese Hubkolbenmaschine 1 besteht aus einem Zylinder 2 und einem Kolben 3, der je nachdem von welcher Seite her er mit Druckmedium beaufschlagt wird im Zylinder 2 hin und her (bezogen auf die Zeichnung auf und ab) bewegt wird (Pfeil ).

Mit dem Kolben 3 ist eine Kolbenstange 4 verbunden, die entsprechend der Kolbenbewegung (Pfeil ) ebenfalls oszillierend hin und her (auf und ab) bewegt werden kann.

Die Kolbenstange 4 reicht mit ihrem dem Kolben 3 abgewandten Ende durch eine Durchgangsbohrung an der Kopfseite des Zylinders 2 nach außen und bewegt über dieses freie Ende ein zugeordnetes Element in bestimmungsgemäßer Weise.

Der Kolben 3 bewegt sich längs einer den Hubraum der Hubkolbenmaschine bestimmenden Zylinderbuchse 5, deren Innendurchmesser gehont ist, um die Reibung zwischen Kolben 3 und Zylinderbüchsenwandung zu minimieren.

Wie erwähnt kann sich der Kolben 3 um die Hublänge h₁ innerhalb des Zylinders 2 bewegen. Dieser ist kolbenseitig geschlossen und kolbenstangenseitig über die Durchgangsbohrung für die Kolbenstange 4 offen. Prizipiell muß, damit der Kolben 3 in die Zylinderbuchse 5 eingeführt werden kann, der Zylinder 2 von der letztgenannten Seite her im Rohzustand eine entsprechende Bohrung aufweisen.

Diese Bohrung ist im allgemeinen ein Gewindeloch, in das über die Kolbenstange 4 hinweg ein Druckstück 6 eingeschraubt wird. Damit ergibt sich ein geschlossener Hubraum, innerhalb diesem - zwischen Zylinderboden und Druckstück 6 - der Kolben 3 und die Kolbenstange 4 axial bewegt werden können.

Die Hublänge h₁ liegt fest. Wird z. B. eine abweichende Hublänge benötigt, so bedeutet dies, daß aus der Vielfalt der angebotenen Arbeitszylinder (Hubkolbenmaschinen) ein passender ausgesucht werden muß. Nur in den seltensten Fällen wird man genau das Maß finden, das man gerade braucht.

Hier setzt die Erfindung ein, und zwar insoweit, als der Zylinder 2, wie er bisher als Einheit dargestellt, d. h. beschrieben wurde, nunmehr aus drei Grundelementen zusammengefügt wird. Grundsätzlich soll an dieser Stelle noch angefügt werden, daß mit der erfindungsgemäßen Konzeption nicht nur unterschiedliche Hublängen, sondern - entsprechend dem Nebenanspruch - auch die unterschiedlichen Arbeitsbedingungen bezüglich der Druck- und Zugkräfte realisiert werden können.

Die Erfindung besteht also darin, daß ein auswechselbares, aufgabenspezifisch dimensioniertes Grundelement mit zwei typspezifischen einheitlichen Grundelementen zu einer Einheit, nämlich einer erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine zusammengefügt wird.

Das erste Grundelement ist ein Bodenteil 21, das gemäß der vorstehenden Beschreibung Anschlag für den Kolben 3 ist und damit dessen eine Endstellung bestimmt.

An das Bodenteil 21 schließt als zweites Grundelement ein Mittelteil 22 an, das eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme der Zylinderbuchse 5 aufweist.

Mittelteil 22 und eingesetzte Zylinderbuchse 5 sind längenmäßig aufeinander abgestimmt und bilden eine Einheit; diese Einheit soll nun gemäß der vorliegenden Erfindung entweder in fein abgestuften Längen abrufbereit auf Lager liegen oder aus einfachen Halbzeugen bedarfsgerecht abgelängt werden.

Diesbezüglich soll an dieser Stelle angemerkt werden, daß hohlzylindrisches Stangenmaterial mit gehontem Innendurchmesser handelsüblich erhältlich ist und somit auf beliebige Länge zugeschnitten werden kann; gleiches gilt auch für die Herstellung des Mittelteiles selbst.

Das dritte Grundelement des erfindungsgemäßen Zylinders ist ein Kopfteil 23, in welches das Druckstück 6 eingesetzt ist.

Werden nun Bodenteil 21, Mittelteil 22 mit Zylinderbuchse 5 und Kopfteil 23 mit Druckstück 6 zusammengeschraubt (Schraubloch - Mittellinien 25), so ergibt sich ein Zylinder 2 mit einer Hublänge h₁ - entsprechend der Ausgangsbeschreibung.

Anhand von Fig. 2 (im Vergleich zu Fig. 1) wird der erfindungsgemäße Grundgedanke klar ersichtlich.

Während nach dem Stand der Technik eine neue, d. h. veränderte Hublänge nur dadurch erreichbar ist, daß ein neuer Zylinder genommen wurde, - der dann allerdings auch nur eine ganz bestimmte Hublänge hatte - ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, beliebige Hublängen dadurch zu verifizieren, daß das Mittelteil 22 mit der angepaßten Zylinderbuchse 5 ausgewechselt wird.

Gemäß Fig. 1 war der Kolben 3 über eine Hublänge h₁ verfahrbar; gemäß Fig. 2 beträgt diese Hublänge nunmehr h₂.

Erreicht wird diese Hublängenvariation ganz einfach dadurch, daß die Spannschrauben, die Boden-, Mittel- und Kopfteil zu einer Einheit verbinden, gelöst werden und daß zwischen Bodenteil 21 und Kopfteil 23 ein Mittelteil 22 einer zweiten Länge zwischengefügt wird. Das Mittelteil 22 enthält auch die der gewünschten Hublänge h₂ entsprechend abgelängte Zylinderbuchse 5.

Bodenteil 21 und Kopfteil 23 sind somit die gleichen wie beim Zylinder nach Fig. 1, sodaß letztlich eine sehr billige Lösung zur Realisierung unterschiedlicher und hublängenmäßig exakt abstimmbarer Arbeitszylinder möglich ist.

Billig ist diese Lösung insbesondere dadurch, daß das Kopfteil 23 mit dem eingeschraubten Druckstück 6 dem speziellen Zylindertyp entsprechend mehrfach verwendbar ist; gleiches gilt für das Bodenteil 21.

Und bezüglich des Mittelteiles 22 mit der Zylinderbuchse 5 ist es so, daß ggf. beide von einem handelsüblichen Stangenmaterial abgestochen werden können. Das Mittelteil 22 selbst muß dann allenfalls dem Außendurchmesser der Zylinderbuchse 5 entsprechend aufgebohrt werden, damit diese eingesetzt werden kann.

Der Vollständigkeit halber soll anhand von Fig. 2 noch auf folgendes hingewiesen werden.

Die Kolbenstange 4 muß selbstverständlich in Ringdichtungen 41 laufen, damit das Druckmedium nicht nach außen entweicht. Und da Bodenteil 21 und Mittelteil 22, sowie Mittelteil 22 und Kopfteil 23 jeweils über bearbeitete Flächen aneinandergepreßt sind, müssen auch hier Dichtungen 27 und 28 eingelegt werden.

Die Betätigung des Kolbens 3 bzw. der Kolbenstange 4 wird über zwei Druckmittelanschlüsse a und b erreicht.

Der Druckmittelanschluß a wirkt auf eine durch das Bodenteil 21 gebohrte Druckmittelleitung und bewirkt eine Bewegung des Kolbens 3 zum Kopfteil 23 hin; der Druckmittelanschluß b führt zum Kopfteil 23 und wirkt über eine durch das Druckstück 6 gebohrte Druckmittelleitung auf das stangenseitige Ende des Kolbens 3.

Über wechselweise Beaufschlagung der Druckmittelanschlüsse a und b wird der Kolben 3 somit zwischen beiden Endstellungen am Bodenteil 21 und am Kopfteil 23 hin und her bewegt.

Wie bereits erwähnt, läßt sich der erfindungsgemäße Grundgedanke auch insoweit variieren, daß nicht hublängen-variable Mittelteile, sondern kolbendurchmesser-variable Mittelteile ausgetauscht werden.

Abschließend soll noch darauf hingewiesen werden, daß der erfindungsgemäße Arbeitszylinder insbesondere auch für hohe Arbeitsdrücke anwendbar ist, da die Zylinderbuchse sich über ihre gesamte Länge am Mittelteil und ggf. an der Sacklochwandung im Bodenteil abstützen kann.

Claims (3)

1. Aus einem bodenseitig geschlossenen und kopfseitig mit einer koaxialen Durchgangsbohrung für eine Kolbenstange versehenen Zylinder und einem über ein Druckmedium im Zylinder hin und her bewegbaren, mit der Kolbenstange verbundenen Kolben bestehende Hochdruck-Hubkolbenmaschine, insbesondere Arbeitszylinder für die Automatisierungstechnik, bei der der Zylinder (2) modular aus drei Grundelementen zusammengefügt ist, und zwar

• a) aus einem typ-spezifischen Bodenteil (21)
• b) aus einem aufgabenspezifisch abgelängten und bezüglich des Kolbendurchmessers aufgabenspezifisch dimensionierten jeweils frei wählbaren Mittelteil (22) mit einer dem Kolbendurchmesser entsprechenden Zylinderbohrung, die durch eine bezüglich des Innendurchmessers hochgenau bearbeitete, insbesondere gehonte, und bezüglich des Außendurchmessers paßgenau im Mittelteil (22) sitzende, für sich auswechselbare Zylinderbuchse (5) realisiert ist, und
• c) aus einem typ-spezifischen Kopfteil (23), das die Durchgangsbohrung für die Kolbenstange (3) aufweist,

so daß je nach Länge oder Innendurchmesser des Mittelteils (21) unterschiedliche Arbeitshübe (h₁, h₂) und Druckkräfte des Kolbens realisierbar sind.

2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenteil (21) von der dem Kolben (3) zugewandten Seite her ein Sackloch aufweist, dessen Durchmesser dem Außendurchmesser der Zylinderbuchse (5) entsprechend gewählt ist, die um daß Maß der Sacklochtiefe verlängert und bei der Montage des Zylinders (2) in das Sackloch eingeführt ist.