DE3632355A1 - Druckmittelbetaetigter vielstellungszylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetätigten Vielstellungszylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist bereits ein zu einer Steuervorrichtung einer Nähmaschine gehörender Stellmotor bekannt (DE-PS 31 18 964), bei dem in einem Tragrohr vier Einzelzylinder hintereinander angeordnet sind. Die Hübe dieser Einzelzylinder verhalten sich zueinander wie 1 : 2 : 4 : 8. Die pneumatisch beaufschlagbaren Einzelzylinder des bekannten Stellmotors ermöglichen 16 definierte Endstellungen. Sollen mit dem bekannten Stellmotor erheblich mehr als 16 Endstellungen erreicht werden, so müssen mehr als vier Einzelzylinder hintereinander angeordnet werden. Damit erhöht sich der Platzbedarf für die Unterbringung des Stellmotors und sein Bauaufwand. Darüber hinaus weist der bekannte Stellmotor den Nachteil auf, daß die Hübe der Einzelzylinder nicht von außen zugänglich verstellbar sind, was eine Voraussetzung ist, um negative Auswirkungen auf die Stellgenauigkeit durch sich addierende Toleranzen auszuschließen.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Vielstellungszylinder zu schaffen, mit dem eine wesentlich größere Anzahl definierter Endstellungen erreichbar ist, der kompakter aufgebaut ist und dadurch einen geringeren Platzbedarf benötigt und dessen Kolbenhübe von außen feinfühlig einstellbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird in den Unteransprüchen beschrieben.

Mit dem Vielstellungszylinder nach der Erfindung ist es nunmehr mit acht Einzelzylindern möglich, 256 definierte Endstellungen zu erreichen. Durch die besondere Anordnung der acht verschiedenen Zylinder nimmt der Erfindungsgegenstand einen kleinen Bauraum ein. Die Konzeption des Vielstellungszylinders läßt es zu, daß mehrere seiner Bauteile als Spritzgußteile ausführbar sind, wodurch eine Voraussetzung für eine preisgünstige Herstellung gegeben ist. Abweichend von der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform gilt es als selbstverständlich, daß bei Verwendung von mehr als acht Einzelzylindern eine entsprechende Anzahl definierter Endstellungen erreichbar ist, die größer als 256 ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht des unbeaufschlagten Vielstellungszylinders,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung längs der Linie A-B des unbeaufschlagten Vielstellungszylinders,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Vielstellungszylinders, dessen in der linken Einheit untergebrachte Zylinder mit dem Druckmittel beaufschlagt sind,

Fig. 4 eine Schnitt- und Seitenansicht des linken Einfachkolbens,

Fig. 5 eine Schnitt- und Seitenansicht eines Doppelkolbens,

Fig. 6 eine Schnittdarstellung der unbeaufschlagten, linken Einheit des Vielstellungszylinders, deren Zylinderrohre mit Schrauben verbunden sind,

Fig. 7 eine Perspektivdarstellung eines Spezialschlüssels für das Einstellen der von außen zugänglichen Anschlagschrauben,

Fig. 8 eine Seitenansicht des einen Flansches einer Einheit,

Fig. 9 eine Seitenansicht des anderen Flansches einer Einheit,

Fig. 10 eine schematische Darstellung des Vielstellungszylinders und der mit ihm zusammmenwirkenden Steuerung.

Der Tragrahmen des in Fig. 1 und 2 gezeigten Vielstellungszylinders (1) besteht aus einem Kopfteil (2) und zwei damit fest verbundenen Führungsstangen (3). Auf die Führungsstangen (3) werden im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel vier Einheiten (5) geschoben. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist am Ende der linken Einheit (5) ein Flansch (30) und am Ende der rechten Einheit (5) ein Flansch (61) vorgesehen. Gemäß Fig. 2 sind in den Flanschen (30) und (61) je zwei diametral gegenüberliegende Stifte (15) in ansich bekannter Weise eingepreßt, die an ihrem freien Ende eine umlaufende Nut aufweisen. Letztere dient zur Aufnahme der in bekannter Weise angebogenen Öse der Felder (4), die sich gemäß Fig. 1 und 2 zwischen zwei Stiften (15) befindet. Im Ausführungsbeispiel sind zwei als Druckfeder ausgeführte Federn (4) vorgesehen, die dafür sorgen, daß im nicht mit einem Druckmittel beaufschlagten Zustand des Vielstellungszylinders (1) zwischen der am Kopfteil (2) anliegenden Seite des Flansches (61) und der Außenseite des Flansches (30) ein minimaler Abstand vorhanden ist. Im Einbauzustand des Vielstellungszylinders (1) ist das Kopfteil (2) gestellfest, also stationär am Maschinengestell oder ähnlichem gelagert, während die Einheiten (5) nach Druckmittelbeaufschlagung gegen die Wirkung der beiden Federn (4) auf den Führungsstangen (3) verschiebbar sind.

Die vier Einheiten (5) haben im wesentlichen den gleichen Aufbau. Sie unterscheiden sich durch unterschiedliche Baulängen. Im Ausführungsbeispiel hat die rechte, dem Kopfteil (2) benachbarte Einheit (5) die kleinste, die zuletzt auf die Führungsstangen (3) aufgeschobene und deshalb links befindliche Einheit (5) die größte Baulänge. Die letztgenannte Einheit (5) ist im noch nicht auf die Führungsstangen (3) geschobenen Zustand im Detail aus Fig. 6 ersichtlich. Besagte Einheit (5) besteht aus den Zylinderrohren (17) und (18), die durch vier Schrauben (22) fest miteinander verbunden sind. An ihren äußeren Enden weisen die Zylinderrohre (17, 18) je einen Ansatz auf. Der Ansatz des Zylinderrohres (17) nimmt den Flansch (19), der Ansatz des Zylinderrohres (18) den Flansch (20) auf. Neben dem für die Aufnahme des Zylinderrohres (17) vorgesehenen Mittelloch befinden sich im Flansch (19) (siehe Fig. 8) konzentrisch zur Flanschmitte angeordnete, diametral gegenüberliegende Lochgruppen zu je fünf Löchern. Diese haben voneinander gemäß Fig. 8 einen Winkelabstand von 30° bezogen auf die Flanschmitte. Die mittleren Löcher 45 jeder Lochgruppe sind die in Fig. 2 angedeuteten Löcher, in die je eine Führungsstange (3) eingeführt wird. In direkter Nachbarschaft zu den Löchern (45) befinden sich vier Senklöcher 44, von denen jedes gemäß Fig. 6 einen Senkkopf der Schraube 22 aufnimmt. Neben den Senklöchern (44) sind schließlich noch vier Löcher (46) vorgesehen, die - wie in Fig. 3 angedeutet - als Durchgangslöcher für die in Fig. 3 gezeigten Anschlagschrauben (14) dienen.

Im Flansch (20) (siehe Fig. 9) sind neben dem Mittelloch für die Aufnahme des Zylinderrohres (18) ebenfalls zwei konzentrisch zur Flanschmitte angeordnete, diametral gegenüberliegende Lochgruppen zu je fünf Löchern vorgesehen, die mit den im Flansch (19) befindlichen beiden Lochgruppen fluchten. Die beiden Löcher (45) im Flansch (20) dienen ebenfalls zur Aufnahme der Führungsstangen (3). In direkter Nachbarschaft zu ihnen befinden sich vier Gewindelöcher (47), die die Gewindeschäfte der Schrauben (22) aufnehmen. Neben den Gewindelöchern (47) sind vier Löcher (46) vorgesehen, die - wie in Fig. 3 angedeutet - als Durchgangslöcher für die Anschlagschrauben (14) dienen.

An den inneren Seiten der Zylinderrohre (17,18) befinden sich gemäß Fig. 6 je ein innerer Ansatz, der zur Aufnahme einer Dichtungsscheibe (21) vorgesehen ist. Sie ist in ihrer Dicke so dimensioniert, daß sich die Stirnflächen der Zylinderrohre (17, 18) nicht berühren können. Die Dichtungsscheibe (21) besteht aus einem geringfügig deformierten Kunststoff, so daß die von den Zylinderrohren (17, 18) und den für die betreffende Einheit (5) vorgesehenen beiden Kolben, in Fig. 6 z. B. (23) und (24), gebildeten Zylinderräume ausreichend abgedichtet sind.

Die linke Einheit (5) (siehe Fig. 6) ist mit den Kolben (23) und (24) bestückt. Alle im Vielstellungszylinder (1) verwendeten Kolben (23 bis 27) werden zweckmäßigerweise aus einem geeigneten, im Spritzgußverfahren verarbeitbaren Kunststoff hergestellt. Der Kolben (23) wie auch der Kolben (27) hat nur einen Kolbenschaft (36 bzw. 43), während die Kolben (24 bis 26) zwei Kolbenschäfte (37 bis 42) aufweisen. Jeder Kolben (23 bis 26) hat je einen Flansch (30), während der Kolben (27) einen Flansch (61) hat. Die als Einfachkolben konzipierten Kolben (23) und (27) haben einen Ansatz (28), während die als Doppelkolben konzipierten Kolben (24 bis 26) zwei Ansätze (28) aufweisen. Gemäß Fig. 4 hat der Kolben (23) - wie auch der Kolben (27) - eine winklig verlaufende Bohrung (31), während die Kolben (24 bis 26) je zwei winklig verlaufende Bohrungen (34, 35) (siehe Fig. 5) haben. Der zum Umfang des Flansches (30) bzw. des Flansches (61) führende Teil der Bohrung (31) bzw. (34) bzw. (35) mündet in Nähe des Umfangs in ein Gewinde, das zur Aufnahme einer handelsüblichen Schlauchschraubung (16) dient. Der andere, zum Ansatz (28) führende Teil der Bohrung (31) bzw. (34) bzw. (35) ist in den Kolben (23 bis 27) gemäß Fig. 5 exzentrisch angeordnet, um bei den Kolben (24 bis 26) eine gegenseitige Durchdringung der Bohrungen (34) und (35) zu vermeiden. Auf den Ansatz (28) wird ein handelsüblicher Lippenring (29) gezogen.

In dem Flansch (30) des Kolbens (23) und im Flansch (61) des Kolbens (27) befinden sich zwei Löcher (32), deren Durchmesser etwas größer als der Durchmesser der Führungsstangen (3) ist. Außerdem befinden sich im Flansch (30) zwei Gewindelöcher (33) (siehe Fig. 4), die mit den entsprechenden Löchern (46), die sich gemäß Fig. 8 und 9 in den Flanschen (19, 20) befinden, fluchten.

In dem Flansch (30) der Kolben (24 bis 26) befinden sich zwei Löcher (32), deren Durchmesser etwas größer als der Durchmesser der Führungsstangen (3) ist. Außerdem befinden sich im Flansch (30) vier Gewindelöcher (33) (siehe Fig. 5), die mit den entsprechenden Löchern (46) die sich gemäß Fig. 8 und 9 in den Flanschen (19, 20) befinden, fluchten.

Die zuvor erwähnten Gewindelöcher (33) dienen zur Aufnahme der Anschlagschrauben (14). Für deren feinfühlige Einstellung dürfen sich die Anschlagschrauben (14) im betreffenden Flansch (30 bzw. 61) nur schwergängig drehen, um die Fixierung der vorgenommenen Einstellung des Kolbenhubes zu gewährleisten. Aus diesem Grund werden die Gewindelöcher (33) mit Untermaß hergestellt, d.h. der Kern-, Flanken- und Außendurchmesser des betreffenden Gewindeloches ist kleiner als sein Nennmaß. Werden beim Schneiden der Gewindelöcher in drei Stufen unterteilte Gewindebohrer verwendet, so werden besagte Gewindelöcher nur mit den Gewindebohrern hergestellt, die der ersten und der zweiten Fertigungsstufe entsprechen. Der Hub jedes Kolbenschaftes (36 bis 43) wird durch zwei diametral im betreffenden Flansch gegenüberliegende Anschlagschrauben (14) begrenzt (siehe Fig. 3), und zwar die Zylinder (6, 7). Die Anschlagschrauben (14) sind zweckmäßigerweise als Zylinderkopfschrauben mit Innensechskant ausgeführt. Da beim Zylinder (13) wegen der kompakten Bauweise nur wenig Platz für die Verstellung der betreffenden beiden Anschlagschrauben (14) zur Verfügung steht, ist die Anfertigung eines Spezialschlüssels (58) empfehlenswert. Dieser besteht, wie aus Fig. 7 ersichtlich, aus einem Griff (59) und einem fest mit ihm verbundenen Sechskantzapfen (60).

Die Hübe der in den Zylindern (6 bis 13) untergebrachten Kolben (23 bis 27) sind unterschiedlich lang ausgeführt und verhalten sich zweckmäßigerweise zueinander wie 1 : 2 : 4 : 8 : 16 : 32 : 64 : 128. Demgemäß sind die Längen der einzelnen Kolbenschäfte (36 bis 43) wie auch die Längen der entsprechenden Zylinderrohre (17, 18) zu dimensionieren.

Um die mit den eben beschriebenen Vielstellungszylinder (1) erreichbaren 256 Endstellungen zu ermöglichen, sind acht handelsüblichen Magnetventile (49 bis 56) vorgesehen, die als sogenannte 3/2 Wegeventile arbeiten und von denen jedes für die Druckmittelbeaufschlagung jedes Zylinders (6 bis 13) zuständig ist. Gemäß Fig. 10 arbeitet z. B. das Magnetventil (49) mit dem Zylinder (6) zusammen. Für die Druckmittelbeaufschlagung muß z. B. ein Druckluftnetz zur Verfügung stehen, mit dem die Magnetventile (49 bis 56) über entsprechende Schlauchleitungen und eine in Fig. 10 gezeigten Druckluftanschluß (48) in Verbindung stehen. Zur Ermöglichung einer definierten Endstellung des Vielstellungszylinders (1) dient ein ansich bekanntes Steuergerät (57), das die Magnetventile (49 bis 56) derart ansteuert, so daß die der gewünschten Endstellung entsprechende Beaufschlagung der Zylinder (6 bis 13) ermöglicht wird.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Vielstellungszylinders (1) kurz beschrieben:
Um die vorgegebenen 256 Endstellungen zu ermöglichen, müssen die Kolben (23 bis 27) insgesamt 255 Bewegungsschritte ausführen, die auch als Kolbenhübe bezeichnet werden. Beträgt der Kolbenhub des Zylinders (13) z. B. 0,25 Millimeter, so ergibt sich bei den besagten 255 Kolbenhüben ein maximaler Hub von 63,75 Millimeter. Dabei führen die in den Zylindern (6 bis 13) befindlichen Kolben (23 bis 23) folgende Hübe aus:

ZylinderKohlenhub in Millimeter

 632  716  8 8  9 4 10 2 11 1 12 0,5 13 0,25

Die Dezimalzahlen aller Kolbenhübe, die den 256 Endstellungen entsprechen, werden durch an sich bekannte elektronische Bauteile, die im Steuergerät 57 enthalten sind, in bekannter Weise in die entsprechenden Binärzahlen umgewandelt. Das Steuergerät (57) enthält außerdem Eingabelemente, z. B. mehrere dekadische Vorwahlschalter, in die von Hand eine zu erreichende Endstellung eingegeben wird.

Soll z. B. der Vielstellungszylinder (1) einen Hub von 38,75 Millimeter ausführen, so gibt das Steuergerät (57) an die Magnetventile (49,52,53,55,und 56) die Befehle zur Druckluftbeaufschlagung der Zylinder (6,9,10,12 und 13) aus. Dadurch verschiebt die Stirnfläche des Kolbens (23) ein damit in Verbindung stehendes Stellglied um eine Strecke von 38,75 Millimeter. Nach der Entlüftung der zuvor beaufschlagten Zylinder (6,9,10,12 und 13) wird der Vielstellungszylinder (1) unter dem Einfluß der sich entspannenden Federn 4 wieder in seine drucklose Ausgangsstellung verbracht.

Claims (6)

1. Druckmittelbetätigter Vielstellungszylinder, der aus mehreren hintereinander angeordneten Einzelzylindern besteht, deren unterschiedlich große Kolbenhübe nach einer geometrischen Reihe gebildete Werte aufweisen, wobei der Vielstellungszylinder im Zusammenwirken mit einer Steuerung mehrere definierte Endstellungen ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Vielstellungszylinder (1) aus einem ortsfest zu lagernden Kopfteil (2) mit daran befestigten Führungsstangen (3) und aus mehreren, gegen die Wirkung wenigstens einer Feder (4) auf den Führungsstangen (3) verschiebbaren Einheiten (5) aufgebaut ist, und daß jede Einheit (5) aus zwei gegeneinander gerichteten, einfachwirkenden Zylindern (6 bis 13) besteht, deren Hübe durch von außen zugängliche Anschlagschrauben (14) begrenzbar sind.

2. Druckmittelbetätigter Vielstellungszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einheit (5) aus zwei unterschiedlich langen Zylinderrohren (17, 18) besteht, deren außen liegende Seite je einen Flansch (19, 20) aufweist, daß die innen liegenden Seiten der Zylinderrohre (17, 18) eine Lagestabil gehaltene, verformbare Dichtungsscheibe (21) aufnehmen, daß die Zylinderrohre (17, 18) durch mehrere, in den Flanschen (19, 20) vorgesehene Schrauben (22) kraftschlüssig miteinander verbunden sind, und daß in jeder Einheit (5) zwei Kolben (23 bis 27) verschiebbar gelagert sind.

3. Druckmittelbetätigter Vielstellungszylinder nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (23, 27) als Einfachkolben und die Kolben (24 bis 26) als Doppelkolben ausgeführt sind, daß an jedem Kolben (23 bis 27) wenigstens ein Ansatz (28) zur Aufnahme eines Lippenringes (29) vorgesehen ist, daß die Kolben (23 bis 26) je einen Flansch (30) aufweisen und daß der Kolben (27) einen Flansch (61) aufweist.

4. Druckmittelbetätigter Vielstellungszylinder nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kolben (23, 27) eine winklig verlaufende Bohrung (31) für den Druckmitteldurchtritt und ferner im Flansch (30 bzw. 61) der Kolben (23 bzw. 27) je zwei Löcher (32), deren Durchmesser größer als der Durchmesser der Führungsstangen (3) ist, sowie zwei mit Untermaß hergestellte Gewindelöcher (33) zur Aufnahme der Anschlagschrauben (14) vorgesehen sind.

5. Druckmittelbetätigter Vielstellungszylinder nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kolben (24 bis 26) zwei winklig verlaufende Bohrungen (34, 35) für den Druckmitteldurchtritt und ferner im Flansch (30) der Kolben (24 bis 26) zwei Löcher (32), deren Durchmesser größer als der Durchmesser der Führungsstangen (3) ist, sowie vier mit Untermaß hergestellte Gewindelöcher (33) zur Aufnahme der Anschlagschrauben (14) vorgesehen sind.

6. Druckmittelbetätigter Vielstellungszylinder nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Flanschen (19, 20) befindlichen, zusammengehörenden Löcher miteinander fluchten, daß im Flansch (19) vier Senklöcher (44) zur Aufnahme der Schrauben (22), zwei Löcher (45) zur Aufnahme der Führungstangen (3) und vier Löcher (46) zur Aufnahme der Anschlagschrauben (14) vorgesehen sind, und daß im Flansch (20) vier Gewindelöcher (47) zur Aufnahme der Schrauben (22), zwei Löcher (45) zur Aufnahme der Führungsstangen (3) und vier Löcher (46) zur Aufnahme der Anschlagschrauben (14) vorgesehen sind.