DE3702911A1 - Arbeitszylinder mit drei stellungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder mit drei Stellungen, bestehend aus einem Gehäuse, einer Kolbenstange mit einem daran befestigten inneren Kolben und zwei Ringkolben, die den inneren Kolben umfangen, ihn im Gehäuse führen und mit Hilfe von Dichtringen gegenüber dem inneren Kolben und der Gehäusewand abgedichtet sind, und mit in Achsrichtung wirkenden Anschlägen am Gehäuse und am inneren Kolben, welche den etwa in Gehäusemitte gelegenen Bewegungsbereich der Ringkolben bezüglich des Gehäuses bzw. bezüglich des inneren Kolbens begrenzen, wobei die Kammern zu beiden Seiten der Kolbenanordnung an den Gehäuseenden und die durch die Ringkolben, den inneren Kolben und die Gehäusewand gebildete Ringkammer in Gehäusemitte je eine Anschlußbohrung aufweisen.

Die Besonderheit eines solchen Arbeitszylinders besteht darin, daß durch Beaufschlagung der mittleren Ringkammer mit Druck oder durch Evakuierung der beiden Zylinderkammern der innere Kolben und damit die Kolbenstange in eine definierte Mittelstellung gebracht werden kann, was für bestimmte Anwendungszwecke erwünscht ist. Bei einem bekannten Arbeitszylinder der einleitend bezeichneten Art sind die Ringkolben verhältnismäßig schmal und mit Hilfe eines Ringbundes, der in Längsmitte des Gehäuses angeordnet ist und nach innen vorsteht, wird verhindert, daß die Ringkolben von ihrer jeweiligen Seite aus weiter als bis zur Mitte verschoben werden können. Jeder Ringkolben hat seinen eigenen Hubbereich, der einerseits durch den Ringbund und andererseits durch den betreffenden Gehäuseanschlag begrenzt ist. Die Länge des inneren Kolbens ist gleich dem Abstand der beiden Gehäuseanschläge. Nachteilig ist, daß der bekannte Arbeiszylinder eine bezogen auf den Hub verhältnismäßig große Einbaulänge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Arbeitszylinder mit drei Stellungen vorzuschlagen, der bei gleichem Hub kürzer ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Arbeiszylinder der einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen. Hierbei war ebenfalls davon auszugehen, daß die gehäuseseitigen Dichtringe der Ringkolben die Anschlußbohrung in der Gehäusemitte nicht überfahren dürfen, damit aus jeder Stellung heraus die Ringkolben bei Unterdrucksetzung der mittleren Anschlußbohrung auseinandergepreßt werden können. Deshalb wird vorgeschlagen, den inneren Kolben zu verkürzen und die beiden Ringkolben so auszubilden, daß sie in ihren Endstellungen den inneren Kolben in Längsrichtung überragen. Außerdem wurden die Dichtungen an den Ringkolben so angeordnet, daß sie in Längsrichtung einen möglichst großen Abstand haben. Damit war es möglich, die Enden des inneren Kolbens und die einander zugewandten Endpartien der beiden Ringkolben, soweit sie den inneren Kolben überlappen, über die Gehäusemitte und die mittlere Anschlußbohrung zu verfahren. Dadurch konnte eine wesentliche Verkürzung der Einbaulänge des Arbeitszylinders erreicht werden. Um allerdings ein Verkanten der Ringkolben zu vermeiden und eine einwandfreie Führung des inneren Kolbens sicher zu stellen, war es erforderlich, die einander zugewandten Endpartien der Ringkolben an der Gehäusewand abzustützen und dabei sicher zu stellen, daß das Druckmittel die Stützzone in Längsrichtung passieren kann.

Hierzu wird zweckmäßiger Weise vorgeschlagen, daß die abstützenden Außenflächen der einander zugewandten Ringkolben-Endpartien durch Längskanäle unterbrochen oder, beispielsweise durch Längsbohrungen, unterquert sind.

Der Ringkolben-Werkstoff kann an den stützenden Außenflächen eine geeignete Oberflächenbehandlung erfahren. Als besonders zweckmäßig wird vorgeschlagen, diese Außenflächen mit Führungsbändern zu versehen, die vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff aus Polytetrafluoräthylen und Bronze bestehen und unter anderem auch an der Innenfläche der Ringkolben neben den auf dem inneren Kolben gleitenden Dichtringen vorgesehen sein können.

Die Erfindung eignet sich für hydraulische ebenso wie für pneumatische Arbeitszylinder aus allen geeigneten Werkstoffen und mit den jeweiligen Bedürfnissen angepaßten Dichtungsformen. Für die verschiedenen Arten der Betätigung des Zylinders durch Druckbeaufschlagung oder Wegnahme des Druckes können angebaute oder integrierte Ventileinrichtungen vorgesehen sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 den Längsschnitt eines Arbeitszylinders in Mittelstellung,

Fig. 2 den Arbeitszylinder nach Fig. 1 mit ganz eingefahrener und

Fig. 3 mit ganz ausgefahrener Kolbenstange.

Das dargestellte Zylindergehäuse ist etwa in der Mitte aus einer Gehäusehälfte (1) mit Auge und einer Gehäusehälfte (2) mit Kolbenstangendurchführung zusammengesetzt. Das Gehäuse hat drei Anschlußbohrungen für Druckmittelleitungen, und zwar Anschlußbohrungen (3 und 4) an den Endbereichen und eine Anschlußbohrung (5) in Längsmitte. Der Innendurchmesser des Zylindergehäuses ist in einem längeren Mittelabschnitt größer als in den Endabschnitten. Der Durchmesser springt stufenförmig zurück, wobei Anschlagschultern (6) (Fig. 2) und (7) (Fig. 3) entstehen.

In dem Gehäuse befindet sich ein mit der Kolbenstange (8) verschraubter innerer Kolben (9), dessen zylindrische Außenfläche an beiden Enden durch radial überstehende Ringbunde (10 und 11) begrenzt ist. Zwischen dem inneren Kolben (9) und den Gehäusehälften (1 und 2) bewegen sich zwei Ringkolben (12 und 13). Die schmäleren, einander zugewandten Partien der Ringkolben füllen den Ringspalt zwischen der Außenfläche des inneren Kolbens (9) und der Gehäuseinnenfläche aus. Die restlichen breiteren Partien der Ringkolben (12 und 13) haben einen größeren Innendurchmesser und können deshalb die Ringbunde (10 und 11) überkragen. An den voneinander abgewandten Enden dieser Partien ist je ein äußerer Dichtring (14) angeordnet, der den Ringkolben gegenüber der Gehäusewand abdichtet. Der entsprechende innere Dichtring (15) der gegenüber dem inneren Kolben abdichtet, befindet sich an der radial und achsial gegenüberliegenden Seite des betreffenden Ringkolbens. Neben dem Dichtring (15) ist außerdem ein stützendes Führungsband (16) angeordnet. Die schmäleren und dickeren Partien der Ringkolben (12 und 13) stützen sich über je ein breiteres Führungsband (17) an der Gehäusewand ab. Zwischen dem äußeren Führungsband (17) und dem äußeren Dichtring (14) weisen die Ringkolben (12 und 13) je eine flache Umfangsnut (18) auf.

Das hier verwendete Führungsband besteht aus einem gleitfähigen Spezialwerkstoff. Es wird am Stück hergestellt und zur Verwendung bei den Ringkolben auf die benötigte Länge abgeschnitten. Die Führungsbandabschnitte sind um die Ringkolben (12 und 13) herumgelegt und zu ihrer Lokalisierung teilweise in entsprechend breite Umfangsnuten eingelassen, die von mehreren über den Umfang verteilten, deutlich tieferen Längsnuten (19) gekreuzt werden. Die Länge der Führungsbandabschnitte ist so bemessen, daß sich an ihren Enden eine Lücke ergibt. Diese Lücken und die Längskanäle (19) bilden Druckmitteldurchlässe in Achsrichtung zwischen den beiden Seiten der Führungsbänder (17), d. h. zwischen der Ringkammer (20), welche die Kolbenanordnung mit der Gehäusewand bildet, und den Umfangsnuten (18).

Der beschriebene Arbeitszylinder wirkt wie folgt. Wird die Ringkammer (20) über die mittlere Anschlußbohrung (5) unter Druck gesetzt, so ergibt sich die Mittelstellung gemäß Fig. 1, wie immer die vorhergehende Stellung auch gewesen sein mag. Druckbeaufschlagung der linken Zylinderkammer (21) über die Anschlußbohrung (3) führt zu der eingefahrenen Stellung nach Fig. 2 und Druckbeaufschlagung der rechten Zylinderkammer (22) über die Anschlußbohrung (4) zur ausgefahrenen Endstellung nach Fig. 3. Es ist auch möglich, alle drei Kammern (20 bis 22) dauernd zu beaufschlagen, was bedeutet, daß bei Wegnahme des Druckes in einer der beiden Zylinderkammern (21 oder 22) der innere Kolben in eine seiner Endstellungen fährt, während bei Wegnahme des Druckes in beiden Zylinderkammern (21 und 22) sich wiederum die Mittelstellung einstellt.

•  1 Gehäusehälfte
   2 Gehäusehälfte
   3 Anschlußbohrung
   4 Anschlußbohrung
   5 Anschlußbohrung, Mitte
   6 Anschlagschulter
   7 Anschlagschulter
   8 Kolbenstange
   9 innerer Kolben
  10 Ringbund
  11 Ringbund
  12 Ringkolben
  13 Ringkolben
  14 Dichtring, außen
  15 Dichtring, innen
  16 Führungsband, innen
  17 Führungsband, außen
  18 Umfangsnut
  19 Längskanal
  20 Ringkammer
  21 Zylinderkammer, links
  22 Zylinderkammer, rechts

Claims (3)

1. Arbeitszylinder mit drei Stellungen, bestehend aus einem Gehäuse, einer Kolbenstange mit einem daran befestigten inneren Kolben und zwei Ringkolben, die den inneren Kolben umfangen, ihn im Gehäuse führen und mit Hilfe von Dichtringen gegenüber dem inneren Kolben und der Gehäusewand abgedichtet sind, und mit in Achsrichtung wirkenden Anschlägen am Gehäuse und am inneren Kolben, welche den etwa in Gehäusemitte gelegenen Bewegungsbereich der Ringkolben bezüglich des Gehäuses bzw. bezüglich des inneren Kolbens begrenzen, wobei die Kammern zu beiden Seiten der Kolbenanordnung an den Gehäuseenden und die durch die Ringkolben, den inneren Kolben und die Gehäusewand gebildete Ringkammer in Gehäusemitte je eine Anschlußbohrung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkolben (12, 13) in ihren Endstellungen in Achsrichtung über den inneren Kolben (9) hinausstehen und ihre Gehäusedichtungen (14) jeweils an den überstehenden Partien angeordnet sind, während die einander zugewandten, an ihrer Innenseite die Kolbendichtungen (15) tragenden Partien der Ringkolben (12, 13) sich mit ihrer Außenkontur nicht dichtend an der Gehäusewand abstützen und beim Einfahren des inneren Kolbens (9) in seine Endstellungen die mittlere Anschlußbohrung (5) des Gehäuses überfahren.

2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich an der Gehäusewand abstützenden Außenflächen der einander zugewandten Ringkolben-Endpartien durch Längskanäle (19) unterbrochen oder unterquert sind.

3. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abstützenden Außenflächen mit Führungsbändern (17) aus einem Verbundwerkstoff aus Polytetrafluoräthylen und Bronze versehen sind.