DE3913009A1 - Pneumatik-zylinder mit endstellungs-verriegelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Pneumatik-Zylinder mit Endstellungs-Verriege­ lung, mit wenigstens einem den Kolben des Pneumatik-Zylinders in einer End­ stellung lösbar festlegenden Riegel.

Pneumatik-Zylinder werden in der Technik häufig als Antriebsorgan für Bewe­ gungsvorgänge eingesetzt. Sofern es notwendig ist, den Kolben zeitweilig in einer bestimmten Position in bezug auf den Zylinder festzulegen, ist eine Ver­ riegelung notwendig, da das Arbeitsmedium Luft komprimierbar ist.

Herkömmliche Verriegelungssysteme sind etweder auf spezielle Anwen­ dungsfälle zugeschnitten und daher nicht allgemein verwendbar, oder sie sind nicht ausreichend belastbar und damit für hohe Lasten ungeeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pneumatik-Zylinder der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, der bei geringem steuerungstechnischen Auf­ wand eine die Aufnahme hoher Kräfte gestattende Endstellungs-Verriegelung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Riegel radial zum Kolben des Pneumatik-Zylinders verschiebbar am Zylinder geführt ist und in der Verriegelungsstellung formschlüssig in eine Ausnehmung des Kolbens ein­ tritt.

Aufgrund des formschlüssigen Zusammenwirkens von Riegel und Kolben können hohe Kräfte aufgenommen werden. Vorzugsweise ist die Ausnehmung des Kol­ bens eine umlaufende Nut, und der Riegel ist plattenförmig ausgebildet und auf der dem Kolben zugewandten Seite entsprechend der umlaufenden Grundfläche der Nut mit einem kreisbogenförmigen Ausschnitt versehen, so daß der Riegel verhältnismäßig weit in die Nut eingeschoben werden kann und relativ große, zusammenwirkende Stützflächen am Kolben und am Riegel entstehen.

Der Riegel ist am Kolben eines Verriegelungszylinders angebracht, der seiner­ seits an der Außenseite des Zylinders befestigt ist. Der Riegel wird in die Ver­ riegelungsstellung durch eine auf der Außenseite des Kolbens im Verriege­ lungszylinder liegende Druckfeder vorgespannt. Auf der dem Pneumatik-Zylin­ der zugewandten Seite steht der Verriegelungszylinder über wenigstens eine Bohrung in Verbindung mit dem Inneren des Pneumatik-Zylinders, so daß der Arbeitsdruck im Pneumatik-Zylinder zugleich zur Entriegelung verwendet werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich die Ausnehmung bzw. Nut des Kolbens in einem zylindrischen Ansatz des Kolbens, der den Kolben auf der der Kolbenstange gegenüberliegenden Seite fortsetzt und einen geringeren Durchmesser als der Kolben aufweist. Der Ansatz tritt in der Verriegelungs­ stellung durch eine Bohrung in einer Trennwand hindurch und in eine Kammer ein, die den Pneumatik-Zylinder fortsetzt. Die Verriegelung erfolgt innerhalb dieser Kammer. In der Kammer befindet sich ein koaxial zum Kolben und dessen Ansatz angeordneter Stützkolben, der federnd gegen den Ansatz vorgespannt ist und beim Eintreten des Ansatzes in die Kammer gegen die gegenüberliegen­ de Innenwand der Kammer zurückgedrängt wird. Dieser Stützkolben folgt beim Austreten des Kolbens aus der Verriegelungsstellung bis zu einem Anschlag der Bewegung des Ansatzes. In dieser Anschlag-Stellung liegt der Stützkolben in der Bewegungsbahn des Riegels, so daß der Riegel für den nächsten Verriege­ lungsvorgang offengehalten wird. Es ist daher nicht notwendig, steuerungs­ technische Maßnahmen zum Öffnen des Riegels vor dem Verriegelungsvorgang zu ergreifen.

Die Trennwand bildet am Übergang zwischen der Trennwand-Bohrung und dem Inneren der Kammer eine nach außen vorspringende Stufe, die zur Abstüzung des Riegels in der Verriegelungsstellung dient. Der Riegel hält daher den Kolben in der eingezogenen Endstellung gegenüber auf die Kolbenstange ausgeübten Zugkräften zuverlässig fest. Naturgemäß kann die Verwendung auch umgekehrt erfolgen, die Kolbenstange also gestellfest angeordnet sein und der Pneuma­ tik-Zylinder über den Kolben verschoben werden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein senkrechter Längsschnitt durch einen Pneumatik-Zylinder mit Verriegelung in der eingezogenen Stellung des Kolbens;

Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Ein Pneumatik-Zylinder 10 ist in Fig. 1 nur mit seinem bodenseitigen Teilbe­ reich gezeigt. Der Zylinder nimmt verschiebbar einen Kolben 12 auf, der mit ei­ ner Kolbenstange 14 verbunden ist. Die Kolbenstange 14 tritt in nicht gezeigter Weise am anderen Ende des Pneumatik-Zylinders 10 aus. Einzelheiten dieser Art sind bekannt und sollen nicht näher erläutert werden.

An das in Fig. 1 gezeigte Ende des Pneumatik-Zylinders 10 ist ein kastenför­ miges Gehäuse 16 angesetzt, das den Zylinder 10 verlängert und im folgenden daher auch als Teil des Zylinders behandelt werden soll. Das Gehäuse 16 bildet auf der dem Pneumatik-Zylinder 10 zugewandten Seite eine Trennwand 18, in der sich eine Bohrung 20 befindet, deren Durchmesser geringer als der Durch­ messer des Pneumatik-Zylinders 10 ist. Am rechten Ende der Bohrung 20, bezo­ gen auf Fig. 1, springt der Innendurchmesser des Gehäuses 16 in einer Stufe 22 nach außen, so daß innerhalb des Gehäuses 16 eine Kammer 24 gebildet wird, die an ihrem freien Ende durch einen Deckel 26 verschlossen ist.

Vom Kolben 12 geht auf der der Kolbenstange 14 gegenüberliegenden Seite ein konzentrischer, zylindrischer Ansatz 28 aus, dessen Außendurchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser der Bohrung 20 in der Trennwand 18 ent­ spricht, so daß der Ansatz 28 durch die Bohrung hindurch in die Kammer 24 ein­ treten kann.

Der Ansatz 28 weist in der Nähe seines rechts in Fig. 1 liegenden freien Endes eine umlaufende Nut 30 auf, durch die der Ansatz auf einen zylindrischen Zapfen 32 verjüngt wird, der in Fig. 2 erkennbar ist. Im Anschluß an den Zapfen 32 er­ weitert sich der Ansatz 28 wiederum zu einer Scheibe 34 größeren Durchmes­ sers.

Innerhalb der Kammer 24 befindet sich ein Stützkolben 36, der durch eine Feder 38, die sich an der Innenseite des Deckels 26 abstützt, gegen den Ansatz 28 bzw. die Scheibe 34 vorgepannt wird. Der Stützkolben 36 ist in Fig. 1 in zwei axial versetzten Stellungen gezeigt. Er ist zylindrisch sowie konzentrisch zu dem Ansatz 28 ausgebildet und weist an seinem links in Fig. 1 liegenden Ende einen Abschnitt 40 größten Durchmessers auf, auf dessen Funktion später nä­ her eingegangen werden soll und dessen Rückseite im übrigen als Anlagefläche für die Feder 38 dient. Im Inneren besitzt der Stützkolben 36 eine nicht be­ zeichnete innere Bohrung, die auf einem konzentrisch von der Innenfläche des Deckeis 26 ausgehenden Schaft 42 verschiebbar geführt ist, der mit Hilfe einer Schraube 44 am Deckel befestigt ist. Die innere Bohrung des Stützkolbens 30 erweitert sich nach links in Fig. 1 über eine Stufe 50, die hier mit einer Platte 52 am Ende des Schaftes 42 zur Bildung eines Anschlags zusammenwirkt und den Stützkolben in der linken Endstellung, bezogen auf Fig. 1, festhält.

Der Stützkolben 36 wird beim Eintauchen des Ansatzes 28 in die Kammer 24 nach rechts in Fig. 1 verschoben, wie es oben in Fig. 1 gezeigt ist, und gelangt beim Ausfahren des Kolbens 12 mit dem Ansatz 28 in die linke, unten in Fig. 1 gezeigte Endstellung.

Die zuvor erwähnte Nut 30 des Ansatzes 28 dient als eines der zusammenwir­ kenden Teile für die formschlüssige Verriegelung des Kolbens. Anschließend sollen die übrigen Verriegelungsorgane beschrieben werden.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform sind zwei Riegel vor­ gesehen, die den Kolben von gegenüberliegenden Seiten her verriegeln. Die Rie­ gel sind mit 54 und 58 bezeichnet. Der obere Riegel 54 ist in der Verriegelungs­ stellung, der untere Riegel 58 in der Freigabestellung gezeigt. In der Praxis wirken beide Riegel jeweils gleichlaufend zusammen.

Die Riegel 54, 58 sind an Kolben 58, 60 von Verriegelungszylindern 62, 84 befe­ stigt, die auf zwei gegenüberliegenden Außenflächen des Gehäuses 16 ange­ bracht sind, so daß die Riegel 54, 56 radial zur Achse des Ansatzes 28 ver­ schiebbar sind. Die Kolben 58, 60 sind mit weiteren Führungskolben 66, 68 ver­ bunden, die ein Kippen der Riegel 54, 56 und der Kolben 58, 60 in bezug auf die Achsen der Verriegelungszylinder 62, 64 verhindern. Die Riegel 54, 56, die Kol­ ben 58, 60 und die Führungskolben 66, 68 sind mit Hilfe von Schrauben 70 mit­ einander verbunden. Zwischen den Führungskolben 66, 68 und der nicht bezeich­ neten inneren Bodenfläche der Verriegelungszylinder 62, 64 liegen Druckfedern 72, 74, die die Kolben und damit die Riegel 54, 56 in das Innere der Kammer 24 hinein vorspannen und die Verriegelungskraft für den Verriegelungsvorgang liefern. In den Wandflächen des Gehäuses 16 befinden sich Bohrungen 76, 78, die das Innere der Kammer 24 mit dem Inneren der Verriegelungszylinder 62, 64 verbinden. Auf diese Weise können die Kolben und damit die Riegel 54, 56 bei ge­ eignetem Druck innerhalb der Kammer 24 nach außen in die Freigabestellung verschoben werden.

Eine in Fig. 1 gestrichelt angedeutete Bohrung 80 bezieht sich auf einen Zu­ luftkanal, der es gestattet, Druckluft in das Innere der Kammer 24 einzuleiten. Eine weitere gestrichelt angedeutete Bohrung 82 betrifft einen Drosselkanal, durch den die Luft, die innerhalb der Bohrung 20 durch den Ansatz 28 verdrängt wird, unter Drosselung in den Pneumatik-Zyiinder zurückgeführt werden kann. Auf diese Weise ergibt sich beim Eintauchen des Ansatzes 28 in die Bohrung 20 die übliche Dämpfung der Bewegung des Kolbens in der Nähe der Endstellung. Ei­ ne derartige Dämpfung ist bekannt und soll daher hier nicht näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt im übrigen, daß auf der Stufe 22 im Inneren des Gehäuses 16 ein Hartmetallring 84 mit Hilfe von nicht bezeichneten Schrauben ange­ bracht ist, der eine weitgehend verschließfreie Abstützung der Riegel 54, 56 gegenüber nach links in Fig. 1 gerichteten, auf die Kolbenstange 14 ausgeüb­ ten Zugkräften ermöglicht.

Anschließend soll die Arbeitsweise der Verriegelung erläutert werden.

In Fig. 1 ist auf der oberen Seite die Verriegelungsstellung gezeigt. Der An­ satz 28 ist vollständig in die Bohrung 20 und die Kammer 24 eingetreten. Der Riegel 54 ist in die Nut 30 bis in seine Endstellung eingeschoben. Dabei läßt Fi­ gur 2 erkennen, daß der Riegel 54 auf der unteren Seite einen kreisbogenförmi­ gen Ausschnitt 86 aufweist, der dem Außenquerschnitt des Zapfens 32 des An­ satzes 28 angepaßt ist. In dieser Verriegelungsstellung werden der Kolben 12 und die Kolbenstange 14 zuverlässig gegen nach links gerichtete Zugkräfte festgehalten. Die Scheibe 34 kann in Abweichung von der in Fig. 1 gezeigten Darstellung stärker dimensioniert sein, wenn die auftretenden Kräfte dies er­ fordern. In der Verriegelungsstellung befindet sich der Stützkolben 36 in sei­ ner nach rechts gegen den Deckel 26 verschobenen Endstellung.

Wenn der Kolben 12 des Pneumatik-Zylinders 10 aus seiner verriegelten End­ stellung nach links in Fig. 1 verschoben werden soll, wird Druckluft durch die Bohrung 80 in die Kammer 24 eingeleitet. Diese Druckluft gelangt durch die Bohrungen 76, 78 in die Verriegelungszylinder 62, 64 und verschiebt die Kolben 58, 60 und damit die Riegel 54, 56 radial nach außen. Dadurch wird der Kolben 12 mit dem Ansatz 28 freigegeben, so daß die einströmende Druckluft den Kolben 12 mit dem Anstaz 28 nach links verschieben kann. Dabei folgt der Stützkolben 40 der Bewegung nach links bis in die unten in Fig. 1 gezeigte Endstellung, in der sich der zylindrische Abschnitt 40 in der Bewegungsbahn der Riegel 54, 56 befindet. Wenn der Kolben 12 nun die in der Zeichnung nicht gezeigte andere Endstellung erreicht hat und der Luftdruck umgeschaltet wird, liegt der Ab­ schnitt 40 des Stützkolbens zwischen den Riegeln 54, 56, so daß diese in der geöffneten oder gelösten Stellung gehalten werden. Erst wenn der Kolben 12 in die gezeigte Endstellung zurückkehrt, verschiebt dessen Ansatz 18 den Stütz­ kolben 36 wiederum nach rechts. Dabei gleiten die federnd vorgespannten Rie­ gel 54, 56 vom Abschnitt 40 über den äußeren Umfang der Scheibe 34, bis sie wieder in die Nut 30 einfallen. Die Ent- und Verriegelung erfordert daher kei­ nerlei zusätzliche Steuerung, da zur Entriegelung der ohnehin vorhandene Ar­ beitsdruck im Pneumatik-Zylinder verwendet wird, während das Offenhalten der Verriegelung und das Einrasten beim Eintreffen des Kolbens in der Endstel­ lung vollständig automatisch vor sich geht.

Fig. 2 läßt erkennen, daß die am Übergang von den kreisförmigen Ausschnitten 86 zu den nicht bezeichneten Stirnseiten der Riegel 54, 56 entstehenden Ecken 88 eine Ausrundung aufweisen, deren Radius dem Außenradius des Abschnitts 40 des Stützkolbens 36 entspricht, auf dem sich die Riegel in der geöffneten Stellung abstützen.

Während die Zeichnung eine Verriegelung mit zwei gegenüberliegenden Riegeln zeigt, kann die Verriegelung auch mit Hilfe nur eines Riegels erfolgen. Dies kann insbesondere wünschenswert sein, wenn der Pneumatik-Zylinder unter beengten Platzverhältnissen zu montieren ist. In diesem Falle wird ein länge­ rer Riegel verwendet, in den der Ausschnitt 86 tiefer hineingezogen wird, so daß der Riegel sich mit zweiseitigen Schenkeln entlang beiden Seiten des Zap­ fens 32 erstreckt und auf der gegenüberliegenden Seite zusätzlich abstützt.

Claims (9)

1. Pneumatik-Zylinder mit Endstellungs-Verriegelung, mit wenigstens einem den Kolben des Pneumatik-Zylinders in einer Endstellung lösbar festlegenden Riegel, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel (54, 56) radial zum Kolben (12, 28) des Pneumatik-Zylinders (10) verschiebbar am Zylinder geführt ist und in der Verriegelungsstellung formschlüssig in eine Ausnehmung (30) des Kol­ bens eintritt.

2. Pneumatik-Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung des Kolbens (12, 28) eine umlaufende Nut (30) ist und daß der Rie­ gel (54, 56) plattenförmig ausgebildet ist und auf der dem Kolben zugewandten Seite einen kreisbogenförmigen, an den umlaufenden Grund der Nut (30) ange­ paßten Ausschnitt (86) aufweist.

3. Pneumatik-Zylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel (54, 56) am Kolben (58, 60, 66, 68) eines Verriegelungszylinders (62, 64) angebracht ist, der auf der Außenseite des Zylinders befestigt ist und dessen Kolben von der Außenseite her durch eine Feder (72, 74) und von der In­ nenseite her über eine Verbindungs-Bohrung (76, 78) mit dem Arbeitsdruck im Pneumatik-Zylinder beaufschlagt ist.

4. Pneumatik-Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausnehmung (30) des Kolbens (12, 28) in einem zylindri­ schen Ansatz (28) des Kolbens (12) angeordnet ist, der den Kolben auf der der Kolbenstange (14) gegenüberliegenen Seite fortsetzt und einen geringeren Durchmesser als der Kolben aufweist.

5. Pneumatik-Zylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (28) in der Verriegelungsstellung durch eine Bohrung (20) in einer Trennwand hindurch in eine den Pneumatik-Zylinder fortsetzende Kammer (24) eintritt, daß der Verriegelungszylinder an der Außenwand der Kammer ange­ ordnet ist und daß der Riegel (54, 56) in der Verriegelungsstellung in die Kam­ mer (24) eintritt.

6. Pneumatik-Zylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (24) ein koaxial zum Kolben (12) und dessen Ansatz (28) angeord­ neter Stützkolben (36) vorgesehen ist, der von der dem Kolben-Ansatz gegen­ überliegenden Seite der Kammer (24) her federnd gegen den Kolben-Ansatz vorgespannt ist und bei Verschiebung des Kolbens aus der Verriegelungsstel­ lung in die Bewegungsbahn des Riegels (54, 56) gelangt und diesen in der Entrie­ gelungsstellung festhält.

7. Pneumatik-Zylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkolben (36) einen in die Bewegungsbahn des Riegels (54, 56) eintretenden, zylindrischen Abschnitt (40) aufweist, dessen Durchmesser wenigstens gleich dem Durchmesser des jenseits der Nut (30) liegenden Endbereichs (34) des Ansatzes (28) ist.

8. Pneumatik-Zylinder nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Übergang zwischen der Trennwand (18) und der Kammer (24) eine umlaufende Stufe (22) vorgesehen ist, auf der ein den Riegel (54, 56) abstützender Hartmetallring (84) befestigt ist.

9. Pneumatik-Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander gegenüberliegende, gegenläufig arbei­ tende Riegel (54, 56) vorgesehen sind.