DE6942419U

DE6942419U - Pneumatischer stellantrieb.

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Publication number: DE6942419U
Application number: DE6942419U
Authority: DE
Original assignee: KIEKERT SOEHNE
Current assignee: KIEKERT SOEHNE
Priority date: 1969-10-31
Filing date: 1969-10-31
Publication date: 1970-05-21

Description

Arnold Kiekert Söhne \ .:.·.." \.^; .]· 25.10.69

5628 Heiligenhaus
Kettwigerstr.16-20

Pneumatischer Stellantrieb

Gegenstand der Erfindung ist ein pneumatischer Stellantrieb mit einem Arbeitszylinder und einem abwechselnd von beiden Seiten beaufschlagten Arbeitskolben, dessen Bewegungen vor dem Erreichen der Endpositionen gedämpft sind. Derartige Stellantriebe, auch Stellzylinder genannt, werden ui.ter anderem in großer Zahl zur Betätigung von i'ahrzeugtüren eingesetzt. Heide Kammern der Zylinder sind über Leitungen und Ventile mit einem Druckmittelvorratsbehälter verbunden. Die Ventile werden von Hand oder elektromagnetisch so in eine Offen- oder Schließ-Stellung gebracht, daß der Kolben bei jeder Betätigung von der einen in die andere Endlage gefahren wird. Dabei steht jeweils nur eine Kammer des Zylinders unter Überdruck. Um zu verhindern, daß der Kolben hart auf die Zylinderköpfe aufschlägt, sind verschiedene Dämpfungseinrichtungen entwickelt worden.

In Fig.1 ist ein bekannter doppeltwirkender Stellantrieb ^:-

mit Enddämpfung dargestellt, der folgenden Aufbau aufweist :

In einem Arbeitszylinder 1 mit den Zylinderkopfen 2 und 3 bewegt sich ein Arbeitskolben 4, der mit einer Kolbenstange 5 verbunuan ist. Die Kolbenstange gleitet in einer abgedichteten Pührungsbuchse 6 des Zylinderkopres 3. An die Zylinderköpfe 2 und 3 sind Dämpfungszylinder 7 und 8 so angesetzt, daß sie in den Arbeitszylinder 1 hineinragen. Auf der Kolbenstange 5 sind vor und hinter dem Arbeitskolben 4 Dämpfungskolben 9 und 10 befestigt, die ein kegelstumpfförmiges Dichtungsprofil aufweisen. Die Durchmesser von Dämpfungszjlindern und Dämpfungskolben sind so aufeinander abgestimmt, daß das kegelstumpfförmige Dichtungsprofil bei Annäherung des Arbeitskolbens an die eine oder andere Endstellung in den zugehörigen Dämpfungszylinder einfahren kann. Dabei wird der Luftaustritt aus der belüfteten Arbeitskammer fast abgesperrt. Die eingeschlossene Luft wird durch die Kolbenbewegung komprimiert und tritt mit wesentlich kleinerer Durchflußmenge über eine der regulierbaren Drosselstellen 11 oder 12 aus. x>eim Offnen eines Betätigungsventils wird also das Kolbensystem aui dem großueu ±cx± ae& Hubes Deschleumgx und im Ie uzten Abschnitt, der der Länge eines DämpfungsZylinders entspricht, abgebremst.

Wenn zum .Beispiel der Arbeitshub 8ucm und die Dämpfungsstrecke jeweils 3ucm betragen soll, ergibt sich eine Mi ndestbaulänge des Zylinders von 80cm + 30cm + 30cm = 140cm.

Ein weiterer Nachteil dieses Systems besteht darin, daß die

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Hubbegrenzung außerhalb des Zylinders liegen muß und daß die konischen Lämpfungskolben störungsanfällig sind. Unerwünscht ist ferner der Effekt, daß die Dämpfung auch am ieginn eines jeden Arbeitshubes wirksam wird, weil zunächst nur der Dämpfungskolben voll beaufschlagt wird, während sich in aer /Kammer zwischen Dämpfungskolben und Arbeitskolben ein Unterdruck ausbildet. Diese AnIaufdämpfung kann allerdings verringert werden, wenn man die Drosselstellen 11 und 12 als Ventile ausbildet, deren Durchlaßquerschnitt in der einen Strömungsrichtung wesentlich größer ist als in der andere: . Auch können die konischen Profile der Dämpfungskolben so nachgiebig gestaltet sein, daß sie eine Ventilwirkung zeigen.

Bei einem anderen bekannten Stellantrieb, wie er in Fig.2 dargestellt ist, werden zwei verschiedene Dämpfungssysteiae angewandt. Die kolbenstange 20 ist als Rohr ausgebildet· Der Arbeitsko-uben 21 ist mit einer konzentrischen Bohrung versehen, in der eine Stange 22 gleitet, die einen Dichtungsstopfen 23 trägt. Auf diese Stange wirkt eine Schraubenfeder 24 ein, die in einem am Arbeitskolben 21 befestigten Rohr 25 geführt ist und sich gegen das Rohrende abstützt. Bei Annäherung des Arbeitskolbens 21 an den Zylinderkopf 26 verschließt der Stopfen 23 die Hauptluftauslaßöffnung 27. Die eingeschlossene Luft wird dann komprimiert und entweicht über eine regelbare Drosselstelle 28.

In der Gegenrichtung wird folgendes Dämpfungssystern wirksam;

In den Arbeitszylinder 29 ist eine Verbindungsmuffe 30 mit kleinerem Innendurchmesser eingesetzt, die eine Nut

mit einem Dichtungsring 31 aufweist. Auf die hohle Kolbenstange 20 ist ein Rohr 32 aufgeschoben, dessen Lange dem gewünschten Dämpfungshub und dessen Außenäurchmesser dem Innendurchmesser der Verbindungsmuffe 30 entspricht. Sobald das konische Ende 33 des Rohres 32 in den Dich+ungsring 31 einfährt, wird eine vom Arbeitskolben 21 bis zu diesem Dichtungsring reichende Kammer gebildet und die Luft in dieser Kammer komprimiert. Diese Luft passiert den Dichtungsring auf einem Kebenweg, der avs den Bohrungen 34, 35 und der regulierbaren Drosselstelle 36 besteht· Die Luft entweicht dann über die Kammer 37 und den Luftanschlußstutzen 38, der en dem Zylinderkopf 39 angeordnet ist. Die Drosselsteilen 28 und 36 sind als Ventile ausgebildet, um die unerwünschten Anlaufaämpfungen zu vermeiden.

Bei dieser Konstruktion ist die Baulänge mindestens um den Dämpfungshub in °iner Richtung größer als der Arbeitshub. Die Unterbrechung des Arbeitszylinders durch eine Verbindungsmuffe erfordert eir-e sehr sorgfältige Bearbeitung, wenn Abweichungen aus der Flucht verhindert werden sollen. Außerdem bestent die Gefahr, daß sich die Dichtung 31 beim Einfahren des Rohres 32 verklemmt und der Antrieb blockiert.

Auch die aus den Teilen 22-25 bestehende Dämpfungseinrichtung ist störungsanfällig und teuer in der Herstellung·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde_t einen einfachen pneumatischen Stellantrieb von kurzer Baulänge und wähl barem Dämpfungshub zu schaffen,der die beschriebenen Mach-

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teile vermeidet. Insbesondere soll im Interesse der Kosteneinsparung und der iJetriebssicherheit die Zahl der bauteile auf ein Minimum reduziert werden.

Erfindungsgemäß gleitet der Arbeitskolben in einem mit hohlzylindrischen .Laufflächen versehenen voreilenden Hohlkolben, dessen Länge dem gewünschten Dämpfungshub entspricht und dessen Stirnflächen mit Dichtungsringen derart zusammenwirken, daß beim Auflaufen des Hohlkolbens auf einen der Zylinderköpfe ein Grasvolumen eingeschlossen wird, das durch den nachlaufenden Arbeitskolben komprimiert und über eine Kapillar- oder Drosselbohrung verdrängt wird. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles gemäß Fig.3 der Zeichnung erläutert. Sie zeigt im Längsschnitt einen pneumatischen Stellantrieb mit einem Arbeitszylinder 40, einem Hohlkolben 41 und einem Arbeitskolben 42, der von einer Kolbenstange 43 getragen wird. Der Arbeitszylinder 40 ist am oberen Ende durch einen Zylinderkopf 44 abgeschlossen, der ein zur Kraftübertragung dienendes Kugelgelenk 45 und einen seitlich angebrachten Druckluftanschluß 46 aufweist. Der Zylinderkopf 44 ist mit dem Arbeitszylinder 40 druckdicht verschraubt. Die Druckluft wird dem Zylinderraum über eine Hauptbohrung 47 mit großem Querschnitt und eine Kapillarbohrung 48 mit kleinem Querschnitt zugeführt. Die Hauptbohrung 47 ist an der Peripherie der kreisförmigen Zylinderkopffläche 44a angeordnet, die Kapillarbohrung 48 näher zum LIi tt el punk t hin. In die Zylinderkopffläche 44a ist eine konzentrische Nut eingearbeitet, die einen Dichtungsring 49 trägt.
Mit dem unteren Ende des Arbeitszylinders 40 ist ein zweiter

Zylinderkopf 50 verschraubt, der ebenfalls einen ssitlichen Druckluftanschluß 51 mit einer Hauptbohrung 52 und einer Kapillarbohrung 53 sowie einen Dichtungsring 54 aufweist. In eine konzentrische Bohrung des Zylinderkopfes 50 sind Gleitbuchsen 55» 56 und ein Dichtungsprofil 57 zwecks Führung und Abdichtung der Kolbenstange 43 eingesetzt. Auf das Ende der Kolbenstange ist ein der Kraftübertragung dienender Kugelkopf 58 aufgeschraubt. An dem Zylinderkopf 50 kann selbstverständlich eine längere Führungsbuchse als dargestellt angebracht sein.

Der Hohlkolben 41 ist mit einer hohlzylindrischen Innenfläche versehen, in der der Arbeitskolben 42 gleitet. Der Hohlkolben trägt an beiden Enden hohlzylindrische Kopfstücke 59 und 60, deren Innendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Hohlkolbens 41 ο Demit begrenzen die Kopfstücke die Bewegung des Arbeitskolbens im Hohlkolben. Die Kopfstücke sind an ihrem Außermiantel mit Nuten versehen, in die Gleitringe 61, 62 !'".α Dichtungsprofiie 63, 64 eingesetzt sind. Die Kopfstücke sind ferner an ihren den Zylinderköpfen zugewandten Seiten mit ringförmigen Schneiden 59a una 60a versehen, die in Verbindung mit den Dichtungsringen 49_f 54 stirnseitige Abdichtungen darstelleno

Der Arbeitskolben 42 besteht aus einer metallischen Tragscheibe 42a und einer Doppeltopfmanschette 42b. Der beschriebene Stellantrieb hat folgende Arbeitsweise: Wenn der Arbeitskolben 42 und der Hohlkolben 41 aus der unteren Endlage in die obere gefahren werden sollen, wird der Druckluftarn jhiuß 51 mit dem Druckluftverratsbehälter verbunden, während der Drucicluf tans chi uß 46 entlü.ftet ist_s

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also unter Atmosphärendruck steht. Der Arbeitskolben und der Hohlkolben werden unter Einwirkung der Druckluft gleichzeitig beschleunigt, wobei der Arbeitskolben an dem Kopfstück 60 anliegt. Der Hohlkolben eilt also vor. Sobald nun die Schneide 59a des Kopfstückes 59 auf den Dichtungsring 49 aufläuft, wird zwischen dem Arbeitskolben 42 und dem Zylinderkopf 44 eine fast geschlossene Kammer gebildet, die nur noch über die Kapillarbohrung 48 mit dem Außenraum in Verbindung steht. Nach Abbremsung des Hohlkolbens bewegt sich der Arbeitskolben mit verringerter Geschwindigkeit in dem Hohlkolben weiter. Dabei wird die eingeschlossene Luft komprimiert und langsam über die Kapillarbohrung abgeführt. Die Bewegung des Arbeitskolbens in der Dämpfungsphase wird nicht nur durch die Luftfederung verzögert. Zu einer Verringerung der Kolbengeschwindigkeit trägt auch bei, daß vom Beginn der Dämpfungsphase an nur noch der Querschnitt des Arbeitskolbens wirksam ist, während vorher zusätzlich der Effektivquerschnitt des Hohlkolbens zur Stellkrafterzeugung beitrug.

Der Stellvorgang ist beendet, sobald der Arbeitskolben auf das Kopfstück 59 aufläuft oder jin außerhalb des Stellantriebes liegender Anschlag in Funktion tritt. Der Dämpfungshub ist annähernd vorgegeben durch die Länge des Hohlkolbens 41. Je nach Aufgabenstellung kann lediglich durch die Wahl der Xolbenlänge ein Däinpfungshub realisiert werden, der in beiden Richtungen zum Beispiel 5 oder auch 50$ des Arbeitshubes beträgt.

■ζ? gesamte üxteitshub entspricht der Länge des Arceitszylinders eczüglich der Länge aer Kcofstücke 59» cG und

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des Arbeitskolbens 42. Die Einbaulage ist beliebig·

Der Arbeitszylinder und der Hohlkolben werden vorzugsweise aus gezogenem Leichtmetallrohr hergestellt. Die Zylinder— köpfe und die Kopfstücke des Hohlkolbens können aus leichtmetallguß bestehen. Hierdurch erreicht man kleine Gewichte und vor allem kleine MassenkrSfte.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. An dem Prinzip der Dämpfungseinrichtung ändert sich nichts, wenn man die Kapillar- oder Drosselbohrungen 48 und 53 in die Kopfstücke 59, 60 des Hohlkolbens verlegt. Ihre Unterbringung in den Zylinderköpfen 44 und 50 hat jedoch den Vorteil, daß man den Drosselquerschnitt und damit den Dämpfungsgrad durch von außen erreichbare Schrauben bei Bedarf einstellen kann. Auch wenn keine Verstellmöglxchkeit für den Dämpfungsgrad vorgesehen ist, kann dieser in beiden Hubrichtungen unterschiedlich groß gewählt werden.

Die Rohr- uni xiopfstücke des beschriebenen Antriebes werden zweckmäßig an den Verbindungsstellen mit Gewinde versehen, das durch aushärtende Kunststoffe gegen Lockerung und Gasdurchtritt gesichert ist.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Kolbenstange an beiden Zylinderenden herauszuführen· Gegenüber bekannten Konstruktionen bietet die Erfindung folgende Vorteile:

1. Der Arbeitszylinder ist nur unwesentlich länger als bei einem ungedämpften und erheblich kürzer als bei einem gedämpften Antrieb.

2. Der Dämpfungshub in beiden .Richtungen kann durch Bemessung nur eines Bauteiles beliebig groß gewählt v/erden, ohne daß sich das Verhältnis der Baulänge zum gesamten Arbeitshub verändert.

3. Der Arbeitszylinder weist weder Steueröffnungen noch sonstige Unterbrechungen auf, ist also billig herzustellen und betriebssichere

4. Sämtliche Dichtungsprofile sind auf Grund der gewählten Konstruktion verschleißarm und wenig störungsanfällig.

5. Mit einem Minimum an Bauteilen und Bearbeitungskosten wird ein Optimum an Anpassungsfähigkeit erzielt.

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Claims

25 10.69 fi.'i Ansprüche ι/

1) Pneumatischer Stellantrieb mit einem Arbeitszylinder und einem abwechselnd von beiden Seiten beaufschlagten Arbeitskolben, dessen Bewegungen vor dem Erreichen der Endpositionen gedämpft sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (42) in einem mit hohlzylindrischer Lauffläche versehenen voreilenden Hohlkolben (41) gleitet, dessen Länge dem gewünschten Dämpfungshub entspricht und dessen Stirnflächen (59a, 60a) mit Dichtungsringen (49, 54) derart zusammenwirken, daß beim Auflaufen des Hohlkclbens auf einen der Zylinderköpfe (44,50) ein Gasvolumen eingeschlossen wird, das durch den nachlaufenden Arbeitskolben (42) komprimiert und über eine Kapillar- oder Drosselbohrung (48,

53) verdrängt wird.

2) Pneumatischer Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkolben (41) an beiden Enden mit hohlzylindrischen Kopfstücken (59, 6C) versehen ist, deren Innendurchmesser kleiner als der Durchmesser des Arbeitskoltens ist und deren Außenmantel Hüten zur Aufnahme von Gleit- bzw. Dichtungsringen (61, 62, 63, 64) aufv/eist.

3) Pneumatischer Stellantrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekannzeichnet, daß die Zylinderköpfe (44, 50) des Arbeitszylinders (40) mit Hüten versehen sind, daß in ei es---ii :;uten Dichtungsringe (49, 54) eingelegt sind und daß cie Kopfstücke (59,6C) des Hohlkolbens (41) ringförmige Schneiden (59a, 60a) aufweisen, die beim Auflaufen

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auf die Dichtungsringe (49, 54) als stirnseitige Abdichtung wirken.

4) Pneumatischer Stellantrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der kreisförmigen Zylinderkopfflächen (44a, 50a) mit einer peripheren Hauptbohrung (47, 52) und einer die Dichtungsringe (49, 54) !angehenden Kapillar- oder Drosselbohrung (48, 53) versehen ist·

5) Pneumatischer ^Stellantrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmigen Zylinderkopfflächen (44a, 50a) mit peripheren Hauptbohrungen (47, 52) und die Hohlkolbenkopfstücke (59, 60) mit Kapillar- oder Drosselbohrungen versehen sind.

6) Pneumatiscner Stellantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Kapillar- oder Drosselbohrungen (48, 53) von außen her einstellbar ist·

Arnold Kiekert Söhne
5628 Heiligenhaus
Kettwigerstr. 16-20

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