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Pneumatische Kolbenmaschine, insbesondere für Hubwerke Die Erfindung
hat sich die Aufgabe gestellt, eine pneumatische Kolbenmaschine zu schaffen, die
für große Leistung und rauhen Betrieb, z. B. für die Betätigung von Hubwerken für
Baumaschinen, geeignet ist, sich in einfacher Weise herstellen läßt und möglichst
geringer Wartung bedarf. Für derartige Zwecke eignen sich die gebräuchlichen Kolbenmaschinen
weniger, weil sie nicht nur sehr genau gefertigt sein müssen, was hohe Kosten bedingt,
sondern auch äußerst empfindlich gegen Staub, Sand, Metallspäne od. dgl. sind.
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Die Aufgabe wird in erster Linie dadurch gelöst, daß in einem Arbeitszylinder,
dessen Druckräume durch einen elastischen Sack od. dgl. getrennt sind, ein oder
mehrere Kolben, deren Durchmesser wesentlich kleiner sind als der des Arbeitszylinders,
in der Weise angeordnet sind, daß beim Arbeitshub der umgestülpte Sack den Druck
der verdichteten Luft auf den oder die Kolben zur Wirkung bringt. Zwischen dem Kolben
und der Zylinderinnenwand kann hierbei ein verhältnismäßig großer Zwischenraum verbleiben,
der durch den umgestülpten Teil des elastischen Sackes und die komprimierte Luft
ausgefüllt wird.
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Dauerversuche mit derartigen Maschinen ergaben, daß weder der elastische
Sack noch der Kolben oder Zylinder nach 2o ooo Arbeitshüben irgendwelche nachteiligen
Veränderungen zeigten und daß solche Maschinen bei verhältnismäßig großem Kolbenhub
in der Lage sind, Lasten von io t Gewicht und mehr schnell zu heben. Derartige Leistungen
lassen sich aber mit den bekannten Kolbenmaschinen gar nicht oder nur unter Aufwendung
sehr hoher Baukosten erreichen, so daß diese Maschinen für den vorliegenden Zweck
nicht in Betracht kommen.
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Es sind bereits Luftausgleicher für Geschütze vorgeschlagen worden,
die mit einem zugleich als Luftbehälter
dienenden, mit Druckluft
gefüllten Stufenkolben ausgerüstet sind; der Stufenkolben war hierbei mit einem
Hals versehen, dessen Durchmesser geringer war als der des den Kolben führenden
Zylinders, und der Kolben war mittels eines an ihm befestigten elastischen Schlauches
gegenüber dem Zylinder abgedichtet. Dieser Luftausgleicher hatte die Aufgabe, das
nach dem Abschuß rücklaufende Rohr aufzufaägen und wieder in die für eine neue Ladung
erforderliche Ausgangslage zu bringen, also unter Ausnutzung der Zusammendrückbarkeit
der Luft überschüssige Energie aufzunehmen. Er diente im Gegensatz zum Gegenstand
der Erfindung nicht dazu, die von einem unter Druck stehenden Arbeitsmittel ausgeübten
Kräfte zur Erzeugung einer Nutzleistung zu-übertragen.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele von pneumatischen
Kolbenmaschinen gemäß der Erfindung dargestellt.
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Fig,,i zeigt im Längsschnitt einen aus zwei Hälften 1 und 2 bestehenden
Zylinder, in welchem ein Kolben 3 in Richtung des Pfeiles A auf und ab bewegt wird.
Der Deckel q. des oberen Zylinderteiles dient als Führung für den Kolben. Dieser
bewegt sich mit erheblichem Spiel in dem Zylinder, wobei ein Ringraum zwischen Kolben-
und Zylinder-Wandung frei bleibt. Zwischen den Teilen 1 und 2 des Zylinders ist
das offene Ende eines Sackes 5 aus elastischem Stoff eingespannt, dessen geschlossener
Teil sich um das Ende des Kolbens 3 herumlegt und dort befestigt sein kann. Beim
Abwärtsgehen des, Kolbens rollt sich der umgestülpte Teil des Sackes 5 an der Zylinderwandung
1 und an der Kolbenwand ab, bis die Umbiegestelle 6 die in Fig. 1 gezeigte Lage
erreicht, welche der unteren Totpunktlage des Kolbens entspricht.
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Wird nun bei 7 Preßluft in den unteren Teil 2 des Zylinders eingelassen,
so rollt sich der Sack 5 nach oben in die mit gestrichelten Linien gezeigte Lage,
während der Kolben seinen Arbeitshub ausführt.
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Der Kolben 3 ist als Hohlkolben ausgeführt und trägt im Innern eine
Stange 31 für einen Dämpfungskolben 3o. Die Stange 31 ist durch eine untere Öffnung
des Kolbens 3 und des Sackes 5 luftdicht hindurchgeführt und am Boden des Zylinders
2 starr befestigt. Im Innern des Kolbens 3 befindet sich ein flüssiges Druckmittel,
welches beim Aufwärtsgehen des Kolbens 3 durch feine Öffnungen 32 -des feststehenden
Dämpfungskolbens 3o durchtritt. Hierdurch wird eine hydraulische Dämpfung der Kolbenbewegung
erreicht, die jedoch nicht unbedingt an der Maschine vorgesehen werden muß, sondern
nur im Bedarfsfall eingebaut wird. Je nach der Größe der Öffnungen 32 kann man eine
stärkere oder schwächere Dämpfung erreichen. Es ist auch möglich, die Öffnungen
32 verstellbar zu machen, um die Dämpfung regeln zu können. Gleiche oder ähnliche
Dämpfungseinrichtungen lassen sich auch bei den weiteren Ausführungsbeispielen vorsehen.
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Der elastische Sack 5 kann mit einer Gewebeeinlage oder einer Gewebeauflage
versehen sein, um jede Dehnung zu vermeiden. Versuche haben ergeben, daß bei Drücken
von 15 atü und mehreren iooo Lasthüben keine Deformationen und keine Ermüdungserscheinungen
des Sackes 5 auftraten. Zur Bewältigung noch höherer Drücke kann gemäß Fig.2 ein
Stützring 8 in den Zylinder eingelegt werden, gegen welchen sich die Umhiegestelle
6 des Sackes 5 abstützt. Sehr vorteilhaft ist es ferner, Stahl- oder Gewebebänder
g, die in Nuten io der Zylinderwandung verlegt sind, über den Stützring 8 und den
Kolbenboden zu führen, die sich dann genau wie der Sack 5 bei der Bewegung des Kolbens
5 abwälzen. Bei dieser Konstruktion wird der Kompressionsdruck durch die Stahlbänder
g und den Stützring 8 aufgenommen. Der Stützring bewegt sich dabei mit der halben
Kolbengeschwindigkeit auf und ab. Zur besseren Führung des Stützringes 8 können
mit diesem Rollen 12 (Fig. 3) verbunden sein, die in Zahnstangenführungen 1 i abrollen
und den Ring 8 mit der richtigen Geschwindigkeit heben und senken.
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Mit gleichartigen Bauteilen sind die verschiedensten technischen Ausführungen
möglich, ohne daß eine kostspielige Feinbearbeitung von Dicht- oder Gleitflächen
erforderlich ist. So ist z. B. in Fig. q. eine Konstruktion dargestellt, bei welcher
durch die Mitte des Zylinders i, 2 eine Welle hindurchgeführt werden kann. Eine
solche Konstruktion kann z. B. bei Betätigungsorganen für Kupplungen oder bei konzentrisch
um eine Radachse angeordneten Bremszylindern oder Stoßdämpfern im Fahrzeugbau Anwendung
finden. Ein Ringkolben 13 bewegt sich in dem Hohlraum zwischen zwei Zylindern i,
2 und 1q., 15. Zwischen den Zylinderteilen ist ein elastischer Doppelsack
5 eingespannt, der sich in gleicher Weise bewegt wie in Fig. 1 und dabei den Ringkolben
13 nach oben treibt.
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Fig. 5 zeigt eine mehrstufige Kolbenanordnung mit großem Hubweg im
eingefahrenen Zustand, Fig. 6 die gleiche Anordnung in der Ausfahrstellung. Mit
3 ist ein Kolben bezeichnet, der die in Fig. i gezeigte Ausführung besitzt. Dieser
Kolben ist in einem Zylinderhals 16 geführt und wird durch den elastischen Sack
17 betätigt, während ein Ringkolben 13 in dem oberen Halsteil 18 des Zylinders geführt
ist.- Der elastische Sack ig, der mit dem Sack 17 aus einem Stück ausgeführt sein
kann, betätigt den Ringkolben 13 in gegenläufiger Richtung zum Kolben 3.
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In Fig. 7 ist die gleiche Anordnung der Kolben gezeigt, jedoch sind
hier die Zuführungen 7 für das Druckmittel durch eine Leitung 2o verbunden. Der
Zylinderei ist hier feststehend angeordnet, wodurch ein pneumatischer Transformator
entsteht, d. h. eine Einrichtung, mit der man eine Übersetzung oder Untersetzung
der Hubkraft erzielen kann, wenn man einen der beiden Kolben 3 oder 13 eindrückt.
Wird z. B. der Kolben 13 in Pfeilrichtung B bewegt, so wird auch der Kolben 3 durch
die vergrößerte Druckwirkung des Druckmittels in Richtung B gedrückt, wobei jedoch
der Weg oder Hub des Kolbens 3 größer wird, und zwar im Verhältnis der wirksamen
Flächen der beiden Kolben. Derartigen Einrichtungen kommt überall dort eine große
Bedeutung
zu, wo es darauf ankommt, mit einfachen Mitteln und ohne
Umleitung der Kraftrichtung ein über- oder Untersetzungsverhältnis zu erzielen.
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Fig. 8 und 9 zeigen eine doppelt wirkende Hub-oder Betätigungseinrichtung,
z. B. für Baumaschinen. Ein Ringkolben 13 ist mit einem Innenkolben 3 über den Bügel
22, die Gestänge 23 und das Joch 2.4 fest gekoppelt, wobei der Kolben 13 in den
äußeren Zylinderteil, der Kolben 3 in den inneren Zvlinderteil hineinragt. Beide
Kolben werden durch den doppelt umgestülpten elastischen Sack 5 betätigt. Der Zylinder
ist mit Ansätzen 26 versehen, die durch einen Quersteg 27 verbunden sind. Wird nun
die Druckmittelzuführung 7 (Fig. 9) geöffnet, so entsteht im Raum 28 ein Überdruck,
der den Ringkolben 13 zum Ausweichen nach unten (Pfeil C) zwingt. Infolge der starren
Verbindung 22, 23, 24 wird auch der Innenkolben 3 in der gleichen Richtung C verschoben
und preßt dabei das Druckmittel aus dem Raum 2,9 durch die Öffnung 25 aus.
Der Einfahrvorgang aws der Stellung der Fig. 8 erfolgt durch Druckmittelzuführung
im Raum 29 und Ausstoßung des Druckmittels aus dem Raum 28.
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Eine solche Einrichtung ist also doppelt wirkend und kann auch nach
Maßgabe der Druckdifferenzen in den Räumen 28 und 29 die Aufgaben eines Differentialkolbens
übernehmen.