EP0141106A2 - Arbeitszylinder mit drei Stellungen - Google Patents
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- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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- F15B11/08—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor
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- F15B11/121—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor providing distinct intermediate positions; with step-by-step action providing distinct intermediate positions
- F15B11/123—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor providing distinct intermediate positions; with step-by-step action providing distinct intermediate positions by means of actuators with fluid-operated stops
Definitions
- the invention relates to a working cylinder with three positions according to the preamble of claim 1.
- Such a cylinder is known from DE-OS 31 07 908.
- a first piston provided with a piston rod, which divides the cylinder into a first pressure medium chamber on the piston rod side and a second pressure medium chamber arranged on the other side of the piston with respect to the first pressure medium chamber.
- a second piston designed as an annular piston is arranged such that it can be moved and sealed.
- the second piston is movable against a gradation of the cylinder housing which fixes the middle position.
- Two stops are provided on the first piston which serve to limit the relative movement between the two pistons in that the second piston is movable between them relative to the first piston.
- the outer stop arranged in the end region of the first piston prevents the second piston from detaching from the first piston when the first piston is actuated by means of the piston rod when the cylinder is depressurized.
- This stop like the other stop, is designed as a circlip. This means that the ring piston must first be pushed onto the first piston during assembly of the known working cylinder and that the circlip can then be attached for the abovementioned stop.
- the invention has for its object to provide a cylinder of the type mentioned, in which the assembly is simplified.
- the invention has the particular advantage that the assembly of the working cylinder connects the two pistons by simply sliding the second piston onto the first piston, with a projection arranged on the second piston in the manner of a snap connection over the one arranged on the first piston as a stop serving sealing element is guided.
- the component and workload is reduced because Stop and sealing element consist of a single component and it is therefore no longer necessary to incorporate an additional groove in the piston for receiving a locking ring serving as a stop. For this reason, no special tools are required to pull a circlip.
- the two pistons cooperate telescopically and the two stops, which prevent the two pistons from unintentionally detaching from one another, are arranged between the outer surface of one piston and the inner wall of the other piston facing the outer surface, the overall length of the cylinder is reduced.
- the illustration shows a working cylinder with three positions on average.
- a first piston 18, 15 provided with a piston rod 3 is displaceably arranged in a cylinder 14, which is closed by a cover 25 with the interposition of a sealing ring 28, a first piston 18, 15 provided with a piston rod 3 is displaceably arranged.
- the first piston 18, 15 divides the cylinder into a first pressure medium chamber 2 on the piston rod side and a second pressure medium chamber 17 located on the other side of the piston 18, 15 with respect to the first pressure medium chamber 2.
- the two pressure medium chambers 2 and 17 are each connected via a pressure medium connection 24 or 16 and a valve device, not shown, can be aerated and vented.
- the first piston 18, 15 has a crowned design on its side facing the second pressure medium chamber 17 circumferential guide 15 on.
- a seal designed as a groove ring 12 is mounted in a groove 13 in a groove 13, the flanks of which are formed on the one hand by the spherical guide 15 and on the other hand by a circumferential projection of the piston 15, 18 serving as a stop 11, a seal designed as a groove ring 12 is mounted.
- the groove ring 12 seals the second pressure medium chamber 17 against the first pressure medium chamber 2.
- a second piston 7 designed as an annular piston is arranged so as to be displaceable relative to the first piston 15, 18.
- the second piston 7 has a radially outwardly extending circumferential projection 6, with which the second piston 7 can be brought into contact with a stop 19 fixed to the housing during a movement in the direction of the second pressure medium chamber 17.
- the stop 19 fixed to the housing is formed by a gradation of the cylinder 14 and serves to fix the two pistons 15, 18, 7 in the central position.
- the groove ring 5 seals the first pressure medium chamber 2 against the second pressure medium chamber 17.
- an additional seal designed as a groove ring 22 is arranged between the outer surface of the first piston 15, 18 and the inner wall of the second piston 7.
- the second grooved ring 22 is in one in this embodiment groove 23 provided on the lateral surface of the first piston 15, 18, which is provided in the end region of the first piston 15, 18 facing the first pressure medium chamber 2.
- the second piston 7 has a preferably circumferential projection 8, 9, 10, which extends radially inward in the direction of the lateral surface of the first piston 15, 18.
- the projection serves as a stop which interacts with the stop arranged on the first piston 15, 18 and formed by the sealing ring 22.
- the stop 8, 9, 10 has a steep edge 8 on its side facing the sealing ring 22 and a ramp-shaped bevel 10 on its side facing away from the sealing ring 22.
- a recess 27 is provided in the cover 25 of the cylinder 14, through which the piston rod 3 is guided out of the cylinder 14.
- a sealing ring 26, which is mounted in a groove arranged in the wall of the recess 27 and bears sealingly against the piston rod 3, prevents pressure medium from escaping from the first pressure medium chamber 2 through the recess 27 to the atmosphere.
- the space between the two pistons 15, 18, 7 is connected to the atmosphere via a breathing hole 20.
- the grooved ring 22 is obtained its original shape again.
- the second piston 7 can be pushed onto the first piston 15, 18 without the use of special tools, since the stop 8, 9, 10 arranged on the second piston 7 has a ramp-shaped bevel 10, which when the second piston 7 is pushed onto the first piston 15, 18 deformed the ring nut 22 in a manner that is gentle on the material.
- a separation of the two pistons 7, 15, 18 is only possible without the use of special tools if damage to the grooved ring 22 is accepted, since the side of the stop 8, 9, 10 facing the grooved ring after assembly is a steep edge 8 is formed.
- first piston 15, 18 connected to the piston rod 3 has assumed the central position. Pressure is present in the first pressure medium chamber 2 and in the second pressure medium chamber 17 via the pressure medium connections 24, 16. The pressures in the two pressure medium chambers 2, 17 are the same.
- the second piston 7 is pressed against the stop 19 fixed to the housing and remains at rest.
- the first piston 15, 18 is pressed with its stop 11 against the second piston 7. Since the sum of the active surfaces of the two pistons 15, 18, 7 acted upon by the pressure from the first pressure medium chamber 2 is greater than the opposite active surface of the first piston 15, 18 acted upon by the pressure from the second pressure medium chamber 17, the first piston connected to the piston rod 3 remains 15, 18 in the middle position.
- the first piston 15, 18 connected to the piston rod 3 is to be brought into its left end position, the first pressure medium chamber 2 is vented.
- the first piston 15, 18 is shifted to the left by the pressure from the second pressure medium chamber 17 and takes the second piston 7 with it with its stop 11.
- first piston 15, 18 is to be brought into its right end position and the piston rod 3 is to be moved into the cylinder 14, the second pressure medium chamber 17 is vented and the first pressure medium chamber 2 is vented. Both the first piston 15, 18 and the second piston 7 are moved toward the second pressure medium chamber 17 by the pressure from the first pressure medium chamber 2. The second piston 7 comes to rest with its projection 6 on the stop 19 fixed to the housing and the first piston 15, 18 continues to its right end position.
- the second pressure medium chamber 17 is again pressurized.
- the first piston 15, 18 is moved by the pressure medium from the second pressure medium chamber 17 to the left in the direction of the first pressure medium chamber 2 until it comes to rest with its stop 11 on the end face of the second piston 7 facing it.
- first piston 15, 18 and the second piston 7 are in their left end position and the first piston 15, 18 is moved to the right in the direction of the second pressure medium chamber 17 by means of the piston rod 3 when the cylinder is depressurized, the first piston 15 comes , 18 with its grooved ring 22 on the steep edge 8 of the on the second piston 7 arranged stop 8, 9, 10 for contact and takes the second piston 7 with it.
- An unintentional separation of the two pistons 15, 18, 7 is thus excluded, so that the function is ensured when the working cylinder is put into operation again.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder mit drei Stellungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Ein derartiger Arbeitszylinder ist aus der DE-OS 31 07 908 bekannt. In einem Zylinder ist ein mit einer Kolbenstange versehener erster Kolben angeordnet, welcher den Zylinder in eine kolbenstangenseitige erste Druckmittelkammer und eine bezüglich der ersten Druckmittelkammer auf der anderen Seite des Kolbens angeordnete zweite Druckmittelkammer unterteilt. Auf dem ersten Kolben ist ein als Ringkolben ausgebildeter zweiter Kolben abgedichtet verschiebbar angeordnet. Der zweite Kolben ist gegen eine die Mittelstellung fixierende Abstufung des Zylindergehäuses bewegbar. Auf dem ersten Kolben sind zwei Anschläge vorgesehen, die dadurch zur Begrenzung der Relativbewegung zwischen den beiden Kolben dienen, daß der zweite Kolben zwischen ihnen relativ zum ersten Kolben bewegbar ist. Der im Endbereich des ersten Kolbens angeordnete äußere Anschlag verhindert bei einer Betätigung des ersten Kolbens mittels der Kolbenstange bei drucklosem Zylinder ein Lösen des zweiten Kolbens vom ersten Kolben. Dieser Anschlag ist wie auch der andere Anschlag als Seegerring ausgebildet. Dies bedeutet, daß bei der Montage des bekannten Arbeitszylinders erst der Ringkolben auf den ersten Kolben aufgeschoben werden muß und daß dann der Seegerring für den erwähnten Anschlag angebracht werden kann.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Arbeitszylinder der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem die Montage vereinfacht ist.
- Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, daß bei der Montage des Arbeitszylinders die Verbindung der beiden Kolben durch einfaches Aufschieben des zweiten Kolbens auf den ersten Kolben erfolgt, wobei ein am zweiten Kolben angeordneter Vorsprung nach Art einer Schnappverbindung über das auf dem ersten Kolben angeordnete als Anschlag dienende Dichtelement geführt wird. Der Bauteile- und Arbeitsaufwand wird verringert, da Anschlag und Dichtelement aus einem einzigen Bauteil bestehen und es somit nicht mehr erforderlich ist, eine zusätzliche Nut zur Aufnahme eines als Anschlag dienenden Sicherungsringes in den Kolben einzuarbeiten. Es sind aus diesem Grund auch keine speziellen Werkzeuge zum Aufziehen eines Sicherungsringes mehr erforderlich.
- Da die beiden Kolben teleskopartig zusammenwirken und die beiden Anschläge, welche ein unbeabsichtigtes Lösen der beiden Kolben voneinander verhindern, zwischen der Mantelfläche des einen Kolbens und der der Mantelfläche zugewandten Innenwand des anderen Kolbens angeordnet sind, verringert sich die Baulänge des Zylinders.
- Anhand der Abbildung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
- Die Abbildung zeigt einen Arbeitszylinder mit drei Stellungen im Schnitt.
- In einem Zylinder 14, welcher unter Zwischenschalten eines Dichtringes 28 von einem Deckel 25 verschlossen wird, ist ein mit einer Kolbenstange 3 versehener erster Kolben 18, 15 verschiebbar angeordnet. Der erste Kolben 18, 15 unterteilt den Zylinder in eine kolbenstangenseitige erste Druckmittelkammer 2 und eine bezüglich der ersten Druckmittelkammer 2 auf der anderen Seite des Kolbens 18, 15 liegende zweite Druckmittelkammer 17. Die beiden Druckmittelkammern 2 und 17 sind über je einen Druckmittelanschluß 24 bzw. 16 und eine nicht dargestellte Ventileinrichtung be- und entlüftbar. Der erste Kolben 18, 15 weist auf seiner der zweiten Druckmittelkammer 17 zugewandten Seite eine ballig ausgebildete umlaufende Führung 15 auf. In einer Nut 13, deren Flanken einerseits von der balligen Führung 15 und andererseits von einem als Anschlag 11 dienenden umlaufenden Vorsprung des Kolbens 15, 18 gebildet werden, ist eine als Nutring 12 ausgebildete Dichtung gelagert. Der Nutring 12 dichtet die zweite Druckmittelkammer 17 gegen die erste Druckmittelkammer 2 ab.
- Auf dem ersten Kolben 15, 18 ist ein als Ringkolben ausgebildeter zweiter Kolben 7 relativ zum ersten Kolben 15, 18 verschiebbar angeordnet. Der zweite Kolben 7 besitzt einen sich radial nach außen erstreckenden umlaufenden Vorsprung 6, mit welchem der zweite Kolben 7 bei einer Bewegung in Richtung auf die zweite Druckmittelkammer 17 zu an einem gehäusefesten Anschlag 19 zur Anlage bringbar ist. Der gehäusefeste Anschlag 19 wird von einer Abstufung des Zylinders 14 gebildet und dient zur Fixierung der beiden Kolben 15, 18, 7 in der Mittelstellung. In einer Nut 4 des zweiten Kolbens 7, deren Flanken einerseits vom Vorsprung 6 und andererseits von einem weiteren umlaufenden Vorsprung 21, welcher an der der ersten Druckmittelkammer 2 zugewandten Seite des zweiten Kolbens 7 vorgesehen ist, gebildet werden, ist eine als Nutring 5 ausgebildete Dichtung gelagert. Der Nutring 5 dichtet die erste Druckmittelkammer 2 gegen die zweite Druckmittelkammer 17 ab.
- Zur Abdichtung des Raumes zwischen den beiden teleskopartig zusammenwirkenden Kolben 15, 18, 7 ist eine zusätzliche als Nutring 22 ausgebildete Dichtung zwischen der Mantelfläche des ersten Kolbens 15, 18 und der Innenwand des zweiten Kolbens 7 angeordnet. Der zweite Nutring 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einer in der Mantelfläche des ersten Kolbens 15, 18 vorgesehenen Nut 23 gelagert, welche in dem der ersten Druckmittelkammer 2 zugewandten Endbereich des ersten Kolbens 15, 18 vorgesehen ist. Der zweite Kolben 7 weist in seinem dem ersten Kolben 15, 18 zugewandten Endbereich einen sich radial nach innen, in Richtung auf die Mantelfläche des ersten Kolbens 15, 18 zu erstreckenden, vorzugsweise umlaufenden Vorsprung 8, 9, 10 auf. Der Vorsprung dient als Anschlag, welcher mit dem auf dem ersten Kolben 15, 18 angeordneten, vom Dichtring 22 gebildeten Anschlag zusammenwirkt.
- Der Anschlag 8, 9, 10 weist auf seiner dem Dichtring 22 zugewandten Seite eine steile Kante 8 und auf seiner dem Dichtring 22 abgewandten Seite eine rampenförmige Abschrägung 10 auf.
- Im Deckel 25 des Zylinders 14 ist eine Ausnehmung 27 vorgesehen, durch welche die Kolbenstange 3 aus dem Zylinder 14 herausgeführt wird. Ein Dichtring 26, der in einer in der Wandung der Ausnehmung 27 angeordneten Nut gelagert ist und dichtend an der Kolbenstange 3 anliegt, verhindert ein Austreten von Druckmittel aus der ersten Druckmittelkammer 2 durch die Ausnehmung 27 zur Atmosphäre hin. Der Raum zwischen den beiden Kolben 15,18,7 ist über eine Atmungsbohrung 20 mit der Atmosphäre verbunden. Bei der Montage des Arbeitszylinders wird der als Ringkolben ausgebildete zweite Kolben 7 von der kolbenstangenseitigen Stirnseite des ersten Kolbens 15, 18 her auf den ersten Kolben 15, 18 aufgeschoben. Dabei wird der Nutring 22 vom Anschlag 8, 9, 10 des zweiten Kolbens 7 elastisch verformt. Hat der Anschlag 8, 9, 10 den Nutring 22 überfahren, so erlangt der Nutring 22 seine ursprüngliche Form wieder. Das Aufschieben des zweiten Kolbens 7 auf den ersten Kolben 15, 18 kann ohne die Verwendung von speziellen Werkezeugen erfolgen, da der am zweiten Kolben 7 angeordnete Anschlag 8, 9, 10 eine rampenförmige Schräge 10 aufweist, welche beim Aufschieben des zweiten Kolbens 7 auf den ersten Kolben 15, 18 den Nutring 22 materialschonend verformt. Ein Trennen der beiden Kolben 7, 15, 18 ist ohne den Einsatz von speziellen Werkzeugen nur möglich, wenn eine Beschädigung des Nutringes 22 in Kauf genommen wird, da die nach der Montage dem Nutring zugewandte Seite des Anschlages 8, 9, 10 als steile Kante 8 ausgebildet ist.
- Die Funktion des im Vorstehenden beschriebenen Arbeitszylinders wird nachfolgend näher erläutert.
- Es wird angenommen, daß der mit der Kolbenstange 3 verbundene erste Kolben 15, 18, wie in der Abbildung dargestellt, die Mittelstellung eingenommen hat. Über die Druckmittelanschlüsse 24, 16 steht in der ersten Druckmittelkammer 2 und in der zweiten Druckmittelkammer 17 Druck an. Die Drücke in den beiden Druckmittelkammern 2, 17 sind gleich. Der zweite Kolben 7 wird gegen den gehäusefesten Anschlag 19 angedrückt und bleibt in Ruhe. Der erste Kolben 15, 18 wird mit seinem Anschlag 11 gegen den zweiten Kolben 7 angedrückt. Da die Summe der vom Druck aus der ersten Druckmittelkammer 2 beaufschlagten Wirkflächen der beiden Kolben 15, 18, 7 größer ist als die vom Druck aus der zweiten Druckmittelkammer 17 beaufschlagte entgegengerichtete Wirkfläche des ersten Kolbens 15, 18 verbleibt der mit der Kolbenstange 3 verbundene erste Kolben 15, 18 in der Mittelstellung.
- Soll der mit der Kolbenstange 3 verbundene erste Kolben 15, 18 in seine linke Endlage gebracht werden, so wird die erste Druckmittelkammer 2 entlüftet. Vom Druck aus der zweiten Druckmittelkammer 17 wird der erste Kolben 15, 18 nach links verschoben und nimmt mit seinem Anschlag 11 den zweiten Kolben 7 mit.
- Soll der erste Kolben 15, 18 in seine rechte Endlage gebracht und so die Kolbenstange 3 in den Zylinder 14 eingefahren werden, wird die zweite Druckmittelkammer 17 entlüftet und die erste Druckmittelkammer 2 wird belüftet. Sowohl der erste Kolben 15, 18 als auch der zweite Kolben 7 werden vom Druck aus der ersten Druckmittelkammer 2 in Richtung auf die zweite Druckmittelkammer 17 zu bewegt. Der zweite Kolben 7 kommt mit seinem Vorsprung 6 am gehäusefesten Anschlag 19 zur Anlage und der erste Kolben 15, 18 fährt weiter bis in seine rechte Endlage.
- Wird wieder die neutrale Mittelstellung gewünscht, so wird auch die zweite Druckmittelkammer 17 wieder mit Druckmittel beaufschlagt. Der erste Kolben 15, 18 wird vom Druckmittel aus der zweiten Druckmittelkammer 17 nach links in Richtung auf die erste Druckmittelkammer 2 zu verschoben und zwar so weit, bis er mit seinem Anschlag 11 an der ihm zugewandten Stirnseite des zweiten Kolbens 7 zur Anlage kommt.
- Befinden sich der erste Kolben 15, 18 und der zweite Kolben 7 in ihrer linken Endlage und der erste Kolben 15, 18 wird mittels der Kolbenstange 3 bei drucklosem Zylinder nach rechts in Richtung auf die zweite Druckmittelkammer 17 zu verschoben, so kommt der erste Kolben 15, 18 mit seinem Nutring 22 an der steilen Kante 8 des am zweiten Kolben 7 angeordneten Anschlages 8, 9, 10 zur Anlage und nimmt den zweiten Kolben 7 mit. Ein unbeabsichtigtes Trennen der beiden Kolben 15, 18, 7 ist somit ausgeschlossen, so daß bei wieder in Betriebnahme des Arbeitszylinders die Funktion sichergestellt ist.
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