EP0173028B1 - Einfach wirkender Druckluftzylinder - Google Patents

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EP0173028B1
EP0173028B1 EP85108121A EP85108121A EP0173028B1 EP 0173028 B1 EP0173028 B1 EP 0173028B1 EP 85108121 A EP85108121 A EP 85108121A EP 85108121 A EP85108121 A EP 85108121A EP 0173028 B1 EP0173028 B1 EP 0173028B1
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EP
European Patent Office
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piston
piston rod
pneumatic cylinder
stop
primary chamber
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EP85108121A
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English (en)
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EP0173028A1 (de
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Alf Siebke
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Knorr Bremse AG
Original Assignee
Knorr Bremse AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F15B15/148—Lost-motion means between the piston and the output
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/149—Fluid interconnections, e.g. fluid connectors, passages

Definitions

  • the invention relates to a compressed air cylinder according to the preamble of claim 1.
  • the piston In compressed air cylinders of the generic type (DE-A-3205843), the piston carries an O-ring on its end face facing the stop; when the piston is displaced relative to the piston rod and the O-ring is in contact with the stop, the connection is prevented by the annular gap.
  • the stop serves as a valve seat, against which the 0-ring acts, i.e. If the 0-ring is lifted even slightly from its valve seat, the connection between the primary space and the secondary space is released over the entire circumference of the O-ring.
  • the object of the invention is to design a compressed air cylinder of the generic type in such a way that the opening and closing of the valve device is guaranteed absolutely securely, even if the oscillation movements on the piston rod caused by the use of the compressed air cylinder act on the system. These vibrations should remain absolutely safe without influencing the sealing of the valve device even if a relatively strong return spring is used in the compressed air cylinder.
  • the sealing ring immediately closes the ventilation connection between the primary space and the secondary space with only a slight axial displacement of the piston relative to the piston rod, only a small volume of air loss is to be accepted until the closure is complete; on the other hand, axial, short-stroke vibratory movements of the piston rod relative to the piston can be tolerated without affecting the existing seal, since the sealing ring remains outside the recess on the top of the piston rod under sealing contact and does not leave the sealing contact even when slightly immersed in the recess due to its inherent elasticity, at least not until the primary space is deliberately vented and the return spring pushes the piston back into its stop position relative to the piston rod. In this position, the connection between the primary space and the secondary space is guaranteed with absolute certainty, since the extent of the depression on the piston rod can be chosen in any way.
  • the drawing shows a longitudinal partial sectional view of an air cylinder according to the invention.
  • the compressed air cylinder shown in the drawing in partial longitudinal section which can be used, for example, to actuate an exhaust flap of a commercial vehicle, has a housing 1 in which there is a piston 3 with a piston rod 5 extending from the (not shown) housing end.
  • a return spring 7 arranged in the housing is supported with one end on the piston 3 and with the opposite end on the base (not shown) of the compressed air cylinder.
  • the piston 3 advantageously has an axially extending skirt 9, by means of which the inner wall of the housing is protected against the return spring 7.
  • the piston 3 carries on its inner circumference a sealing ring 11 which, as shown, has the shape of a grooved ring, the two legs of which face the primary space 13 of the actuating cylinder.
  • the piston 3 carrying the sealing ring 11 can be displaced on the piston rod 5 between two stops, a stop 15 provided on the left-hand side as shown and a stop 16 provided on the right-hand side at the end of the piston rod. If the piston 3 moves within the abovementioned stops, the sealing ring 11 can to take cover with a recess 17 on the outer surface of the piston rod 5.
  • the depression 17 can extend to a limited extent on the outer circumference of the piston rod 5; it can also be provided as a closed annular groove on the piston rod.
  • the housing 1 of the compressed air cylinder which can be pivoted with an eye 20 on a (not shown) bolt, is on the According to the illustration, the left-hand end (not shown) is provided with a piston rod bushing of a construction known per se.
  • a check valve can be provided, through which the air located in the secondary space 19 is blown out when the piston 3 is shifted from right to left in the manner described below, as shown.
  • a so-called scraper can also be provided in the area of the piston rod passage, which reliably prevents dust particles from entering the secondary space 19, but which allows the air to be blown out of the secondary space.
  • An inlet 21 for compressed air opens into the primary space 13 on the right with respect to the piston 3, so that the piston 3 and the piston rod 5 connected to it and connected to the device to be actuated are displaced to the left when pressure is applied, as shown.
  • the sealing ring 11 In the stop position of the piston on the stop 16, the sealing ring 11 is in the position shown relative to the piston rod, in which it plunges into the recess 17; the air displaced in the primary space during the return of the piston 3 is supplied to the secondary space 19 through the annular gap 23 between the piston and the piston rod and after passing through the depression in the area between the sealing ring and the top of the piston rod. As a result, the pressure equalization takes place between the primary space and the secondary space.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einem Druckluftzylinder nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
  • Bei Druckluftzylindern der gattungsgemässen Art (DE-A-3205843) trägt der Kolben an seiner dem Anschlag zugewandten Stirnseite einen 0-Ring; bei Relativverschiebung des Kolbens zur Kolbenstange und Anlage des O-Rings am Anschlag ist die Verbindung durch den Ringspalt unterbunden. Hierbei dient der Anschlag als Ventilsitz, gegenüber weichem der 0- Ring wirkt, d.h. bei einem auch nur geringfügigen Abheben des 0-Rings von seinem Ventilsitz wird über den gesamten Umfang des O-Rings die Verbindung zwischen Primärraum und Sekundärraum freigegeben. Bei Betätigung des Druckluftzylinders, d.h. Druckbeaufschlagung des Kolbens, kann diese Wirkungsweise unbeabsichtigt eintreten, da die Kolbenstange in der Praxis geringfügigen, axialen Schwingungen ausgesetzt sein kann und diese Schwingungen durch die Rückstellkraft der Rückstellfeder unterstützt werden. Bei einem Aufschaukeln von Schwingungen der Kolbenstange kann es folglich zu einem wenn auch nur kurzzeitigen Lösen des O-Rings von seinem Ventilsitz kommen, mit der Folge, dass bei belüftetem Primärraum dennoch eine Verbindung zwischen Primärraum und Sekundärraum hergestellt wird. Die Druckluft aus dem Primärraum kann nach Passieren des Ringspalts kurzfristig in den Sekundärraum entweichen, was natürlich unerwünscht ist.
  • Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Druckluftzylinder der gattungsgemässen Art so auszugestalten, dass das Öffnen und Schliessen der Ventileinrichtung absolut sicher gewährleistet ist, selbst dann, wenn durch den Einsatz des Druckluftzylinders hervorgerufene axiale Schwingungsbewegungen an der Kolbenstange auf das System einwirken. Diese Schwingungen sollen auch dann absolut sicher ohne Einfluss auf die Abdichtung der Ventileinrichtung bleiben, wenn eine verhältnismässig starke Rückstellfeder im DruckluftzylinderzurAnwendung gelangt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale nach dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1.
  • Da der Dichtring bei nur geringfügiger axialer Verschiebung des Kolbens relativ zur Kolbenstange sofort die Belüftungsverbindung zwischen Primärraum und Sekundärraum schliesst, ist nur ein geringes Verlustvolumen an Luft bis zum vollständigen Schliessen in Kauf zu nehmen; andererseits können axiale, kurzhubige Schwingungsbewegungen der Kolbenstange relativ zum Kolben ohne Beeinträchtigung der bestehenden Abdichtung hingenommen werden, da der Dichtring ausserhalb der Vertiefung auf der Oberseite der Kolbenstange unter dichtender Anlage verbleibt und selbst bei geringfügigem Eintauchen in die Vertiefung infolge seiner Eigenelastizität die dichtende Anlage nichtverlässt, zumindestso lange nicht, bis bewusst der Primärraum entlüftet wird und die Rückstellfeder den Kolben relativ zur Kolbenstange in seine Anschlagposition zurückschiebt. In dieser Position ist die Verbindung zwischen Primärraum und Sekundärraum absolut sicher gewährleistet, da das Ausmass der Vertiefung an der Kolbenstange in beliebiger Weise gewählt werden kann.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in weiteren Patentansprüchen aufgeführt.
  • Bei hydraulischen Betätigungsorganen mit in einem Gehäuse verschiebbaren Kolben sind Schieberventilanordnungen per se bekannt (FR-A-2.448.062); bei derartiger Verwendung sind jedoch nicht die Probleme der Be- und Entlüftung von Primär- und Sekundärräumen pneumatischer Geräte vorhanden, insbesondere existieren hierbei nicht die Probleme von äusserst hochfrequenten Längsschwingungen der Kolbenstange. Eine Anwendung der bei hydraulischen Betätigungsanordnungen der vorstehend genannten Art gewonnenen Erkenntnis führt infolgedessen nicht zu einer Lösung der der Erfindung zugrundliegenden Aufgabenstellung.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
  • Die Zeichnung gibt Längs-Teilschnittansichteinen Druckluftzylinder nach der Erfindung wieder.
  • Der in der Zeichnung im Teil-Längsschnitt wiedergegebene Druckluftzylinder, welcher beispielsweise zur Betätigung einer Auspuffklappe eines Nutzfahrzeuges verwendbar ist, weist ein Gehäuse 1 auf, in welchem sich ein Kolben 3 mit einer aus dem (nicht dargestellten) Gehäuseende sich erstreckenden Kolbenstange 5 befindet. Eine im Gehäuse angeordnete Rückstellfeder 7 stützt sich mit einem Ende am Kolben 3 und mit dem entgegengesetzten Ende am (nicht dargestellten) Boden des Druckluftzylinders ab. Der Kolben 3 weist vorteilhafterweise eine axial sich erstrekkende Schürze 9 auf, mittels welcher die Innenwand des Gehäuses gegenüber der Rückstellfeder 7 geschützt wird.
  • Der Kolben 3 trägt an seinem Innenumfang einen Dichtring 11, welcher gemäss Darstellung die Form eines Nutringes besitzt, dessen beide Schenkel dem Primärraum 13 des Betätigungszylinders zugewandt sind. Der den Dichtring 11 tragende Kolben 3 ist auf der Kolbenstange 5 zwischen zwei Anschlägen verschiebbar, einem gemäss Darstellung linksseitig vorgesehenen Anschlag 15 und einem rechtsseitig am Ende der Kolbenstange vorgesehenen Anschlag 16. Bewegt sich der Kolben 3 innerhalb der vorgenannten Anschläge, dann vermag der Dichtring 11 mit einer Vertiefung 17 an der Aussenfläche der Kolbenstange 5 in Deckung zu gelangen. Die Vertiefung 17 kann sich gemäss Darstellung begrenzt am Aussenumfang der Kolbenstange 5 erstrecken, sie kann auch als geschlossene Ringnut an der Kolbenstange vorgesehen sein.
  • Das Gehäuse 1 des Druckluftzylinders, welches mit einem Auge 20 an einem (nicht dargestellten) Bolzen schwenkbar gelagert sein kann, ist an dem gemäss Darstellung linksseitigen (nicht dargestellten) Ende mit einer Kolbenstangendurchführung von an sich bekannter Bauweise versehen. Im Bereich des die Kolbenstangendurchführung darstellenden Bodens des Gehäuses kann ein Rückschlagventil vorgesehen sein, durch welches die im Sekundärraum 19 befindliche Luft herausgeblasen wird, wenn der Kolben 3 in nachfolgend beschriebener Weise gemäss Darstellung von rechts nach links gerichtet verschoben wird. Es kann auch im Bereich der Kolbenstangendurchführung ein sogenannten Abstreifer vorgesehen sein, welcher das Eindringen von Staubpartikeln in den Sekundärraum 19 sicher verhindert, welcher jedoch das Ausblasen der Luft aus dem Sekundärraum zulässt. In den rechts bezüglich des Kolbens 3 bestehenden Primärraum 13 mündet ein Einlass 21 für Druckluft, so dass der Kolben 3 und die mit ihm verbundene, an das zu betätigende Gerät angeschlossene Kolbenstange 5 bei Druckbeaufschlagung gemäss Darstellung nach links gerichtet verschoben wird.
  • Die Funktionsweise des Zylinders gemäss der Erfindung ist wie folgt:
    • Befindet sich der Kolben 3 in seiner dargestellten Ausgangsstellung bei einem Hub = 0, dann kann Luft aufgrund des Ringspalts 23 zwischen dem Dichtring 11 und der Aussenfläche der Kolbenstange den Bereich der Vertiefung 17 zwischen Primärraum und Sekundärraum passieren. Wird der Kolben 3 durch Einleiten von Druckluft in den Primärraum 13 mit Druck beaufschlagt, dann wird er infogle des sich sofort aufbauenden Druckunterschiedes zwischen dem Primärraum und dem Sekundärraum gemäss Darstellung nach links gerichtet verschoben. Der Druckaufbau vollziehtsich innerhalb des Primärraumes verhältnismässig schnell, so dass in jedem Fall sichergestellt ist, dass der Kolben 3 seine gemäss Darstellung nach links gerichtet Bewegung vollzieht, ohne dass Druckmittel aus dem Primärraum, den Aussenumfang der Kolbenstange 5 passierend, durch den Ringspalt 23 zwischen Dichtelement und Kolbenstange entweichen kann. Bei der nach links gerichteten Verschiebung des Kolbens 3 verlässt der Dichtring 11 die Vertiefung 17 am Aussenumfang der Kolbenstange 5; liegt der Dichtring 11 nunmehr am geschlossenen Aussenumfang der Kolbenstange unter einer gewissen Eigenspannung an, so ist in jedem Fall sichergestellt, dass die Verbindung zwischen Primärraum und Sekundärraum absolut sicher unterbunden ist. Bei weiterer Verschiebung des Kolbens 3 legt sich der Kolben an den Anschlag 15 an und nimmt im weiteren Verlauf die Kolbenstange mit, d.h. die Kolbenstange wird aus dem Gehäuse 1 ausgefahren. Wie vorstehend erwähnt wurde, wird die während dieser Bewegung im Sekundärraum 19 befindliche und verdichtete Luft über das am (nicht dargestellten) Gehäuseende befindliche Rückschlagelement herausgeblasen.
  • Bei einer Entlüftung des Primärraumes 13, d.h. bei einem Druckabbau im Primärraum, hebt der Kolben 3 innerhalb sehr kurzer Zeit vom Anschlag 15 nach rechts gerichtet ab, da die Rückstellfeder 7 am Kolben 3 angreift und die Kolbenstange 5 zunächst durch Reibkräfte ausserhalb des Gehäuses bzw. im Bereich der Stangendurchführung gehalten wird. Erst wenn der Kolben 3 an den Anschlag 16 anschlägt, wird die Kolbenstange 5, nunmehr gemeinsam mit dem Kolben, nach rechts gerichtet bewegt. In der Anschlagposition des Kolbens am Anschlag 16 befindet sich der Dichtring 11 in der dargestellten Relativlage zur Kolbenstange, in welcher er in die Vertiefung 17 eintaucht; die im Primärraum während des Zurückfahrens des Kolbens 3 verdrängte Luft wird durch den Ringspalt 23 zwischen Kolben und Kolbenstange und nach Passieren der Vertiefung im Bereich zwischen dem Dichtring und der Kolbenstangenoberseite dem Sekundärraum 19 zugeführt. Hierdurch findet der Druckausgleich zwischen dem Primärraum und dem Sekundärraum statt.

Claims (3)

1. Einfach wirkender Druckluftzylinder mit Federrückstellung, mit einem in einem Gehäuse (1 ) abgedichtet geführten Kolben (2), welcher zusammen mit dem Gehäuse (1) einen mit Druckluft beaufschlagbaren Primärraum (13) und einen mit der Umgebung über eine Einwegventilanordnung verbundenen Sekundärraum (19) bildet, wobei der Kolben (3) auf der Kolbenstange (5) zwischen zwei an dieser angeordneten Anschlägen (15,16) verschiebbar ist und zwischen Kolben (3) und Kolbenstange (5) ein Ringspalt (23) zur Verbindung von Primärraum (13) und Sekundärraum (19) besteht, derart, dass eine am Kolben (3) vorgesehene Ventileinrichtung (11, 17) den Ringspalt (23) in der Ruhestellung des Druckluftzylinders, bei Anlage des Kolbens (3) an dem einen Anschlag (16) freigibt und bei Druckbeaufschlagung des Primärraums (13) und der damitverbundenen Verschiebung des Kolbens (3) gegen die Kraftder Rückstellfeder (7) zum anderen Anschlag (15) den Ringspalt (23) absperrt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung aus einem in der Kolbenstangendurchführung des Kolbens (3) angeordneten Dichtring (11) und einer Vertiefung (17) in der Kolbenstange (5) besteht, wobei der Dichtring (11) in der Ruhestellung des Druckluftzylinders mit der Vertiefung (17) fluchtet und somit die Verbindung zwischen Primärraum (13) und Sekundärraum (19) freigibt und bei Verschiebung des Kolbens (3) auf der Kolbenstange (5) mit dieser dichtend zusammen wirkt.
2. Druckluftzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, dass der Dichtring (1 ) aus einem Nutring besteht, dessen beide Schenkel dem Primärraum (13) des Druckluftzylinders zugewandt sind.
3. Druckluftzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Primärraum (13) zugewandte Anschlag (16), welcher die Ausgangslage des Kolbens (3) festlegt, aus einem an der Kolbenstange befestigten Sicherungsring besteht, und dass der dem Sekundärraum (19) zugewandte Anschlag (15) an der Kolbenstange (5) aus einem an dieser befestigten Anschlagring besteht.
EP85108121A 1984-08-31 1985-07-01 Einfach wirkender Druckluftzylinder Expired EP0173028B1 (de)

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DE8425821 1984-08-31
DE8425821U 1984-08-31

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EP0173028A1 EP0173028A1 (de) 1986-03-05
EP0173028B1 true EP0173028B1 (de) 1987-10-07

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ATE30181T1 (de) 1987-10-15
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