EP0472862A1 - Fluidgetriebener kolbenstangenloser Arbeitszylinder - Google Patents
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- 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
- F15B15/084—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of the rodless piston type, e.g. with cable, belt or chain
Definitions
- the invention relates to a fluid-driven rodless cylinder according to the preamble of claim 1.
- Fluid-driven piston rodless working cylinders which have power take-offs guided on the outside of the cylinder tube. These can be mechanically or magnetically coupled to the piston.
- the mechanical connection can take place via a circumferential transmission element, in particular a belt or rope (EP-O 177 880 B1), or via a rigid power bridge between the piston and the power consumer. In the latter case, the power bridge protrudes through a sealable slot in the cylinder tube (EP-0 190 760 A1, DE 3509891 A1).
- the present invention relates to a working cylinder with a likewise purely mechanical coupling between the piston and the power consumer.
- WO 88/01698 A1 shows a further rod cylinder without internal pressure.
- the translatory movement of the piston is converted into a rotational movement of deflection rollers and afterwards outside the cylinder, this rotational movement is converted back into a translatory movement of a power consumer.
- this is accompanied by losses.
- the belt is guided in a belt chamber which is pressurized with the same pressure as one side of the piston chamber.
- a sealing element slidably mounted in the belt space connects the two ends of the belt designed as a toothed belt within the belt space.
- this sealing element acts like a small piston which is pushed in the same direction as the working piston due to the pressurization of the band chamber.
- This sealing element therefore, as a part designed in the opposite direction to the piston, causes a force due to its effective area which is opposite to the action force of the piston, whereby the efficiency of the cylinder is considerably reduced.
- the piston is provided with a power bridge, which engages in the band space through the longitudinal slot and through the sealing band which is then deflected radially to the band space.
- the dimensions of the power bridge are very small compared to the power bridges of known slot cylinders.
- the power bridge in turn is connected to the belt at its end protruding into the belt space. This can be accomplished in a suitable manner, for example welding or by means of a knee joint.
- the tightness of the working cylinder can be increased further by the fact that the end faces of the cylinder housing are additionally sealed in the region of the passage of the band, that is to say at the ends of the band space.
- the band space according to the proposal according to the invention is in any case practically depressurized when the piston space is pressurized. However, the further sealing increases the efficiency even further.
- this measure allows that the belt is not - as usual - designed as a steel belt or rope, but as a toothed belt or chain. In the case of conventional constructions of the inner profile of the cylinder, this would only be possible by accepting extreme leaks in the cylinder.
- the usual deflection wheels are designed as toothed belt wheels or as chain wheels.
- the advantage of this measure which is only possible due to the inner profile of the cylinder according to the invention, can be seen in the fact that, in addition to the frictional connection between the belt and the deflection wheel, there is a form closure that permits further functions of the deflection wheels.
- a stationary brake as described in the parallel German patent application P 40 27 617.1-14, filed on the same day as the applicant, act on the deflection wheel. Due to the positive and non-positive connection between the deflection wheel and the toothed belt or chain, no slippage occurs during braking, as is the case, for example, with steel belts, which enables absolutely precise and reproducible positioning of the piston or power take-off.
- the cylinder housing 4 is shown with the piston chamber 8 and the belt chamber 9. It is essential that the inner profile of the housing is completely closed to the outside, so that leaks when the piston chamber 8 is pressurized are not possible via connecting pieces (not shown).
- the band space 9 is connected to the piston space 8 via a longitudinal slot 10.
- the longitudinal slot 10 is sealed by a sealing tape 5. Only at the point of passage of the force bridge 6 between the piston and the band 7 does it bend radially inward from the slot 10 into the piston chamber 8, as is indicated schematically in the enlarged view of this point.
- the band 7 running in the band space 9 is connected to the power bridge 6.
- the novel inner profile of the cylinder housing allows the use of toothed belts or chains as a "band", preferably when the passage slots for the band are additionally sealed at the cylinder ends.
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen fluidgetriebenen kolbenstangenlosen Arbeitszylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Auf dem Gebiete der kolbenstangenlosen Arbeitszylinder haben sich in der Praxis verschiedene Arten der Kraftabnahme durchgesetzt. So sind fluidgetriebene kolbenstangenlose Arbeitszylinder bekannt, die außen auf dem Zylinderrohr geführte Kraftabnehmer aufweisen. Diese können mechanisch oder magnetisch mit dem Kolben gekoppelt sein. Die mechanische Verbindung kann über ein umlaufendes Übertragungsglied, insbesondere ein Band oder Seil (EP-O 177 880 B1), oder über eine starre Kraftbrücke zwischen dem Kolben und dem Kraftabnehmer erfolgen. Im letzteren Fall ragt die Kraftbrücke durch einen abdichtbaren Schlitz im Zylinderrohr (EP-0 190 760 A1, DE 3509891 A1).
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder mit einer ebenfalls rein mechanischen Kopplung zwischen Kolben und Kraftabnehmer.
- Bei den bekannten Band- oder Seilzylindern ist die Abdichtung der Zylinderstirnseiten, in denen das Band oder Seil durchtritt, problematisch. Meist handelt es sich bei den Bändern um Stahlbänder mit annähernd rechteckigem Querschnitt. Es ist einsichtig, daß die Abdichtung an den Zylinderenden bei einer raschen Bewegung des Kolbens, an dem die Bänder befestigt sind, äußerst schwer zu handhaben ist. Es müssen sich nämlich die Dichtlippen der Abdichtungen innerhalb kürzester Zeit dem Band anpassen.
- Darüberhinaus ergibt sich das folgende Problem, da in der Praxis meist Stahlbänder von 2/10 mm Dicke als Bänder verwendet werden. Diese sind so empfindlich, daß sie aufgrund von Kerbwirkungen, die ihrerseits auf Kratzer in der Oberfläche - etwa infolge von Berührungen mit einem Werkzeug - zurückzuführen sind, zum Reißen neigen.
- Im Falle der Verwendung eines Seils tritt das Problem auf, daß die Oberfläche des Seils per se uneben ist und schon von daher Undichtigkeiten vorprogrammiert sind.
- In der DE-PS 952 308 ist die Verwendung einer Kette oder Zahnkette als "Band" vorgeschlagen worden, allerdings bei einem Arbeitszylinder, bei dem der vom Kolbenraum getrennte Bandraum mit Druck beaufschlagt ist, wenn Druckmittel in den Kolbenraum geleitet wird, um den Kolben in die eine oder andere Richtung zu bewegen. Bei dem in der genannten Druckschrift beschriebenen Arbeitszylinder handelt es sich um einen innendruckbeaufschlagten Arbeitszylinder, bei dem der Bandraum vom Kolbenraum druckmäßig nicht voneinander getrennt sind.
- Einen weiteren innendruckbeaufschlagten kolbenstangenlosen Arbeitszylinder zeigt die WO 88/01698 A1. Darin wird die translatorische Bewegung des Kolbens in eine rotatorische Bewegung von Umlenkrollen und hernach außerhalb des Zylinders diese rotatorische Bewegung wieder in eine translatorische Bewegung eines Kraftabnehmers gewandelt. Hiermit sind selbstverständlich Verluste einhergehend. Das Band wird wie im Falle der DE-PS 952308 in einem Bandraum geführt, der mit dem selben Druck beaufschlagt ist wie die eine Seite des Kolbenraumes. Ein in dem Bandraum gleitend gelagertes Dichtelement verbindet innerhalb des Bandraumes die beiden Enden des als Zahnriemen ausgebildeten Bandes. Dadurch, daß der Zylinder ein innendruckbeaufschlagter Zylinder ist, der Bandraum daher vom Kolbenraum druckmäßig nicht getrennt ist, wirkt dieses Dichtelement quasi wie ein kleiner Kolben, der in die selbe Richtung wie der Arbeitskolben gedrängt wird aufgrund der Druckbeaufschlagung des Bandraumes. Dieses Dichtelement bewirkt daher als ein dem Kolben gegenläufig konzipiertes Teil aufgrund seiner wirksamen Fläche eine Kraft, die der Aktionskraft des Kolbens entgegengesetzt ist, wodurch der Wirkungsgrad des Zylinders erheblich reduziert wird.
- In den Fällen eines Arbeitszylinders mit starrer Kraftbrücke zwischen Kolben und Kraftabnehmer entsteht das Problem der Undichtigkeit zum einen bereits an der Durchtrittsstelle der Kraftbrücke. Desweiteren ist zu bedenken, daß im Falle der Druckbeaufschlagung des Zylinderrohres, um den Kolben darin zu verfahren, dieses dazu neigen wird, sich auszudehnen. Selbstverständlich bietet hier der Schlitz für die Kraftbrücke den geeigneten Ort für ein Aufspreizen des Zylinderrohres, so daß also im Moment der Betätigung des Kolbens, d.h. bei Druckbeaufschlagung des Zylinderrohres, die Undichtigkeit des Zylinders zunimmt. Zur Behebung dieses Problems ist auch schon vorgeschlagen worden, ein Zylinderrohr mit unstetiger Wanddicke zu verwenden, dergestalt, daß die Wanddicke auf der dem Schlitz gegenüberliegenden Seite am größten ist (EP-0290760 A1, Fig. 2, DE 3509891 A1). Hierdurch soll das dickere Material einem Aufbiegen des Rohres entgegenwirken.
- Gemäß einem anderen Vorschlag (EP-0068088 B1) ist vorgesehen, den Kraftabnehmer das Zylinderrohr klammerartig umgreifen zu lassen, um einem Aufweiten im Bereich des Längsschlitzes entgegenzuwirken.
- Bedenkt man nun, daß bekannte Arbeitszylinder mit ca. 6 - 10 bar Luftdruck betrieben werden, wird deutlich, daß Aufweitungen auch nur um wenige Zehntelmillimeter den Wirkungsgrad eines solchen Zylinders drastisch reduzieren.
- Vor dem aufgezeigten Hintergrund ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kolbenstangenlosen Arbeitszylinder zu schaffen, bei dem die angesprochenen Dichtungsprobleme bekannter Arbeitszylinder nicht mehr aufteten.
- Gelöst wird diese Aufgabe durch die spezielle Formgebung des Innenprofils des Zylindergehäuses. So ist dessen Inneres in einen Kolbenraum und in einen Bandraum unterteilt und nach außen hin - bis auf die Durchtrittsschlitze für das Band an den Zylinderenden - vollkommen geschlossen. Der Kolbenraum und der Bandraum stehen untereinander durch einen Längsschlitz in Verbindung, der mittels eines Dichtbandes abgedichtet ist. Hierdurch ist der Bandraum bei Druckbeaufschlagung des Kolbenraums drucklos.
- Der Kolben ist mit einer Kraftbrücke versehen, die durch den Längsschlitz und durch das dann radial zum Bandraum ausgelenkte Dichtband in den Bandraum greift. Die Dimensionen der Kraftbrücke sind im Vergleich zu den Kraftbrücken bekannter Schlitzzylinder sehr klein.
- Die Kraftbrücke ihrerseits ist auf ihrem in den Bandraum ragenden Ende mit dem Band verbunden. Dies kann auf geeignete Weise, beispielsweise Schweißen oder mittels eines Kniegelenks bewerkstelligt sein.
- Das Band tritt an den Stirnseiten des Zylindergehäuses, genauer gesagt im Bereich des Bandraumes aus, um über zwei Umlenkräder in bekannter Weise mit dem auf dem Zylindergehäuse geführten Kraftabnehmer kraftschlüssig verbunden zu werden.
- Die Dichtigkeit des Arbeitszylinders kann noch dadurch erhöht werden, daß die Stirnseiten des Zylindergehäuses im Bereich des Durchtritts des Bandes, also an den Enden des Bandraumes, zusätzlich abgedichtet sind. Zwar ist der Bandraum nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag ohnehin praktisch drucklos bei Druckbeaufschlagung des Kolbenraumes. Die weitere Abdichtung erhöht jedoch den Wirkungsgrad noch weiter.
- Darüberhinaus gestattet diese Maßnahme, daß das Band nicht - wie üblich - als stahlband oder Seil, sondern als Zahnriemen oder Kette ausgebildet ist. Bei herkömmlichen Konstruktionen des Innenprofils des Zylinders wäre dies nur unter Inkaufnahme extremer Undichtigkeiten des Zylinders möglich.
- Der Ausbildung des Bandes als Zahnriemen oder Kette entsprechend sind die üblichen Umlenkräder als Zahnriemenräder bzw. als Kettenräder ausgebildet. Der Vorteil dieser Maßnahme, die nur möglich ist aufgrund des erfindungsgemäßen Innenprofils des Zylinders, ist darin zu sehen, daß neben dem Kraftschluß zwischen Band und Umlenkrad ein Formenschluß tritt, der weitere Funktionen der Umlenkräder gestattet. So ist es beispielsweise möglich, eine stationäre Bremse, wie sie in der parallelen deutschen Patentanmeldung P 40 27 617.1-14 vom selben Tage der Anmelderin beschrieben ist, auf das Umlenkrad wirken zu lassen. Aufgrund der Formen- und Kraftschlusses zwischen dem Umlenkrad und dem Zahnriemen bzw. der Kette tritt beim Bremsen kein Schlupf wie beispielsweise bei Stahlbändern auf, wodurch eine absolut exakte und reproduzierbare Positionierung des Kolbens bzw. Kraftabnehmers möglich wird.
- Eine beispielhafte Ausführungsform des Arbeitszylinders ist in der Zeichnung dargestellt. Darin ist ein Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Arbeitszylinder dargestellt.
- Aus Darstellungsgründen sind der Kolben und die Umlenkräder nicht abgebildet.
- Dargestellt ist das Zylindergehäuse 4 mit dem Kolbenraum 8 und dem Bandraum 9. Wesentlich ist, daß das Innenprofil des Gehäuses nach außen vollkommen geschlossen ist, so daß Undichtigkeiten bei Druckbeaufschlagung des Kolbenraumes 8 über nicht dargestellte Anschlußstutzen unmöglich sind.
- Der Bandraum 9 ist mit dem Kolbenraum 8 über einen Längsschlitz 10 verbunden. Der Längsschlitz 10 ist durch ein Dichtband 5 abgedichtet. Lediglich an der Stelle des Durchtritts der Kraftbrücke 6 zwischen dem Kolben und dem Band 7 biegt es sich radial nach innen aus dem Schlitz 10 in den Kolbenraum 8, wie schematisch in der vergrößerten Ansicht dieser Stelle angedeutet ist. Mit der Kraftbrücke 6 ist das im Bandraum 9 laufende Band 7 verbunden.
- Das Band 7 tritt an den Enden des Zylindergehäuses 4 nach außen, wobei zur weiteren Erhöhung der Dichtigkeit des Systems an diesen Durchtrittsstellen weitere Dichtungen angeordnet sein können.
- Über Umlenkräder wird das Band 7 an den mit ihm verbundenen Kraftabnehmer 1 gelenkt, der im gezeigten Ausführungsbeispiel mittels prismatischer Führungen 2, 11 auf der Oberseite des Zylindergehäuses hin- und herbewegbar ist.
- Das neuartige Innenprofil des Zylindergehäuses gestattet den Einsatz von Zahnriemen oder Ketten als "Band", vorzugsweise dann, wenn die Durchtrittsschlitze für das Band an den Zylinderenden zusätzlich abgedichtet ist.
- Ein Aufweiten des Profils wie bei herkömmlichen Schlitzzylindern bei Druckbeaufschlagung ist nicht möglich. Auch das Dichtungsproblem herkömmlicher Bandzylinder an den Zylinderköpfen tritt nicht auf, da die Hauptdichtwirkung bei dem vorgeschlagenen Arbeitszylinder von dem Dichtband 5 im Innern des Profils erzielt wird, so daß der Bandraum 9 bereits drucklos ist.
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