EP0961036B1 - Arbeitszylinder - Google Patents

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EP0961036B1
EP0961036B1 EP99890157A EP99890157A EP0961036B1 EP 0961036 B1 EP0961036 B1 EP 0961036B1 EP 99890157 A EP99890157 A EP 99890157A EP 99890157 A EP99890157 A EP 99890157A EP 0961036 B1 EP0961036 B1 EP 0961036B1
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EP
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spring
piston
piston rod
cylinder
working cylinder
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Günther Winkler
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423Component parts; Constructional details
    • F15B15/1476Special return means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423Component parts; Constructional details
    • F15B15/1457Piston rods

Definitions

  • the invention relates to a double-acting cylinder with a cylinder tube and end pieces existing cylinder, one in this cylinder by the Effect of a pressure medium introduced over the end pieces displaceable Piston, one connected to the piston and outside the cylinder guided piston rod for transmitting the piston movement to the one to be moved Elements and one with the piston or the piston rod and one of the end pieces connected spring.
  • the object of the present invention is therefore a double-acting working cylinder, which is simply constructed and the use of a built-in spring lowest possible progression without increasing its overall length, based on the usable hub.
  • this object is achieved in that the piston rod is designed as a hollow tube, the spring at least over part of it axial expansion within the piston rod and recorded with a first end inside the bore in the piston rod and with the second End is attached to the end opposite the hole.
  • Another advantage of the invention Construction is that at one of the horizontal deviating working situation due to and based on the aforementioned Advantages within a wide range adjustable design of the spring firmly coupled Masses can be compensated, so that the influence of the mass for their perpendicular movement components are compensated and thus printing medium can be saved.
  • the spring with its second end on a protruding into the bore of the piston rod Projection is attached to an end piece of the cylinder. So that is more appropriate Length of the bore in the piston rod and the spring a rest position adjustment in any central position of the piston in the cylinder possible in which middle position the spring has no tensile or compressive forces exercises. However, this is the optimal guiding and securing the spring against Bend out by covering the spring as long as possible with the piston rod guaranteed.
  • a particularly simple and safe embodiment provides that the Spring is a coil spring.
  • the spring is a gas spring.
  • the gas springs have the advantage over coil springs that none Buckling and chafing on the inside of the bore in the piston rod occurs, so that a long, trouble-free and maintenance-free operation is possible.
  • a compression spring is advantageously provided.
  • the depressurized piston can simply be returned to the retracted position or biased in this direction to compensate for a coupled mass become.
  • a middle position is easiest by using a Reach tension-compression spring.
  • the double effect of the working cylinder ensures that its movement in one direction faster and / or with low compressed air consumption or with compensation of the weight of a coupled mass and in the other direction a certain damping or slowing down same supply pressure of the pressure medium as achieved for the opposite direction can be.
  • a cylinder tube 1 is closed at both ends by end pieces 2, 3, the two end pieces 2, 3 clamped together, for example by screws could be.
  • Both in the lid 2 and in the bottom 3 of the working cylinder are passages 4 for the supply of the gaseous pressure medium, preferably Air, provided, through which this pressure medium in the respective Working chamber of the working cylinder arrives and the piston 5 inside the Cylinder tube 1 moves.
  • the gaseous pressure medium preferably Air
  • the exact interplay of ventilation the working chambers and the components intended for them are general are known and are therefore not described in detail here.
  • the movement of the Piston 5 is on the piston rod 6 towards the through the working cylinder Transferring moving element, for which purpose the piston rod 6 sealed by the Cover 2 is passed.
  • the piston rod 6 is provided with an axial bore, in which a spring element, here preferably a gas spring 7, with the advantages of particularly low progression and security against Buckling and abrasion on the inner wall of the piston rod 6, added is.
  • a spring element here preferably a gas spring 7, with the advantages of particularly low progression and security against Buckling and abrasion on the inner wall of the piston rod 6, added is.
  • This spring element it could possibly also be a coil spring or an equivalent spring element can be provided, is preferably on Bottom of the bore in the piston rod by means of at least one fixing element 8 and at the end of the working cylinder opposite the bore, i.e. attached to the floor 3 by means of at least one further fixing element 9.
  • the spring 7 is selected as a tension or compression spring depends on in which end position of the pistons 5 are reset by the spring action should.
  • a gas tension spring is preferably to be biased towards used. This tension spring then exercises a when extending the piston rod 6 steadily increasing restoring force in the position shown of the piston 5 out.
  • preloading or resetting into the cover side End position of the piston 5 uses a tension spring, which in the drawing position shown would be the most deflected and a resetting would exert force on the lid 2.

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Description

Die Erfindung betrifft einen doppelt-wirkenden Arbeitszylinder mit einem aus Zylinderrohr und Endstücken bestehenden Zylinder, einem in diesem Zylinder durch die Wirkung eines über die Endstücke eingeleiteten Druckmediums verschiebbaren Kolben, einer mit dem Kolben verbundenen und nach außerhalb des Zylinders geführten Kolbenstange zur Übertragung der Kolbenbewegung auf zu bewegende Elemente und einer mit dem Kolben oder der Kolbenstange und einem der Endstücke verbundenen Feder.
Es ist allgemein bekannt, die Kolben von Arbeitszylindern mittels auf diesen Kolben oder die Kolbenstange wirkenden Federelementen in einer Ruhestellung zu Halten bzw. in eine der Endstellungen des Kolbens zurückzuführen, wenn die Zufuhr von Druckmedium zu der der Feder entgegengesetzten Arbeitskammer des Zylinders beendet wird. Diese Federn sind meist außerhalb des Zylinders und zum Teil auch zwischen dem Kolben und einem der Endstücke des Zylinders eingebracht und müssen, speziell bei längeren Hüben des Kolbens, mit aufwendigen Federführungen gegen Ausknicken gesichert werden. Damit sind nur relativ geringe Hübe möglich, die Progression ist sehr groß und auch die Baulänge ist sehr groß im Verhältnis zum nutzbaren Hub des Arbeitszylinders. Besonders problematisch werden diese Faktoren bei Zylindern mit großem Durchmesser, insbesonders bei Pneumatikzylindern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein doppelt-wirkender Arbeitszylinder, der einfach aufgebaut ist und die Verwendung einer eingebauten Feder bei geringstmöglicher Progression ohne Vergrößerung seiner Baulänge, bezogen auf den nutzbaren Hub, gestattet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kolbenstange als hohles Rohr ausgeführt ist, die Feder zumindest über einen Teil ihrer axialen Ausdehnung innerhalb der Kolbenstange aufgenommen und mit einem ersten Ende im Inneren der Bohrung in der Kolbenstange und mit dem zweiten Ende am der Bohrung gegenüberliegenden Endstück befestigt ist. Ohne die Dimensionen des Arbeitszylinders vergrößern zu müssen und bei einfachstem Aufbau ist sogar bei sehr langen Federn und/oder Zylindern mit großem Durchmesser ein Ausknicken sicher verhindert und die Möglichkeit der Verwendung sehr langer Federn bzw. Gasfedern mit großem Gasvolumen läßt geringe Progressionen zu. Gleichzeitig sind bei großen Hüben auch große Federkräfte und damit rasche Rückstellbewegungen erzielbar. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion besteht darin, daß bei einer von der Horizontalen abweichenden Arbeitslage durch entsprechende und aufgrund der zuvor genannten Vorteile in weiten Grenzen anpaßbare Auslegung der Feder fest angekuppelten Massen kompensiert werden können, so daß der Einfluß der Masse für deren lotrechte Bewegungskomponente kompensiert werden und damit Druckmedium eingespart werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Feder mit ihrem zweiten Ende an einem in die Bohrung der Kolbenstange ragenden Vorsprung einen Endstücks des Zylinders befestigt ist. Damit ist bei geeigneter Länge der Bohrung in der Kolbenstange und der Feder eine Ruhelageneinstellung in eine prinzipiell beliebige Mittelstellung des Kolbens im Zylinder möglich, in welcher Mittelstellung die Feder keinerlei Zug- oder Druckkräfte ausübt. Dabei ist aber die optimale Führung und Sicherung der Feder gegen Ausknicken durch längstmögliche Überdeckung der Feder durch die Kolbenstange gewährleistet.
Eine besonders einfache und sichere Ausführungsform sieht vor, daß die Feder eine Schraubenfeder ist.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform sind besonders geringe Progressionen erzielbar, wenn die Feder eine Gasfeder ist. Darüberhinaus weisen die Gasfedern gegenüber Schraubenfedern den Vorteil auf, daß kein Ausknicken und Scheuern an der Innenseite der Bohrung in der Kolbenstange auftritt, so daß ein langer, störung- und wartungsfreier Betrieb möglich ist.
Um den drucklosen Kolben einfach in die ausgefahrene Stellung zurückzuführen oder zur Kompensierung einer angekuppelten Masse in diese Richtung vorzuspannen, ist vorteilhafterweise eine Druckfeder vorgesehen.
Wenn gemäß einer anderen Ausführungsform die Feder eine Zugfeder ist, kann der drucklose Kolben einfach in die eingefahrene Stellung zurückgeführt oder zur Kompensierung einer angekuppelten Masse in diese Richtung vorgespannt werden.
Eine Mittelstellung ist in einfachster Weise durch die Verwendung einer Zug-Druck-Feder zu erreichen.
Alle in den letzten drei Absätzen genannten Ausführungsformen können sowohl in bevorzugter Weise mit Gasfedern als auch mit Schraubenfedern oder äquivalenten Federelementen realisiert sein.
Durch die doppelte Wirkung der Arbeitszylinder wird erreicht, daß seine Bewegung in eine Richtung schneller und/oder mit geringem Druckluftverbrauch bzw. mit Kompensation des Gewichtes einer angekuppelten Masse erfolgt und in die andere Richtung eine bestimmte Dämpfung bzw. Verlangsamung bei gleichem Versorgungsdruck des Druckmediums wie für die Gegenrichtung erzielt werden kann.
In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Gasfeder näher erläutert werden.
Ein Zylinderrohr 1 ist an beiden Enden durch Endstücke 2, 3 abgeschlossen, wobei die beiden Endstücke 2, 3 beispielsweise durch Schrauben zusammengespannt sein können. Sowohl im Deckel 2 als auch im Boden 3 des Arbeitszylinders sind Passagen 4 für die Zufuhr des gasförmigen Druckmediums, vorzugsweise Luft, vorgesehen, durch welche diese Druckmedium in die jeweilige Arbeitskammer der Arbeitszylinders gelangt und den Kolben 5 im Inneren des Zylinderrohres 1 verschiebt. Das genaue Zusammenspiel von Be- und Entlüftung der Arbeitskammern und die dafür vorgesehenen Komponenten sind allgemein bekannt und werden daher hier nicht näher beschrieben. Die Bewegung des Kolbens 5 wird über die Kolbenstange 6 auf das durch den Arbeitszylinder zu bewegende Element übertragen, wozu die Kolbenstange 6 abgedichtet durch den Deckel 2 hindurchgeführt ist.
Die Kolbenstange 6 ist erfindungsgemäß mit einer axialen Bohrung versehen, in welcher ein Federelement, hier in bevorzugter Weise eine Gasfeder 7, mit den Vorteilen der besonders geringen Progression und der Sicherheit gegen Ausknicken und Scheuern an der Innenwandung der Kolbenstange 6, aufgenommen ist. Dieses Federelement, es könnte allenfalls auch eine Schraubenfeder oder ein äquivalent wirkendes Federelement vorgesehen sein, ist vorzugsweise am Boden der Bohrung in der Kolbenstange mittels zumindest eines Fixierelementes 8 und am der Bohrung gegenüberliegenden Endstück des Arbeitszylinders, d.h. dem Boden 3, mittel zumindest eines weiteren Fixierelementes 9 befestigt.
0b die Feder 7 als Zug- oder Druckfeder gewählt wird, hängt davon ab, in welche Endstellung der Kolben 5 durch die Federwirkung zurückgestellt werden soll. Für die dargestellt Variante, bei der der Kolben 5 durch die Feder 7 in seine bodenseitige Endstellung gebracht werden oder zumindest in diese Richtung hin vorgespannt werden soll, wird vorzugsweise eine Gas-Zugfeder eingesetzt. Diese Zugfeder übt dann bei Ausfahren der Kolbenstange 6 eine stetig wachsende Rückstellkraft in die dargestellte Stellung des Kolbens 5 aus. Sinngemäß wird bei Vorspannung bzw. Rückstellung in die deckelseitige Endstellung des Kolbens 5 eine Zugfeder verwendet, die in der in der Zeichnung dargestellten Position am weitesten ausgelenkt wäre und eine rückstellende Kraft auf den Deckel 2 hin ausüben würde.

Claims (7)

  1. Doppelt-wirkender Arbeitszylinder mit einem aus Zylinderrohr (1) und Endstücken (2, 3) bestehenden Zylinder, einem in diesem Zylinder durch die Wirkung eines über die Endstücke (2, 3) eingeleiteten Druckmediums verschiebbaren Kolben (5), einer mit dem Kolben (5) verbundenen und nach außerhalb des Zylinders geführten Kolbenstange (6) zur Übertragung der Kolbenbewegung auf zu bewegende Elemente und einer mit dem Kolben (5) oder der Kolbenstange (6) und einem (3) der Endstücke verbundenen Feder (7), dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (6) als hohles Rohr ausgeführt ist, die Feder (7) zumindest über einen Teil ihrer axialen Ausdehnung innerhalb der Kolbenstange (6) aufgenommen und mit einem ersten Ende im Inneren der Bohrung in der Kolbenstange (6) und mit dem zweiten Ende am der Bohrung gegenüberliegenden Endstück (3) befestigt ist.
  2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (7) mit ihrem zweiten Ende an einem in die Bohrung der Kolbenstange (6) ragenden Vorsprung des Endstücks des Zylinders befestigt ist.
  3. Arbeitszylinder nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (7) eine Schraubenfeder ist.
  4. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (7) eine Gasfeder ist.
  5. Arbeitszylinder nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (7) eine Druckfeder ist.
  6. Arbeitszylinder nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (7) eine Zugfeder ist.
  7. Arbeitszylinder nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (7) eine Zug-Druck-Feder ist.
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