EP1845269B1

EP1845269B1 - Pneumatikzylinder mit Endlagendämpfung sowie Dämpferhülse

Info

Publication number: EP1845269B1
Application number: EP07005782A
Authority: EP
Inventors: Johann Weiss
Original assignee: Johann Weiss Machinenbau Firma
Current assignee: Johann Weiss Machinenbau Firma
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2007-03-21
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2027-03-21
Also published as: DE102006017987A1; EP1845269A1; ATE513136T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pneumatikzylinder mit Endlagendämpfung mit einem Gehäuse in welchem zumindest ein Schubstangenelement linear bewegbar gelagert ist, welche in den Endlagen in stirnseitige Lagerelemente eingreift und zur Endlagendämpfung und Entlüftung eine Dämpferhülse oder deren Lagerung zumindest eine Einkerbung aufweist, welche in einer Mantelfläche in etwa axial zu der Dämpferhülse oder in deren Lagerung vorgesehen ist.
Derartige Pneumatikzylinder sind in vielfältiger Form und Ausführung auf dem Markt bekannt und gebräuchlich. Sie dienen im wesentlichen zum Bewegen von beliebigen Gegenständen und werden in der Handhabungstechnik heute häufig eingesetzt.
Innerhalb des Gehäuses ist ein Zugstangenelement kolbenartig verfahrbar, wobei über endseitige Lagerelemente das Schubstangenelement hin- und herbewegbar gelagert ist. Da heutzutage immer höhere Anforderungen an derartige Pneumatikzylinder gestellt werden, weil sie mit höheren Geschwindigkeiten und höheren Lasten bzw. Massen bestückt werden sind herkömmliche Pneumatikzylinder nur mit beschränkten Geschwindigkeiten und Lasten zu betreiben.
Nachteilig dabei ist, dass mit herkömmlichen Pneumatikzylindern begrenzte Massen nur mit begrenzten Geschwindigkeiten begrenzten Massen hin- und her bewegt werden können und somit häufig der Pneumatikzylinder, eingebunden in eine Fertigung die Taktgeschwindigkeit bestimmt, was unerwünscht ist.
Zudem müssen herkömmliche Endlagendämpfungen, wie bspw. herkömmliche Drosseln permanent und langwierig im Dauerbetrieb der Pneumatikzylinder kostenintensiv nachjustiert und gereinigt werden. Insbesondere kann nur ein Fachpersonal eine entsprechende Nachjustierung der Endlagen von Pneumatikzylindern vornehmen. In Fertigungsprozessen ist dies unerwünscht.
Aus der DE 30 45 477 A1 ist ein Arbeitszylinder der o. g. Art bekannt. Dort ist ebenfalls ein Schubstangenelement in einem Gehäuse bewegbar, wobei dem Schubstangenelement eine Dämpferhülse zugeordnet ist. In diese Dämpferhülse sind Längskanäle eingebracht, deren Öffnungsquerschnitt zum Kolbenaufbau hin abnehmen kann. Diese Längskanäle oder Schlitze erlauben eine Anpassung der Strömungsgeschwindigkeit beim Verdrängen eines Öls speziell an die gegebenen Verhältnisse.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Pneumatikzylinder der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem die eingangs genannten Nachteile beseitigt werden und mit welchem bei Verbesserung einer Endlagendämpfung wesentlich höhere Geschwindigkeiten und/oder Lasten bzw. Massen mit einem Pneumatikzylinder beschleunigt werden können. Zudem soll eine perfekte Endlagendämpfung beim Abbremsen der Massen ohne Anschlagen durchgeführt werden. Hierbei soll im wesentlichen bereits während des Bremsprozesses und der negativen Beschleunigung Zeit eingespart werden, so dass insgesamt ein Takt des Pneumatikzylinders im Betrieb erhöht werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt der kennzeichnende Teil des Anspruchs 1.
Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, über unterschiedliche Querschnittsflächen von Einkerbungen unterschiedlichen Einfluss zu nehmen auf Abbremsverhalten beim Eintritt der Dämpferhülse in deren Lagerung. Dabei wird in einem ersten Bereich eine Einkerbung von einem sehr geringen Querschnitt gewählt, um eine hohe Bremswirkung beim Eintreten der Dämpferhülse in die Lagerung zu erzeugen. Dadurch wird ein sehr hoher Druck innerhalb der Lagerung aufgebaut, was zu einer sehr hohen negativen Beschleunigung führt. Damit der sehr hohe Druck, sehr schnell nach einem hohen Abbremsen abgebaut wird, erweitert sich im Anschluss im zweiten Bereich der Querschnitt hinsichtlich Breite und oder Tiefe der Einkerbung im Verhältnis zum ersten Bereich sehr, so dass der Druck schlagartig und schnell abgebaut werden kann.
In der dritten daran anschliessenden Bereich ist der Querschnitt der Einkerbung verhältnismässig gross durch Breite und/oder Tiefe gehalten, so dass unter etwa konstantem Druck ein weiteres Abbremsen erfolgt und soweit Rückschlagschwingungen, Rückfederungen etc. hierdurch ausgeglichen werden können. Im letzten und vierten Bereich wird die Einkerbung querschnittlich auslaufend bis auf nahezu 0 verjüngt, um ein vollständiges und stark dämpfendes Abbremsen bis auf die Geschwindigkeit 0 zu ermöglichen.
Durch die unterschiedliche Wahl von Länge des ersten Bereichs sowie durch die entsprechende Wahl der Grösse des Querschnittes in den Bereichen II und III lässt sich Einfluss nehmen auf eine entsprechende Geschwindigkeit und/oder Masse, die abgebremst werden soll.
Hierdurch lässt sich eine optimierte Anpassung an individuelle kundenspezifische Wünsche vornehmen, indem die Einkerbungen je nach Geschwindigkeit und/oder Masse ausgestaltet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Figur 1 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf einen Pneumatikzylinder mit eingesetztem Schubstangenelement;
Figur 2 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf ein Schubstangenelement mit zwei Dämpferhülsen sowie einen Teillängsschnitt durch ein Lagerelement mit Lagerung zur Aufnahme der Dämpferhülse;
Figur 3a einen schematisch dargestellten Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Dämpferhülse;
Figur 3b eine schematisch dargestellte Seitenansicht auf die Dämpferhülse gemäss Figur 3a;
Figur 3c eine schematisch dargestellte Draufsicht auf eine Dämpferhülse gemäss den Figuren 3a und 3b.

Gemäss Figur 1 weist ein Pneumatikzylinder R ein Gehäuse 1 auf, welches im Inneren zylinderartig ausgebildet ist. Endseits an das Gehäuse 1 schliessen jeweils Lagerelemente 2.1, 2.2 an, die einerseits ein innen liegendes Schubstangenelement 3 zum Hin- und Herbewegen beliebiger Lasten bzw. Massen mit Druck beaufschlagen und entsprechend steuern.
Die Lagerelemente 2.1, 2.2 weisen entsprechende Öffnungen 4.1, 4.2 auf, die dem Anschliessen von hier nicht näher dargestellten Pneumatikleitungen zum Zuführen von Luft oder Gas in das Gehäuseinnere des Gehäuses 1 dienen.
Wird Luft, Druckluft oder komprimiertes Gas durch die Öffnung 4.1 über das Lagerelement 2.1 in das Gehäuse 1 eingeleitet, so lässt sich das Schubstangenelement 3 in Richtung des Lagerelementes 2.2 bewegen. Wird dagegen Luft oder Gas über die Öffnung 4.2 in das Gehäuse 1 eingeleitet, lässt sich das Schubstangenelement 3 zurückbewegen.
Zur Endlagendämpfung sind in den Lagerelementen 2.1, 2.2 Dichtelemente od. dgl. vorgesehen, in welche entsprechende, dem Schubstangenelement 3 zugeordnete Dämpferhülsen 5, wie sie bspw. in Figur 2 aufgezeigt sind, eingreifen. Zwischen den beiden Dämpferhülsen 5 ist zumindest ein Dichtelement 6 vorgesehen, welches kolbenartig innerhalb des zylindrischen Gehäuses 1 verläuft und das Schubstangenelement 3 einerseits lagert und andererseits abdichtet.
Bevorzugt sind die Durchmesser der Dämpferhülse 5 etwas grösser als die der Schubstange 7 des Schubstangenelementes 3 ausgebildet.
Die Dämpferhülsen 5 greifen in die entsprechenden Lagerelemente 2.1, 2.2, insbesondere in deren Lagerungen 13 abgedichtet ein, wobei die Öffnung 4.1 oder 4.2 verschlossen wird. Herkömmlich wird über eine Drossel, ein Drosselventil od. dgl. die komprimierte Luft zur Dämpfung einer Schubbewegung des Schubstangenelementes 3 in einer Endlage kontinuierlich und langsam abgeführt.
Bei der vorliegenden Erfindung hingegen kann auf entsprechende Drosselelemente verzichtet werden, indem erfindungsgemäss der Dämpferhülse 5 oder deren Lagerung 13 zumindest eine Einkerbung 8 in deren Mantelflächen 9 eingeformt ist.
Gemäss Figur 2 ist die Einkerbung 8 in Axialrichtung bevorzugt parallel zur Schubstange 7 in einer Längsrichtung der Dämpferhülse 5 aussen in einer Mantelfläche 9 vorgesehen. Dabei hat sich als besonders vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung erwiesen, dass die Einkerbung 8, ausgehend von einer Stirnseite 11 der Dämpferhülse 5 oder deren Lagerung 13 in einem ersten Bereich I einen etwa konstanten Querschnitt von geringer Grösse aufweist.
Bevorzugt ist über die axiale Länge L die Einkerbung 8 im Bereich I, der im wesentlichen sehr klein ausgebildet ist, hinsichtlich seiner Breite B und Tiefe T, wie es auch näher in den Figuren 3a und 3c angedeutet ist, homogen.
In dieser ersten Bereich I greift die Dämpferhülse 5 in die entsprechende Lagerung 13 zuerst ein, wobei durch die Verminderung des Querschnittes des Volumens der Einkerbung 8 über eine bestimmte wählbare Länge L ein Bremsweg S der Schubstange 7 in Abhängigkeit von der abzubremsenden Last und/oder Masse variabel und einstellbar ist.
Durch die Länge und durch die Wahl eines möglichst geringen Querschnittes, vorzugsweise homogen über die Länge L ausgehend von der Stirnseite 11 lässt sich Einfluss nehmen auf unterschiedliche Geschwindigkeiten und/oder Lasten bzw. Massen, die in wählbaren Zeiten und über einen bestimmten Bremsweg abzubremsen sind.
Beim Eingreifen der Dämpferhülse 5 in die Lagerung 13 wird durch den geringen Querschnitt der Einkerbung 8 im Bereich I lediglich eine geringe Entlüftung zugelassen und äusserst hoher Druck in der Lagerung 13 selbst aufgebaut.
In diesem Bereich erfolgt ein sehr starkes und sehr schnelles Abbremsen der Schubstange 7 bzw. der Masse.
Im Anschluss an den Bereich I schliesst sich ein sich nach aussen in Breite B und/oder Tiefe T erweitender Bereich II an, der einem schlagartigen Entlüften und Druckabbau dient, wie es in den Figuren 3a und 3c angedeutet ist.
Im Anschluss an den Bereich II folgt ein Bereich III von etwa konstantem Querschnitt, der einem starken Entlüften und gleichzeitigem Konstanthalten des Druckes dient, wobei hierdurch eine Ausregelung und Verhinderung von Rückstössen oder Rückschlagschwingungen der Kolbenstange bzw. der abzubremsenden Masse, insbesondere bei grösseren Massen erfolgt.
Müssen sehr grosse Massen abgebremst werden, so kann hier in dem Bereich III ein querschnittlich grösseres Volumen der Einkerbung 8 eingestellt werden durch bspw. eine grössere Breite B und/oder grössere Tiefe T der Einkerbung 8 in der Mantelfläche 9.
Auf diese Weise lässt sich durch die Einflussnahme des Querschnittes und somit des Volumens in der Einkerbung 8 im Bereich 9 Einfluss nehmen auf die abzubremsenden Massen, so dass keine Rückschlagschwingungen oder Rückfederungen erfolgen.
An den Bereich III schliesst der Bereich IV an, der sich in Breite und/oder Tiefe T zu einer endseitigen Stirnseite 12 der Dämpferhülse 5 oder Lagerung 13 hin kontinuierlich verjüngt, so dass sich ein Volumen querschnittlich über die axiale Länge der Dämpferhülse 5 bzw. der Lagerung 13 hin kontinuierlich auslaufend verringert.
In diesem Bereich IV nimmt das Volumen über die Länge betrachtet kontinuierlich bis auf 0 ab, so dass in diesem Bereich IV ein Eingreifen in die Lagerung 13 das Schubstangenelement 3 bzw. die Schubstange 7 und deren Masse dämpfend bis auf 0 abgebremst wird, ohne dass die Dämpferhülse 5 an die Lagerung 13 hart anschlägt
Im Bereich IV erfolgt im wesentlichen eine Verjüngung des querschnittlichen Volumens der Einkerbung 8 über die Länge, bis auf nahezu 0, nahe im Bereich der endseitigen Stirnseite 12 der Dämpferhülse 5 bzw. der Lagerung 13.
Dabei kann, wie es in Figur 3b aufgezeigt ist, die Einkerbung 8 querschnittlich halbkreisartig, aber auch parabolartig, dreieckartig, rechteckartig oder mehreckartig ausgebildet sein.
Mit der vorliegenden Erfindung ist ein Pneumatikzylinder R geschaffen, bei welchem über entsprechende spezielle Ausführung und Auslegung der Einkerbung 8 in der Dämpferhülse 5 und/oder in deren Lagerung 13 ein regelbares und steuerbares Dämpfungs- sowie Abbremsverhalten in Abhängigkeit von unterschiedlichen wählbaren Lasten, Massen und Geschwindigkeiten erfolgt. Auf diese Weise kann kundenspezifisch und individuell eine Anpassung jedes Pneumatikzylinders R erfolgen indem in Abhängigkeit der Masse bspw. eine Länge L des ersten Bereichs I zum Abbremsen unterschiedlich lang ausgelegt wird, wobei in Abhängigkeit der Masse und/oder Geschwindigkeit dann auch die folgenden Bereiche II, III und/oder IV hinsichtlich ihrer Eigenschaft, Querschnittsveränderung an die jeweiligen Massen und/oder Geschwindigkeiten anpassbar sind. Dies soll ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen.

Bezugszeichenliste

1	Gehäuse	34	67
2	Lagerelement	35	68
3	Schubstangenelement	36	69
4	Öffnung	37	70
5	Dämpferhülse	38	71
6	Dichtelement	39	72
7	Schubstange	40	73
8	Einkerbung	41	74
9	Mantelfläche	42	75
10	Phase	43	76
11	Stirnseite	44	77
12	Stirnseite	45	78
13	Lagerung	46	79
14		47
15		48
16		49
17		50
18		51	R	Pneumatikzylinder
19		52
20		53	X	Doppelpfeilrichtung
21		54	B	Breite
22		55
23		56	L	Länge
24		57
25		58	T	Tiefe
26		59	I-IV	Querschnittsbereich
27		60
28		61
29		62
30		63
31		64
32		65
33		66

Claims

Pneumatikzylinder mit Endlagendämpfung mit einem Gehäuses (1), zumindest einem schubstangenelement (3), welches im Pneumatikzylinder linear bewegbar gelagert ist, und zumindest einer an dem Schubstangenelement (3) angeordneten Dämpferhülse (5), welche in den Endlagen in Lagerungen (13) stirnseitiger Lagerelemente (2.1, 2.2.) des Pneumatikzylinders eingreift, wobei zur Endlagendämpfung und Entlüftung die Dämpferhülse (5) oder deren Lagerung (13) zumindest eine Einkerbung (8) aufweist, welche in einer Mantelfläche (9) der Dämpferhülse (5) in etwa axial zu der Dämpferhülse (5) oder in deren Lagerung (13) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einkerbung in Abhängigkeit der abzubremsenden Masse und/oder Beschleunigung sowie des erforderlichen Bremsweges querschnittlich unterschiedlich grosse Bereiche (I-IV) aufweist,
dass der Querschnitt der Einkerbung (8) im zuerst in die entsprechende Lagerung eingreifenden ersten Bereich (I) verhältnismässig konstant über die axiale Länge (L) des ersten Bereiches (I) verläuft und hierdurch ein starkes Abbremsen unter hohem Druckaufbau und geringer Entlüftung im ersten Bereich (I) erfolgt und
dass im Anschluss an den ersten Bereich (I) ein im Verhältnis zum ersten Bereich (I) querschnittlich erweiterte zweiter Bereich (II) der Einkerbung (8) folgt.
Pneumatikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den zweiten Bereich (II) ein erweiterter in etwa querschnittlich über die axiale Länge der Dämpferhülse (5) betrachtet konstanter dritter Bereich (III) anschliesst.
Pneumatikzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den dritten Bereich (III) ein vierter Bereich (IV) anschliesst, bei welchem über die axiale Länge der Dämpferhülse (5) der Querschnitt sich verjüngt.
Pneumatikzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbung (8) im vierten Bereich (IV) querschnittlich aus laufend bis nahezu auf 0 verjüngt wird.
Pneumatikzylinder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbung (8) querschnittlich halbkreisartig, parabolartig, dreieckartig oder quadratisch ausgebildet ist.
Pneumatikzylinder nach Anspruch 2 und gegebenenfalls wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung des Querschnittes der Einkerbung (8) im zweiten und dritten Bereich (II, III) durch eine vergrösserte Breite (B) und/oder Tiefe (T) der Einkerbung (8) erfolgt.
Pneumatikzylinder nach Anspruch 3 und gegebenenfalls wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verringerung des Volumens der Einkerbung (8) im vierten Bereich (IV) durch Verringerung der Breite (B) und/oder Verringerung der Tiefe (T) der Einkerbung (8) erfolgt.