EP4208299B1

EP4208299B1 - Schlagzylinder

Info

Publication number: EP4208299B1
Application number: EP21810944.5A
Authority: EP
Inventors: Michael KRÜHSEL
Original assignee: Rosink Werkstaetten GmbH
Current assignee: Rosink Werkstaetten GmbH
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2024-06-19
Anticipated expiration: 2041-11-09
Also published as: DE102020129424A1; DE102020129424B4; EP4208299A1; EP4208299C0; WO2022096741A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schlagzylinder zur Reinigung von Öfen oder Wärmetauschern, insbesondere zur Beseitigung von Ablagerungen an den Einbauten.
Ein solcher Schlagzylinder umfasst einen zylindrischen Kolbenmantel, der eine innere Kolbenkammer umfänglich umschließt, an einem Vorderende durch eine Vorderplatte oder durch eine vordere Schlagzylinderplatte und an einem Hinterende durch einen Zylinderdeckel oder durch eine hintere Schlagzylinderplatte verschlossen ist.
Relativbeweglich zu der stationären Kolbenkammer ist in dieser ein Kolben angeordnet und entlang einer Längsachse längsverschieblich bewegbar zwischen einer vorderen Schlagposition und einer hinteren Ruheposition. Der Kolben unterteilt die Kolbenkammer in eine vordere, der vorderen Schlagzylinderplatte zugewandte Vorderkammer und eine der hinteren Schlagzylinderplatte zugewandte Hinterkammer.
Über einen Anschluss kann ein Fluid, vorzugsweise Druckluft, einem Druckluftspeicher zugeführt werden. Über eine elastische Steuermembran, die ein Ventil bildet, wird in Abhängigkeit von der über den Anschluss aufgebrachten Druckluft gesteuert, ob der Druckluftspeicher mit Druckluft befüllt oder der Kolben betätigt, also ein Schlag ausgeführt wird.
In der vorderen Schlagzylinderplatte ist ein Amboss, eine Schlagstange oder dergleichen relativbeweglich aufgenommen, auf welcher der Kolben bei der Schlagauslösung in der Schlagposition aufschlägt. Nach dem Schlag bewegt eine durch den Schlag komprimierte Druckfeder, die sich zwischen der vorderen Schlagzylinderplatte und eine Vorderseite des Kolbens in der Vorderkammer erstreckt, den Kolben wieder in die hintere Ruheposition.

Stand der Technik

Ein solcher Schlagzylinder ist beispielsweise aus dem Patent DE 10 2009 051 089 B4 der Vorläufergesellschaft der Anmelderin bekannt. JP 2006 272166 offenbart einen Schlagzylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der Schlagzylinder umfasst einen inneren, zylindrischen Kolbeninnenmantel, der eine innere Kolbenkammer umschließt, in der ein Kolben entlang einer Längsachse bewegbar gelagert ist zwischen einer vorderen Schlagposition sowie einer zurückbewegten Ruheposition. Der innere Kolbenmantel ist von einem, koaxial angeordneten, zylindrischen Kolbenaußenmantel eingefasst oder umschlossen, so dass zwischen dem Kolbeninnenmantel und dem Kolbenaußenmantel ein Ringraum gebildet ist, der als Ringspeicher fungiert. Die Druckluft strömt durch einen Anschluss an einer flexiblen Steuermembran vorbei, welche dabei den Zugang zu der Kolbenkammer verschließt, vorbei in den umgebenden Ringspeicher.
Der Druckluftspeicher dient dazu, dass zunächst über den Anschluss einströmende Fluid, vorzugsweise Druckluft, aufzunehmen und zu sammeln und sodann nach Freigabe eines Schlags durch das Verschlussventil mit der Steuermembran, unmittelbar in die Hinterkammer der Kolbenkammer einströmen zu lassen, um somit den Kolben unter Komprimierung der Druckfeder gegen den Amboss in der vorderen Schlagzylinderplatte zu schleudern, sodass beim Aufprall der Schlag ausgelöst wird. Sodann wird der Kolben über die Druckfeder zurück in das hintere Ende der Kolbenkammer bis zur hinteren Ruheposition bewegt. Sodann beginnt der Prozess von neuem und der Druckluftspeicher wird wieder mit Fluid, vorzugsweise Druckluft gefüllt.
Beim Auslösen eines Schlags, entweicht die Luft am Anschluss. Dabei verändern sich die Druckverhältnisse derart, dass sich die Steuermembran verformt und den Zugang zu der Hinterkammer der Kolbenkammer freigibt. Gleichzeitig versperrt die Steuermembran der sich in dem als Ringspeicher ausgebildeten Druckluftspeicher befindlichen Druckluft den Ausgang über den Anschluss. Die Verformung der Steuermembran gibt gleichzeitig den Weg in eine Hinterkammer der Kolbenkammer frei. Die Druckluft aus dem Druckluftspeicher entweicht somit beim Auslösen schlagartig in die Hinterkammer der Kolbenkammer und treibt den Kolben gegen eine Druckfeder nach vorne, welche zwischen dem Kolbenvorderende und einem Schlagbolzen am Vorderende des Schlagzylinders eingespannt ist.
Ein solcher Schlagzylinder wird beispielsweise zum Entfernen von Rauchgasrückständen an Rauchgasreinigungsanlagen eingesetzt, wozu der Schlagzylinder außenseitig auf einem Rauchgaskanal angeordnet wird und der Schlagzylinder mit seiner Schlagstange oder seinem Amboss Schläge auf die Außenseite des Rauchgaskanals ausführt, um somit abgesetzte Beläge von der Innenseite abzulösen, welche den Wirkungsgrad von Anlagen erheblich reduzieren.
Stand der Technik anderer Art ist offenbart in DE 10 201 034 844 A1 und DE 38 19 112 A1 .

Nachteile am Stand der Technik

Die beschriebene Bauform erfordert den Innenmantel und diesen umschließenden Außenmantel zur Erzeugung des Ringraums.
Da die beiden Mäntel unterschiedliche Durchmesser aufweisen, ist der Aufbau relativ komplex. Insofern erfordert die bekannte Bauform also zwei große Rohre, nämlich einen Innenmantel und einen Außenmantel, die naturgemäß unterschiedliche Durchmesser aufweisen müssen.
Bekannte Schlagzylinder erfordern relativ große Druckluftspeicher von etwa 3 Litern, was eine relativ große Luftmenge bedingt, die in der Herstellung teuer ist. Für das Zusammenhalten der vorderen und hinteren Schlagzylinderplatte gegen den Luftdruck innerhalb des die Kolbenkammer umgebenden Luftdruckringspeichers werden i.d.R. lange Schraubenbolzen verwendet. Da sich der Ringspeicher aber somit über die gesamte Länge der Kolbenkammer erstreckt, die Zylinderkammer also umfänglich umschließt, ist ein relativ großer Bereich um die innere Kolbenkammer für den Ringspeicher notwendig, was einen relativ großen seitlichen Abstand oder Spalt zwischen zwei angrenzenden Schlagzylindern bedingt und weshalb das Speichervolumen ist ebenfalls sehr groß.
Da eine große Druckluftmenge eine lange Kompressor-Einschaltdauer und Füllzeit erfordert, ist ein großer Druckluftspeicher aber wenig energieeffizient. In der Praxis werden deshalb mitunter Verdrängungskörper zur Volumenreduzierung in dem Druckluftspeicher eingesetzt.
Ein großes Speichervolumen erfordert aber stets eine große Luftmenge, deren Bereitstellung teuer und zeitaufwendig ist. Ferner benötigt die aus dem Stand der Technik bekannt Bauform insgesamt vier Dichtungen, die stets auf korrekte Funktionsfähigkeit geprüft werden müssen und allgemein fehleranfällig sind.
Mitunter werden im Stand der Technik auch Schlagzylinder mit externen Druckluftspeichern und zwischengeschalteten Absperrventilen eingesetzt, deren Aufbau aber deshalb relativ komplex ist und die deshalb auch schwer zu montieren sind. Werden hunderte von Schlagzylindern an einer Anlage verbaut, was nicht unüblich ist, ist der Aufwand unverhältnismäßig hoch. Aufgrund der verlängerten Wegstrecken, die das Fluid aus dem Druckluftspeicher bei der Schlagauslösung zurücklegen muss, weisen diese durchweg eine geringere Leistung auf.

Aufgabe

Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zumindest teilweise zu vermeiden und insbesondere einen einfach aufgebauten und besonders effizient arbeitenden Schlagzylinder bereitzustellen.

Erfindung

Diese Aufgabe wird bereits durch den unabhängigen -Anspruch gelöst; bevorzugte, aber nicht zwingende Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.
In der abstraktesten Ausführungsform erfolgt dieses, indem ein vorzugsweise abdichtender Flansch, der eine Trennwand zwischen Kolbenkammer und der Druckluftkammer bildet, an einem hinteren Ende des Kolbenmantels angeordnet ist, dass der Druckluftspeicher hinter dem Flansch angeordnet ist und dass innerhalb einer Flanschöffnung des Flansches ein Zuführrohr angeordnet ist, das sich von der Flanschöffnung bis zu einem Hinterende des Druckluftspeichers erstreckt.
Die Erfindung löst die Aufgabe insofern bereits dadurch, dass ein abdichtender Flansch zwischen einem die Kolbenkammer umschließenden Kolbenmantel und einem den Druckluftspeicher umschließenden Druckluftspeichermantel angeordnet ist, der also die Kolbenkammer vom dem Druckluftspeicher trennt, so dass sich der Druckluftspeicher unmittelbar hinter diesem Flansch erstreckt, quasi in Fortführung der Kolbenkammer nach hinten. Innerhalb des Flansches ist vorzugsweise mittig eine den Flansch durchdringende Flanschöffnung vorgesehen, in welcher ein Zuführrohr angeordnet ist oder sitzt, dass sich also von dieser Flanschöffnung bis zu einem Hinterende des Druckluftspeichers erstreckt. Das Zuführrohr weist also in etwa die Länge des Druckluftspeichers in Längsrichtung auf.
Beim Befüllen des Druckluftspeichers strömt die Druckluft somit durch den Anschluss ein und drückt die Steuermembran nach vorne gegen das Zuführrohr und drückt sich nach Verschließen des hinteren Endes des Zuführohrs sodann am äußeren Umfangsrand zwischen Steuermembran und der hinteren Schlagzylinderplatte oder dem Zylinderdeckel hindurch in den unmittelbar dahinterliegenden Druckluftspeicher. Das Zuführrohr fungiert also als Anlagefläche für die elastische Steuermembran bei aufgebrachtem Druck, stützt also die Steuermembran beim Befüllen des Druckluftspeichers.
Zum Auslösen eines Schlags wird der Anschluss drucklos gestellt, was im einfachsten Fall durch Öffnen eines Ventils erfolgt. Die Steuermembran legt sich nunmehr mit ihrer Membranhinterseite gegen eine ausgewölbte Innenfläche der hinteren Schlagzylinderplatte/ des Zylinderdeckels an und gibt somit schlagartig den Zugang durch das Zuführrohr frei, sodass die Druckluft durch das Zuführrohr in die Kolbenkammer einströmen und den Schlag durch Vorantreiben des Kolbens auslösen kann.
Erfindungsgemäß ist der Druckluftspeicher somit nicht mehr umfänglich um den Kolbenmantel herum angeordnet, sondern entlang der Längsachse des Schlagzylinders unmittelbar hinter der Kolbenkammer, und zwar getrennt durch den abdichtenden Flansch, der die Kolbenkammer am hinteren Ende dichtend verschießt.
Bei der Erfindung wird die Druckluft also nicht mehr in einem Ringspeicher oder externen Druckluftspeicher wie beim Stand der Technik gespeichert, sondern in unmittelbarer Nähe der Steuermembran. Diese Verkürzung der Wege für das Fluid, insbesondere die Druckluft, ermöglicht eine kleinere und leichtere Ausbildung des Schlagzylinders bei gleicher Leistung ist. Oder anders ausgedrückt: Bei Beibehaltung der Grö-ße ist der Schlagzylinder leistungsfähiger als beim Stand der Technik.
Durch entsprechende Gestaltung des Durchmessers des Zuführrohrs kann das Volumen innerhalb des Druckluftspeichers einfach beeinflusst und verändert werden. Gleichzeitig gewährleistet aber ein größeres Zuführrohr auch, dass das Fluid, vorzugsweise Druckluft bei der Schlagauslösung schneller aus dem Druckluftspeicher in die Hinterkammer einströmt.
Die von dem Schlagzylinder zu erreichende Schlagenergie hängt nämlich davon ab, in welcher Zeit die Luft aus dem Druckluftspeicher in die Hinterkammer der Kolbenkammer strömen kann. Benötigt die Luft zu lange, ist der Kolben bereits mit geringer Geschwindigkeit am vorderseitigen Stößel angekommen und die langsame Druckluft strömt dann erst nach, weil die Wege für die Druckluft beim Stand der Technik relativ lang sind. Mitunter werden beim Stand der Technik Schläuche zum Anschluss an externe Druckluftspeicher benötigt, wobei dasselbe Problem auftreten kann.
Häufig ist der freie Querschnitt zur Durchströmung der Luft bei Schläuchen und Ventilen zu klein.
Das sich von der Flanschöffnung nach hinten erstreckende Zuführrohr realisiert den kürzesten Weg für die Druckluft mit großen freien Querschnitten. Da der Durchmesser des Zuführrohrs 30 bis 50 Prozent, insbesondere 33 Prozent des Durchmessers des Druckluftspeichers betragen kann, kann das Fluid bzw. die Luft bei der Schlagauslösung wesentlich schneller in die Hinterkammer der Kolbenkammer einströmen, so dass der Kolben innerhalb kürzerer Zeit auf die notwendige Sollgeschwindigkeit beschleunigt wird. Deshalb kann die Vorderkammer gegenüber dem Stand der Technik um bis zu 10 Prozent bei gleicher Leistung verkürzt werden, was somit den gesamten Schlagzylinder verkürzt und diesen wiederum leichter gestaltet.
Erfindungsgemäß kann somit bei Druckluftinhalt der Kolben in einer kürzeren Zeit auf eine vorgegebene Geschwindigkeit beschleunigt werden, was die Vorderkammer verkürzt und damit den Aufbau verkürzt und leichter gestaltet.
Alle Maßnahmen zusammen bedingen also eine erhebliche Gewichtsreduktion um bis zu 60 Prozent und eine Verkürzung der Bauform um bis zu 10 Prozent.
Der Druckluftspeicher ist bei der Erfindung somit deutlich kleiner gegenüber dem Stand der Technik, vorzugsweise um 80 bis 90 Prozent kleiner. Da mehrfach Schläge in kürzester Zeit erfolgen sollen, sorgt ein kleinerer Speicher für kleinere Füllzeiten, was kleinere Schlagintervalle ermöglicht.
Da der Druckluftspeicher deutlich kleiner ist müssen keine Verdrängungskörper zur künstlichen Volumenreduzierung eingesetzt werden.
Da das Volumen des Druckspeichers deutlich kleiner ist, ist aber gleichzeitig die Energieeffizienz deutlich besser als beim Stand der Technik.
Im Gegensatz zum Stand der Technik sind auch keine Verdrängungskörper und deren Befestigungen in dem Ringspeicher zur diesen künstlicher Größenreduzierung mehr erforderlich, was zu einer deutlichen Gewichtsreduktion führt.
Dieser Wegfall des Außenmantels für den äußeren Ringspeicher beim Stand der Technik bedeutet eine erhebliche Material-und somit auch Gewichtseinsparung.
Der Außenmantel musste beim Stand der Technik wegen der notwendigen Festigkeit aus Edelstahl gefertigt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Schlagzylinder können der Kolbenmantel und der Druckluftspeichermantel, also der den Druckluftspeicher umgebenden Mantel, aus identischem Material hergestellt werden, besonders bevorzugt aus einem leichten Aluminiumrohr gleichen Durchmessers und gleicher Wandstärke, besonders bevorzugt mit einem Außendurchmesser von 105 mm und einer Wandstärke von 2,4 mm bei allen Leistungsbereichen. Eine Variation der Leistung erfolgt durch die Änderung der Länge des Druckluftspeichers. Dieses ist wesentlich einfacher als die Änderung von anderen Bauteilen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann das Gewicht eines Schlagzylinders bei gleicher Leistung um bis zu 60 Prozent reduziert werden. Ein typischer Schlagzylinder wiegt also nicht mehr wie früher 25 Kilo, sondern nunmehr nur noch 15 Kilo. Dieses macht einen erheblichen Unterschied beim Transport und bei der Montage des Schlagzylinder, weil mitunter 500 derartige Zylinder außenseitig an einem Kessel montiert werden müssen.
Die vordere Schlagzylinderplatte und hintere Schlagzylinderplatte, mitunter auch einfach "Flansche" genannt, die mit den Schraubenbolzen zusammengehalten werden, können somit einen kleineren Durchmesser aufweisen, was wiederum eine Gewichtsreduktion bewirkt.
Wegen des geringeren Außendurchmessers können die erfindungsgemäßen Schlagzylinder somit in Reihe mit sehr geringen Abständen zueinander an Kesselwänden montiert werden. Der kleinere Durchmesser verbessert zudem die Zugänglichkeit. Wenn die Schlagzylinder in Reihe eingesetzt werden, können hunderte dieser Zylinder verbaut werden.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass anstelle von zuvor vier Dichtungen nun lediglich zwei Dichtungen zur axialen Abdichtung des Druckluftspeichers am vorderen, zur Kolbenkammer gerichteten, und am hinteren, dem Ventil zugewandten Ende, erforderlich sind. Dieses vereinfacht die Montage- und Prüfzeit und reduziert die Fehleranfälligkeit.
Da Druck nur in dem Druckluftspeicher aufgebaut wird, muss die eigentliche Kolbenkammer des Schlagzylinders nicht mehr abgedichtet werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemä-ßen Ausbildung ist insofern, dass Dichtungen zwischen der vorderen Schlagzylinderplatte und dem Kolbenmantel sowie am hinteren Ende zwischen Kolbenmantel und der hinteren Schlagzylinderplatte entfallen.
Bei der Erfindung muss nur der Druckluftspeicher abgedichtet sein, weil nur in diesem Bereich beim Befüllen über einen gewissen Zeitraum Druckluft gespeichert werden muss. In der einfachsten und besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Druckluftspeicher vorderseitig über ein an dem äußeren Umfangsrand des Flansches, radial nach außen ragende Dichtlippe abgedichtet und an einem Hinterende über ein an dem Zylinderdeckel eingesetzten Dichtring oder dergleichen.
Noch höhere Drück- und damit höhere Schlagkräfte, somit eine höhere Leistung lassen sich realisieren, indem an einem hinteren Ende des Zuführrohrs eine fluiddurchlässige Membranstütze vorgesehen ist. Diese Membranstütze vergrößert die Anlagefläche für die Steuermembran und verhindert noch besser ein möglicherweise auftretendes Hereindrücken oder Hereinziehen der elastischen Membran in die hintere Öffnung des Zuführrohrs beim Befüllen des Druckluftspeichers. Die Membranstütze fungiert also als weitere Anlagefläche für die elastische Steuermembran bei aufgebrachtem Druck. Die Membranstütze ist aber so ausgebildet, dass diese das Hindurchströmen des Fluids gut ermöglicht, wozu diese gitter- oder siebartig ausgebildet ist.
Besonders bevorzugt beträgt die Fläche der Öffnungen in den Membranstütze 80 bis 90 Prozent der Gesamtfläche der Membranstütze. So kann beim Öffnen der Steuermembran zum Auslösen eines Schlags das Fluid schlagartig durch diese fluiddurchlässige Membranstütze in das hintere Ende des Zuführrohrs einströmen und durch das Zuführrohr und den Flansch hindurch in die Kolbenkammer einströmen, um den Schlag auszulösen.
Die Steuermembran sitzt vorzugsweise in einem Membransitz der hinteren Schlagzylinderplatte/des Zylinderdeckels, der vorzugsweise als Absenkung oder an die Größe der Steuermembran angepasste Absatz ausgebildet ist. Radial außenseitig zwischen dem Innenrand des Membransitzes und dem Außenrand der in diesen eingesetzten Steuermembran strömt die Druckluft beim Befüllen des Druckluftspeichers vorbei.
Vorzugsweise wird in der hinteren Schlagzylinderplatte durch Ausbildung einer sich nach hinten an den Membransitz anschließenden Ausnehmung oder Wölbung ein hintere Druckkammer gebildet, der durch die in dem Membransitz sitzende Steuermembran verschließbar ist.
Bevorzugt ist die Membranstütze siebartig ausgebildet, also mit mehreren Löchern. Damit das Fluid durch die Membranstütze besonders gut durchströmen kann, ist die Größe der Durchlässe oder Löcher wesentlich größer als die verschlossene Fläche der Membranstütze, besonders bevorzugt machen die Löcher etwa 90 Prozent der Gesamtfläche der Membranstütze aus.
Zur Realisierung eines guten Halts und einer sauberen Anlage der Steuermembran an der Membranstütze beim Befüllen des Druckluftspeichers ist die Membranstütze auf einem Bund am hinteren Ende des Zuführrohrs aufgesetzt, insbesondere einem ringförmig radial nach außen abragenden Bund, auf welchem die äußere Umlagefläche der Membranstütze aufsitzt oder eingesetzt ist.
Besonders gute Abdichtungen zwischen der Steuermembran und dem Zuführrohr werden realisiert, wenn das Zuführrohr eine Dichtlippe zur Anlage gegen eine Membranvorderseite der Steuermembran aufweist. Bevorzugt ist diese Dichtlippe umfänglich umlaufend an dem Bund ausgebildet und erstreckt sich in Längsrichtung weiter nach hinten, sodass die Dichtlippe über die Fläche der Membranstütze bzw. des Bundes hervorragt und die Steuermembran so gut dichtend mit der Dichtlippe zusammen agieren kann.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Dichtlippe aus einem elastischen Material bestehen, welches eine Verbesserung der Dichtigkeit zwischen Steuermembran und Dichtlippe realisiert. Bei der Herstellung des Zuführrohrs aus Kunststoff kann dieses durch Herstellung im 2K-Kunststoffspritzgussverfahren erfolgen.
Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass der Kolbenmantel, welcher die Kolbenkammer umfänglich umschließt, und der Druckluftmantel, welcher den Druckluftspeicher umfänglich umschließt, aus demselben Material gefertigt sein können und dieses vorzugsweise auch sind. Das bevorzugte Material ist aus Gewichtsgründen Aluminium.
Ferner weisen die beiden Mantelflächen, die vorzugsweise als Rohrstücke unterschiedlicher Länge ausgebildet sind, nämlich einem Rohrstück längerer Länge für die Kolbenkammer, sowie einem Rohrstück geringerer Länge für den Druckluftspeicher, den identischen Durchmesser und die identische Wandstärke auf. Ausreichend ist z.B. eine Wandstärke von 2,5 mm.
In der Praxis werden üblicherweise mehrere solcher Schlagzylinder außenseitig an einer Wand, z.B. der Wand eines Feuerraums angeordnet, wobei der Schlagzylinder in Axialrichtung dann mit seinem Amboss oder der Schlagstange auf eine relativbeweglich in der Wand gelagerte Stange stößt, die ihrerseits stirnseitig gegen Platte, einen Klotz oder dergleichen in dem Sammler eines Feuerraums wirkt.
Bei einer anderen Ausführungsform können mehrere Schlagzylinder auf einem Fahrwagen angeordnet sein, der im Verhältnis zu der stationären Wand an verschiedene Stellen bewegbar ist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Teil der Beschreibung entnehmen, in dem ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schlagzylinders näher erläutert ist. Alle hier gezeigten Merkmale seien einzeln und unabhängig von der konkreten Kombination in der Ausführungsform offenbart. Es zeigen:

Figur 1: einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schlagzylinders mit Schlagstange beim Befüllen des Speichers mit einem Arbeitsfluid in Ausgangstellung;
Figur 2: den Schlagzylinder gemäß Figur 1 bei gefülltem Speicher;
Figur 3: den Schlagzylinder gemäß Figur 1 in Schlagstellung; und
Figur 4: einen isometrischen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Schlagzylinders mit Amboss in der Ausgangsstellung.

Demnach besteht der vorgeschlagene Schlagzylinder im Wesentlichen aus einem zylindrischen und um eine Längsachse umfänglich umschießenden Kolbenmantel 2, der eine Kolbenkammer 4 umfänglich umschließt und an seinem Vorderende durch eine vordere Schlagzylinderplatte 6 und an seinem Hinterende durch einen Flansch 18 verschlossen ist, hinter dem dann ein Druckluftspeichermantel 22 angeordnet ist, der dann hinterseitig durch eine hintere Schlagzylinderplatte 8 verschlossen ist. Über einen Druckluftanschluss 10 kann dem Schlagzylinder ein Fluid, vorzugsweise Druckluft, zugeführt werden.
In der vorderen Schlagzylinderplatte 6, mitunter auch als Boden bezeichnet, ist mittels einer oder mehrere Gleitlager, eine Schlagstange 26 längsverschieblich geführt, die mit einem Hinterende an einem Kolben 14 befestigt ist und mit einem Vorderende aus der vorderen Schlagzylinderplatte 6 hervorsteht.
Eine Vorderhülse 30 umschließt in einem radialen Abstand eine Durchgangsöffnung für die Schlagstange 26 in der vorderen Schlagzylinderplatte 6 zur Bildung eines Ringraums. In diesem Ringraum zwischen Wandhülse 30 und Durchgangsöffnung sitzt eine Druckfeder 24, welche sich zwischen der Wandhülse 30 und einem Kolben 14 erstreckt und die Schlagstange 26 umschließt.
Dieser Kolben 14 ist innerhalb der Kolbenkammer 4 über Gleitlager längsverschieblich geführt und kann zudem über einen in einer äußeren Umfangsnut des Kolbens 14 angeordneten Dichtring dichtend gegenüber dem Kolbenmantel 2 abgedichtet sein.
Bei der alternativen Ausführungsform gemäß Figur 4 ist Anstelle der Schlagstange 26 ein Amboss 40 längsverschieblich in der Vorderplatte 6 angeordnet, auf welchen der Kolben 14 bei der Schlagauslösung aufschlägt. Gemäß dem isometrischen Schnitt in Figur 4 kann der Kolben 14 mittig in seiner Vorderseite eine Bohrung aufweisen, in der ein Dorn 38 aufgenommen ist, z.B. geschweißt, gepresst oder geklebt ist. Der Dorn 38 mit geringem im Querschnitt als die Bohrung dient zur Fixierung der Druckfeder 24, die sich zwischen dem Kolben 14 und einem radial
abragenden Bund 41 an dem zur Kolbenkammer 4 gerichteten Innenende des Amboss 40 erstreckt und die als Rückstellfeder für den Kolben 14 dient. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich die Druckfeder 24 also zwischen dem Dorn 38 in der Vorderseite des Kolbens 14 und einem radial abragenden Bund 40a an dem Amboss 40, der längsverschieblich aufgenommen ist in einer Durchgangsöffnung in der vorderen Schlagzylinderplatte 6.
Der Kolben 14 unterteilt die Kolbenkammer 4 je nach relativer Stellung des beweglichen Kolbens 14 im Verhältnis zu der stationären Kolbenkammer 4 in eine Vorderkammer, die der Vorderplatte 6 zugewandt ist, sowie eine Hinterkammer, die einem - hinteren - Druckluftspeicher 16 zugewandt ist.
Dieser Druckluftspeicher 16 ist in Axialrichtung hinter der Kolbenkammer 4 angeordnet, und zwar getrennt durch einen Flansch 18, der an seinem äußeren Umfangsrand eine radial nach außen ragende Dichtlippe 20 aufweist. Dieser Druckluftspeicher wird umfänglich umschlossen durch einen kreiszylindrischen Druckluftspeichermantel 22.
Der Druckluftspeicher 16 ist am vorderseitigen Ende über die Dichtlippe 20 am äußeren Umfangsrand des Flansches 18 und an dem hinteren Ende durch eine Dichtlippe an der Innenseite der hinteren Schlagzylinderplatte 8 abgedichtet. Im Vergleich zum Stand der Technik sind also keine Dichtungen in der Kolbenkammer 4 mehr notwendig, also weder am Vorderende und am Hinterende des Kolbenmantels 2 noch um die Schlagstange 26 oder den Amboss 40 herum, was den Aufbau und die Prüfung erheblich vereinfacht.
Der Kolbenmantel 2 und der Druckluftspeichermantel 22 des Druckluftspeichers weisen bei der vorliegenden, bevorzugten Ausführungsform aus demselben Material gefertigt, nämlich aus einem Aluminiumrohr mit identischem Durchmesser und identischer Wandstärke, was die Fertigung extrem vereinfacht.
An der Rückseite einer mittigen Durchgangsöffnung des somit als Trennwand fungierenden Flansches 18 ist ein Zuführrohr 28 angeordnet, welches sich von dem Flansch 18 und einem vorzugsweise mittig axial durch diesen erstreckende Durchgangsöffnung bis zum hinteren Ende des Druckluftspeichers 16 erstreckt und dort in eine leichte radiale Verbreiterung zur Bildung eines radial nach außen ragenden Absatzes 29 übergeht. In dieses hintere Ende des Zuführrohrs 28 und den an diesem gebildeten Absatz 29 ist die fluiddurchlässige Membranstütze 42 angeordnet, die vorliegend als Gitter mit mehreren Öffnungen ausgebildet ist.
Gegen die Rückseite des Zuführrohrs 28 und diese endseitig abdeckende, aber nicht verschließende Membranstütze 42 liegt eine elastische Steuermembran 32 an, die in einem Membransitz 44 an der Innenseite des Zylinderdeckels 8 sitzt. Die Steuermembran 32 ist als runde, lose Scheibe in der Größenordnung von z.B. etwa 80 mm Durchmesser ausgebildet, die aus einem flexiblen Material besteht, beispielsweise aus gewebe-oder faserverstärktem Gummi oder aus flexiblem Kunststoff. Um die Steuermembran in ihrer mittigen Lage relativ zu dem Druckluftanschluss 10 und der Einlassöffnung zu halten, weist der Zylinderdeckel 8 einen an die Größe der Steuermembran 32 ausgeformten Membransitz 44 in der Form eines Absatzes an der Innenseite des Zylinderdeckels 8 auf.
Nach hinten erstreckend von diesem Membransitz 44 ist in dem Zylinderdeckel 8 ferner noch eine gewölbte Ausnehmung zur Bildung einer hinteren Druckkammer 34 in dem Zylinderdeckel 8 ausgebildet.
Die hintere Schlagzylinderplatte 8 auch bisweilen als "Zylinderdeckel" bezeichnet ist über mehrere, vorliegend vier umfänglich beabstandet zueinander angeordnete Schraubenbolzen 36 mit der Vorderplatte 6 verschraubt.
Die Figur 1 zeigt den Schlagzylinder beim Befüllen des Druckluftspeichers 16 über ein an den Druckluftanschluss 10 angeschlossene und nicht dargestellte Luftleitung. Die mit Pfeilen dargestellte Druckluft strömt durch den Druckluftanschluss 10 und die hintere Druckkammer 34 an dem umfänglichen Rand zwischen dem Membransitz 44 vorbei in den Druckluftspeicher 16 hinein und befüllt diesen. Dabei ist die elastische Steuermembran 32 gerade und liegt an dem hinteren Ende des Zuführrohrs an und verschließt dieses mediendicht.
Gemäß Figur 2 hat der Druckluftspeicher 16 einen voreingestellten und wahlweise auch einstellbaren Druck erreicht. Die Steuermembran 32 liegt weiterhin an der Hinterseite des Zuführrohrs 28 an und verschließt dieses mediendicht. Der Schlagzylinder ist nun einsatzbereit.
Zum Auslösen eines in der Figur 3 dargestellten Schlags muss lediglich der Druck in dem Druckluftanschluss 10 reduziert werden, was im einfachsten Fall durch Öffnen eines Ventils erfolgen kann. Aufgrund des reduzierten Drucks kann sich die Steuermembran 32 an die Aushöhlung bzw. Innenseite der kleinen, hinteren Druckkammer 34 an dem Zylinderdeckel 8 anlegen, geht also von der in den Figuren 1 und 2 dargestellten und geraden Schließstellung in die in der Figur 3 dargestellte, gewölbte Öffnungsstellung über. Somit gibt die Steuermembran 32 das hintere Ende des Zuführrohrs 28 frei und die Druckluft strömt schlagartig aus dem Druckluftspeicher 16 durch das Zuführrohr 28 in die Kolbenkammer 4 und treibt den Kolben 14 nach vorne unter Komprimierung der Druckfeder 24.
Zum Auslösen eines in Figur 3 dargestellten Schlags muss nur der Druck in dem Druckluftanschluss 10 reduziert werden, was im einfachsten Fall durch Öffnen eines Ventils erfolgt.
Aufgrund des reduzierten Drucks kann sich die Steuermembran 32 verformen und geht von der in den Figuren 1 und 2 dargestellten geraden Schließstellung in die Figur 3 dargestellte, gewölbte Öffnungsstellung über. Damit gibt die Steuermembran 32 das hintere Ende des Zuführrohrs 28 frei, sodass das Fluid bzw. das Antriebsmedium schlagartig aus dem Druckluftspeicher durch die Membranstütze 42 und das Zuführrohr 28 in die Kolbenkammer einströmt und durch Druck auch auf die Rückseite des Kolbens 14 ausübt, wodurch der Kolben 14 gegen die Federkraft der Druckfeder 24 gegen den Absatz 30 an der Vorderplatte 6 geschleudert wird. In der Schlagstellung ist die Druckfeder 24 völlig gespannt und die in der Vorderkammer komprimierte Druckluft entweicht über einen Auslasskanal.
Nach dem Schlag stellt die Druckfeder 24 den Kolben 14 zurück in die hintere Ausgangsposition, wobei bei dieser Rückstellung die in der Hinterkammer komprimierte Luft durch einen Kolbenkanal 46 entweicht, der sich vom vorderen bis zum hinteren Ende durch den Kolben 14 erstreckt. An seiner Eintrittsöffnung an dem hinteren Ende des Kolbens 14 weist kann der Kolbenkanal 46 einen reduzierten Querschnitt aufweisen, um bei der Schlagauslösung ein ungewünscht rasches Ausströmen des Fluids aus dem Druckluftspeicher 16 in die Vorderkammer und eine dadurch bewirkte Reduzierung der Schlagkraft zu vermeiden.
Im Gegensatz zum Stand der Technik ermöglicht die Anordnung des Druckluftspeichers unmittelbar hinter der Kolbenkammer eine deutliche Reduzierung der Baugröße des Schlagzylinders in der Breite und in der Länge, weil kein die Kolbenkammer umgebender zweiter Mantel vorgesehen sein muss und ein kürzerer Beschleunigungsweg für den Kolben bis zum Aufschlag auf den Amboss oder die Vorderplatte benötigt wird.
Ferner muss eine Abdichtung nunmehr nur noch am vorderen und hinteren Ende des Druckluftspeichers erfolgen, wohingegen die wesentlich längere Kolbenkammer an sich vorne und hinten nicht mehr abgedichtet sein muss. Aufgrund der kürzeren Wege und des großen Zuführrohrs kann das Fluid bei der Schlagauslösung schneller aus dem hinteren Druckluftspeicher in die Kolbenkammer strömen, wodurch die Beschleunigung des Kolbens schneller ist als beim Stand der Technik. Aus diesem Grund ist ein bis zu 10 Prozent geringerer Beschleunigungsweg notwendig, also die Distanz zwischen der hinteren Ruheposition des Kolbens und dem Aufschlagspunkt auf die Vorderplatte. Somit kann der Schlagzylinder auch in der Länge um 25 Prozent und mehr im Vergleich zum Stand der Technik verkürzt werden.

Bezugszeichenliste

2: Kolbenmantel
4: Kolbenkammer
6: vordere Schlagzylinderplatte
8: hintere Schlagzylinderplatte
10: Druckluftanschluss
12: Amboss
14: Kolben
16: Druckluftspeicher
18: Flansch
20: Dichtlippe
22: Druckluftspeichermantel
24: Druckfeder
26: Schlagstange
28: Zuführrohr
29: Absatz
30: Vorderhülse
32: Steuermembran
34: Druckkammer
36: Schraubenbolzen
38: Dorn
40: Amboss
41: Bund
42: Membranstütze
44: Membransitz
46: Kolbenkanal

Claims

Schlagzylinder mit einem zylindrischen Kolbenmantel (2), der eine innere Kolbenkammer (4) umfänglich umschließt, an einem Vorderende durch eine vordere Schlagzylinderplatte (6) und an einem Hinterende durch eine hintere Schlagzylinderplatte (8) verschlossen ist, einem in der Kolbenkammer (4) angeordneten und entlang einer Längsachse längsverschieblich zwischen einer vorderen Schlagposition und einer hinteren Ruheposition beweglichen Kolben (14), der die Kolbenkammer (4) unterteilt in eine der vorderen Schlagzylinderplatte zugewandte Vorderkammer und eine der hinteren Schlagzylinderplatte zugewandte Hinterkammer, einer in der vorderen Schlagzylinderplatte (6) relativbeweglich aufgenommenen Schlagstange (26), ein Amboss (40) oder dergleichen, einer zwischen der vorderen Schlagzylinderplatte (6) und dem Kolben (14) angeordneten Druckfeder (24), einem Druckluftspeicher (16), einem Anschluss (10) zum Zuführen eines Fluids, insbesondere Druckluft, sowie einer elastischen Steuermembran (32) zum wahlweisen Befüllen des Druckluftspeichers (16) und Betätigen des Kolbens (14) für eine Schlagauslösung,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
dass ein Flansch (18) an einem hinteren Ende des Kolbenmantels (2) angeordnet ist, dass der Druckluftspeicher (16) hinter dem Flansch (18) angeordnet ist, dass innerhalb einer Flanschöffnung des Flansches (18) ein Zuführrohr (28) angeordnet ist, das sich von der Flanschöffnung in dem Flansch (18) bis zu einem Hinterende des Druckluftspeichers (16) erstreckt

DADURCH GEKENNZEICHNET,

DASS an einem hinteren Ende des Zuführrohrs (28) eine fluiddurchlässige Membranstütze (42) ausgebildet ist.
Schlagzylinder nach Anspruch 1,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS die Membranstütze (42) gitter- oder siebartig ausgebildet ist.
Schlagzylinder nach Anspruch 1 oder 2,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS die Membranstütze (42) auf einem Bund oder Absatz (29) am Hinterende des Zuführrohres (28) aufgesetzt ist.
Schlagzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS an dem Hinterende des Zuführrohres (28) eine Dichtlippe zur Anlage gegen eine Vorderseite der Steuermembran (32) ausgebildet ist.
Schlagzylinder nach Anspruch 4,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS die Dichtlippe die Membranstütze (42) umfänglich umschließt.
Schlagzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS der Kolbenmantel (2) der Kolbenkammer (4) und ein Druckluftspeichermantel (22) des Druckluftspeichers (16) aus demselben Material gefertigt sind.
Schlagzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS der Kolbenmantel (2) und der Druckluftspeichermantel (22) als Rohrstücke mit gleichem Durchmesser und gleicher Wandstärke ausgebildet sind.
Schlagzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS nur der Druckluftspeicher (16) abgedichtet ist an einem an die Kolbenkammer (4) angrenzenden Vorderende und an einem Hinterende an der hinteren Schlagzylinderplatte (8).
Schlagzylinder nach Anspruch 8,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS die Abdichtung an dem Vorderende durch eine Dichtlippe (20) an dem Flansch (20) realisiert ist.
Schlagzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS die hintere Schlagzylinderplatte (8) einen Membransitz (44) zur Aufnahme der Steuermembran (32) aufweist.
Schlagzylinder nach Anspruch 10,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS in der hinteren Schlagzylinderplatte (8) eine Ausnehmung oder Wölbung vorgesehen ist, die bei eingesetzter Steuermembran (32) eine Druckkammer (34) bildet.