DE3434033C2

DE3434033C2 -

Info

Publication number: DE3434033C2
Application number: DE3434033A
Authority: DE
Inventors: Junya Sohka Saitama Jp Kaneko
Original assignee: Shoketsu Kinzoku Kogyo Kk Minato Jp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 1983-09-17
Filing date: 1984-09-17
Publication date: 1988-10-20
Also published as: JPH0124412Y2; JPS6051305U; KR880002383B1; GB2149014B; AU3304684A; GB2149014A; GB8423316D0; AU571578B2; FR2552172A1; DE3434033A1; KR850002880A; US4700611A; FR2552172B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen pneumatischen Zylinder mit einer Dämpfungsmechanik nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher ist aus der FR-PS 13 61 239 bekannt.

In dieser Druckschrift ist ein pneumatischer Zylinder beschrieben, bei dem die Zuführung des Druckfluides zu dem Arbeitskolben durch die Dämpfungskammer hindurch erfolgt. Dazu zweigt von der Dämpfungskammer ein vergleichsweise enger Kanal ab, der auf der einen Seite im Boden des Dämpfungskolbens, auf der anderen Seite in der Wand der Dämpfungskammer angeordnet ist. In diesem Kanal befindet sich jeweils ein Rückschlagventil. Um den Kolben aus der einen Endstellung zu bewegen, muß die Druckluft durch die Dämpfungskammer hindurch und unter Überwindung des Ventildrucks durch eine relativ enge Öffnung in die Arbeitskammer des Zylinders gebracht werden. Damit ist eine erhebliche Drosselung der Druckzufuhr verbunden, die ein rasches Inbetriebsetzen des Kolbens behindert. Eine etwas weniger behinderte Zuführung des Druckes zum Arbeitskolben ist erst dann möglich, wenn der Dämpfungskolben sich in seinen voll entspannten Zustand bewegt hat, weil dann im Umfang des Dämpfungskolbens ausgebildete Öffnungen freigegeben werden. Auch dann jedoch herrscht noch immer eine gewisse Drosselung der Druckzufuhr vor, da der Gesamtquerschnitt dieser Öffnungen noch relativ klein ist. Am Ende der Kolbenbewegung wird diese, da die Dämpfungskammern nach außen offen sind, nur durch die Wirkung einer den Dämpfungskolben abstützenden Feder gedämpft. Die Betriebscharakteristik dieses pneumatischen Zylinders wird daher vielen Einsatzzwecken nicht gerecht, insbesondere wenn hohe Kolbenbeschleunigungen verlangt werden und dennoch eine sanfte Dämpfung am Ende des Bewegungsschubes erzielt werden soll.

Aus dem DE-Gbm 19 18 550 ist eine Dämpfungsvorrichtung für hin- und hergehende Kolben bekannt, die eine Dämpfungskammer mit einem darin befindlichen Dämpfungskolben aufweist, auf den der Arbeitskolben kurz vor dem Ende seines Bewegungshubes aufläuft. Die Dämpfungskammer weist einen verengten Auslaß auf, der zu einer Kammer führt, die über ein Rückschlagventil wiederum mit der Dämpfungskammer verbunden ist. Die Dämpfungskammer und die erwähnte zusätzliche Kammer sind mit einer Flüssigkeit gefüllt. Wenn der Arbeitskolben auf den Dämpfungskolben auftrifft, wird die Flüssigkeit in einer gedrosselten Strömung im Kreislauf bewegt. Der Druck des Arbeitsfluides, der den Arbeitskolben betätigt, hat auf die Dämpfungsfunktion keinen Einfluß, da das pneumatische und das hydraulische System voneinander völlig getrennt sind.

Aus der US-PS 42 10 064 ist eine Vorrichtung zur Dämpfung der Bewegung eines pneumatischen Kolbens bekannt, die am einen Ende eine zum Arbeitszylinder offene Dämpfungskammer enthält. Auf der anderen Seite ist, da der Arbeitskolben mit einer Kolbenstange verbunden ist, in einer weiteren Dämpfungskammer ein Dämpfungskolben angeordnet, auf den der Arbeitskolben bei seiner Bewegung in der entgegengesetzten Hubrichtung aufläuft. Die Wirkung dieser Dämpfungskammer ist derjenigen auf der anderen Seite des Arbeitszylinders völlig vergleichbar. In Betrieb wird bei der Bewegung des Kolbens in einer Hubrichtung zunächst der der Dämpfungskammer zugeführte Fluiddruck wirksam, bevor vom Kolben ein Fluideinlaß in der Arbeitszylinderwand freigegeben wird. Ein rasches Beschleunigen des Kolbens zu Beginn des Arbeitshubes ist nicht möglich und die Dämpfungswirkung am Ende des Kolbenhubes ist ungenügend.

Die Zeitschrift "Konstruktion" 20, 1968, Heft 6, Seite 212 beschreibt einen hydraulischen Stoßdämpfer für Druckluftzylinder, bei dem systembedingt der hydraulische Kreis und der pneumatische Kreis voneinander getrennt und unabhängig sind. Die Dämpfungswirkung wird durch Drosselung der aus einer Dämpfungskammer ausgetriebenen Flüssigkeit erzielt und wird durch die Drosselquerschnitte im Strömungsweg der Flüssigkeit bestimmt.

Die GB-PS 15 20 395 beschreibt einen hydraulischen Stoßdämpfer geschlossener Bauart, bei dem durch teleskopartiges Ineinanderschieben von Zylindern Hydraulikflüssigkeit durch Drosselöffnungen verdrängt wird. Arbeitskammern und Dämpfungskammern stehen dabei stets miteinander in Verbindung.

Die DE-OS 25 53 987 beschreibt eine Vorrichtung zum Dämpfen der Bewegung eines druckluftbetätigten Arbeitskolbens einer Maschine, bei der die Dämpfungseinrichtungen abgefederte Hydraulikkolben sind, die in einem von dem pneumatischen System getrennten hydraulischen System angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen pneumatischen Zylinder der eingangs genannten Art anzugeben, der eine Dämpfungsmechanik hat, die auch bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten des Arbeitskolbens im Zylinder ausreichende Dämpfungseigenschaften entwickelt und vermeidet, daß der Kolben gegen den Kopfabschluß schlägt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und zum Betreiben eines pneumatischen Zylinders sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Die Erfindung zeichnet sich gegenüber dem bezugnehmenden Stand der Technik aus, daß die Dämpfungskammer von der luftabführenden Kammer des Arbeitszylinders vollkommen getrennt ist, um davon unabhängig zu sein. Der Dämpfungsdruck wird daher so hoch wie möglich, wodurch das Dämpfungsverhalten bemerkenswert gesteigert werden kann. Ein Einfluß des abströmenden Luftdrucks auf die Dämpfungskammer findet nicht statt, was bedeutet, daß der Dämpfungsvorgang von dem Druck der abströmenden Luft unabhängig ist. Andererseits wird in der gerade nicht tätigen Dämpfungskammer aus derselben Druckquelle, die den Arbeitskolben betreibt, ein Luftdruck zugeführt, und dann für den nächsten Dämpfungsvorgang am Ende des nachfolgenden entgegengesetzten Kolbenhubes gespeichert. Ein Ablaßventil ist vorgesehen, aus dem der sich in der Dämpfungskammer aufbauende Druck in vorbestimmter Weise abgelassen werden kann.

Es ist weiterhin eine Öffnung vorgesehen, die von der Dämpfungskammer ins Freie führt, so daß der augenblicklich nicht tätige Dämpfungskolben bis zum Ende seines möglichen Bewegungshubes zurücklaufen kann. Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen pneumatischen Zylinder mit einer Dämpfungsmechanik nach der vorlie genden Erfindung;

Fig. 2 bis 4 im Schnitt Teildarstellungen der Dämpfungsmechanik in einem Abschlußkopf und die Art, in der ein Kolben arbeitet;

Fig. 5 eine Teildarstellung im Schnitt eines Doppelkolben-Zylinders, in dem ein Dämpfungselement an den Kolben anstößt und diesen bewegt;

Fig. 6 zu Vergleichszwecken eine graphische Dar stellung der Kolbengeschwindigkeit und Zeit bei einem konventionellen pneumatischen Zylinder und einem nach der vorliegenden Erfindung zum Zeitpunkt des Betriebs beginns des Zylinders;

Fig. 7 eine graphische Darstellung des Zusammen hanges zwischen dem Druck und dem Kolbenhub bei einer konventionellen Dämpfungsmechanik;

Fig. 8 eine graphische Darstellung des Zusammen hanges zwischen ausgewählten Luftdrücken zugeführter Luft und entsprechenden Dämpfungsdrücken bei Dämpfungs mechaniken nach der Erfindung, bei denen der zugeführte Luftdruck zur Dämpfung des Kolbens herangezogen wird und

Fig. 9 und 10 Teildarstellungen im Schnitt von pneumatischen Zylindern mit Dämpfungsmechaniken nach anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen pneumatischen Zylinder 30 nach der vorliegenden Erfindung, bestehend aus einem Zylinder gehäuse 32, einem im Zylindergehäuse 32 verschiebbar angeordneten Kolben 34, einer Kolbenstange 36, die am einen Ende mit dem Kolben 34 verbunden ist, der einen Dichtungsring 37 trägt, der in einer Umfangsnut des Kolbens 34 angeordnet ist. Ein Abschlußkopf 38 ist am einen Ende des Zylindergehäuses 32 angebracht und ein von der Kolbenstange 36 durchdrungener Kopf 40 ist am anderen Ende des Zylindergehäuses 32 montiert. Zur Unterscheidung wird dieser daher nachfolgend Stangen kopf 38 genannt. Das Zylindergehäuse 32 enthält eine erste Wand 42 an seinem einen Ende und eine zweite Wand 44 an seinem anderen Ende. Die erste Wand 42 weist ein Ende 46 auf, das sich axial in den Abschlußkopf 38 er streckt. Die zweite Wand 44 weist ein Ende 48 auf, das sich axial in den Stangenkopf 40 erstreckt. Der Abschlußkopf 38 weist einen Innenraum auf, der die erste Wand 42 umgibt, und der Stangenkopf 40 weist einen Innenraum auf, der die zweite Wand 44 umgibt. Zwischen der ersten Wand 42 und einer Endwand 38 a des Abschlußkopfes 38 ist eine erste Kammer 50 ausge bildet, zwischen der zweiten Wand 44 und einer End wand 40 a des Stangenkopfes 40 ist eine zweite Kammer 52 ausgebildet.

Die erste Wand 42 weist eine zentrische, axial verlaufende durchgehende Bohrung 42 a auf. Ein erstes Dämpfungselement 54 ist axial verschiebbar in der Boh rung 42 a angeordnet und erstreckt sich durch die Boh rung. Das erste Dämpfungselement 54 besteht aus einem Schaft 56 und einer Scheibe 58, die integral am einen Ende des Schaftes 56 ausgebildet ist. Eine Ringdichtung 60 ist in eine Rille eingepaßt, die in der die Bohrung 42 a begrenzenden Wand ausgebildet ist und liegt ab dichtend am Umfang des Schaftes 56 an. Eine Ringdichtung 62 ist in eine Umfangsnut der Scheibe 58 angeordnet und liegt an der Innenwand des Endes 46 und einer inneren Umfangswand des Abschlußkopfes 38 an. Die Scheibe 58 weist in der Mitte eine kreisförmige Vertiefung 64 auf, in der eine erste Schraubenfeder 66 angeordnet ist, deren Ende sich an der Endwand 38 a des Abschluß kopfes 38 abstützt. Die erste Dämpfungskammer 50 wird daher von der Scheibe 58 in eine Teilkammer 50 a zwischen dem Abschlußkopf 38 und der Scheibe 58 und eine Teilkammer 50 b zwischen der Scheibe 58 und der ersten Wand 42 geteilt.

Ein elastischer Ring 65 ist in einer Seitenwand der Scheibe 58 gegenüber der Teilkammer 50 b ange ordnet. Ein Kanal 68 ist zwischen dem Schaft 56 und der Scheibe 58 ausgebildet und stellt eine Fluidver bindung zwischen den Teilkammern 50 a und 50 b her. Der Kanal 68 ist nach außen durch einen Kanal 70 be lüftet, der zwischen dem Ende des Zylindergehäuses 32 und dem Abschlußkopf 38 ausgebildet ist, wenn sich das erste Dämpfungselement 54 in einer vorgeschrie benen Stellung befindet.

Ein abgewinkelter Kanal 72 ist zwischen dem Ende 46 der ersten Wand 42 und einer Innenwand des Ab schlußkopfes 38 ausgebildet und steht mit der ersten Dämpfungskammer 50 in Verbindung. Der Abschlußkopf 38 weist eine Ausnehmung 74 auf, in der ein erster Ven tilkörper 76 (Differenzdruckventilkörper) mit einer Druckregel einrichtung 76 a angeordnet ist. Der Abschlußkopf 38 weist weiterhin eine Vertiefung 78 auf, in der ein zweiter Ventilkörper 80 (Ablaßventilkörper) mit einer Druck regeleinrichtung 80 a einstellbar angeordnet ist. Der erste Ventilkörper 76 und der zweite Ventilkörper 80 sind in unterschiedlichen Wirkungsrichtungen gegen einen Vorsprung 82 gerichtet, der im Abschlußkopf 38 ausge bildet ist. Die Ventilkörper können auf diesem Vor sprung 82 aufsitzen. Ein Einlaß-/Auslaßkanal 84 ist zwischen dem Abschlußkopf 38 und dem Zylindergehäuse 32 vorhanden.

Der Stangenkopf 40 ist im wesentlichen in der gleichen Weise ausgebildet wie der Abschlußkopf 38. Die zweite Wand 44 weist eine Mittenbohrung 44 a auf, durch welche sich ein zweites Dämpfungselement 88 verschiebbar erstreckt. Das zweite Dämpfungselement besteht aus einem zylindrischen Körper 90 und einer Scheibe 92, die am einen Ende des zylindrischen Kör pers 90 in der zweiten Dämpfungskammer 52 angebracht ist. Die Kolbenstange 36 erstreckt sich durch eine Mittenbohrung 86, die im zylindrischen Körper 90 ausgebildet ist und durch die Endwand 40 a des Stangenkopfes 40 nach außen. Eine Dichtung 94 ist in einer inneren Umfangswandung der Wand 44 in glei tendem Kontakt mit dem Umfang des zylindrischen Körpers 90 angeordnet. Weiterhin ist eine Dichtung 96 in einer Ringnut gelegen, die in der Umfangswand der Scheibe 92 ausgebildet ist. Die Dichtung leitet an der Innenwand des Endes 48 und einer inneren Umfangswand des Stan genkopfes 40 und stellt einen luftdichten Abschluß dar. Die Scheibe 92 weist in der Mitte eine kreis förmige Vertiefung 98 auf. Ein elastischer Ring 100 ist an einer Seitenwand der Scheibe 92 gegenüber der Wand 44 angeordnet. Eine zweite Schraubenfeder 102 ist um die Kolbenstange 36 herum angeordnet und stützt sich in der mittleren ringförmigen Vertie fung 98 in der Scheibe 92 und an der gegenüberlie genden Wand des Stangenkopfes 40 ab. Die zweite Dämpfungskammer 92 wird durch das zweite Dämpfungs element 88, genauer gesagt durch die Scheibe 92, in Teilkammern 52 a und 52 b unterteilt, die miteinan der über einen Kanal 104 in Verbindung stehen, der in der Scheibe 92 ausgebildet ist. Der Kanal102 steht mit einem Kanal 106 in Verbindung, der zwischen dem Zylindergehäuse 32 und dem Stangenkopf 40 ausge bildet ist und ist daher nach außen entlüftet, wenn das zweite Dämpfungselement 88 sich in einer vorbe stimmten Stellung befindet.

Ein abgewinkelter Kanal 108 ist zwischen dem Ende 48 und der Innenwand des Stangenkopfes 40 aus gebildet und steht mit der zweiten Dämpfungskammer 52 in Verbindung. Ein dritter einstellbarer Ventilkörper 112 (Differenzdruckventilkörper) mit einer Druckregelein richtung 112 a ist in einer Vertiefung 110 angeordnet, die in dem Stangenkopf 40 ausgebildet ist, und ein vierter Ventilkörper 116 (Ablaßventilkörper) mit einer Druckregeleinrichtung 116 ist in einer Ausnehmung 114 angeordnet, die in dem Stangenkopf 40 ausgebildet ist. Der dritte Ventilkörper 112 und der vierte Ventil körper 114 sitzen mit unterschiedlichen Wirkungs richtungen an Ventilsitzen, die an einem Vorsprung 118 in dem Kanal 108 ausgebildet sind. Zwischen dem Zylindergehäuse 32 und dem Stangenkopf 40 ist ein zweiter Einlaß-/Auslaßkanal 120 angeordnet, der über eine Leitung 122 und einen steuerbaren Durch flußbegrenzer 124 mit einem elektromagnetisch be tätigten Richtungsumschaltventil 126 verbunden ist.

Der Einlaß-/Auslaßkanal 84 ist ebenfalls mit dem Umschaltventil 126 verbunden, und zwar über eine Leitung 128 und einen darin angeordneten Durchfluß begrenzer 180. Das Umschaltventil 126 ist mittels einer Leitung 134 mit einer Druckluftquelle 132 ver bunden.

Der pneumatische Zylinder mit der Dämpfungsmechanik nach der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen in der obenbeschriebenen Art aufgebaut und seine Wirkungs weise in bezug auf ein Dämpfungsverfahren soll nachfolgend erläutert werden.

Die Wirkungsweise der Dämpfungsmechanik in dem Abschlußkopf 38 wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 erläutert.

Von der Druckluftquelle 132 zugeführte Druckluft wird durch die Leitung 134 dem elektromagnetisch be tätigten Richtungsumschaltventil 126 zugeführt. Wenn dieses Ventil 126 so betätigt ist, daß die Druckluft in die Leitung 128 gelangt, dann fließt sie dort durch den Strömungsbegrenzer 130 zum Einlaß-/Auslaßkanal 84, durch den hindurch sie in das Zylindergehäuse 32 ge langt, wie durch den Pfeil B angedeutet ist, und dort den Kolben 34 in Richtung des Pfeiles C verschiebt.

Von der durch den Einlaß-/Auslaßkanal 84 einströmen den Luft wird eine Teilmenge abgezweigt, die durch den Kanal 72 in die erste Dämpfungskammer 50 einströmt, wie durch den Pfeil D verdeutlicht ist. Dabei sitzt der zweite Ventilkörper 80 auf seinem Ventilsitz, der von dem Vorsprung 82 an dem Ende 46 ausgebildet ist, während der erste Ventilkörper 76 unter der Wirkung der Druckluft von seinem Ventilsitz abgehoben wird, wie Fig. 2 zeigt. Der erste Ventilkörper 76 erlaubt daher das Einströmen der Druckluft in die erste Däm pfungskammer 50 unter einem Druck, der von der Druck regeleinrichtung 76 a (Fig. 1) bestimmt wird. Die in die erste Dämpfungskammer 50 eingeströmte Luft drückt auf die Scheibe 58, so daß das erste Dämpfungs glied 54 im ganzen in Richtung des Pfeiles E in Rich tung auf den Kolben 34 verschoben wird. Ein Teil der Druckluft fließt dabei durch den Kanal 68 in die Teil kammer 50 b. Da diese Teilkammer 50 b über den Kanal 70 Verbindung nach außen hat, entweicht ein Teil der in die Teilkammer 50 b eingetretenen Luft nach außen.

Wenn das erste Dämpfungsglied 54 so weit verscho ben worden ist, daß der elastische Ring 65 gegen die Seite der ersten Wand 42 gedrückt wird, dann unter bricht dieser elastische Ring 65 die Verbindung zwischen dem Kanal 68 und dem Kanal 70, so daß die über die Leitung 128 zugeführte Druckluft in der Teil kammer 50 a eingeschlossen wird. Während dieser Zeit wird die Kolbenstange 36 zusammen mit dem Kolben 34 in Richtung des Pfeiles C verschoben, bis schließlich der Kolben 34 an das zweite Dämpfungsglied 88 an stößt. Wenn der Luftdruck in der zweiten Dämpfungs kammer 52 von der Scheibe 92 etwas über einen Druck angehoben wird, der von dem Auslaßventil 116 bestimmt ist, dann entweicht die Luft aus der Dämpfungs kammer 52 durch den Kanal 108 und den Einlaß-/Aus laßkanal 120. Die Betriebsweise der Dämpfungsmechanik im Stangenkopf 40 ist im wesentlichen die gleiche wie die folgende Betriebsweise der Dämpfungsmechanik im Abschlußkopf 38 und es wird daher nur die Betriebs weise der Dämpfungsmechanik im Abschlußkopf 38 im Detail erläutert.

Wenn das elektromagnetisch betätigte Umschaltven til 126 umgeschaltet wird, um den Kolben 34 in einer nächsten Stufe zu bewegen, dann gelangt Druckluft von der Druckluftquelle 132 durch die Leitung 134 in die Leitung 122 und von dort durch den Durchflußbegrenzer 124 zum Einlaß-/Auslaßkanal 120. Ein Teil der durch diesen Kanal 120 zuströmenden Luft wird in den Kanal 108 ab gezweigt, während der größte Teil der Luft in das Zylin dergehäuse 32 einströmt, um den Kolben 34 und die Kol benstange 36 in Richtung des Pfeiles F zu verschieben, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.

Das unter Druck stehende Fluid, das aus den Kolben 34 eingewirkt hat, wird dann in Richtung des Pfeiles G durch den Einlaß-/Auslaßkanal 84 abgegeben, wobei das in dem Kanal 72 stehende Druckfluid teilweise aus dem Einlaß-/Auslaßkanal 84, der offen ist, aus fließt. Das in der ersten Dämpfungskammer 50 einge schlossene Druckfluid kann jedoch nicht ausströmen. Der erste Ventilkörper 76 wird nämlich unter dem Druck der ausreichend komprimierten Luft in der ersten Dämpfungskammer 50 fest gegen seinen Ventilsitz am Vorsprung 82 und einer Innenwand des Abschlußkopfes 38 gedrückt. Der zweite Ventilkörper 80, der von der Druck regeleinrichtung 80 a so voreingestellt ist, daß er unter einem Druck arbeitet, der höher ist als der Druck des zugeführten Druckfluides, sitzt unter der Wirkung der Druckregeleinrichtung 80 a auf seinem Ventilsitz. Da das erste Dämpfungsglied 54 den elasti schen Ring 65 gegen die erste Wand 42 drückt, kann der Kanal 68 nicht mit dem Kanal 70 in Verbindung treten. Als Folge davon findet die in der ersten Dämpfungskammer 50 eingeschlossene Druckluft keinen Weg nach außen.

Sodann werden der Kolben 34 und die Kolbenstange 36 weiter in Richtung des Pfeiles G verschoben, wie Fig. 4 zeigt, bis der Kolben 34 an das erste Dämpfungs glied 54 anstößt und dieses in Richtung des Pfeiles I verschiebt. Als Folge davon wird der elastische Ring 65 von der ersten Wand 42 abgehoben, womit eine Verbin dung zwischen den Kanälen 68 und 70 hergestellt wird. Die in der ersten Dämpfungskammer 50 eingeschlossene Druck luft kann nun teilweise durch die Kanäle 68 und 70 ent weichen. Gleichzeitig steigt jedoch der Luftdruck in der Teilkammer 50 a durch die Verschiebung des ersten Dämpfungsgliedes 54 in Richtung des Pfeiles I beacht lich an. Wenn der in der Teilkammer 50 a aufgebaute Luftdruck den am zweiten Ventilkörper 80 eingestellten Druck übersteigt, dann wird der zweite Ventilkörper 80 von seinem Ventilsitz abgehoben, so daß die kompri mierte Luft in Richtung des Pfeils J entweichen kann. Die Druckluft strömt dann durch den Kanal 72 und den Einlaß-/Auslaßkanal 84 nach außen ab. Das erste Dämpfungselement 54 wird vom Kolben 34 kontinuierlich in Richtung des Pfeiles I gegen die Rückstellkraft der Schraubenfeder 66 verschoben. Wenn das erste Dämpfungs element 54 eine vorbestimmte Stellung erreicht, steht die erste Dämpfungskammer 50 schließlich unter atmos phärischem Druck, da die Teilkammern 50 a und 50 b über den Kanal 68 miteinander in Verbindung stehen und mit tels des Kanales 70 eine Verbindung zur Atmosphäre be steht.

Wie festgestellt, wird das erste Dämpfungsglied 54 von dem Kolben 34 gestoßen, um den Druck der in der ersten Dämpfungskammer 50 eingeschlossenen Luft zu steigern. Sobald die Kolbenverschiebung ein vorbe stimmtes Ausmaß erreicht hat, entweicht Druckluft aus dem Einlaß-/Auslaßkanal 84, während der Luftdruck von der Druckregeleinrichtung 80 a, die auf den zweiten Ventilkörper 80 wirkt, reguliert wird. Während dieses Vorgangs wird die kinetische Energie des Kolbens 34 sanft herabgesetzt. Im gleichen Umfange, wie das Dämpfungsglied 54 verschoben wird, während die Luft durch die Kanäle 68 und 70 ausströmt, und die komprimier te Luft schnell unter der Ablaßwirkung des zweiten Ven tilkörpers 80 nach außen strömt, wird das erste Dämpfungselement 54 daran gehindert, auf den Kolben 34 einen harten Schlag auszuüben. An einem Hubende des Kolbens 34 kann dessen kinetische Energie im wesent lichen auf Null herabgesetzt werden. Die Dämpfungs mechanik kann verschiedenartigste Dämpfungseigen schaften bereitstellen, die verschiedenen Geschwindig keiten einer hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 34 Rechnung tragen, indem die Druckregeleinrichtungen 76 a und 80 a der ersten und zweiten Ventilkörper 76 und 80 entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeiten des Kolbens 34 eingestellt werden.

Nach Abschluß der Bewegung nach Fig. 4 wird das Richtungsumschaltventil 126 umgeschaltet, um Druck luft durch die Leitung 128 und den Durchflußbegrenzer 130 dem Einlaß-/Auslaßkanal 84 zuzuführen. Die Druck luft schiebt dann den Kolben 34 wieder in Richtung des Pfeiles C, wie in Fig. 2 gezeigt. Dabei wird ein Teil der Luft durch den Kanal 72 und über den ersten Ventilkörper 76 in die erste Dämpfungskammer 50 ab gezweigt. Das erste Dämpfungsglied 54 wird daher in Richtung des Pfeiles E in die Position nach Fig. 2 unter der Wirkung des Luftdrucks und der Rückstell kraft der Schraubenfeder 66 verschoben. Bei dieser Rückkehrbewegung drückt das erste Dämpfungsglied 54 auf den Kolben 34 und dieser wird davon in Richtung des Pfeiles K (Fig. 5) verschoben, bis der elastische Ring 65 die Wand 42 erreicht. Gleiches spielt sich während eines Dämpfungstaktes ab. Das erste Dämpfungs glied 54 und der Kolben 34 bilden somit zusammen einen Doppelkolben-Zylinder.

Es sei nun in Fig. 5 angenommen, daß das Zylinder gehäuse 32 eine innere Querschnittsfläche ⌀D ₁ aufweist, und daß die erste Dämpfungskammer 50 ebenfalls einen inneren Querschnitt von ⌀D ₁ hat. Das erste Dämpfungs glied 54 habe eine Querschnittsfläche ⌀D ₂, der Kolben 34 sei einem Fluiddruck P ₁ unterworfen und die Scheibe 58 des ersten Dämpfungsgliedes 54 sei einem Fluid druck P ₂ unterworfen. Wenn der Kolben 34 und das Dämpfungsglied 54 zusammen verschoben werden, dann ist die Querschnittsfläche des Kolbens 34, auf die der Fluiddruck P ₁ wirkt, gleich der Querschnitts fläche ⌀D ₁ minus der Querschnittsfläche ⌀D ₂ des dagegen gedrückten Dämpfungsgliedes 54. Da jedoch die Scheibe 58 mit ihrer Querschnittsfläche ⌀D ₁ gleichzeitig dem Druck P ₂ unterworfen ist, wie er von der Druckregel einrichtung 76 a des ersten Ventilkörpers 76 vorgegeben ist, erzeugt der Kolben 34 eine größere Kraft als wenn nur der Druck P ₁ auf seinen Querschnitt ⌀D ₁ wirken würde, sofern P ₂ größer ist als P ₁ · (D ₂/D ₁)². Die Dämpfungsmechanik nach der vorliegenden Erfindung kann daher einen Verstärkungseffekt zur Erzeugung einer größeren Kraftabgabe im Beginnzeitpunkt im Vergleich zu dem konventionellen Einfachkolben-Zylinder nach dem Stand der Technik hervorbringen. Es ist daher mit der Anordnung nach der Erfindung möglich zu verhindern, daß der Kolben 34 mit Verzögerung anspricht. Dieser Ver stärkungseffekt wird detaillierter unter Bezugnahme auf Fig. 9 erläutert.

Wie Fig. 6 zeigt, benötigt ein konventioneller Zylinder eine gewisse Zeit (T ₁ + T ₂), damit eine Kolbengeschwindigkeit V ₁ erreicht wird, wie mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Ein Zylinder mit einer Dämpfungsmechanik nach der vorliegenden Erfindung benötigt jedoch nur eine Zeit T ₂, bis der Kolben dieselbe Geschwindigkeit V ₁ erreicht. Dement sprechend kann der Zylinder nach der vorliegenden Er findung die Zeit, die benötigt wird, damit der Kolben die Geschwindigkeit V ₁ erreicht, um wenigstens T ₁ im Vergleich zum herkömmlichen Zylinder verringern, wenn man den Zylinder in Betrieb setzt.

Mit der Anordnung nach der Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, erzeugt die Dämpfungsmechanik einen Dämpfungsdruck zum Erzielen eines gewünschten Dämpfungsvermögens, der sich auf den Druck zugeführter Luft gründet, der im allgemeinen größer ist als der der ausgelassenen Luft, anstelle hierzu den Druck ab gelassener Luft heranzuziehen. Das Dämpfungsvermögen ist in einem großen Bereich erzielbar, da die ge wünschten Dämpfungsdrücke durch Einstellung der Druck regeleinrichtung 76 a des Differenzdruckventils 76 für die Zuführluft eingestellt werden können. Aus diesem Grunde hat die Dämpfungsmechanik nach der Erfindung den Vorteil, daß man das Dämpfungsvermögen viel ein facher entsprechend der kinetischen Energie des sich hin- und herbewegenden Kolbens einstellen kann.

Bei der konventionellen Dämpfungsmechanik wird der Dämpfungsdruck, wie Fig. 7 zeigt, von dem Druck der abgelassenen Luft bestimmt. Selbst wenn der maximale Druck P _S der abgelassenen Luft sehr hoch ist, wird die Zeit, in der der Dämpfungsdruck erzeugt wird, vom Kolbenhub bestimmt, wobei der Dämpfungsdruck bei P ₀ anzusteigen beginnt.

Bei der vorliegenden Erfindung kann durch Auswahl eines Drucks P ₁ der zugeführten Luft auch dann, wenn der Druck der abgelassenen Luft sich mit konstanter Geschwindigkeit verändert, ein Dämpfungsdruck P ₁₁ er zeugt werden. Ebenso kann ein Dämpfungsdruck P ₂₁ erzeugt werden, wenn man den Druck der zugeführten Luft auf P ₂ einstellt. Ein Dämpfungsdruck P _SMax kann erzeugt werden, indem man einen höchsten Druck P _S der zugeführten Luft wählt. Man sieht hieraus, daß ein großer Bereich von Dämpfungsdrücken zur Verfügung steht. Da die Quelle der Dämpfungskräfte der Druck der zugeführten Luft an stelle des Drucks der abgeleiteten Luft ist, kann ein beachtlich breiter Bereich von Betriebsgeschwindigkeiten des Kolbens abgedeckt werden durch einen entsprechend eingestellten Druckpegel, während die mechanischen Elemente der Dämpfungsmechanik mit ihren vorgegebenen Größen unverändert bleiben. Bislang war es üblich, den verschiedenen Aufgaben durch Bereitstellung unter schiedlicher Dämpfungsmechaniken Rechnung zu tragen. Die Dämpfungsmechanik nach der vorliegenden Erfindung ist in ihrem Anwendungsgebiet jedoch vielseitig und universell, sie kann kompakt aufgebaut sein oder in Massenproduktion hergestellt werden.

Fig. 9 zeigt im Ausschnitt einen pneumatischen Zylinder mit Dämpfungsmechanik gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gleiche oder entsprechende Teile der Ausführungsform nach Fig. 9 sind mit gleichen oder entsprechenden Bezugszeichen des vorangehend beschriebenen Aus führungsbeispiels dargestellt.

Der erste Ventilkörper 76 der vorangehend be schriebenen Ausführungsform ist hier durch ein Rück schlagventil 200 ersetzt, dem keine Druckregelein richtung zugeordnet ist. Dieses Ventil wirkt daher nicht als Differenzdruckventil. Der dritte Ventil körper 112 des vorangehend beschriebenen Ausführungs beispiel ist ebenfalls durch ein Rückschlagventil ersetzt, das keine Druckregeleigenschaften hat und daher ebenfalls kein Differenzdruckventil ist.

Bei dieser Ausführungsform ergibt sich beim Ein strömen der Druckluft in die Dämpfungskammern 50 a und 52 a (Fig. 1) an den Rückschlagventilen kein wesent licher Druckverlust. Der tatsächlich auftretende Druckverlust ist fest und gering. Die Dämpfungsele mente 54 und 88 können daher allein unter dem Druck der zugeführten Luft in die Position nach Fig. 2 zurückbewegt werden, mit der Folge daß die Schrauben federn 66 und 102 (Fig. 1) entbehrlich sind. Die Druckregelung wird durch die Druckregeleinrichtungen 80 a und 116 a der Ablaßventile 80 und 116 durchge führt. Der pneumatische Zylinder nach Fig. 9 kann in begrenzten Anwendungsfällen, bei denen der Zylinder in einem gewissen Bereich hoher Geschwindigkeiten be trieben wird, eingesetzt werden. Die Dämpfungsmechanik ist viel einfacher und kann billiger hergestellt werden und die Druckregelung kann vereinfacht werden.

Fig. 10 zeigt eine Dämpfungsmechanik nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gleiche oder entsprechende Teile dieser Ausführungs form sind wiederum mit den entsprechenden Bezugs zeichen der vorangehenden Ausführungsformen bezeich net.

Der Vorsprung 82 in den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen ist hier durch einen abgewinkelten Vorsprung 300 ersetzt, der zwischen dem Kanal 72 und der Kammer 50 angeordnet ist. Der zweite Ventilkörper 80 ist zwischen einem abgewinkelten Abschnitt des Vorsprungs 300 und dem Ende 46 gelegen. Ein Strömungs begrenzungsventil 304 ist ebenfalls zwischen dem Vorsprung 300 und dem Ende 46 angeordnet. Der Stangen kopf 40 ist von gleicher Konstruktion.

Die Anordnung nach Fig. 10 ist für solche An wendungsfälle gedacht, bei denen der Kolben sich mit kleinen Geschwindigkeiten bewegt. Während die Dämpfungs mechanik nach der Erfindung in der Hauptsache dafür gedacht ist, unter Bedingungen eingesetzt zu werden, bei denen das Dämpfungsvermögen der konventionellen Dämpfungsmechaniken überschritten wird, soll doch die Dämpfungsmechanik nach der Erfindung auch in solchen Gebieten eingesetzt werden können, denen die konven tionellen Dämpfungseinrichtungen gewachsen waren. In den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist das Ablaßventil 80 dazu bestimmt, die Druckluft aus der Kammer 50 abzulassen. Das Ablaßvermögen des einfachen Strömungsbegrenzungsventils 304 ist bei geringer kine tischer Energie des Kolbens jedoch ausreichend. Das Strömungsbegrenzungsventil 304 kann eine Druck ablaßwirkung für niedrige kinetische Energie des Kolbens hervorrufen, während das Ablaßventil 80 auf einen niedri gen Druckwert eingestellt wird, und es ist möglich, die Ablaßwirkung auf niedrige kinetische Energie einzustellen.

Die Doppelanordnung durch das Ablaßventil 80 und das Strömungsbegrenzungsventil 304 nach Fig. 10 kann sowohl einen Bereich abdecken, dem auch die kon ventionelle Dämpfungsmechanik genügt, als auch einen Bereich, der darüber hinausgeht und von den zuvor be schriebenen Anordnungen abgedeckt wird. Die Dämpfungs mechanik nach Fig. 10 kann daher einem breiteren Betriebsbereich genügen.

Claims

1. Pneumatischer Zylinder mit einer Dämpfungsmechanik, enthaltend

(a) ein Zylindergehäuse mit einer ersten Dämpfungs kammer an seinem einen Ende und einer zweiten Dämpfungskammer an seinem gegenüberliegenden Ende und ersten und zweiten Einlaß-/Auslaßkanälen an seinen Enden, die jeweils mit der zugehörigen Dämpfungskammer über erste und zweite Luftkanäle in Verbindung stehen,
(b) einen Arbeitskolben, der verschiebbar in einer im Zylindergehäuse ausgebildeten Zylinderkammer an geordnet ist,
(c) einen ersten Dämpfungskolben, der verschiebbar in der ersten Dämpfungskammer angeordnet ist und sich gegen den Arbeitskolben erstreckt, um von diesem gestoßen zu werden,
(d) einen zweiten Dämpfungskolben, der verschiebbar in der zweiten Dämpfungskammer angeordnet ist und sich gegen den Arbeitskolben erstreckt, um von diesem ge stoßen zu werden,
(e) eine Druckluftquelle, die wahlweise mit einem der Einlaß-/Auslaßkanäle verbindbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

(f) die Einlaß-/Auslaßkanäle (84, 120) direkt in die Zylinderkammer münden und von ihnen die zu den Dämp fungskammern (50, 52) führenden Luftkanäle (72, 108) abzweigen,
(g) in den Luftkanälen jeweils Einlaßventilkörper (76, 112) und Auslaßventilkörper (80, 116) angeordnet sind, die unter dem Einfluß von Regeleinrichtungen (76 a, 112 a bzw. 80 a, 116 a) stehen, die einen Lufteinlaß in die Dämpfungskammern (50, 52) nur bei Überschreiten ei nes vorgegebenen ersten Luftdrucks und einen Luft auslaß aus den Dämpfungskammern (50, 52) nur bei Überschreiten eines zweiten, höheren Luftdrucks zu lassen, und daß
(h) von den durch die Dämpfungskolben (54, 88) gegen die mit Druckluft versorgten Teilkammern (50 a, 52 a) ab geteilten Teilkammern (50 b, 52 b) der Dämpfungskammern (50, 52) jeweils ein Entlüftungskanal (70, 106) ins Freie führt.

2. Pneumatischer Zylinder nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkörper (76, 112) der Einlaßventile die beweglichen Körper von Rückschlagventilen sind.

3. Pneumatischer Zylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkörper (80, 116) der Auslaßventile die beweglichen Körper von Begrenzungsventilen sind.

4. Pneumatischer Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dämpfungskolben jeweils einen Kanal zur Herstellung einer Verbindung zwischen den zwei Teilkammern aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (68, 104) so angeordnet sind, daß die genannten Verbindungen ohne Rücksicht auf die Stellung der Dämpfungskolben (55, 88) eingerichtet sind.

5. Pneumatischer Zylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Stirnseiten der Dämpfungskolben (54, 88) jeweils ein elastischer Ring (65, 100) angeordnet ist, der die Verbindung zwischen den die zwei Teilkammern (50 a, 50 b; 52 a, 52 b) verbindenden Kanal (68, 104) mit dem Entlüftungskanal (70, 106) unterbricht, wenn sich der betreffende Dämpfungskolben (54, 88) am Anfang seiner Dämpfungshubposition befindet.