DE19858890C2 - Kolbenstangenloser Arbeitszylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kolbenstangenlosen Arbeits­ zylinder mit einem Zylinderraum, in dem ein Arbeitskolben verfahrbar gelagert ist, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, dass in einem Zylinder mittels eines Druckmediums ein Kolben verschoben werden kann. Die Stellung und Arbeitskraft des Kolbens wird mittels einer Kolbenstange übertragen, die mehr oder weniger weit aus dem Zylinderraum herausragt. Als nachteilig wird hierbei angesehen, dass der Platzbedarf für eine derartige Kolben-Zylinder-Einheit in etwa der doppelten Baulänge des Zylinderraums entspricht, wofür etwa die Hälfte dieses Platzbedarfs der Zylinderraum und die andere Hälfte die ausgefahrene Kolbenstange benötigt. Oftmals steht dieser Raum jedoch nicht zur Verfügung, so dass derartige Kolben-Zylinder-Einheiten dann nicht verwendet werden können.

Außerdem sind Arbeitszylinder bekannt, in denen ein magnetischer oder magnetisierbarer Kolben verfahrbar ist und die Stellung des Kolbens an der Außenseite des Arbeitszylinders über ein magnetisches Element abgegriffen wird. Als nachteilig wird hierbei angesehen, dass keine hohen Kräfte übertragen werden können.

Weiterhin ist bekannt (DE 41 04 206 A1), anstelle einer Kolbenstange ein Flach-Kunststoffband zu verwenden, wobei das Kunststoffband am Arbeitskolben befestigt ist und aus dem Druckraum herausgeführt ist. Dabei ergeben sich jedoch erhebliche Abdichtungsprobleme, so dass derartige Vorrichtungen relativ aufwendig sind.

Aus der JP 1-120406 A (Patents Abstracts of Japan M-858 August 11,1989 Vol. 13/No. 360) ist ein Zylinder mit einem darin verfahrbaren Kolben bekannt geworden. Beidseits des Kolbens ist jeweils ein Faltebalg angeschlossen, die mit einem Fluid befüllbar sind, wodurch der Kolben im Zylinder verschoben wird. Der Kolben ist radial mit einem Gleitelement verbunden, welches an der Außenseite des Zylinders über den Kolben verschoben werden kann. Hierfür muß der Zylinder in Längsrichtung geschlitzt sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kolbenstangenlosen Arbeitszylinder bereitzustellen, der relativ klein gebaut ist und mit dem trotzdem die Kräfte des Arbeitskolbens auf einfache Art und Weise übertragen werden können. Außerdem soll dieser Arbeitszylinder leicht abdichtbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Arbeitszylinder gelöst, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.

Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder wird vom Arbeitskolben in zwei Druckräume unterteilt, wobei in wenigstens einem dieser Druckräume ein elastisch expandierbares und komprimierbares Mittel, z. B. eine gewickelte Flachbandfeder, ein Faltenbalg, ein Wellschlauch od. dgl., vorgesehen ist, welches zwischen den Kolben und der gegenüberliegenden stirnseitigen Wand des Druckraumes aufgespannt ist. Über dieses elastisch expandierbare und komprimierbare Mittel wird dieser Druckraum in einen druckmittelfreien Raum und in einen Raum mit Druckmittel unterteilt. Dabei ist der druckmittelfreie Raum vom Raum mit Druckmittel umgeben. Im druckmittelfreien Raum befindet sich nun ein Kraftübertragungsmittel, welches am Arbeitskolben angreift und durch die stirnseitige Wand hindurchgeführt ist. Auf diese Weise kann die Stellkraft des Arbeitskolbens problemlos über das Kraftübertragungsmittel aus dem Arbeitszylinder heraus übertragen werden, wobei eine Abdichtung am Kraftübertragungsmittel nicht erforderlich ist, da sich dieses im druckmittelfreien Raum befindet. Die Dichtung selbst wird vom elastisch expandierbaren und komprimierbaren Mittel verkörpert, welches dicht am Arbeitskolben und an der stirnseitigen Wand des Druckraumes befestigt ist. Die Dichtung stellt eine statische Dichtung dar und ist daher problemlos beherrschbar.

Eine hohe Längssteifigkeit bzw. Längsabstützung wird dadurch erzielt, dass das elastisch expandierbare und komprimierbare Mittel kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Ein weiterer Vorteil ist die dichte Packung des komprimierten elastischen Mittels, so dass relativ große Stellwege des Arbeitskolbens erzielbar sind.

Mit Vorzug liegt die Spitze des Kegelstumpfes am Arbeitskolben an. Das elastisch expandierbare und komprimierbare Mittel kann aus Kunststoff, Metall, einem Verbundmaterial oder auch aus Kevlar bestehen. Eine hohe Steifigkeit gegen Kollabieren wird dadurch erreicht, dass das elastisch expandierbare und komprimierbare Mittel an der Innenseite durch eine Feder, insbesondere eine Spiralfeder, abgestützt ist. Diese Feder liegt in den ziehharmonikartigen Faltrillen des Mittels und hält dieses aufgespannt.

Erfindungsgemäß ist das Kraftübertragungsmittel ein flexibles Band, ein Seil, eine Kette, Zahnriemen, ein Bowdenzug od. dgl. und besteht aus Kunststoff, Metall oder dergleichen. Mit diesem Kraftübertragungsmittel können problemlos Zugkräfte umgelenkt und übertragen werden.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass in jedem Druckraum ein elastisch expandierbares und komprimierbares Mittel vorgesehen ist und an beiden Seiten des Arbeitskolbens ein Kraftübertragungsmittel angreift. Somit können in beiden Verschieberichtungen des Arbeitskolbens Zugkräfte übertragen werden.

Erfindungsgemäß ist das Kraftübertragungsmittel außerhalb des Zylinderraums über geeignete Umlenkmittel umgelenkt. Die Umlenkmittel können z. B. Rollen, Kettenräder, Gleitsteine od. dgl. sein. Auf diese Weise kann die am Kraftübertragungsmittel angreifende Zugkraft problemlos in jede Richtung umgelenkt werden.

Ein Ausführungsbeispiel sieht vor, dass das eine Ende des Kraftübertragungsmittels an der einen Seite und das andere Ende des Kraftübertragungsmittels an der anderen Seite des Arbeitskolbens angreift. Auf diese Weise wird ein geschlossener Strang geschaffen, an welchem z. B. ein Mitnehmer befestigt werden kann, der über den Arbeitszylinder bewegt wird.

Mit Vorzug herrscht im Druckraum ein Überdruck oder ein Unterdruck. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl mit Unterdruck als auch mit Überdruck betrieben werden, wobei sowohl hydraulische als auch pneumatische Mittel denkbar sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten und in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Die Zeichnung zeigt ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Arbeitszylinders, der insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Dieser Arbeitszylinder 10 besitzt einen Zylinderraum 12, der einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Im Zylinderraum 12 ist ein Arbeitskolben 14 verfahrbar gelagert, wobei der Arbeitskolben 14 an seiner Umfangsfläche 16 mittels einer Dichtung 18 dicht an der Innenoberfläche des Zylinderraums 12 anliegt. Der Zylinderraum 12 wird vom Arbeitskolben 14 in zwei Druckräume 20 und 22 unterteilt, wobei die Druckräume 20 und 22 von stirnseitigen Wänden 24 und 26 abgeschlossen sind.

In jedem Druckraum 20 und 22 befindet sich ein elastisch expandierbares und komprimierbares Mittel 28, z. B. ein Faltenbalg 30. Dieser Faltenbalg 30 ist sowohl am Arbeitskolben 14 als auch an den Innenflächen der beiden Wände 24 und 26 dicht befestigt. Durch den Faltenbalg 30 werden die beiden Druckräume 20 und 22 in jeweils einen druckmittelfreien Raum 32 und in einen Raum mit Druckmittel 34 unterteilt. Das Druckmittel kann über jeweils einen Druckmittelanschluss 36 in den Raum 34 eingebracht bzw. diesem Raum entnommen werden.

Am Arbeitskolben 14 ist eine Gewindestange 38 über zwei Muttern 40 befestigt, wobei mittels der Muttern 40 außerdem die Faltenbalge 30 am Arbeitskolben 40 befestigt werden. An der Gewindestange 38 ist außerdem ein Kraftübertragungsmittel 42, z. B. ein Seil 44, befestigt. Dieses Seil 44 ist um vier Umlenkrollen 46 gelegt und bildet eine geschlossene Kurve, an welcher ein Mitnehmer 48 befestigt ist. Wird also der Arbeitskolben 14 bewegt, dann wird über das Seil 44 der Mitnehmer 48 mitgenommen.

Da sich sowohl die Gewindestange 38 als auch das Seil 44 innerhalb der Faltenbalge 30 und somit im druckmittelfreien Raum 32 befinden, bedarf es keiner Abdichtung des Seils 44 an den Wänden 24 und 26. Die Wände 24 und 26 können mit ausreichend großen Durchführungen 50 versehen sein, über welche das Seil 40 aus dem Zylinderraum 12 herausgeführt wird. Der Faltenbalg 30 ist kegelstumpfförmig aufgebaut, wobei die Spitze des Kegelstumpfs am Arbeitskolben 14 anliegt. Die Wand des Faltenbalgens 30 ist ziehharmonikaartig gefaltet, wobei sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite jeweils eine Spiralfeder 52 und 54 anliegt, welche in die jeweiligen Falten des Faltenbalges 30 greift und diesen aufspannt. Der Faltenbalg 30 wird dadurch druckstabil, und eine sichere Faltung, wie im Druckraum 20 gezeigt, ist gewährleistet.

Da das Kraftübertragungsmittel 42 unmittelbar nach dem Verlassen des Zylinderraums 12 umgelenkt wird, ist die Baulänge des gesamten Arbeitszylinders 10 nur unwesentlich größer als die Länge des Zylinderraums 12, und es ist gewährleistet, dass trotz Hindurchführung des Kraftübertragungsmittels 42 durch die beiden Wände 24 und 26 die beiden Räume 34 mit Druckmittel dicht sind.

Claims (10)

1. Kolbenstangenloser Arbeitszylinder (10) mit einem Zylinder (12), in dem ein Arbeitskolben (14) verfahrbar gelagert ist, wobei der Arbeitskolben (14) den Zylinder­ raum (12) in zwei Druckräume (20 und 22) unterteilt und die Druckräume (20 und 22) jeweils einen Druckmittelan­ schluss (36) aufweisen, wobei in wenigstens einem Druck­ raum (20 oder 22) ein elastisch expandierbares und komprimierbares Mittel (28) zwischen dem Arbeitskolben (14) und der gegenüberliegenden, stirnseitigen Wand (24, 26) des Druckraumes (20, 22) aufgespannt ist und den Druckraum (20, 22) in einen druckmittelfreien Raum (32) und einen Raum (34) mit Druckmittel unterteilt, wobei am Arbeitskolben (14) ein Kraftübertragungsmittel (42) angreift, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (34) mit Druckmittel sich zwischen dem Zylinder (12) und dem komprimierbaren Mittel (28) befindet, dass das Kraftüber­ tragungsmittel (42) flexibel ist und durch den druckmittelfreien Raum (32) und die stirnseitige Wand (24, 26) hindurchgeführt ist.

2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch expandierbare und komprimierbare Mittel (28) ein Faltenbalg (30), ein Wellschlauch, eine dichtgewickelte Flachsband-Spiralfeder ist.

3. Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch expandierbare und komprimierbare Mittel (28) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

4. Arbeitszylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze des Kegelstumpfes am Arbeitskolben (14) oder Zylinderboden anliegt.

5. Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch expandierbare und komprimierbare Mittel (28) an der Innenseite und/oder an der Außenseite durch eine Feder (52, 54) gegen Kollabieren abgestützt ist.

6. Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungsmittel ein flexibles Band, ein Seil (44), eine Kette, ein Zahnriemen, ein Bowdenzug ist.

7. Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Druckraum (20, 22) ein elastisch expandierbares und komprimierbares Mittel (28) vorgesehen ist und an beiden Seiten des Arbeitskolbens (14) ein Kraftübertragungsmittel (42) angreift.

8. Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungsmittel (42) außerhalb des Zylinderraumes (12) über geeignete Umlenkmittel (46) umgelenkt ist.

9. Arbeitszylinder nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende des Kraftübertragungsmittels (42) an der einen Seite und das andere Ende des Kraftübertragungsmittels (42) an der anderen Seite des Arbeitskolbens (14) angreift.

10. Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckraum (20, 22) ein Überdruck oder ein Unterdruck herrscht.