DE2456878B2

DE2456878B2 - Doppeltwirkender druckmittelbetätigter Stellzylinder mit einer längs- und drehbeweglichen Kolbenstange

Info

Publication number: DE2456878B2
Application number: DE19742456878
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tokio Teramachi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-12-02
Filing date: 1974-12-02
Publication date: 1979-03-29
Also published as: DE2456878A1; DE2456878C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen doppeltwirkenden druckmittelbetätigten Stellzylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.

Ein Stellzylinder dieser Art ist durch die DE-AS 54 780 bekanntgeworden, bei dem der Hilfskolben als Kolbenstangenbund ausgebildet ist. Die Kolbenstange weist auf der einen Seite des Bundes einen größeren Durchmesser als auf der anderen Seite des Bundes auf, wodurch bei Druckbeaufschlagung eine wirksame ringförmige Kolbenfläche gebildet wird, die jedoch bei dem bekannten Stellzylinder nicht zur Längs- und Drehbewegung der Kolbenstange notwendig ist

Die Kolbenstange des bekannten Stellzylindeq ist bei Druckbeaufschlagung des Hauptkolbens nur in der einen Bewegungsrichtung zunächst axial verschiebbar und anschließend entgegen der Kraft einer Feder in einer Drehrichtung um einen bestimmten Drehwinkel verdrehbar. Bei entgegengesetzter Druckbeaufschlagung des Hauptkolbens ist die Kolbenstange mit der sich entspannenden Feder zunächst in der entgegengesetzten Drehrichtung in ihre Ausgangsdrehlage zurückdrehbar und anschließend in ihre Ausgangsstellung axial verschiebbar. Die Kolbenstange ist damit nicht in beiden Bewegungsrichtungen zunächst axial verschiebbar und anschließend verdrehbar.

Bei dem bekannten Stellzylinder ist der Hauptkolbcn gegen Drehung dadurch gesichert, daß die Kolbenstange exzentrisch zur Zylinderachse verläuft. Hierdurch besteht die Schwierigkeit, daß der Hauptkolben auf dem Schraubengewinde unter dem Druck des Druckmittels in eine Kippsieiiung bewegt wird, die zu einem Klemmen des Hauptkolbens auf dem Schraubengewinde führen kann. Diese Kippstellnng kann sich deshalb ergeben, weil die Beaufschlagungsflächen des Kolbens zu beiden Seiten der exzentrischen Kolbenstange unterschiedlich groß sind.

Durch die DE-AS 19 54 780 ist noch ein weiterer Stellzylinder bekanntgeworden, dessen Kolbenstange in beiden Bewegungsrichtungen zunächst in entgegengesetzten Richtungen verdreht und anschließend axial ίο verschoben wird. Um sicherzustellen, daß die Dreh- und Längsbewegungen in der festgelegten Reihenfolge und nicht gleichzeitig ablaufen, ist auf der Kolbenstange zwischen dem Hauptkolben und den Enden des Zylinders je ein Anschlag vorgesehen und zwischen jedem der Anschläge und dem Hauptkolben ist ein auf der Kolbenstange gleitender, im Zylinder abgedichteter Hilfskolben notwendig. Weiterhin sind in der Kolbenstange Steuerkanäle vorhanden, die vom Hauptkolben überdeckt werden können und mit weiteren Steuerkanälen in den beiden Hilfskolben derart zusammenwirken, daß der Druckmitteldruck jeweils des einen Hilfskolben in seiner einen Endlage festhält, wodurch auch die Kolbenstange axial festgehalten wird, während der Hauptkolben auf der Kolbenstange axial verschoben wird und diese dabei verdreht

Die Anordnung von Steuerkanälen in der Kolbenstange, die vom Hauptkolben wechselseitig überdeckt oder freigegeben werden und die mit Steuerkanälen in zwei auf der Kolbenstange axial verschieblichen, im Zylinder abgedichteten Hilfskolben zusammenwirken, stellt einen erheblichen baulichen Aufwand dar. Außerdem ist auch hier der Hauptkolben durch die exzentrische Lage der Kolbenstange nicht klemmfrei auf dem Schraubengewinde angeordnet.
Durch die US-PS 29 55 579 ist es bereits bekannt, Zylinderraum und Kolben eines Stellzylinders mit längs- und drehbeweglicher zentraler Kolbenstange mit ovalem Querschnitt auszuführen. Durch die US-PS 19 54780 ist es bekannt. Kolben von Stellzylindern zur Vermeidung unzulässig hoher Drücke mit in entgegengesetzten Richtungen wirkenden Rückschlagventilen zu versehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stellzylinder der im Oberbegriff des Anspruches angegebenen Art zu f) schaffen, dessen Kolbenstange in beiden Bewegungsrichtungen zunächst axial verschiebbar und anschließend verdrehbar ist und bei dem ein Klemmen des Hauptkolbens auf dem Schraubengewinde verhindert wird.

w Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches gelöst.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen beschrieben und erläutert. Es zeigt

^r>~> Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Stellzylinder nach der Erfindung,

Fig.2 einen Querschnitt nach der Linie A-A in Fig. 1,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch ein Rückschlagventil, ^h" das in dem Stellzylinder nach F i g. 1 verwendet ist und

Fig.4 bis 6 Längsschnitte durch den Stellzylinder entsprechend Fig.) in einer zweiten, dritten und vierten Stellung.

In F i g. 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßer Stellzylinder

'" und ein Rückschlagventil dargestellt, das in dem Stellzylinder verwendet ist. Der Stellzylinder umfaßt ein

Zylindergehäuse 1 mit Stirnwänden 25a und 256, zwei

Kolben 3 und 4 und eine Kolbenstange 5, die sich durch

die Kolben und die Stirnwände erstreckt Das Zylindergehäuse 1 des Stellzylinders besitzt einen ovalen Querschnitt, wie Fig.2 zeigt Jede Stirnwand 25a und 256 besitzt einen Druckmittelansthluß 10a bzw. 106, die wechselweise über ein nicht dargestelltes Sehaltventil, z. B. Magnetventil, an eine Druckmittelquelle, insbesondere ein hydraulisches Druckmedium, und eine Druckmittelsenke anschließbar sind. Ein Abschnitt der Kolbenstange 5 ist mit einem Außengewinde 7 versehen. Die Kolbenstange 5 mit dem Außengewinde 7 liegt zentrisch in dem Zylindergehäuse. Das Außengewinde liegt innerhalb des nach außen druckdichten Zylinders. Die Stirnwände 25a und 256 des Zylinders dienen als Lager für die axial verschiebliche und drehbare Kolbenstange 5. Zwei Kolben 3 und 4, die mit ihrem Umfang an der Gehäuseinnenwandung dicht anschließen, sind in dem Zylindergehäuse verschieblich angeordnet Die beiden Kolben 3 und 4 unterteilen das Zyündergehäuse in drei Kammern 8, 9 und 11. Der Hilfskolben 3 ist mit zwei Rückschlagventilen i2a und 126 versehen, die sich mit entgegengesetzten Wirkrichtungen durch den Kolben 3 erstrecken. Der Hilfskolben 3 ist auf der Kolbenstange 5 drehbar, aber nicht axial verschiebbar gelagert Hierzu sind auf der Kolbenstange 5 zwei Ringscheiben 19, 19 angeordnet, zwischen denen der Kolben 3 auf der Kolbenstange 5 axial unverschieblich gehalten ist. Der andere als Hauptkolben 4 bezeichnete Kolben ist mit einem Innengewinde 6 versehen, in das das Außengewinde 7 der Kolbenstange eingreift Das Rückschlagventil 12a bzw. 126 nach Fij*. 3 besteht aus einem Gehäuse 13 mit einem Ventilsitz 17, einer Feder 14, einer Stellschraube 15 mit einer durchgehenden zentralen Öffnung 18 und einer Ventilkugel 16. Der Druck in der Kammer 11 zwischen den beiden Kolben 3 und 4 ist bestimmt durch die Einstellung der Rückschlagventile 12a und 126. Zwei Anschlagringe 20, 20 befinden sich auf der Kolbenstange 5 an den beiden Enden des Außengewindes 7, durch das die Drehbewegung der Kolbenstange 5 bestimmt ist. Der Druckmittelanschluß 10a in der Stirnwand 25a schafft eine Verbindung zu der Kammer 8, die von der Stirnwand 25a und dem Hilfskolben 3 begrenzt ist. Die Kammer 8 steht über die Rückschlagventile 12a und 126 mit der mittleren Kammer 11 zwischen den beiden Kolben 3 und 4 in Verbindung. Der andere Leitungsanschluß 106 in der Stirnwand 256 schafft eine Verbindung zu der Kammer 9 zwischen der Stirnwand 7.56 und dem Hauptkolben 4. Die beiden entgegengesetzten Enden der Kolbenstange 5 außerhalb des Zylindergehäuses 1 bilden Anschlußenden 21 und 22 für nicht dargestellte -so Maschinenteile, die in entgegengesetzten Richtungen zu bewegen sind.

Der erfindungsgemäße Stellzylinder n?ch F i g. 1 arbeitet wie folgt: Zu Beginn eines Bewegungsspiels des Stellzylinders wird ein (nicht dargestelltes) Schaltventil -,-, betätigt, der Anschluß 10a freigegeben und der Anschluß 106 abgesperrt. Auf diese Weise gelangt ein Druckmittel, z. B. Luft, öl, Wasser oder dergleichen, über den Anschluß 10a, die Kammer 8 und das Rückschlagventil 126 in die Kammer 11. Inder Kammer ·..·) 11 stellt sich ein Druck ein, der durch die beiden Rückschlagventile 12a, 126 bestimmt ist. Über das Gewinde 6, 7 gelangt im wesentlichen kein Druckmittel in die Kammer 9 und umgekehrt.

Der erste Schritt des Bewegungszyklus des erfindungsgemäßen Stellzylinders wird dadurch eingeleitet, daß das nicht dargestellte Schaltventil den Stellzylinder über den Anschluß 106 mit Druckmittel beaufschlagt.

während Druckmittel über den Anschluß 10a abströmen kann. Das Druckmittel gelangt über den Anschluß 106 in die Kammer 9, wobei ein Druck auf den Hauptkolben 4 ausgeübt wird. Der Druck in der Kammer 9 wird über den Hauptkolben 4 auf der axial verschieblich gelagerten Kolbenstange 5 auf die mittlere Kammer 11 übertragen. Das Rückschlagventil 12a ist so eingestellt, daß es bis zu einem bestimmten Gegendruck auf den Hauptkoiben 4 geschlossen bleibt während das Druckmittel in der Kammer 8 über den Anschluß 10a abzuströmen vermag. Bei verschlossenem Rückschlagventil 12a wird daher die Kolbenstange 5 von der auf dem Hauptkolben 4 lastenden Druckkraft in Richtung des Pfeiles 23 in die in Fig.4 gezeigte Stellung verschoben, ohne daß dabei die Kolbenstange gedreht wird. Der Abstand zwischen den beiden Kolben 3 und 4 bleibt unverändert

Der zweite Schritt des Bewegungszyklus des erfindungsgemäßen Stellzylinders setzt ein, wenn dieser die in F i g. 4 gezeigte Stellung eingenommen liat Der Druck in der Kammer 9 wird weiter erhöht, bis schließlich der Gegendruck in der Kammer 11 zu einem Öffnen des Rückschlagventils 12a führt, woraufhin das Druckmittel aus der Kammer 11 in die Kammer 8 übertreten und von dort über den Anschluß 10a abströmen kann. Als Folge davon wird der Hauptkolben 4 bei gleichzeitiger Drehung der Kolbenstange in Richtung auf den Hilfskolben 3 verschoben, da die Kolbenstange in gleicher Richtung nicht weiter axial verschieblich ist.

Der Drehwinkel, den die Kolbenstange 5 dabei ausführt, ist abhängig von dem Gewinde 6, 7. Dabei bleibt in der mittleren Kammer 11 ein bestimmter Druckmitteldruck aufrechterhalten, der abhängig ist von der Einstellung des Rückschlagventils 12a. Nach Beendigung des zweiten Bewegungsschrittes nimmt der Stellzylinder die in F i g. 5 gezeigte Stellung ein, in der der Hauptkolben 4 auf dem Außengewinde 7 der Kolbenstange 5 in der Zeichnung vom rechten zum linken Gewindeende verschoben worden ist.

Für den dritten Schritt des Bewegungszyklus des erfindungsgemäßen Stellzylinders wird das nicht dargestellte Schaltventil umgeschaltet, wonach jetzt der Anschluß 10a mit Druckmittel beaufschlagt wird, während Druckmittel aus der Kammer 9 über den Anschluß 106 entweichen kann. Es gelangt nunmehr Druckmittel in die Kammer 8, in der sich ein Druck aufbaut, der gegen den Hilfskolben 3 auf der axial verschieblichen Kolbenstange 5 wirkt. Das Rückschlagventil 126 ist ebenfalls so eingestellt, daß es bis zu einem bestimmten Gegendruck auf den Hilfskolben 3 geschlossen bleibt, während das Druckmittel in der Kammer 9 über den Anschluß 106 abströmen kann. Bei verschlossenem Rückschlagventil 126 wird nunmehr die Kolbenstange 5 von dem Kolben 3 in Richtung des Pfeiles 24 in die in F i g. 6 gezeigte Stellung verschoben, ohne daß dabei die Kolbenstange 5 gedreht wird. Der Abstand zwischen den Kolben 3 und 4, den sie am Ende des zweiten Bewegungsschrittes eingenommen hatten, bleibt erhalten.

Der vierte und letzte Schritt des Bewegungszyklus des erfindungsgemäßen Stellzyiinders setzt ein, wenn diLser die in F i g. 6 gezeigte Stellung eingenommen hat. Der Druck in der Kammer 8 wird nun weiter erhöht, bis dieser über den Druck in der Kammer 11 steigt und das Rückschlagventil 126 öffnet. Der daraufhin in der Kammer 11 ansteigende Druck wirkt auf den Hauptkolben 4 und verschiebt diesen in die in K i g. 1 gezeigte

Ausgangslage unter gleichzeitiger Drehung der Kolbenstange zurück, da die Kolbenstange in gleicher Richtung nicht weiter verschiebiich ist.

Der Drehwinkel, den die Kolbenstange 5 dabei ausführt, ist gleich dem Drehwinkel, den die Kolbenstange vorher beim zweiten Bewegungsschritt ausgeführt hatte, doch erfolgt die Drehung in entgegengesetzter Drehlichtung. Danach nimmt die Kolbenstange am Ende des vierten Schrittes des Bewegungszyklus bezüglich ihrer axialen Lage und ihrer Drehlage wieder

dre in F i g. 1 gezeigte Ausgangsstellung ein.

Durch entsprechende Betätigung des nicht gezeigte Schaltventils kann der Bewegungszyklus unter de Wirkung der beiden Rückschlagventile 12a und 12 beliebig oft wiederholt werden. Dadurch, daß di Bewegung des Hauptkolbens 4 durch die einstellbare; Rückschlagventile steuerbar ist, läuft der Bewegungszy klus des erfindungsgemäßen Stellzylinders mit große Genauigkeit ab.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Doppeltwirkender druckmittelbetätigter Stellzylinder mit einer längs- und drehbeweglichen Kolbenstange, die mit einem gegen Drehung im Zylinder gesicherten, abgedichtet geführten und axial verschieblichen Hauptkolben über ein Schraubengewinde verbunden ist, mittels dem die Bewegung des Hauptkolbens in einem Teil seines Hubs in eine Drehbewegung der Kolbenstange umwandelbar ist und die zeitlich von der Drehbewegung getrennte Längsbewegung der Kolbenstange durch einen Anschlag begrenzt ist, wobei der Hub des Hauptkolbens um die Länge der Längsbewegung der Kolbenstange größer ist als die wirksame Länge des Schraubengewindes, wobei auf der Kolbenstange außerhalb des Schraubengewindes ein axial unverschiebbarer zusätzlicher Hilfskolben vorgesehen ist und wobei jede Zylinderstirnwand einen Druckmittelanschluß aufweist und die beiden Druckmittelanschlüsse wechselweise an eine Druckmittelquelle und an eine Druckmittelsenke anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (3) abgedichtet im Zylinder (1) geführt und drehbar auf der Kolbenstange (5) gelagert ist, daß in dem Hilfskolben (3) zwei entgegengesetzt gerichtete Rückschlagventile (12a, i2b) vorgesehen sind, die so eingestellt sind, daß deren öffnung (18) erst nach der Begrenzung der Längsbewegung der Kolbenstange (5) erfolgt, und daß bei zentrischer Anordnung der Kolbenstange (5) die Querschnitte des Zylinders (1) und der beiden Kolben (3, 4) oval ausgebildet sind.