DE2631013B2 - Betätigungszylinder zur stufenweisen Betätigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Betätigungszylinder nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches I.

Die Kolben von Betätigungszylindern sind im allgemeinen innerhalb eines Zylindergehäuses unter Abdichtung geführt, wobei die Kolbenkraft durch die verfügbare Kolbenfläche und den auf die Kolbenfläche einwirkenden Druck bestimmt ist Um eine abgestufte Betätigung zu erreichen, ist es möglich, den Kolben über Mitnehmer auf einen weiteren Kolbenkörper einwirken zu lassen. So sind Betätigungszylinder bekannt (DE-PS

15 30S48), bei welchen ein ringförmiger Kolben einen inneren Kolben von Kreisform umgibt; beide Kolben sind bei normaler Druckbeaufschlagung verschiebbar, wobei der innere Kolben zusätzlich unter Trennung vom ringförmigen Kolben durch mechanische Mittel, so durch einen Stößel, verschiebbar ist

Bekannt sind auch Betätigungszylinder (DE-PS

16 55 742), bei welchen ein Kolben führungsfrei, also ohne unmittelbare Führung durch eine Zylinderwand, unter Zwischenschaltung einer Vollmembran beaufschlagbar ist. Bei einer derartigen Anordnung umgibt ein ringförmiger Kolben einen in der Mitte angeordneten kreisförmigen Kolben derart, daß beide Kolben durch die druckmittelbeaufschlagbare und an ihnen anliegende Vollmembran verschoben werden. Bei Anlage des äußeren ringförmigen Kolbens an einem gehäusefesten Anschlag des Betätigungszylinders kann der innere kreisförmige Kolben zusätzlich auf mechanische Weise betätigt werden, was z. B. über eine über die Vollmembran auf den kreisförmigen Kolben einwirkende Druckplatte geschieht. Auf diese Weise kann eine mit dem inneren Kolben verbundene Kolbenstange einen zusätzlichen Hub ausführen.

Bei Konstruktionen der vorbeschriebenen Art ist es erforderlich, für beide Kolbenteile Führungen und Anschläge vorzusehen, um ihre gegenseitige Verschiebung bei mechanischer Beaufschlagung des inneren Kolbenteils sicherzustellen. Kolbenanordnungen dieser Konstruktion sind somit teuer in der Herstellung und bedürfen auch der Wartung, um Funktionsfähigkeit sicherzustellen.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Betätigungszylinder der in Rede stehenden Art so auszubilden, daß dieser bei einem Minimum von konstruktivem Aufwand billig hergestellt werden kann und sich zu einer stufen- oder absatzweisen Betätigung eignet Der Kolben des Betätigungszylinders soll bei einfachem Aufbau absolut funktionssicher sein, ohne daß er einer besonderen Wartung bedarf.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale nach dem ίο Kennzeichnungstei! des Patentanspruches 1 gelöst

Der Kolben kann aus einem geeigneten Kunststoff, aus Hartgummi oder dergleichen oder auch aus Federstahl bestehen, wobei der Mittelteil des Kolbenbodens zur Erzielung der elastischen Verformbarkeit eine H Wandstärke besitzen kann, welche gegenüber der Wandstärke am Außenumfang des Kolbens, also gegenüber dem Umfangsteil, abgeschwächt ist Dadurch besitzt der Kolben unterschiedliche Verformbarkeit bei pneumatischer bzw. hydraulischer Druckbeaufschlagung und nachfolgender mechanischer Betätigung, wenn sich der Umfangsteil in einer Anschlagposition am Betäiigungszylindcr befindet Es ergibt sich somit die Möglichkeit, ein mechanisches Betätigungselement auf den Mittelteil des Kolbens einwirken zu lassen, wenn 2^r) sich der Umfangsteil in Anschlagposition befindet derart, daß der Mittelteil um einen sogenannten Oberhub bewegt wird.

Der Kolben' kann auch auf seiner gesamten Kolbenfläche eine eine elastische Verformung zulassen-

de Wandstärke besitzen; in diesem Falle ist es vorteilhaft, den größten Teil der Kolbenfläche im

Bereich des Außenumfanges durch eine steife Platte

abzufangen, während der Mittelteil frei verformbar, also bei mechanischer Druckbeaufschlagung durchbiegbar ist.

Aus Kunststoff gefertigte Kolben sind zwar bereits

bekannt (FR-PS 14 59671), Zylinder mit derartigen

Kolben eignen sich jedoch nicht zu einer stufenweisen Betätigung, vielmehr wirken hierbei die Kolben als Kartuschenböden oder dergleichen

Vorteilhafte Weiterbildungen und zv/eckmäßige Ausgestaltungen des Betätigungszylinders sind in den Unteransprüchen 2 und 3 aufgeführt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.

F i g. 1 ist eine Schnittansicht eines Kolbens des Betätigungszylinders, wobei mit gestrichelter Linienführung eine alternativ vorgesehene vorgeformte Ausbildung des Mittelteils wiedergegeben ist;

Fig.2 ist eine schematische Ansicht eines Betätigungszylinders, wobei die obere und die untere Figurenhälfte unterschiedliche Konstruktionen des Kolbenanschlages gegenüber dem Gehäuse des Betätigungszylinders wiedergeben;

Fig.3 ist eine schematische Ansicht eines Betätigungszylinders nach einer weiteren Ausführungsform;

F i g. 4 ist eine mit F i g. 3 vergleichbare Ansicht des Kolbens des Betätigungszyiinders im Moment der

mechanischen Betätigung des verformbaren Mittelteils;

Fig.5 ist eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Betätigungszylinders.

Der in F i g. 1 dargestellte Kolben 1 besteht aus einem elastischen Material, so aus Federstahl etc., aus f>5 Gummimaterial oder Kunststoff. Der Kolben besitzt gemäß Darstellung an einem dem Durchmesser d entsprechenden Mittelteil 3 eine geringere Wandstärke als am Außendurchmesser. Somit ist der Kolben an

seinem Mittelteil elastisch verformbar, falls auf dieses Mittelteil ein genügend großer Druck ausgeübt und der Kolben an seinem Außenumfang stationär gehalten wird. Der Kolben kann auf diese Weise hintereinander bzw. stufenweise betätigt werden.

Der Mittelteil 3 kann eine gewisse Verformung erhalten, wie dies durch die strichlinierte Linienführung wiedergegeben ist Wird der durch gestrichelte Linienführung dargestellte Mittelteil in vorstehend beschriebener Weise durch Druck vorbestimmter Höhe ι ο beaufschlagt, dann kann er in eine spiegelbildliche, gemäß F i g. 1 nach rechts durchgebogene Position einschnappen.

Der Kolben 1 nach F i g. 1 kann auf vielfältige Weise Verwendung finden. Bei der in Fig.2 dargestellten Ausführungsform ist der Kolben durch eine Membran 5 beaufschlagt, welche in beliebiger Weise an einem Gehäuse 7 innenseitig befestigt ist, so z. B. am Gehäuse eines Bremszylinders. Der Kolben kann an seinem Außenumfang einen in Axialrichtung sich erstreckenden und zur Anlage am Gehäuse dienenden Ring 9 aufweisen, wie dies die obere Hälfte der Fig.2 veranschaulicht Der Kolben kann jedoch a veh als Platte ausgebildet sein, welche sich an ihrem Außenumfang an einen gehäuseinnenseitig befestigten Vorsprung 11 anlegen kann, wie dies die untere Hälfte der F i g. 2 veranschaulicht Der Kolben wirkt gegenüber einem Kolbenstangenkopf 13 einer Kolbenstange 15, welche mittels einer Feder 17 in Richtung des Kolbens 1 verspannt ist Wird die gemäß F i g. 2 links de·· Membran 5 bestehende Kammer 19 mit Druck beaufschlagt, dann verschiebt die unter dem Druckeinfluß stehende Membran den Kolben 1 und den Kolbenstangenkopf Ii aus einer (nicht dargestellten) gelösten Stellung in die in Fig.2 dargestellte Position in welcher sich der Ring 9 η bereits an das Gehäuse 7 angelegt hat, der Kolben an seinem Außenumfang also stationär gehalten ist. Der Kolben wurde demnach durch normale Druckmittelbeaufschlagung mit Hilfe der Membran 5 um eine gewisse axiale Wegstrecke verschoben, wobei diese Bewegung auf den Kolbenstangenkopf und somit auf die Kolbenstange übertragen wurde. Wenn der Ring des Kolbens 1 am Gehäuse abgestützt ist, dann kann der in Fig.2 links befindlich dargestellte Stößel 21 zur Wirkung kommen. Der Stößel 21 wird durch beliebige (nicht dargestellte) Mittel gemäß F i g. 2 nach rechts gerichtet verschoben und drückt c»abei unter Zwischenlage der Membran 5 auf den eine geringere Wanddicke aufweisenden Mittelteil 3 des elastischen Kolbens 1. Der Mittelteil, welcher durch den normalen Betriebsdruck nicht verformt werden konnte, beult sich unter der Wirkung des Stößels 21 gemäß Fig.2 nach rechts gerichtet aus. Er schnappt also in seine spiegelbildliche Lage. Somit kann auf den Kolben im Bereich seines Mittelteils eine zusätzliche Druckbeaufschlagung ausgeübt werden, um beispielsweise den Kolbenstangenkopf und die mit diesem verbundene Kolbenstange einen Überhub ausführen zu lassen. Dieser Überhub kann sich beispielsweise als erforderlich erweisen, wenn die normale, durch Druckbeaufschlagung der Kammer 19 ausgelöste Betätigung nicht mehr ausreicht und ein zusätzlicher Hub erforderlich wird.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß der Mittelteil 3 auf mechanische Weise wie vorstehend beschrieben beaufschlagt wird. Wird der in der Kammer 19 bestehende Druck bei Anlage des Rings 9 am Gehäuse 7 genügend erhöht, so kann schließlich der Druck ausreichen, um den M_:<telteii 3 infolge seiner dünneren Wandstärke zu verformen, d, h. gemäß F i g, 2 nach rechts gerichtet auszuheulen. Auch auf diese Weise ist es möglich, die Kolbenstange 15 einsn zusätzlichen Überhub ausführen zu lassen.

Der in F i g. 1 und 2 dargestellte Kolben 1 wird aus einem Gummimaterial oder aus Kunststoff gefertigt, wobei an sich bekannte Herstellungsverfahren zur Anwendung gebracht werden, um den Mittelteil 3 mit entsprechender Wandstärke zu versehen. Gegebenenfalls ist es auch zweckdienlich, den Mittelteil mit sternförmig oder strahlenförmig verlaufenden Ausnehmungen zu versehen, um dergestalt die Federsteiiigkeit herabzusetzen. Der Kolben 1 kann auch ohne die vorstehend beschriebene Membran 5 verwendet werden; in diesem Fall ist am Außenumfang des Kolbens ein gegenüber der Gehäuseinnenwand dichtender Ring oder dergleichen vorgesehen. Die Funktion und wirkungsweise des Kolbens bleibt in jedem Fall die gleiche, d. h. der Mittelteil kann durch Druckbeaufschlagung oder auf mechanische Weise um tinen weiteren Hub verformt werden, wenn dpr Außenumfang des Kolbens an einem Anschlag vf^s Gehäuses oder dergleichen abgefangen ist Dies bedeutet, daß der Kolben 1 beliebiger Verwendung zuführbar ist

In den Fig.3 und 4 ist ein Kolben 23 gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Der gleichfalls aus elastischem Material, so beispielsweise aus Federstahl bestehende Kolben 23 ist auf seiner gesamten Kolbenfläche sehr dünnwandig ausgebildet; er besitzt demnach nicht nur in seinem Mittelteil elastische Verformbarkeit, sondern auf der gesamten Kolbenbodenfläche. Der Kolben ist im dargestellten Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 und 4 mit einer Kolbenstange 25 verbunden, welche derjenigen nach F i g. 1 und 2 gleichen kann und beispielsweise zur Beaufschlagung von Bremsen dient. An der gemäß F i g. 3 und 4 linken Seite des Kolbens 23 befindet sich die Membran 5, während an der gemäß Fig.3 und 4 rechten Seite des Kolbens eine verhältnismäßig steife Platte 27 anliegt. Die Platte 27 wird an ihrer gemäß Fi g. 3 und 4 rechten Seite durch einen Anschlag 29 abgefangen, welcher mit <^;?r Kolbenstange 25 verbunden ist

Wird die Membran 5 durch in der Kammer 19 herrschenden Druck beaufschlagt, dann wirkt dieser Druck über der gesamten Fläche des Kolbens 23. Der Kolben kann sich infolge seiner auf der gesamten Räche bestehenden starken Elastizität an die Platte 27 anlegen. Die Platte 27 kann, gegebenenfalls unter Verwendung von vorstehenden Rippen oder kleinen Erhebungen, so nahe an den Kolben 23 angelegt und durch den Anschlag 29 gehalten sein, daß der auf die Membran 5 einwirkende Druck unmittelbar vom Kolben 23 auf die Platts 27 und von dieser über den Anschlag 29 am' die Kolbenstange 25 übertragen wird. Legt sich der Kolben 23 bei einer derartigen Druckbeaufschlagung an einen gehäusefesten Anschlag 31 oder dergleichen an, dann ist der Kolben im Bereich seines Außenumt'anges lagefixiert. Die Elastizität bzw. Wandstärke des Kolbens 23 kann so gewählt sein, daß der innerhalb der Kammer 19 bestehende Dn,ck nicht ausreicht, den Mittelteil des Kolbens durchzudrücken. Bd der in Fig.3 und 4 dargestellten Ausfuhrungsform ist wiederum ein Stößel 21 vorgesehen, welcher durch beliebige, an sich bekannte Mittel gemäß Darstellung nach recht«· gerichtet verschoben werden kann, um beispielsweise auf die Kolbenstange 25 einen sogenannten Überhub auszuüben. Drückt der Stößel 21 bei am Anschlag 31 abgefangenem Kolben 23 auf dessen Mittelteil, so kann

sich dieser infolge seiner Elastizität elastisch verformen, d. h. gemäß Darstellung nach rechts ausbeulen. Die Platte 27 nimmt dabei relativ zum Kolben 23 die aus F i g. 4 ersichtliche Position ein, d. h. im Bereich des Anschlages 29 führt sie die gleiche Bewegung aus wie die den Anschlag tragende Kolbenstange, während sich die Platte 27 vom ortsfest gehaltenen Außenumfang des Kolbens löst. Die Platte 27 entfernt sich also am Außenumfang von der Innenseite des Kolbens und beeinträchtigt somit nicht die Beaufschlagung des Kolbenmittelteils. Bei der in F i g. 2. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform kann eine Feder 33 vorgesehen sein, welche dazu dient, die Kolbenstange bei Druckentlastung der Kammer 19 in ihre Ausgangslage zurückzuführen. Desgleichen ist es bei der in F i g. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform in gleicher Weise möglich, den Kolben 23 in herkömmlicher Weise zu verwenden, d. h. ohne Membran 5. In diesem Fall gleitet der Kolben 23 unter Abdichtung an einer Zylinderinnenwand und ist mit einem Dichtungsring versehen.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform eines an einem Druckluft- und Federspeicherzylinder verwendbaren Kolbens 37 dargestellt, bei welchem die Kolbenstange 25 mittels einer Scheibe 39 an der Kolbeninnenseite anliegt, also nicht mit dem Kolben verbunden ist. Die Platte 27 kann bei dieser Ausführungsform außer durch den Anschlag 29 zusätzlich durch einen am Kolben ausgebildeten Anschlag 41 gehalten werden. Die Platte 27 vollführt somit nicht eine der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 vergleichbare Relativverschiebung zum Kolben, wenn der Stößel 21 auf den Kolbenmittelteil auftrifft. Der Kolben 37 entspricht in seiner Wirkung weilgehend der Ausführungsform nach Fig. I, d.h. er wird nur in seinem Mittelteil ausgebeult, wenn der Außenumfang des Kolbens an einem Anschlag oder am Gehäuse abgestützt ist und der Stößel 21 mit ί ausreichender Kraft auf den Mittelteil auftrifft. Auf diese Weise wird der Mittelteil des Kolbens 37 gemäß F i g. 5 nach rechts gerichtet ausgebeult, wodurch die in Anlage mit dem Kolben befindliche Kolbenstange 15 nach rechts gerichtet verschoben wird und einen

in Überhub ausführt. Bei dieser nach rechts gerichteten Bewegung löst sich der Anschlag 29 von der Platte 27, da diese durch den Anschlag 41 am Kolben gehalten wird. Auch bei der Ausführungsform nach Fig.5 ist es möglich, ohne die vorstehend beschriebene Membran 5

ι, auszukommen, d. h. es ist möglich, den Kolben 37 unter Abdichtung an einer Zylinderinnenwand oder dergleichen zu führen.

Der Kolben nach den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist sehr einfach herzustellen, insbesondere wenn er aus Kunststoff gefertigt wird. Es können hierfür alle bekannten und bei Kunststoff angewendeten Spritzgußverfahren oder sonstige Formungsverfahren zur Anwendung gebracht werden. Der Kolben kann auch aus Hartgummi oder dergleichen an

.'·-, sich bekannten Materialien oder aus Federstahl gefertigt werden, wobei sich die Wahl des Materials aus den jeweiligen Einsatzbedingungen ergibt. Der Kolben ist somit sehr billig in der Herstellung, verglichen mit Konstruktionen, bei welchen es zweier relativ ver-

Jd schieblicher einzelner Kolben bedarf, um eine gestufte Beaufschlagung zu erreichen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Betätigungszylinder zur stufen weisen Betätigung, mit einem im Zylinder verschiebbar angeordneten, durch Druckmittel beaufschlagbaren Kolben, welcher zusätzlich durch ein an seiner Mitte angreifendes, mechanisches Betätigungsorgan betätigbar ist, wobei sich der Umfangsteil des Kolbens bei Betätigung an einem Anschlag des Zylinders anzulegen vermag, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Kolbens (I; 23; 37) durchgehend und mit dem Umfangsteil einstückig ist und daß der Kolbenboden in Anschlagposition des Umfangsteils elastisch verformbar ausgebildet ist

2. Betätigungszylinder nach Anspruch 1, bei welchem der Kolben aus Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil des Kolbenbodens eine geringere Wandstärke als dessen radial äußerer Umfangsteil aufweist

3. Betätigungszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil des Kolbenbodens in Richtung auf das Betätigungsorgan (Stößel 21) zu gewölbt ist