DE29517364U1 - Vorrichtung zur Endlagendämpfung - Google Patents

Description

G 16 350 - lens 7. Juli 1995

Festo KG, 73734 Esslinqen Vorrichtung zur Endlaqendämpfunq

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Endlagendämpfung des Kolbens eines pneumatischen Arbeitszylinders, mit Mitteln, die vor Erreichen der mechanisch vorgegebenen Kolbenendlage ab einer bestimmten Dämpfungsposition des sich in einer Richtung bewegenden Kolbens einen Druckanstieg in der abströmseitigen Zylinderkammer hervorrufen, so daß der Kolben bis zum Erreichen der Kolbenendlage eine Dämpfungsstrecke durchläuft, in der er abgebremst wird.

Eine Vorrichtung dieser Art geht aus der DE 32 06 432 C2 hervor. Sie wird verwendet, um am Ende des Kolbenhubes einen harten Aufprall des Kolbens auf die die Kolbenendlage vorgebende stirnseitige Abschlußwand des Arbeitszylinders zu verhindern. Erreicht wird dies mit Mitteln, die bei der Kolbenbewegung ab einer bestimmten, nachfolgend als Dämpfungsposition bezeichneten Position des Kolbens einen Druckanstieg in der abströmseitigen Zylinderkammer hervorrufen, so daß eine Gegenkraft aufgebaut wird.

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Im konkreten Fall der DE 32 06 432 C2 kommuniziert die abströmseitige Zylinderkammer mit einem von einer zentralen Ausnehmung der Abschlußwand gebildeten Abströmkanal und einem dem Abströmkanal bypass-artig parallel geschalteten Dämpfungskanal, wobei in den Dämpfungskanal eine von einer einstellbaren Drosselschraube gebildete Drosselstelle eingeschaltet ist. Solange sich der Kolben außerhalb der Dämpfungsposition befindet, kann die verdrängte Druckluft über den einen großen Querschnitt aufweisenden Abströmkanal rasch abströmen. Bei Erreichen der Dämpfungsposition taucht ein Fortsatz des Kolbens in den Abströmkanal ein, so daß dieser abgesperrt wird und fortan die verdrängte Druckluft nurmehr über den Dämpfungskanal abströmen kann. Aufgrund des nun reduzierten Abströmquerschnittes baut sich in der abströmseitigen Zylinderkammer ein Gegendruck auf, der den Kolben abbremst.

Schwierig bei der bekannten Vorrichtung ist die Einstellung der Drosselungsintensität zur Anpassung an die Energie des sich bewegenden Kolbens. In der Regel wird es sich nicht vermeiden lassen, daß bei Erreichen der Kolbenendlage in der abströmseitigen Zylinderkammer ein Druck herrscht, der eine Bewegungsumkehr des Kolbens verursacht. Der Kolben prallt zurück und man erhält ein schwingendes periodisches Bewegungsverhalten. Unter Umständen kann der Kolben die Endlage gar nicht erreichen. Bei zu geringer Drosselungsintensität hingegen verbleibt weiterhin ein harter Aufprall des Kolbens.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der der Kolben ohne nennenswerte Rückprallneigung zuverlässig bis in die Endlage abgebremst werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die abströmseitige Zylinderkammer mit einem Entlüftungsventil verbunden ist, das von dem Kolben beim Erreichen des Endes der Dämpfungsstrecke aus einer zuvor eingenommenen Schließstellung in eine Entlüftungsstellung umgeschaltet wird, in der die abströmseitige Zylinderkammer vollständig entlüftet wird.

Auf diese Weise wird beim Erreichen der Kolbenendlage ein in der abströmseitigen Zylinderkammer eventuell noch herrschender Restdruck praktisch schlagartig vollständig abgebaut, so daß ein Rückprall des Kolbens nahezu vollständig ausgeschlossen werden kann. Die Entlüftung erfolgt wegabhängig und unabhängig vom dynamischen Zustand des Gesamtsystems. Da in der entgegengesetzten zuströmseitigen Zylinderkammer regelmäßig immer ein gewisser Restdruck besteht, läßt sich der Kolben somit schwingungsfrei in die Endlage fahren. Zweckmäßigerweise wird das Entlüftungsventil von dem Kolben im Bereich der letzten 1 bis 3 mm der zurückzulegenden Dämpfungsstrecke betätigt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Bevorzugt sitzt das Entlüftungsventil in der stirnseitigen Abschlußwand des Arbeitszylinders und verfügt über einen Betäti-

gungsstößel, der in Richtung des Kolbens in die benachbarte Zylinderkammer hineinragt.

Der Betätigungsstößel ist zweckmäßigerweise an einem üblicherweise eine Schließstellung einnehmenden Ventilkörper angeordnet, der im Zusammenwirken mit einem zylinderseitigen Ventilsitz je nach Stellung den Durchlaß zwischen der Zylinderkammer und einer mit der Atmosphäre verbundenen Auslaßöffnung absperrt oder freigibt.

Zweckmäßigerweise ist der Ventilkörper druckausgeglichen. Das heißt, er wird gegensinnig, also sowohl in Schließrichtung als auch in Entlüftungsrichtung, mit dem gleichen Druck beaufschlagt, und zwar mit dem in der abströmseitigen Zylinderkammer herrschenden Druck. Aufgrund einer geringfügig größeren, in Schließrichtung wirksamen Druckbeaufschlagungsfläche wird der Ventilkörper sicher in der Schließstellung gehalten und läßt sich gleichwohl mit nur geringen, vom Kolben aufzubringenden Stellkräften in die Entlüftungsstellung umschalten.

Um die Vorrichtung zur Endlagendämpfung an die Bewegungsenergie des Kolbens optimal anpassen zu können, umfassen die den Druckanstieg hervorrufenden Mittel zweckmäßigerweise einen Abströmkanal und einen Dämpfungskanal, wobei dem Dämpfungskanal eine einstellbare Druckreguliereinrichtung zugeordnet ist. Als Druckreguliereinrichtung ist eine zum Beispiel von einer Drosselschraube gebildete Drosselstelle oder ein Überdruckventil denkbar.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Figur 1 eine erste Bauform der erfindungsgemäßen

Vorrichtung zur Endlagendämpfung im Zusammenhang mit einem pneumatischen Arbeitszylinder, der nur teilweise dargestellt ist, und

Figuren 2 und 3 weitere Bauformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Zusammenhang mit einem Arbeitszylinder, der wiederum nur teilweise abgebildet ist.

Bei allen Ausführungsbeispielen liegt ein pneumatisch betätigter Arbeitszylinder 1 vor, der über ein Zylinderrohr 2 verfügt, das stirnseitig durch Abschlußwände 3 verschlossen ist. Die Darstellungen beschränken sich auf einen stirnseitigen Endabschnitt des Arbeitszylinders 1.

Im Innern des Zylinderrohres 1 ist ein Kolben 4 in Richtung der Zylinderlängsachse 5 hin und her bewegbar geführt. Er kann wie abgebildet mit einer Kolbenstange 6 verbunden sein, die eine oder beide Abschlußwände 3 nach außen hin durchsetzt, wo sie mit einer zu betätigenden Einrichtung verbindbar ist.

Der Kolben 4 ist mit umlaufenden Dichtungen versehen, so daß er den ihn aufnehmenden Zylinderraum in zwei Zylinderkammern 7, 8 unterteilt. Indem der einen oder anderen Zylinderkammer Druckluft zugeführt wird, wobei gleichzeitig die andere Zylinderkam-

mer entlüftet wird, läßt sich der Kolben 4 zu einer Axialbewegung veranlassen.

Wenigstens in eine der Abschlußwände 3 des Arbeitszylinders 1 ist eine Vorrichtung zur Endlagendämpfung des Kolbens 4 integriert, die nachfolgend vereinfacht als Dämpfungsvorrichtung 12 bezeichnet wird. Die Kolbenendlage wird mechanisch durch eine an der Abschlußwand 3 vorgesehene, dem Kolben 4 zugewandte Anschlagfläche 13 vorgegeben. Ohne besondere Maßnahmen schlägt der Kolben 4 bei Erreichen der Kolbenendlage hart auf die Anschlagfläche 13 auf. Die Dämpfungsvorrichtung 12 verhindert dies.

Während des Kolbenhubes in einer Richtung nähert sich der Kolben 4 seiner Kolbenendlage bzw. der diese vorgebenden Anschlagfläche 13 an. Dabei verdrängt der Kolben 4 aus der der Anschlagfläche 13 zugeordneten abströmseitigen Zylinderkammer 7 die Luft, die dabei über einen Ein- und Auslaßkanal 14 abströmt. Das Wirkprinzip der Dämpfungsvorrichtung 12 basiert zum einen im wesentlichen darauf, daß in der abströmseitigen Zylinderkammer 7 gegen Ende des Kolbenhubes ein Druckanstieg hervorgerufen wird, der dem Kolben 4 praktisch eine Bremskraft entgegensetzt, so daß der Kolben 4 abgebremst wird. Die bei Beginn des Dämpfungsprozesses vorliegende Position des Kolbens 4 sei als Dämpfungsposition bezeichnet, die Hubstrecke zwischen der Dämpfungsposition und der Kolbenendlage als Dämpfungsstrecke.

Bei allen Ausführungsbeispielen umfassen die den Druckanstieg in der abströmseitigen Zylinderkammer 7 hervorrufenden Mittel einen Abströmkanal 15 und einen Dämpfungskanal 16. Betrachtet man die

Ausgangsstellung des Kolbens, bei der dieser den Maximalabstand zur Kolbenendlage einnimmt, so münden sowohl der Abströmkanal als auch der Dämpfungskanal 16 mit Mündungen 15', 16' einenends in die abströmseitige Zylinderkammer 7. Der Abströmkanal 15, der vorliegend ein Bestandteil des Ein- und Auslaßkanals 14 ist, kommuniziert andernends mit einer den Anschluß einer weiterführenden Druckmittelleitung ermöglichenden Anschlußoffnung 17 an der Abschlußwand 3. Dem Dämpfungskanal 16 ist eine allgemein mit 21 bezeichnete Druckreguliereinrichtung zugeordnet, mit der sich der in Abhängigkeit von der abzubremsenden kinetischen Energie (m/2xv²) in der abströmseitigen Zylinderkammer 7 während des Zurücklegens der Dämpfungsstrecke qualitativ einstellende Druckverlauf zur Energieanpassung vorgeben läßt.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die die Dämpfungsvorrichtung 12 aufnehmende Abschlußwand 3 koaxial von der Kolbenstange 6 durchsetzt. Eine Dichtungs- und Führungseinrichtung 22 verhindert den Austritt von Druckluft und sorgt für eine exakte Längsführung der Kolbenstange 6.

Die von der Kolbenstange 6 durchsetzte axiale Durchbrechung 23 der Abschlußwand 3 mündet im Bereich der Anschlagfläche 13 koaxial in die zugeordnete Zylinderkammer 7. Die Durchbrechung 23 bildet gemeinsam mit einem Zweigkanal 24, der einenends umfangsseitig in die Durchbrechung 23 einmündet und andernends zu der Anschlußoffnung 17 geführt ist, den Abströmkanal 15. Von dem Zweigkanal 24 geht der Dämpfungskanal 16 ab, der ebenfalls über die dem Kolben 4 zugewandte Stirnfläche 13 der Abschlußwand 3 in die abströmseitige Zylinderkammer 7 einmündet.

Als Druckreguliereinrichtung 21 ist eine einstellbare Drosselstelle 25 in den Verlauf des Dämpfungskanals 16 eingeschaltet, die vorliegend von einer Drosselschraube gebildet ist, mit der sich der Querschnitt des Dämpfungskanals 16 verändern läßt.

Im Bereich der der Zylinderkammer 7 zugewandten Mündung 15' des Abströmkanals 15 ist ein Dichtring 26 festgelegt. Sein Durchmesser ist so bemessen, daß er ein zum Beispiel von einer Hülse gebildetes, vom Kolben 4 koaxial wegragendes zylindrisches Verschlußteil 27 dichtend umfassen kann. Der Durchmesser des Verschlußteils 27 ist größer als derjenige der Kolbenstange 6, die von dem Dichtring 26 nicht berührt wird.

Bewegt sich der Kolben 4 ausgehend von seiner nicht dargestellten rechten Endstellung nach links, so befindet sich das Verschlußteil 27 zunächst noch außerhalb des Dichtringes 26 und das verdrängte Druckmedium kann über den Abströmkanal 15 und die Anschlußöffnung 17 ungehindert abströmen, so daß sich der Kolben mit normaler Geschwindigkeit fortbewegt.

Zum Ende des Kolbenhubes hin taucht das Verschlußteil 27 in den Dichtring 2 6 ein, so daß der Abströmkanal 15 versperrt ist. Die hierbei vom Kolben 4 eingenommene Position ist die schon erwähnte Dämpfungsposition. Von nun an kann die Luft nur noch über den Dämpfungskanal 16 ausströmen, was wegen des reduzierten Strömungsquerschnittes zu einer Druckerhöhung in der abströmseitigen Zylinderkammer 7 führt. Die Folge ist eine Verlangsamung

des Kolbens 4 im Verlauf der von ihm zur Anlage an der Anschlagfläche 13 zurückgelegten verbleibenden Dämpfungsstrecke.

Um den Kolben anschließend wieder in entgegengesetzte Richtung zu verlagern, wird über die Anschlußöffnung 17 Druckluft zugeführt, die nun die abströmseitige Zylinderkammer 7 beaufschlagt. Der Dichtring 26 kann mit einer Rückschlagfunktion ausgestattet sein, um zu Beginn des Rückhubes einen vergrößerten Strömungsquerschnitt zur Verfügung zu stellen.

Im Vergleich zu der Bauform gemäß Figur 1 basiert die Dämpfungswirkung bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 2 und 3 auf der Wirkung eines Überdruckventils 28.

Im einzelnen sitzt hier die Mündung 15' des Abströmkanals 15 zweckmäßigerweise an der umfangsseitigen Mantelfläche des den Kolben 4 aufnehmenden Zylinderraumes, und zwar mit einem Abstand zu der den Zylinderraum begrenzenden Stirnfläche 13 der Abschlußwand 3. Dieser Abstand gibt die Dämpfungsstrecke vor.

Der Dämpfungskanal 16 ist einenends über die Mündung 16' zur abströmseitigen ZyIInderkammer 7 offen und mündet andernends über eine Ablaßöffnung 32 oder die Anschlußöffnung 17 zur Umgebung. In seinen Verlauf ist das Überdruckventil 28 eingeschaltet, das den Fluiddurchgang durch den Dämpfungskanal 16 mittels eines vorliegend als Kugel ausgebildeten Ventilgliedes 33 absperrt, das unter der Kraft einer Feder 34 gegen einen Ventilsitz gedrückt wird. Mittels einer Einstellschraube 35 läßt sich die Federkraft bedarfsgemäß einstellen und somit der in der abström-

seitigen Zylinderkammer 7 herrschende Druck, bei dem das Überdruckventil 28 öffnet und ein Abströmen der eingeschlossenen Luft ermöglicht.

So lange sich der Kolben 4 außerhalb der Dämpfungsposition befindet, baut sich bei seiner Annäherungsbewegung in Richtung der Kolbenendlage kein nennenswerter Gegendruck in der abströmseitigen Zylinderkammer 7 auf. Die Luft wird über den Abströmkanal 15 ausgestoßen. Sobald der Kolben 4 jedoch die seitliche Mündung 15' des Abströmkanals 15 abdeckt, ist der Ausströmweg verschlossen. Nun beginnt die Dämpfungsstrecke bzw. der Dämpfungshub, wobei die in der abströmseitigen Zylinderkammer 7 eingeschlossene Luft komprimiert wird. Zur Energieanpassung bezogen auf die abzubremsende kinetische Energie ist das Überdruckventil 28 so eingestellt, daß es bei einem bestimmten Druck öffnet.

Es ist schwierig, eine Einstellung für die Druckreguliereinrichtung 21 zu finden, bei der der Kolben 4 sanft aperiodisch abgebremst wird und bei Erreichen der Kolbenendlage kein Überdruck mehr in der abströmseitigen Zylinderkammer 7 herrscht, so daß der Kolben 4 keine Bewegungsumkehr erfährt. Daher ist, um dies zu erreichen, zusätzlich zu den den Druckanstieg hervorrufenden Mitteln ein Entlüftungsventil 3 6 vorhanden, das mit der abströmseitigen Zylinderkammer 7 in Wirkverbindung steht.

Das Entlüftungsventil 36 hat eine Einlaßöffnung 37, die mit der abströmseitigen Zylinderkammer 7 kommuniziert. Es hat desweiteren eine Auslaßöffnung 38, die mit einem Entlüftungskanal 42 kommuniziert. Beim Ausführungsbexspiel der Figuren 1 und 2 führt

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der Entlüftungskanal 42 zur Anschlußöffnung 17. Im Falle der Figur 3 mündet er über eine Entlüftungsöffnung 43 unmittelbar an die Umgebung, wobei der Fluiddurchgang durch ein noch zu erläuterndes Schnellentlüftungsventil 44 gesteuert wird.

Das Entlüftungsventil 36 ist ins Innere der stirnseitigen Abschlußwand 3 eingebaut. Es verfügt über eine von einer Ausnehmung der Abschlußwand 3 gebildete Ventilkammer 45, in der ein Ventilkörper 46 zwischen einer in den Figuren gezeigten Schließstellung und einer in Figur 1 strichpunktiert angedeuteten Entlüftungsstellung verschiebbar ist. Die Verschieberichtung verläuft parallel zur Längsachse 5.

Der Ventilkörper 46 weist einen Betätigungsstößel 47 auf, der in der Schließstellung durch eine Durchbrechung 41 der Abschlußwand 3 hindurch in die zugeordnete abströmseitige Zylinderkammer 7 hineinragt. Dabei überragt er die die Kolbenendlage vorgebende Anschlagfläche 13. Der Überstand ist in den Figuren übertrieben dargestellt und liegt in der Praxis vorzugsweise im Bereich zwischen 1 bis 3 mm.

Solange der Kolben 4 die Endlage nicht erreicht hat, befindet sich das Entlüftungsventil 36 in der Schließstellung. Es liegt mit seinem Ventilkörper 46 dichtend an einem Ventilsitz 48 an, der vorliegend von einem kragenförmigen Vorsprung im Innern der Abschlußwand 3 gebildet ist.

Das Entlüftungsventil 3 6 wird vom Kolben 4 wegabhängig geschaltet. Erreicht der Kolben 4 das Ende der Dämpfungsstrecke, so

läuft er auf den ihm entgegenragenden Betätigungsstößel 47 auf und schaltet den Ventilkörper 46 aus der Schließstellung in die Entlüftungsstellung, in der er vom Ventilsitz 48 abgehoben ist. Der zuvor verschlossene Durchgang zwischen der Einlaßöffnung 37 und der Auslaßöffnung 38 ist dann freigegeben und das noch in der abströmseitigen Zylinderkammer 7 eingeschlossene Druckmedium kann über den Entlüftungskanal 42 schlagartig expandieren bzw. entweichen. Daraus resultiert ein schlagartiger Abfall des zuvor noch vorhandenen Restdruckes mit der Folge, daß auf den Kolben 4 keine entgegengesetzt gerichtete Betätigungskraft ausgeübt wird und dieser in der Kolbenendlage sicher stoppt.

Der beispielsgemäße Ventilkörper 46 ist nach Art eines Differentialkolbens ausgeführt. Seine Rückseite bildet eine entgegen der Richtung der Schließbewegung weisende, in Schließrichtung wirkende erste Druckbeaufschlagungsfläche 49. Desweiteren ist eine sich aus mehreren Flächenabschnitten 50', 50", 50'" zusammengesetzte zweite Druckbeaufschlagungsfläche 50 vorhanden, die in Entlüftungsrichtung wirksam ist und entgegen der Richtung der Umschaltbewegung in die Entlüftungsstellung weist. Beide Druckbeaufschlagungsflächen 49, 50 sind zumindest in der Schließstellung ständig von dem in der abströmseitigen Zylinderkammer 7 herrschenden Druck beaufschlagt. Da die in Schließstellung in Schließrichtung wirksame Druckbeaufschlagungsfläche 49 geringfügig größer ausgebildet ist als die in Entlüftungsrichtung bzw. Öffnungsrichtung wirksame Druckbeaufschlagungsfläche 50, wird der Ventilkörper 46 fluidkraftbedingt in der Schließstellung gehalten. Er ist dadurch von Druckschwankungen im System unabhängig und läßt sich dennoch mit nur geringer mechanischer

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Beaufschlagungskraft des Kolbens 4 in die Entlüftungsstellung umschalten.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist die Einlaßöffnung 37 von der Durchbrechung 41 gebildet. Der Ventilkörper 46 ist von einem oder mehreren Verbindungskanälen 53 axial durchsetzt, die das Druckniveau des Einlaßkanals 37 und somit der abströmseitigen Zylinderkammer 7 zur rückseitigen ersten Druckbeaufschlagungsfläche 49 führen. Eine zusätzliche, sich zwischen dem Ventilkörper 46 und der Abschlußwand 3 abstützende Schließfeder 54 sorgt dafür, daß der Ventilkörper 46 wieder sicher in die Schließstellung zurückkehrt, wenn nach der Entlüftung die angreifenden Druckkräfte allein nicht dafür ausreichen.

Der Ventilkörper 46 gemäß Figuren 2 und 3 ist mehrfach zylindrisch abgestuft. Er hat einen rückseitig angeordneten ersten Abschnitt größeren Querschnitts 55, an den sich im Rahmen einer ersten Übergangsstufe 57 ein zweiter zylindrischer Abschnitt 56 geringeren Querschnitts anschließt, auf den über eine zweite Übergangsstufe 58 der nochmals geringen Querschnitt aufweisende Betätigungsstößel 47 folgt. Die erste Druckbeaufschlagungsfläche 49 befindet sich an der freien Rückseite des ersten Abschnittes 55. Die zweite Druckbeaufschlagungsfläche 50 setzt sich aus drei Flächenabschnitten 50', 50", 50'" zusammen, die an der Stirnfläche des Betätigungsstößels 47 sowie an den Stirnflächen der beiden Abschnitte 55, 56 im Bereich der Übergangsstufen 57, 58 vorgesehen sind.

Der erste Abschnitt 55 wirkt im Bereich seiner ersten Übergangsstufe 57 mit dem Ventilsitz 48 zusammen und trägt dort zweckmäßigerweise eine Dichtung 60.

Der Dämpfungskanal 16 kommuniziert mit dem rückseitigen Endabschnitt 59 der Ventilkammer 45, die von der dem Kolben 4 entgegengesetzten ersten Druckbeaufschlagungsfläche 49 des Ventilkörpers 46 begrenzt wird. Diese erste Druckbeaufschlagungsfläche wird somit über den Dämpfungskanal 16 mit dem in der abströmseitigen Zylinderkammer 7 herrschenden Druck beaufschlagt. Der gleiche Druck liegt an dem radial innerhalb des Ventilsitzes 48 liegenden Flächenabschnitt 50'" der zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 50 an. Dies geschieht vorliegend über einen den Ventilkörper 46 durchziehenden Verbindungskanal 63, der einerseits an der ersten Druckbeaufschlagungsfläche 49 und andererseits an der Mantelfläche des zweiten zylindrischen Abschnittes 56 ausmündet.

Der zweite zylindrische Abschnitt 56 des Ventilkörpers 46 begrenzt mit seiner dem Kolben 4 zugewandten ringförmigen Stirnfläche, die einen weiteren Flächenabschnitt 50" der zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 50 bildet, eine Kammer, die als Kompensationskammer 64 bezeichnet sei. Sie steht über einen Zuströmkanal 65 mit der zugeordneten abströmseitigen Zylinderkammer 7 in Verbindung, und zwar vorliegend unter Zwischenschaltung des Dämpfungskanals 16. Der Zuströmkanal 65 mündet einerseits in die Kompensationskammer 64 und andererseits in den Dämpfungskanal 16. Er verläuft hierzu beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 im Material der Abschlußwand 3, während er

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bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 im Innern des Ventilkörpers 46 ausgebildet ist. Hier bildet er eine koaxiale Verlängerung eines axialen Abschnittes 63' des Verbindungskanals 63, wobei er den zweiten zylindrischen Abschnitt 56 koaxial durchsetzt und zweckmäßigerweise ein Stück weit in den Betätigungsstößel 47 hineinragt, an dessen Mantelfläche er seitlich zur Kompensationskammer 64 ausmündet.

In den Zuströmkanal 65 ist zweckmäßigerweise ein Rückschlagventil 66 eingeschaltet, das eine Zuströmung von Fluid in den Kompensationskammer 64 hinein zuläßt und in Gegenrichtung sperrt. Das vorliegend von einer Kugel gebildete bewegliche Verschlußglied 67 wird von einer Schließfeder 68 in Schließstellung gehalten, die allerdings selbst keine kraftrelevante Funktion hat, sondern nur zur definierten Vorgabe der Schließstellung dient. Die Kompensationskammer 64 kommuniziert desweiteren unter Zwischenschaltung eines Wechselventils 72 mit dem Ein- und Auslaßkanal 14. Bei Vorliegen einer Druckdifferenz zwischen der Kompensationskammer 64 und dem Ein- und Auslaßkanal 14 nimmt das Wechselventil 72 eine den Fluiddurchgang absperrende Schließstellung ein. Sind die beidseits anliegend Drücke zumindest annähernd gleich, nimmt das Ventilglied 73 des Wechselventils 72 eine Schwimmstellung ein, in der eine fluidische Verbindung zwischen der Kompensationskammer 64 und dem Ein- und Auslaßkanal vorliegt.

Der Ein- und Auslaßkanal 14 kommuniziert desweiteren über einen dem Abströmkanal 15 parallelgeschalteten Zuströmkanal 74 mit der abströmseitigen Zylinderkammer 7. In den Zuströmkanal 74 ist ein

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Rückschlagventil 75 eingeschaltet, das eine Fluiddurchströmung lediglich in Richtung zu der Zylinderkammer 7 gestattet.

Es folgt nun eine Beschreibung der Funktionsweise der verschiedenen Ausführungsbeispiele, wobei noch auf weitere bevorzugte Konstruktionsdetails eingegangen wird.

In einer gedachten Ausgangsstellung befindet sich der Kolben 4 in seiner von der gezeigten Abschlußwand 3 entfernten entgegengesetzten Endstellung. Bei drucklosem System nimmt das Entlüftungsventil 36 aufgrund der geringfügigen Vorspannung durch die Schließfeder 54, die auch bei den Bauformen gemäß Figuren 2 und 3 vorhanden ist, die Schließstellung ein.

Als nächstes wird der Kolben 4 durch Druckbeaufschlagung nach links in Richtung der Anschlagfläche 13 verlagert. Die dabei aus der Zylinderkammer 7 verdrängte Luft strömt über den Abströmkanal 15, den über ein nicht näher dargestelltes Ventil entsprechend geschalteten Ein- und Auslaßkanal 14 und zweckmäßigerweise eine nachgeschaltete Abluftdrosselung ab. Dabei entwickelt der Kolben 4 seine gewünschte Betriebsgeschwxndigkeit. An allen Druckbeaufschlagungsflächen 49, 50 des Ventilkörpers 46 liegt der gleiche Druck an. Im Falle der Bauformen gemäß Figuren 2 und 3 befindet sich das Wechselventil 73, das man als Logikelement bezeichnen könnte, in der Schwimmstellung, so daß ein ständiger Druckausgleich bzw. eine Druckompensation zwischen der Kompensationskammer 64 und dem Ein- und Auslaßkanal 14 erfolgt. Auf diese Weise wird verhindert, daß im Falle von abluftseitigen Druckschwankungen während des außerhalb der Dämpfungsstrecke be-

findlichen Hubbereiches des Kolbens 4 über den nur in einer Richtung durchströmbaren Zuströmkanal 65 ein Überdruck in der Kompensationskammer 64 aufgebaut wird, der den Ventilkörper 46 vorzeitig in die Entlüftungsstellung umschaltet.

Mit dem Verschließen des Abströmkanals 15 durch den Kolben 4 bzw. das Verschlußteil 27 beginnt der Dämpfungsvorgang. Im Falle der Bauform gemäß Figur 1 kann die Luft nurmehr über den Dämpfungskanal 16 abströmen, wobei sich durch die gewählte Einstellung der Drossel 25 die Abströmgeschwindigkeit und somit der den Kolben 4 abbremsende, sich in der abströmseitigen Zylinderkammer 7 aufbauende qualitative Druckverlauf einstellen läßt.

Im Falle der Bauformen gemäß Figuren 2 und 3 erfolgt die Energieanpassung für den Dämpfungsvorgang über die Einstellung des Überdruckventils 28. Gemäß Figur 3 gelangt die vom Überdruckventil 28 abgelassene Luft über einen Kanal 42 und eine an der Außenseite der Abschlußwand 3 vorgesehen Ablaßöffnung 32 unmittelbar an die Atmosphäre, wobei zweckmäßigerweise noch ein Schalldämpfer vorgesehen ist. Im Gegensatz dazu sieht die Figur 2 eine gefaßte Abfuhr der überströmenden Luft vor. Hier ist der auf das Überdruckventil 28 folgende Kanal 51 über den Entlüftungskanal 42 an den Ein- und Auslaßkanal 14 angeschlossen, so daß die Abluft über das an die Anschlußöffnung 17 angeschlossene, nicht näher dargestellte Steuerventil abgeführt wird.

Gegen Ende der Dämpfungsstrecke bzw. des Dämpfungshubes des Kolbens 4 prallt dieser auf die Stirnfläche des Betätigungsstößels 47 und verlagert diesen in die Entlüftungsstellung, in der er

von dem Ventilsitz 48 abgehoben ist. Dies hat zur Folge, daß die abströmseitige Zylinderkammer 7 unter Umgehung der Druckreguliereinrichtung 21 unmittelbar entlüftet wird und dadurch drucklos wird. Das Entlüftungsventil 36 ist also der Druckreguliereinrichtung 21 bzw. dem dieser zugeordneten Abschnitt des Dämpfungskanals 16 praktisch parallel geschaltet.

Im Falle der Figur 1 strömt die Restluft aus der abströmseitigen Zylinderkammer 7 über die Durchbrechung 41, die Auslaßöffnung 38, den Entlüftungskanal 42, die axiale Durchbrechung 23 und den Zweigkanal 24 zur Anschlußöffnung 17. Die Abluft wird hier also ebenfalls gefaßt, vergleichbar der Anordnung aus Figur 2.

Bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3 strömt die Restluft nach dem Öffnen des Ventilkörpers 46 über den vor der Druckreguliereinrichtung 21 liegenden Abschnitt des Dämpfungskanals 16, den Verbindungskanal 63 und die Auslaßöffnung 38 in den Entlüftungskanal 42. Dieser ist im Falle der Figur 2 an den Ein- und Auslaßkanal 14 angeschlossen, so daß die Luft ebenfalls gefaßt abgeführt wird.

Im Falle der Figur 3 führt der Entlüftungskanal 42 an den Einlaß 76 des Entlüftungsventils 44. Dessen Auslaß ist die erwähnte Entlüftungsöffnung 43. Der im Entlüftungskanal 42 herrschende Druck beaufschlagt die Vorderseite eines Ventilgliedes 78 des Entlüftungsventils 44, dessen Rückseite über einen an den Ein- und Auslaßkanal 14 angeschlossenen Steuerkanal 77 vom ein- und auslaßseitig herrschenden Druck beaufschlagt wird. Dieser Druck ist nach dem Absperren der Abströmöffnung 15' praktisch gleich

dem Umgebungsdruck, so daß der im Entlüftungskanal 42 herrschende Druck ausreicht, um das zuvor unter Vermittlung des Steuerkanals 77 in Schließstellung gehaltene Ventilglied 78 zu verlagern und dadurch den Entlüftungskanal 42 über die Entlüftungsöffnung 43 an die Umgebung zu schalten. Da der Entlüftungskanal 42 mit einem großen Querschnitt versehen ist, kann die Luft schlagartig ausströmen.

Schon nach dem Absperren der Abströmöffnung 15' hat das Wechselventil 73 aufgrund der geänderten Druckverhältnisse in eine aus Figuren 2 und 3 hervorgehende Schließstellung umgeschaltet, in der es ein Ausströmen der aus der abströmseitigen Zylinderkammer 7 in die Kompensationskammer 64 zugeführten Luft zum Ein- und Auslaßkanal 14 verhindert. Die Kompensationskammer 64 speichert somit praktisch die während des DämpfungsVorganges auftretenden Druckspitzen. Dies hat zur Folge, daß das Entlüftungsventil der Bauformen gemäß Figuren 2 und 3 zusätzlich druckverlaufsabhängxg öffnen kann, was dann von Relevanz ist, wenn der Kolben 4 aufgrund der herrschenden Druckverhältnisse und fehlender kinetischer Restenergie zu einer Bewegungsumkehr veranlaßt werden sollte, bevor er den Betätigungsstößel 47 erreicht. Die Bewegungsumkehr hätte in der abströmseitigen Zylinderkammer 7 sowie dem angeschlossenen Dämpfungskanal 16 und den mit diesen kommunizierenden Kanälen bzw. Räumen einen Druckabfall zur Folge, so daß die über die erste Druckbeaufschlagungsfläche 49 auf den Ventilkörper 46 einwirkende Schließkraft stark reduziert würde. Infolge des Rückschlagventils 66 tritt ein entsprechender Druckrückgang in der Kompensationskammer 64 jedoch nicht auf, so daß unter Beaufschlagung des Bestandteils 50" der in Öffnungsrich-

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tung wirksamen zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 50 ein Öffnen des Entlüftungsventils 36 herbeigeführt würde und somit der Kolben 4 doch noch in die Endlage fahren kann. Über die Kompensationskammer 64 wird also der wegabhängigen Betätigung praktisch eine eine Sicherheitsfunktion ausübende druckabhängige Betätigung parallelgeschaltet.

Insgesamt ergibt sich somit ganz allgemein ausgedrückt eine Energieanpassung in der Form, daß während des Dämpfungshubes die gesamte kinetische und potentielle Energieumwandlung nahezu vollständig ohne Bewegungsumkehr innerhalb eines Komprimierungsvorganges erfolgt und somit die Restgeschwindigkeit des Kolbens in Endlagennähe nahe Null liegt und die Beschleunigungsverhältnisse leicht positiv sind. Der Entlüftungsstößel hat die Aufgabe, im Bereich des letzten Streckenabschnittes der Dämpfungsstrecke, beispielsweise im Bereich der letzten 1 bis 3 mm, dafür zu sorgen, daß unabhängig vom dynamischen Zustand des Gesamtsystemes das noch vorhandene Restvolumen der abströmseitigen Zylinderkammer 7 schlagartig entlüftet wird, so daß der Kolben bei Erreichen der Kolbenendlage bewegungslos verharrt. Unterstützt wird dies auch dadurch, daß zu diesem Zeitpunkt die andere Zylinderkammer 8 in der Regel noch druckbeaufschlagt ist, so daß der Kolben 4, nachdem er schwingungsfrei in die Endlage gefahren ist, dort gehalten wird.

Um den Rückhub des Kolbens 4 auszulösen, wird dem Ein- und Auslaßkanal 14 über das an die Anschlußöffnung 17 angeschlossene Steuerventil (nicht dargestellt) Druckluft zugeführt. Diese beaufschlagt bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 in der bereits

geschilderten Weise die Zylinderkammer 7, so daß sich der Kolben 4 von der Stirnfläche 13 entfernt. Dabei hebt er von dem Betätigungsstößel 47 ab. Der in dieser Phase druckkraftausgeglichene Ventilkörper 46 wird durch die Schließfeder 54 in die Schließstellung umgeschaltet.

Bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3 strömt die Druckluft über den mit dem Ein- und Auslaßkanal 14 verbundenen Zuströmkanal 74 in die benachbarte Zylinderkammer 7 und veranlaßt den Rückhub des Kolbens 4. Der im Ein- und Auslaßkanal 14 anstehende Druck beaufschlagt im Falle der Figur 3 über den Steuerkanal 77 gleichzeitig die Rückseite des Ventilgliedes 78 und schaltet das Schnellentlüftungsventil 44 in die Schließstellung. Der Entlüftungskanal 42 ist dadurch zur Umgebung hin abgesperrt. Außerdem veranlaßt der Einlaßdruck ein Umschalten des Wechselventils 72 in eine schwimmende oder nicht dichtende zweite Stellung.

Die Entlüftung der Kompensationskammer 64 erfolgt zweckmäßigerweise über die Durchbrechung 41 zur benachbarten Zylinderkammer I₁ was dadurch ermöglicht ist, daß der radiale Bereich zwischen dem Betätigungsstößel 47 und der Wand der Durchbrechung 41 in der Entlüftungsstellung des Ventilkörpers 46 nicht abgedichtet ist. Der Betätigungsstößel 47 trägt zwar einen Dichtring 80. Dieser ist jedoch so angeordnet, daß er nur bei in Schließstellung befindlichem Ventilkörper 46 in Dichtkontakt mit der Wand der Durchbrechung 41 steht. In der Entlüftungsstellung nimmt der Dichtring 80 die in Figur 2 angedeutete unwirksame Stellung 84 ein, in der er sich in einem Bereich befindet, an der ein Radi-

alabstand zur benachbarten Durchbrechungswand vorliegt. Dieser Radialabstand kann beispielsweise durch eine insbesondere konische Erweiterung 85 der Durchbrechung 41 zur Kompensatioskammer 64 hin verwirklicht werden.

Da somit an allen Druckbeaufschlagungsflächen 49, 50 der gleiche Druck anliegt, kann die Schließfeder 54 den Ventilkörper 46 in die Schließstellung umschalten.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 kann bei Bedarf auf Maßnahmen, die den Dichtring 80 in eine unwirksame Stellung verbringen, verzichtet werden. Hier ist eine Entsperreinrichtung vorgesehen, die einen Schaltstößel 86 umfaßt, der sich ausgehend vom stirnseitigen Endabschnitt 87 der Abschlußwand 3 koaxial durch den Endabschnitt 59 der Ventilkammer 45 und den Verbindungskanal 63 in die Ventilkammer 45 hinein erstreckt und mit seinem freien Ende 88 in unmittelbarer Nähe des Verschlußgliedes 67 endet. Bewegt sich der Ventilkörper 46 in die Entlüftungsstellung, so blockiert der Schaltstößel 86 die Position des Verschlußgliedes 67, so daß dieses vom zugeordneten Sitz abhebt und das Rückschlagventil 66 öffnet. In diesem Falle wird die Kompensationskammer 64 über das entsperrte Rückschlagventil 66 entlüftet.

Der Schaltstößel 86 kann auch als Einstellhilfe verwendet werden, der ein bewußtes Öffnen des Rückschlagventils 66 in jeder Stellung des Ventilkörpers 46 ermöglicht. Ist der Überdruck zu hoch, äußert sich dies in einem Prellen des Kolbens, der die Endlage nicht erreicht. Bei zu niedrigem Überdruck hingegen

tritt ein Durchschlagen auf. Beispielsgemäß ist der Schaltstößel 86 gemäß Figur 3 an einer in der Abschlußwand 3 gelagerten Betätigungseinrichtung 89 angeordnet, über die zum Beispiel manuell eine bedarfsgemäße axiale Verstellung des Schaltstößeis 86 hervorgerufen werden kann. Beispielsgemäß ist sie als Schraubeinrichtung ausgebildet, möglich wäre auch eine Ausgestaltung als Schiebeeinrichtung, die bei Aufbringung einer axialen Stellkraft verlagert wird.

Ein entsprechender Schaltstößel 86 mit zusammenwirkender Betätigungseinrichtung 89 kann auch bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 vorgesehen sein, wo sie dem in der Abschlußwand 3 im seitlichen Umfangsbereich der Kompensationskammer 64 vorgesehenen Rückschlagventil 66 zugeordnet ist.

Die von dem Schaltstößel 86 und der Betätigungseinrichtung 89 gebildete Einstelleinrichtung 90 kann mit der Einstellschraube 35 des Überdruckventils 28 in der Weise gekoppelt sein, daß eine gleichzeitige Verstellung im Rahmen einer Einhandverstellung von der Radialseite des Zylinders her möglich ist.

Es ist ferner sinnvoll, wenn die Einstellschraube 35 und/oder die Entsperreinrichtung 90 mittels elektrischer Aktoren ferngesteuert betätigt werden können.

Claims (15)

G 16 350 - lens 7. Juli 1995 Festo KG. 73734 Esslingen Vorrichtung zur Endlacrendämpfung Ansprüche

1. Vorrichtung zur Endlagendämpfung des Kolbens (4) eines pneumatischen Arbeitszylinders (1), mit Mitteln (15, 16, 21, 26, 27), die vor Erreichen der mechanisch vorgegebenen Kolbenendlage ab einer bestimmten Dämpfungsposition des sich in einer Richtung bewegenden Kolbens (4) einen Druckanstieg in der abströmseitigen Zylinderkammer (7) hervorrufen, so daß der Kolben bis zum Erreichen der Kolbenendlage eine Dämpfungsstrecke durchläuft, in der er abgebremst wird, dadurch gekennzeichnet, daß die abströmseitige Zylinderkammer (7) mit einem Entlüftungsventil (36) verbunden ist, das von dem Kolben (4) beim Erreichen des Endes der Dämpfungsstrecke aus einer zuvor eingenommenen Schließstellung in eine Entlüftungsstellung umgeschaltet wird, in der die abströmseitige Zylinderkammer (7) vollständig entlüftet wird.

r &Ggr; .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlüftungsventil (36) in der stirnseitigen Abschlußwand des Arbeitszylinders (1) angeordnet ist und über einen axial in die zugeordnete Zylinderkammer (7) hineinragenden Betätigungsstößel (47) verfügt, der zum Umschalten in die Entlüftungsstellung von dem Kolben (4) beaufschlagt und verlagert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsstößel (47) mit einem beweglichen Ventilkörper (46) in Wirkverbindung steht, der in Schließstellung den Durchlaß zwischen der zugeordneten Zylinderkammer (7) und einer mit der Atmosphäre verbundenen Auslaßöffnung (38) absperrt und in Entlüftungsstellung diesen Durchlaß freigibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (46) von dem in der abströmseitigen Zylinderkammer (7) herrschenden Druck gegensinnig beaufschlagt wird, wobei in der Schließstellung die in Schließrichtung wirksamen Druckbeaufschlagungsflächen (49) des Ventilkörpers (46) größer sind als die in Entlüftungsrichtung wirksamen Druckbeaufschlagungsflächen (50), so daß der Ventilkörper (46) von den resultierenden Druckkräften in Schließstellung gehalten wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ventilkörper (46) eine in Schließrichtung wirkende mechanische Federeinrichtung (54) angreift, die die Rückstellung des in die Entlüftungsstellung bewegten Ventilkörpers (46) in die

*· &udigr; —
• · ·

Schließstellung garantiert, wenn der Kolben (4) seine Kolbenendlage wieder verläßt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Druckanstieg hervorrufenden Mittel einen Abströmkanal (15) und einen Dämpfungskanal (16) aufweisen, die beide mit der abströmseitigen Zylinderkammer (7) verbunden sind, wobei der Abströmkanal (15) bei Erreichen der Dämpfungsposition des Kolbens (4) von diesem oder einem mit diesem verbundenen Bauteil (27) abgesperrt wird und wobei dem Dämpfungskanal (16) eine den Druck in der abströmseitigen Zylinderkammer (7) bestimmende Druckreguliereinrichtung (21) zugeordnet ist, beispielsweise eine Drosselstelle (25) oder ein Überdruckventil (28) .

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung des Ventilkörpers (46) in Schließrichtung über den Dämpfungskanal (16) oder über wenigstens einen sonstigen mit der abströmseitigen Zylinderkammer verbundenen, den Ventilkörper (46) zweckmäßigerweise durchsetzenden Kanal (53) erfolgt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (46) mit einer in Entlüftungsrichtung wirksamen Druckbeaufschlagungsfläche (50") eine Kompensationskammer (64) begrenzt, die über ein in Richtung der Kompensationskammer (64) öffnendes Rückschlagventil (66) mit der abströmseitigen Zylinderkammer (7) kommuniziert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Entsperreinrichtung (90) für das Rückschlagventil (66) vorhanden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsstößel (47) eine zwischen der !Compensationskammer (64) und der abströmseitigen Zylinderkammer (7) verlaufende Durchbrechung (41) durchsetzt und einen Dichtring (80) trägt, der derart angeordnet ist, daß er bei in Schließstellung befindlichem Ventilkörper (46) in Dichtkontakt mit der Wand der Durchbrechung (41) steht und in der Entlüftungsstellung des Ventilkörpers (46) eine unwirksame Stellung einnimmt, so daß eine Entlüftung der Kompensationskammer (64) durch die Durchbrechung (41) hindurch zu benachbarten Zylinderkammer (7) erfolgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (80) in der unwirksamen Stellung innerhalb einer Erweiterung (85) der Durchbrechung (41) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationskammer (64) über ein Wechselventil (72) mit einem mit der abströmseitigen Zylinderkammer (7) verbundenen Ein- und Auslaßkanal (14) kommuniziert, wobei das Wechselventil druckabhängig eine den Durchgang absperrende Schließstellung, eine den Durchgang freigebende Schwimmstellung und eine nicht dichtende andere Endlage einnehmen kann.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein- und Auslaßkanal (14) zumindest teilweise von dem Abströmkanal (15) gebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (38) des Entlüftungsventils (36) an einen mit der abströmseitigen Zylinderkammer (7) kommunizierenden Ein- und Auslaßkanal (14) angeschlossen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (38) des Entlüftungsventils (36) mit einem Entlüftungskanal (42) kommuniziert, dessen Durchgang von einem Schnellentlüftungsventil (44) ge-steuert wird.