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Betätigungszylinder mit Steuerung
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Die Erfindung betrifft einen Betätigungszylinder, dessen Kolbenstange
mit einem beidseitig mit Druckmedium beaufschlagbaren Kolben verbunden ist, dessen
Hin- und Herbewegung durch eine Steuereinrichtung steuerbar ist.
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Betätigungszylinder dieser Art werden auf verschiedenen Gebieten eingesetzt,
beispielsweise für Verpreß- und Injektionspumpen im Tief- und Bergbau. Die Steuerung
für die Hin- und Herbewegung der Kolbenstange wird von einer vom Betätigungszylinder
getrennten Steuereinrichtung ausgeführt, die wiederum, beispielsweise elektrisch,
betätigt werden muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Betätigungszylinder
der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß er mit der Steuerung eine Einheit
bildet und die Steuereinrichtung mit dem Arbeitsmedium des Betätigungszylinders
betätigbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs
1 gelöst. Durch die mit der Kolbenstange teleskopartig zusammenwirkende Schaltstange
und die im Zylinder angeordnete Steuereinrichtung ergibt sich eine Einheit von Steuerung
und Betätigungszylinder bei kompakter Bauweise, wobei das im Zylinder vorhandene
Druckmedium zum Betätigen der Steuereinrichtung verwendet werden kann, so daß kein
Fremdmedium erforderlich ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen
angegeben.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Seitenansicht
des Betätigungszylinders mit einem Teilschnitt der Steuereinrichtung, Fig. 2 einen
Längsschnitt längs der Linie 1-1 in Fig. 1, und ig. 3 eine abgewande-}-te Ausführungsform.
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und 4 -Zwischen zwei Deckeln 2 und 3 ist ein Zylinderrohr 1 mittels
Schrauben 4 eingespannt, in welchem ein Kolben 5 mit daran befestigter Kolbenstange
6 verschiebbar ist. Der Kolben 5 ist beidseitig mit Druckmedium beaufschlagbar,
wobei die Hubkraft der Kolbenstange durch die Stirnfläche des Kolbens 5 einschließlich
der Kolbenstangenfläche bestimmt ist, während die Rückhubkraft durch die Ringfläche
bestimmt ist, die sich aus der Differenz zwischen Kolbenfläche und Kolbenstangenfläche
ergibt. Der Betätigungszylinder ist mit weiteren, an sich bekannten Bauteilen, wie
Abdichelementen an Kolbenstange und Kolben, versehen.
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Die Kolbenstange 6 ist vom innenliegenden Ende her mit einer Längsbohrung
7 versehen, deren Länge etwa der Hublänge der Kolbenstange entspricht und die zur
Aufnahme einer Schaltstange 8 dient, die im oberen Deckel 2 verschiebbar geführt
ist.
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Die Schaltstange 8 ist im Bereich des oberenDeckels 2 von einer Vorsteuerhülse
9 umgeben, die relativ zur Schaltstange verschiebbar ist und von dieser über Ringschultern
10 relativ zu einer Steuermuffe 11 verstellt werden kann.
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Die Steuermuffe 11 ist auf dem Außenumfang mit in einem Abstand voneinander
angeordneten Ringnuten 12,13 und 14 versehen, die über radiale Bohrungen mit zugeordneten
Ringnuten auf dem Innenumfang der Steuermuffe in Verbindung stehen.
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Auf dem Außenumfang der Vorsteuerhülse 9 ist eine verbreiterte Ringnut
15 ausgebildet, die in der dargestellten Schaltstellung die beiden Ringnuten 12
und 13 miteinander verbindet, während in der anderen Schaltstellung die Ringnuten
13 und 14 miteinander verbunden werden. Die Vorsteuerhülse 11 mit
Steuermuffe
15 hat somit eine 3-Wege-Charakteristik bei zwei Schaltstellungen.
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Das Druckmedium wird im unteren Deckel 3 bei 16 zugeführt, gelangt
über die Bohrung 17 auf die Unterseite des Kolbens 5 und über ein zwischen den beiden
Deckeln angeordnetes Verbindungsrohr 18 in eine Hauptsteuerkammer 19, die im oberen
Deckel 2 sich quer zur Längsachse des Betätigungszylinders erstreckt und in der
ein Hauptsteuerschieber 20 verschiebbar ist. Von der Hauptsteuerkammer 19 gelangt
das Druckmedium über eine Bohrung 21 auf die Oberseite des Kolbens 5. Der Kolben
mit Kolbenstange 6 bewegt sich somit aus der dargestellten Stellung nach unten.
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Gleichzeitig liegt das bei 16 zugeführte Druckmedium über nicht dargestellte
Leitungen im oberen Deckel 2 an der Ringnut 12 an. Die Ringnut 13 ist über eine
nicht dargestellte Leitung mit der Steuerkammer 22 auf der durch einen O-Ring 23
abgedichteten großen Stirnfläche des Hauptsteuerschiebers 20 verbunden, die in diese
bei 24 mündet. Das Druckmedium liegt damit über die Ringnuten 15 und 13 auf der
großen Stirnfläche des Hauptsteuerschiebers 20 an, der damit gegen die Kraft einer
Feder 25 und gegen den auf seiner kleineren Stirnfläche anliegenden Druck sicher
in der dargestellten Schaltstellung gehalten wird.
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Die Kolbenstange 6 erfaßt gegen Hubende über einen in das Ende der
Längsbohrung 7 eingeschraubten Mitnehmerring 26 eine am freien Ende der Schaltstange
8 angebrachte Mitnehmermutter 27, so daß bei der restlichen Hubbewegung der Kolbenstange
6 die Schaltstange 8 mitgenommen und über die obere Ringschulter 10 die Vorsteuerhülse
9 nach unten verstellt wird, wobei die Ringnut 13 mit der Ringnut 14 verbunden wird,
die über eine nicht dargestellte Leitung im Deckel 2 mit der ebenfalls nicht dargestellten
Rücklaufleitung des Betätigungszylinders
in Verbindung steht. Die
Rücklaufleitung kann etwa parallel zu dem in Fig. 2 senkrecht zur Längsachse liegenden
Abschnitt der Bohrung 21 im oberen Deckel 2 ausgebildet sein. Sie mündet bei 28
in die Hauptsteuerkammer 19. Nach Unterbrechung der Verbindung zwischen den Ringnuten
12 und 13 und Verbindung der letzteren mit der Ringnut 14 wird über 13,24 die Steuerkammer
22 mit der Rücklaufleitung verbunden, so daß der Hauptsteuerschieber 20 entlastet
und durch den in der Hauptsteuerkammer 19 anliegenden Druck und die Druckfeder 25
nach rechts in Fig. 1 verschoben wird. Die Mündung des Verbindungsrohres 18 wird
dabei abgesperrt, während die beiden Bohrungen 21,28 über die Hauptsteuerkammer
19 miteinander verbunden werden. Damit liegt auf der Oberseite des Kolbens 5 der
Druck der Rücklaufleitung an, so daß das auf der Unterseite des Kolbens 5 anliegende
Druckmedium die Kolbenstange 6 wieder in den Zylinder zurückdrückt.
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Die Schaltstange 8 ist am oberen Ende mit einem doppelt konisch ausgebildeten
Schaltstück 29 versehen, das in der dargestellten Stellung mit der Unterseite auf
der Oberseite von zwei diametral gegenüberliegenden Schaltbolzen 30 anliegt, deren
Eingriffsabschnitt entsprechend dem Konus des Schaltstückes 29 beidseitig abgeschrägt
ist. Die beiden Schaltbolzen 30 sind jeweils über eine Feder 31 in einem im oberen
Deckel 2 eingeschraubten Einsatzstück 32 abgestützt.
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Wenn die Kolbenstange 6 gegen Ende der Hubbewegung die Schaltstange
8 mitnimmt, werden zunächst die beiden Schaltbolzen 30 auseinandergedrückt, worauf
nach einem entsprechenden Hub der Schaltstange die Oberseite des doppelt konischen
Schaltstückes 29 auf der schrägen Unterseite der Schaltbolzen 30 anliegt,die durch
die Federn 31 wieder nach innen gedrückt werden. Dabei nimmt die obere Ringschulter
10 nach Überwindung der Distanz zur Vorsteuerhülse 9 diese mit zum Umschalten der
Verbindung zwischen den Ringnuten 12 bis 14.
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Bei der Rückhubbewegung der Kolbenstange 6 wird gegen Ende der Hubbewegung
die Schaltstange 8 durch Anlage der Mitnehmermutter 27 an der Kolbenstange zurückgeschoben,
wobei die umgekehrten Umschaltvorgänge ablaufen, die Steuerkammer 22 über 12,13,24
wieder mit Druckmedium beaufschlagt und die Bohrung 21 über die Hauptsteuerkammer
19 wieder mit der Zufuhrleitung für Druckmedium verbunden werden. Der Kolben 5 wird
damit wieder auf der Oberseite mit Druckmedium beaufschlagt.
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Die Vorsteuerhülse 9 und die Schaltbolzen 30 sind mit Entlastungsbohrungen
33 versehen.
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Die Schaltbolzen 30 bilden mit dem Schaltstück 29 eine Stabilisierungseinrichtung
bei den Umschaltvorgängen. Solange die Kolbenstange 6 ständig gegen positive Widerstände
arbeitet, können die Umschaltvorgänge ohne Störungen ablaufen. Treten aber in den
Umschaltstellungen wechselnde Bealstungen oder negative Widerstände auf, so könnten
die Umschaltvorgänge dadurch gestört werden, daß die Kolbenstange in den Endstellungen
zu flattern beginnt, weil die Vorsteuerhülse 9 keine stabile Lage einnehmen kann.
Dies wird durch die Schaltbolzen 30 verhindert, die über das doppelt konische Schaltstück
29 die Schaltstange 8 und damit die Vorsteuerhülse 9 in die Steuerstellung drücken
und sie in dieser auch sicher halten, bis eine Umschaltung durch die Kolbenstange
6 erfolgt. Die beiden Schalter 10 an der Schaltstange 8 haben einen Abstand voneinander,
der größer als die Länge der Vorsteuerhülse 9 ist, so daß in der dargestellten Stellung
zunächst die Schaltbolzen 30 verschoben werden, bevor die Schaltstange die Vorsteuerhülse
9 verstellt.
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Bei der beschriebenen Bauweise bildet der Betätigungszylinder mit
Steuerung eine Einheit, die lediglich mit einem Anschluß 16 für Druckmedium und
einem (nicht dargestellten) Rücklaufanschluß versehen ist. Die Steuerung
arbeitet
selbsttätig ohne Fremdmedium, wobei die mechanische Stabilisierungseinrichtung 29,
30 stabile Steuerstellungen unabhängig von wechselnden Belastungen an der Kolbenstange
gewährleistet. Die Bauweise eignet sich insbesondere für hydraulisch betätigte Linearmotoren.
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Es sind verschiedene Abwandlungen der beschriebenen Bauweise möglich.
So kann die als Rastanordnung ausgebildete Stabilisierungseinrichtung 29,30 in abgewandelter
Form ausgebildet sein, wie auch die Elemente der Vorsteuerung 9,11 und der Hauptsteuerung
19,20 eine andere Ausgestaltung haben können. Es ist auch möglich, die haydraulisch
arbeitende Vorsteuerung durch eine mechanische Vorsteuerung zu ersetzen, bei der
die Schaltstange über ein mechanisches Elemente den Hauptsteuerschieber verstellt.
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Die beschriebene Steuereinrichtung kann auch bei einem Betätigungszylinder
Anwendung finden, der anstelle einer Kolbenstange mit einem langgestreckten Kolben
versehen ist, der beispielsweise über eine Zahnstange ein Ritzel zum Verschwenken
einer Klappe betätigt. Dabei kann die Schaltstange 8 in der Längsbohrung 7 abgedichtet
sein, so daß sich eine Differenzfläche auf den beiden Kolbenseiten ergibt. Auch
bei der beschriebenen AusfLhrungsform ist es möglich, den Mitnehmerring 26 geschlossen
auszubilden und gegenüber der Schaltstange abzudichten.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform, bei der
der Schaltbolzen 30 direkt auf einen als Schaltstück 29 ausgebildeten Abschnitt
der Vorsteuerhülse 9 einwirkt. Auf diese Weise wird eine Verkürzung der Bau länge
erreicht und die Steuereinrichtung wird stabiler.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 ist der Betätigungszylinder
als Druckübersetzer ausgebildet. Zu diesem Zweck ist die Anschlußbohrung 16 im unteren
Deckel 3 durchgebohrt
und mit zwei Rückschlagventilen 34 und 35
versehen. Bei Druckbeaufschlagung der Anschlußbohrung 16 mit einem Druck P1 kann
an der gegenüberliegenden Anschlußbohrung 36 beim Hinhub des Kolbens 6 ein Druck
P2 = P1 . Kolbenfläche/Ringfläche abgenommen werden. Bei dieser Ausführungsform
ist das offene Ende des Zylinders mit einer Abdeckkappe 37 versehen.
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Die beschriebenen Ausführungsformen können für pneumatische und hydraulische
Arbeitsmedien eingesetzt werden.
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Fig.. 4 zeigt eine Schnittdarstellung längs der Linie II-II.
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Im übrigen sind in den Figuren 3 und 4 die gleichen Bezugszeichen
wie in den Figuren 1 und 2 verwendet.