DE69401943T2

DE69401943T2 - Zwillingskolben-antriebszylinder

Info

Publication number: DE69401943T2
Application number: DE69401943T
Authority: DE
Inventors: James Blyth Dick
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-06-14
Filing date: 1994-06-13
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2014-06-14
Also published as: DE69401943D1; CA2165199A1; AU674761B2; WO1994029601A1; AU6967294A; US5341725A; EP0704027B1; JPH09503570A; EP0704027A1

Description

Anwendungsbereich der Erfindung

Diese Anmeldung betrifft Antriebszylinder mit Doppelkolben, die in getrennten Zylindern untergebracht sind. Die Kolben können durch eine oder mehrere Kolbenstangen miteinander gekoppelt sein. Es kann eine die Verbindung zwischen den beiden Zylindern umgebende Schutzvorrichtung vorgesehen sein. Die Außenkammern beider Zylinder können miteinander in Flüssigkeitsverbindung stehen, und die Innenkammer beider Zylinder können miteinander in Flüssigkeitsverbindung stehen.

Hintergrund der Erfindung

Herkömmliche Antriebszylinder haben einen einzigen Kolben und eine einzige Kolbenstange. Der Kolben ist verschieblich im Zylinder aufgenommen. Die Kolbenstange ist an einem Ende des Kolbens befestigt und verläuft durch ein Ende des Zylinders. In das stangenseitige Ende des Zylinders wird unter Druck stehendes Hydraulik- oder Pneumatikfluid eingespritzt und vom gegenüberliegenden Ende abgesaugt, um den Kolben zum gegenüberliegenden Ende zu drücken, wodurch die Kolbenstange innerhalb des Zylinders zurückgezogen wird. Die Richtung der Druckfluidströmung wird umgekehrt, um den Kolben zum stangenseitigen Ende des Zylinders zu drücken, wodurch die Kolbenstange aus dem Zylinder ausgefahren wird.
Herkömmliche Antriebszylinder des obigen Typs sind mit einer Anzahl von Nachteilen behaftet. So unterliegen beispielsweise die in herkömmlichen Antriebszylindern verwendeten Dichtungen erheblichem Verschleiß und sind im allgemeinen diejenigen Komponenten, die am häufigsten der Wartung bedürfen. Insbesondere die Dichtungen, die den Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind, in denen die Zylinder arbeiten, können einem rascheren Verschleiß unterliegen. Außerdem können die während des Normalbetriebs auf die Kolbenstange wirkenden Kräfte die Kolbenstange verbiegen, wodurch der Verschleiß der Dichtungen und/oder der Kolbenstangenführungen beschleunigt wird.
Die vorliegende Erfindung verringert den Verschleiß jeder Dichtung, erhöht die Anzahl der Dichtungen und schützt die Dichtungen gegen die Umgebungseinflüsse. So wird beispielsweise der Verschleiß der Dichtungen dadurch vermindert, daß Doppelkolben in getrennten Zylindern untergebracht werden. Dadurch wird der Hub der Kolbenstange relativ zu jeder Dichtung verringert. Die Hubverringerung hat typischerweise eine Größenordnung, die dem halben Hub in einem herkömmlichen Zylinder entspricht.
Bei herkömmlichen Antriebszylindern ist die Kolbenstange an ihrem Ende häufig mit einem Auge zur Kopplung mit externen Maschinenkomponenten versehen. Dies kann ein Konstruktionsproblem verursachen, da der Stangendurchmesser evtl. vergrößert werden muß, um ausreichend Platz für die Verbindung von Kolbenstangenauge und Kolbenstange bereitzustellen. Demzufolge sind die in herkömmlichen Zylindern verwendeten Kolbenstangen manchmal größer und teurer als erforderlich ist, um die auf den Zylinder im Normalbetrieb einwirkenden Kräfte aufzunehmen. Die vorliegende Erfindung vermeidet dieses Problem, indem evtl. erforderlichen Augen am Zylinder anstatt an der Kolbenstange angebracht werden. Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Kolbenstangen brauchen deshalb keine Augen. Dadurch ist es möglich, geeignete Kolbenstangen einzig auf Basis der im Normalbetrieb aufzunehmenden linearen Last zu wählen.
Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Zylinder besteht darin, daß eine einziger Kolben mit Kolbenstange dazu neigen, sich im Zylinder zu drehen. Sind mehrere solcher Zylinder in Reihe angeordnet (um beispielsweise einen Handhabungsarm eines Roboters zu bilden), so kann die Rotationsneigung jedes Zylinders die Stabilität der Struktur beeinträchtigen und deren genaue Steuerung verhindern. Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung lösen dieses Problem, indem sie zwei oder mehr parallele Kolbenstangen bereitstellen. Jede Stange erstreckt sich durch eine eigene Öffnung im stangenseitigen Ende des Zylinders. Die Stangen werden somit relativ zum Zylinder in ihrer Lage gehalten und beim Aus- und Einfahren daran gehindert, sich zu drehen.
Bei Ausführungsformen der Erfindung mit zwei oder mehr Kolbenstangen kann Hydraulikflüssigkeit die Stangen zwischen dem ersten und zweiten Hydraulikzylinder passieren. Dies vereinfacht den externen Hydraulikkreis, der zum Betätigen der Zylinder erforderlich ist, und gestattet den unmittelbaren Ersatz herkömmlicher Zylinder ohne jegliche Anderung des vorhandenen zum herkömmlichen Zylinder gehörigen Hydraulikkreises durch die vorliegende Erfindung.
Das am 25. Oktober 1965 veröffentlichte österreichische Patent Nr. 243 038 betrifft allgemein das Gebiet hydraulischer und pneumatischer Zwillingskolbenzylinder.
Das US-Patent Nr. 4,531,451, das Mouton am 30. Juli 1985 erteilt wurde, beschreibt eine hydraulische Hebevorrichtung, die ein Vielzahl von Zylindern zur Verwendung in einem Hebesystem enthält. Die Hebevorrichtung von Mouton überwindet jedoch nicht alle Nachteile der obenbeschriebenen herkömmlichen Antriebszylinder.

Zusammenfassung der Erfindung

Entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel stellt die Erfindung einen Antriebszylinder bereit, der einen ersten in einem ersten Zylinder verschieblich so aufgenommenen Kolben besitzt, daß in dem ersten Zylinder eine innere und eine äußere Kammer begrenzt werden; sowie einen zweiten in einem zweiten Zylinder verschieblich so aufgenommenen Kolben, daß in dem zweiten Zylinder eine innere und eine äußere Kammer begrenzt werden. Der erste und zweite Kolben sind mit einer einzigen Kolbenstange gekoppelt. Die beiden Außenkammern sind miteinander gekoppelt, um unter Druck stehendem Hydraulik- oder Pneumatikfluid zu gestatten, zwischen den Außenkammern zu fließen. Die beiden Innenkammern sind miteinander gekoppelt, um druckbeaufschlagtem Hydraulik- oder Pneumatikfluid zu gestatten, zwischen den Innenkammern zu fließen. Eine zylindrische Schutzvorrichtung umgibt den ersten und zweiten Zylinder, wobei ein Führungsmechanismus vorgesehen ist, um eine gleitende Verschiebung des ersten und zweiten Zylinders relativ zur Schutzvorrichtung zu gestatten. Die Schutzvorrichtung schließt den Raum zwischen den Zylindern ein, durch den sich die Kolbenstangen erstrecken. Die Kolbenstangen sind also gegenüber der Umgebung, in der die Antriebszylinder arbeiten, abgeschirmt. Dies senkt Abrieb und andere durch die Umgebungseinflüsse verursachte Beschädigungen der Kolbenstangen auf ein Minimum, wodurch die Lebensdauer der Kolbenstangendichtungen verlängert wird.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist der ersten ähnlich, mit der Ausnahme, daß eine erste und eine zweite Kolbenstange zwischen dem ersten und zweiten Kolben gekoppelt sind.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist der zweiten ähnlich, mit der Ausnahme, daß die Kolbenstangen hohl sind. Dies gestattet unter Druck stehendem Hydraulik- oder Pneumatikfluid, durch die erste Stange zwischen den beiden Außenkammern zu fließen. In einer der Außenkammern und in einer der Innenkammern sind Fluidöffnungen vorgesehen.
Entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel stellt die Erfindung einen Antriebszylinder bereit, der einen ersten in einem ersten Zylinder verschieblich so aufgenommenen Kolben besitzt, daß in dem ersten Zylinder eine innere und eine äußere Kammer begrenzt werden, sowie einen zweiten in einem zweiten Zylinder verschieblich so aufgenommenen Kolben, daß in dem zweiten Zylinder eine innere und eine äußere Kammer begrenzt werden. Eine erste hohle Kolbenstange koppelt den ersten Kolben und das proximale Ende des zweiten Zylinders. Eine zweite Kolbenstange koppelt das distale Ende des ersten Zylinders mit dem zweiten Kolben. Die erste hohle Kolbenstange umgibt auf ihrer Länge die zweite Kolbenstange. Die beiden Innenkammern sind miteinander gekoppelt, um unter Druck stehendem Hydraulik- oder Pneumatikfluid zu gestatten, zwischen den Innenkammern zu fließen. Eine zylindrische Schutzvorrichtung kann den ersten und zweiten Zylinder umgeben, wobei ein Führungsmechanismus vorgesehen ist, um eine gleitende Verschiebung des ersten und des zweiten Zylinders relativ zur Schutzvorrichtung zu gestatten.
Jedes der obigen Ausführungsbeispiele mit einer den ersten und den zweiten Zylinder umgebenden Schutzvorrichtung kann einen Hydraulikeingang zur Schutzvorrichtung enthalten, wobei Führungs- und Dichtmechanismen eine gleitende hydraulische Verschiebung des ersten und des zweiten Zylinders relativ zur Schutzvorrichtung gestatten. Die Schutzvorrichtung kann außerdem ein Filter beinhalten, um Fremdstoffe am Eindringen in die Zone zu hindern, in der die Schutzvorrichtung relativ zu den Zylindern gleitend verschoben wird, wodurch eine Beschädigung der Führungen und Dichtungen der Schutzvorrichtung auf ein Minimum begrenzt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Antriebszylinder, der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist.
Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch einen Antriebszylinder, der gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist.
Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch einen Antriebszylinder, der gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist.
Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch einen Antriebszylinder, der gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist, mit angebauter Schutzvorrichtung.
Fig. 5 zeigt, wie die Erfindung für eine Zapfenlagerung angepaßt werden kann.
Fig. 6 stellt die Alternative mit einer einzigen Kolbenstange im Vergleich zum Ausführungsbeispiel mit Doppelstange nach Fig. 2 dar.

Detallierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt einen Antriebszylinder 10 mit einem ersten Kolben 12, der verschieblich in einem ersten Zylinder 14 aufgenommen ist, um eine innere und eine äußere Kammer 16, 18 im ersten Zylinder 14 zu begrenzen. Ein zweiter Kolben 20 ist verschieblich in einem zweiten Zylinder 22 aufgenommen, um eine innere und eine äußere Kammer 24, 26 im zweiten Zylinder 22 zu begrenzen. Der erste und zweite Kolben 12, 20 sind mittels einer Kolbenstange 28 gekoppelt, wodurch die Verschiebung zwischen den beiden Kolben festgelegt ist. Eine Schutzvorrichtung 44 umgibt den ersten und den zweiten Zylinder 14, 22. Um die gegenüberliegenden inneren Enden der Zylinder 14, 22 sind Führungen 46, 48 befestigt, um eine gleitende Verschiebung der Zylinder relativ zur Schutzvorrichtung 44 zu gestatten. Zusätzliche Führungen 50, 52, die um die gegenüberliegenden Enden der Schutzvorrichtung 44 angebracht sind, dienen dem gleichen Zweck. Um die äußeren Enden der Zylinder 14, 22 angebrachte Anschläge 54, 56 verhindem ein versehentliches Außereingriffkommen der Schutzvorrichtung 44 um die Zylinder 14, 22. Die Schutzvorrichtung 44 verhindert ein Eindringen von Fremdstoffen in eine Zone 58. In die Zone 58 eindringende Fremdstoffe können Kerben oder Abrieb an der Kolbenstange 28 verursachen, wodurch wiederum Kolbenstangendichtungen 60, 62 beschädigt werden können, was zeitaufwendige, teure Reparaturen erfordert.
Fluidströmungskanäle 32, 34, 36, 38 sind in den Innenkammern 16, 24 bzw. in den Außenkammern 18, 26 vorgesehen, um dem druckbeaufschlagten Hydraulik- oder Pneumatikfluid zu gestatten, in die und aus den Kammern zu fließen. Eine "Fluidströmungseinrichtung", wie Leitung 40, koppelt die Fluidströmungskanäle 32, 34 der Innenkammern. Eine weitere "Fluidströmungseinrichtung", wie Leitung 42, koppelt die Fluidströmungskanäle 36, 38 der Außenkammern. Herkömmliche Dichtungen 60, 62 sind in den Öffnungen der Zylinder 14, 22 vorgesehen, durch die die Kolbenstange 28 verläuft; um die Kolben 12, 20 sind herkömmliche Dichtringe 64, 66 angeordnet.
Der Zylinder 10 wird durch Einspritzen von druckbeaufschlagtem Hydraulik- oder Pneumatikfluid in die Leitung 42 ausgefahren, während Fluid aus der Leitung 40 abgesaugt wird. Das durch die Leitung 42 eingespritzte Fluid tritt in die Außenkammern 18, 26 ein und übt auf diese eine Kraft aus. Da die Kolben relativ zueinander fixiert sind, werden die Zylinder 14, 22 gleitend auseinandergedrückt. Dadurch vergrößert sich das Volumen der Außenkammern 18, 26, und gleichzeitig verringert sich das Volumen der Innenkammern 16, 24.
Der Zylinder 10 wird eingefahren, indem druckbeaufschlagtes Hydraulik- oder Pneumatikfluid in die Leitung 40 eingespritzt wird, während Fluid aus der Leitung 42 abgesaugt wird. Das durch die Leitung 40 eingespritzte Fluid tritt in die Innenkammern 16, 24 ein und übt auf diese eine Kraft aus. Da die Kolben relativ zueinander fixiert sind, werden die Zylinder 14, 22 gleitend zusammengedrückt. Dadurch vergrößert sich das Volumen der Innenkammern 16, 24, und gleichzeitig verringert sich das Volumen der Außenkammern 18, 26.
Fig. 2 zeigt einen alternativen Antriebszylinder 100 mit einem ersten Kolben 112, der verschieblich in einem ersten Zylinder 114 aufgenommen ist, um eine innere und eine äußere Kammer 116, 118 in dem ersten Zylinder 114 zu begrenzen. Ein zweiter Kolben 120 ist verschieblich in einem zweiten Zylinder 122 aufgenommen, um eine innere und eine äußere Kammer 124, 126 in dem zweiten Zylinder 122 zu begrenzen. Der erste und der zweite Kolben 112, 120 sind mittels zweier hohler Kolbenstangen 128, 130 gekoppelt, wodurch die Verschiebung zwischen den beiden Kolben festgelegt ist. Eine Schutzvorrichtung 144 umgibt den ersten und den zweiten Zylinder 114, 122. Um die gegenüberliegenden inneren Enden der Zylinder 114, 122 sind Dichtungen 146, 148 befestigt, um eine Hydraulikkammer 158 zwischen den Zylindern 114, 122 bereitzustellen, die von der Schutzvorrichtung 144 umgeben ist. Führungen 150, 152 um die gegenüberliegenden Enden der Schutzvorrichtung 144 gestatten eine gleitende Verschiebung der Zylinder relativ zur Schutzvorrichtung 144. Um die äußeren Enden der Zylinder 114, 122 angebrachte Anschläge 154, 156 verhindern ein versehentliches Außereingriffkommen der Schutzvorrichtung 144 um die Zylinder 114, 122. Filter 151, 153 verhindern ein Eindringen von Fremdstoffen in Zonen 159, 161, wodurch die Dichtungen 146, 148 geschützt werden.
Die Kolbenstange 130 verläuft durch die Kolben 112, 120 (oder verbindet Öffnungen durch beide Kolben), um druckbeaufschlagtem Hydraulik- oder Pneumatikfluid den Durchfluß durch die Kolbenstange 130 zwischen den Außenkammern 118, 126 zu gestatten. Die Kolbenstange 128 verbindet die Innenflächen der Kolben 112, 120 in der Weise, daß Fluid über Öffnungen 145, 147, die in jedem Ende der Kolbenstange 128 in der Nähe der Innenflächen der Kolben 112, 120 vorgesehen sind, durch die Kolbenstange 128 zwischen den Innenkammern 116, 124 fließen kann. In einer der Innen- und einer der Außenkammern sind Fluid-Einlaß-/Auslaßöffnungen 132, 134 vorgesehen. In den Öffnungen der Zylinder 114, 122, durch die die Kolbenstangen 128, 130 verlaufen, sind herkömmliche Dichtungen vorgesehen. Um die Kolben 112, 120 sind herkömmliche Dichtungen vorgesehen.
Der Zylinder 100 wird durch Einspritzen von druckbeaufschlagtem Hydraulik- oder Pneumatikfluid in die Öffnung 134 ausgefahren, während Fluid aus der Öffnung 132 abgesaugt wird. Das durch die Öffnung 134 eingespritzte Fluid tritt in die Außenkammer 126 ein und gelangt durch die hohle Kolbenstange 130 in die Außenkammer 118. Das Fluid in den beiden Außenkammern übt auf die Kolben 112, 120 eine Kraft aus. Da die Kolben relativ zueinander fixiert sind, werden die Zylinder 114, 122 gleitend auseinandergedrückt. Dadurch vergrößert sich das Volumen der Außenkammern 118, 126 (so daß zusätzliches Fluid in die Außenkammern eingespritzt werden kann, wenn der Zylinder 100 weiter ausgefahren werden soll), und gleichzeitig verringert sich das Volumen der Innenkammern 116, 124. Mit abnehmendem Volumen der Innenkammer 116 wird Fluid durch die hohle Kolbenstange 128 in die Innenkammer 124 gepreßt, um durch die Öffnung 132 ausgestoßen zu werden.
Der Zylinder 100 wird eingefahren, indem druckbeaufschlagtes Hydraulik- oder Pneumatikfluid in die Öffnung 132 eingespritzt wird, während Fluid aus der Öffnung 134 abgesaugt wird. Das durch die Öffnung 132 eingespritzte Fluid tritt in die Innenkammer 124 ein und gelangt durch die hohle Kolbenstange 128 in die Innenkammer 116. Das Fluid in den beiden Innenkammern übt auf die Innenkammern 116, 124 eine Kraft aus. Da die Kolben relativ zueinander fixiert sind, werden die Zylinder 114, 122 gleitend zusammengedrückt Dadurch vergrößert sich das Volumen der Innenkammern 116, 124 (so daß zusätzliches Fluid in die Innenkammern eingespritzt werden kann, wenn der Zylinder 100 weiter eingefahren werden soll), und gleichzeitig verringert sich das Volumen der Außenkammern 118, 126. Mit abnehmendem Volumen der Außenkammer 118 wird Fluid durch die hohle Kolbenstange 130 in die Außenkammer 126 gepreßt, um durch die Öffnung 134 ausgestoßen zu werden.
Die Kammer 158 kann parallel mit den anderen Kammern eingesetzt werden, um die durch den Antriebszylinder ausgeübte Kraft zu verstärken. Wenn die Kammer 158 druckbeaufschlagtes Fluid (durch Öffnung 162 zugeführt) enthält, kann sie beispielsweise einen Teil der Last aufnehmen, die sonst nur durch die Kolbenstangen 128, 130 aufgenommen werden würde. Eine solche zusätzliche Lastaufnahme verringert die Wahrscheinlichkeit, daß die Kolbenstangen unter dem Einfluß übermäßiger Kräfte durchgebogen werden. Gebogene Kolbenstangen verursachen übermäßigen Verschleiß der Kolbenstangen- Dichtungen und -Führungen. Alternativ kann die Größe der Kolbenstangen 128, 130 verringert werden, wenn man sich die Lastaufnahmefähigkeit des druckbeaufschlagten Fluids in der Kammer 158 zu Nutze macht, wodurch die Herstellungskosten des Antriebszylinders gesenkt werden.
Die Filter 151, 153 beinhalten einfache federbelastete Rück schlagventile, die bei Einfahren des Zylinders 100 öffnen, wodurch Luft durch jedes Filter angesaugt werden kann. Mit dem Ausfahren des Zylinders 100 schließen die Rückschlagventile. Dies bewirkt, daß saubere Luft an den Dichtungen 146, 148 vorbeiströmt, um Schmutz oder sonstige Fremdstoffe, die dazu neigen, sich im Bereich der Dichtlingen anzusammeln, abzulösen.
Anstatt, wie oben beschrieben, zwei hohle Kolbenstangen 128, 130 zu verwenden, kann auch eine einzige Kolbenstange 129 (Fig. 6) mit zwei getrennten in Längsrichtung verlaufenden Strömungskanälen 131, 133 verwendet werden. Der Kanal 131 gestattet eine Fluidströmung zwischen den Außenkammern 118, 126, und der Kanal 133 gestattet eine Fluidströmung zwischen den Innenkammern 116, 124. Fig. 6 zeigt außerdem den alternativen geschützten Verlauf einer Hydraulikleitung 115, die keinerlei Führungen kreuzt.
Fig. 3 zeigt einen weiteren alternativen Antriebszylinder 200 mit einem ersten Kolben 212, der verschieblich in einem ersten Zylinder 214 aufgenommen ist, um eine innere und eine äußere Kammer 216, 218 in dem ersten Zylinder 214 zu begrenzen. Ein zweiter Kolben 220 ist verschieblich in einem zweiten Zylinder 222 aufgenommen, um eine innere und eine äußere Kammer 224, 226 in dem zweiten Zylinder 222 zu begrenzen. Der erste Kolben 212 und der zweite Zylinder 222 sind mittels einer einzigen Kolbenstange 228 miteinander gekoppelt. Der erste Zylinder 214 und der zweite Kolben 220 sind mittels einer zweiten Kolbenstange 230 miteinander gekoppelt.
In den Innenkammern 216, 224 bzw. in den Außenkammern 218, 226 sind Fluidströmungskanäle 232, 234, 236, 238 vorgesehen, um dem druckbeaufschlagten Hydraulik- oder Pneumatikfluid zu gestatten, in die und aus den Kammern zu fließen. Eine "Fluidströmungseinrichtung", wie Leitung 240, koppelt die Fluidströmungskanäle 232, 234 der Innenkammern. Eine weitere "Fluidströmungseinrichtung" wie Leitung 242, koppelt die Fluidströmungskanäle 236, 238 der Außenkammern. In den Öffnungen der Zylinder 214, 222 sind herkömmliche Dichtungen vorgesehen, durch die die Kolbenstangen 228, 230 verlaufen; um die Kolben 212, 220 sind herkömmliche Dichtringe angeordnet.
Der Zylinder 200 wird durch Einspritzen von druckbeaufschlagtem Hydraulik- oder Pneumatikfluid in die Leitung 242 ausgefahren, während Fluid aus der Leitung 240 abgesaugt wird. Das durch die Leitung 242 eingespritzte Fluid tritt in die Außenkammern 218, 226 ein und übt auf die Außenflächen der Kolben 121, 220 eine Kraft aus. Da der erste Kolben 212 mit dem zweiten Zylinder 222 und der erste Zylinder 214 mit dem zweiten Kolben 220 verbunden ist, werden die Zylinder 214, 222 gleitend auseinandergedrückt. Dadurch vergrößert sich das Volumen der Außenkammern 218, 226, und gleichzeitig verringert sich das Volumen der Innenkammern 216, 224.
Der Zylinder 200 wird eingefahren, indem druckbeaufschlagtes Hydraulik- oder Pneumatikfluid in die Leitung 240 eingespritzt wird, während Fluid aus der Leitung 242 abgesaugt wird. Das durch die Leitung 240 eingespritzte Fluid tritt in die Innenkammern 216, 224 ein und übt auf die Innenflächen der Kolben 212, 220 eine Kraft aus. Da der erste Kolben 212 mit dem zweiten Zylinder 222 und der erste Zylinder 214 mit dem zweiten Kolben 220 verbunden ist, werden die Zylinder 214, 222 gleitend zusammengedrückt. Dadurch vergrößert sich das Volumen der Innenkammern 216, 224, und gleichzeitig verringert sich das Volumen der Außenkammern 218, 226.
Fig. 4 zeigt einen weiteren alternativen Antriebszylinder 300, der dem Zylinder 200 mit der Ausnahme ähnlich ist, daß eine erste Kolbenstange 328 hohl und eine zweite Kolbenstange 330 innerhalb der Axialbohrung der ersten Kolbenstange 328 angeordnet ist; außerdem ist eine äußere Schutzvorrichtung dargestellt, die eine Hydraulikkammer 358 einschließende Zylinder 314, 322 umgibt. Im einzelnen ist ein erster Kolben 312 verschieblich im ersten Zylinder 314 aufgenommen, um eine innere und eine äußere Kammer 316, 318 im ersten Zylinder 314 zu begrenzen. Ein zweiter Kolben 320 ist verschieblich im zweiten Zylinder 322 aufgenommen, um eine innere und eine äußere Kammer 324, 326 im zweiten Zylinder 322 zu begrenzen. Die erste hohle Kolbenstange 328 koppelt den ersten Kolben 312 mit dem proximalen Ende des zweiten Zylinders 322. Die zweite Kolbenstange 330 koppelt den zweiten Kolben 320 mit dem distalen Ende des ersten Zylinders 314. Die zweite Kolbenstange 330 ist innerhalb der axialen Bohrung der ersten Kolbenstange 328 angeordnet. Die Außenkammern 318, 326 können miteinander gekoppelt sein, um druckbeaufschlagtem Hydraulik- oder Pneumatikfluid zu gestatten, frei durch einen Kanal 372 in der Kolbenstange 330 zwischen den Außenkammern zu fließen, und die Innenkammern 316, 324 können miteinander gekoppelt sein, um druckbeaufschlagtem Hydraulik- oder Pneumatikfluid zu gestatten, frei durch einen Kanal 374 in der Kolbenstange 328 zwischen den Innenkammern zu fließen.
Fig. 4 zeigt außerdem eine zylindrische äußere Schutzvorrichtung 344, die am Antriebszylinder 300 vorgesehen ist.
Die Schutzvorrichtung 344 dient dem gleichen Zweck wie die Schutzvorrichtung 144 in Fig. 2. Im einzelnen umgibt die Schutzvorrichtung 344 den ersten und den zweiten Zylinder 314, 322. Um die gegenüberliegenden inneren Enden der Zylinder 314, 322 sind Dichtungen 346, 348 befestigt, um die Hydraulikkammer 358 bereitzustellen, die von der Schutzvorrichtung 344 zwischen den Zylindern 314, 322 umgeben ist. Um die gegenüberliegenden Ende der Schutzvorrichtung 344 sind Führungen 350, 352 befestigt, um eine gleitende Verschiebung der Zylinder relativ zur Schutzvorrichtung 344 zu gestatten. Um die äußeren Enden der Zylinder 314, 322 angebrachte Anschläge 354, 356 verhindern ein versehentliches Außereingriffkommen der Schutzvorrichtung 344 um die Zylinder 314, 322. Die von der Schutzvorrichtung 344, den Zylindem 314, 322 und den Dichtungen 346, 348 umschlossene Hydraulikkammer 358 wird durch Einspritzen (oder Absaugen) von druckbeaufschlagtem Hydraulik- oder Pneumatikfluid durch die Öffnung 360 vergrößert (verkleinert) . Filter 380, 382 verhindern ein Eindringen von Fremdstoffen in Zonen 384, 386. In die Zone 384 oder 386 eindringende Fremdstoffe können Kerben oder Abrieb der Dichtungen 346, 348 verursachen.
Fig. 5 zeigt, wie die Erfindung für eine Zapfenlagerung angepaßt werden kann, wobei die Vorteile der Schutzvorrichtung beibehalten werden. Im einzelnen zeigt Fig. 5 einen alternativen Antriebszylinder 400, der hinsichtlich seiner Funktion dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 mit der Ausnahme ähnlich ist, daß eine Schutzvorrichtung 402 obere und untere Hälften 402a, 402b umfaßt, die relativ zueinander gleiten. Anders als im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 kein Versuch unternommen, Hydraulikfluid innerhalb der Schutzvorrichtung 402 einzuschließen. Sonst sind die Ausführungsbeispiele nach Fig. 2 und 5 ähnlich: Ein erster Kolben 412, der verschieblich in einem ersten Zylinder 414 aufgenommen ist, begrenzt eine innere und eine äußere Kammer 416, 418 im ersten Zylinder 414. Ein zweiter Kolben 420, der verschieblich in einem zweiten Zylinder 422 aufgenommen ist, begrenzt eine innere und eine äußere Kammer 424, 426 im zweiten Zylinder 422. Hohle Kolbenstangen 428, 430 koppeln den ersten und zweiten Kolben 412, 420, wodurch die Verschiebung zwischen den beiden Kolben festgelegt ist.
Fig. 5 zeigt den Antriebszylinder 400 mit dem um 90º gedrehten oberen Zylinder 414, so daß eine Zapfenlagerung 403 deutlicher dargestellt werden kann. Das obere Ende der oberen Schutzvorrichtung 402a ist um das untere Ende des ersten Zylinders 414 befestigt, wodurch Platz für ein unmittelbares Befestigen der Zapfenlagerung 403 am ersten Zylinder 414 verbleibt. Das untere Ende der unteren Schutzvorrichtung 402b ist um das untere Ende des zweiten Zylinders 422 befestigt. Der Umfang der oberen Schutzvorrichtung 402a ist etwas größer als der der unteren Schutzvorrichtung 402b, so daß die beiden Hälften wie dargestellt relativ zueinander teleskopartig verschoben werden können. Um das untere Ende der oberen Schutzvorrichtung 402a und um das obere Ende der unteren Schutzvorrichtung 402b sind geeignete Führungen vorgesehen, um eine gleitende Verschiebung der Schutzvorrichtungshälften relativ zueinander zu gestatten.
Der Zylinder 400 wird durch Einspritzen von druckbeaufschlagtem Hydraulik- oder Pneumatikfluid in eine Öffnung 424 ausgefahren, während Fluid aus einer Öffnung 432 abgesaugt wird. Das durch die Öffnung 434 eingespritzte Fluid tritt in die Außenkammer 418 ein und gelangt durch eine hohle Kolbenstange 430 in die Außenkammer 426, wobei sie auf die Kolben 412, 420 eine Kraft ausübt, wodurch die Zylinder 414, 422 auseinandergedrückt werden. Beim Auseinanderdrücken der Zylinder nehmen sie die jeweiligen Schutzvorrichtungshälften mit (d.h. das untere Ende der oberen Schutzvorrichtung 402a wird gleitend über die Außenfläche der unteren Schutzvorrichtung 402b nach oben und das obere Ende der unteren Schutzvorrichtung 402b wird gleitend über die Innenfläche der oberen Schutzvorrichtung 402a nach unten gezogen). Die Schutzvorrichtungshälften halten somit eine interne Zone 458 umschlossen, wodurch Fremdstoffe daran gehindert werden, die freiliegenden Außenflächen der Kolbenstangen 428, 430 zu erreichen.
Für den Fachmann liegt es auf der Hand, daß die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele gegenüber dem Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen bieten. Da zwei getrennte Zylinder unabhängig voneinander über einen gegebenen Weg verschoben werden, wird jede Dichtung gegenüber herkömmlichen Zylindern nur um die Hälfte des Hubs bewegt. Dies vermindert den Verschleiß jeder Dichtung und Führung, da die Verschleißkräfte auf zwei Satz Dichtungen und Führungen gegenüber nur einem Satz in einem herkömmlichen Zylinder mit einer einzigen Kolbenstange verteilt werden.
Ein weiterer Vorteil ist, daß die Enden der entsprechend jedem Ausführungsbeispiel der Erfindung konstruierten Zylinder identisch sind, was das Anbringen identischer Kopplungsaugen an beide Zylinderenden ohne Rücksicht auf den Durchmesser der Zylinderstangen vereinfacht. Herkömmliche Zylinder benötigen oft Stangen mit größerem Durchmesser, um größere Kopplungsaugen aufnehmen zu können, was sich auf Größe, Kosten und Belastbarkeit der Zylinder nachteilig auswirkt. Da zwischen den Stangenenden und den Kopplungsaugen keine Verbindung besteht, kann der Stangendurchmesser im Hinblick auf die vom Zylinder aufzunehmenden Lasten und ohne Rücksicht auf die Größe der Kopplungsaugen gewählt werden. Bei einem herkömmlichen Zylinder müssen die Kopplungsaugen ggf. vergrößert werden, um die in die Augen einzusetzenden lastaufnehmenden Lager aufnehmen zu können. Sind die Kopplungsaugen zu vergrößern, dann ist auch der Durchmesser der Kolbenstangen entsprechend zu vergrößern, um die größeren Augen aufnehmen zu können. Nimmt jedoch der Stangendurchmesser zu, dann nimmt die wirksame Kolbenfläche auf der Stangenseite des Kolbens ab, was wiederum die Kraft verringert, die bei Einfahren des Kolbens im Zyliner ausgeübt werden kann. Diese Probleme werden mit der vorliegenden Erfindung vermieden.
Entsprechend der Erfindung konstruierte Antriebszylinder können höhere Kräfte ausüben als herkömmliche Zylinder mit gleich großem Durchmesser und Kolbenstangen des gleichen Durchmessers. So kann beispielsweise der Antriebszylinder 10 (Fig. 1) etwa eine doppelt so hohe Kraft ausüben wie ein herkömmlicher Zylinder mit den gleichen Zylinder- und Stangendurchmessern. Der Grund hierfür ist, daß die zentrale Kammer 58 parallel zu den beiden Paaren der Innen-/Außenkammern 16, 18/24, 26 eingesetzt werden kann, um die durch den Zylinder 10 ausgeübte Kraft zu verstärken. Wenn die Kammer 58 druckbeaufschlagtes Fluid (durch die Öffnung 162 zugeführt) enthält, kann sie einen Teil der Last aufnehmen, die sonst nur durch die Kolbenstange 28 aufgenommen werden würde. Eine ähnliche Verdopplung der Kraftabgabe kann mit dem in Fig. 2 dargestellten Zylinder 100 erzielt werden. Der Zylinder 200 (Fig. 3) erzielt ebenfalls im Vergleich zu einem herkömmlichen Zylinder mit den gleichen Zylinder- und Stangendurchmessern eine verdoppelte Kraftabgabe, die jedoch in diesem Fall eher auf den Paralleleffekt durch die Fixierung der Enden der Kolbenstangen 228, 230 an den gegenüberliegenden Zylindern, statt an den gegenüberliegenden Kolben zurückzuführen ist. Der Zylinder 300 (Fig. 4) erzielt aufgrund der Kombination der beiden obigen Merkmale (d.h. Fixieren der Kolbenstangen an gegenüberliegenden Zylindern und Druckbeaufschlagung der zentralen Kammer 358 zusätzlich zu den Zwillingspaaren der Innen- und Außenkammern) eine dreifache Kraftabgabe.
In Anbetracht der obigen Beschreibung ist es für den Fachmann offensichtlich, daß zahlreiche Änderungen und Modifikationen bei der Verwirklichung dieser Erfindung möglich sind, ohne deren Gültigkeitsbereich zu verlassen. So brauchen beispielsweise die in Hydraulikzylindern gemäß der Erfindung verwendeten Doppelkolben nicht die gleiche Größe zu haben. Werden Kolben verschiedener Größen verwendet, können Geschwindigkeit und verfügbare Kraft des Zylinders mit Hilfe eines einfachen Hydraulikkreises gesteuert werden. Der Anwendungsbereich der Erfindung ist demnach durch die nachfolgenden Ansprüche definiert.

Claims

1. Antriebszylinder (10) mit einem ersten Kolben (12), der verschieblich in einem ersten Zylinder (14) aufgenommen ist, um eine innere und eine äußere Kammer (16, 18) im ersten Zylinder zu begrenzen, einem zweiten Kolben (20), der verschieblich in einem zweiten Zylinder (22) aufgenommen ist, um eine innere und eine äußere Kammer (24, 26) im zweiten Zylinder zu begrenzen, und mindestens einer zwischen dem ersten und zweiten Kolben gekoppelten Kolbenstange (28), gekennzeichnet durch:

(a) eine erste Fluidströmungseinrichtung (40), die mit den Innenkammern des ersten und zweiten Zylinders gekoppelt ist;

(b) eine zweite Fluidströmungseinrichtung (42), die mit den Außenkammern des ersten und zweiten Zylinders gekoppelt ist;

(c) eine zylindrische Schutzvorrichtung (44), die den ersten und zweiten Zylinder umgibt; und

(d) Führungseinrichtungen, um eine gleitende Verschiebung des ersten und zweiten Zylinders relativ zu dieser Schutzvorrichtung zu gestatten.

2. Antriebszylinder nach Anspruch 1, des weiteren umfassend:

(a) Dichteinrichtungen (46, 48; 146, 148) zwischen der Schutzvorrichtung und dem ersten und zweiten Zylinder zum hydraulischen Trennen einer Kammer (58; 158) zwischen der Schutzvorrichtung und dem ersten und zweiten Zylinder; und

(b) einen Fluidströmungskanal (162) in der Schutzvorrichtung, damit Fluid in die und aus der getrennten Kammer fließen kann.

3. Antriebszylinder nach Anspruch 2, des weiteren Filtriereinrichtungen (151, 153) umfassend, um das Eindringen von Fremdstoffen zwischen die Schutzvorrichtung und den ersten und zweiten Zylinder zu verhindern.

4. Antriebszylinder (100) mit einem ersten Kolben (112), der verschieblich in einem ersten Zylinder (114) auf- genommen ist, um eine innere und eine äußere Kammer (116, 118) im ersten Zylinder zu begrenzen, einem zweiten Kolben (120), der verschieblich in einem zweiten Zylinder (122) aufgenommen ist, um eine innere und eine äußere Kammer (124, 126) im zweiten Zylinder zu begrenzen, gekennzeichnet durch:

(a) eine erste hohle Kolbenstange (130), die den ersten und zweiten Kolben zur Fluidströmung durch die erste Kolbenstange zwischen der ersten und zweiten Außenkammer koppelt;

(b) eine zweite hohle Kolbenstange (128), die den ersten und zweiten Kolben zur Fluidströmung durch die zweite Kolbenstange zwischen der ersten und zweiten Innenkammer koppelt;

(c) einen ersten Fluidströmungskanal (134) in einer der Außenkammern;

(d) einen zweiten Fluidströmungskanal (132) in einer der Innenkammern; und (e) eine zylindrische Schutzvorrichtung (144), die den ersten und zweiten Zylinder umgibt.

5. Antriebszylinder nach Anspruch 4, des weiteren umfassend:

(b) einen dritten Fluidströmungskanal (162) in der Schutzvorrichtung, damit Fluid in die und aus der getrennten Kammer fließen kann.

6. Antriebszylinder nach Anspruch 5, des weiteren Filtriereinrichtungen (151, 153) umfassend, um das Eindringen von Fremdstoffen zwischen die Schutzvorrichtung und den ersten und zweiten Zylinder zu verhindern.

7. Antriebszylinder (400) mit einem ersten Kolben (412), der verschieblich in einem ersten Zylinder (414) aufgenommen ist, um eine innere und eine äußere Kammer (416, 418) im ersten Zylinder zu begrenzen, einem zweiten Kolben (420), der verschieblich in einem zweiten Zylinder (422) aufgenommen ist, um eine innere und eine äußere Kammer (424, 426) im zweiten Zylinder zu begrenzen, gekennzeichnet durch:

(a) eine erste hohle Kolbenstange (430), die den ersten und zweiten Kolben zur Fluidströmung durch die erste Kolbenstange zwischen der ersten und zweiten Außenkammer koppelt;

(b) eine zweite hohle Kolbenstange (428), die den ersten und zweiten Kolben zur Fluidströmung durch die zweite Kolbenstange zwischen der ersten und zweiten Innenkammer koppelt;

(c) einen ersten Fluidströmungskanal (434) in einer der Außenkammern;

(d) einen zweiten Fluidströmungskanal (432) in einer der Innenkammern;

(e) eine obere zylindrische Schutzvorrichtung (402a), deren eines Ende um ein unteres Ende des ersten Zylinders befestigt ist; und

(f) eine untere zylindrische Schutzvorrichtung (402b), deren eines Ende um ein oberes Ende des zweite Zylinders befestigt ist;

wobei gegenüberliegende Enden der oberen und unteren Schutzvorrichtung während des Aus- oder Einfahrens der Antriebszylinder übereinandergleiten und dabei die Kolbenstangen umschließen

8. Antriebszylinder (100) mit einem ersten Kolben (112), der verschieblich in einem ersten Zylinder (114) aufgenommen ist, um eine innere und eine äußere Kammer (116, 118) im ersten Zylinder zu begrenzen, einem zweiten Kolben (120), der verschieblich in einem zweiten Zylinder (122) aufgenommen ist, um eine innere und eine äußere Kammer (124, 126) im zweiten Zylinder zu begrenzen, gekennzeichnet durch:

(a) eine Kolbenstange (129), die den ersten und zweiten Kolben koppelt;

(b) einen ersten Fluidströmungskanal (131) in der Kolbenstange zur Fluidströmung durch die Kolbenstange zwischen den Außenkammern des ersten und zweiten Zylinders; und

(c) einen zweiten Fluidströmungskanal (133) in der Kolbenstange zur Fluidströmung durch die Kolbenstange zwischen den Innenkammern des ersten und zweiten Zylinders.