Antriebsvorrichtung mit einem durch Fluidkraft betätigbaren Arbeitszylinder

Abstract

 Es wird eine Antriebsvorrichtung vorgeschlagen, die einen durch Fluidkraft betätigbaren Arbeitszylinder (2) enthält, der eine Antriebseinheit (25) mit einem im Zylindergehäuse (3) angeordneten Kolben (8) und einer mit dem Kolben (8) verbundenen und an einer Stirnseite aus dem Zylindergehäuse (3) herausragenden Kolbenstange (15) aufweist. Der Kolben (8) teilt zwei zur Beaufschlagung mit einem Betätigungsfluid vorgesehene Zylinderkammern (13, 14) voneinander ab, wobei die Kolbenstange (15) wenigstens an ihrem innerhalb der zugeordneten Zylinderkammer (13) befindlichen Längenabschnitt (35) eine Querschnittsfläche (A) aufweist, die zwischen 35% und 80% der Beaufschlagungsfläche (B₁) der Antriebseinheit (25) auf der kolbenstangenlosen Seite des Kolbens (8) beträgt. Die Kolbenstange (15) besteht aus Aluminiummaterial mit einer Zugfestigkeit von mindestens 300 N/mm².

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, die mit einem durch Fluidkraft und insbesondere pneumatisch betätigbaren Arbeitszylinder ausgestattet ist.

[0002] Antriebsvorrichtungen dieser Art sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Sie enthalten regelmäßig einen mit einem Zylindergehäuse ausgestatteten Arbeitszylinder, wobei das Zylindergehäuse einen Kolben enthält, der mit einer einen Kraftangriff ermöglichenden Kolbenstange verbunden ist. Der Kolben unterteilt den Innenraum des Zylindergehäuses in zwei Zylinderkammern, die abwechselnd mit einem Betätigungsfluid beaufschlagbar oder entlüftbar sind, um die aus Kolben und Kolbenstange bestehende Antriebseinheit zu einer Hubbewegung anzutreiben. Dabei lassen sich Arbeitszyklen realisieren, die sich aus einer Ausfahrbewegung und einer sich daran anschlieβenden Einfahrbewegung zusammensetzen. Zur Steuerung des Arbeitszyklus ist jeder Zylinderkammer ein Steuerventil zugeordnet, mit dem sich die Fluidbeaufschlagung beziehungsweise Entlüftung beeinflussen lässt.

[0003] Je nach Anwendungsfall besteht bei den Antriebsvorrichtungen nicht selten die Anforderung für sehr geringe Zykluszeiten und eine dementsprechend hohe Arbeitsgeschwindigkeit. Andererseits soll der konstruktive Aufwand der Antriebsvorrichtungen möglichst gering gehalten werden. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung mit einem Arbeitszylinder zu schaffen, die bei einfachem Aufbau hohe Arbeitsgeschwindigkeiten gestattet.

[0004] Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Antriebsvorrichtung, die einen durch Fluidkraft betätigbaren Arbeitszylinder enthält, der eine Antriebseinheit mit einem im Zylindergehäuse angeordneten Kolben und einer mit dem Kolben verbundenen und an einer Stirnseite aus dem Zylindergehäuse herausragenden Kolbenstange aufweist, wobei der Kolben zwei zur Beaufschlagung mit einem Betätigungsfluid vorgesehene Zylinderkammern voneinander abteilt, wobei die Kolbenstange wenigstens an ihrem innerhalb der zugeordneten Zylinderkammer befindlichen Längenabschnitt eine Querschnittsfläche A aufweist, die zwischen 35 % und 80 % der Beaufschlagungsfläche B₁ der Antriebseinheit auf der kolbenstangenlosen Seite des Kolbens beträgt, und wobei die Kolbenstange aus Aluminiummaterial mit einer Zugfestigkeit von mindestens 300 N/mm² besteht.

[0005] Auf Grund des relativ großen Kolbenstangenquerschnittes ergibt sich eine verhältnismäßig große Flächendifferenz zwischen den beidseits des Kolbens definierten, einer Fluidbeaufschlagung zur Verfügung stehenden Beaufschlagungsflächen der Antriebseinheit. Auf diese Weise kann der Arbeitszylinder mit integrierter Fluidfeder betrieben werden, wobei insbesondere an pneumatische Anwendungen gedacht ist, bei denen eine Luftfeder vorhanden ist. Dabei wird die kolbenstangenseitige Zylinderkammer einer ständigen Fluidbeaufschlagung ausgesetzt und lediglich die entgegengesetzte, kolbenstangenlose Zylinderkammer ventiltechnisch gesteuert mit Fluid beaufschlagt oder entlastet bzw. entlüftet. Die sich bei der Fluidbeaufschlagung ausbildende Differenzkraft bewirkt eine rasche Ausfahrbewegung der Antriebseinheit, während beim nachfolgenden Entlüften der kolbenstangenlosen Zylinderkammer der in der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer anstehende Betätigungsdruck die Einfahrbewegung verursacht. Bedingt durch die auf diese Weise mögliche Reduzierung der Steuerventile, können Verzögerungen beim Umschalten zwischen der Ausfahrbewegung und der Einfahrbewegung drastisch reduziert werden, so dass sich eine sehr geringe Zykluszeit mit entsprechend hoher Arbeitsgeschwindigkeit einstellt. In Verbindung mit dieser Betätigungsmöglichkeit führt die Herstellung der Kolbenstange aus Aluminiummaterial zu einer Verringerung der zu bewegenden Masse, was höhere Beschleunigungswerte gestattet und folglich ebenfalls zu einer Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit beiträgt. Die dabei gewählte Zugfestigkeit des Kolbenstangenmaterials von mindestens 300 N/mm² garantiert Festigkeitswerte, die denjenigen konventioneller, aus Stahl bestehender Kolbenstangen nicht oder nur wenig nachstehen, so dass der Arbeitszylinder praktisch uneingeschränkt einsetzbar ist.

[0006] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

[0007] Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, die Querschnittsfläche A der Kolbenstange zwischen 40 % und 70 % der auf der kolbenstangenlosen Seite liegenden Beaufschlagungsfläche B₁ der Antriebseinheit zu wählen. Dabei sind, wie bei den eingangs genannten Prozentangaben, die Bereichsgrenzwerte mit eingeschlossen.

[0008] Eine zweckmäßige Maßnahme besteht darin, den Arbeitszylinder mit einer Kolbenstange auszustatten, deren Oberflächenhärte nach Rockwell bei über 40 HRC liegt. Damit verbunden ist eine hohe Verschleißfestigkeit auch bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten. Erzielbar sind diese Werte beispielsweise mit einer Aluminium-Kolbenstange, die über eine eloxierte Oberfläche verfügt und insbesondere eine Gleit-Eloxierschicht aufweist.

[0009] Eine weitere Verringerung der bewegten Masse kann dadurch hervorgerufen werden, dass die Kolbenstange über wenigstens einen Teil ihrer Länge und vorzugsweise über mehr als die Hälfte ihrer Länge hohl ausgebildet ist. Der Hohlraum kann bei Bedarf mit einem Innengewinde versehen werden, das das Anbringen eines Bauteils ermöglicht, beispielsweise eines Kupplungsstückes oder eines zu bewegenden Gegenstandes.

[0010] Es ist zweckmäßig, die Antriebsvorrichtung unmittelbar so auszuführen, dass sie zum einen Mittel zur ständigen Fluidbeaufschlagung der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer enthält und zum anderen über Steuermittel zur gesteuerten Beaufschlagung und Entlastung bzw. Entlüftung der kolbenstangenlosen Zylinderkammer verfügt. Die Steuermittel bestehen hierbei zweckmäßigerweise aus einem einzigen 3/2-Wegeventil, das in die Fluidverbindung zwischen einer Druckquelle und der kolbenstangenlosen Zylinderkammer eingeschaltet ist. Die Mittel zur ständigen Fluidbeaufschlagung der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer können aus einer zwischen der Druckquelle und der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer verlaufenden Fluidleitung bestehen, wobei vorzugsweise auf einen gesonderten Druckspeicher verzichtet wird. Der rückfedernde Effekt kann daher zumindest partiell von der Druckerhöhung des angeschlossenen Fluidleitungsnetzes beim Verdrängen des Betätigungsfluides aus der ständig druckbeaufschlagten Zylinderkammer herrühren.

[0011] Zweckmäßigerweise ist die Ausgestaltung so getroffen, dass die beiden Zylinderkammern im beaufschlagten Zustand stets unter dem gleichen Betätigungsdruck stehen. Auf diese Weise ist ein Anschluss an eine gemeinsame Druckquelle ohne besondere Druckregelungs- bzw. -reduziermaßnahmen möglich.

[0012] Die erfindungsgemäßen Maßnahmen zeitigen besondere Vorteile in Verbindung mit einem mit Druckluft betriebenen Arbeitszylinder, also einem sogenannten Pneumatikzylinder.

[0013] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der eine einzige Figur enthaltenden beiliegenden Zeichnung näher erläutert, die einen bevorzugten Aufbau der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung zeigt, wobei der Arbeitszylinder der Antriebsvorrichtung im Längsschnitt dargestellt ist.

[0014] Die in ihrer Allgemeinheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Antriebsvorrichtung enthält als Hauptkomponente einen durch Fluidkraft betätigbaren Arbeitszylinder 2. Die Fluidkraft wird von einem Betätigungsfluid geliefert, das über eine geeignete Druckquelle P zur Verfügung gestellt wird. Beim Ausführungsbeispiel ist als Betätigungsfluid Druckluft vorgesehen, so dass es sich bei dem Arbeitszylinder 2 um einen Pneumatikzylinder handelt.

[0015] Der Arbeitszylinder 2 verfügt über ein Zylindergehäuse 3 mit einem Zylinderrohr 4, das rückseitig durch einen Abschlussdeckel 5 und vorderseitig durch einen Lagerdeckel 6 abgeschlossen ist. Die Deckel sind an das Zylinderrohr 4 stirnseitig angesetzt, können aber auch ganz oder teilweise in das Zylinderrohr 4 eingesetzt sein. Auch eine einstückige Ausbildung des Zylinderrohres 4 und wenigstens eines Deckels ist möglich.

[0016] Das Zylindergehäuse 3 begrenzt im Innern einen Aufnahmeraum 7, in dem ein Kolben 8 axial in Richtung der Längsachse 9 verschiebbar aufgenommen ist. Der Kolben 8 trägt im Bereich des Außenumfanges eine konzentrisch angeordnete ringförmige Dichtung 12, die dichtend mit der zylindrischen Innenfläche des Aufnahmeraumes 7 zusammenarbeitet. Auf diese Weise ist der Aufnahmeraum 7 in zwei axial aufeinanderfolgende Zylinderkammern 13, 14 unterteilt.

[0017] Eine mit dem Kolben 8 fest verbundene Kolbenstange 15 erstreckt sich ausgehend vom Kolben 8 in Richtung zum Lagerdeckel 6, den sie im Bereich einer Durchbrechung 16 verschiebbar und abgedichtet durchsetzt. Eine beispielsweise von einer Lagerbüchse gebildete ringförmige Lagereinrichtung 17 ist im Bereich der Durchbrechung 16 am Lagerdeckel 6 fixiert und umschließt die Kolbenstange 15 mit Führungskontakt. In vergleichbarer Weise wird die Kolbenstange 15 von einer insbesondere als Lippendichtring ausgebildeten ringförmigen Dichtungseinrichtung 18 umschlossen, die ebenfalls am Lagerdeckel 6 fixiert ist. Sowohl die Lagereinrichtung 17 als auch die Dichtungseinrichtung 18 sind zweckmäßigerweise innerhalb der Durchbrechung 16 platziert und können bei Bedarf als Baueinheit ausgebildet sein.

[0018] Zur Verbindung zwischen dem Kolben 8 und der Kolbenstange 15 ist an letzterer rückseitig ein mit einem Gewinde ausgestatteter Befestigungsbolzen 22 vorgesehen. Sein Durchmesser ist geringer als derjenige der Kolbenstange 25, und er durchsetzt den Kolben 8 im Bereich einer zentralen Durchbrechung. Auf das der Kolbenstange 15 entgegengesetzte Ende des Befestigungsbolzens 22 ist, zweckmäßigerweise unter Zwischenschaltung einer Distanzscheibe 23, eine Befestigungsmutter 24 aufgeschraubt, so dass der Kolben 8 zwischen der Kolbenstange 15 und der Befestigungsmutter 24 fest eingespannt ist.

[0019] Die Kolbenstange 15 könnte auch auf andere Weise am Kolben 8 befestigt sein, und auch eine einstückige Ausgestaltung wäre möglich. Jedenfalls sind der Kolben 8 und die Kolbenstange 15 durch die feste Verbindung zu einer Antriebseinheit 25 zusammengefasst, die sich nur einheitlich in Richtung der Längsachse 9 gemäß Doppelpfeil 21 hin und her bewegen lässt.

[0020] In jede Zylinderkammer 13, 14 mündet ein eigener Fluidkanal 26, 27, der andererseits über eine Anschlussöffnung 28, 29 zur Außenfläche des Zylindergehäuses 3 ausmündet. Bevorzugt verlaufen die Fluidkanäle 26, 27 im der jeweiligen Zylinderkammer 13, 14 zugeordneten Abschluss- bzw. Lagerdeckel 5, 6.

[0021] Über den rückseitigen Fluidkanal 27 eingespeistes Betätigungsfluid gelangt in diejenige Zylinderkammer 14, die nicht von einer Kolbenstange 15 durchsetzt ist und nachfolgend als kolbenstangenlose Zylinderkammer 14 bezeichnet wird. Das Betätigungsfluid ist dann in der Lage, die die kolbenstangenlose Zylinderkammer 14 begrenzende Stirnfläche der Antriebseinheit 25 zu beaufschlagen, welche als erste Beaufschlagungsfläche B₁ bezeichnet sei. Sie setzt sich beim Ausführungsbeispiel zusammen aus den entgegengesetzt zur Kolbenstange 15 orientierten Stirnflächen des Kolbens 8 sowie der Distanzscheibe 23, der Befestigungsmutter 24 und des Befestigungsbolzens 22. Bei einer Befestigungsart der Kolbenstange 15, die auf eine Durchdringung des Kolbens 8 verzichtet, wird die erste Betätigungsfläche B₁ komplett von der der Kolbenstange 15 abgewandten Kolbenfläche gebildet. Jedenfalls wird die erste Beaufschlagungsfläche B₁ von derjenigen Fläche definiert, die von der Außenkontur des Kolbens 8 umgrenzt ist. Die Querausdehnung der ersten Beaufschlagungsfläche B₁ ist ergänzend durch einen Doppelpfeil gekennzeichnet.

[0022] Das über den vorderen Fluidkanal 16 in die von der Kolbenstange 15 durchsetzte und nachfolgend als kolbenstangenseitige Zylinderkammer 13 bezeichnete Zylinderkammer eingespeiste Betätigungsfluid kann, bedingt durch die einen zentralen Bereich der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer 13 belegende Kolbenstange 15, lediglich eine zweite Beaufschlagungsfläche B₂ beaufschlagen, die kleiner ist als die axial entgegengesetzt orientierte erste Beaufschlagungsfläche B₁. Es handelt sich bei dieser zweiten Beaufschlagungsfläche B₂ um eine Ringfläche, deren Außenkontur von der Außenkontur des Kolbens 8 und deren Innenkontur von der Außenkontur der Kolbenstange 15 definiert ist. In der Zeichnung ist die zweite Beaufschlagungsfläche B₂ zur Verdeutlichung noch mittels zweier Doppelpfeile markiert.

[0023] Vorzugsweise sind sowohl der Kolben 8 als auch die Kolbenstange 15 mit einer kreisrunden Außenkontur versehen, so dass die erste Beaufschlagungsfläche B₁ eine Kreisfläche und die zweite Beaufschlagungsfläche B₂ eine Kreisringfläche ist. Allerdings wären auch abweichende Konturen möglich.

[0024] Beispielsweise könnte der Kolben 8 eine unkreisförmige Außenkontur haben, vorzugsweise oval oder elliptisch oder flach mit abgerundeten Schmalseiten. Die Kolbenstange könnte ebenfalls unkreisförmig konturiert sein, beispielsweise quadratisch.

[0025] Jedenfalls ist ersichtlich, dass die Größe der zweiten Beaufschlagungsfläche B₂ von der Größe der durch einen Doppelpfeil markierten Querschnittsfläche A des momentan innerhalb der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer 13 befindlichen Längenabschnittes 35 der Kolbenstange 15 abhängt. Dabei sei erwähnt, dass die Kolbenstange 15 zweckmäßigerweise über die gesamte Länge hinweg einen konstanten Querschnitt aufweist.

[0026] Für die gewünschten Einsatzfälle hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Querschnittsfläche A der Kolbenstange 15 in einer Größenordnung zu wählen, die zwischen 35 % und 80 % der ersten Beaufschlagungsfläche B₁ beträgt. Dementsprechend beläuft sich die Größe der zweiten Beaufschlagungsfläche B₂ auf einen Bereich zwischen 65 % und 20 % der ersten Beaufschlagungsfläche B₁. Die Bereichsgrenzen der Prozentangaben sind hierbei jeweils mit einbezogen.

[0027] Als optimal hat sich eine Querschnittsfläche A der Kolbenstange 15 im Bereich zwischen 40 % und 70 %, je einschließlich der Bereichsgrenzen, der ersten Beaufschlagungsfläche B₁ herausgestellt.

[0028] Auf Basis dieser Auslegung ermöglicht der Arbeitszylinder 2 einen Einsatz als Luftfeder-Zylinder. Dabei steht die kolbenstangenseitige Zylinderkammer 13 über eine an den vorderen Fluidkanal 26 angeschlossene erste Fluidleitung 32 ständig mit der Druckquelle P in Verbindung und ist dem Betriebsdruck ausgesetzt, der beispielsweise in einer Größenordnung von 6 bar liegt. Durch diesen Betriebsdruck erfährt die Antriebseinheit 25 in Verbindung mit der zweiten Beaufschlagungsfläche B₂ eine ständige Rückstellkraft F_R im Einfahrsinne, also im Sinne einer Annäherung der Antriebseinheit 25 an den rückseitigen Abschlussdeckel 5. Die erste Fluidleitung 32 repräsentiert hier Mittel zur ständigen Fluidbeaufschlagung der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer 13. Es kommen hierbei übliche Fluidleitungsquerschnitte zum Einsatz, auf die Einschaltung eines zusätzlichen Druckspeichers wird ebenso verzichtet wie auf den Einbau eines Druckminderers bzw. Druckreglers.

[0029] Die kolbenstangenlose Zylinderkammer 14 ist über eine an den rückseitigen Fluidkanal 27 angeschlossene zweite Fluidleitung 33 ebenfalls an eine Druckquelle P angeschlossen, wobei es sich vorzugsweise um die gleiche Druckquelle handelt, mit der auch die kolbenstangenseitige Zylinderkammer 13 in ständiger Verbindung steht. Anders als bei der ersten Fluidleitung 32 ist allerdings in die zweite Fluidleitung 32 ein 3/2-Wegeventil 34 eingeschaltet, und zwar als Steuermittel zur gesteuerten Beaufschlagung und Entlastung bzw. Entlüftung der kolbenstangenlosen Zylinderkammer 14.

[0030] Das insbesondere elektrisch und dabei vorzugsweise elektromagnetisch oder piezoelektrisch aktivierbare 3/2-Wegeventil kann wahlweise eine aus der Zeichnung ersichtliche Entlüftungsschaltstellung oder eine Beaufschlagungsschaltstellung einnehmen. In der Entlüftungsschaltstellung ist die Verbindung zwischen der kolbenstangenlosen Zylinderkammer 14 und der Druckquelle P unterbrochen und die kolbenstangenlose Zylinderkammer 14 zur Atmosphäre hin entlüftet. Die Antriebseinheit 25 nimmt demzufolge die aus der Zeichnung ersichtliche eingefahrene Stellung ein, bei der sie mit dem Kolben 8 an der Innenfläche des Abschlussdeckels 5 anliegt. Die Antriebseinheit 25 wird durch die ständig wirkende Rückstellkraft F_R in der eingefahrenen Stellung gehalten.

[0031] Erfolgt ein Umschalten des 3/2-Wegeventils in die Beaufschlagungsstellung, ergibt sich eine Fluidverbindung zwischen der Druckquelle P und der kolbenstangenlosen Zylinderkammer 14. Als Folge wirkt auf die Antriebseinheit 25 eine der Rückstellkraft F_R entgegengesetzte Ausfahrkraft F_A, die auf Grund der im Vergleich zur zweiten Beaufschlagungsfläche B₂ größeren ersten Beaufschlagungsfläche B₁ erheblich größer ist als die Rückstellkraft F_R. Dies hat zur Folge, dass die Antriebseinheit 25 eine Ausfahrbewegung durchführt, bei der die Kolbenstange 15 aus dem Lagerdeckel 6 ausfährt und sich der Kolben 8 zugleich an den Lagerdeckel 6 annähert. Die Ausfahrbewegung endet mit dem Aufprall des Kolbens 8 an der Innenfläche des Lagerdeckels 6.

[0032] Bei Erreichen dieser ausgefahrenen Position kann das 3/2-Wegeventil in die Entlüftungsschaltstellung umgeschaltet werden, worauf die Ausfahrkraft F_A entfällt und die Antriebseinheit 25 durch die weiterhin wirkende Rückstellkraft F_R in die eingefahrene Stellung zurückbewegt wird.

[0033] Das die Einfahrbewegung der Antriebseinheit 25 auslösende Umschalten des 3/2-Wegeventils kann durch eine Sensoreinrichtung ausgelöst werden, die bei Erreichen der ausgefahrenen Position der Antriebseinheit 25 anspricht. Hierzu kann der Kolben 8 ein zum Beispiel permanentmagnetisches Betätigungselement 42 aufweisen, das berührungslos mit einem nicht näher dargestellten Sensor außerhalb des Aufnahmeraumes 7 zusammenarbeitet. Der Sensor kann ein einfacher Zylinderschalter bzw. Reed-Schalter sein. Bei dem Betätigungselement 42 handelt es sich beispielsweise um einen Ringmagneten.

[0034] Auf diese Weise ist eine automatische Umsteuerung des 3/2-Wegeventils realisierbar, was eine verzögerungsfreie Bewegungsumkehr ermöglicht und demzufolge einen sehr raschen Ablauf eines aus Ausfahrbewegung und Einfahrbewegung bestehenden Arbeitszyklus. Da eine Ventilsteuerung der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer 13 entfällt, entfallen auch die Ventilschaltzeiten, die mit einem solchen zusätzlichen Steuerventil verbunden wären.

[0035] Allerdings sind nicht nur das Flächenverhältnis und die gewählte Betätigungsart für die hohe Arbeitsgeschwindigkeit des Arbeitszylinders 2 verantwortlich. Einen nicht unwesentlichen Beitrag liefert auch die Ausgestaltung der Kolbenstange 15 aus Aluminiummaterial mit einer Zugfestigkeit von mindestens 300 N/mm². Im Vergleich zu einer konventionellen Stahl-Kolbenstange ergibt sich hier eine nicht unbeträchtliche Gewichtseinsparung, was infolge der damit verbundenen Reduzierung der zu bewegenden Masse höhere Beschleunigungswerte der Antriebseinheit 25 gestattet. Die hohe Zugfestigkeit garantiert dabei eine hohe Belastbarkeit, so dass die Einsatzmöglichkeiten im Vergleich zu konventionellen Arbeitszylindern nicht eingeschränkt sind.

[0036] Um die bewegte Masse noch weiter zu reduzieren, kann gemäß dem Ausführungsbeispiel auch noch vorgesehen sein, dass die Kolbenstange 15 über wenigstens einen Teil ihrer Länge hohl ausgebildet ist. Der entsprechende Hohlraum 36 erstreckt sich zweckmäßigerweise ausgehend von dem dem Kolben 8 entgegengesetzten äußeren Ende der Kolbenstange 15 koaxial in Richtung zum Kolben 8 hin. Seine Länge beträgt zweckmäßigerweise mehr als die Hälfte der Kolbenstangenlänge. Er kann beispielsweise durch Aufbohren der ursprünglich in Vollmaterial ausgeführten Kolbenstange 15 hergestellt werden.

[0037] Mit dem Hohlraum 36 lässt sich bei Bedarf eine Mehrfachfunktion verbinden. So kann die Kolbenstange 15 im Bereich des Hohlraumes 36 mit einem Innengewinde 37 versehen sein, das die Befestigung eines weiteren Bauteils gestattet, beispielsweise eines das Anbringen eines zu bewegenden Gegenstandes ermöglichenden Kupplungsteils oder des zu bewegenden Gegenstandes selbst. Damit der Schraubvorgang problemlos vonstatten geht, kann die Kolbenstange 15, insbesondere am äußeren Endbereich, umfangsseitig mit einer das Ansetzen eines Haltewerkzeuges ermöglichenden Schlüsselfläche 38 ausgestattet sein.

[0038] Um trotz hoher Arbeitsgeschwindigkeit einen verschleißarmen Betrieb zu ermöglichen, ist die Kolbenstange 15 im Bereich ihres Außenumfanges mit einer Oberflächenhärte ausgebildet, die über 40 HRC (Rockwell-Härte) liegt. Der Arbeitszylinder 2 eignet sich somit auch für Einsatzfälle, bei denen die Kolbenstange Querbelastungen ausgesetzt ist.

[0039] Das Material des Kolbens 8 ist zweckmäßigerweise ebenfalls unter Gesichtspunkten der Gewichtseinsparung ausgewählt. Er besteht daher zweckmäßigerweise aus Aluminiummaterial, wobei allerdings die Festigkeitswerte der Kolbenstange nicht erreicht werden müssen. Es kann sich um eine konventionelle Aluminiumlegierung handeln, wie sie insbesondere auch für die Komponenten des Zylindergehäuses 3 zum Einsatz kommt.

[0040] Der beim Ausführungsbeispiel realisierte mehrteilige Kolbenaufbau mit zwei axial aufeinandergeschichteten Scheibenkörpern ist nicht zwingend, erleichtert jedoch die Montage des ringförmigen Betätigungselementes 42.

[0041] Neben der hohen Arbeitsgeschwindigkeit ermöglicht der erfindungsgemäße Aufbau der Antriebsvorrichtung auch einen Betrieb mit relativ geringem Luftverbrauch. Da die Einfahrbewegung von dem zuvor aus der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer ausgeschobenen Betätigungsfluid hervorgerufen wird, ist der Luftverbrauch für die Einfahrbewegung gleich null, was im Vergleich zu konventionellen Betriebsweisen eine beträchtliche Energieeinsparung nach sich zieht.

[0042] Zur Arbeitsgeschwindigkeit kann noch nachgetragen werden, dass der beschriebene Aufbau der Antriebsvorrichtung im Vergleich zu Serienzylindern entsprechender Kolbendurchmesser eine Geschwindigkeitserhöhung von bis zu 60 % gestattet.

Ansprüche

1. Antriebsvorrichtung, mit einem durch Fluidkraft betätigbaren Arbeitszylinder (2), der eine Antriebseinheit (25) mit einem im Zylindergehäuse (3) angeordneten Kolben (8) und einer mit dem Kolben (8) verbundenen und an einer Stirnseite aus dem Zylindergehäuse (3) herausragenden Kolbenstange (15) aufweist, wobei der Kolben (8) zwei zur Beaufschlagung mit einem Betätigungsfluid vorgesehene Zylinderkammern (13, 14) voneinander abteilt, wobei die Kolbenstange (15) wenigstens an ihrem innerhalb der zugeordneten Zylinderkammer (13) befindlichen Längenabschnitt (35) eine Querschnittsfläche (A) aufweist, die zwischen 35 % und 80 % der Beaufschlagungsfläche (B₁) der Antriebseinheit (25) auf der kolbenstangenlosen Seite des Kolbens (8) beträgt, und wobei die Kolbenstange (15) aus Aluminiummaterial mit einer Zugfestigkeit von mindestens 300 N/mmm² besteht.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (A) der Kolbenstange (15) zwischen 40 % und 70 % der auf der kolbenstangenlosen Seite liegenden Beaufschlagungsfläche (B₁) der Antriebseinheit (25) beträgt.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) und/oder die Kolbenstange (15) eine kreisrunde oder eine von der Kreisform abweichende Außenkontur aufweisen.

4. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (15) mit einer über 40 HRC liegenden Oberflächenhärte ausgebildet ist.

5. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (15) über wenigstens einen Teil ihrer Länge und vorzugsweise über mehr als die Hälfte ihrer Länge hohl ausgebildet ist.

6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hohlraum (36) der Kolbenstange (15) ausgehend von dem dem Kolben (8) entgegengesetzten äußeren Ende der Kolbenstange (15) koaxial in Richtung zum Kolben (8) erstreckt.

7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (15) im Bereich des Hohlraumes (36) mit einem Innengewinde versehen ist.

8. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) aus Aluminiummaterial besteht.

9. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Mittel (32) zur ständigen Fluidbeaufschlagung der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer (13) und durch Steuermittel (34) zur gesteuerten Beaufschlagung und Entlastung bzw. Entlüftung der kolbenstangenlosen Zylinderkammer (14).

10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel aus einem 3/2-Wegeventil (34) bestehen, das in die Fluidverbindung zur kolbenstangenlosen Zylinderkammer (14) eingeschaltet ist.

11. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur ständigen Fluidbeaufschlagung der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer (13) aus einer zwischen einer Druckquelle (P) und der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer (13) verlaufenden Fluidleitung (32) bestehen.

12. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zylinderkammern (13, 14) zur Beaufschlagung mit unter dem gleichen Betätigungsdruck stehendem Betätigungsfluid vorgesehen sind.

13. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Arbeitszylinder (2) um einen durch Druckluft als Betätigungsfluid betätigbaren pneumatischen Arbeitszylinder handelt.

Zeichnung