[0001] Die Erfindung betrifft einen endlagengedämpften Pneumatikzylinder, in dessen Zylindergehäuse
ein zumindest einseitig beaufschlagbarer Kolben axial bewegbar untergebracht ist,
wobei mindestens eine der beiden hierdurch gebildeten Druckkammern mit Mitteln für
eine verstellbare Endlagendämpfung des Kolbens ausgestattet ist.
[0002] Um ein abruptes Auftreffen des Kolbens auf den Zylinderdeckel in der Endlage zu vermeiden,
erfordern bestimmte Einsatzfälle eine Endlagendämpfung. Bei der Endlagendämpfung wird
die Geschwindigkeit des Kolbens kurz vor Erreichen der Endlagenposition durch entsprechende
Bauteile abgebremst, die meist im Prinzip eine zusätzliche Drosselstelle bilden, durch
welche die aus dem Pneumatikzylinder zu verdrängende Druckluft hindurchfließen muss,
so dass die gewünschte Verzögerung entsteht.
[0003] Allgemein bekannt sind endlagengedämpfte Pneumatikzylinder mit konstanter Dämpfungslänge
sowie auch mit variabler Dämpfungslänge. Bei einem Pneumatikzylinder mit konstanter
Dämpfungslänge lässt sich diese nicht ändern, also den Einsatzbedingungen anpassen.
Dagegen ist die Dämpfungslänge bei Pneumatikzylindern mit variabler Dämpfungslänge
änderbar, um je nach Einsatzfall eine Verstellung der Endlagendämpfung des Kolbens
zu ermöglichen.
[0004] Aus der DE 44 10 103 C1 geht ein solcher gattungsgemäßer endlagengedämpfter Pneumatikzylinder
mit variabler Dämpfungslänge hervor. Um ein besonders sanftes Anfahren der Endlage
des Pneumatikzylinders zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass eine elektronische Steuereinheit
in Form eines Gegenpulsmoduls über zugeordnete diskrete Vorpositioniersensoren eine
zeitlich einstellbare Umsteuerung eines bestromten ersten, einer ersten Endlage zugeordneten
Steuerventils auf ein bisher nicht bestromtes zweites, einer zweiten Endlage zugeordneten
Steuerventils bewirkt. Um das Dämpfungsverhalten der Antriebsanordnung zu variieren,
kann hier das Umsteuern ze itverzögert vorgenommen werden. Weiterhin kann die Gegenimpuls-Dauer
variiert werden, was ein praktisch kraftloses Annähern an die Endlagenposition mit
niederer Geschwindigkeit ermöglicht. Diese Maßnahmen beeinflussen die wirksame Dämpfungslänge,
welche insoweit flexibel über die elektronische Steuereinheit variierbar ist. Aufgrund
der an definierten Stellen entlang der Hubrichtung des Kolbens angebrachten diskreten
Vorpositioniersensoren sind die Einstellmöglichkeiten hinsichtlich der Endlagenparameter
jedoch begrenzt. So ist insbesondere der Einsatzzeitpunkt der Dämpfung sowie die Dämpfungsstärke
nicht exakt bzw. nicht ohne größeren steuertechnischen Aufwand an verschiedene Einsatzfälle
anpassbar.
[0005] Aus der DE 196 45 701 A1 geht ein weiterer gattungsgemäßer endlagengedämpfter Pneumatikzylinder
mit variierbarer Dämpfungslänge hervor. Die Dämpfung wird hier mittels einer Steuerventilanordnung
erzeugt, durch welche die durchströmende Druckluft wenigstens zeitweise gedrosselt
wird. Die Steuerventilanordnung weist Druckluftanschlüsse und Steueranschlüsse auf,
die mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden sind. Zur Drosselung des Druckluftstroms
besitzt die Steuerventilanordnung neben einem ersten Durchlassquerschnitt noch einen
zweiten, kleineren Durchlassquerschnitt sowie ein Umschaltventil zur Umschaltung zwischen
den beiden Durchlassquerschnitten. Durch das Umschalten auf den kleineren Durchlassquerschnitt
wird eine zeitweise Drosselung der Druckluftzufuhr in dem Druckmittelzylinder zur
Endlagendämpfung bewirkt. Über die elektronische Steuereinheit ist wegen einer mit
dieser zusammenwirkenden permanenten Wegerfassung des Kolbens das Einsetzen der Endlagendämpfung,
das heißt hier das Umschalten zwischen den beiden Durchlassquerschnitten, flexibel
einstellbar. Allerdings erfordert diese Lösung einen recht hohen Aufwand an zusätzlicher
Ventiltechnik sowie Steuerelektronik,
[0006] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen endlagengedämpften Pneumatikzylinder
mit variierbarer Dämpfungslänge zu schaffen, welcher sich mit einfachen technischen
Mitteln auf unterschiedliche Dämpfungslängen einstellen lässt.
[0007] Die Aufgabe wird ausgehend von einem endlagengedämpften Pneumatikzylinder gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.
Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
wieder.
[0008] Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass als Mittel für eine verstellbare
Endlagendämpfung ein stirnseitig am Kolben über Druckfedermittel beabstandet angebrachtes,
zumindest bereichsweise eisenmetallisches Anschlagelement vorgesehen ist, welches
in einer kolbennahen Grundposition G durch die Magnetkraft mindestens eines Permanentmagneten
am Kolben fixiert ist, und welches in einer kolbenfernen Arbeitsposition A zur Endlagendämpfung
in die benachbarte Druckkammer hineinragt, wobei ein außen entlang des Zylindergehäuses
zur Bestimmung der Dämpfungslänge verstellbares Magnetelement für die Erzeugung eines
gegenüber dem Magnetfeld des Permanentmagneten im wesentlichen invertierten Magnetfelds
vorgesehen ist, um eine Positionsänderung des Anschlagelements aus der Grundposition
G in die Arbeitsposition A zu erzielen, wenn der Kolben kurz vor Erreichen der Endlage
das Magnetelement passiert.
[0009] Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass mit einer
Verstellung des außen am Zylindergehäuse angebrachten Magnetelements die Dämpfungslänge
flexibel an jeden Einsatzfall anpassbar ist. Diese Anpassung erfolgt in einfacher
Weise manuell, ohne dass hierfür steuerungstechnischer Aufwand erforderlich ist. Die
Dämpfungsstärke kann ebenfalls manuell über eine einstellbare Drossel in herkömmlicher
Weise angepasst werden. Somit sind die beiden, die Endlagendämpfung bestimmenden Parameter
Dämpfungslänge und Dämpfungsstärke direkt am Pneumatikzylinder durch leicht verständliche
Bedienschritte einstellbar. Die erfindungsgemäße mechanische Lösung zur Endlagendämpfung
erfordert nur einen geringen zusätzlichen Bauteileaufwand, der die Kompaktheit des
Pneumatikzylinders nicht beeinflusst. So wird vor allem die Länge des Pneumatikzylinders
hierdurch nicht vergrößert.
[0010] Ein besonders zuverlässiges Festhalten des eisenmetallischen Anschlagselements in
der kolbennahen Grundposition G ergibt sich, wenn der Permanentmagnet hohlzylinderförmig
ausgebildet ist, angepasst an eine vorzugsweise ringartige Ausbildung des Anschlagelements,
wobei das das Anschlagelement tragende Druckfedermittel vom hohlzylinderförmigen Permanentmagnet
zumindest teilweise umschlossen ist. Diese relative Anordnung der besagten Bauteile
zueinander gewährleistet darüber hinaus auch deren kompakte Unterbringung innerhalb
des begrenzten Bauraums im Kolben.
[0011] Vorzugsweise ist das Druckfedermittel nach Art einer Spiraldruckfeder oder nach Art
eines Elastomerfaltenbalges ausgebildet, welches einerseits am Kolben befestigt ist
und andererseits das Anschlagelement trägt. Es ist dass denkbar, dass das Druckfedermittel
selbst durch seine Federwirkung zur Endlagendämpfung beiträgt. Vorzugsweise besitzt
das Druckfedermittel jedoch nur eine geringe spezifische Federkonstante, die so bemessen
ist, dass eine Axialbewegung des Anschlagelements von der kolbennahen Grundposition
G ausfedernd in die kolbenferne Arbeitsposition A sichergestellt ist.
[0012] Die Endlagendämpfung erfolgt vorzugsweise derart, dass das Anschlagelement in der
kolbenfernen Arbeitsposition A bei Annäherung des Kolbens an die Endlage ab Erreichen
eines durch die axiale Beabstandung des Anschlagelements vom Kolben definierten Dämpfungsabstandcs
X eine im zugeordneten Zylinderdeckel angeordnete korrespondierende Öffnung verschließt,
so dass für die restliche aus der Druckkammer entweichende Abluft nur der durch eine
zweite Bypassöffnung zur Verfügung gestellte Restströmungsquerschnitt verbleibt.
[0013] Zu diesem Zwecke besteht das Anschlagelement vorteilhafter Weise aus unterschiedlichen
Materialien, nämlich zu der dem Kolben zugewandten Seite aus Eisen und zu der gegenüberliegenden,
dem Zylinderdeckel zugewandten Seite aus einem Elastomermaterial. Das Anschlagelement
kann somit in einfacher Weise als Gummi-Metallteil hergestellt werden.
[0014] Das vorzugsweise ringförmig ausgebildete Anschlagelement korrespondiert mit der im
Zylinderdeckel vorgesehenen Öffnung, welche beispielsweise als Ringspalt oder als
eine in einer Kreisform angeordnete Bohrungsreihe ausgebildet werden kann.
[0015] Vorzugsweise ist das entlang des Zylindergehäuses zur Bestimmung der Dämpfungslänge
verstellbare Magnetelement eine elektrische Magnetspule, die gegenüber dem im Kolben
integrierten Permanentmagneten so ausgerichtet ist, dass sich bei deren Bestromung
ein gegenüber dem Magnetfeld des Permanentmagneten im wesentlichen invertiertes Magnetfeld
ergibt, welches das Magnetfeld des Permanentmagneten stört, indem dieses teilweise
aufgehoben wird. Die Bestromung der Magnetspule kann über eine elektronische Steuereinheit
erfolgen, was ein wahlweise Zuschalten oder Abschalten der Endlagendämpfung ermöglicht.
Die Ansteuerung der Magnetspule kann dabei gemeinsam mit der Ansteuerung eines den
Pneumatikzylinder beaufschlagenden Magnetventils erfolgen, so dass eine separate Steuereinrichtung
nicht erforderlich ist. Daneben ist es auch denkbar, das außen am Zylindergehäuse
angebrachte, längsverstellbare Magnetelement als einen Permanentmagneten auszugestalten,
dessen Positionierung ebenfalls ein entsprechend invertiertes Magnetfeld liefert.
Hierbei ist aber zu beachten, dass der Permanentmagnet die Dämpfungseinrichtung nicht
auch beim Rückhub des Kolbens auslöst. Zu diesem Zwecke sind geeignete technische
Mittel zum Zuführen und Abführen des Permanentmagneten oder dergleichen vorzusehen.
[0016] Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben
oder werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt.
[0017] Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen endlagengedämpften Pneumatikzylinder
mit variierbarer Dämpfungslänge.
[0018] Der Pneumatikzylinder besteht im Wesentlichen aus einem Zylindergehäuse 1, in welchem
ein Kolben 2 axial verschiebbar untergebracht ist. Der Kolben 2 ist mit zwei ringförmigen
Dichtelementen 3a und 3b versehen, welche an der Innenwandung des Zylindergehäuses
1 über entsprechende Dichtlippenabschnitte zur Anlage kommen. Der Kolben 2 unterteilt
den Innenraum des Zylindergehäuses 1 in zwei Druckkammern 4a und 4b. Die Druckkammern
4a und 4b sind weiterhin begrenzt durch endseitig am Zylindergehäuse 1 dichtend befestigte
Zylinderdeckel 5a und 5b. Vom Kolben 2 aus verläuft eine Kolbenstange 6. Die Kolbenstange
6 durchdringt abgedichtet den Zylinderdeckel 5b. Zur Abdichtung des Zylinderdeckels
5b gegenüber der Kolbenstange 6 ist ein ringförmiges Dichtelement 7 im Zylinderdeckel
5b angeordnet. Axial benachbart zum Dichtelement 7 weist der Zylinderdeckel 5b weiterhin
eine Führungsbuchse 8 auf, welche einer exakten axialen Führung der Kolbenstange 6
dient.
[0019] Zur Druckmittelbeaufschlagung des hier dargestellten doppeltwirkenden Pneumatikzylinders
sind zwei Druckmittelanschlüsse 9a und 9b in den Zylinderdeckel 5a bzw. 5b vorgesehen.
Der Druckmittelanschluss 9a steht mit der Druckkammer 4a in Verbindung, wogegen der
Druckmittelanschluss 9b zur Beaufschlagung der Druckkammer 4b dient.
[0020] Zur beidseitigen Endlagcndämpfung des Kolbens 2 sind hieran jeweils beidscitig axial
beabstandet angebrachte ringförmige Anschlagelemente 10a und 10b vorgesehen. Die axial
beabstandete Anbringung der Anschlagelemente 10a und 10b am Kolben 2 erfolgt über
ein Druckfedermittel 11a bzw. 11b, welche im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung
die Hauptfunktionen erfüllen, die Anschlagelemente 10a und 10b im entlasteten Zustand
axial beabstandet vom Kolben 2 und leicht verschiebbar zu halten. Insoweit weisen
die hier nach Art einer Spiraldruckfeder aus Federstahl bestchenden Druckfedermittel
11a und 11b eine nur geringe Federkonstante auf. Die koaxial gegenüber dem Kolben
2 derart angebrachten ringförmigen Anschlagelemente 10a, 10b korrespondieren zur Ausführung
der Endlagendämpfung mit zugeordneten Öffnungen 12a und 12b, welche hier die Form
eines Ringspalts besitzen, der an die Form des als Verschlusselement wirkenden Anschlagelements
10a bzw. 10b angepasst ist. Zur Verbesserung der Dichtwirkung besteht das Anschlagelement
10a, 10b zu der der Öffnung 12a bzw. 12b zugewandten Seite aus einem Elastomermaterial,
wogegen die gegenüberliegende Seite aus Eisen besteht.
[0021] Bei Bewegung des Kolbens 2 in eine Endlage wird nun ab Erreichen eines durch die
axiale Beabstandung des Anschlagelements 10a vom Kolben 2 definierten Dämpfungsabstandes
X die im zugeordneten Zylinderdeckel 5a angeordnete Öffnung 12a verschlossen. Die
Öffnung 12a steht mit dem Anschluss 9a in Verbindung. Eine Bypassöffnung 13a und 13b
liegt außerhalb der Reichweite des Anschlagelements 10a bzw. 10b. Diese Anordnung
bewirkt, dass bei Verschluss der Öffnung 12a oder 12b zur Endlagendämpfung das restliche,
aus der Druckkammer 4a bzw. 4b entweichende Druckmittel nur durch die jeweilige Bypassöffnung
13a oder 13b entweichen kann.
[0022] Im Prinzip wird hier zur Endlagendämpfung ab Erreichen des Dämpfungsabstands X der
Strömungsquerschnitt für das Entweichen der Druckmittel entsprechend vermindert. Zur
mangelnden Einstellung des Dämpfungsgrades ist weiterhin jeweils eine Drosselschraube
14a und 14b vorgesehen, welche mit der Bypassöffnung 13a bzw. 13b zusammenwirkt.
[0023] Eine verstellbare Endlagendämpfung wird dadurch erreicht, dass das Anschlagelement
10a, 10b sowohl eine kolbennahe Grundposition G als auch eine kolbenferne Arbeitsposition
A einnehmen kann. (In der Figur sind beide Positionen dargestellt, welche gleichermaßen
für beide Dämpfungsseiten gelten.) In der kolbennahen Grundposition G ist das eisenmetallische
Anschlagelement 10b durch die Magnetkraft eines hohlzylinderförmigen Permanentmagneten
15a, 15b am Kolben 2 fixiert. In der anderen, kolbenfernen Arbeitsposition A ragt
das Anschlagelement 10a - in vorstehend beschriebener Weise - in die benachbarte Druckkammer
4a hinein. Außen am Zylindergehäuse 1 ist jeweils ein Magnetelement 16a, 16b manuell
entlang des Zylindergehäuses 1 verstellbar und hieran lösbar befestigt angeordnet.
Die Magnetelemente 16a, 16b sind hier als elektrische Magnetspulen ausgeführt, welche
über eine - nicht weiter dargestellte - elektronische Steuereinheit bestrombar sind.
Bei Bestromen der Magnetelemente 16a bzw. 16b entfalten diese ein Magnetfeld, welches
in seiner Polarisierung gegenüber dem vom Permanentmagneten 15a, 15b erzeugten Magnetfeld
invertiert ist. Durch diese störende Schwächung des Magnetfelds des Permanentmagneten
15a bzw. 15b löst sich infolge der Druckkraft der Druckfedermittel 11a bzw. 11b das
Anschlagelement 10a bzw. 10b aus seiner über magnetische Kraft gehaltenen kolbennahen
Grundposition G und gelangt in seine Arbeitsposition A. Nunmehr ist das Anschlagelement
10a bzw. 10b bereit, eine Dämpfungsfunktion im vorstehend erläuterten Sinne auszuführen.
Über die Positionierung der Magnetelemente 16a bzw. 16b außen am Zylindergehäuse 1
kann dieses auslösende Moment bestimmt werden, so dass hierüber die Dämpfungslänge
variierbar ist. Bei Erreichen der Endlagenposition des Kolbens 2 wird unter Zusammendrücken
des zugeordneten Druckfedermittels 11a bzw. 11b das Anschlagelement 10a bzw. 10b wieder
in die Grundposition G gedrückt, wo dieses aufgrund der vom Permanentmagneten 15a
bzw. 15b ausgeübten Magnetkraft wieder fixiert ist.
Bezugszeichenliste
[0024]
- 1
- Zylindergehäuse
- 2
- Kolben
- 3
- Dichtelement
- 4
- Druckkammer
- 5
- Zylinderdeckel
- 6
- Kolbenstange
- 7
- Dichtelement
- 8
- Führungsbuchse
- 9
- Anschluss
- 10
- Anschlagelement
- 11
- Druckfedermittel
- 12
- Öffnung
- 13
- Bypassöffnung
- 14
- Drosselschraube
- 15
- Permanentmagnet
- 16
- Magnetelement
- A
- Arbeitsposition
- G
- Grundposition
- X
- Dämpfungsabstand
1. Endlagengedämpfter Pneumatikzylinder, in dessen Zylindergehäuse (1) ein zumindest
einseitig beaufschlagbarer Kolben (2) axial bewegbar untergebracht ist, wobei mindestens
eine der beiden hierdurch gebildeten Druckkammern (4a, 4b) mit Mitteln für eine verstellbare
Endlagendämpfung des Kolbens (2) ausgestattet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel für eine verstellbare Endlagendämpfung ein stirnseitig am Kolben (2) über
Druckfedermittel (11a, 11b) beabstandet angebrachtes, zumindest bereichsweise eisenmetallisches
Anschlagelement (10a, 10b) vorgesehen ist, welches in einer kolbennahen Grundposition
G durch die Magnetkraft mindestens eines Permanentmagneten (15a, 15b) am Kolben (2)
fixiert ist, und welches in einer kolbenfernen Arbeitsposition A zur Endlagendämpfung
in die benachbarte Druckkammer (4a, 4b) hineinragt, wobei ein außen entlang des Zylindergehäuses
(1) zur Bestimmung des Dämpfungslänge verstellbares Magnetelement (16a, 16b) für die
Erzeugung eines gegenüber dem Magnetfeld des Permanentmagneten (15a, 15b) im wesentlichen
invertierten Magnetfelds vorgesehen ist, um eine Positionsänderung des Anschlagelements
(10a, 10b) aus der Grundposition G in die Arbeitsposition A zu erzielen, wenn der
Kolben (2) kurz vor Erreichen der Endlage das Magnetelement (16a, 16b) passiert.
2. Endlagengedämpfter Pneumatikzylinder gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (15a, 15b) hohlzylinderförmig ausgebildet ist und stirnseitig
in den Kolben (2), das Druckfedermittel (11a, 11b) zumindest teilweise umschließend,
eingelassen ist.
3. Endlagengedämpfter Pneumatikzylinder gemäß Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfedermittel (11a, 11b) nach Art einer Spiraldruckfeder oder nach Art eines
Elastomerfaltenbalgs ausgebildet ist, welches einerseits am Kolben (2) befestigt ist
und andererseits das Anschlagelement (10a, 10b) trägt.
4. Endlagengedämpfter Pneumatikzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (10a, 10b) in der kolbenfernen Arbeitsposition A bei Annäherung
des Kolbens (2) an die Endlage ab Erreichen eines durch die axiale Beabstandung des
Anschlagelements (10a, 10b) vom Kolben (2) definierten Dämpfungsabstandes X eine im
zugeordneten Zylinderdeckel (5a, 5b) angeordnete korrespondierende Öffnung (12a bzw.
12b) verschließt, so dass für die restliche aus der Druckkammer (4a bzw. 4b) entweichende
Abluft nur der durch eine zweite Bypassöffnung (13a, 13b) zur Verfügung gestellte
Restströmungsquerschnitt verbleibt.
5. Endlagengedämpfter Pneumatikzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (10a, 10b) zu der dem Kolben (2) zugewandten Seite aus Eisen
besteht und zu der gegenüberliegenden, dem Zylinderdeckel (5a, 5b) zugewandten Seite
aus einem Elastomermaterial besteht.
6. Endlagengedämpfter Pneumatikzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem ringförmigen Anschlagelement (10a, 10b) korrespondierende Öffnung (12a,
12b) aus einem Ringspalt oder einer in einer Krcisform angeordneten Bohrungsreihe
besteht.
7. Endlagengedämpfter Pneumatikzylinder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das entlang des Zylindergehäuses (1) zur Bestimmung des Dämpfungslänge verstellbare
Magnetelement (16a, 16b) ein Permanentmagnet ist.
8. Endlagengedämpfter Pneumatikzylinder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das entlang des Zylindergehäuses (1) zur Bestimmung des Dämpfungslänge verstellbare
Magnetelement (16a, 16b) eine elektrische Magnetspule ist.
9. Endlagengedämpfter Pneumatikzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass von mindestens einer Stirnseite des Kolbens (2) eine Kolbenstange (6) ausgeht, die
einen zugeordneten Zylinderdeckel (5b) abgedichtet durchdringt, oder dass der Kolben
mit Mitteln zur Bildung eines kolbenstangenlosen Zylinders zusammenwirkt.
10. Endlagengedämpfter Pneumatikzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die krafterzeugende Druckkammer (4a, 4b) über einen äußeren Anschluss (9a, 9b) zur
Krafterzeugung mit Druckluft beaufschlagbar ist oder ein Federelement zur Krafterzeugung
enthält.