DE3019119C2 - Pneumatischer Antrieb für Schalt- und Stellglieder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf -inen pneumatischen Antrieb für Schalt- und Stellglieder wie beispielsweise Verschlüsse, Ventile, Klappen, Schalter, Signalgeber od. dgl. mit einem in einem Zylinder verschiebbaren Kolben und einer damit verbundenen, auf das zu betätigende Schalt- oder Stellglied einwirkenden «0 Kolbenstange und mindestens einer nahe des Zylinderbodens in den Zylinder mündenden Zuführleitung für das gasförmige Druckmedium, wobei die Zuführleitung mindestens eine Abzweigleitung aufweist, die in den Nutengrund einer umfangsgeschlossenen, im Zylinder vorgesehenen und einen Dichtring aufnehmenden Nut mündet und der bei beaufschlagtem Zylinder ebenfalls druckbeaufschlagte Dichtring dadurch den unter Druck stehenden Zylinderraum dichtend abschließt.

Ein solcher pneumatischer Antrieb ist bekannt, DE-OS 27 55 239. Die erwähnte, den Dichtring tragende Nut ist dabei in der inneren Zylinderwand vorgesehen, und zwar in dem vom Kolben überfahrenen Bereich. Der Dichtring wird bei der Beaufschlagung des Zylinders mit dem Druckmedium quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens verschoben, gestaucht und an den Kolben gepreßt. Bei der Entlastung des Zylinders wird der gummielastische weiche Dichtring ebenfalls quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens nach außen gedrückt. Dieser Dichtring muß entsprechend nachgiebig und elastisch sein, damit er diese Bewegungen durchführen kann, damit er sich in ausreichendem Maße dehnen kann bzw. stauchen läßt. Der vom Dichtring bei der Entlüftung des Zylinders freigegebene Spalt wird dabei von der inneren Zylinderwand und der Kolbenwange begrenzt, ist also relativ kleinflächig, da dieser Spaltraum, der das Spiel zwischen Kolben und Zyiinderwand bestimmt, im Hinblick auf die ordnungsgemäße Führung des Kolbens im Zylinder nicht beliebig vergrößert werden kann.

E? ist aus der DE-AS 25 35 524 auch ein Hubzylinder für Schienenbremsmagnete von Schienenfahrzeugen bekannt Dieser besitzt einen druckmittelbeaufschlagbaren und durch einen Kolbendichtring gegen die Zyiinderwand abgedichteten Kolben, dessen eine Endstellung durch einen Anschlag zwischen einem Zylinderdeckel des Hubzylinders und dem Kolben bestimmt ist Der Anschlag des Zylinderdeckels und der Kolben besitzen zur Zylinderachse konzentrisch angeordnete Anschlagfläche, die in der Endstellung des Kolbens aneinander anliegen. In einer Nut des Kolbens liegt der Kolbendichtring. Die Rückseite dieser Nut ist über eine Bohrung mit der Druckmittelleitung verbunden, so daß bei beaufschlagtem Hubzylinder der im Kolben gelagerte Dichtring an die Zylinderlaufbahn gedrückt wird. Während der Fahrt eines Fahrzeuges wirken zwischen den Kolben und dessen Zyiinderlaufbahn Querkräfte, die von Seiten-Beschleunigungen und Stoßen des Fahrzeuges sowie von eventuellen Bändelungen des über die am Zyiinderboden versehieblich geführten Kolbenstange aufgehängten Schienenbremsmagneten bedingt sind. Dies führt im Bereich der Kolbenendlage zu einem Verschleiß der Zylinderlaufbahn und kann damit Undichtigkeiten zwischen Kolben und Zylinderlaufbahn bedingen. Der erwähnte Hubzylinder für Schienenüremsmagnete ist nun so konstruiert, daß trotz der auf ihn einwirkenden Querkräfte und Seitenbeschleunigungen der in seiner angehobenen Endstellung befindliche Kolben durch Absichern gegen radiales Ausweichen und gegen Pendelbewegungen keinen Verschleiß an dem in dieser Stellung mit ihm zusammenwirkenden Bereich der Zylinderlaufbahn bewirken kann, so daß Undichtigkeiten und damit teure Wartungsarbeiten vermieden werden.

Der Anmeldungsgegenstand stellt nun eine Weiterentwicklung des erstbesprochenen pneumatischen Antriebes dar.

Aufgabe ist es, bei einem solchen Antrieb die Konstruktion so zu gestalten, daß die Entlüftungsöffnung möglichst groß gewählt werden kann, damit der Zylinderraum so rasch wie möglich entlüftet werden kann, ohne daß dadurch das zwischen Kolben und Zylinderwand herrschende Spiel, das für die Führung des Kolbens wesentlich ist, beeinflußt und abgeändert werden müßte. Ferner sollen Gleitreibungen am Dichtring durch die Relativbewegung zwischen diesem und dem Kolben vermieden werden, um eine Erhöhung der Lebensdauer des Dichtringes zu erreichen. Außerdem soll der Dichtring au» einem gegenüber Weichgummi härteren Material gefertigt werden können, um mit höheren Differenzdrücken arbeiten zu können, was ebenfalls die Geschwindigkeit des Entlüftungsvorganges günstig beeinflußt.

Zur Lösung dieser komplexen Aufgabenstellung schlägt die Erfindung vor, daß der Zylinder zwischen der Stirnfläche der Zylinderhülse und der zugewandten Stirnfläche des Zylinderbodens einen in der Zylinder-Querschnittsebene liegenden, umlaufenden Spalt aufweist-, der aus dem Zylinderraum nach außen führt, und daß mindestens eine der beiden, diesen Spalt bildenden Ringstirnflächen die Nut enthält, die zum Spalt hin offen ist.

Der oben beschriebene und erläuterte Hubzylinder für Schienenbremsmagnete von Schienenfahrzeugen bietet für eine solche Lösung keine Anregung, da seine konstruktiven Gegebenheiten auf gänzlich anderen

■ί

Voraussetzungen beruheil.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Schnellschluß-Eckventiles. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt bei geöffnetem Ventil;

F i g. 2 einen Längsschnitt bei entlüftetem Zylinder in jenem Augenblick, bevor das Ventil schließt

Der pneumatische Antrieb weist einen Zylinder 1 auf, der aus der Zylinderhülse 2 und dem Zylinderboden 3 besteht Diese beiden Teile sind unter Freilassung eines Spaltes 4 miteinander verbunden. Dieser Spalt 4 wird dadurch gebildet, daß Zylinderboden 3 und Zylinderhülse 2 durch zur Achse der Zylinderhülse 2 parallele Schrauben miteinander verbunden werden, wobei durch eingelegte Distanzscheiben aie Größe dieses Spaltes 4 bestimmbar ist Diese Schrauben und die von ihnen durchsetzten Distanzscheiben sind hier nicht dargestellt Abgeschlossen wird die Zylinderhülse 2 oben durch eine einsetzbare Stirnwand 5 mit einer oder mehreren Entlüftungsbohrungen 6. Diese einsetzbare Stirnwand 5 ist durch einen Sprengring 7 in ihrer Lage fixiert In diesem Zylinder 1 ist ein Kolben S mit Kolbenringen 9 verschiebbar. Mit diesem Kolben 8 ist die Kolbei?:tange

10 formschlüssig verbunden, die mit ihrem einen Ende in ein Ventilgehäuse 11 eines Eckventiles ragt Die Kolbenstange trägt einen Ventilteller IZ Ventilgehäuse

11 und Zylinder 1 sind über einen Flansch 13 und Schrauben fest miteinander verbunden. Das andere Ende 14 der Kolbenstange kann aus dem Zylinder 1 herausgeführt sein und mit einem Stellanzeiger direkt oder indirekt verbunden werden, der die jeweilige Stellung des Ventiles anzeigt Eine Schraubenfeder 15, im Zylinder 1 und koaxial zu diesem angeordnet, stützt sich einerseits an der eingesetzten Stirnwand 5, andererseits an der Rückseite des Kolbens 8 ab und drückt bei entlüftetem Zylinderraum 16 den Ventilteller

12 gegen seinen Sitz 17. Die Kraft dieser Feder 15 bestimmt den Schließdruck des Ventils.

Der in einer Querschnittsebene des Zylinders 1 liegende Spalt 4, der den Zylinderraum 16 mit der freien Atmosphäre verbindet, ist einerseits durch die Ringstirnfläche 18 der Zylinderhülse 2, andererseits durch die vom äußeren Rand des Zylinderbodens 3 gebildete Ringstirnfläche 19 begrenzt In der Ringstirnfläche 18 der Zylinderhülse 2 ist eine umlaufende Nut 20 eingearbeitet, die gegenüber der benachbarten Ringstirnfläche 19 offen ist In dieser Nut 20 liegt ein Dichtring 21 aus einem gegenüber Weichgummi hartem Material, wobei der Durchmesser des Dichtringquerschnittes etwas größer ist als die Breite der Nut 20, so daß der Dichtring 21 an beiden Wangen der Nut 20 anliegt. Die Tiefe der Nut 20 ist etwas größer als der Durchmesser des Dichtringquerschnittes, so daß dieser Dichtring 21 zur Gänze von dieser Nut 20 aufgenommen werden kann, ohne daß er in den Spalt 4 ragt. Seitlich an der Zylinderhülse 2 sind drei Wegeventile 22 angeflanscht Beim Ausführungsbeispiel sind zwei solcher Ventile gezeigt, es können jedoch entlang des Umfanges mehrere solcher Ventile vorgesehen werden. Der Ventilkörper 23 dieser Ventile 22 ist zweckmäßigerweise über hier nicht dargestellte Elektromagnete versiellbar. Eine erste Bohrung 24 des Ventils 22 ist mit einer hier nicht dargestellten Druckluftquelle verbunden, eine zweite Bohrung 25 dient als Entlüftungsöffnung und führt unmittelbar ins »Freie«. Die dritte Bohrung 26 dient zur Beaufschlagung des Zylinderraumes 16 über die in der Zylinderhülse 2 vorgesehene Zuführleitung 27, aber aixh zur Entlüftung dieses Raumes, Die Mündung 28 der Zuführleitung 27 liegt nahe dem Zylinderboden 3. Diese Zuführleitung 27 besitzt eine Abzweigleiti-ng 29, die unmittelbar in die umlaufende Nut 20, und zwar zum Nutgrund führt, wobei zweckmäßigerwejse der Querschnitt dieser Abzweigleitung 29 größer ist als jener der Zuführleitung 27. Darüber hinaus ist diese Abzweigleitung 29 zweckmäßigerweise auch kürzer, also von geringerer Länge als die Zuführleitung 27. Soweit zum allgemeinen ίο konstruktiven Aufbau des Ausführungsbeispieles.

In der aus F i g. I ersichtlichen Stellung des pneumatischen Antriebes ist das Eckventil geöffnet Die Ventilkörper 23 verbinden dabei die Druckleitungen 24 mit den Zuführleitungen 27. Der in der Zuführleitung 27 is herrschende Druck steht auch in der Abzweigleitung 29 an und drückt den Dichtring 21 entlang seines gesamten Umfanges in axialer Richtung des Zylinders aus der Nut 20, so daß er an der Ringstirnf!äche 19 des Zylinderbodens 3 fest angepreßt ist Damit ist der Zylinderraum 16 nach außen abgedichtet und der hier herrschende Druck preßt den Kolben » entgegen der Wirkung der Feder 15 nach oben, so naß die Feder vorgespannt ist Durch die Distanzhülse 30 ist der Verschiebeweg des Kolbens nach oben begrenzt Das Ventil bleibt so lange geöffnet (Fig. 1), solange der Zylinderraum 16 unter Druck steht

Soll das Ventil nun geschlossen werden, so werden über die hier nicht dargestellten Elektromagnete die Ventilkörper 23 in die aus F i g. 2 ersichtliche Stellung gedreht Nun ist die Zuführleitung 27 und auch die Abzweigleitung 29 über die Bohrung 25 mit der Atmosphäre verbunden und der Druck in diesen Leitungsabschnitten 27 und 29 bricht zusammen. Durch den im ersten Augenblick herrschenden Differenzdruck zwischen innen und der Rückseite des Dichtringes 21 wird dieser Dichtring in die Nut 20 zurückgedrängt (Fig.2). so daß der im Zylinderraum 16 herrschende Druck sich vornehmlich über den nun frei werdenden Spalt 4 abbauen kann, was außerordentlich rasch •»ο geschieht, da durch das Zurückdrängen des Dichtringes 21 in die Nut 20 eine im Verhältnis zu den QuerscHnittsöffnungen der Bohrungen 25 in den Ventilen 22 außerordentlich große öffnung freigegeben wird, durch die die Druckluft abströmen kann. Die vorgespannte Feder 15 preßt nun den Kolben schlagartig nach unten und schließt damit das Ventil. Der beschriebene Vorgang spielt sich innerhalb weniger Milli-Sekunden ab.

Es ist zweckmäßig, die Nut 20 möglichst am äußeren Rand der Ringstirnflächen vorzusehen, wodurch der Querschnitt der vom Dichtring verschlossenen Spaltöffnung noch zusätzlich vergrößert werden kann, so daß sich der Entlüftungsvorgang noch rascher abwickelt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ventile 22, die Zufülirleitungen 27, die Abzweigleitungen 29 und die Nut 20 in der Zylinderhülse 2 angeordnet. Ohne dit Funktion zu beeinträchtigen, könnten diese Teile auch im Zylinderboden 3 angeordnet werden. Der Spalt 4 liegt beim gezeigten Ausführungsbeispiel in der M Querschnittsebene do Zylinderbodens 3. Es wäre möglich, diesen Spalt etwas nach oben zu versetzen, in dem der Zylinderboden in seinem Randbereich in Richtung auf die Zylinderhülse hochgezogen wird.

Dank des erfindungsgemäßen Vorschlages wird der

⁶> Dichtring 21 ausschließlich und allein in axialer Richtung bewegt, brauch», also weder in seiner Ebene festaucht noch gedehnt zu werden, wie dies bei der bislang bekannten Konstruktion der Fall war. Auch

gleitet die Zylinderwand nicht mehr am Dichtring, was dessen Lebensdauer günstig beeinflußt. Da der Dichtring seine Weite nicht mehr verändern muß. kann für diesen Dichtring ein gegenüber Weichgummi härteres Material verwendet werden, so daß mit höheren Differenzdrücken gearbeitet werden kann. Trotz konstanter Spaltweite verbreitert sich der Spalt in radialer Richtung nach außen. Auch dies begünstigt die Geschwindigkeit des Druckabfalles bei der Entlüftung des Zylinders. Es ist auch möglich, die Schließkraft für das Ventil, die hier durch die Feder 15 aufgebracht wird, auf einem anderen Wege zu erzeugen, beispielsweise durch doppeltwirkende Pnetimatikzylinder od. dgl. Eine weitere Ausführungsvariante liegt darin, daß in einer Ringfläche mehrere Nuten oder in beiden den Spalt 4 begrenzenden Ringflächen jeweils Nuten vorgesehen werden. Im letzteren Fall können diese Nuten in gleichen oder in gegeneinander versetzten Ebenen liegen. Im ersten Fall liegen dann die von den Nuten aufgenommenen Dichtringe bei beaufschlagtem Zylinder unmittelbar aneinander an.

Der erlindungsgemäße pneumatische Antrieb wurde in Verbindung mit einem Ventil vorstehend beschrieben. Dieser pneumatische Antrieb kann auch für andere Stellvorgänge verwendet werden. Er wird überall dort zweckmäßigerwrise eingesetzt, wo außerordentlich rasche SchließgesL hwindigkeiten gefordert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Pneumatischer Antrieb für Schalt- und Stellglieder wie beispielsweise Verschlüsse, Ventile, Klappen, Schalter, Signalgeber od, dgl mit einem in einem Zylinder verschiebbaren Kolben und einer damit verbundenen, auf das zu betätigende Schaltoder Stellglied einwirkenden Kolbenstange und mindestens einer nahe des Zylinderbodens in den Zylinder mündenden Zuführleitung für das gasförmige Druckmedium, wobei die Zuführleitung mindestens eine Abzweigleitung aufweist, die in den Nutengrund einer umfangsgeschlossenen, im Zylinder vorgesehenen und einen Dichtring aufnehmenden Nut mündet und der bei beaufschlagtem is Zylinder ebenfalls druckbeaufschlagte Dichtring dadurch den unter Druck stehenden Zylinderraum dichtend abschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) zwischen der Stirnfläche (18) der Zylinderhülse (2) und der zugewandten Stirnfläche (19) des Zylinderbodens (3) einen in der Zylinder-Querschnittsebene liegenden, umlaufenden Spalt (4) aufweist, der aus dem Zylinderraum nach außen führt, und daß mindestens eine der beiden, diesen Spalt (4) bildenden Ringstirnflächen (18, 19) die Nut (20) enthält, die zum Spalt (4) hin offen ist

2. Pneumatischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (20) im radial äußeren Randbereich der Ringstirnfläche (18 oder 19) angeordnet ist