DE2258593A1

DE2258593A1 - Druckgasbetaetigter zylinder mit hydraulischer kraftverstaerkung

Info

Publication number: DE2258593A1
Application number: DE19722258593
Authority: DE
Inventors: Erhard Stueber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-11-30
Filing date: 1972-11-30
Publication date: 1974-06-12

Description

Druckgasbetätigter Zylinder mit hydraulischer Kraftverstärkung Die Neuerung bezieht sich auf einen druckgasbetätigen Zylinder mit hydraulischer Kraftverstärkung zum Aufbringen einer verstärkten Kraft, an einem terkstück.
Bei der Bearbeitung von Teilen wird in vielen Fällen die Aufbringung einer Kraft erforderlich. So werden z.B. beim Pressen, Stanzen, Nieten, Schneiden, Bördeln, Biegen, Prägen und ifiderstandsschweißen zwei Werkzeuge gegeneinander bewegt, die das dazwischenliegende Werkstück bearbeiten. Bei anderen Vorgängen müssen Kräfte zum Spannen, Verriegeln, Klemmten usw. aufgebracht werden. In diesen Beispielen ist es in den meisten Fällen erforderlich, daß das kraftaufbringende Teil, z.B. die Kolbenstange eines Zylinders, zuerst einen Anstellweg mit geringer Kraft und hoher Geschwindigkeit ausführt, und erst dann, wenn das llferkstück auf Widerstand stößt, eine große Kraft bei kleiner Geschwindigkeit aufbringt.
Die bisher bekannten Pneumatik-Zylinder haben, bedingt durch den relativ geringen Luftdruck, große Kolbendurchmesser, damit sie die erforderliche Kraft aufbringen können; der Platzbedarf ist dadurch ebenfalls hoch, ebenso der Luftverbrauch. Außerdem wirkt sich der harte Schlag, der beim Auftreffen des Werkzeuges auf das Werkstück eintritt, ungünstig auf die Standzeit des Werkzeuges aus. Eine Verringerung der Kolbengeschwindigkeit durch Drosselung der Zuluft oder Abluft verlängert die Arbeitszeit. Hydraulikzylinder, die,bedingt durch den höheren hydraulischen Druck, kleiner ausgeführt werden können, verlangen jedoch eine Versorgungsanlage für die Druckflüssigkeit mit aufwendigen Steuerelementen und Druckspeichergeräten. Bekannt sind auch hydraulische Zylinder mit eingebauter Kraftverstärkung, die ohne Druckspeicher arbeiten. Nachteilig ist auch hier eine getrennte Druckflüssigkeitsversorgung.
Außerdem sind Druclcluftzylinder mit eingebauter mechanischer oder hydraulischer Kraftverstärlcung bekannt. Die mechanischen Verstärkungselemente unterliegen jedoch einem erhöhten Verschleim. Bei cinigen Ausführungen muß erst ein bestmmter Eilweg durchfahren werden, bevor der Kraftweg einsetzen kann. Die Geräte mit hydraulischer Kraftverstärkung haben teilweise eine, durch ihre Funktion bedingte, mechanische Verriegelung, die ebenfalls einem größeren Verschleiß unterliegt, oder sie haben einen Luftantriebskolben, der sowohl die Flüssigkeitsmenge für den Eilweg als auch für den Kraftwe fördert. Nach Beendigung des Eilweges mufi der Luftantriebskolben häufig noch einen Leerweg durch fahren, bevor der Kraftweg ausgefüilrt werden kann. Diese Anordnung verlangt jedoch eine relativ lange Zylinderbauweise, die einer universellen Verwendung entgegensteht. Außerdem arbeiten die verschiedenen eingebauten Elemente, wie Kolben und Kolbenstange, häufig gegen eine oder mehrere innere Federn, die keine konstante Kraft über den Eilweg oder den Arbeitsweg zulassen.
Die Neuerung dient dem Zweck, diese Mängel zu beheben. Sie wird durch die, in der folgenden Beschreibung erläuterten, und durch die Abb. 1 im Längsschnitt und die Abb. 2 irn Querschnitt entlang der Linie A-A dargestellten Anordnung erreicht. Die Abbildungen zeiGen den Zylinder in vereinfachter Weise in Ausgangsstellung In einem vorderen Zylindergehäuse 1 ist der Arbeitskolben 2 mit der daran verbundenen Kolbenstange 3 gelagert. Zum Gehäuse hin sind Kolben und Kolbenstangen durch Dichtungen 4 abgedichtet.
Das vordere Zylindergehäuse ist durch eine vordere 5 und eine hintere 6, fest mit den Zylindergehäuse verbundenen Trennwand unterteilt. Die beiden Trennwände sind durch ein konzentrisch zum Zylindergelläuse gelagertes Rohr 7 verbunden, Diese beiden Trennwände und das Rohr bilden eine Zylinderkammer 8. In dieser Zylinderkammer befindet sich der Antriebskolben für den Eilweg 9.
Die vordere Trennwand 5 enthält ein Ventil 10, Dieses Ventil öffnet oder schließt den Verbindungskanal ii, der die beiden Zylinderkammern 8 und 12 verbindet. Diese beiden Zylinderkammern sind mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt. Das Ventil schließt, wenn der hydraulische Druck in der Zylinderkammer 12 auf die Stirnseite 13 des Ventilkolbens 14 größer ist, als die Kraft der Ventilfeder 15. In der hinteren Trennwand G ist eine Öffnung, durch die ein Rohr 16 ragt. Dieses Rohr ist an seinem vorderen Ende mit einer Offnung 17 versehen. Der Innenraum des Rohres 16 bildet eine Zylinderkammer 12 a, die über die Öffnung 17 mit der Zylinderkammer 12 verbunden ist. Das hintere Ende des Rohres 16 ist mit einem hinteren Tylindergehäuse 18 verbunden, welches durch die Trennwände 19 und 20 abgeschlossen wird. Durch die Trennwand 19 taucht das eine Ende der Kolbenstange 21, abgedichtet durch die Dichtung 23, in die Zylinderkammer 12 a ein. Das andere En- de der Kolbenstange ist mit dem

Antriebs--linder

für den Kraftweg 22 verbunden. Die Verbindung des vorderen Zylindergehäuses 1 mit dem hinteren Zylindergehäuse 18 erfolgt durch das Gewinde 24.
Das hintere Zylindergehäuse 18 wird durch den Antriebskolben für den Kraftweg 22 in die Zylinderkammern 25 und 26 unterteilt. Die Zylinderkammer 26 wird für die Vorwärtsbewegung des Antriebskolbens 22 über eine Öffnung 28 una ein Rohranschlußteil 29 mit einem hier nicht gezeigten Wegeventil verbunden. Die Zylinderkammer 25 wird über die Drosselbohrung 27, über einen Kanal 30 und über ein Rohranschlußteil 31 ebenfalls mit dem Wegeventil verbunden.
Der Kanal 30 ist weitergeführt bis zur Zylinderkanimer 32, die durch die Vorderseite des Arbeitskolbens 2, des Zylindergehäuses 1 und des vorderen Gehäuseabschlusses 33 gebildet wird. Eine weitere Verbinoung des Kanals 30 besteht zu der Ventilkammer 34. Die Abdichtung des Kanals erfolgt durch eine in das Zylindergehäuse eingearbeitete Nut 35 mit einem eingelegten Rundschnurring 36 oder dergleichen, sowie durch ein über dem Zylindergehäuse angeordnetes Rohr 37. Bin zweiter Kanal 38 verbindet die Zylinderkammern 26 und 39 über je eine öffnung 41 und 40. Die Abdichtung des Kanals 38 erfolgt ebenfalls auf die oben beschriebene Weise. Die Zylinderkammer o kann über ein Ölventil 42 mit einer Ölstoßpresse nachgefüllt werden, wenn infolge von Leckverlusten die Ölfüllung in der Zylinderkammer abgenommen hat.
Wenn der Zylinder betätigt werden soll, werden über ein Wegeventil, über das Rohranschlußteil 29, über den Kanal 38 die Zylinderkammern 39 und 26 mit Druckgas gefüllt. Die Zylinderkammern 32 und 25 sind über den Kanal 30, das Rohranschlußteil 31 und iber das Wegevenil mi ist der Umgebungsluft vcrounden. Das iii die Zylinderkammern 39 und 26 strämende Druckgas versucht nun, den Antriebskolben für den Eilweg 9 und der Antriebskolben für den Kraftweg 22 zu verschieben. Der Antriebskolben für den Eilweg 9 verdrängt die Hydraulikflüssigkeit über das geöffnete Ventil 10 in die Zylinderkammern 12 und 12 a. Der hydraulische Druck schiebt über den Arbeitskolben 2 die mit diesem verbundene Kolbenstange 3 aus dem Zylindergenäuse 1 aus. Die Kolbenstange legt den Eilweg zurück. Die Kraft an der Kolbenstange ergibt sich dabei aus dem Produkt von Gasdruck und Fläche des Arbeitskolbens, verringert um die Reibung von Dichtungen und Führungselementen.
Der in den Zylinderkammern 12 und 12 a erzeugt hydraulische Druck wirkt gleichzeitig auf die Stirnfläche der Kobenstange 21 und verhindert, daß sich der Antriebskolben für den Kraftweg 22 in seiner Wirkrichtung verschiebt. Diese Wirkung wird noch dadurch unterstützt, daß die Zylinderkammer 25 vor dem Umschalten des Wegeventils auf Eilweg und Kraftweg mit Druckgas gefüllt ist, welches nach dem Umschalten des Wegeventils relativ langsam über die Drosselbohrung 27 in den Kanal 30 und somit über das Wegeventil abströmen kann.
Wenn die Kolbenstange 3 während ihrer Vorwärtsbewegung auf Widerstand stömt, d.h., wenn das daran augebrachte Werkzeug das Werkstück berührt, steigt in den Zylinderkammern 12 und 12 a der hydraulische Druck an. Dieser Urucl; wirkt auf die Stiniseite 13 des Ventilkolbens 14 gegen die Kraft der Ventilfeder 15.
Die Federkraft ist etwas geringer als der max. mögliche Gasdruck und somit auch der hydraulische Druck während des Eilweges, sodaß das Ventil 10 umschaltet und mit seinem Ventilsitz die Zylinderkammern 8 und 12 trennt. Der Gasdruck in der Zylinderkammer 26 schiebt nun den Antriebskolben für den Kraftweg 22 in Wirkrichtuiig vor. Die mit diesen Antriebskolbeii verbundene Kolbenstange 21 taucht iii die Zylinderkammer 12 a ein und verdrängt eine Fliissigkeitsmenge, die dem Produkt aus KolblenstangenquerschIlitt und Kolbenstangenweg entspricht. Die verdrängte Flüssigkeitsmenge schiebt nun den Arbeitskolben 2 in wirkrichtung vor. Die mit dem Arbeitskolben verbundene Kolbenstange 3 legt dabei den Kraftweg zurück. Die Kraft, die dabei erreicht wird, ergibt sich aus der Gleichung: Bs bedeuten: E = kraft an der Kolbenstange 3 A1 = Fläche des Antriebskolbens 22 A2 = Fläche des Kolbenstange 21 A3 = Fläche des Arbeiskolbens 2 P1 = Gasdruck # = Wirkungsgrad Die Rückwärtsbewegung der Kolbenstange 3 wird durch Urnschalten des Wegeventils eingeleitet. Die Zylinderkammern 26 und 39 siiln dann über den Kanal 38, das Rohranschlußteil 29 und über das iegeventil mit der Umgebungsluft verbunden. Das Druckgas strümt über das Rohranschluteil 31, über deii Kanal 30 und über die Öffnungen 27 und 43 in die Zylinderkammern 25 und 32. Der nun zurückgleitende Arbeitskolben 2 verdrängt die Hydraulikflüssigkeit aus der Zylinderkammer 12 über das geöffnete Ventil 10 in die Zylinderkammer 8. Das Ventil 10 öffnet durch den nachlassenden hydraulischen Druck auf die Stirnseite 13 des Ventilkolbens 14, unterstützt durch die Kraft der Ventilfeder 15 und den ansteigenden Gasdruck in der Ventilkammer 34. Der Gadruck in der Zylinderkammer 25 bewirkt ein Zurückgleiten des Antriebskolbens für den Kraftweg 2: und der damit verbundenen Kolbenstange 21 in Ausgangsstellung.

Claims

S c h u t z a n s p r ü c h e

1. Druckgasbetätigter Zylinder mit hydraulischer Kraftverstärkung, der einen dem äußeren Widerstand zugeordneten Eilweg und Kraftweg ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Antriebskolben für den Eilweg (9) und einen Antriebskolben für den Krai'twcg (22) enthält, wobei die Bevegungen der beiden Antriebskolben unahängig voneinander sind; die Antriebskolben werden einerseits mit Luft oder dergleichen beaufschlagt und verdrängen andererseits eine Hydraulikflüssigkeit in die Zylinderkammern (12) und (12a), sodalo die Hydraulikflüssigkeit einen Arbeitskolben (2) mit einer daran verbundenen Kolbenstange (3) aus dem Zylindergehäuse (i) ausschiebt, wobei die Umschaltung vom Eilweg auf den Kraftweg durch C1i£ in der vorderoii Trennwand (5) eingebautes, durchkabhängiges, federbelastetes Ventil (10) erfolgt, das abhängig vom hydraulischen Druck, der seinerseits bedingt ist durch den äul5eren Widerstand auf die Kolbenstange (3) und von der Federvorspannung der Ventilfeder (15) umschaltet und den vom Antriebskolben für den Eilweg (9) erzeugten Flüssigkeitsstrom zum Arbeitskolben (2) unterbricht, der sodaß nach Schlie ung des Ventils nur noch/vom bon für den Kraftweg (22) und dXerdamit verbundenen Kolbenstange (21) erzeugte Flüssigkeitsstrom zum Arbeitskolben (2) flie en kann; weiternin dadurch gekennzeichnet, daß für den Rücklauf der Kolbenstange (3) die Zylinderkammern (26) und (39) entlastet werden und die Zylinderkammern (25) und (32) mit Druckgas beaufschlagt werden, welches die jeweils zugeordneten Kolben (22) und (2) in ihre Ausgangsposition bringt, wobei der Antriebskolben für den Teilweg (9) durch die von Arbeitskolben (2) verdrängte Hydraulikflüssigkeit in Ausgangsposition gebracht wird, sodaß die Kolbenstange (3) in da Zylindergehäuse (1) einfährt.

2. Druckgasbetätigter Zylinder mit hydralischer Kraftverstärkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (10) als leckfreies itzventil ausgebildet ist, welches mit einer Feder (15) belastet ist, die versucht, das Ventil immer geöffnet zu haltell, wobei ein von außen aufzubringender Gas- oder Flüssigkeitsdruck die Federwirkung unterstützt.

3. Druckgasbetätigter Zylinder mit hydraulischer Kraftverstärkung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenzeichnet, daß die Kolben (2) und (22) durch federkraft in ihre Ausgangspositionen gebracht werden, sobald die Druckgasanschlüsse (40) und (28) der Zylinderkammern (39) und (26) über ein Wegeventil entlastet werden, soda die kolbenstange (3) in das Zylindergehäuse (1) einfährt.

4. Druckgasb etttigtcr Zylinder mit hydraulischer liraftverstärkung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (2) und (22) durch eine Kombination von Druckgas und Federkraft in ihre Ausgangspositionen gebracht werden, sobald die Druckgasanschlüsse (40) und (28) der Zylinderkammern (39) und (26) über ein Wegeventil entlastet werden sodaß die Kolbenstange (3) in das Zylindergehäuse (1) einfährt.

5. Druckgasbetätigter Zylinder mit hydraulischer Eraftverstärkung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgasanschluß für den Eilweg (40) und der Druckgasanschluß für den Kraftweg (28) sowie die dazugehörige Querbohrung (41) einerseits, und die Druckgasallschliisse für den Rückweg (27) und (43) und die dazugehörige Querbohrung (41 a) andererseits durch je einen Kanal (36) und (30), der als eine in die Zylindergehäuse (1) und (18) eingearbeitete Nut oder Abflachung und ein darüber angeordnetes Rohr (37) ausgebildet ist, verbunden sind; die Abdichtung der beiden Kanäle gegeneinander und zur Umgebungsluft erfolgt durch einen Rundschnurring (36) oder dergleichen, der in einer, im Gehäuse (1) und (18) angebrachten Vertiefung (35) liegt, und der die jeweils zu verbindenden Druckgasanschlüsse umschließt.

6. Druckgasbetätigter Zylinder mit hydraulischer Kraftverstärkung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindergehäuse (1) von dem Zylindergehäuse (18) und dem damit verbundenen Rohr (16) am Gewinde (24) getrennt sind, sodaß die beiden Zylindergehäuse räumlich getrennt untergebracht werden können, wobei die Verbindung der Zylinderkammer (12 a) mit der Zylinderkammer (12) durch eine Rohr- oder Schlauchleitung erfolgt, die ihrerseits mit geeigneten Verbindungsteilen iii der Gewindebohrung (24) und der Öffnung (17) befestigt ist.

Die Druckgasanschlüsse für den Eilweg (40) und den Kraftweg (28) sowie für den Rückweg (27) und (43) sind einzeln über geeignete Anschlußteile mit dem Wegeventil verbunden.

7. Druckgasbetätigter Zylinder mit hydraulischer Kraftverstärkung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkammer (8) eine von außen zugängliche Ölnachfülleinrichtung (42) enthält.