DE2810894C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem pneumatisch-hydraulischen Zylinder nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Art.

Aus der DE-OS 20 17 007 ist bereits ein pneumatisch-hydraulischer Zy­ linder bekannt, bei dem ein Arbeitszylinder, ein Zustellzylinder und ein Übersetzungszylinder gleichachsig hintereinander in einem gemein­ samen Gehäuse angeordnet sind. Solche Zylinder werden vor allem zum Betätigen von Werkzeugen für unterschiedliche Arbeitsvorgänge sowie zum Einspannen von Werkstücken verwendet, um bei minimalen Maschinen­ verlustzeiten zu erreichen, daß ein Arbeitskolben beim Vorlauf den Zu­ stellweg mit geringer Kraft rasch zurücklegt, bevor ein Übersetzungs­ kolben den Arbeitskolben mit geringer Geschwindigkeit aber mit hoher Kraft längs einem Kraftweg verschiebt. Bei dem vorbekannten Zylinder sind nun die zwei im Gehäuse angeordneten, die drei Zylinder vonein­ ander trennenden Zwischenwände unmittelbar im einstückigen Gehäuse integriert, wobei das Gehäuse selbst nur schematisch dargestellt ist. Dies führt dazu, daß am Gehäuse vier Anschlüsse zum Betrieb des Zylin­ ders herausgeführt sind, was zu einer in der Praxis aufwendigen, raum­ beanspruchenden Bauweise mit erhöhten Montagekosten führt.

Ferner ist aus der GB-PS 9 44 631 ein pneumatisch-hydraulischer Zylin­ der bekannt, der nur mit zwei voneinander getrennten Kolben arbeitet. Auch bei diesem Zylinder ist das die Kolben und Ventile aufnehmende Gehäuse einstückig ausgebildet und lediglich schematisch dargestellt, so daß die gezeigte Bauart in dieser Form nicht realisierbar ist.

Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik liegt der Er­ findung die Aufgabe zugrunde, den pneumatisch-hydraulischen Zylinder der angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß er bei möglichst einfacher Bauweise ein in sich geschlossenes Bauteil mit nur zwei pneumatischen Anschlüssen für den Vorlauf und den Rücklauf bildet.

Dies wird ausgehend von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Bauart durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

Auf diese Weise wird ein relativ einfach herstell- und montierbarer, pneumatisch-hydraulischer Zylinder erreicht, bei dem die Kanalführung für Arbeits-, Zustell- und Übersetzungszylinder in kompakter Bauweise im Gehäuse integriert ist, so daß für Vorlauf und Rücklauf im Gehäuse zwei Anschlüsse ausreichend sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen pneumatisch-hydraulischen Zylinder und

Fig. 2 ein Weg-Zeit-Diagramm der Kolben im Zylinder nach Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen pneumatisch-hydraulischen Zylinder, bei dem ein gemeinsames Gehäuse aus einem zylindrischen Rohr 1 besteht, das endseitig durch einen Boden 2 und einen Kopf 3 abgeschlossen ist. Im Gehäuse sind axial ausgerichtet von links nach rechts ein Überset­ zungszylinder 4, ein Zustellzylinder 5, ein Hochdruckzylinder 6 und ein Arbeitszylinder 7 angeordnet. Der Kopf 3 des Gehäuses bildet gleichzeitig den Kopf des Arbeitszylinders 7 und ist mit einer axialen Bohrung 8 versehen. Der Hochdruckzylinder 6 bildet den Boden zum Ar­ beitszylinder 7. Der Arbeitszylinder 7 weist weiter ein Zylinderrohr 9 auf, in dem ein Arbeitskolben 10 mit einer daran befestigten Kolben­ stange 11 axial verschiebbar gelagert ist. Die Kolbenstange 11 ist in der Bohrung 8 gleitend gelagert. Am freien Ende der Kolbenstange 8 kann ein Niet-, ein Stanzwerkzeug, ein Einspannfutter od. dgl. befe­ stigt sein. Der Hochdruckzylinder 6 weist einen ringförmigen Körper 12 auf, der mit seiner Peripherie dicht an der Innenwand des Rohres 1 ab­ gestützt ist. Er bildet eine zur Zylinderkammer 22 des Arbeitszylin­ ders 7 axiale Zylinderkammer 13, die einen wesentlich kleineren Quer­ schnitt als jene aufweist. Am linken Ende ist die Zylinderkammer 13 mit einer Ringnut versehen, in der ein Dichtungsring 14 angeordnet ist. Mit der Zylinderkammer 13 wirkt ein Tauchkolben 15 zusammen, der durch das Ende einer Kolbenstange 16 gebildet wird. Der Ringkörper 12 bildet weiter den Kopf des Zustellzylinders 5, der weiter ein Zylin­ derrohr 17 aufweist, das durch einen Ringkörper 18 am anderen Ende ab­ geschlossen ist. Der Ringkörper 18 bildet den Zylinderboden des Zu­ stellzylinders 5 und den Zylinderkopf des Übersetzungszylinders 4. Der Ringkörper 18 ist mit seiner peripheren Fläche an der Innenfläche des Rohres 1 dicht abgestützt und mit einer zentralen Bohrung 19 versehen, in welcher die Kolbenstange 16 axial verschiebbar gelagert ist. Auf der Kolbenstange 16 ist im Zustellzylinder 5 ein Zustellkolben 20 axial verschiebbar gelagert. Die Zylinderkammer 21 des Zustellzylin­ ders 5, die Zylinderkammer 13 des Hochdruckzylinders 6 und der mit ihr verbundene Teil der Arbeitszylinderkammer 22 des Arbeitszylinders 7 sind mit einer Flüssigkeit gefüllt. Der Ringkörper 18 bildet mit einer Bodenplatte 23 und einem Zylinderrohr 24 den Übersetzungszylinder 4. Die Bodenplatte 23 weist eine zentrale Bohrung 25 auf, in der das eine Ende der Kolbenstange 16 axial verschiebbar gelagert ist. Auf der Kol­ benstange 16 ist ein Übersetzungskolben 26 befestigt, der dicht gegen die Innenwand des Zylinderrohres 24 anliegt.

Zwischen der Bodenplatte 23 und dem Boden 2 ist ein Befestigungsring 27 angeordnet, der zwischen dem Boden 2 einerseits und der Bodenplatte 23 andererseits einen Hohlraum 28 freiläßt. Eine pneumatische An­ schluß-Bohrung 29 ist durch eine Bohrung 39 mit dem Hohlraum 28 ver­ bunden. Die Anschluß-Bohrung 29 setzt sich axial in eine zylindrische Bohrung 30 kleineren Durchmessers fort. In der Bohrung 30 längsver­ schiebbar ist eine Drosselnadel 31 angeordnet, welche mit einer Schraube 32 aus einem Stück besteht. Anstelle der Drossel 30, 31 kann auch ein druckabhängiges Ventil verwendet werden. Die Schraube 32 ist in eine Gewindebohrung 33 eingeschraubt. Je tiefer die Drosselnadel 31 in die Bohrung 30 eintaucht, umso stärker wird der Durchtrittsquer­ schnitt der Bohrung 30 gedrosselt. Zwischen der Bohrung 30 und der Ge­ windebohrung 33 ist ein erweiterter Hohlraum 34 vorgesehen. Dieser ist mittels einer Bohrung 35 mit einer zylindrischen Führung 36 verbunden, in welche das hintere Ende der Kolbenstange 16 axial verschiebbar ein­ taucht. Eine Ringdichtung 37 dichtet den Zwischenraum zwischen den einander zugewandten Flächen der Kolbenstange 16 und der zylindrischen Kammer 36. Eine Bohrung 38 in der Kolbenstange 16 ist gegen das hin­ tere Ende offen und verzweigt sich unmittelbar vor dem Übersetzungs­ kolben 26 in radialer Richtung und mündet in die Mantelfläche der Kol­ benstange 16.

Die Bodenplatte 23 weist in der Randzone Durchbrechungen 40 auf, wel­ che den im Querschnitt ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Zylin­ derrohr 24 und dem Hohlraum 28 verbinden. Eine Bohrung 42 im Ringkör­ per 18 verbindet den als Kanal dienenden Zwischenraum 41 mit der Zy­ linderkammer 21.

Wird die Anschluß-Bohrung 29 an eine gasförmige Druckmediumquelle an­ geschlossen, so fließt das Druckmedium ungedrosselt durch die Bohrung 39, den Hohlraum 28, die Durchbrechungen 40, den Zwischenraum 41und die Bohrung 42. In der Folge verschiebt sich der Zustellkolben 20 mit großer Geschwindigkeit aus seiner linken, in der Zeichnung gezeigten Endlage nach rechts. Dabei drückt er die Flüssigkeit durch die Zylin­ derkammer 13 in die Arbeitszylinderkammer 22. Entsprechend verschiebt sich der Arbeitskolben 10 nach rechts. Diese Zustellbewegung hält so­ lange an, bis das freie Ende der Kolbenstange 11 mit dem daran befe­ stigten Werkzeug auf einen Widerstand, z. B. ein Werkstück, auftritt. Gleichzeitig strömt ein geringer Teil des Druckmediums durch die Dros­ sel 30, 31 in den Hohlraum 34 und von dort durch die Bohrung 35 in die zylindrische Führung 36. Von dort strömt das Gas durch die Bohrung 38 in das Innere des Übersetzungszylinders 4 und beaufschlagt direkt den Übersetzungskolben 26. Sobald der Zustellkolben 20 seine rechte End­ lage erreicht hat, kann durch die Durchbrechungen 40 kein Gas mehr ab­ strömen. Als Folge strömt eine größere Menge des gasförmigen Mediums durch die Drossel 30, 31 und die Bohrungen 35 und 38. Die nach rechts gerichtete Bewegung des Kolbens 26 beschleunigt sich dadurch. Sobald die Kolbenstange 16 den Weg L 1 bzw. L 2 (welche gleich groß sind) zurückgelegt hat, strömt das gasförmige Medium aus dem Hohlraum 28 in die zylindrische Kammer 36 und von dort durch die Bohrung 38 in das Innere des Übersetzungszylinders 4. Das gasförmige Medium beaufschlagt nun ungedrosselt den Übersetzungskolben 26. Sobald das vorausgehende Ende der Kolbenstange 16 im Dichtungsring 14 liegt, beginnt für den Arbeitskolben 10 der Kraftweg, da das als Tauchkolben 15 ausgebildete Ende der Kolbenstange 16 die Flüssigkeit aus der Zylinderkammer 13 in die Zylinderkammer 22 schiebt. Der Tauchkolben 15 verschiebt sich, da sein Durchmesser wesentlich kleiner als jener des Arbeitskolbens 10 ist, mit geringer Kraft relativ rasch in der Zylinderkammer 13 wogegen sich der Arbeitskolben 10 mit großer Kraft und geringer Geschwindig­ keit nach rechts verschiebt.

Für die Rückstellung der Kolben nach erfolgtem Vorschub ist ein zwei­ ter pneumatischer Anschluß 43 im Kopf 3 vorgesehen. Vom pneumatischen Anschluß 43 führt eine Bohrung 44 in die Arbeitszylinderkammer 22 des Arbeitszylinders 7. Eine weitere Bohrung 45 verbindet den Anschluß 43 mit einem als Kanal dienenden Zwischenraum 46 zwischen dem Rohr 1 und dem Zylinderrohr 9. Im Ringkörper 12 sind als Kanal dienende Bohrungen 47 angeordnet, die den Zwischenraum 46 mit einem Zwischenraum 48 zwi­ schen dem Rohr 1 und dem Zylinderrohr 17 verbinden. Aus dem Zwischen­ raum 48 führt eine Bohrung 49 in den Zylinderraum des Übersetzungszy­ linders 4. Sind die Kolben 26, 20, 15, 10 nach erfolgtem Vorschub aus der rechten Endlage in die, in der Zeichnung gezeigte linke Endlage zu bewegen, so wird der pneumatische Anschluß 43 mit einem Druckmedium beaufschlagt. Dieses strömt durch die Bohrung 44 in die Arbeitszylin­ derkammer 22 und schiebt den Arbeitskolben 10 zurück. Gleichzeitig strömt das Medium durch die Bohrung 45, den Zwischenraum 46, die Boh­ rungen 47, den Zwischenraum 48 und die Bohrung 49 in die Zylinderkam­ mer des Übersetzungszylinders 4 und schiebt den Übersetzungskolben 26 zurück. Das bei der Vorschubbewegung in den Übersetzungszylinder 4 ge­ brachte Medium strömt durch die Bohrung 38 sowie eine Bohrung 50 mit einem Rückschlagventil 51 in den Hohlraum 28 und von dort durch den Anschluß 29 ab. Sobald der Tauchkolben 15 sich am Dichtungsring 14 vorbeibewegt hat, schiebt der Arbeitskolben 10 die Flüssigkeit zurück in die Zylinderkammer 21, wodurch der Zustellkolben 20 zurückgeschoben wird. Sobald die Kolben ihre linke Endlage erreicht haben, kann sich der beschriebene Arbeitsablauf wiederholen.

Die Entfernung L 1 der Ringkante 59 an der Kolbenstange 16 von der Ringkante 52 am Boden 2 ist vorzugsweise so groß gewählt, wie die Ent­ fernung L 2 der Ringkante 53 am Tauchkolben 15 von der Mittellinie 54 des Dichtungsringes 14. Dadurch verschiebt sich während der Vorschub­ bewegung die Ringkante 59 in dem Augenblick über die Ringkante 52 hin­ aus, in dem der Tauchkolben 15 dicht in die Druckkammer 13 eintaucht. Im Augenblick, in dem die Ringkante 59 über die Ringkante 52 hinaus fährt, beaufschlagt das gasförmige Medium über den Hohlraum 28 und die Bohrung 38 ungedrosselt den Übersetzungskolben 26. In der Folge wird der Übersetzungskolben 26 in dem Moment voll beaufschlagt, in dem der Kraftweg beginnt.

Fig. 2 zeigt das Wegzeitdiagramm der einzelnen Kolben. Die Kurve 15, 26 zeigt die Bewegungen des Tauchkolbens 15 und des Übersetzungskol­ bens 26. Die Kurve 10 zeigt die Bewegung des Arbeitskolbens 10 und die Kurve 20 jene des Zustellkolbens 20. Zum Zeitpunkt t ₁ haben die Kol­ ben 10 und 20 den Zustellweg beendet, wogegen sich die Kolben 15 und 26 noch mit geringer Geschwindigkeit nach rechts verschieben. Sobald die Kolben 15, 26 die Wegstrecke L 2 zurückgelegt haben, wird der Über­ setzungskolben 26 vom ungedrosselten Medium beaufschlagt und ver­ schiebt sich schneller nach rechts. Gleichzeitig beginnt für den Kol­ ben 10 der Kraftweg, längs dem er sich mit geringer Geschwindigkeit verschiebt. Der Zeitraum Δ t zwischen dem Zeitpunkt t ₁ und t ₂ ist mit der Drossel 30, 31 einstellbar und wird, um die Verlustzeiten minimal zu halten, durch ein Drehen an der Schraube 32 auf Null ein­ reguliert. Fallen die beiden Zeitpunkte t ₁ und t ₂ zusammen, oder ist der Zeitpunkt t ₂ später als der Zeitpunkt t ₁, so findet die beschriebene Vorrichtung den Übergang zwischen dem Zustell- und dem Kraftweg selbständig.

Im Ringkörper 12 ist weiter ein als Anschluß ausgebildeter Schmiernip­ pel 55 an eine Bohrung 56 angeschlossen, in der ein Rückschlagventil 57 angeordnet ist. Durch diesen Schmiernippel können in die Zylinder­ kammer 21 allfällige Leckverluste nachgefüllt werden.

Claims (3)

1. Pneumatisch-hydraulischer Zylinder, mit einem Arbeitszylinder (7), dessen Arbeitskolben (10) beim Vorlauf einen Zustellweg und einen an­ schließenden Kraftweg zurücklegt, wobei die während des Vorlaufs be­ aufschlagte Seite des Arbeitskolbens (10) mit einem Teil der Arbeits­ zylinderkammer (22) einen mit Flüssigkeit gefüllten Raum bildet, wel­ cher mit einer im Querschnitt kleineren Zylinderkammer (13) kommuni­ ziert, in der ein weiterer Kolben (15) hin- und her verschiebbar ist, wobei dieser Kolben (15) mit einem koaxialen, im Querschnitt größeren, pneumatisch beaufschlagbaren Übersetzungskolben (26) eines Überset­ zungszylinders (4) durch eine Stange ( 16) verbunden ist und wobei wei­ ter die im Querschnitt kleinere Zylinderkammer (13) mit einem Zustell­ zylinder (5), mit einem pneumatisch beaufschlagbaren Kolben (20) grös­ seren Durchmessers, verbindbar ist und bei dem der Zustellzylinder (5) koaxial zwischen dem Übersetzungszylinder (4) und der kleineren Zylinderkammer (13) liegt und an die letzte anschließt, wobei der Kol­ ben (20) des Zustellzylinders (5) axial verschiebbar auf der Stange (16) gelagert ist und bei dem der erwähnte weitere Kolben (15) in einer Endlage im Zustellzylinder (5) liegt, so daß dieser mit der kleineren Zylinderkammer (13) verbunden ist, zu welcher der Arbeitszylinder (7) koaxial angeordnet ist, und mit einem einen Boden und einen Kopf bil­ denden Gehäuse, in dem zwei Zwischenwände zwischen den drei Zylindern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein zwischen Boden (2) und Kopf (3) sich erstreckendes, zylindrisches Rohr (1) auf­ weist, in dem die Zwischenwände als abdichtend im Rohr (1) geführte Ringkörper (18, 12) ausgebildet sind, die von drei Zylinderrohren (17, 24, 9) im Abstand voneinander, vom Boden (2) und vom Kopf (3) gehal ten werden, welche Zylinderrohre (17, 24, 9) innen die Kolben (10, 20, 26) aufnehmen und außen jeweils zwischen Rohr (1) und Zylinderrohr (17, 24, 9) verlaufende Kanäle (46, 48, 41) bilden, wovon der den Übersetzungs­ kolben (26) umgebende Kanal (41) den im Boden (2) liegenden Anschluß (29) mit der beim Vorlauf druckbeaufschlagten Seite des Kolbens (20) im Zustellzylinder (5) verbindet, während die beim Rücklauf druckbeauf­ schlagte Seite des Übersetzungskolbens (26) über die vom Zustellzy­ linder (5) und vom Arbeitszylinder (7) gebildeten Kanäle (48, 46) mit dem Anschluß (43) im Kopf (3) verbunden ist, wobei die letztge­ nannten Kanäle (48, 46) durch einen den zugehörigen Ringkörper (12) durchdringenden Kanal (47) miteinander Verbindung haben.

2. Pneumatisch-hydraulischer Zylinder nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem Anschluß (29) im Boden (2) und dem Übersetzungszylinder (4) ein druckabhängiges Ventil oder eine ver­ stellbare Drossel geschaltet ist, das den Vorlauf des Übersetzungs­ kolbens (26 ) nach jenem des Zustellkolbens (20) einleitet.

3. Pneumatisch-hydraulischer Zylinder nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der mit Flüssigkeit gefüllte Raum zum Zwecke des Leckölausgleichs über ein Rückschlagventil (57) mit einem von außen zugänglichen Anschluß (55) verbunden ist, der im zwischen Arbeitszylinder (7) und Zustellzylinder (5) liegenden Ringkörper (12) angeordnet ist.