DE3803009A1

DE3803009A1 - Hydraulischer antrieb

Info

Publication number: DE3803009A1
Application number: DE3803009A
Authority: DE
Inventors: Josef Nusser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-02-04
Filing date: 1988-02-02
Publication date: 1988-09-08
Anticipated expiration: 2008-02-03
Also published as: DE3803009C2

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb für Linearbewegung mit einer hydraulisch angetrie benen, hubbeweglichen Kolben-Zylinder-Zuordnung.

Derartige Antriebe haben den Zweck, Hubbewegungen zur Überwindung eines Arbeitswiderstandes auszu führen.

Zur Erfüllung dieser Erfordernisse sind Hydraulik zylinder bekannt, die bei unveränderlicher nur gleich zeitig beaufschlagbarer Arbeitsfläche mit Förderstrom gespeist werden. Dabei verhält sich das Förderstrom volumen analog zum Hubweg, gleichwohl wie der Arbeits druck zur Hubkraft.

Bei diesen bekannten Ausführungen unterliegt der Förderstrom bei unterschiedlich aufzubringender Hubkraft sehr starken Druckschwankungen, die sich auf die Pumpe und den der Pumpe vorgelagerte Antrieb negativ auswirken. Einerseits muß die Pumpe so aus gelegt sein, daß sie imstande ist, einen hohen Druck zu erzeugen und für den Leichtlaufbereich der Hubbe wegung zur Gewährleistung einer genügenden Hubge schwindigkeit ein großes Förderstromvolumen zu er bringen. Diese Ausgestaltung bedingt insbesondere wegen der erforderlichen hohen Druckvorhaltung für den Krafthub und die für den Leichtlaufbereich un umgängliche Druckminderung einen schlechten Wirkungs grad. Es wurde versucht, diese Nachteile durch ver schiedene Förderströme, die von mehreren unabhängigen Pumpen erzeugt werden, zu beseitigen. Desweiteren wer den reversierbare Verstellpumpen eingesetzt. Dadurch konnte das Förderstromvolumen dem Bedarf angenähert werden. Diese Maßnahmen bedingen einen hohen techni schen und baulichen Aufwand mit den einhergehenden Verlust- und Verschleißerscheinungen mit starken Belastungsspitzen und dem weiteren Nachteil, daß diese Steuerung wegen der direkten Koppelung von Pumpe und Hydraulikantrieb auf weitere Steuerkreise nicht erweitert werden kann. Die vorgenannten Ausfüh rungen haben auch eine starke Geräuschentwicklung zur Folge.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, mittels geringem baulichen Aufwand und Energieeinsparung sowie Geräuschminderung einen Hydraulikantrieb zu schaffen, bei dem der gewünschte Hubgeschwindigkeits- und Hubkraftverlauf exakt eingehalten werden kann. So soll sofern die Erfordernisse dies nützlich er scheinen lassen, die Hubbewegung im Leichtlaufbereich als Eilhub bei geringem Förderstrombedarf erfolgen, um dann bei größerem Arbeitswiderstand durch Hubkraft verstärkung im Krafthub weitergeführt zu werden. Mehrere Hydraulikantriebe sollen von nur einer Pumpe gespeist und antriebsseitige Belastungsspitzen ver mieden werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß durch die mehrstufige Stufen kolben-Zylinder-Ausgestaltung getrennte Druckräume mit den sich daraus ergebenden Teil-Arbeitsflächen verschiedener Größe gebildet werden und die Arbeits fläche teilweise oder ganz, mit dem Arbeitsdruck des Förderstromes beaufschlagbar ist und bei Beginn des Vorhubes vorteilhaft zunächst der Druckraum mit der kleinsten zugeordneten Arbeitsfläche mit Förderstrom gespeist wird und während des Arbeitshubes zur Über windung eines größeren Arbeitswiderstandes, zusätz lich bis zum Erreichen der vorgesehenen Hublänge, nacheinander jeweils der Druckraum mit der nächst größeren Arbeitsfläche mit Förderstrom gespeist werden kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird auch erreicht, indem ein Mehrfachkolben aus dem inneren Kolben mit kreisrundem Querschnitt und einen oder mehrere den inneren Kolben konzentrisch umgebenden Ringkolben mit ringförmiger Arbeitsfläche besteht und gegen über dem ihm angepaßten Mehrfachzylinder verschieb bar ist und dadurch getrennte Druckräume und getrennt beaufschlagbare Arbeitsflächen gebildet werden und diese Arbeitsflächen teilweise oder ganz, mit dem Arbeitsdruck des Förderstromes beaufschlagbar ist und bei Beginn des Vorhubes vorteilhaft zunächst der Druckraum mit der kleinsten zugeordneten Arbeits fläche mit Förderstrom gespeist wird und während des Arbeitshubes zur Überwindung eines größeren Arbeits widerstandes, zusätzlich bis zum Erreichen der vor gesehenen Hublänge, nacheinander jeweils der Druck raum mit der nächst größeren Arbeitsfläche mit För derstrom gespeist wird.

Um bei jeder Hubstellung die gewünschte Preßkraft und/oder Hubgeschwindigkeit zu erreichen, ist vor gesehen, daß die Förderstromzuschaltung in die Druck räume kraft- und/oder wegabhängig erfolgen kann. Wo bei die schnelle, fehlerfreie Versorgung der Druck räume dadurch gewährleistet ist, daß die Förderstrom zuschaltung in die nacheinander mit Förderstrom zu versorgenden Druckräume automatisch erfolgt und ein vorgegebenes Druckniveau in einem bereits gespeisten Druckraum als Signal für die Zuschaltung des jeweils nachfolgend mit Förderstrom zu speisenden Druckraumes wirksam ist, wobei kurze Schaltwege und ein direkter Schaltvorgang gegeben ist, indem der Signaldruck als Schaltkraft für den Schaltvorgang wirksam ist. Damit die Druckräume immer frei von Luftblasen sind und die einhergehenden Nachteile vermieden werden, sind die Druckräume dauernd mit Fluid gefüllt und können in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung des Kolbens aus dem Vorratsbehälter gespeist oder in den selben entleert werden, bis ein betreffender Druck raum mit Förderstrom gespeist und der Durchfluß zwi schen diesem Druckraum und dem Vorratsbehälter unter brochen wird. Die Leichtgängigkeit beim Rückhub des Kolbens ist durch Entsperren der Rückschlagventile zwischen den Druckräumen und dem Vorratsbehälter ge geben, so daß der Fluid aus den Druckräumen in den Vorratsbehälter entweichen kann. Sehr sicher und präzise erfolgt der Rückhub, indem der Kolben doppel wirkend ausgebildet ist. Eine sehr betriebssichere und kompakte Ausgestaltung wird dadurch erreicht, in dem die Signal- und/oder Steuerglieder ganz oder teilweise in den Zylinder integriert sind. Oftmals ist eine exakte Positionierung der Endstellung unter weitgehendem Verzicht auf Endlagendämpfung notwendig, dazu soll kurz vor Hubende eine niedere Kolbenge schwindigkeit erreicht werden, indem unabhängig von der erforderlichen Hubkraft zusätzlich ein oder mehrere Druckräume mit größerer Arbeitsfläche mit Förderstrom gespeist werden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfin dung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veran schaulicht. Es zeigt

Fig. 1 den Stufenkolben und Stufenzylinder mit Steuerung, doppelwirkend,

Fig. 2 den Stufenkolben und Stufenzylinder,

Fig. 3 den Mehrfachkolben und Mehrfachzylinder,

Fig. 4 eine weitere Ausgestaltung von Mehrfachkolben und Mehrfachzylinder.

Beim Hydraulikantrieb der Darstellung nach der Fig. 1 ist der Stufenkolben doppelwirkend und durch die Kol benstange 1 und die Kolbenstufen 6, 7, 8 gebildet und in dem angepaßten doppelwirkenden Stufenzylinder 2 hubbeweglich angeordnet. Dadurch werden mehrere ge trennte Druckräume 3, 4, 5 und Arbeitsflächen 22 mit unterschiedlicher Größe und für den Rückhub der Druck raum 9 gebildet. Bei Beginn des Arbeitshubes wird der von der Pumpe 10 erzeugte Förderstrom über das 4/2- Wegeventil 11 durch entsprechende Schaltstellung über die Zuleitung 12 in den Druckraum 3 eingespeist. Durch Schließen des Rückschlagventils 13 entsteht im Druckraum 3 ein Druck, der wegen der vergleichsweise kleinen Arbeitsfläche 22 bei geringem Förderstrom volumen den Stufenkolben im Schnellgang nach vorne bewegt. Gleichzeitig fließt Füllstrom über die Rück schlagventile 18, 20 in die sich vergrößernden Druck räume 4, 5 und der Inhalt des Druckraumes 9 kann sich über das Ventil 11 in den Druckspeicher 14 oder den Tank 15 entleeren. Sobald der Stufenkolben auf einen Widerstand trifft, der den Druck des Förder stromes über den vorgegebenen Wert ansteigen läßt, öffnet das Zuschaltventil 16 und der Förderstrom kann über die Leitung 17 den Druckraum 4 speisen. Dabei steigt der Druck im Druckraum 4 an, so daß das Rückschlagventil 18 schließt und die Hubkraft ansteigt. Nachdem der Druckaufbau den vorgegebenen Wert wieder erreicht hat, öffnet das Zuschaltventil 19 und der Förderstrom kann auch den Druckraum 5 speisen und das Rückschlagventil 20 schließt. Bei dieser Schaltstel lung kann der Stufenkolben seine größte Hubkraft er bringen.

Zur Beendigung des Arbeitshubes wird der Förderstrom in die Druckräume 3, 4, 5 unterbrochen und kann in den Druckraum 9 geleitet werden. Gleichzeitig werden die Rückschlagventile 13, 18, 20 entspannt. Der Stufen kolben fährt Rückhub und die Druckräume 3, 4, 5 ent leeren sich über die Leitungen 23 in den Tank 21 oder zur Aufrechterhaltung eines geringen Vorspanndrucks in den Druckspeicher 24 und bei Übersteigen des Vor spanndrucks über das Druckbegrenzungsventil 25 nur teilweise in den Tank 21. Der geringe vom Druckspei cher 24 vorgehaltene Druck des Füllstromes gewährleistet, daß die Druckräume 3, 4, 5 auch beim Befüllvorgang immer blasenfrei mit dem Füllstrom gefüllt sind.

Soll der Stufenkolben am Ende des Arbeitshubes exakt positioniert abgebremst werden, wie es in vielen Arbeitsvorgängen erforderlich ist, kann der Zylinder verschlußdeckel 26 angebracht werden, so daß der Druckraum 27 gebildet und über die Leitung 28 und das Rückschlagventil 29 mit der Leitung 23 verbunden ist. Beim Vorhub des Stufenkolbens kann durch Ent spannen des Rückschlagventils 29 der Inhalt des Druck raumes 27 in die Leitung 23 entweichen, bis beim ge wünschten Haltepunkt die Förderstromspeisung der Druckräume 3, 4, 5 unterbrochen und das Rückschlag ventil 29 geschlossen wird.

Die Fig. 2 zeigt den Stufenzylinder 2 mit dem ange paßten Stufenkolben 28, den Arbeitsflächen 22 und den Druckräumen 3, 4.

Der in der Fig. 3 dargestellte Doppelkolben 29 besteht aus dem inneren Kolben 30 mit kreisrundem Querschnitt und dem den inneren Kolben 30 umgebenden Ringkolben 31 und dem angepaßten Zylinder 32. Der innere Kolben 30 und der äußere Ringkolben 31 weisen unterschiedliche Arbeitsflächen 22 auf und bilden mit dem zugeordneten Zylinder 32 die getrennten Druckräume 3, 4.

Claims

1. Hydraulischer Antrieb für Linearbewegung mit einer hydraulisch angetriebenen, hubbeweglichen Kolben-Zylinderzuordnung, dadurch gekennzeichnet, daß durch die mehrstufige Stufenkolben (28) - Zylinder (2) Ausgestaltung getrennte Druckräume (3, 4, 5) mit den sich daraus ergebenden Teil-Arbeitsflächen (22) verschiedener Größe gebildet werden und die Arbeits fläche (22) teilweise oder ganz, mit dem Arbeits druck des Förderstromes beaufschlagbar ist und bei Beginn des Vorhubes vorteilhaft zunächst der Druck raum (3, 4, 5) mit der kleinsten zugeordneten Arbeits fläche (22) mit Förderstrom gespeist wird und während des Arbeitshubes zur Überwindung eines größeren Ar beitswiderstandes, zusätzlich bis zum Erreichen der vorgesehenen Hublänge, nacheinander jeweils der Druck raum (3, 4, 5) mit der nächst größeren Arbeitsfläche (22) mit Förderstrom gespeist werden kann.

2. Hydraulischer Antrieb für Linearbewegung mit einer hydraulisch angetriebenen, hubbeweglichen Kolben-Zylinderzuordnung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mehrfachkolben (29) aus dem inneren Kolben (30) mit kreisrundem Querschnitt und einen oder mehrere den inneren Kolben (30) konzentrisch umge benden Ringkolben (31) mit ringförmiger Arbeitsfläche (22) besteht und gegenüber dem ihm angepaßten Mehrfach zylinder (32) verschiebbar ist und dadurch getrennte Druckräume (3, 4) und getrennt beaufschlagbare Arbeits flächen (22) gebildet werden und die Arbeitsfläche (22) teilweise oder ganz, mit dem Arbeitsdruck des Förder stromes beaufschlagbar ist und bei Beginn des Vor hubes vorteilhaft zunächst der Druckraum (3, 4) mit der kleinsten zugeordneten Arbeitsfläche (22) mit Förderstrom gespeist wird und während des Arbeitshubes zur Überwindung eines größeren Arbeitswiderstandes, zusätzlich bis zum Erreichen der vorgesehenen Hub länge, nacheinander jeweils der Druckraum (3, 4) mit der nächst größeren Arbeitsfläche (22) mit Förderstrom gespeist wird.

3. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1 und 2, da durch gekennzeichnet, daß die Förderstromzuschaltung in die Druckräume (3, 4, 5) kraft- und/oder wegab hängig erfolgen kann.

4. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Förderstromzuschaltung in die nacheinander mit Förderstrom zu versorgenden Druckräume (3, 4, 5) automatisch erfolgt und ein vor gegebenes Druckniveau in einem bereits gespeisten Druckraum (3, 4, 5) als Signal für die Zuschaltung des jeweils nachfolgend mit Förderstrom zu speisenden Druckraumes wirksam ist.

5. Hydraulischer Antrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Signaldruck als Schaltkraft für den Schalt vorgang wirksam ist.

6. Hydraulischer Antrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckräume (3, 4, 5) dauernd mit Fluid ge füllt sind und in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung des Kolbens (28, 29, 30, 31) aus dem Vorratsbehälter (24) gespeist oder in denselben entleert werden können.

7. Hydraulischer Antrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sobald ein Druckraum (3, 4, 5) mit Förderstrom gespeist wird, der Durchfluß zwischen diesem Druck raum (3, 4, 5) und dem Vorratsbehälter (24) durch das zugeordnete Rückschlagventil (13, 18, 20) unter brochen wird.

8. Hydraulischer Antrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Rückhub des Kolbens (28, 29, 30, 31) durch Entsperren der Rückschlagventile (13, 18, 20) der Fluid aus den Druckräumen (3, 4, 5) in den Vorratsbehälter (24) entweichen kann.

9. Hydraulischer Antrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (28, 29, 30, 31) doppelwirkend aus gebildet sein kann.

10. Hydraulischer Antrieb nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorhub des Kolbens (28, 29, 30, 31) durch Schließen des Ventils (35) exakt beendet werden kann.

11. Hydraulischer Antrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signal- und/oder Steuerglieder ganz oder teilweise in den Zylinder (2, 32) integriert sein können.

12. Hydraulischer Antrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß kurz vor Hubende eine niedrige Kolbengeschwindig keit erreicht wird, indem unabhängig von der erforder lichen Hubkraft zusätzlich ein oder mehrere Druckräume (3, 4, 5) mit größerer Arbeitsfläche (22) mit Förder strom gespeist wird.

13. Hydraulischer Antrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Hubstart und Hubende in jeder Hublage erfolgen kann.