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Hydraulischer Arbeitszylinder
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Arbeitszylinder, dessen Zylinderraum durch eine
Zwischenwand in einen Arbeitszylinder und einen Druckübersetzungszylinder aufgeteilt ist, in denen ein
Arbeitskolben und ein Druckübersetzerkolben angeordnet sind, welch letzterer nach dem Aufsetzen des mit dem Arbeitskolben verbundenen Pressenstempels auf das Werkstück hydraulisch beaufschlagt wird, wobei das als Rohrplungerkolben ausgebildete Ende des mit druckempfindlichen Steuerorganen versehenen Druckübersetzungskolbens durch eine Bohrung der Zwischenwand in den Arbeitszylinder eintaucht.
Derartige hydraulische Arbeitszylinder werden zum Spannen, Pressen, Stanzen und Nieten von Werkstücken sowie zum Anstellen von Werkzeugen und bei Fördereinrichtungen benutzt, wobei es aus ökonomischen Gründen zumeist darauf ankommt, den Arbeitskolben bzw. den damit verbundenen Pressenstempel im Eilhub anzustellen und nach dem Aufsetzen desselben auf das Werkstück bzw.
Werkzeug hohe Drücke auszuüben.
Es sind bereits hydraulische Arbeitszylinder mit Druckübersetzer und Arbeitskolben bekanntgeworden, bei denen in einer Längsbohrung des Druckübersetzerkolbens ein federbelastetes Rückschlagventil bzw. anschlaggesteuertes Tellerventil angeordnet ist. Durch die teilweise Beaufschlagung der grossen Kolbenfläche des Druckübersetzerkolbens und die volle Beaufschlagung der kleineren Kolbenfläche des Arbeitskolbens wird über einen grossen Hub ein verhältnismässig schnelles Anstellen des Arbeitskolbens bei gebremstem Vorlauf des Druckübersetzerkolbens erreicht. Nach dem Aufsetzen des Pressenstempels wird oberhalb des Arbeitskolbens ein höherer Druck aufgebaut, wobei das bisher geöffnete Teller-bzw. Rückschlagventil durch den Druckanstieg geschlossen wird.
Infolgedessen wird der bisher über eine Drosselbohrung teilweise beaufschlagte und im Vorlauf gebremste Druckübersetzerkolben auf seiner gesamten Kolbenfläche beaufschlagt, wodurch das untere, als Rohrplungerkolben wirkende Ende des Druckübersetzerkolbens über die Hydraulikflüssigkeit den Arbeitskolben bei geringem Hub mit hohem Druck beaufschlagt. Beim Rückhub werden die gegenüberliegenden Kolbenflächen des Druckübersetzer- und Arbeitskolbens in entgegengesetzter Reihenfolge beaufschlagt, in dem mittels eines Steuerschiebers die bisher als Druckmitteleinlass bzw.
- auslass fungierenden Anschlussstutzen miteinander vertauscht werden und folglich die Kolbenflächen des Druckübersetzer-und Arbeitskolbens in entgegengesetzter Richtung beaufschlagt, bis diese ihre ursprüngliche Ausgangsstellung erreicht haben.
Der Nachteil dieser Ausbildung liegt in dem Einsatz von anschlaggesteuerten Tellerventilen bzw. federbelasteten Rückschlagventilen in den Zylinderräumen, in denen beim Presshub die höchsten Drücke herrschen. Dadurch werden die Anlageflächen von Ventilsitzen und Ventilkörpern infolge der hohen Flächenpressung mechanisch ausserordentlich hoch beansprucht, so dass Zerstörung und Verschleiss der hochbelasteten Ventilsitze und Ventilkörper unmittelbar den Ausfall derartiger hydraulischer Arbeitszylinder zur Folge haben können.
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Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass infolge der ungenügenden Dichtwirkung von Teller- bzw. Rückschlagventilen beträchtliche Leckverluste in dem mit hohem Druck beaufschlagtem
Zylinderraum entstehen, die zu einem vorzeitigen unerwünschten Druckabfall und damit zum schnellen
Abbau der am Pressenstempel anstehenden Kraft führen.
Die Erfindung bezweckt die Nachteile der bekannten Ausbildung zu vermeiden und für einen hydraulischen Arbeitszylinder eine Steuereinrichtung auszubilden, deren konstruktiver Aufbau eine sichere Funktion und hohe Lebensdauer gewährleistet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen hydraulischen Arbeitszylinder der eingangs genannten Art eine selbsttätige, druckabhängige Umsteuereinrichtung zur aufeinanderfolgenden
Beaufschlagung der gegenüberliegenden Kolbenfläche des Druckübersetzer-und Arbeitskolbens beim
Vor-und Rücklauf auszubilden, die ein sicheres und schnelles Umsteuern bei geringsten Leckverlusten sowie die Aufrechterhaltung einer konstanten Presskraft am Pressenstempel gestattet.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in dem als Steuerzylinder ausgebildeten
Druckübersetzerkolben ein an beiden Stirnflächen des Steuerzylinders mittels Druckfedern abgestützter
Steuerkolben axial beweglich angeordnet ist, der mehrere durch eine Ringnut und Absätze des
Steuerkolbens gebildete Steuerkanten, einen von der hinteren Stirnfläche des Steuerkolbens verlaufenden axialen Steuerkanal mit einer in den Steuerzylinder mündenden radialen Austrittsbohrung und eine sich von der Ringnut zur vorderen Stirnfläche des Steuerkolbens erstreckende Drosselbohrung aufweist, und dass im Druckübersetzerkolben mehrere Verbindungsbohrungen angeordnet sind, die den
Steuerzylinder mit dem den Rohrplungerkolben umgebenden Zylinderraum, mit dem oberhalb des
Arbeitskolbens liegenden Zylinderraum,
mit dem oberhalb des Druckübersetzerkolbens liegenden
Zylinderraum und mit dem oberen Druckmittelanschluss verbinden, um die oberhalb und unterhalb des Druckübersetzer-und Arbeitskolbens liegenden Zylinderräumen beim Eil-, Press-und Rückhub zeitlich aufeinanderfolgend über die Verbindungsbohrungen des Druckübersetzerkolbens und die
Steuerkanäle des Steuerkolbens sowie die Druckmittelanschlüsse hydraulisch zu beaufschlagen.
Die erfindungsgemässe Ausbildung weist gegenüber den bekannten hydraulischen Arbeitszylindern den Vorteil einer hohen Anstellgeschwindigkeit des Arbeitskolbens bei geringem Ölverbrauch auf, weil der Druckübersetzerkolben erst nach dem Aufsetzen des Arbeitskolbens beaufschlagt wird.
Als wichtigste Voraussetzung für die Funktion derartiger hydraulischer Arbeitszylinder ist die
Aufrechterhaltung eines hohen Pressdruckes über längere Zeit anzusehen, die durch den Verzicht von
Teller-bzw. Rückschlagventilen bzw. durch die erfindungsgemässe Steuereinrichtung im vollen Masse gewährleistet ist.
Infolge der kompakten Bauweise der hydraulischen Arbeitszylinder, die im Druckübersetzerkolben die erfindungsgemässe, selbsttätige, druckabhängige Umsteuereinrichtung aufweisen, sind diese ohne zusätzlichen Aufwand an bestehende Steueraggregate jeder Hydraulikanlage anschliessbar und somit bei geringem Raumbedarf für die vielfältigsten Anwendungsgebiete geeignet.
Die Erfindung soll an Hand von schematischen Zeichnungen mehrerer Bewegungsphasen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen hydraulischen Arbeitszylinder, wobei der Steuerschieber auf Eilhub gestellt ist, Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen hydraulischen Arbeitszylinder, wobei der Steuerschieber auf Presshub gestellt ist und Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen hydraulischen Arbeitszylinder, wobei der Steuerschieber auf Rücklauf gestellt ist.
Beim Eilhub gelangt das Druckmittel über den oberen Druckmittelanschluss--10--, eine Ringnut --11-- des Zylinders --1-- und eine Verbindungsbohrung --12-- eines Druckübersetzerkolbens --2-- in eine Ringnut--13--eines Steuerkolbens--3--. Der Steuerkolben--3--wird durch Druckfedern--4 und 5--in seiner Mittellage gehalten, so dass das Druckmittel über Verbindungsbohrungen-14 und 15-in den Zylinderraum --16-- gelangt.
Gleichzeitig strömt das Druckmittel von der Ringnut-13-des Steuerkolbens-3-durch eine Drosselbohrung --3a-- in den vorderen Zylinderraum-21--. Das in den Zylinderraum-16einströmende Druckmittel bewegt den Arbeitskolben-6-im Eilgang in seine Arbeitsstellung. Dabei fliesst das unterhalb des Arbeitskolbens--6--befindliche Druckmittel über eine Rückflussbohrung - -18--, den Zylinderraum --19-- und den unteren Druckmittelanschluss --20-- ab.
Hat der Arbeitskolben --6-- seine Arbeitsstellung erreicht bzw. der mit dem Arbeitskolben verbundene Pressenstempel auf das Werkstück aufgesetzt, so erfolgt im Zylinderraum--16-ein Druckanstieg, der sich über die Verbindungsbohrungen--15 und 14--, die Ringnut--13--des Steuerkolbens--3--und die Drosselbohrung--3a--bis in den vorderen Zylinderraum--21-fortpflanzt. Durch den auf die vordere Stirnfläche des Steuerkolbens--3--wirkenden
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Druckmittelanstieges wird der Steuerkolben --3-- entgegen der Wirkung der Druckfeder --4-- in Richtung des hinteren Zylinderraumes --24-- verschoben. Diese Stellung des Steuerkolbens-3ist in Fig. 2 dargestellt.
Durch die veränderte Stellung des Steuerkolbens--3--kann das im hinteren Zylinderraum - befindliche Druckmittel über einen Steuerkanal-25-, eine Ringnut-22-, eine Verbindungsbohrung-23-, den Zylinderraum --19-- und den unteren Druckmittelanschluss - 20-abfliessen.
Bis zur Freigabe der Ringnut --22-- und der Verbindungsbohrung --23-- durch die Steuerkante-d-des Steuerkolbens-3-kann das im hinteren Zylinderraum-24befindliche Druckmittel über eine Verbindungsbohrung --26-- in den Zylinderraum-27abfliessen. Zum schnellen Umsteuern werden der Druckübersetzerkolber --2-- und der Steuerkolben gegenläufig bewegt, wobei die Steuerkante-a-des Steuerkolbens-3-die Verbindungsbohrung --26-- zu dem Zeitpunkt verschliesst, an dem die Steuerkante-d-des Steuerkolbens-3die Ringnut --22-- freigibt.
Bevor der Steuerkolben --3-- seine obere Endlage erreicht hat,
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DruckmittelverbindungDruckmittelanschluss --10--, die Verbindungsbohrung-12-, die Ringnut --13-- und die Verbindungsbohrung--26--beaufschlagt wird. Durch die grosse Stirnfläche des Druckübersetzer-
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Druckmittel mit hohem Druck beaufschlagt und damit die am Pressenstempel gewünschte hohe Presskraft bei geringem Hub erreicht.
In Fig. 3 ist die Stellung des Steuerkolbens --3-- beim Rückhub des Arbeitskolbens-6dargestellt. Beim Rückhub am Druckübersetzer-und Arbeitskolben wird die Druckmittelzufuhr mittels eines ausserhalb des Arbeitszylinders liegenden Steuerventils umgesteuert, so dass das Druckmittel nunmehr über den unteren Druckmittelanschluss --20-- in den Arbeitszylinder eintritt. Durch das Umsteuern bricht in den Zylinderräumen-16 und 27-der Druck zusammen, und der Steuerkolben - wird durch die Kraft der Druckfeder --4-- in seine Ausgangsstellung (Fig. 1) zurückgeschoben. Der sich im Zylinderraum--19--aufbauende Druck beginnt den Druckübersetzerkolben --2-- in seine Ausgangslage zurückzudrängen.
Im Zylinderraum--27-- entsteht ein Druckanstieg, der sich über die Verbindungsbohrung --26-- in den hinteren Zylinderraum --24-- fortpflanzt und den Steuerkolben --3-- gegen die Kraft der Druckfeder - bewegt. Das im vorderen Zylinderraum-21-befindliche Druckmittel kann über die Drosselbohrung --3a--, die Ringnut-13--, die Verbindungsbohrung --12-- und den oberen
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--10-- abfliessen.Zylinderraum --27-- über die Verbindungsbohrung-26-, den Zylinderraum-24-, die Verbindungsbohrung --12-- und den oberen Druckmittelanschluss --10-- abfliessen. Dabei wird der Druckübersetzerkolben in seine Ausgangsstellung zurückgeführt.
Während der Rückholbewegung des Druckübersetzerkolbens --2-- gelangt das Druckmittel über den unteren Druckmittelanschluss-20-, den Zylinderraum --19-- und die Rückflussbohrung --18-- in den unterhalb des Arbeitskolbens --6-- gelegenen Zylinderraum --17-- und führt den Arbeitskolben ebenfalls in seine Ausgangsstellung zurück, wobei das oberhalb des Arbeitskolbens - im Zylinderraum-16-befindliche Druckmittel über die Verbindungsbohrung-14, 15-, die Ringnut--13--, die Verbindungsbohrung--12--, die Ringnut --11-- und den oberen Druckmittelanschluss --10-- abfliessen kann.
Nach Beendigung oder bei Unterbrechung des Rückhubes geht der Steuerkolben --3-- in seine mittlere Ausgangsstellung zurück, und das Arbeitsspiel kann wieder beginnen.