Druckmittelbetätigter Kolbenantrieb mit Eilweg
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kolbenantrieb mit Eilweg, mit einem für den Eilhub druckbeaufschlagten Eilkolben kleinen Querschnitts und einem für den Arbeitshub druckbeaufschlagten Hauptkolben grösseren Querschnitts, wobei der Hauptkolben Kanäle enthält, durch welche während des Eilhubes das Druckmittel direkt von der einen auf die andere Seite des Hauptkolbens strömen kann und welche von einem durch Druckeinwirkung vom Eilkolben-Zylinderraum selbsttätig verschiebbaren Steuerorgan während des Arbeitshubes geschlossen werden.
Bei Kolbenantrieben dieser Art gelangt das Steuerorgan beim Übergang vom Eilhub zum Arbeitshub bei ansteigendem Druck im Eilkolbenzylinder ohne Verzögerung aus seiner Eilhubstellung in die Arbeitsstellung, bei der die Kanäle im Hauptkolben geschlossen sind.
Auch das Umschalten vom Arbeitshub auf den Rückschub des Hauptkolbens geht ohne Verzögerung vonstatten. Daher setzt der Arbeitshub schlagartig ein, während der Rückschub nur mit der geringen Kraft des Eilhubes beginnt.
In manchen Anwendungsfällen ist es jedoch vorteilhaft, wenn der Arbeitshub sanft einsetzt und/oder wenn der Rückschub zunächst mit der grösseren Kraft beginnt, wie sie beim Arbeitshub vorhanden ist, um beispielsweise ein Stanzwerkzeug von dem Werkstück sicher abzuheben und damit ein evtl. Hängenbleiben zu vermeiden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit denen der Übergang vom Eilhub auf Arbeitshub und/oder das Umschalten durch den Steuerkörper am Ende des Arbeitshubes auf den Rückschub etwas verzögert wird.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das Steuerorgan mit einer Verzögerungsvorrichtung ausgestattet ist, die seiner Verlagerung aus der Eilhubstellung in die Arbeitshubstellung und umgekehrt einen die Stellbewegung verzögernden Widerstand entgegensetzt.
Mit der erfindungsgemässen Massnahme wird erreicht, dass das Steuerorgan etwas verzögert in seine jeweils andere Steuerlage gelangt, womit das gewünschte verzögerte Umschalten erreicht wird, d. h.
der Übergang vom Eilhub zum Arbeitshub langsam stattfindet, während umgekehrt der Rückhub zunächst mit der Kraft des Arbeitshubes beginnt und erst allmählich auf die kleinere Kraft des Eilhubes zurückfällt.
Wenn gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung durch unterschiedliche Ausbildung des Bewegungswiderstandes die Verzögerung für die Verschiebung des Steuerorgans in der einen Richtung von der Verzöge- rung für die Verschiebung in der anderen Richtung verschieden eingerichtet wird, kann ein verhältnismässig rasches Einsetzen des Arbeitshubes und ein verhältnismässig langer Rückschubbeginn mit der Kraft des Arbeitshubes oder umgekehrt erzielt werden.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in einer der Kolbenstangen ein Zylinderraum vorgesehen, in dem ein Kolbenschieber gleitend gelagert ist, der mit dem Steuerorgan des Hauptkolbens mechanisch verbunden ist, wobei im Hauptkolben mindestens ein Verbindungskanal mit mindestens einer Drosselstelle vorgesehen ist, der das hinter dem Kolbenschieber in dem genannten Zylinderraum eingeschlossene Druckmittel mit dem abtriebsseitigen Arbeitsraum des Hauptkolbens verbindet.
Der genannte Verbindungskanal durchsetzt vorzugsweise den Kolbenschieber, und die Drosselstelle oder die Drosselstellen befinden sich in dem letzteren.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Strömungsquerschnitt des oder der Drosselstellen einstellbar.
Eine besondere Bauform des erfindungsgemässen Kolbenantriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei durch Ventile in je einer Bewegungsrichtung des Kolbenschiebers freigegebene, vorzugsweise in ihren Strömungsquerschnitten einstellbare Drosselstellen in der genannten Verbindung zwischen dem einge schlossenen Druckmittel und dem abtriebsseitigen Arbeitsraum des Hauptkolbens vorgesehen sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können auch in der Kolbenstange an sich bekannte mechanische Übertragungsglieder angeordnet werden, mit denen der Strömungsquerschnitt des Drosselkanals oder der Drosselkanäle von der Aussenseite des Kolbengetriebes her einstellbar ist.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführung des Kolbenantriebes im Längsschnitt, wobei die willkürlich einstellbare Drosselung für beide Bewegungsrichtungen des Steuerorgans die gleiche ist,
Fig. 2 eine weitere Ausführung eines erfindungsgemässen Kolbenantriebes im Längsschnitt, und zwar ebenfalls mit gleicher, von aussen einstellbarer Drosselung für beide Bewegungsrichtungen und
Fig. 3 eine weitere Ausführung eines erfindungsgemässen Kolbenantriebes im Längsschnitt mit von aussen her einstellbarer unterschiedlicher Verzögerung des Steuerorgans in den beiden Bewegungsrichtungen.
Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen der Erfindung handelt es sich im grundsätzlichen Aufbau um einfachwirkende Kolbenantriebe bei denen als Steuerorgan ein Kolbenschieber vorgesehen ist. Die Erfindung ist aber nicht auf einfachwirkende Kolbenantriebe oder Kolbenantriebe mit einem Kolbenschieber als Steuerorgan beschränkt. Sie kann auch bei Kolbenantrieben benutzt werden, bei denen das Steuerorgan beispielsweise ein Ventilkörper ist und bei denen Kolben und Zylinder doppelwirkend eingerichtet sind.
Bei allen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen weist der Kolbenantrieb ein Zylindergehäuse 1 auf, das mit einer durchgehenden zylindrischen Bohrung 2 versehen ist. In die Bohrung 2 ist von rechts her eine zylindrische Hülse 6 eingeschoben und durch einen Schraubverschluss festgehalten. Das linke Ende der Hülse 6 bildet mit seiner linken freien Stirnseite die rechte Abschlusswand des Hauptkolbenzylinders 7, in dem der Hauptkolben 8 des Kolbengetriebes gleitbar angeordnet ist.
Von dem Hauptkolben 8 geht nach links die die Arbeitskraft übertragende Kolbenstange 9 nach aussen, während sich von ihm aus nach rechts durch die rechte Hauptzylinderabschlusswand hindurch eine Kolbenstangenverlängerung 10 erstreckt, deren Durchmesser nur etwas grösser als derjenige der Kolbenstange 9 ist und die eine etwas grössere Länge hat als der maximale Kolbenhub im Hauptkolbenzylinder.
Der Durchmesser der Hülse 6 ist bis auf ein kurzes, mit dichter Gleitpassung an die Kolbenstangenverlängerung 10 heranreichendes Führungsstück 6b etwas grösser als der Aussendurchmesser der Kolbenstangenverlängerung 10, so dass zwischen der letzteren und der Hälse ein schmaler ringförmiger Spielraum 11 vorhanden ist. Von rechts her ragt in das Getriebegehäuse zum Hauptkolben 8 hin in koaxialer Anordnung zur Längsmittelachse ein Hohlzylinder 14 hinein, der etwas länger als der maximale Hub des Kolbens ist. Dieser Hohlzylinder erstreckt sich in eine koaxiale Bohrung 15 in der Kolbenstangenverlängerung 10, wobei er gegenüber der Bohrungswand Spiel hat.
Die Kolbenstange 9 und der Hauptkolben 8 sind von rechts her zentrisch aufgebohrt. In dieser mit der Bezugsziffer 16 bezeichneten, in die Bohrung 15 übergehenden Bohrung ist ein Kolbenschieber 18 gleitbar gelagert, welcher das Steuerorgan zur Steuerung der Druckmittelflüsse beim Eilhub und beim Arbeitshub ist. Dieser Kolbenschieber 18 arbeitet mit Durchflusskanälen 19 zusammen, die die beiden Hauptkolbenseiten über die Bohrung 16 miteinander verbinden.
In der Zeichnung sind die Ausgangsstellungen zu Beginn des Eilhubes in Vorwärtsrichtung dargestellt, in denen die Kanäle 19 über die Bohrung 16 eine offene Verbindung zwischen den beiden Seiten des Hauptkolbens herstellen. Wenn sich das Steuerorgan 18 unter den weiter unten noch näher erläuterten Bedingungen aus seiner in der Zeichnung dargestellten Stellung in der Bohrung 16 nach links verschiebt, wird durch das Steuerorgan 18 die über die Kanäle 19 gehende Verbindung unterbrochen und gleichzeitig eine Verbindung zwischen einer Axialbohrung 25a und dem rechten Arbeitsraum 7b des Hauptzylinders hergestellt die über Querbohrungen 25b im Steuerorgan und die von der rechten Hauptkolbenseite ausgehenden Hauptkolbenbohrungen 19 geht.
Die Bohrung 25a verläuft in einer sich von dem Hauptkörper des Kolbenschiebers 18 aus nach rechts erstreckenden Kolbenschieberverlängerung 25, die sich zur Längsmittelachse koaxial erstreckt, einen konstanten Durchmesser aufweist und etwas länger als der Hauptkolbenhub ist. Diese Verlängerung 25 taucht als Tauchkolben in den Hohlzylinder 14 ein, gegen den sie an einer vorn befindlichen Führungsfläche 25c abgedichtet ist.
Die Druckmittelzufuhr erfolgt über einen in der Zeichnung nicht näher dargestellten einfachen Umsteuerschieber üblicher Bauart für den Vorwärtshub zu dem Innenraum des Hohlzylinders 14. Solange auf den Hauptkolben 8 keine Gegenkraft wirkt, erfolgt die Verschiebung des Hauptkolbens mittels des als Eilkolben wirkenden Tauchkolbens 25 allein durch den auf dessen freie Stirnfläche wirkenden Zufluss des Druckmittels in den Hohlzylinder 14. Sobald der Hauptkolben 8 auf seinem Weg nach links während des Vorwärtshubes jedoch, beispielsweise durch Auflaufen auf ein zu verformendes Werkstück in einer Presse, einen Widerstand findet, bleibt er zunächst stehen, während sich der Kolbenschieber 18 in der Bohrung 16 nach links weiterbewegt.
Hierbei kommt es zu der weiter oben bereits erwähnten Unterbrechung der Verbindung zwischen den beiden Hauptkolbenseiten, über die das Druckmittel in den Hauptzylinderkammern 7a und 7b von der einen Hauptkolbenseite zur anderen strömen konnte. Gleichzeitig mit der Unterbrechung der Verbindung über die Kanäle 19 wird die Verbindung zwischen dem in den Hohlzylinder 14 zufliessenden Druckmittel und der rechten Hauptzylinderkammer 7b über die Querkanäle 25b und die rechten Hauptkolbenkanäle 19 hergestellt, so dass nunmehr das dem Hohlzylinder 14 zugeführte Druckmittel auf die gesamte wirksame Fläche des Hauptkolbens einwirkt.
Von nun an bewegt sich der Hauptkolben 8 mit der grossen Kraft des Arbeitshubes weiter.
Bei den in der Zeichnung dargestellten Kolbengetrieben befindet sich in jedem Falle auf der der Kolbenschieberverlängerung 25 abgewendeten Seite ein zylinderförmiger Druckmittelraum 30, in den ein Teil des Kolbenschiebers 18 als Tauchkolben eintaucht.
Dieser Druckmittelraum 30 bildet einen Verzögerungszylinder, der über den Kolbenschieber 18 durchsetzende Kanäle in allen Stellungen des Kolbenschiebers 18 mit der linken Hauptzylinderkammer 7a verbunden ist. Diese Kanäle sind als Drosselkanäle ausgebildet und setzen dem Fluss des Druckmittels aus der Kammer 30 in den Zylinderraum 7a bei der Verschiebung des Kolbenschiebers nach links und dem Fluss des Druckmittels aus dem Hauptzylinderraum 7a in die Kammer 30 bei der Verschiebung des Kolbenschiebers 18 nach rechts einen Widerstand entgegen.
Dadurch kann die Verschiebung des Kolbenschiebers 18 nur verzögert vonstatten gehen, so dass es auch nur langsam zu der Unterbrechung der Verbindung zwischen den Hauptkolbenseiten und der damit einhergehenden Öffnung der Verbindung von Hohlzylinderinnenraum zur rechten Hauptzylinderkammer 7b kommt, wenn der Hauptkolben während des Vorwärtshubes auf einen Widerstand aufgelaufen ist, während die Rückverschiebung des Kolbenschiebers 18, bei der die Verbindung zwischen den Hauptkolbenseiten über die Kanäle 19 wieder hergestellt wird und die Verbindung zwischen der Hauptzylinderkammer 7b und dem Hohlzylinder 14 unterbrochen wird, ebenfalls nur langsam erfolgen kann.
Dies hat die Wirkung, dass der Arbeitshub verzögert sanft einsetzt, während umgekehrt nach dem Umschalten auf Rückhub am Ende des Arbeitshubes zunächst das Kolbengetriebe mit der Kraft des Arbeitshubes zurückläuft, weil das über den Rücklaufkanal 31 zugeführte Druckmittel solange ausschliesslich auf die linke Hauptkolbenfläche wirkt, bis die Verbindung zwischen den beiden Hauptkolbenseiten offen ist, was, wie bereits gesagt, erst langsam eintritt.
Nach dem Öffnen dieser Verbindung läuft dann der Hauptkolben als Differentialkolben zurück nach rechts, wobei das aus der Kammer 7b verdrängte Druckmittel durch den Hauptkolben 8 über die Kanäle 19 und die Bohrung 16 in die dabei grösser werdende Kammer 7a strömen kann.
Die Ausbildung der Kanäle durch den Kolbenschieber 18 zu dem Verzögerungszylinder 30 ist bei den in der Zeichnung dargestellten verschiedenen Ausführungsbeispielen unterschiedlich.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 weist der Kolbenschieber 18 eine Querbohrung 40 auf, die einen andauernd mit der linken Hauptzylinderkammer 7a in Verbindung stehenden Teil der Bohrung 16 mit dem Verzögerungszylinder 30 verbindet und eine Axialbohrung 41 im Kolbenschieber 18 durchsetzt, in der eine Drosselstange 42 längsverschraubbar angeordnet ist. Die Stange 42 kann soweit in die Axialbohrung 41 hineingeschraubt werden, dass sie die Mündung 40b des in Fig. 1 links oben befindlichen Teiles der Bohrung 40 am Übergang in die Axialbohrung 41 vollständig verschliesst. Etwas weniger weit hineingeschraubt gibt sie je nach ihrer Einstellung einen mehr oder minder grossen Querschnitt von dieser Mündung 40b frei, womit eine mehr oder minder starke Drosselung des Flusses durch die Querbohrung 40 erzielt wird.
Die Axialbohrung setzt sich aus dem eigentlichen Körper des Kolbenschiebers 18 in eine linksseitige Verlängerung fort, die über einen Hülsenteil 43 gegen die Kolbenstange 9 abgedichtet ist. Links von dieser Abdichtung ist die Verlängerung mit der darin befindlichen Stange 42 von aussen zugänglich, so dass es möglich ist, den Grad der Drosselung durch Verschrauben der Stange 42 nach dem Zusammenbau der Anordnung zu verändern.
Bei der Ausführung gemäss der Fig.2 ist der tauchkolbenförmige Teil des Kolbenschiebers 18, der in den Verzögerungszylinder 30 eintaucht, von diesem Zylinder her axial aufgebohrt und diese Bohrung 50 über eine Querbohrung 51 mit einem Teil der Bohrung 16 im Hauptkolben 8 verbunden, der andauernd mit dem Hauptzylinderraum 7a in Verbindung steht. Die Bohrung 50 ist nach rechts zu kegelig verjüngt, und die Bohrung 51 geht von dem verjüngten Teil aus. In der Bohrung 50 ist ein Drosselkopf 52 drehbar gelagert, der ebenfalls kegelig ausgebildet ist und über einen Schaft 53a mittels einer von links her in die Bohrung 50 eingesetzten und durch eine Mutter 54 festgehaltenen Feder 55 an den verjüngten Teil der Bohrung 51 angedrückt wird.
Der Drosselkopf 53 und der Schaft 53a weisen eine Längsbohrung 56 auf, die über Querbohrungen 57 andauernd mit dem Verzögerungszylinder 30 verbunden ist. Innerhalb des Drosselkopfes 53 gehen von der Axialbohrung 56 radiale Bohrungen 58 aus, die auf der Höhe der Bohrung 51 in der tauchkolbenförmigen Verlängerung des Kolbenschiebers 18 um den Umfang des Drosselkopfes 53 herum verteilt sind. Diese Radialbohrungen 58 haben, wie dies die Fig. 2 deutlich zeigt, einen unterschiedlichen Querschnitt. Durch Drehen des Drosselkopfes 53 ist es möglich, jeweils eine andere Radialbohrung 58 mit der Durchgangsbohrung 51 von konstanten grösserem Querschnitt zur Deckung zu bringen, so dass der Grad der Drosselung, den der Fluss zwischen der Hauptzylinderkammer 7a und dem Verzögerungszylinder 30 erfährt, von der Drehstellung des Drosselkopfes 53 in der Bohrung 50 abhängig ist.
Diese Winkelstellung kann von aussen her verändert werden, wofür der Schaft 53a über den Verzögerungszylinder 30 hinaus durch dessen linke Stirnwand hindurch in der Kolbenstange 9 bis zu einer von aussen zugänglichen Öffnung verlängert ist, in der die Schaftverlängerung mittels eines Stellwerkzeuges gefasst werden kann. Die Bohrung 56 im Schaft 53a ist natürlich nicht mit bis nach aussen verlängert. Sie ist als Sackbohrung ausgeführt und nur so lang, wie dies zur Schaffung einer dauernden Verbindung zu dem Verzögerungszylinder 30 nötig ist.
Die Ausführung gemäss Fig. 3 unterscheidet sich gegenüber denjenigen nach Fig. 1 und 2 im wesentlichen dadurch, dass bei ihr mindestens zwei Kanäle 61, 62 im Schieberkolben 18 vorgesehen sind, die den Verzögerungszylinder 30 mit einem dauernd mit der Hauptzylinderkammer 7a in Verbindung stehenden Teil der Bohrung 16 verbinden. Diese Kanäle befinden sich z. T. in einem Einsatz 64, der von links her in eine zu dem Zylinder 30 hin offene Sackbohrung 63 im Kolbenschieber 18 eingesetzt ist. Den in diesem Einsatz befindlichen Drosselkanalteilen 61a und 62a sind federbelastete Rückschlagventile 61b bzw. 62b zugeordnet, die in entgegengesetzten Richtungen den Durchfluss sperren.
Das Rückschlagventil 61b erlaubt nur einen Durchfluss von rechts nach links im Kanal 61b (siehe Pfeil) und sperrt den Fluss in der Gegenrichtung, während das Rückschlagventil 62b nur einen Fluss von links nach rechts erlaubt (siehe Pfeil) und die Gegenrichtung von rechts nach links sperrt. Es ist somit ersichtlich, dass bei einer Verschiebung des Kolbenschiebers nach links die Strömung aus dem Verzö gerungszylinder 30 über den Kanal 62a und das Rückschlagventil 62b zu dem Hauptzylinderraum 7a geht, während die Rückströmung bei der Verschiebung des Kolbenschiebers von links nach rechts über den Kanal 61a und das Rückschlagventil 61b geht.
Durch unterschiedliche Einstellung der die Rückschlagventile belastenden Federn 61c bzw. 62c kann diesen Durchflüssen in den Kanälen 61a und 62a ein unterschiedlicher Grad der Drosselung erteilt werden, so dass die Verzögerung der Verschiebung des Kolbenschiebers 18 in der einen Richtung eine andere ist als in der Gegenrichtung.
Die Kraft der Feder 61c ist mittels einer Stellmutter 65 einstellbar, während die Kraft der Feder 62c davon abhängig ist, wie weit der Einsatz 64 in die Bohrung 63 hineingeschraubt wird. Beide Einstellungen können nach Entfernen eines die linke Begrenzung des Verzögerungszylinders 30 bildenden Pfropfens 66 getrennt vorgenommen werden.