DE102004034280A1

DE102004034280A1 - Selbststeuer-Eilgangzylinder

Info

Publication number: DE102004034280A1
Application number: DE200410034280
Authority: DE
Inventors: Martin Scheidl
Original assignee: SCHEMA HYDRAULIK GmbH; SCHEMA-HYDRAULIK GmbH
Current assignee: SCHEMA HYDRAULIK GmbH; SCHEMA-HYDRAULIK GmbH
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-02-23

Abstract

Ein Selbststeuer-Eilgangzylinder weist folgende Merkmale auf: DOLLAR A - ein Kolben (4) mit Kolbenstange (4c) ist in einem Zylindergehäuse (3) mit zwei Bohrungen (3a und 3c) zum Ein- bzw. Auslass von Fluid in seine Zylinderräume, Bodenseite (V1) bzw. Stangenseite (V2) angeordnet; DOLLAR A - verbunden mit dem Zylindergehäuse (3) ist ein Ventilgehäuse (1) mit integriertem Ventilschieber (2), den die Feder (6) in Ausgangsstellung hält, der beim Zuführen von Fluid über den Anschluss, Bodenseite (1a), in den Zylinderraum (V1), sobald die Kolbenstang (4c) aus dem Zylindergehäuse (3) ausfährt, das aus dem Zylinderraum, Stangenseite (V2) verdrängte Fluid zusätzlich in den Zylinderraum (V1) leitet, so dass die Kolbenstange (4c) im Eilgang ausfährt; DOLLAR A - wirkt an der Kolbenstange (4c) eine Kraft (F) entgegen der Ausfahrrichtung, so steigt der Druck im Zylinderraum (V1), dieser drückt den Ventilschieber (2) in Richtung Feder (6), so dass das aus dem Zylinderraum (V2) fließende Fluid quasi drucklos über den Anschluss (1e) abgeleitet wird und der Kolben (4) mit seiner Kolbenfläche (4a) seine ganze Ausfahrkraft entwickelt "Krafthub"; DOLLAR A - fällt die Gegenkraft (F) unter einen definierten Wert, so sinkt der Druck im Zylinderraum (V1), die Feder (6) drückt den Ventilschieber (2) wieder in seine Ausgangsstellung zurück, das vom Zylinderraum (V2) rückströmende Fluid wird wieder zusätzlich dem Zylinderraum (V1) zugeführt und der Kolben (4) mit Kolbenstange (4c) fährt wieder im Eilgang.

Description

Die Erfindung betrifft einen doppeltwirkenden Fluidarbeitszylinder der beim Ausfahren mittels integriertem Steuerventil belastungsabhängig zwischen Eilhub und Krafthub umschaltet, beispielsweise für einen Schneid-, Spalt- oder Pressvorgang.
Zur Ausübung von hohen Druckkräften sind Arbeitszylinder bekannt, deren Kolben einen großen Durchmesser aufweisen, so dass mittels des Fluiddrucks eine hohe Kraft erzeugt werden kann. Es erweist sich hierbei als nachteilig, dass große Zylinderdurchmesser zur Aufnahme der Kolben benötigt werden, so dass der Arbeitshub bei konstantem Volumenstrom des Fluids sehr langsam ist und eine hohe Pumpenleistung für den Zylinder benötigt wird.
Außerdem sind Eilgangventile und -schaltungen bekannt, mit denen extern das stangenseitige Fluid zusätzlich zum Pumpvolumen zur Bodenseite eines Zylinders gelenkt wird. Oder zwecks Eilgang eine zusätzliche Fluidpumpe zugeschaltet wird. Dieses erfordert einen erheblichen Schaltungsaufwand und hohe Pumpenleistung, was besonders dann unpraktikabel ist, wenn, wie dies beim Holzspalten mittels Holzspaltmaschine der Fall ist, ein längerer Leerhub zurückgelegt werden muss, bis die Spaltvorrichtung auf das Holzstück auftrifft, und nach kurzem Krafthub (1. Spaltvorgang) die weitere Spaltung wieder fast ein Leerhub ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Fluidarbeitszylinder zu schaffen, welcher ohne zusätzliche externe Schaltungen und Verrohrungen ein schnelleres Ausfahren der Kolbenstange und im Bedarfsfalle eine hohe Kraftausübung bei gleichzeitig geringer Pumpenleistung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Patentanspruch gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Der erfindungsgemäße Kraftumschalteilgangzylinder umfasst ein Zylindergehäuse mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass. Im Zylindergehäuse ist ein Druckkolben mit einer Druckfläche geführt, wobei der Druckkolben mit einer aus dem Zylindergehäuse ausfahrbaren Kolbenstange in Wirkverbindung steht und durch Druckausübung über Fluid im Zylindergehäuse verschiebbar ist. Der Druckkolben zeichnet sich, bedingt durch die einseitig angebrachte Kolbenstange, dadurch aus, dass seine stangenseitige Druckfläche kleiner ist als seine gesamte Druckfläche der Bodenseite. Dieses erfordert zum Verschieben des Druckkolbens unterschiedliche Fluidvolumina. Ferner ist das Kolbengehäuse über den Fluideinlass und Fluidauslass mit einem Ventilgehäuse mittels Druckkanal bzw. Druckleitung verbunden. Dieses Ventilgehäuse enthält einen positionierten Ventilschieber (hier durch eine Druckfeder), der mittels Fluiddruck gegen eine Feder vor verschiebbar ist. Ebenfalls enthält das Ventilgehäuse je einen externen Fluidanschluss „Ausfahren" und „Einfahren" des Druckkolbens mit Kolbenstange. Außerdem kann die Federvorspannung mittels einer zusätzlich angebrachten Einstelleinheit verändert werden, wodurch der Ansprech- bzw. Schaltdruck des Ventils einstellbar ist.

Durch die Ventileinheit wird erreicht, dass zum Ausfahren der Kolbenstange zunächst der Fluidstrom vom äußeren Anschluss Bodenseite, und zusätzlich das rückströmende Fluid der Stangenseite in den bodenseitigen Zylinderraum strömt/gedrückt wird, so dass der Kolben mit dem gesamten verfügbarem Fluid Richtung Kolbenstange gedrückt wird, und kein Fluid den Selbststeuer- Eilgangzylinder verlässt. Trifft nun auf die Kolbenstange eine dem Hub entgegengerichtete Kraft, so steigt der Druck im Zylinderraum der Bodenseite an. Dieser Druck wirkt gleichzeitig auf die Schieberstangenfläche übersteigt deren Druckkraft die Vorspannkraft der Feder, so wird der Ventilschieber Richtung Feder gedrückt, er sperrt den Fluidstrom von der Zylinderstangenseite zur Zylinderbodenseite und lässt ihn über den Anschluss, Stangenseite, abfließen. Die bodenseitige Kolbenfläche wird so nur mit dem über den Anschluss, Bodenseite, von außen zugeführten Fluid beaufschlagt. Sie kann bei weitersteigendem Fluid- Druck (je nach Gegenkraft) mit der gesamten Kolbenfläche als „Krafthub" wirken. Lässt nun die entgegengerichtete Kraft nach- beispielsweise nach einem Spaltvorgang – oder sinkt der Fluiddruck unter einen durch die Federvorspannung definierten Wert, drückt die Feder den Ventilschieber wieder in die Ausgangstellung zurück, so dass der Kolben des Zylinders wieder wie anfangs beschrieben – mit dem gesamten Fluid im Eilgang fährt. Vorzugsweise ist der doppeltwirkende Fluidarbeitszylinder mit einem belastungsabhängigem Steuerventil ausgestattet, das eingebaut oder direkt angeflanscht ist. Besonders bevorzugt handelt es sich um eine hydraulische Vorrichtung, d.h. das Fluid ist eine Hydraulikflüssigkeit.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerventils ist der Ventilschieber in seiner Ausgangsstellung vorgespannt positioniert, wobei das Steuerventil (in dieser Ausgangsposition in Eilgangstellung steht, und wobei der Ventilschieber sofort und unmittelbar bei einem entsprechendem voreingestelltem Druckanstieg im bodenseitigem Zylinderraum in die Stellung „Krafthub" gleitet. Hierdurch wird auf hydraulisch- mechanisch einfache Weise die erfindungsgemäße Funktion des Steuerventils ermöglicht. Die Vorspannkraft des Ventilschiebers wird vorzugsweise durch eine Feder erzeugt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Steuerventil derart ausgestaltet, dass der Ventilschieber, bei einem vorbestimmten Druck im bodenseitigen Zylinderraum, selbständig in seine Ausgangsposition gleitet, wodurch der Arbeitszylinder nach vollendetem Krafthub wieder im Eilgang tätig ist. Hierdurch wird auf mechanischhydraulisch einfache Weise die erfindungsgemäße Funktion des Steuerventils und damit des Selbststeuer- Eilgangzylinders ermöglicht.

In einer weiteren Variante der Erfindung ist eine Einstelleinheit am Steuerventil angebracht, wodurch der Stelldruck des Steuerventils, und damit der Ansprechdruck für den Betriebsartenwechsel zwischen „Eilgang" und „Krafthub" vorwählbar ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kolbenstange an dem Ende, das aus dem Selbststeuer- Eilgangzylinder ausfährt, eine Spalt-, Schneid- oder Presseinrichtung auf.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.

Es zeigen:

1: eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Selbststeuer-Eilgangzylinders in der Form eines Hydraulikzylinders mit direkt angeflanschtem Steuerventil, wobei sich der Kolben mit Kolbenstange in der Anfangsposition und der Ventilschieber in Ausgangsposition „Betriebsart Eilgang" befindet;

2: eine Schnittansicht analog zu 1, wobei die Kolbenstange weit ausgefahren ist, eine Kraft „F" entgegen der Ausfahrrichtung wirkt, und der Ventilschieber im Steuerventil gegen den Federdruck gefahren in Stellung (Betriebsart) „Krafthub" ist;

3: eine Schnittansicht analog zu 1, wobei die Kolbenstange weiter ausgefahren ist, die Gegenkraft „F" ist überwunden, und der Ventilschieber wurde durch die Feder wieder in die Ausgangsposition „Betriebsart Eilgang" geschoben;

4: eine Schnittansicht analog 2, wobei die Kolbenstange ohne Gegenkraft „F" in Endposition ganz ausgefahren ist, das Fluid wirkt in Richtung „Einfahren" auf die Kolbenfläche des Ventielschiebers und hat diesen gegen die Feder verschoben, so dass das der Kolben mit Kolbenstange einfährt und das bodenseitige Fluid vom Zylinder abfließen kann;

5: eine Schnittansicht eines Steuerventils für Selbststeuer- Eilgangzylinder, sie ist eine vergrößerte Darstellung der Ventilschieberstellung in Betriebsart „Eilgang" und ergänzt die 1 und 3;

6: eine Schnittansicht analog 5, wobei der Ventilschieber in Stellung (Betriebsart) „Krafthub" (siehe 2) und „Einfahren" (siehe 4) steht.

Die 1 bis 6 zeigen Schnittansichten eines erfindungsgemäßen Selbststeuer-Eilgangzylinders in der Form eines mit Hydraulikflüssigkeit befüllbaren Hydraulikzylinders und angeflanschtem Steuerventil, wobei durch die Figuren der Ablauf des Ausfahrvorgangs und Einfahrvorgangs der Kolbenstange des Hydraulikzylinders verdeutlicht wird.
Der in 1 in Schnittansicht gezeigte Hydraulikzylinder umfasst ein Zylindergehäuse 3 in dem ein Kolben 4 mit Kolbenstange 4c geführt ist. Das Zylindergehäuse weist bodenseitig und stangenseitig je eine Bohrung 3a und 3c als Ein- bzw. Auslass zum Zu- und Abführen der Hydraulikflüssigkeit auf. Am Kolben 4 ist die Kolbenfläche 4a und die Kolbenringfläche 4b als hydraulische Wirkflächen, wobei die Kolbenringfläche 4b die kleinere Wirkfläche ist. Bodenseitig ist außen am Zylindergehäuse 3 ein Ventilgehäuse 1 angeflanscht, das mittels Anschlussleitung 5 mit der stangenseitigen Bohrung 3c und am Zylinderboden 3b über die bodenseitige Bohrung 3a hydraulisch mit dem Zylinderraum V2, stangenseitig, bzw. V1, bodenseitig, verbunden ist. Zwei äußere Anschlüsse für Ausfahren 1a und Einfahren 1c sind sog. Wechselleitungen zur Betätigung des Kolbens mit Kolbenstange. Im Ventilgehäuse ist ein Ventilschieber 2 axial verschiebbar gelagert, der mittels einer Feder 6 in seiner Ausgangsstellung positioniert ist. Die Federvorspannung d.h. der Ansprechdruck des Ventils kann mit Hilfe der Einstelleinheit 7 verändert werden. Die 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des gesamten Ventils zur besseren Darstellung der Einzelheiten in gleicher Position des Schiebers wie in 1. Wird der Anschluss „Ausfahren" 1a mit Druckflüssigkeit versorgt, so strömt diese durch die Bohrung 3a in den bodenseitigen Zylinderraum V1, beaufschlagt die Kolbenfläche 4a welche den Kolben 4 in Richtung Kolbenstange 4e bewegt, wobei der stangenseitige Zylinderraum V2 kleiner wird und die dadurch verdrängte Hydraulikflüssigkeit über die Bohrung 3c, die Anschlussleitung 5 sowie die Ringkanäle 1b und 1c zusätzlich dem Zylinderraum V1 zugeführt wird. Der Hydraulikzylinder ist so, mit aller verfügbaren Hydraulikflüssigkeit, in Betriebsart „Eilgang", wobei seine Wirkkraft ausschließlich von der Kolbenfläche 4a abzüglich der Kolbenringfläche 4b gebildet wird, so dass nur die projezierte Kreisfläche der Kolbenstange wirkt. Trifft dabei die Kolbenstange auf einen Widerstand mit der Gegenkraft F, so steigt der Flüssigkeitsdruck im Zylinderraum V1. Bei Erreichen eines vordefinierten Druckes, der auch die Schieberstangenfläche beaufschlagt, wird der Ventilschieber gegen die Vorspannkraft der Feder 6 in die Position gemäß 2 und 6 gedrückt. Der Ventilschieber schließt den Ringkanal 1c, so dass die stangenseitig verdrängte Hydraulikflüssigkeit direkt über den Ringkanal 1d und den Anschluss 1e fast drucklos abfließt, wodurch auch der Druck auf der Kolbenringfläche abfällt. Der Hydraulikzylinder befindet sich so in der Betriebsart „Krafthub", wobei die gesamte Kolbenfläche 4a wirkt, dem Zylinderraum V1 ausschließlich die Hydraulikflüssigkeit vom Anschluss 1a zugeführt wird, so dass der Kolben 4 verlangsamt Richtung Kolbenstange 4c bewegt wird. Sinkt die Gegenkraft F so weit, dass der Flüssigkeitsdruck im Zylinderraum V1 den vordefinierten Wert unterschreitet, so drückt die Feder 6 den Ventilschieber 2 wieder in seine Ausgangsstellung. Der Hydraulikzylinder arbeitet wieder in Betriebsart „Eilgang" – diesen Zustand zeigen 3 und 5-, bis der Kolben 4 seine Endposition erreicht.
Zum Einfahren wird der Anschluss 1e, 5 mit Hydraulikflüssigkeit von außen angesteuert, diese fließt über die Ausgleichbohrungen 1f und beaufschlagt die Schieberkolbenfläche 2b, so das der Ventilschieber 2 in Richtung Feder geleitet. Die Hydraulikflüssigkeit strömt über die Ringkanäle 1d und 1b, die Anschlussleitung 5 und Bohrung 3c, 4, in den stangenseitigen Zylinderraum V2, beaufschlagt die Kolbenringfläche 4b und drückt den Kolben 4 mit Kolbenstange 4c in Richtung Zylinderboden 3b.
Die 4 und 6 zeigen die Einstellung für den Rückhub „Einfahren der Kolbenstange", wobei die Flussrichtung der Hydraulikflüssigkeit in 6 entgegengesetzt wie beim Ausfahren in der (Betriebsart „Krafthub") fließt. Bei Druckabfall am Anschluss 1e (z.B. Ende des Rückhubs) drückt die Feder 6 den Ventilschieber 2 wieder in die Ausgangsstellung gemäß 1 und 5.

Claims

Selbststeuer- Eilgangzylinder, umfassend ein Zylindergehäuse (3) mit einer Bohrung, bodenseitig, (3a) und einer Bohrung, stangenseitig (3c) als Fluideinlass bzw. Fluidauslass für die Zylinderräume, Bodenseite, (V1) und Stangenseite (V2), die durch einen im Zylindergehäuse (3) verschiebbaren Kolben (4) mit Kolbenstange (4c) getrennt sind, wobei das Fluid als Druckmedium die Kolbenfläche (4a) und/oder die Kolbenringfläche (4b) beaufschlagt, gesteuert durch ein Ventil, dessen Ventilgehäuse (1) mit dem Zylindergehäuse (3) mechanisch und hydraulisch verbunden ist, das einen gegen eine Feder (6) beweglichen Ventilschieber (2), je einen äußeren Anschluss, Bodenseite (1a) und Stangenseite (1e) enthält und eine Fluidverbindung zu der Bohrung, Bodenseite (3a) und Stangenseite (3c) besteht, wobei der Ventilschieber (2) über seine Schieberstangenfläche (2a) und Schieberkolbenfläche (2b) mittels Fluiddruck verschoben wird, und dadurch am Kolben (4) je nach Stellung des Ventilschiebers (2) beide Kolbenflächen (4a) und (4b) oder nur eine dieser Kolbenflächen mit Fluiddruck beaufschlagt wird, gekennzeichnet ist der Patentanspruch durch folgende Merkmale: – Das Zylindergehäuse (3) ist mit einem Ventilgehäuse (1) verbunden, welches fluidtechnisch über die Bohrungen, Bodenseite (3a), und Stangenseite (3c), mittels Kanal (1g) bzw. Anschlussleitung (5) zu dem Zylinderraum, Bodenseite (V1) bzw. Stangenseite (V2) verbunden sind, die durch einen Kolben (4) mit Kolbenstange (4c) verbunden und im Zylindergehäuse (3) mittels Fluiddruck axial verschiebbar sind; – Zwei externe Anschlüsse, Ausfahren (1a) bzw. Einfahren (1e) versorgen den Selbststeuer- Eilgangzylinder mit Fluid, wobei ein Ventilschieber (2) im Ventilgehäuse (1) zum Ausfahren des Kolben (4) mit Kolbenstange (4c) mittels Feder (6) in Ausstellung „Eilgangstellung" ist, wobei das beim Ausfahren aus dem Zylinderraum Stangenseite (V2) verdrängte Fluid über den Ringkanal (1b) und (1c) sowie Kanal (1g) zusätzlich in den Zylinderraum, Bodenseite (V1), strömt; – Sobald beim Ausfahren eine definierte Gegenkraft (F) auftritt steigt der Fluiddruck im Zylinderraum (V1), so dass dieser Fluiddruck auf die Schieberstangenfläche (2a) wirkt und den Ventilschieber (2) gegen die Feder (6) verschiebt, was bewirkt, dass das aus dem Zylinderraum, Stangenseite, strömende Fluid nun drucklos über den Ringkanal (1b) und (1d) sowie den Anschluss (1e) abfließt, so dass in den Zylinderraum (V1) ausschließlich das über den Anschluss, Bodenseite (1d) kommende Fluid strömt, wobei das unter Druck stehende Fluid mit der gesamten Kolbenfläche (4a) am Kolben (4) wirkt, so dass dieser mit seiner ganzen Kraft im Krafthub wirkt; – Bei sich verringernder Gegenkraft unter einem definierten Wert, und damit verbundenem Druckabfall im Zylinderraum (V1), drückt die Feder (6) den Ventilschieber (2) wieder in die Ausgangsstellung zurück, wodurch der Krafthub endet, und der Kraftumschalteilgangzylinder weiter, wie oben beschrieben, mit seinem gesamten, verfügbaren Fluid im Eilgang ausfährt.
Selbststeuer-Eilgangzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eilgangzylinder ein Druckzylinder mit direkt verbundenem, selbststeuerndem Eilgangventil (1 bis 1g) ist.
Selbststeuer- Eilgangzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine Hydraulikflüssigkeit ist.
Selbststeuer- Eilgangzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Fluidstroms direkt im/am Zylindergehäuse bei Druckänderung mittels Druckfläche (2a) am Ventilschieber (2) erfolgt.
Selbststeuer- Eilgangzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (2) mittels Feder (6) in seiner Ausgangsstellung definiert gehalten ist.
Selbststeuer- Eilgangzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser über eine Einstelleinrichtung (7) verfügt, mit der der Druck und damit die Gegenkraft (F) eingestellt werden kann bei der zwischen Eilgang und Krafthub umgesteuert werden soll.
Selbststeuer- Eilgangzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (4c) an dem Ende, das aus dem Zylindergehäuse (3) ausfährt, mit einer Spalt-, Schneid-, und/oder Verformungseinrichtung, insbesondere mit einer Spalt- und/oder Schneideinrichtung für Holz, versehen ist.