Die
Erfindung betrifft einen Proportionalzylinder, sowie ein Baukastensystem
für elektrohydraulisch ansteuerbare Proportionalzylinder
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The
The invention relates to a proportional cylinder, as well as a modular system
for electrohydraulically controlled proportional cylinder
according to the preamble of claim 1.
Der
Stand der Technik für elektrohydraulisch ansteuerbare Proportionalzylinder
ist in der Patentanmeldung DE
10 2007 061 078.7 sehr ausführlich dargestellt
und ist auch für die nachfolgend beschriebene Erfindung
zutreffend. Daraus geht hervor, dass aus der Kombination einer Zugfeder
als wegproportionales Kraft-Messglied, in der hohlen Kolbenstange angeordnet,
in Wirkverbindung mit einem 3/2-Regelventil und dessen direkter
Ansteuerung über einen Proportional-Zugmagneten als Sollwertgeber
in der Form einer Sollwertkraft, innerhalb einer geschlossenen Anordnung
als Differentialzylinder, mit der damit nun möglichen externen
Kraftaufnahme in der Zylinderachse an der, den Zylinderboden bildenden,
Ventil-Magnetbaugruppe und der Kolbenstange, ein für den
Einsatz in mobilen Arbeitsmaschinen geeigneter Proportionalzylinder
vorgeschlagen ist. Wie in dieser Druckschrift beschrieben, ist am
oder im Proportionalzylinder keine Mess- oder Regelelektronik notwendig,
was den Einsatz eines Proportionalzylinders, besonders in mobilen
Arbeitsmaschinen oder bei sehr rauen Umweltbedingungen, erst sinnvoll
ermöglicht. Die bisher bekannt gewordenen Ausführungen von
Proportionalzylindern nach der bis dato neuen Bauart erfordern aber
immer noch, bedingt durch die Anordnung des Regelventils und des
Regelmagneten in der Zylinderachse, in der Zylindergesamtlänge einen
größeren Einbauraum als normale Arbeitszylinder
die konventionell über externe Wegeventile angesteuert
werden. Weiter ist erkennbar, dass die vorgeschlagenen Konstruktionen
nur noch wenige Standardbauteile üblicher Zylinder enthalten,
sondern für jeden Anwendungsfall neu konstruiert und hergestellt werden
müssen. Die genannten Nachteile erschweren zum einen die
Integration der neuen Proportionalzylindertechnologie in bereits
bestehende Maschinenkonzepte und zum anderen wird die Teilevielfalt für
eigentlich gleiche Funktionen erhöht, was dadurch ebenfalls
die Gesamtkosten für eine Proportionalfunktion in der Gesamtmaschine
zusätzlich erhöht.The prior art for electrohydraulically controllable proportional cylinder is in the patent application DE 10 2007 061 078.7 shown in great detail and is also true for the invention described below. It follows that from the combination of a tension spring as wegproportional force-measuring element, arranged in the hollow piston rod, in operative connection with a 3/2 control valve and its direct control via a proportional tension magnet as a setpoint generator in the form of a setpoint force, within a closed arrangement as a differential cylinder, with the thus now possible external power in the cylinder axis at the, the cylinder bottom forming valve-magnet assembly and the piston rod, a suitable for use in mobile machines Proportional cylinder is proposed. As described in this document, no measuring or control electronics is necessary on or in the proportional cylinder, which allows the use of a proportional cylinder, especially in mobile machines or in very harsh environmental conditions, meaningful. However, the previously known versions of proportional cylinders according to the hitherto new design still require, due to the arrangement of the control valve and the control magnet in the cylinder axis in the Zylindergesamtlänge greater installation space than normal working cylinders which are conventionally controlled via external directional control valves. It can also be seen that the proposed constructions contain only a few standard components of conventional cylinders, but must be newly designed and manufactured for each application. The mentioned disadvantages complicate the integration of the new proportional cylinder technology into existing machine concepts on the one hand, and on the other hand, the variety of parts for actually the same functions is increased, which also increases the overall cost of a proportional function in the overall machine.
Aufgabe
der Erfindung ist, unter Vermeidung der genannten Nachteile, aber
mit Übernahme der funktionellen Vorteile der neuen Proportionalzylindertechnologie,
ohne Mess- und Regelelektronik am bzw. im Zylinder, einen Proportionalzylinder
mit nahezu gleicher Gesamteinbaulänge der Kraftanlenkpunkte
vergleichbarer Standard-Arbeitszylinder als Baukastensystem mit
beidseitiger Kraftaufnahme in der Längsachse des Proportionalzylinders,
für einfache Inbetriebnahme und sichere Funktion in jedem Betriebszustand
zu schaffen.task
The invention is, while avoiding the disadvantages mentioned, but
assuming the functional advantages of the new proportional cylinder technology,
without measuring and control electronics on or in the cylinder, a proportional cylinder
with almost the same total installation length of the Kraftanlenkpunkte
comparable standard working cylinder as a modular system with
bilateral force absorption in the longitudinal axis of the proportional cylinder,
For easy commissioning and safe operation in any operating condition
to accomplish.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass die Übertragungsmittel zur Übertragung des
Kraft-Istwertes den Zylinderaußendurchmesser des Arbeitszylinders
durchgreifen.These
The object is achieved according to the invention
that the transmission means for transmitting the
Actual force value is the cylinder outside diameter of the working cylinder
succeed.
In
weiterer Ausbildung der Erfindung ist das Proportional-3/2-Regelventil
achsparallel zur Zylinderachse, außerhalb der Projektionsfläche
des Zylinder-Innendurchmessers, am Arbeitszylinders druckdicht angeordnet
und mit dem Kraft-Istwert-Übertragungsmittel in Wirkverbindung.In
Another embodiment of the invention is the proportional 3/2 control valve
axially parallel to the cylinder axis, outside the projection surface
the inner diameter of the cylinder, arranged pressure-tight on the working cylinder
and in operative connection with the force-actual value transmission means.
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Kraft-Istwertübertragung
mittels der Übertragungsmittel einschließlich
der Kraftumlenkpunkte als Einschubbaugruppe ausgeführt.In
Another advantageous embodiment of the invention is the force-actual value transmission
including by means of transmission
the Kraftumlenkpunkte designed as a plug-in module.
In
Weiterbildung der Erfindung wird das Kraft-Istwert-Übertragungsmittel
durch einen Zweiarmhebel gebildet dessen Lagerpunkt innerhalb der Projektionsfläche
des Zylinder-Innendurchmessers angeordnet ist.In
Further development of the invention is the force-actual value transmission means
formed by a Zweiarmhebel whose bearing point within the projection surface
of the cylinder inner diameter is arranged.
In
Weiterbildung der Erfindung wird das Kraft-Istwert-Übertragungsmittel
durch einen Einarmhebel gebildet dessen Lagerpunkt außerhalb
der Projektionsfläche des Zylinder-Innendurchmessers angeordnet
ist.In
Further development of the invention is the force-actual value transmission means
formed by a Einarmhebel whose bearing point outside
arranged the projection of the cylinder inner diameter
is.
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dient ein Seil
als Kraft-Istwert-Übertragungsmittel.In
Another advantageous embodiment of the invention is a rope
as force-actual value transmission means.
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen
beschrieben.advantageous
Further developments of the invention are in further subclaims
described.
Mit
dieser Erfindung wird ein Proportionalzylinder geschaffen der ohne
Einschränkungen wie ein einfacher Hydraulikzylinder in
Arbeitsmaschinen eingebaut, angeschlossen und betrieben werden kann, ohne
elektrische Wegmessung und ohne Regelelektronik, in robuster und
gegen Umwelteinflüsse unempfindlicher, geschlossener Ausführung.
Der Gesamtabstand der externen Kraftaufnahmelager des Proportionalzylinders
ist nahezu gleich der Einbaulänge von Standard-Arbeitszylinder,
wodurch der Einsatzbereich der Proportionalzylinder gemäß der Erfindung,
ohne Einschränkung bei der Auslegung der Arbeitsmaschinen,
wesentlich ausgeweitet werden kann und zusätzliche Kosten
der Gesamtmaschine vermeidet. Eine Adaption der Mess- und Regelbaugruppen
an Zylinder unterschiedlicher Durchmesser, Hublängen und
Grundausführungen, wie Zuganker-, Schweiß- oder
Schraubkonzeption, ist lediglich durch Anpassung der Kraft-Istwert-Messfeder und
der Länge der Einschubbaugruppe für die Kraft-Istwert-Übertragungsmittel
möglich, bei unveränderter Übernahme
der übrigen Teile, besonders der Regelventilbaugruppe.
Sehr vorteilhaft ist auch die Möglichkeit der Verwendung
eines Standard-Proportionalmagneten. Insgesamt werden durch die Merkmale
der Erfindung die Gestehungskosten reduziert und die Anwendung der
neuen Technologie wesentlich vereinfacht. Durch den weiterhin geschützten
Einbau und der nach wie vor kompakten und geschlossenen Anordnung
der übrigen Bauteile sowie der vergleichsweise geringen
Anzahl von Teilen wird eine hohe Betriebssicherheit erreicht und
Korrosion sowie Verschmutzung der Funktionsteile, auch beim Einbau
in bzw. an mobile Arbeitsmaschinen, ist ausgeschlossen und stellt
somit auch eine äußerst kostengünstige
Lösung, bezogen auf die Gesamtkosten, für proportionale
Verstellungen von Maschinenfunktionen dar. Weitere Vorteile und
Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
und den Zeichnungen. Ebenso können die vorstehend genannten und
die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils
einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen
Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen
sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen,
sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die
Schilderung der Erfindung.With this invention, a proportional cylinder is created which can be installed, connected and operated without restrictions such as a simple hydraulic cylinder in working machines, without electrical displacement measurement and without control electronics, in robust and environmentally insensitive, closed design. The total distance of the external power receiving bearing of the proportional cylinder is almost equal to the installation length of standard working cylinder, whereby the range of application of the proportional cylinder according to the invention, without limitation in the design of the working machines, can be substantially expanded and avoids additional costs of the overall machine. An adaptation of the measuring and control modules to cylinders of different diameters, stroke lengths and basic designs, such as tie rod, welding or screw design, is only possible by adjusting the force-actual value spring and the length of the plug-in module for the force-actual value transmission medium, at unchanged takeover of the remaining parts, especially the control valve assembly. Also very advantageous is the possibility of using a standard pro portionalmagneten. Overall, the features of the invention reduces the cost price and greatly simplifies the application of the new technology. By the still protected installation and the still compact and closed arrangement of the other components and the relatively small number of parts high reliability is achieved and corrosion and contamination of the functional parts, even when installed in or on mobile machines, is excluded and provides Thus, an extremely cost-effective solution, based on the total cost, for proportional adjustments of machine functions. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the drawings. Likewise, the features mentioned above and those listed further in accordance with the invention can each be used individually for themselves or for several in any desired combinations. The embodiments shown and described are not to be understood as exhaustive enumeration, but rather have exemplary character for the description of the invention.
Es
zeigen:It
demonstrate:
1 Längsschnitt
durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 Longitudinal section through a first embodiment of the invention.
2 Vergrößerte
Detailansicht aus 1 2 Enlarged detail view 1
3 Außenansicht
des ersten Ausführungsbeispiels nach 1. 3 Exterior view of the first embodiment according to 1 ,
4 Teilschnitt
einer alternativen Kraftrückführung. 4 Partial section of an alternative force feedback.
5 Teilschnitt
einer weiteren alternativen Kraftrückführung. 5 Partial section of another alternative force feedback.
In
dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 sind die
drei wesentlichen Baugruppen des Proportionalzylinders zu erkennen:
Der eigentliche Arbeitszylinder 1, das Proportional-3/2-Regelventil 3 und
die Messkraftübertragungsbaugruppe 5. Die Abwandlungen
gegenüber dem Standard-Arbeitszylinder sind die Bohrung 11 in
der Kolbenstange 12 und die Querbohrung 13 im
Zylinderfußgehäuse 14. Ansonsten sind
der Kolben 15, das Zylinderkopfgehäuse 16 und
das Zylinderrohr 17 unverändert, einschließlich
der Führungs- und Dichtungsteile von einem normalen Arbeitszylinder
in einer Schweiß-/Schraubversion übernommen, wie
sie dem Fachmann bekannt sind und müssen deshalb nicht weiter
erklärt werden. Die externe Kraftaufnahme kann kolbenstangenseitig über
ein übliches, am Gewinde 18 eingeschraubtes, Anbauteil
mit Gelenklager und auf der Zylinderbodenseite z. B. durch einen Lagerbolzen
in der Bohrung 19 des Zylinderfußgehäuses 14 erfolgen.
Es sind jedoch auch alternative Ausführungsformen der Kraftaufnahme
am Zylinderfußgehäuse 14, wie Gewindebolzen
oder Gelenklager usw. möglich. Der Abstand dieser Kraftaufnahmeelemente
entspricht dabei nahezu demselben Abstand wie beim vergleichbaren
Standardzylinder. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist am
Zylinderfußgehäuse 14, am Außendurchmesser
des Arbeitszylinders 1, eine Flanschfläche 20 zum
Aufflanschen des Proportional-3/2-Regelventils 3 bearbeitet, ähnlich dem
Anbau von z. B. CETOP-Ventilen, wodurch sich das Proportional-3/2-Regelventil 3 außerhalb
der Projektionsfläche des Zylinder-Innendurchmessers 17.1 befindet.
Die Anschlüsse, Druckanschluss 21 und Tankanschluss 22,
befinden sich im Zylinderfußgehäuse 14 und
sind in der 1 symbolisch dargestellt und
werden in der 3 sichtbar und dort noch näher
beschrieben, ebenfalls der Druckanschluss 21.5 im Zylinderrohr 17.
Das Proportional-3/2-Regelventil 3 besteht aus dem druckdicht
angeflanschten Proportionalmagneten 31, dem Ventilgehäuse 32, dem
Regelschieber 33 und einer einstellbaren Federanordnung 34,
ebenfalls druckdicht in das Ventilgehäuse 32 eingeschraubt.
Die druckdichte Abdichtung zwischen dem Ventilgehäuse 32 und
der Flanschfläche 20 ist in üblicher
Weise, wie z. B. bei CETOP-Ventilen, gelöst und ist zur
Vereinfachung der Zeichnung nicht detailliert dargestellt.In the first embodiment according to 1 the three main components of the proportional cylinder can be recognized: the actual working cylinder 1 , the proportional 3/2 control valve 3 and the measuring force transmission assembly 5 , The modifications to the standard working cylinder are the bore 11 in the piston rod 12 and the transverse bore 13 in cylinder base housing 14 , Otherwise, the piston 15 , the cylinder head housing 16 and the cylinder tube 17 unchanged, including the guide and sealing parts of a normal working cylinder in a welded / screwed version, as are known in the art and therefore need not be further explained. The external power consumption can piston rod side over a usual, at the thread 18 screwed in, attachment with spherical plain bearings and on the cylinder bottom side z. B. by a bearing pin in the hole 19 of the cylinder base housing 14 respectively. However, there are also alternative embodiments of the power on the Zylinderfußgehäuse 14 , such as threaded bolts or spherical plain bearings, etc. possible. The distance between these force receiving elements corresponds to almost the same distance as in the comparable standard cylinder. In this embodiment, the Zylinderfußgehäuse 14 , on the outer diameter of the working cylinder 1 , a flange surface 20 for flanging the proportional 3/2 control valve 3 edited, similar to the cultivation of z. B. CETOP valves, resulting in the proportional 3/2 control valve 3 outside the projection of the cylinder inside diameter 17.1 located. The connections, pressure connection 21 and tank connection 22 , located in the cylinder base housing 14 and are in the 1 symbolically represented in the 3 visible and described there in more detail, also the pressure connection 21.5 in the cylinder tube 17 , The proportional 3/2 control valve 3 consists of the pressure-tight flanged proportional solenoid 31 , the valve body 32 , the control slide 33 and an adjustable spring arrangement 34 , also pressure-tight in the valve body 32 screwed. The pressure-tight seal between the valve body 32 and the flange surface 20 is in the usual way, such as. B. in CETOP valves, and is not shown in detail to simplify the drawing.
Zur
weiteren Beschreibung wird auch die 2 als vergrößerte
Detailansicht aus 1 mit herangezogen, um Details
besser sichtbar zu machen. Die nachfolgend genannten Bezugszeichen
können somit in 1 oder 2 oder in
beiden aufgeführt sein. Eine erste Verbindungsleitung 35 führt
zum Druckanschluss 21, eine zweite Verbindungsleitung 36 zur
Arbeitsdruckleitung 23 im Zylinderfußgehäuse 14 und
eine dritte Verbindungsleitung 37 führt zum Tankanschluss 22.
Eine Druckausgleichsleitung 38 verbindet den Ankerraum
des Proportionalmagneten 31 mit der Bohrung 13.1 im
Ventilgehäuse 32. Im Ventilgehäuse 32 enden
die Verbindungsleitung 35 im Ringkanal 35.1, die
Verbindungsleitung 36 im Ringkanal 36.1 und die
Verbindungsleitung 37 im Ringkanal 37.1. Der Regelschieber 33 ist
mit seinen Einstichen so gestaltet, dass die Ringkanäle 35.1 und 37.1 zur
Schieberbohrung 39 hin immer geöffnet sind. Der
Mittelsteg 40 des Regelschiebers 33 korrespondiert
mit seinen Steuerkanten 40.1 und 40.2 mit den
vom Einstich 36.1 gebildeten, gegenüberliegenden
Steuerkanten 36.11 und 36.12. Die Überdeckung zwischen
dem Mittelsteg 40 und dem Ringkanal 36.1 kann
als sogenannte 0-Oberdeckung, negative- oder positive-Überdeckung
ausgeführt sein. An den Stirnseiten des Regelschiebers 33 wirken
einerseits, in Axialrichtung, der Proportionalmagnet 31 mit
seinem Ankerstößel 31.1 und andererseits,
entgegengerichtet ein Hebelende 55 des Kraftübertragungshebels 51.
Auf der dem Hebelende 55 gegenüberliegenden Seite
des Kraftübertragungshebels 51 wirkt, ebenfalls
in Axialrichtung, auf das Hebelende 55 weiterhin eine Ausgleichsfeder 34.1 die über
die Federanordnung 34 einstellbar ist. Als Alternative
kann diese einstellbare Ausgleichsfeder 34.1 aber auch
innerhalb des Proportionalmagneten 31 integriert sein und wirkt
dann auf das dem Regelschieber 33 entgegengesetzte Ende
des Ankerstößels 31.1. Der Kraftübertragungshebel 51 ist
in einem Drehpunkt 52 gelagert. Diese Lagerung kann aus
einem reibungsarmen Gleitlager oder einem Wälzlager bestehen.
Die Achse des Drehpunktes 52 ist in der Einschubhülse 53 gelagert.
Die Einschubhülse 53 ist in die Querbohrung 13 des
Zylinderfußgehäuses 14 eingeschoben, bis
zu ihrem Anschlagbund 54. Das zweite Hebelende 56 des
Kraftübertragungshebels 51 endet mit seinem wirksamen
Kraftangriffspunkt in der Mittelachse 24 des Arbeitszylinders 1.
Das Hebelende 56 greift in ein erstes Aufhängestück 57 ein
durch das die Kraft der Kraft-Messfeder 58 als Kraft-Istwert
auf die Messkraftübertragungsbaugruppe 5 übertragen
wird, wobei die Kraft-Messfeder 58 als Zugfeder ausgeführt ist.
Die Kraft-Messfeder 58 ist über ein zweites Aufhängestück 59 am
Ende der Bohrung 11 innerhalb der Kolbenstange 12 befestigt
und wird dadurch über den Hub der Kolbenstange 12 mehr
oder weniger gespannt, wodurch die Kolbenstangenposition über
die variable Federkraft als Kraft-Istwert in das bei dieser Anordnung
vorliegende mechanisch-hydraulische Regelsystem eingeht. Bei dem
ersten Ausführungsbeispiel nach 1 ist das
Verhältnis der wirksamen Hebellängen vom jeweiligen
Hebelende 55 bzw. 56 zum gemeinsamen Drehpunkt 52 vorzugsweise gleich,
d. h. = 1. Es ist jedoch, je nach Erfordernis auch möglich
davon abzuweichen, um z. B. die Magnetkraft oder den Schieberhub
des Regelschiebers 33 den besonderen Bedingungen eines
speziellen Einsatzfalles anzupassen. Dies ist lediglich durch einen
entsprechend geänderten Kraftübertragungshebel 51 mit
dem entsprechender Einschubhülse 53 mit geringem
Aufwand möglich.For further description will also the 2 as enlarged detail view 1 used to make details more visible. The following reference numerals can thus be found in 1 or 2 or listed in both. A first connection line 35 leads to the pressure connection 21 , a second connection line 36 to the working pressure line 23 in the cylinder base housing 14 and a third connection line 37 leads to the tank connection 22 , A pressure compensation line 38 connects the armature space of the proportional magnet 31 with the hole 13.1 in the valve housing 32 , In the valve housing 32 end the connection line 35 in the ring channel 35.1 , the connection line 36 in the ring channel 36.1 and the connection line 37 in the ring channel 37.1 , The control slide 33 is designed with its punctures so that the ring channels 35.1 and 37.1 to slide bore 39 are always open. The central pier 40 of the control slide 33 corresponds with its control edges 40.1 and 40.2 with the puncture 36.1 formed, opposite control edges 36.11 and 36.12 , The overlap between the middle bridge 40 and the annular channel 36.1 can be implemented as so-called 0-Oberdeckung, negative or positive coverage. At the front sides of the control slide 33 act on the one hand, in the axial direction, the proportional magnet 31 with his anchor tappet 31.1 and on the other hand, opposite a lever end 55 of the power transmission lever 51 , On the end of the lever 55 opposite side of the power transmission lever 51 acts, also in the axial direction, on the lever end 55 Farther a compensating spring 34.1 the over the spring arrangement 34 is adjustable. As an alternative, this adjustable compensating spring 34.1 but also within the proportional magnet 31 be integrated and then acts on the control slide 33 opposite end of the anchor tappet 31.1 , The power transmission lever 51 is in a pivot 52 stored. This storage can consist of a low-friction plain bearing or a rolling bearing. The axis of the fulcrum 52 is in the insertion sleeve 53 stored. The insertion sleeve 53 is in the cross hole 13 of the cylinder base housing 14 pushed up to their stop collar 54 , The second end of the lever 56 of the power transmission lever 51 ends with its effective force application point in the central axis 24 of the working cylinder 1 , The lever end 56 reaches into a first hanging piece 57 a through the force of the force-measuring spring 58 as force actual value on the measuring force transmission module 5 is transmitted, wherein the force-measuring spring 58 is designed as a tension spring. The force measuring spring 58 is about a second hanging piece 59 at the end of the hole 11 inside the piston rod 12 attached and thereby becomes over the stroke of the piston rod 12 more or less tense, whereby the piston rod position is received via the variable spring force as the actual force value in the present in this arrangement mechanical-hydraulic control system. According to the first embodiment 1 is the ratio of the effective lever lengths of each end of the lever 55 respectively. 56 to the common fulcrum 52 Preferably equal, ie = 1. However, it is possible, depending on the requirement also deviate from it, for. B. the magnetic force or the spool stroke of the control slide 33 to adapt to the special conditions of a specific application. This is only by a correspondingly changed power transmission lever 51 with the corresponding insertion sleeve 53 possible with little effort.
Zur
Vervollständigung der Beschreibung sind aus der Außenansicht
des ersten Ausführungsbeispiels nach 1 in
der 3 die Anschlüsse und die äußere
Leitungsführung sichtbar dargestellt. Im Zylinderfußgehäuse 14 sind
der Druckanschluss 21 und der Tankanschluss 22 als übliche
Gewindebohrungen ausgeführt. In den Druckanschluss 21 ist
die T-Verschraubung 21.1 eingeschraubt und die Fluiddruckversorgung
für den Proportionalzylinder erfolgt über den Anschluss 21.2.
Der weitere Anschluss 21.3 der T-Verschraubung 21.1 ist über
das Druckrohr 21.4, das andererseits in das Zylinderrohr 17 eingeschweißt
ist und an diesem Ende somit den Druckanschluss 21.5 im
Kolbenstangenraum 26 bildet, wodurch eine ständige
Druckverbindung mit dem Druckanschluss 21 besteht.To complete the description can be seen from the outside view of the first embodiment 1 in the 3 the connections and the outer wiring are visibly displayed. In cylinder base housing 14 are the pressure connection 21 and the tank connection 22 designed as usual threaded holes. In the pressure connection 21 is the T-fitting 21.1 screwed in and the fluid pressure supply for the proportional cylinder via the port 21.2 , The further connection 21.3 the T-fitting 21.1 is over the pressure tube 21.4 on the other hand, in the cylinder tube 17 is welded and thus at this end the pressure connection 21.5 in the piston rod space 26 forms, creating a permanent pressure connection with the pressure port 21 consists.
Die
Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Proportionalzylinders
nach dem ersten Ausführungsbeispiel wird nachfolgend, mit
Bezug auf die 1 bis 3, beschrieben:
Die Magnetkraft in Abhängigkeit vom Magnetstrom ist so
mit der Kennlinie der Zug-Messfeder 58 ausgelegt, dass
ein proportionaler Zusammenhang zwischen Magnetstrom und der Position
der Kolbenstange 12 besteht. Gezeichnet ist die eingefahrene
Stellung der Kolbenstange 12 bei stromlosem Magnet 31.
Wird der Magnet 31 mit einem Stromwert zwischen Mindest-
und Maximalstrom bestromt, so wird der Magnetanker und damit der
Ankerstößel 31.1 zuerst nach rechts bis
zum internen Magnetanschlag, gegen die, in diesem Moment noch Mindestkraft
der Zug-Messfeder 58, gedrückt. Diese Bewegung
des Magnetankers überträgt sich auf den Regelschieber 33 wodurch
der Mittelsteg 40 im ersten Moment den Ringkanal 36.1 nach
rechts soweit überfährt, dass die Steuerkanten 40.1 zu 36.11 voll
geöffnet sind und somit das Hydraulikfluid vom Druckanschluss 21 von
der Verbindungsleitung 35 über die Verbindungsleitung 36 zur Arbeitsdruckleitung 23 und
von dort in den Kolbenbodenraum 25 des Arbeitszylinders 1 einströmen
kann. Aufgrund der Flächendifferenz zum Kolbenstangenraum 26 bewegt
sich die Kolbenstange 12 nach rechts und spannt dadurch
die Zug-Messfeder 58 weiter vor, so dass die Federkraft
ansteigt, solange bis die Federkraft ausreichend ist, gegen die
Magnetkraft, den Regelschieber 33 soweit nach links zu
verschieben bis der Mittelsteg 40 den Ringkanal 36.1 überdeckt
und die Steuerkante 40.1 zur Steuerkante 36.11 geschlossen
ist, wodurch der Zufluss des Hydraulikfluids vom Druckanschluss 21 zum
Kolbenbodenraum 25 beendet wird. Der Magnetanker befindet sich
dabei ebenfalls in einer Regelposition und zwar in einer Mittelposition
zwischen seinen Anschlägen innerhalb des Proportionalmagneten 31.
Solange der Sollwertstrom nicht verändert wird bleibt die
Kolbenstange 12 in der gewählten Position stehen,
wirken Störkräfte von außen auf die Kolbenstange 12 bleibt die
Kolbenposition dennoch erhalten da das mech.-hydr. Regelsystem nach
dem Kraftvergleichsprinzip zwischen Magnet- und Federkraft immer
zum Kraftgleichgewicht strebt. Wird in dieser Regelposition der
Sollwertstrom in Richtung Mindeststrom auf einen neuen Sollwert
eingestellt, so verlaufen die internen Ventil- und Kolbenstangenbewegungen
in entgegengesetzter Richtung zum zuvor beschriebenen Funktionsablauf,
mit zwischenzeitlicher Verbindung des Kolbenbodenraums 25 mit
dem Tankanschluss 22, bis zum erneuten Kräftegleichgewicht
zwischen aktueller Magnetkraft und Messfederkraft und somit Ausregelung
der neuen, über den Sollwertstrom vorgegebenen Kolbenstangenposition.
Zum Ausgleich der Maß- und Federkrafttoleranzen kann über
die einstellbare Federanordnung 34 die Ausgleichsfeder 34.1 in
ihrer Kraftwirkung auf das Hebelende 55 und somit auf den
Regelschieber 33 verstellt werden bis z. B. der Mindest-Sollwertstrom
für den Bewegungsbeginn der Kolbenstange 12 für
die Sollwertvorgabe innerhalb einer Anwendung für Serienmaschinen
für alle Maschinen immer gleich ist. Es ist natürlich
auch möglich die einstellbare Federanordnung 34 in
den Proportionalmagneten 31 zu integrieren, mit Kraftwirkung
der Feder 34.1 auf die Rückseite des Magnetankers.The operation of the proportional cylinder according to the invention according to the first embodiment will be described below, with reference to the 1 to 3 , described: The magnetic force as a function of the magnetic current is the same as the characteristic of the tension measuring spring 58 designed that a proportional relationship between magnetic flux and the position of the piston rod 12 consists. Drawn is the retracted position of the piston rod 12 with de-energized magnet 31 , Will the magnet 31 energized with a current value between minimum and maximum current, so is the armature and thus the anchor tappet 31.1 first to the right to the internal magnetic stop, against which, at this moment still minimum force of the tension-measuring spring 58 , pressed. This movement of the magnet armature is transferred to the control slide 33 whereby the middle bridge 40 at first the ring channel 36.1 so far over the drive that the control edges 40.1 to 36.11 are fully open and thus the hydraulic fluid from the pressure port 21 from the connection line 35 over the connecting line 36 to the working pressure line 23 and from there into the piston floor space 25 of the working cylinder 1 can flow in. Due to the area difference to the piston rod space 26 the piston rod moves 12 to the right and thereby tension the tension measuring spring 58 further, so that the spring force increases until the spring force is sufficient, against the magnetic force, the control slide 33 so far to the left to move to the middle bridge 40 the ring channel 36.1 covered and the control edge 40.1 to the control edge 36.11 is closed, whereby the inflow of the hydraulic fluid from the pressure port 21 to the piston floor space 25 is ended. The armature is also located in a control position and that in a central position between its attacks within the proportional solenoid 31 , As long as the setpoint current is not changed, the piston rod remains 12 are in the selected position, disturbing forces act from the outside on the piston rod 12 the piston position still remains because the mech.-hydr. Control system according to the principle of force comparison between magnetic and spring force always strives for power balance. If, in this control position, the setpoint current in the direction of the minimum current is set to a new desired value, then the internal valve and piston rod movements run in the opposite direction to the previously described functional sequence, with intermittent connection of the piston head space 25 with the tank connection 22 , until the new equilibrium of forces between the current magnetic force and the measuring spring force and thus compensation of the new piston rod position given by the setpoint current. To compensate for dimensional and spring tolerances can on the adjustable spring assembly 34 the compensating spring 34.1 in their power on the lever end 55 and thus on the control slide 33 be adjusted to z. B. the minimum setpoint current for the start of movement of the piston rod 12 for setpoint specification within one application for series machines is always the same for all machines. It's natural, too possible the adjustable spring arrangement 34 in the proportional magnets 31 to integrate, with the force of the spring 34.1 on the back of the magnet armature.
In
der 4 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel
der Erfindung in vereinfachter, symbolischer Darstellung gezeigt.
Auch hier gliedert sich der Proportionalzylinder in die drei wesentlichen
Baugruppen, den eigentlichen Arbeitszylinder 1', das Proportional-3/2-Regelventil 3' und
eine Messkraftübertragungsbaugruppe 5'. Der Hauptunterschied
zum Ausführungsbeispiel nach 1 liegt
in der Anordnung und Wirkungsweise des Kraftübertragungshebels 51',
dieser kann als ein Einarmhebel bezeichnet werden, wobei sich der
Drehpunkt 52' außerhalb der Projektionsfläche
des Zylinder-Innendurchmessers 17.1 liegt. Die Verbindung
zwischen dem freien Hebelende 56' und der Kraft-Messfeder 58 kann
wie in 1 beschrieben ausgeführt sein und ist
somit ebenfalls der Krafteinleitungspunkt für den Istwert
der Kraft-Messfeder 58. Dem entgegen wirkt die Sollwertkraft
am Kraftangriffspunkt 60 über den Stößel 61 des
Proportional-3/2-Regelventiles 3'. Die Sollwertkraft wird
in diesem Ausführungsbeispiel über den Proportionalmagneten 31' eingegeben.
Ein Toleranzausgleich der resultierenden Federkräfte ist durch
die einstellbare Federanordnung 34' möglich. Die
Wirkungsweise der Positionsregelung der Kolbenstange 12 des
Ausführungsbeispiels nach 4 ist prinzipiell
gleich der vorstehend beschriebenen Version nach 1 bis 3.In the 4 an alternative embodiment of the invention is shown in simplified, symbolic representation. Again, the proportional cylinder is divided into the three main components, the actual working cylinder 1' , the proportional 3/2 control valve 3 ' and a measuring force transmission assembly 5 ' , The main difference to the embodiment according to 1 lies in the arrangement and operation of the power transmission lever 51 ' , this can be referred to as a Einarmhebel, wherein the fulcrum 52 ' outside the projection of the cylinder inside diameter 17.1 lies. The connection between the free end of the lever 56 ' and the force-measuring spring 58 can be like in 1 be executed described and is therefore also the force application point for the actual value of the force-measuring spring 58 , Counteracts the setpoint force at the force application point 60 over the pestle 61 of the proportional 3/2 control valve 3 ' , The setpoint force is in this embodiment, the proportional magnet 31 ' entered. A tolerance compensation of the resulting spring forces is due to the adjustable spring arrangement 34 ' possible. The mode of action of the position control of the piston rod 12 of the embodiment according to 4 is in principle equal to the version described above 1 to 3 ,
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel zeigt in vereinfachter, symbolischer
Darstellung, die 5. Auch hier besteht der Proportionalzylinder
aus den Baugruppen Arbeitszylinder 1''. Proportional-3/2-Regelventil 3'' und
der Messkraftübertragungsbaugruppe 5''. Die Messkraftübertragung
erfolgt hierbei jedoch über ein Seil 65. Die Kraft
der Kraft-Messfeder 58 wird am Verbindungs-Punkt 56'' vom
Seil 65 übernommen und über eine erste
Umlenkrolle 66 zu einer zweiten Umlenkrolle 67 und
von dort zum Proportional-3/2-Regelventil 3'' weitergeleitet.
Die Umlenkrollen 66 und 67 sind in der Messkraftübertragungsbaugruppe 5'' mittels
reibungsarmer Lager gelagert. Das Seil 65 ist mit dem Proprotional-3/2-Regelventil 3'' durch
eine geeignete Befestigung 68 kraft- oder/und formschlüssig
verbunden. Die Sollwertkraft wird wiederum über den Proportionalmagneten 69,
der bei diesem Beispiel als Zugmagnet ausgeführt ist, eingegeben.Another embodiment shows in a simplified, symbolic representation, the 5 , Again, the proportional cylinder from the assemblies working cylinder 1'' , Proportional-3/2-regulating valve 3 '' and the measuring force transmission assembly 5 '' , However, the measuring force transmission takes place via a cable 65 , The force of the force-measuring spring 58 becomes at the connection point 56 '' from the rope 65 taken over and over a first pulley 66 to a second pulley 67 and from there to the proportional 3/2 control valve 3 '' forwarded. The pulleys 66 and 67 are in the power transmission assembly 5 '' stored by means of low-friction bearings. The rope 65 is with the Proprotional 3/2 control valve 3 '' by a suitable attachment 68 non-positively and / or positively connected. The setpoint force is in turn via the proportional solenoid 69 , which is designed in this example as a pull magnet entered.
Die
Wirkungsweise der Positionsregelung der Kolbenstange 12 der
Ausführungsbeispiele nach 4 und 5 sind
prinzipiell gleich der zuerst beschriebenen Version nach 1 bis 3 und
brauchen deshalb nicht mehr beschrieben werden. Ein zusätzlicher
Vorteil der Anordnungen gemäß 4 und 5 liegt
darin, dass der Proportionalmagnet (31', 69) des
3/2-Regelventils (3', 3'') sich innerhalb der
Zylinderlänge des Proportionalzylinders befindet und das
Ende des Zylinderfußgehäuses (14) nicht überragt,
was je nach Einbaufall gefordert sein könnte. Sämtliche
gezeigten Ausführungsbeispiele zeigen die Vorteile des
erfindungsgemäßen Baukastensystems mit der neuen
Anordnung der drei wesentlichen Baugruppen, was die verschiedensten
Anwendungen in Arbeitsmaschinen mit unterschiedlichsten Zylinderabmessungen
kostengünstig ermöglicht. Ebenso wird durch die
erfindungsgemäße neue Anordnung eine wesentlich
reduzierte Einbaulänge erreicht bis zu vergleichbaren Einbaulängen
von Standardarbeitszylindern. Die großen Vorteile der neuen
Proportionalzylindertechnologie, keine Regelelektronik am Arbeitszylinder,
Unempfindlichkeit gegen Umwelteinflüsse, wie Schmutz, Vibration
und Unempfindlichkeit gegen externe elektromagnetische Strahlungen,
sind voll erhalten.The mode of action of the position control of the piston rod 12 the embodiments according to 4 and 5 are basically the same as the version described first 1 to 3 and therefore do not need to be described anymore. An additional advantage of the arrangements according to 4 and 5 lies in the fact that the proportional magnet ( 31 ' . 69 ) of the 3/2 control valve ( 3 ' . 3 '' ) is within the cylinder length of the proportional cylinder and the end of the Zylinderfußgehäuses ( 14 ) is not exceeded, which could be required depending on the installation case. All shown embodiments show the advantages of the modular system according to the invention with the new arrangement of the three main components, which allows a variety of applications in machines with different cylinder dimensions cost. Likewise, a significantly reduced installation length is achieved by the new arrangement according to the invention to comparable installation lengths of standard working cylinders. The great advantages of the new proportional cylinder technology, no control electronics on the working cylinder, insensitivity to environmental influences, such as dirt, vibration and insensitivity to external electromagnetic radiation, are fully preserved.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102007061078 [0002] - DE 102007061078 [0002]