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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Fluiddruckzylinder mit einem Verstärkungsmechanismus, welcher den Schub in der zweiten Hälfte eines Vorwärtshubes einer Kolbenstange mit Hilfe des Verstärkungsmechanismus erhöht.
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Stand der Technik
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In Arbeitsmaschinen, wie einer Spannvorrichtung, einer Kompressionsvorrichtung oder einer Punktschweißvorrichtung ist typischerweise in der ersten Hälfte eines Arbeitsprozesses keine besonders große Antriebskraft erforderlich, während in der zweiten Hälfte des Arbeitsprozesses eine große Antriebskraft notwendig ist. Wie in den japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschriften Nr.
6-42507 , Nr.
6-300008 und Nr.
11-166506 beschrieben ist, erhöhen daher Fluiddruckzylinder, die in solchen Arbeitsmaschinen eingesetzt werden, den Schub in der zweiten Hälfte eines Arbeitshubes (Vorwärtshub) einer Kolbenstange, indem zusätzlich Verstärkungsmechanismen unterschiedlicher Gestaltung vorgesehen werden.
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Der Fluiddruckzylinder mit einem Verstärkungsmechanismus, der in der japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift
JP H06-42507 A , der japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift
JP H06-300008 A oder der japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift Nr.
H11-166506 A beschrieben ist, umfasst einen Verstärkungskolben zusätzlich zu einem Hauptkolben zum Antreiben der Kolbenstange. Wenn die Kolbenstange eine Verstärkerstartposition vor einem Vorwärtshubende erreicht, wird dem Verstärkungskolben ein Druckfluid zugeführt, um den Verstärkungskolben vorwärts zu bewegen, so dass der Schub des Verstärkungskolbens auf die Kolbenstange wirkt. Somit wird die Kolbenstange durch einen großen kombinierten Schub, der der Summe des Schubs des Hauptkolbens und des Schubs des Verstärkungskolbens entspricht, vorwärts bewegt. Daher ist in dem Fluiddruckzylinder mit einem Verstärkungsmechanismus zusätzlich zu einem Anschluss, der bewirkt, dass das Druckfluid auf den Hauptkolben wirkt, ein Anschluss notwendig, der bewirkt, dass das Druckfluid auf den Verstärkungskolben wirkt. Dementsprechend wird die Zahl der Leitungen größer als bei einem normalen Fluiddruckzylinder.
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Andererseits ist es bei einer Arbeitsmaschine mit einem solchen Fluiddruckzylinder mit Verstärkungsmechanismus erforderlich, dass die Zahl der Leitungen soweit wie möglich reduziert wird, um die Sicherheit zu erhöhen, indem der Schaden an Leitungen um den Fluiddruckzylinder durch Kontakt mit Umgebungsequipment verhindert wird, und um den Vorgang des Leitungsanschlusses und der Wartung und des Managements der Leitungen zu vereinfachen.
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Aus der
DE 699 15 069 T2 ist ein Betätigungsglied eines Werkzeugs mit Eilgang und Arbeitsgang bekannt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fluiddruckzylinder mit einem Verstärkungsmechanismus vorzuschlagen, bei welchem die Zahl der Anschlüsse gegenüber einem herkömmlichen Fluiddruckzylinder mit Verstärkungsmechanismus verringert wird. Hierzu soll ein Kanal für die Zufuhr eines Druckfluides zu einem Verstärkungskolben effizient angeordnet und dadurch die Zahl der Leitungen reduziert werden, um die Sicherheit zu erhöhen und Leitungsarbeiten zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgabe ist ein Fluiddruckzylinder mit einem Verstärkungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere wie folgt aufgebaut. Eine Hauptzylinderkammer und eine Verstärkungszylinderkammer, die durch eine Trennwand getrennt werden, sind in einem Zylinderkörper vorgesehen. In der Hauptzylinderkammer ist ein Hauptkolben so angeordnet, dass er in einer Richtung entlang einer Achse gleiten kann. Die Hauptzylinderkammer wird durch den Hauptkolben in eine erste Hauptdruckkammer und eine zweite Hauptdruckkammer unterteilt. Ein Verstärkungskolben ist in der Verstärkungszylinderkammer so angeordnet, dass er in der Richtung entlang der Achse gleiten kann. Die Verstärkungszylinderkammer wird durch den Verstärkungskolben in eine erste Nebendruckkammer und eine zweite Nebendruckkammer unterteilt. Ein erster Anschluss, der mit der ersten Hauptdruckkammer in Verbindung steht, und ein zweiter Anschluss, der mit der zweiten Hauptdruckkammer und der zweiten Nebendruckkammer in Verbindung steht, sind in dem Zylinderkörper vorgesehen. Mit dem Hauptkolben ist eine Kolbenstange gekoppelt, die sich durch die Trennwand, den Verstärkungskolben und eine Endwand der Verstärkungszylinderkammer nach außen erstreckt. Ein Verbindungsdurchgang, dessen eines Ende mit der ersten Hauptdruckkammer in Verbindung steht und dessen anderes Ende ein Kontrollventil aufweist, ist in dem Hauptkolben und der Kolbenstange vorgesehen. Das Kontrollventil ermöglicht eine Verbindung zwischen der ersten Hauptdruckkammer und der ersten Nebendruckkammer, indem der Verbindungsdurchgang durch Pressen mittels des Verstärkungskolbens geöffnet wird, wenn die Kolbenstange vor dem vorderen Hubende eine Verstärkungsstartposition erreicht. Eine Kammer, die ein Kopplungselement enthält, ist so in dem Verstärkungskolben ausgebildet, dass sie die Kolbenstange umgibt. In der Kammer für das Kopplungselement ist ein Kopplungselement so angeordnet, dass es die Kolbenstange umgibt. Eine Eingriffsfläche und eine Eingriffsnut sind in der Kammer für das Kopplungselement bzw. einer äußeren Umfangsfläche der Kolbenstange ausgebildet. Wenn sich der Verstärkungskolben durch die Wirkung eines der ersten Nebendruckkammer durch den Verbindungsdurchgang zugeführten Druckfluid in Vorwärtsrichtung verschiebt, treten die Eingriffsfläche und die Eingriffsnut mit dem Kopplungselement in Eingriff, wodurch der Verstärkungskolben und die Kolbenstange miteinander gekoppelt werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise an dem Verstärkungskolben ein Presselement vorgesehen, das sowohl als ein Ventilöffnungsmittel dient, welches das Kontrollventil durch Pressen des Kontrollventils öffnet, wenn die Kolbenstange einen Vorwärtshub durchführt, als auch als ein Freigabemittel, welches die Kopplung zwischen dem Verstärkungskolben und der Kolbenstange freigibt, indem es das Kopplungselement presst, wenn der Verstärkungskolben einen Rückwärtshub vollzieht.
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Vorzugsweise lässt sich das Presselement relativ zu dem Verstärkungskolben in der Richtung entlang der Achse verschieben, hält das Kontrollventil in einem offenen Zustand, indem es von dem Verstärkungskolben vorsteht, wenn es durch das Kopplungselement gepresst wird, wenn sich der Verstärkungskolben vorwärts bewegt und die Kolbenstange und der Verstärkungskolben miteinander durch das Kopplungselement gekoppelt sind, und gibt die Kopplung zwischen dem Verstärkungskolben und der Kolbenstange frei, wenn der Verstärkungskolben sich rückwärts zu einem Rückwärtshubende verschiebt, indem es in das Innere des Verstärkungskolbens eintritt und das Kopplungselement mit Druck beaufschlagt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Kolbenstange in dieser Reihenfolge von ihrem hinteren Ende, das mit dem Hauptkolben verbunden ist, zu ihrem vorderen Ende einen ersten Kragenabschnitt mit einem größten Durchmesser, einen zweiten Kragenabschnitt mit einem kleineren Durchmesser als der erste Kragenabschnitt und einen Stangenkörper mit einem kleineren Durchmesser als der zweite Kragenabschnitt. Ein Teil des Verbindungdurchgangs und des Kontrollventils sind in dem ersten Kragenabschnitt ausgebildet, und die Eingriffsnut ist in dem zweiten Kragenabschnitt ausgebildet.
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In diesem Fall ist vorzugsweise eine Ventilkammer des Kontrollventils in einem vorderen Endabschnitt des ersten Kragenabschnitts so ausgebildet, dass sie mit dem Verbindungsdurchgang kommuniziert. Ein ringförmiger Ventilsitz, welcher den Verbindungsdurchgang umgibt, ein Tellerventilkörper, der auf dem ringförmigen Ventilsitz aufsitzt oder von diesem abhebt, und eine Ventilfeder, welche den Tellerventilkörper gegen den ringförmigen Ventilsitz presst, sind in der Ventilkammer angeordnet. Der Tellerventilkörper umfasst eine Druckstange, welche aus der Ventilkammer nach außen vorsteht. Wenn die Druckstange durch den Verstärkungskolben gedrückt wird, hebt der Tellerventilkörper von dem ringförmigen Ventilsitz ab und der Verbindungsdurchgang öffnet, so dass er mit der ersten Nebendruckkammer kommuniziert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine ringförmige Stangendichtung an einem inneren Umfang einer zentralen Öffnung der Trennwand ausgebildet sein. Der erste Kragenabschnitt der Kolbenstange kann einen Außendurchmesser haben, der es dem ersten Kragenabschnitt ermöglicht, gasdicht in die Stangendichtung einzutreten und durch diese zu gleiten, und der erste Kragenabschnitt kann in die Stangendichtung eintreten, wenn die Kolbenstange die Verstärkungsstartposition erreicht. Dadurch kann die erste Nebendruckkammer von der zweiten Hauptdruckkammer abgetrennt werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Kopplungselement mehrere Stahlkugeln aufweisen oder einen elastischen Ring, dessen Durchmesser variabel ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist in dem Hauptkolben und der Kolbenstange ein Verbindungsdurchgang vorgesehen und das Kontrollventil ist in einem Endabschnitt des Verbindungsdurchgangs vorgesehen. Wenn die Kolbenstange die Verstärkungsstartposition vor dem vorderen Hubende erreicht, öffnet das Kontrollventil, so dass die erste Hauptdruckkammer und die erste Nebendruckkammer miteinander durch den Verbindungsdurchgang in Verbindung stehen. Dadurch ist ein bestimmter Anschluss für die Zufuhr des Druckfluides zu der ersten Nebendruckkammer nicht notwendig, so dass die Zahl der Anschlüsse kleiner ist als bei einem herkömmlichen Fluiddruckzylinder mit Verstärkungsmechanismus. Die Sicherheit lässt sich verbessern und die Verrohrungsarbeit vereinfachen, indem die Zahl der Leitungen verringert wird.
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Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist ein Schnitt durch einen Fluiddruckzylinder mit einem Verstärkungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein Zustand dargestellt ist, in welchem ein Kolben und eine Kolbenstange eine Ursprungsposition an einem hinteren Hubende einnehmen.
- 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptabschnitts von 1.
- 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines anderen Hauptabschnitts von 1.
- 4 zeigt einen Zustand, in welchem der Kolben und die Kolbenstange sich von der in 1 gezeigten Ursprungsposition zu einer mittleren Position eines Vorwärtshubes bewegt haben.
- 5 zeigt einen Zustand, in dem der Kolben und die Kolbenstange sich vorwärts zu einer Verstärkungsstartposition bewegt haben.
- 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Hauptabschnitts in 5.
- 7 zeigt einen Zustand, in welchem der Kolben und die Kolbenstange ein vorderes Hubende erreicht haben.
- 8 zeigt einen Zustand, in welchem der Kolben und die Kolbenstange sich zu einer mittleren Position eines Rückwärtshubes bewegt haben und ein Verstärkungskolben zu einer Ursprungsposition zurückgekehrt ist.
- 9 ist eine Vorderansicht auf ein anderes Beispiel eines Kopplungselements.
- 10 ist ein Schnitt entlang der Linie X-X in 9.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Die 1 bis 8 zeigen einen Fluiddruckzylinder mit einem Verstärkungsmechanismus (Boostermechanismus) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Fluiddruckzylinder umfasst einen Zylinderkörper 1. Der Zylinderkörper 1 umfasst eine Trennwand 2 mit einer zentralen Öffnung 2a, einen zylindrischen ersten Körper 3, der mit einer Seite der Trennwand 2 gekoppelt ist, einen zylindrischen zweiten Körper 4, der mit der anderen Seite der Trennwand 2 gekoppelt ist, eine erste Endwand 5, welche ein offenes Ende des ersten Körpers 3 blockiert (verschließt), und eine zweite Endwand 6, welche ein offenes Ende des zweiten Körpers 4 blockiert (verschließt). Der zylindrische Körper 1 wird zusammengesetzt, indem Zugstangen 7, welche sich zwischen der ersten Endwand 5 und der zweiten Endwand 6 erstrecken, mit Hilfe von Muttern 8 festgezogen werden.
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In dem ersten Körper 3 ist eine Hauptzylinderkammer 10 ausgebildet, und in dem zweiten Körper 4 ist eine Verstärkungszylinderkammer 11 ausgebildet. Die Hauptzylinderkammer 10 und die Verstärkungszylinderkammer 11 werden durch die Trennwand 2 getrennt und sind koaxial entlang einer Achse L angeordnet.
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In der Hauptzylinderkammer 10 ist über ein Dichtelement 14 ein Hauptkolben 12 so angeordnet, dass er in einer Richtung entlang der Achse L gleiten kann. Die Hauptzylinderkammer 10 wird durch den Hauptkolben 12 in eine erste Hauptdruckkammer 10a zwischen dem Hauptkolben 12 und der ersten Endwand 5 und eine zweite Hauptdruckkammer 10b zwischen dem Hauptkolben 12 und der Trennwand 2 unterteilt.
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Das Bezugszeichen 15 in der Zeichnung bezeichnet einen Verschleißring, der an einem Außenumfang des Hauptkolbens 12 angebracht ist, und das Bezugszeichen 16 in der Zeichnung bezeichnet einen Positionsdetektionsmagneten, der an dem Außenumfang des Hauptkolbens 12 angebracht ist. Indem das Magnetfeld des Magneten 16 mit Hilfe eines magnetischen Sensors (nicht dargestellt) erfasst wird, kann die Bewegungsposition des Hauptkolbens 12 detektiert werden.
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Ein Verstärkungskolben 13 ist über ein Dichtelement 17 so in der Verstärkungszylinderkammer 11 angeordnet, dass er in der Richtung entlang der Achse L gleiten kann. Die Verstärkungszylinderkammer 11 wird durch den Verstärkungskolben 13 in eine erste Nebendruckkammer 11a zwischen der Trennwand 2 und dem Verstärkungskolben 13 und eine zweite Nebendruckkammer 11b zwischen dem Verstärkungskolben 13 und der zweiten Endwand 6 unterteilt. Eine Rückführfeder 18, welche den Verstärkungskolben 13 in einer Rückwärtsrichtung vorspannt, d. h. in einer Richtung zu der Trennwand 2, ist in der zweiten Nebendruckkammer 11b zwischen dem Verstärkungskolben 13 und der zweiten Endwand 6 vorgesehen. Das Bezugszeichen 19 in der Zeichnung bezeichnet einen Verschleißring, der an einem Außenumfang des Verstärkungskolbens 13 angebracht ist.
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In der ersten Endwand 5 des Zylinderkörpers 1 ist ein erster Anschluss 20 ausgebildet, und in der zweiten Endwand 6 ist ein zweiter Anschluss 21 ausgebildet. Der erste Anschluss 20 steht über eine erste Verbindungsöffnung 22, die in der ersten Endwand 5 ausgebildet ist, mit der ersten Hauptdruckkammer 10a in Verbindung. Der zweite Anschluss 21 steht über eine zweite Verbindungsöffnung 23, die in der zweiten Endwand 6 ausgebildet ist, mit der zweiten Nebendruckkammer 11b in Verbindung. Der zweite Anschluss 21 steht außerdem über eine dritte Verbindungsöffnung 24 in einer Leitung 26, welche sich zwischen der zweiten Endwand 6 und der Trennwand 2 erstreckt, und eine in der Trennwand 2 ausgebildete vierte Verbindungsöffnung 25 mit der zweiten Hauptdruckkammer 10b in Verbindung.
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Ein hinterer Endabschnitt einer Kolbenstange 30, die eine zylindrische Form hat und sich entlang der Achse L erstreckt, ist mit dem Hauptkolben 12 gekoppelt. Die Kolbenstange 30 wird mit dem Hauptkolben 12 gekoppelt, indem ein verengter Kopplungsabschnitt 30e der Kolbenstange 30 in eine Kopplungsöffnung 12a im Zentrum des Hauptkolbens 12 eingesetzt und ein Endabschnitt des Kopplungsabschnitts 30e erweitert wird und an dem Endabschnitt mit einem Endabschnitt der Kopplungsöffnung 12a angreift.
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Die Kolbenstange 30 umfasst in dieser Reihenfolge von ihrem hinteren Ende, das mit dem Hauptkolben 12 verbunden ist, zu ihrem hinteren Ende einen ersten Kragenabschnitt 30a mit dem größten Durchmesser, einen zweiten Kragenabschnitt 30b, der einen kleineren Durchmesser hat als der erste Kragenabschnitt 30a, und einen Stangenkörper 30c mit einem kleineren Durchmesser als der zweite Kragenabschnitt 30b. Die Kolbenstange 30 erstreckt sich nacheinander durch die zentrale Öffnung 2a der Trennwand 2, eine zentrale Öffnung 13a des Verstärkungskolbens 13 und eine zentrale Öffnung 6a der zweiten Endwand 6. Das vordere Ende der Kolbenstange 30 steht aus dem Zylinderkörper 1 nach außen vor. Von den zentralen Öffnungen 2a, 13a und 6a haben die zentrale Öffnung 13a des Verstärkungskolbens 13 und die zentrale Öffnung 6a der zweiten Endwand jeweils Größen, die es dem Stangenkörper 30c der Kolbenstange 30 ermöglichen, über Dichtelemente 31 und 32 gasdicht zu gleiten. Die zentrale Öffnung 2a der Trennwand 2 hat eine Größe, die es dem ersten Kragenabschnitt 30a ermöglicht, gasdicht in die zentrale Öffnung 2a eingesetzt zu werden und in der Mitte eines Vorwärtshubes der Kolbenstange 30 zu gleiten. Eine Stangendichtung 33 ist an einem inneren Umfang der zentralen Öffnung angebracht.
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Das Bezugszeichen 34 in der Zeichnung bezeichnet ein Lager, das an einem inneren Umfang der zweiten Endwand 6 angebracht ist.
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Der erste Kragenabschnitt 30a ist ein zylindrischer Abschnitt, der so ausgebildet ist, dass er mit dem Hauptkolben 12 integriert ist. der zweite Kragenabschnitt 30b ist ein zylindrisches Element, das so ausgebildet ist, dass es unabhängig von dem ersten Kragenabschnitt 30a und der Kolbenstange 30 ist. Der erste Kragenabschnitt 30a kann aber auch so ausgebildet sein, dass er von dem Hauptkolben 12 unabhängig ist.
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Die Länge des ersten Kragenabschnitts 30a in der Richtung entlang der Achse L ist so gewählt, dass dann, wenn der Hauptkolben 12 und die Kolbenstange 30 an einem in 1 gezeigten hinteren Hubende stehen, eine vordere Endfläche 30f des ersten Kragenabschnitts 30a in der zweiten Hauptdruckkammer 10b angeordnet ist, und dass dann, wenn der Hauptkolben 12 und die Kolbenstange 30 eine Verstärkungsstartposition vor einem vorderen Hubende erreichen, wie es in 5 gezeigt ist, der erste Kragenabschnitt 30a in die Stangendichtung 33 eintritt und die vordere Endfläche 30f des ersten Kragenabschnitts 30a neben oder in Kontakt mit einem Presselement 35 des Verstärkungskolbens 13 steht.
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In dem Hauptkolben 12 und dem ersten Kragenabschnitt 30a der Kolbenstange 30 ist ein Verbindungsdurchgang 38, dessen hinteres Ende mit der ersten Hauptdruckkammer 10a in Verbindung steht, parallel zu der Achse L ausgebildet. Ein vorderes Ende des Verbindungsdurchgangs 38 erreicht die vordere Endfläche 30f des ersten Kragenabschnitts 30a, und in einem vorderen Endabschnitt des Verbindungsdurchgangs 38 ist ein Kontrollventil 39 vorgesehen.
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Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das Kontrollventil 39 eine Ventilkammer 40, welche mit dem Verbindungsdurchgang 38 kommuniziert, einen ringförmigen Ventilsitz 41, der an einem offenen Ende der Ventilkammer 40 so ausgebildet ist, dass er den Verbindungsdurchgang 38 umgibt, einen Tellerventilkörper 42, welcher den Verbindungsdurchgang 38 öffnet und schließt, indem er von dem ringförmigen Ventilsitz 41 in der Ventilkammer 40 abhebt oder auf diesem aufsetzt, und eine Ventilfeder 48, welche den Tellerventilkörper 42 in einer Richtung (Ventilschließrichtung) vorspannt, so dass der Tellerventilkörper 42 den ringförmigen Ventilsitz 41 berührt. Der Tellerventilkörper 42 umfasst einen scheibenförmigen Öffnungs-/Schließabschnitt 42a, an dem ein Dichtelement 42b angebracht ist, und eine Druckstange 42c, die sich von dem Öffnungs-/ Schließabschnitt 42a erstreckt. Ein vorderes Ende der Druckstange 42c erstreckt sich durch eine zentrale Öffnung des ringförmigen Ventilsitzes 41 und steht von der Ventilkammer 40 nach außen vor.
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In dem Verstärkungskolben 13 sind eine Kammer 46 für ein Kopplungselement und ein Raum 47, in welchen der zweite Kragenabschnitt 30b passt, so ausgebildet, dass sie die Kolbenstange 30 umgeben. In der Kammer 46 für das Kopplungselement sind mehrere Stahlkugeln 48 so angeordnet, dass sie die Kolbenstange 30 umgeben, wobei sie frei beweglich gehalten werden. Wie unten im Detail beschrieben wird, greifen die mehreren Stahlkugeln 48 sowohl an dem Verstärkungskolben 13 als auch an der Kolbenstange 30 an, wenn sich der Verstärkungskolben 13 durch die Wirkung eines Druckfluides vorwärts bewegt, und dienen als ein Kopplungselement, welches den Verstärkungskolben 13 und die Kolbenstange 30 miteinander koppelt.
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Die Kammer 46 für das Kopplungselement, die ein Raum mit einer Querschnittsform ist, welche durch zwei Seiten eines Dreiecks bestimmt wird, weist eine erste Kammerwand 46a nahe der Trennwand 2 und eine zweite Kammerwand 46b auf, die von der Trennwand 2 entfernt ist. Die erste Kammerwand 46a dient als eine Eingriffsfläche, an welcher die Stahlkugeln 48 angreifen, wenn der Verstärkungskolben 13 und die Kolbenstange 30 miteinander gekoppelt werden. Die erste Kammerwand 46a hat eine konische Fläche, die in einer Richtung geneigt ist, in welcher die Fläche sich der Trennwand 2 der Achse L annähert. Die zweite Kammerwand 46b hat eine konische Fläche, die in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der ersten Kammerwand 46a geneigt ist. Die erste Kammerwand 46a kann aber auch eine gekrümmte Oberfläche sein, die konvex oder konkav gekrümmt ist.
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Die erste Kammerwand 46a wird durch einen ringförmigen Kopplungselementhalter 49 gebildet, der an dem Verstärkungskolben 13 mit Schrauben (nicht dargestellt) fixiert ist. Die zweite Kammerwand 46b wird durch einen ringförmigen Kopplungselementhalter 50 gebildet, der so in dem Raum 47 enthalten ist, dass er in der Richtung entlang der Achse L verschiebbar ist. Der Kopplungselementhalter 50 wird durch eine Druckfeder 51, welche zwischen einem Stufenabschnitt 47a des Raumes 47 und dem Kopplungselementhalter 50 vorgesehen ist, kontinuierlich zu dem Kopplungselementhalter 50 vorgespannt.
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Eine Eingriffsnut 30d, auf welcher sich die Stahlkugeln 48 bewegen und mit welcher die Stahlkugeln 48 in Eingriff treten, wenn sich die Kolbenstange 30 vorwärts bewegt und der zweite Kragen in den Raum 47 eintritt, ist an einem äußeren Umfang des zweiten Kragenabschnitts 30b ausgebildet. Eine vordere Endfläche 30g des zweiten Kragenabschnitts 30b ist so geneigt, dass sich die Stahlkugeln 48 leicht in den zweiten Kragenabschnitt 30b bewegen können.
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Außerdem ist das Presselement 35, das hohl ist, an einem Endabschnitt des Verstärkungskolbens 13 in der Nähe der Trennwand 2 so angeordnet, dass es die Kolbenstange 30 umgibt. Das Presselement 35 umfasst einen Flanschabschnitt 35a, der parallel zu einer Endfläche des Verstärkungskolbens 13 verläuft, einen zylindrischen ersten Pressabschnitt 35b, der von einem Innendurchmesserabschnitt des Flanschabschnitts 35a in einer solchen Richtung vorsteht, dass der erste Pressabschnitt 35b in den Verstärkungskolben 13 eintritt, und der ein vorderes Ende aufweist, das in das Innere der Kammer 46 für das Kopplungselement eintritt, und einen zylindrischen zweiten Pressabschnitt 35c, welcher von dem Flanschabschnitt 35a in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung des ersten Pressabschnitts 35b vorsteht. Die vorstehende Länge des ersten Pressabschnitts 35b, die bei dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel größer ist als die vorstehende Länge des zweiten Pressabschnitts 35c kann auch gleich oder kleiner sein als die vorstehende Länge des zweiten Pressabschnitts 35c. Das Presselement 35 ist zwischen einer in 1 gezeigten Position, in welcher der Flanschabschnitt 35a in Kontakt mit der Endfläche des Verstärkungskolbens 13 steht, und einer in 7 gezeigten Position, in welcher der Flanschabschnitt 35a von der Endfläche des Verstärkungskolbens 13 getrennt ist, verschiebbar. Das Presselement 35 ist ein Teil des Verstärkungskolbens 13.
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Wie in 6 gezeigt ist, sind die Dimensionen und die Anordnung des zweiten Pressabschnitts 35c des Presselements 35 derart, dass der zweite Pressabschnitt 35c den Verbindungsdurchgang 38 nicht vollständig blockiert, auch wenn der zweite Pressabschnitt 35c die Druckstange 42c des Tellerventilkörpers 42 nach innen drückt und in Kontakt mit der vorderen Fläche der Ventilkammer 40 tritt.
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Als nächstes wird die Funktion des Fluiddruckzylinders mit Verstärkungsmechanismus beschrieben. Hinsichtlich des detaillierten Aufbaus des Fluiddruckzylinders wird auch Bezug auf die 2 und 3 genommen.
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1 zeigt einen Zustand, in dem der zweite Anschluss 21 mit der Einlassseite und der erste Anschluss 20 mit der Auslassseite verbunden ist. Dadurch wird ein Druckfluid der zweiten Hauptdruckkammer 10b und der zweiten Nebendruckkammer 11b zugeführt, und ein Druckfluid in der ersten Hauptdruckkammer 10a wird abgeführt. Zu dieser Zeit nehmen der Hauptkolben 12 und die Kolbenstange 30 durch den Fluiddruck in der zweiten Hauptdruckkammer 10b eine Ursprungsposition ein, die einem hinteren Hubende entspricht. Der Verstärkungskolben 13 nimmt eine Rückführposition (Anfangsposition) ein, an welcher der Verstärkungskolben 13 durch die Vorspannkraft der Rückführfeder 18 in Kontakt mit der Trennwand 2 steht. Die zweite Hauptdruckkammer 10b und die erste Nebendruckkammer 11a stehen miteinander durch die zentrale Öffnung 2a in der Trennwand 2 in Verbindung.
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Wenn ausgehend von dem in 1 gezeigten Zustand wie in 4 dargestellt der erste Anschluss 20 mit der Einlassseite und der zweite Anschluss 21 mit der Auslassseite verbunden wird, wird der ersten Hauptdruckkammer 10a ein Druckfluid zugeführt und das Druckfluid in der zweiten Hauptdruckkammer 10b und der zweiten Nebendruckkammer 11b wird abgeführt. Dadurch beginnen der Hauptkolben 12 und die Kolbenstange 30 eine Vorwärtsbewegung in der Zeichnung nach links. Da aber die erste Nebendruckkammer 11a durch die zweite Hauptdruckkammer 10b zur Umgebung offen ist und nicht durch das Druckfluid von dem ersten Anschluss 20 beeinflusst wird, wird der Verstärkungskolben 13 durch die Vorspannkraft der Rückführfeder 18 an der Rückführposition gehalten und bewegt sich nicht vorwärts.
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Die in 4 gezeigte Position der Kolbenstange 30 ist eine Position in der Mitte eines Hubes in einem Zustand, in welchem das vordere Ende des zweiten Kragenabschnitts 30b durch eine zentrale Öffnung 35d des Presselements 35 in den Raum 47 in dem Verstärkungskolben 13 eintritt. Dadurch haben sich die Stahlkugeln 48 zu dem zweiten Kragenabschnitt 30b bewegt.
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Wenn sich die Kolbenstange 30 weiter nach vorne zu einer Position unmittelbar vor der in 5 gezeigten Verstärkungsstartposition bewegt, tritt der vordere Endabschnitt des ersten Kragenabschnitts 30a in die Stangendichtung 33 in der zentralen Öffnung 2a der Trennwand 2 ein, wodurch die erste Nebendruckkammer 11a von der zweiten Hauptdruckkammer 10b abgetrennt wird. Unmittelbar danach erreicht die Kolbenstange 30 die in 5 gezeigte Verstärkungsstartposition.
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Wenn die Kolbenstange 30 die Verstärkungsstartposition erreicht, tritt, wie sich auch aus 6 ergibt, der zweite Kragenabschnitt 30b vollständig in den Raum 47 in dem Verstärkungskolben 13, die Stahlkugeln 48 treten in die Eingriffsnut 30d ein und die Druckstange 42c des Tellerventilkörpers 42, die von der vorderen Endfläche 30f des ersten Kragenabschnitts 30a vorstand, tritt in Kontakt mit dem zweiten Pressabschnitt 35c des Presselements 35 des Verstärkungskolbens 13 und wird durch den Pressabschnitt 35c gedrückt. Dadurch wird der Tellerventilkörper 42 von dem ringförmigen Ventilsitz 41 abgehoben und getrennt und öffnet den Verbindungsdurchgang 38. Dadurch beginnt die Zufuhr des Druckfluides aus der ersten Hauptdruckkammer 10a durch den Verbindungsdurchgang 38 in die erste Nebendruckkammer 11a und der Verstärkungskolben 13 beginnt eine Vorwärtsbewegung, wobei er die Rückführfeder 18 zusammendrückt.
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Wie durch die gestrichelte Linie in 6 dargestellt ist, presst dann die erste Kammerwand 46a die Stahlkugeln 48 entlang der Neigung fest gegen die Eingriffsnut 30d, wenn sich der Verstärkungskolben 13 etwas nach vorne bewegt und die erste Kammerwand 46a (Eingriffsfläche) der Kammer 46 für das Kopplungselement in Kontakt mit den Stahlkugeln 48 tritt. Dadurch werden der Verstärkungskolben 13 und die Kolbenstange 30 miteinander über die Stahlkugeln 48 gekoppelt und der Schub des Verstärkungskolbens 13 wirkt auf die Kolbenstange 30. Dadurch wirkt ein großer kombinierter Schub, welcher der Summe des Schubes des Hauptkolbens 12 und des Schubes des Verstärkungskolbens 13 entspricht, auf die Kolbenstange 30 und die Kolbenstange 30 wird zu dem vorderen Hubende vorwärts bewegt, wie es in 7 gezeigt ist.
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Wenn die erste Kammerwand 46a in Kontakt mit den Stahlkugeln 48 tritt, werden die Stahlkugeln 48 in der Kammer 46 für das Kopplungselement in der Richtung der ersten Kammerwand 46a relativ verschoben. Dadurch wird der erste Pressabschnitt 35b des Presselements 35 durch die Stahlkugeln 48 zu der Außenseite der Kammer 46 des Kopplungselements nach außen verschoben. Als Folge hiervon wird das Presselement 35 zu einer Position verschoben, an welcher der Flanschabschnitt 35a von der Endfläche des Verstärkungskolbens 13 getrennt ist.
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Wenn der Hauptkolben 13 und die Kolbenstange 30 aus dem in 7 gezeigten Zustand zurück bewegt werden, wird als nächstes der erste Anschluss 20 mit der Auslassseite verbunden und der zweite Anschluss 21 wird mit der Einlassseite verbunden. Dann bewegen sich sowohl der Hauptkolben 12 als auch der Verstärkungskolben 13 durch die Wirkung eines Druckfluides, das der zweiten Hauptdruckkammer 10b zugeführt wird, und eines Druckfluides, das der zweiten Nebendruckkammer 11 b zugeführt wird, nach hinten.
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Wenn dann, wie in 8 dargestellt ist, der Verstärkungskolben 13 die Rückführposition erreicht, die dem hinteren Hubende entspricht, tritt der Flanschabschnitt 35a des Presselements 35 in Kontakt mit der Trennwand 2 und dadurch stoppt das Presselement 35 an der Position und auch der Verstärkungskolben 13 stoppt an dieser Position, indem er das Presselement 35 mit einer leichten Verzögerung berührt. Da sich aber die Kolbenstange 30 weiter rückwärts bewegt, werden die Stahlkugeln 48 durch den ersten Pressabschnitt 35b des Presselements 35 gepresst und bewegen sich aus der Eingriffsnut 30d heraus. Die Kopplung des Verstärkungskolbens 13 mit der Kolbenstange 30 wird freigegeben. Gleichzeitig wird auch die Druckbeaufschlagung der Druckstange 42c durch den zweiten Pressabschnitt 35c des Presselements 35 freigegeben. Somit setzt der Tellerventilkörper 42 durch die Vorspannkraft der Ventilfeder 43 auf dem ringförmigen Ventilsitz 41 auf und blockiert den Verbindungsdurchgang 38. Das Kontrollventil 39 wird geschlossen. Dadurch wird die Verbindung zwischen der ersten Hauptdruckkammer 10a und der ersten Nebendruckkammer 11 a durch den Verbindungsdurchgang 38 blockiert.
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Wenn sich anschließend der Hauptkolben 12 und die Kolbenstange 30 weiter rückwärts bewegen, wird der erste Kragenabschnitt 30a aus der Stangendichtung 33 in der Trennwand 2 herausgezogen und dadurch treten die zweite Hauptdruckkammer 10b und die erste Nebendruckkammer 11 a miteinander durch die zentrale Öffnung 2a der Trennwand 2 in Verbindung. In diesem Zustand bewegen sich der Hauptkolben 12 und die Kolbenstange 30 zu dem hinteren Hubende (Ursprungsposition), das in 1 gezeigt ist.
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Zu dieser Zeit fließt ein Druckfluid von der zweiten Hauptdruckkammer 10b in die erste Nebendruckkammer 11 a, und der Verstärkungskolben 13 empfängt durch das Druckfluid eine in der Zeichnung nach links wirkende Kraft, d. h. in Vorwärtsrichtung. Da aber der Verstärkungskolben 13 durch ein der zweiten Nebendruckkammer 11b zugeführtes Druckfluid eine in der Zeichnung nach rechts wirkende Kraft empfängt, heben die in beiden Richtungen wirkenden Kräfte einander auf und der Verstärkungskolben 13 bleibt durch die Vorspannkraft der Rückführfeder 18 an der Ursprungsposition stehen.
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Die 9 und 10 zeigen ein Kopplungselement, das anstelle der Stahlkugeln 48 verwendet werden kann, um den Verstärkungskolben 13 mit der Kolbenstange 30 zu koppeln. Das Kopplungselement wird durch einen elastischen Ring 52 gebildet, dessen Durchmesser variabel ist, indem ein Schnitt 52a in dem Ring 52 vorgesehen wird. Der Querschnitt des elastischen Rings 52 ist kreisförmig. Der Innendurchmesser des elastischen Rings 52, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des Stangenkörpers 30c der Kolbenstange 30, ist vorzugsweise kleiner als der Außendurchmesser des zweiten Kragenabschnitts 30b.
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Wie oben im Detail beschrieben wurde, ist bei dem Fluiddruckzylinder mit Verstärkungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung der Verbindungsdurchgang 38 in dem Hauptkolben 12 und der Kolbenstange 30 vorgesehen, das Kontrollventil 39 ist in einem Endabschnitt des Verbindungsdurchgangs 38 vorgesehen und das Kontrollventil 39 öffnet, so dass die erste Hauptdruckkammer 10a und die erste Nebendruckkammer 11a miteinander durch den Verbindungsdurchgang 38 kommunizieren, wenn die Kolbenstange 30 die Verstärkungsstartposition vor dem vorderen Hubende erreicht. Dadurch ist es nicht notwendig, einen besonderen Anschluss für die Zufuhr des Druckfluides zu der ersten Nebendruckkammer 11a vorzusehen. Dies führt dazu, dass die Zahl der Anschlüsse kleiner ist als bei einem herkömmlichen Fluiddruckzylinder mit Verstärkungsmechanismus und die Verbesserung der Sicherheit und Vereinfachung der Verrohrungsarbeit kann durch Reduzieren der Zahl der Leitungen erreicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderkörper
- 2
- Trennwand
- 3
- erster Körper
- 4
- zweiter Körper
- 5
- erste Endwand
- 6
- zweite Endwand
- 6a
- zentrale Öffnung
- 7
- Zugstange
- 8
- Mutter
- 10
- Hauptzylinderkammer
- 10a
- erste Hauptdruckkammer
- 10b
- zweite Hauptdruckkammer
- 11
- Verstärkungszylinderkammer
- 11 a
- erste Nebendruckkammer
- 11b
- zweite Nebendruckkammer
- 12
- Hauptkolben
- 13
- Verstärkungskolben
- 14
- Dichtelement
- 15
- Verschleißelement
- 16
- Positionsdetektionsmagnet
- 17
- Dichtelement
- 18
- Rückführfeder
- 19
- Verschleißring
- 20
- erster Anschluss
- 21
- zweiter Anschluss
- 22
- erste Verbindungsöffnung
- 23
- zweite Verbindungsöffnung
- 24
- dritte Verbindungsöffnung
- 25
- vierte Verbindungsöffnung
- 26
- Leitung
- 30
- Kolbenstange
- 30a
- erster Kragenabschnitt
- 30b
- zweiter Kragenabschnitt
- 30c
- Stangenkörper
- 30d
- Eingriffsnut
- 30f
- vordere Endfläche des ersten Kragenabschnitts
- 31
- Dichtelement
- 32
- Dichtelement
- 33
- Stangendichtung
- 34
- Lager
- 35
- Presselement
- 35a
- Flanschabschnitt
- 35b
- erster Pressabschnitt
- 35c
- zweiter Pressabschnitt
- 38
- Verbindungsdurchgang
- 39
- Kontrollventil
- 40
- Ventilkammer
- 41
- ringförmiger Ventilsitz
- 42
- Tellerventilkörper
- 42a
- Öffnungs-/Schließabschnitt
- 42b
- Dichtelement
- 42c
- Druckstange
- 43
- Ventilfeder
- 46
- Kammer für Kopplungselement
- 46a
- erste Kammerwand
- 46b
- zweite Kammerwand
- 47
- Raum
- 48
- Stahlkugel (Kopplungselement)
- 49
- Kopplungselementhalter
- 50
- Kopplungselementhalter
- 51
- Druckfeder
- 52
- elastischer Ring (Kopplungselement)
- L
- Achse
