DE102020102845A1

DE102020102845A1 - Mehrkammer-Multifunktionszylinder für hydraulische Antriebe 2.0

Info

Publication number: DE102020102845A1
Application number: DE102020102845.8A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2021-08-05

Abstract

Es ist bekannt, dass herkömmliche hydraulische Zylinderantriebe im Eilgang mit dem Prinzip der Nachsaugtechnik arbeiten, wodurch beim Wechsel zwischen Eilgang und Lastfahrweg Pausen entstehen. Alternativ wird eine zweistufige Pumpe verbaut, wodurch der Aufwand der Verrohrung verdoppelt wird. Diese Problematik wird durch das Konzept des Vier-Kammer-Zylinders (Pat.-Nr. DE200610025463) behoben, da für Eilgang und Lastbetrieb zwei separate, koaxiale Kammern vorhanden sind. Die Ausführung des Vier-Kammer-Zylinders hat jedoch den Nachteil, dass die hydraulischen Kräfte spreizend gegen den gebauten Zylinder wirken, wodurch eine massivere Konstruktion erforderlich ist. Die alternative Bauweise mit jeweils einem Joch an Zylinderober- und -unterseite ermöglicht zwar eine direkte Abstützung der Kräfte, bedingt jedoch einen erhöhten Material- und Fertigungsaufwand. Ebenso ist bei beiden Ausführungen eine entsprechend lange Leitung zwischen den beiden Lastfahrweg-Ölvolumina nötig.Die Erfindung hat den Anspruch, durch die Anordnung der Kammern für den Lastbetrieb in der Mitte des Zylindersystems die Belastung der Lastkräfte auf das tragende Joch umzulegen, wodurch eine einfachere und kompaktere Konstruktion des gesamten Zylinders möglich wird. Damit verfügt das System über den Vorteil des geringeren Materialbedarfs bei erhöhter Stabilität. Zusätzlich wird die Leitung zwischen den beiden Lastfahrweg-Ölvolumina auf ein Minimum reduziert, wodurch Ansprechzeit und Positioniergenauigkeit des Zylindersystems weiter verbessert werden und ein höherer Wirkungsgrad erreicht wird. Ebenso verfügt das System über die Möglichkeit, durch ein Sperren aller Ölvolumina den Arbeitskolben mehrfach gegen Absinken zu sichern. Zusätzlich dazu erlaubt der neue Aufbau des Zylindersystems den Anbau einer mechanischen Hubbegrenzung sowie die Möglichkeit, in den unteren Arbeitskolben weitere Funktionselemente zu integrieren. Durch die Fähigkeit des Systems, auch im Aufwärtshub mit Arbeitsgangkraft fahren zu können, ist es möglich, weitere Werkzeugfunktionen in das System zu integrieren.

Description

Es ist bekannt, dass herkömmliche hydraulische Zylinderantriebe im Eilgang mit dem Prinzip der Nachsaugtechnik arbeiten, wodurch beim Wechsel zwischen Eilgang und Lastfahrweg Pausen entstehen, da der nötige Arbeitsdruck im Zylinder noch erzeugt werden muss. Alternativ wird eine zweistufige Hydraulikpumpe mit Hoch- und Niederdruckkreis verwendet, wodurch der Aufwand der Verrohrung verdoppelt wird. Diese Problematik wird durch das Konzept des Vier-Kammer-Zylinders (Pat.-Nr. DE200610025463B4 ) behoben, da für Eilgang und Lastbetrieb zwei separate, koaxiale Kammern vorhanden sind. Die Ausführung des Vier-Kammer-Zylinders hat jedoch durch die Bauweise bedingt den Nachteil, dass die hydraulischen Kräfte des Lastfahrwegs spreizend gegen den gebauten Zylinder wirken, wodurch massivere Bauteile erforderlich sind. Die alternative Bauweise mit jeweils einem Joch an Zylinderober- und - unterseite ermöglicht zwar eine direkte Abstützung der Kräfte, bedingt jedoch einen erhöhten Material- und Fertigungsaufwand. Ebenso ist bei beiden Ausführungen eine entsprechend lange Leitung zwischen den beiden Lastfahrweg-Ölvolumina nötig. Ebenfalls ist bekannt, das flüssige Medien wie Wasser oder Öl Gase in sich einschließen, welche bei hohem Druck eine Kompression und Dekompression des Fluids in einer Größenordnung von 3% und mehr ausmachen. Dies führt beim Betrieb von Hydraulikanlagen zu einem vermindertem Wirkungsgrad, Verschleiß der Dichtelemente, Pumpen und Ventile, erzeugt Wärme und Lärm.
Die Erfindung hat den Anspruch, dass die Belastung der Lastkräfte durch die Anordnung der großen Kammern in der Mitte des Zylindersystems vom tragenden Joch aufgenommen wird, wodurch eine einfachere und kompaktere Konstruktion des gesamten Zylinders entstanden ist. Damit verfügt das System über den Vorteil des geringeren Material- und Bauraumbedarfs bei erhöhter Stabilität. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die auszutauschenden Ölmengen zwischen den beiden Lastfahrweg-Ölvolumina auf ein Minimum reduziert werden, wodurch Ansprechzeit und Positioniergenauigkeit des Zylindersystems verbessert und ein höherer Wirkungsgrad erreicht wird. Ebenso beinhaltet das hydraulische Antriebssystem durch Sperrschaltung der druckbeaufschlagten Ölkammern die mehrfache Absicherung des Arbeitskolbens gegen ungewolltes Absinken. Die Erfindung des Zylindersystems beinhaltet einen mechanisch einstellbaren Festanschlag für die Begrenzung der Bewegung des Stößels abwärts, welche ebenfalls koaxial zu den anderen Kräften des Systems wirkt. Damit wird eine mechanische Hubbegrenzung erreicht. Das neue Zylinderkonzept bietet auch die Integration einer zusätzlichen Achse für weitere Arbeitsschritte wie eine Auswerferfunktion oder eine zusätzliche Stößelfunktion zum Arbeiten mit Ziehwerkzeugen und Feinschneidwerkzeugen. Durch die Fähigkeit des Mehrkammer-Multifunktionszylinders, aufgrund der symmetrischen Kammern auch im Aufwärtshub mit Arbeitsgangkraft fahren zu können, erweitert die Vereinfachung von Stanzwerkzeugen, da auch im Konterschnittverfahren gearbeitet werden kann.
Figurenliste

1 stellt den Multifunktionszylinder dar.
Pos. 1: Zentrales Joch
Pos. 2: Unterer Zylinder
Pos. 3b und 3c stellen die zueinander starren Arbeitshohlkolben des Zylinders dar, welche durch die Kolbenstange (Pos. 3a) miteinander zu einer starren Einheit (im Folgenden Pos. 3 genannt) verbunden sind.
Pos. 4: Oberer Zylinder
Pos. 5 stellt das obere Eilgangs-Ölvolumen dar.
Pos. 6 stellt das obere Lastfahrweg-Ölvolumen dar.
Pos. 7 stellt das untere Lastfahrweg-Ölvolumen dar.
Pos. 8 stellt das untere Eilgangs-Ölvolumen dar.
Pos. 9 stellt einen über Gewinde höhenverstellbaren Ring dar, welcher mit der Zylindereinheit verbunden ist.

Während des Eilgangs nach unten ist das obere Eilgangs-Ölvolumen (Pos. 5) aktiv. Somit wirkt die Leerkraft schiebend auf die Kolbenstange und ziehend auf die obere Zylinderrohrhälfte (Pos. 4).
Während des Lastfahrwegs nach unten ist das untere Lastfahrwegs-Ölvolumen (Pos. 7) aktiv. Somit wirkt die Lastkraft ziehend auf die Kolbenstange und drückend auf das zentrale Joch (Pos. 1).
Während des Lastfahrwegs nach oben ist das obere Lastfahrwegs-Ölvolumen (Pos. 6) aktiv. Somit wirkt die Lastkraft ziehend auf die Kolbenstange und drückend auf das zentrale Joch (Pos. 1).
Während des Eilgangs nach oben ist das untere Eilgangs-Ölvolumen (Pos. 8) aktiv. Somit wirkt die Leerkraft schiebend auf die Kolbenstange und ziehend auf die untere Zylinderrohrhälfte (Pos. 2).
Aus dieser Beschreibung geht hervor, dass die größten Kräfte im System vom zentralen Joch (Pos. 1) aufgenommen werden. Die Zylinder (Pos. 2, 4) werden maximal mit der Leerkraft belastet, wodurch eine entsprechend leichte Verbindung ausreichend ist.
Das mechanische Einstellen des unteren Totpunktes erfolgt durch die Verstellung des Ringes (Pos. 9).
Durch das Drehen des Ringes (Pos. 9) wird diese in der Höhe eingestellt.
Bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens (Pos. 3) schlägt dieser nach einem definierten Hub mit dem Ring (Pos. 9) am oberen Zylinder (Pos. 4) an. Dadurch wird eine mechanische Hubbegrenzung nach unten erreicht. Durch die Höhenverstellbarkeit des Rings (Pos. 9) ist die mechanische Sicherheitseinrichtung einstellbar.
Im Eilgangsbetrieb ist die Kammer 6 mit der Kammer 7 auf Kurzschluss geschaltet. Damit herrscht in Kammer 6 und 7 Druckgleichheit. Die Bewegung erfolgt durch Differentialdruck in den Kammern 5 und 8.
Der Kolben (Pos. 3) ist in Ruhestellung durch die Sperrung der beiden Lastfahrweg-Ölvolumina (Pos. 6 und 7) zueinander sowie durch die Sperrung der Eilgangs-Ölvolumina doppelt gegen Absenkung gesichert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 200610025463 B4 [0001]

Claims

Mehrkammer-Hydraulikzylinder, gekennzeichnet dadurch dass vier Druckkammern (Pos. 5, 6, 7, 8) koaxial angeordnet sind, wobei die wirksame Ringfläche der inneren Druckkammern (Pos. 6, 7), welche gegen das Joch (Pos. 1) und gegen die Kolben (Pos. 3b/3c) wirken, größer ist als die wirksame Ringfläche der äußeren Druckkammern (Pos. 5, 8), welche gegen die Kolben (Pos. 3b/3c) und die Zylinder (Pos. 2/4) wirken, wodurch die Baugröße der Zylindereinheit reduziert wird.
Mehrkammer-Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch dass die größten auftretenden Kräfte nur vom zentralen, tragenden Joch (Pos. 1) auf Druck aufgenommen werden, wodurch umliegende Bauteile deutlich kleiner und leichter ausgelegt werden können. Die Zylinderbauteile (Pos. 2, 4) werden maximal mit den Kräften, welche durch die kleinen Ringkammern (Pos. 5, 8) entstehen, belastet, welche bei einem Bruchteil der Kräfte liegen, die in den großen Ringkammern (Pos. 6, 7) entstehen.
Mehrkammer-Hydraulikzylinder nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch dass die Kolbenstange (Pos. 3a) durch die Verbindung mit den Hohlkolben (Pos. 3b, 3c) erheblich verstärkt wird. Dadurch erhöhen sich die Führungskraft und der Widerstand gegen Knickung.
Mehrkammer-Hydraulikzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch dass der Kolben (Pos. 3) bei geschlossenen Steuerventilen durch die Sperrung der Lastfahrweg-Ölvolumina (Pos. 6, 7) zueinander und das Schließen der Eilgangs-Ölvolumina (Pos. 5, 8) über vier Kammern gegen Absinken gesichert ist.
Mehrkammer-Hydraulikzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch dass durch die benachbarte Anordnung der großen Kammern (Pos. 6, 7) die Überstromwege zwischen diesen erheblich verkürzt werden, wodurch die Zylindereinheit über eine schnellere Reaktionszeit auf Steuerimpulse, höhere Positioniergenauigkeit und einen höheren Wirkungsgrad verfügt, was zusätzlich erlaubt, über den Hub verteilt mehrere Schnittvorgänge durchführen zu können.
Mehrkammer-Hydraulikzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch dass eine koaxial wirkende mechanische Hubbegrenzung nach unten durch den einstellbaren Ring (Pos. 9) ermöglicht wird, welcher an der Kolbeneinheit (Pos. 3) befestigt ist und gegen den oberen Zylinder (Pos. 4) auf Anschlag fährt und die Maximalkräfte aufnimmt.
Mehrkammer-Hydraulikzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch dass der einstellbare Festanschlagsring (Pos. 9) von Hand, elektromotorisch oder hydraulisch eingestellt werden kann.
Mehrkammer-Hydraulikzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch dass im unteren Hohlkolben (Pos. 3b) weitere Bauteile wie eine Werkzeugaufnahme oder weitere Achsen für Zusatzfunktionen integriert werden können.
Mehrkammer-Hydraulikzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch dass durch die Fähigkeit des Zylindersystems, auch im Aufwärtshub mit Arbeitskraft fahren zu können, weitere Funktionen wie beispielsweise ein Auswurfzylinder ohne zusätzliche Hydraulikeinheiten in das System integriert werden können.
Mehrkammer-Hydraulikzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch dass durch die Nutzung des Jochs (Pos. 1) als Hydraulikblock und die Verlegung der Eilgangs-Hydraulikkanäle in die Wände der Zylinder eine Symbiose entsteht, welche ohne außenliegende Verbindung zwischen den Druckkammern auskommt, womit durch die damit massiven Elemente und verkürzten Hydraulikwege sichergestellt wird, dass ein höherer Wirkungsgrad erzielt wird.