-
Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Antrieb mit Eilgang
und Krafthub; bestehend aus einem hydraulischen Arbeitszylinder mit einem Hilfskolben
kleinen Querschnitts und einem mit diesem gekoppelten Arbeitskolben großen Querschnitts,
der einen Verschlußkörper besitzt, welcher unter der Wirkung des den Hilfskolben
betätigenden Druckmittels steht und Durchströmkanäle im Arbeitskolben beim Krafthub
verschließt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache automatische
Steuerung für einen solchen Antrieb zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Kombination folgender Merkmale:
a) Der Verschlußkörper und der Arbeitskolben sind durch Zwischenschaltung von mindestens
einer Feder zu einem druckabhängigen Ventil ausgebildet; b) der Druckraum des Arbeitskolbens
steht über ein Zuschaltventil mit der Hydraulikölzuführung in Verbindung, wobei
der Öffnungsdruck des Zuschaltventils größer ist als der Schließdruck des Ventils
im Arbeitskolben; c) das Zuschaltventil bildet eine bauliche Einheit mit dem Arbeitszylinder.
-
Bei einem bekannten Antrieb (deutsche Patentschrift 819 609) bewegt
sich der Arbeitskolben vermöge seines Eigengewichtes zusammen mit dem Hilfskolben
im Eilhub bis zum Auftreten des Arbeitswiderstandes. Dann werden die Durchströmkanäle
des Arbeitskolbens durch den Verschlußkörper verschlossen und das Hydrauliköl vollzieht
über den so geschlossenen Arbeitskolben den Krafthub. Der Eilhub kann dabei auch
hydraulisch erzeugt werden.
-
Weiterhin ist es bekannt, einen Verschlußkörper und eine Arbeitskolben
durch Zwischenschaltung mindestens einer Feder zu einem druckabhängigen Ventil auszubilden.
-
Ebenso sind Eilgangventile für hydraulische Antriebe mit Tauchkolbenschaltung
bekannt, bei denen die Arbeitsdruckräume des Zylinders bei Auftreten des Arbeitswiderstandes
selbsttätig mit der Hydraulikölzuführung verbunden werden. Dabei ist der Öffnungsdruck
des Ventils größer als sein Schließdruck.
-
Aus der deutschen Patentschrift 1145 017 ist ein Eilgangventil
bekannt, das eine Einheit mit dem Zylinder bildet.
-
Durch die Erfindung wird eine material- und arbeitssparende Steuerung
geschaffen, die einfach und übersichtlich ist, die selbsttätig und abhängig von
der dem Antrieb abgeforderten Kraft von Eilgang auf Krafthub umschaltet. Die Steuerung
ist so ausgebildet, daß außerhalb der Zylindereinheit keine Ventile, Verbindungsleitungen
u. dgl. erforderlich sind, vielmehr besitzt der Antrieb nach außen hin lediglich
zwei Anschlüsse zum Zu- und Abführen des Hydrauliköles.
-
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß der Arbeitszylinder im
Durchmesser nicht größer ist als der Durchmesser eines Systems ohne Eilhub. Schließlich
ist der Antrieb ausschließlich aus einfachen und leicht zu bearbeitenden Bauteilen
herstellbar. Die Umschaltung von Eilgang auf Krafthub wird allein von der abverlangten
Kraft dadurch bewirkt, daß beim Anliegen der Kolbenstange am Arbeitswiderstand der
Druck in der Hydraulikölzuführung steigt und die Umschaltung bewirkt. Bei den bekannten
Eilgangschaltungen sind außerhalb des Zylinders Verbindungsleitungen zwischen den
beiden Seiten des Arbeitskolbens nebst sonstigen Armaturen erforderlich. Hinzu kommt,
daß beim Eilgang von der Abtriebsseite des Arbeitskolbens erhebliche Mengen Hydrauliköles
verdrängt werden, für die diese Leitungen und Armaturen im Querschnitt ausgelegt
sein müssen. Beim Erfindungsgegenstand sind außerhalb des Arbeitszylinders liegende
Verbindungsleitungen u. dgl. für den Eilgang entbehrlich.
-
Die Erfindung wird nachstehend an Hand des in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsbeispieles erläutert. Hierbei zeigt F i g. 1 einen zweiseitig arbeitenden
Antrieb in der Eilgangstellung, F i g. 2 den Antrieb nach F i g. 1 beim Krafthub.
Der hydraulische Arbeitszylinder 1 ist an seinen Enden mit Verschlußstücken 2 und
3 abgeschlossen, die durch Schraubhülsen 4 und 5 gesichert sind.
-
Im Zylinder 1 befindet sich der Arbeitskolben 6. Dieser bildet mit
den Kolbenstangen 7 und 8 eine bauliche Einheit.
-
Die Kolbenstange 7 setzt sich nach rechts in den beispielsweise durch
Aufschrumpfung einer Hülse stufig verdickten Stangenteil 9 fort. In analoger Weise
geht die linke Kolbenstange 8, in den Teil 10 über. Auf der Kolbenstange 7 gleitet
eine Hülse 11, die an ihrer dem Kolben 6 zugewendeten Seite in den Ventilteller
12 übergeht. In analoger Weise gleitet auf der anderen Seite des Kolbens auf der
Kolbenstange 8 die Hülse 13, welche in den Ventilteller 14 übergeht.
-
Die Ventilteller 12 und 14 stützen sich gegen den Kolben 6 über Federn
15 und 16 ab. Diese sind in F i g. 1 in ihrer drucklosen Ruhelage gezeichnet und
werden bei entsprechender Druckeinwirkung gegen den Kolben gepreßt.
-
Der Kolben 6 besitzt weiterhin mehrere achsparallele Bohrungen, die
als Durchströmöffnungen wirken und von denen eine, 17, sichtbar ist. Durch diese
Bohrungen hindurch erstreckt sich mindestens eine Stange 18, welche die Ventilteller
12 und 14 in Abstand hält. Die den Ventiltellern abgewendeten Stirnseiten der Hülsen
11 und 13 wirken als Eilgangkolben. Deren wirksame Fläche wird gebildet aus den
Durchmesserunterschieden der Teile 11 und 9 bzw. 13 und 10. Um die Teile 11 und
9 herum befindet sich der Druckflüssigkeitsraum 19, in analoger Weise werden die
Teile 8 und 10 vom Druckflüssigkeitsraum 20 umgeben.
-
Der Zylinder 1 ist mit Anschlußöffnungen 21 und 22 versehen, die abwechselnd
zum Zu- und Abführen der Hydraulikflüssigkeit dienen, je nachdem, in welche Richtung
sich der Kolben 6 bewegen soll.
-
Die Öffnungen 21 und 22 gehen in Ringnuten 23 und 24 über. Von letzteren
erstrecken sich Kanäle 25 und 26, vorbei an den schwach vorgespannten Kugelventilen
27 und 28, in die Druckflüssigkeitsräume 19 und 20. Die Kugelventile 27 und 28 stehen
über Kanäle 29 und 30 mit den Druckräumen 31 und 32 des Arbeitskolbens 6 in Verbindung.
-
Der Druckraum 31 ist über die Kanäle 33 und 34 und über ein druckabhängig
aufsteuerbares Durchflußventil mit der Anschlußöffnung 22 verbunden. Das Durchflußventil
umfaßt einen Schieber mit den Dichtstellen 35 und 36 und einer Eindrehung in der
Mitte, die in der gezeichneten Weise mit Bohrungen
37 versehen ist.
Der Teil 36 enthält ein federbelastetes Rückschlagventil 38 und dient als Steuerschieber
für den Ringkanal 39, der seinerseits in den Zuführungskanal 33 übergeht. Über einen
kleinen Kanal 40 steht der Ringkanal 39 ferner in Verbindung mit einem Kolben
41, der unter dem Druck der Feder 42 steht. In analoger Weise ist auf der anderen
Seite des Zylinders 1 in die Kanäle 43 und 44 ein aus den entsprechenden Teilen
45 bis 52 bestehendes Durchflußventil angeordnet.
-
Die Arbeitsweise dieses zweiseitig wirkenden Antriebes ist folgende:
Wird beispielsweise der Öffnung 22 von einer Hochdruckpumpe Druckflüssigkeit zugeführt,
so findet diese zunächst nur über die Ringgut 24 und den Kanal 25 einen Weg in den
Druckflüssigkeitsraum 19, denn der Ringraum 39 des Durchflußventils ist, vgl. F
i g. 1, durch den Schieber 36 verschlossen. Ein geringer Hydraulikdruck im Raum
19 treibt die als Eilgangkolben dienende Hülse 11 nach links. Die Feder 15 ist nun
stärker gewählt als der Reibungswiderstand des Kolbens 6 und seiner Dichtungen.
Dadurch wird auch der Kolben 6 nach links mitgenommen. Die sich in den Räumen 31
und 32 befindende Hydraulikflüssigkeit kann dabei frei durch die relativ großen
Öffnungen 17 des Kolbens 6 hindurchströmen.
-
Der Eilgang des Systems ist eingeschaltet, bis das Ende der Kolbenstange
10 am Arbeitswiderstand anliegt. Damit kommt zunächst der Kolben 6 kurzzeitig zur
Ruhe, und der Druck im Raum 19 steigt weiter an. Hierbei wird zunächst die Kraft
der Feder 15 überwunden, und der Ventilteller 12 kommt am Kolben 6 zum Anliegen
und verschließt die Durchströmöffnung 17 (vgl. F i g. 2).
-
Eine Verdrängung von Hydraulikflüssigkeit aus den Räumen 31 und 32
findet hierbei nicht statt, denn das, was in den Raum 31 als Hülsenvolumen eintritt,
tritt auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens 6 aus dem Raum 32 wieder heraus.
Die Verbindungsstange 18 zwischen den Ventiltellern 12 und 14 ist hierbei nicht
unbedingt erforderlich, denn allein die beim Eintreten der Hülse 11 in den Raum
31 verdrängte Flüssigkeit verschiebt bereits als hydraulisches Gestänge die Hülse
13 um einen entsprechenden Weg aus dem Raum 32. Die Stange 18 hat nur den Zweck,
absolut eindeutige diesbezügliche Verhältnisse zu gewährleisten.
-
Bei weiterem Anstieg des Druckes im Ringraum 19 bzw.24 wird das Durchflußventil35
bis 42 geöffnet. Denn der Druck der über die Öffnung 22 zugeführten Hydraulikflüssigkeit
wirkt auch über die Pfade 34 und 37 auf die linke Seite des als Kolben wirkenden
Schiebers 35, 36 ein und verschiebt ihn mitsamt dem Kolben 41 gegen den Druck der
Feder 42 nach rechts. Dabei gibt der Teil 36 des Schiebers einen überströmweg zwischen
dem Kanal 34 und dem Ringraum 39 frei. Damit ist nun eine Verbindung zwischen den
Kanälen 34 und 33, d. h. also eine Verbindung zwischen dem Druckraum 31 und der
Zuführungsöffnung 22 hergestellt. über diesen Verbindungsweg wird sodann beim Krafthub
des Kolbens 6 Flüssigkeit zugeführt. Die hierbei aus dem Raum 32 verdrängte Flüssigkeit
fließt durch das schwach vorgespannte Kugelventil 28, den Kanal
26, den Ringraum 23 und die Anschlußöffnung 21 in den Vorratsbehälter ab.
-
Der Kolben 41 und die Verbindungsbohrung 40 zum Ringraum 39 hat die
Aufgabe, das Schließen des in der eben beschriebenen Weise geöffneten Durchflußventils
erst bei einem wesentlich niedrigeren Hydraulikdruck als dem eben zum Öffnen notwendig
gewesenen Druck zu gewährleisten. Dies wird dadurch bewirkt, daß die Fläche des
Kolbens 41 gegenüber derjenigen des Kolbens 35 wesentlich größer ist, so daß ein
entsprechend geringerer Druck im Ringraum 39 ausreicht, um die Kraft der Feder 42
weiterhin zu kompensieren. Durch die so gewollte Hysterese des Durchflußventils
wird folgendes bewirkt: Es kann in der Praxis vorkommen, daß der der Kolbenstange
10 entgegenwirkende Arbeitswiderstand einen Druckanstieg im Raum 19 bewirkt, der
nur gerade das Öffnen des Durchflußventils veranlaßt. Nach der Freigabe der Verbindung
33 und 34 wirkt aber die geförderte Flüssigkeitsmenge auf den wesentlich größeren
Querschnitt des Arbeitskolbens 6. Durch den plötzlichen Druckabfall würde nun, wenn
der Kolben 41 mit seinem großen Querschnitt nicht wäre, die Feder 42 den Verschlußkörper
36 wieder zurückschieben und damit den Ringraum 39 verschließen. Die am Anschluß
22 angeschlossene Pumpe müßte daher beim Fehlen der durch den Kolben 41 gewollt
hervorgerufene Hysterese stets den zum Offenhalten auf den Körper 35 erforderlichen
hohen Druck aufwenden, obwohl dieser hohe Druck für den vorliegenden Beispielsfall
im Raum 31 gar nicht benötigt wird. Abgesehen von der unnötigen Pumpenarbeit würde
durch den Druckabfall im Durchflußventil unnötige Wärme erzeugt werden.
-
Wird der Antrieb hingegen gegen einen harten Arbeitswiderstand, etwa
zum Stanzen, eingesetzt, so ist im Raum 31 nahezu der maximale Pumpendruck erforderlich
und eine Hysterese im Durchflußventil ist entbehrlich. Der Kolben 41 und der Verbindungskanal
40 könnten in einem derartigen Fall wegfallen.
-
Zum Eilgang und Arbeitshub in der Gegenrichtung wird die Hochdruckpumpe
an die Anschlußöffnung 21 angeschlossen. Die einzelnen Funktionsschritte laufen
dann in der geschilderten Weise, aber in der entgegengesetzten Richtung ab.