DE1300398B

DE1300398B - Hydraulic drive with rapid traverse and power stroke

Info

Publication number: DE1300398B
Application number: DE1967F0052004
Authority: DE
Inventors: Koegel Karl
Original assignee: Frieseke and Hoepfner GmbH
Current assignee: Frieseke and Hoepfner GmbH
Priority date: 1967-04-01
Filing date: 1967-04-01
Publication date: 1969-10-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Antrieb mit Eilgang und Krafthub, enthaltend einen in einem Arbeitszylinder angeordneten Arbeitskolben großen Querschnittes mit Kolbenstangen auf seiner Antriebs- und Abtriebsseite, einen Eilgangkolben kleinen Querschnittes mit Kopplungsgliedern zur Mitnahme des Arbeitskolbens während des Eilganges sowie mindestens einen Steuerungskörper zur Freigabe eines großen überströmquerschnittes für das Hydrauliköl von einer Seite des Arbeitskolbens zur anderen während des Eilganges und während des Rücklaufes des Arbeitskolbens und zum Verschluß dieses Strömungsraumes während des Krafthubes.The invention relates to a hydraulic drive with rapid traverse and power stroke, containing a working piston arranged in a working cylinder large cross-section with piston rods on its drive and output side, one Rapid traverse piston of small cross-section with coupling links for driving the working piston during rapid traverse and at least one control body to release a large overflow cross-section for the hydraulic oil from one side of the working piston on the other hand during the rapid traverse and during the return of the working piston and to close this flow space during the power stroke.

Durch den überströmquerschnitt kann während des Eilganges Hydrauliköl nahezu widerstandslos von der einen Seite des Arbeitskolbens zu dessen anderer Seite strömen. Dieser stellt für den Eilgang daher nur einen geringen Widerstand dar. Es ist daher möglich, dem Eilgangkolben einen sehr kleinen wirksamen Querschnitt zu geben und in Verbindung mit einer vorgegebenen, für den Krafthub bemessenen Fördermenge der Hydraulikpumpe eine hohe Eilganggeschwindigkeit zu erhalten.Hydraulic oil can flow through the overflow cross-section during rapid traverse almost without resistance from one side of the working piston to the other side stream. This therefore only represents a low resistance for rapid traverse. It is therefore possible for the rapid traverse piston to have a very small effective cross section to be given and in connection with a predetermined delivery rate measured for the power stroke to obtain a high rapid traverse speed of the hydraulic pump.

Zur Freigabe des überströmquerschnittes kann (österreichisches Patent 251994) im Arbeitszylinder koaxial und in Abstand von den Wänden ein separater Führungszylinder für den Arbeitskolben angeordnet sein, wobei das Hydrauliköl um die beiden Stirnseiten dieses Führungszylinders strömen kann. Zum Verschluß dieses so geschaffenen großvolumigen Strömungsraumes kann der Führungszylinder durch eine Hilfskraft mit einer Stirnseite bis zur dichten Anlage an eine Querfläche oder zum dichten Eintauchen in einen Ringspalt gebracht werden. Es ist auch möglich, den Führungszylinder für den Arbeitskolben feststehen zu lassen und mindestens eine seiner Stirnseiten durch einen Ringschieber zu verschließen (deutsche Patentschrift 1145 017). Bei einer anderen Ausführung (deutsches Patent 819 609) wird der überströmquerschnitt für das Hydrauliköl während des Eilganges durch große Öffnungen im Arbeitskolben gebildet, die für den Krafthub durch einen Ventilteller verschlossen werden. Bei den einseitig wirkenden hydraulischen Antrieben mit Führungszylinder für den Arbeitskolben oder mit Tellerventil ist es bekannt, einen schnellen Rückschub des Arbeitskolbens vorzusehen, indem man den Eilgangkolben als zweiseitig wirkenden Kolben ausgebildet und zum Rückschub dessen Rückseite mit Hydrauliköl beaufschlagt hat.To release the overflow cross-section, a separate guide cylinder for the working piston can be arranged in the working cylinder coaxially and at a distance from the walls (Austrian patent 251 994), the hydraulic oil being able to flow around the two end faces of this guide cylinder. In order to close this large-volume flow space created in this way, the guide cylinder can be brought into tight contact with a transverse surface or tightly immersed in an annular gap by an auxiliary force. It is also possible to leave the guide cylinder for the working piston stationary and to close at least one of its end faces with an annular slide (German patent specification 1 145 017). In another version (German patent 819 609), the overflow cross-section for the hydraulic oil during rapid traverse is formed by large openings in the working piston, which are closed by a valve disk for the power stroke. In the case of single-acting hydraulic drives with guide cylinder for the working piston or with a poppet valve, it is known to provide a rapid return thrust of the working piston by designing the rapid traverse piston as a double-acting piston and applying hydraulic oil to its rear side for pushing back.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem einseitig wirkenden Antrieb dieser Art ohne zusätzlichen Aufwand einen schnellen Rückschub des Arbeitskolbens zu ermöglichen.It is the object of the invention in the case of a unidirectional drive this kind of rapid pushing back of the working piston without additional effort to enable.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die auf der Antriebsseite des Arbeitskolbens liegende Kolbenstange einen größeren Abdichtdurchmesser im Gehäuse aufweist als diejenige auf der Abtriebsseite und daß ein Verschlußglied vorgesehen ist, das den durch Öffnung des überströmquerschnittes entstandenen großvolumigen Strömungsraum bei Rückschub des Arbeitskolbens bis auf die Zuflußöffnung für das den Kolbenrückschub bewirkende Hydrauliköl abschließt.This object is achieved in that the on the drive side of the The piston rod lying on the working piston has a larger sealing diameter in the housing has than that on the output side and that a closure member is provided is the large volume created by opening the overflow cross-section Flow space when the working piston is pushed back up to the inflow opening for the the hydraulic oil causing the piston return.

Es ist bekannt, zur Erzeugung einer Eilbewegung bei Differentialkolbenzylindern eine Schaltung zu benutzen, bei der beide Zylinderanschlüsse mit der Pumpe verbunden sind, so daß nur die Differenz der wirksamen Querschnitte als kraftübertragende Flächen wirken.It is known to produce a rapid movement in differential piston cylinders to use a circuit in which both cylinder ports are connected to the pump are, so that only the difference between the effective cross-sections as force-transmitting Areas work.

Durch die Erfindung wird mit geringstem Aufwand ein schneller Rückschub des Arbeitskolbens erreicht, da es lediglich erforderlich ist, eine der beiden Kolbenstangen im Durchmesser größer zu wählen als die andere.The invention enables a quick return movement with very little effort of the working piston, since it is only necessary to use one of the two piston rods to choose larger in diameter than the other.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Diese zeigt als Ausführungsbeispiel ein Kolbengetriebe mit Eilhub und schnellem Kolbenrückschub im Längsschnitt.The invention is explained below with reference to the drawing. These shows as an embodiment a piston gear with rapid stroke and rapid piston return thrust in longitudinal section.

Der hydraulische Arbeitszylinder 1 ist an seinen Enden mit Verschlußstücken 2 und 3 abgeschlossen, die durch Schraubhülsen 4 und 5 gesichert sind.The hydraulic working cylinder 1 is at its ends with locking pieces 2 and 3 completed, which are secured by screw sleeves 4 and 5.

Im Zylinder 1 befindet sich der Arbeitskolben 6. Dieser bildet mit den Kolbenstangen 7 und 8 eine bauliche Einheit.The working piston 6 is located in the cylinder 1 the piston rods 7 and 8 form a structural unit.

Die Kolbenstange 7 setzt sich nach rechts in den beispielsweise durch Aufschrumpfung einer Hülse stufig verdickten Stangenteil 9 fort.The piston rod 7 continues to the right in the example Shrink-fitting of a sleeve progressively thickened rod part 9.

Auf der Kolbenstange 7 sitzt eine Hülse 10, die zum Arbeitskolben. 6 hin in einen Ventilteller 11 übergeht. Dieser stützt sich gegen den Arbeitskolben 6 über eine Druckfeder 12 ab und kann großflächige Durchströmöffnungen 13 im Arbeitskolben 6 verschließen. Zum Zuführen bzw. Abfließen des Hydrauliköles dienen die Anschlußöffnungen 14 und 15.On the piston rod 7 sits a sleeve 10, which leads to the working piston. 6 merges into a valve disk 11. This is supported against the working piston 6 via a compression spring 12 and can large-area flow openings 13 in the working piston 6 close. The connection openings are used to supply or drain the hydraulic oil 14 and 15.

Auf der Antriebsseite des Arbeitskolbens 6 befindet sich der Raum 16, auf der Abtriebsseite der Raum 17.The space is located on the drive side of the working piston 6 16, room 17 on the output side.

Der Kolbenstangenteil 9 ist von einem Druckraum 18 für den Eilgang des Systems umgeben. Letzterer steht in der gezeichneten Weise unter Einschluß der Kanäle 19 und 20 mit der Anschlußöffnung 14 in Verbindung. Der auf der Antriebsseite des Arbeitskolbens 6 liegende Druckraum 16 ist ebenfalls mit der Anschlußöffnung 14 verbunden, und zwar über das Rückschlagventil21, den Kanal 22, den Ringraum 23 und den bereits erwähnten Kanal 20. Hierbei ist ein druckabhängig aufsteuerbares Durchflußventil zwischengeschaltet. Dieses umfaßt einen Schieber mit den Dichtstellen 24 und 25 und einer Eindrehung in der Mitte, die in der gezeichneten Weise mit Bohrungen 26 versehen ist. Der Teil 25 enthält ein federbelastetes Rückschlagventil 27 und dient als Steuerschieber für den Ringkanal 23, der seinerseits in den Zuführungskanal 22 übergeht. über einen kleinen Kanal 28 steht der Ringkanal 23 ferner in Verbindung mit einem Kolben 29, der unter dem Druck der Feder 30 steht.The piston rod part 9 is surrounded by a pressure chamber 18 for rapid traverse of the system. The latter is in connection with the connection opening 14 in the manner shown, including the channels 19 and 20. The pressure chamber 16 located on the drive side of the working piston 6 is also connected to the connection opening 14 via the check valve 21, the channel 22, the annular chamber 23 and the aforementioned channel 20. A flow valve that can be opened as a function of pressure is interposed. This comprises a slide with the sealing points 24 and 25 and a recess in the middle which is provided with bores 26 in the manner shown. The part 25 contains a spring-loaded check valve 27 and serves as a control slide for the annular channel 23, which in turn merges into the supply channel 22. The annular channel 23 is also connected via a small channel 28 to a piston 29 which is under the pressure of the spring 30.

Die Durchmesser der einzelnen Kolbenstangenteile sind so gewählt, daß der Durchmesser D 1 der Hülse 10 größer ist als der Durchmesser D 2 der Kolbenstange 9 und auch größer ist als der Durchmesser der Kolbenstange 8 auf der Abtriebsseite des Kraftkolbens 6.The diameters of the individual piston rod parts are chosen so that that the diameter D 1 of the sleeve 10 is greater than the diameter D 2 of the piston rod 9 and is also larger than the diameter of the piston rod 8 on the output side of the power piston 6.

Die Arbeitsweise dieses Antriebes in Vorwärtsrichtung ist folgende: Wird der Anschlußöffnung 14 von einer Hochdruckpumpe Hydrauliköl zugeführt, so findet dieses über die Kanäle 20 und 19 zunächst nur einen Weg in den Druckraum 18, da der Ringraum 23, der über den Kanal 22 eine Verbindung zum Druckraum 16 des Arbeitskolbens herstellen könnte, durch den Schieber 25 verschlossen ist. Ein geringer Druck im Raum 18 treibt die als Eilgangkolben wirkende Hülse 10 nach links. Die Feder 12 ist nun stärker gewählt als der Reibungswiderstand des Kolbens 6 und seiner Dichtung. Dadurch wird auch der Kolben 6 nach links mitgenommen. Die sich in den Räumen 16 und 17 befindliche Flüssigkeit kann dabei frei durch die relativ großen Öffnungen 13 im Arbeitskolben 6 strömen. Der Ventilteller 11 bildet für diesen Betrachtungsfall das Freigabeglied für einen großvolumigen Strömungsraum, der aus den Raumteilen 16 und 17 besteht.The mode of operation of this drive in the forward direction is as follows: If hydraulic oil is supplied to the connection opening 14 by a high-pressure pump, this initially only finds one way into the pressure chamber 18 via the channels 20 and 19, since the annular chamber 23, which is connected via the channel 22 to the Could produce pressure chamber 16 of the working piston, is closed by the slide 25. A low pressure in the space 18 drives the sleeve 10, which acts as a rapid traverse piston, to the left. The spring 12 is now chosen to be stronger than the frictional resistance of the piston 6 and its seal. As a result, the piston 6 is also carried along to the left. The liquid in the spaces 16 and 17 can flow freely through the relatively large openings 13 in the working piston 6. In this case, the valve disk 11 forms the release element for a large-volume flow space, which consists of the space parts 16 and 17.

Der Eilgang des Systems setzt sich so lange fort, bis das Ende der Kolbenstange 8 am Arbeitswiderstand anliegt. Damit kommt zunächst der Arbeitskolben 6 kurzzeitig zur Ruhe, und der Druck im Raum 18 steigt weiter an. Hierbei wird zunächst die Kraft der Feder 12 überwunden, und der Ventilteller 11 kommt am Arbeitskolben 6 zum Anliegen und verschließt somit die Durchflußöffnungen 13.The rapid traverse of the system continues until the end of the Piston rod 8 rests against the working resistance. This brings the working piston first 6 to rest briefly, and the pressure in space 18 continues to rise. Here is first the force of the spring 12 is overcome, and the valve disk 11 comes on the working piston 6 to rest and thus closes the flow openings 13.

Bei weiterem Anstieg des Druckes im Druckraum 18 wird das druckabhängig aufsteuerbare Durchflußventil24 bis 30 geöffnet, denn der Druck des über die Öffnung 14 zugeführten Hydrauliköles wirkt auch über die Pfade 20 und 26 auf die linke Seite des als Kolben wirkenden Schiebers 24. Dadurch wird auch der Schieber 25 mitsamt dem Kolben 29 gegen den Druck der Feder 30 nach rechts verschoben. Dabei gibt der Schieber 25 einen überströmweg zwischen dem Kanal 20 und dem Ringraum 23 frei. Damit ist nun eine Verbindung zwischen den Kanälen 20 und 22 und somit über das sich jetzt öffnende Rückschlagventil 21 zwischen der Anschlußöffnung 14 und dem antriebsseitigen Druckraum 16 des Arbeitskolbens 6 hergestellt. über diesen Verbindungsweg wird sodann der Krafthub des Kolbens 6 gespeist.If the pressure in the pressure chamber 18 continues to rise, this becomes pressure-dependent Openable flow valves 24 to 30 open, because the pressure of the opening 14 supplied hydraulic oil also acts via the paths 20 and 26 on the left side of the slide 24 acting as a piston. As a result, the slide 25 is also included the piston 29 is displaced to the right against the pressure of the spring 30. Thereby the Slide 25 clears an overflow path between the channel 20 and the annular space 23. In order to is now a connection between the channels 20 and 22 and thus over that now opening check valve 21 between the connection opening 14 and the drive-side Pressure chamber 16 of the working piston 6 is made. via this connection path is then the power stroke of the piston 6 is fed.

Der Kolben 29 und die Verbindungsbohrung 28 zum Ringraum 23 haben die Aufgabe, das Schließen des in der oben 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 29 gegenüber derjenigen des Kolbens 24 wesentlich größer ist. Es reicht jetzt ein entsprechend geringerer Druck in dem mit dem Kanal verbundenen Ringraum 23 aus, um die Kraft der Feder 30 weiterhin zu kompensieren. Durch diese Hysterese wird bewirkt, daß sich das Ventil 24 bis 30 nicht durch den plötzlichen Druckabfall im gesamten ölzuführungssystem wieder schließt, der bei Öffnen dieses Ventils eintreten kann, da plötzlich ein wesentlich größerer wirksamer Querschnitt des Kraftkolbens 6 vorhanden ist. Auf diese Angelegenheit wird nicht näher eingegangen, da sie nicht zur eigentlichen Erfindung gehört.The piston 29 and the connecting bore 28 to the annular space 23 have the task of closing the flow valve opened in the manner described above only when the hydraulic pressure is much lower than that required for opening to ensure previous pressure. This is caused by the fact that the area of the Piston 29 is significantly larger than that of piston 24. It is enough now a correspondingly lower pressure in the annulus connected to the channel 23 off in order to continue to compensate for the force of the spring 30. Because of this hysteresis causes the valve 24 to 30 not to be affected by the sudden drop in pressure closes again in the entire oil supply system, which occur when this valve is opened can, because suddenly a much larger effective cross section of the power piston 6 is present. This matter is not elaborated as it is not belongs to the actual invention.

Der schnelle Rückschub des Arbeitskolbens 6 geschieht folgendermaßen: Das Hydrauliköl wird jetzt der Anschlußöffnung 15 zugeführt. Die Feder 12 hat den Ventilteller, unterstützt von dem Druck des in den abtriebsseitigen Druckraum 17 einströmenden Öles vom Arbeitskolben 6 abgehoben, so daß der großvolumige zusammenhängende Strömungsraum 16/17 wiederhergestellt ist. Das rechte Ende der Hülse 10 stößt dabei an die Stufe der rechten Kolbenstange 9 an, so daß sie für diesen Fall zusammen mit der Kolbenstange 9 als Funktionseinheit zu betrachten ist. Durch den Druck des über die Öffnung 15 in den Raum 17/16 einströmenden Öles wird das Kugelventil 21 geschlossen. Dieses kann auch bereits vorher durch den Druck seiner Feder geschlossen worden sein.The rapid return of the working piston 6 takes place as follows: The hydraulic oil is now fed to the connection opening 15. The spring 12 has the Valve disk, supported by the pressure of the pressure chamber 17 on the output side inflowing oil lifted from the working piston 6, so that the large-volume contiguous Flow space 16/17 is restored. The right end of the sleeve 10 hits it to the step of the right piston rod 9 so that they come together for this case with the piston rod 9 is to be regarded as a functional unit. Due to the pressure of the The ball valve 21 is opened via the opening 15 of the oil flowing into the space 17/16 closed. This can also be closed beforehand by the pressure of its spring have been.

Da nun gemäß der Erfindung der Abdichtdurchmesser D 1 der Hülse 10 größer ist als der Abdichtdurchmesser D 3 auf der linken Seite vom Kolben 6, wirkt diese Durchmesserdifferenz als Kolbenfläche und treibt somit die Hülse 10 nach rechts aus dem Strömungsraum 17/16 heraus. Da diese - wie erwähnt und ersichtlich - am Stangenteil 9 anstößt, wird auch dieser und im Gefolge der mit ihm verbundene Kolben 6 und die linke Kolbenstange 8 mitgenommen. Die Eilhubgeschwindigkeit richtet sich, abgesehen von Druck und Menge des durch die Öffnung 15 einströmenden Öles, nach der Differenz der Durchmesser D 1 und D 3. Die Rückschubgeschwindigkeit ist demgemäß um so größer, je kleiner die Durchmesserdifferenz ist. Eine Grenze für diese Differenz ist durch die Summe der Reibungswiderstände gegeben, mit denen das Getriebe infolge seiner notwendigen Abdichtungen usw. naturgemäß behaftet ist.Since, according to the invention, the sealing diameter D 1 of the sleeve 10 is greater than the sealing diameter D 3 on the left side of the piston 6, this difference in diameter acts as a piston surface and thus drives the sleeve 10 to the right out of the flow space 17/16. Since this - as mentioned and can be seen - abuts the rod part 9, this and, as a result, the piston 6 connected to it and the left piston rod 8 are carried along. The rapid stroke speed depends, apart from the pressure and quantity of the oil flowing in through the opening 15, according to the difference between the diameters D 1 and D 3. The return speed is accordingly greater, the smaller the diameter difference. A limit for this difference is given by the sum of the frictional resistances with which the transmission is naturally afflicted as a result of its necessary seals etc.

Wäre das Kugelventil 21 nicht vorhanden, so könnte der beim Kolbenrückschub im Strömungsraum 16/17 herrschende Druck über die Pfade 22, 23 und 28 den Kolben 29 gegen die Feder 30 nach rechts verschieben und damit durch Öffnung des überströmweges zwischen den Kanälen 23 und 20 einen Druckabbau ermöglichen, ohne daß die Hülse 10 nach rechts hierbei verschoben werden würde. Dies wäre der Fall, wenn der im Raum 16/17 zum Kolbenrückschub notwendige Druck größer wäre als der zum Verschieben des Kolbens 29 erforderliche Druck. Ein solcher Fall wäre beispielsweise gegeben, wenn die Durchmesserdifferenz zwischen D 1 und D 3 nur gering ist und somit im Strömungsraum 16/17 ein relativ hoher Druck für den Kolbenrückschub erforderlich wäre. Es liegt auf der Hand, daß das Kugelventil 21 bei besonderer Wahl dieser Druckverhältnisse oder auch durch denkbare andere Ausbildungen des Ventils 24 bis 30 entfallen kann. Erfindungsnotwendig ist nur, daß zum Rückschub des Kraftkolbens 6 der Strömungsraum 16/17 bis auf die Öffnung 15 für das Hydrauliköl verschlossen sein muß.If the ball valve 21 were not present, the pressure prevailing in the flow chamber 16/17 when the piston is pushed back could move the piston 29 to the right via the paths 22, 23 and 28 against the spring 30 and thus create a through opening of the overflow path between the channels 23 and 20 Allow pressure to be reduced without the sleeve 10 being displaced to the right. This would be the case if the pressure required in space 16/17 to push the piston back were greater than the pressure required to move the piston 29. Such a case would exist, for example, if the difference in diameter between D 1 and D 3 is only small and thus a relatively high pressure for the piston return would be required in the flow space 16/17. It is obvious that the ball valve 21 can be omitted with a particular choice of these pressure conditions or through other conceivable designs of the valve 24 to 30. All that is necessary for the invention is that, in order to push the power piston 6 back, the flow space 16/17 must be closed except for the opening 15 for the hydraulic oil.

Claims

Claim: Hydraulic drive with rapid traverse and power stroke, containing a working piston with a large cross-section arranged in a working cylinder Piston rods on its drive and output side, a rapid traverse piston small Cross-section with coupling members for driving the working piston during the Rapid traverse and at least one control body to release a large overflow cross-section for the hydraulic oil from one side of the working piston to the other during rapid traverse and during the return of the working piston and for the closure of this flow space during the power stroke, characterized in that the on the drive side (16) the piston rod (7, 10) lying on the working piston (6) has a larger sealing diameter (D1) in the housing than that on the output side (17) and that a closure member (21) is provided, which resulted from the opening of the overflow cross-section (13) large volume flow space (16/17) when the working piston is pushed back up to the The inflow opening (15) for the hydraulic oil that causes the piston backward thrust closes off.