DE1650521B2 - Doppeltwirkender hydro zylinder mit nachfolgesteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen doppeltwirkenden Hydrozylinder mit. Nachfolgesteuerung, wobei in einer Axialbohrung des Arbeitskolbens bzw. der Kolbenstange ein mit schraubenlinienförmig verlaufenden Steuerkanten — deren axiale Erstieekung dem Arbeitshub entspricht — versehener Steuerkolben drehbar und axial unverschiebbar angeordnet ist und dessen Steuerkanten mit im Arbeitskolben bzw. in der Kolbenstange verlaufenden Steuerkanälen in korrespondierender Verbindung stehen und der bei einer Drehwinkelverstellung gegenüber den Steuerbohrungen eine axiale Lageänderung des Arbeitskolbens herbeiführt.

Der Steuerteil des Hydrozylinders wird somit von dem Steuerkolb.:n gemeinsam mit dem Arbeitskolben bzw. der Kolbenstange gebildet, so daß zusätzliche Rückführungsglieder, wie sie bei Verwendung eines selbständigen Steuerteiles erforderlich sind, entfallen können. Außerdem ergibt ein so gebildeter Steuerteil eine platzsparende geschlossene Baueinheit des doppeltwirkenden Hydrozylinders. Weiter wird durch die schraubenlinienförmig verlaufenden Steuerkanten, deren axiale Erstreckung dem Kolbenhub entspricht, in einfachster Weise aus einer drehenden Steuerhewegung eine in Axialrichtung wirkende Kraftverstärkung erreicht.

Bei diesen bekannten doppeltwirkenden Hydrozylindern mit Nachfolgesteuerung sind für jede der beiden Hubriehtuneen des Arbeitskolhens jeweils zwei Steuerkanten des Steuerkolbens und zwei mit diesen Steuerkanten zusammenwirkende, im Arbcitskolben bzw. Kolbenstange verlaufende Steuerkanale erforderlich, sowie zusätzliche im Steuerkolben verlaufende, das Steuermedium zu- b/w. abführende Kanäle, die mit den von Steuerkanten eingeschlossenen Nuten am Umfang des Steuerkolbens in Verbindung stehen. Diese das Druckmittel weiterleitenden Nuten müssen zur Aufrechterhaltung der Stcuerfunktion in jeder Stellung des Arbcitskolbens von der Axialbohrung im Kolben bzw. in der Kolbenstange überdeckt bleiben.

Dadurch muß die Axialerstreckung von Kolben mit Kalbenstangc mindestens dopf.:lt so groß sein wie die den Kolbenhub bestimmende Axialerstreckung der Nuten. Das Nutenvolumen eines solchen Zylinders gegenüber einem normalen Arbeitszylinder ist deshalb nur halb so groß.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen doppeltwirkenden Hydrozylinder der hier vorliegenden Art zu schaffen, dessen Hub durch die Steuermittel praktisch nicht beeinträchtigt wird und dessen Stcllgcnaiiigkcit nur von wenigen an der Steucrr.r;: beteiligten Elementen beeinflußbar ist.

Nach der Erfindung wird dies erreicht durch die Verwendung eines an sich bekannten Arbeitszylinders mit Diffcrcntialkolben und Zuleitung des Druckmittels unter Umgehung der Steuerelemente unmittelbar in den kolbenstangenseitigen Zylinderraum, wobei die von den Steuerkanten eingeschlossenen

Nuten des Steuerkolheiis mil dem kolhenseitmen Zylirulerraum in unmittelbarer Verbindung stehen und die mit der einen Steuerkante des Steuerkolbens in Wirkverbindung stehenden Steuerkaniile im Kolben bzw. in der Kolbenstange in an sich bekannter Weise unmittelbar mit einem mit dem Tank in Verbindung stehenden Raum in Verbindung stehen und die mil der anderen Steuerkante des Steuerkolbens in Wirkvcrbintlung stehenden Steuerkaniile im Kolben bzw. in der Kolbenstange in an sich bekannter Weise mit ia dem kolbenstangenseiligen Zylinderraum in Verbindung stellen.

Durch die unmittelbare Zuführung des Druckmittels in den kolbenstangenseiligen Zylinderraum de> Differentialkolbenzyiinders — wie dies beispielsv.eise bei Differentialzylindern mit längsbewealichen Steuerkolben für die Folgesteuerung bekannt ist —. in Verbindung mit der funktionellen Bestimmung der von den Steuerkanlen des Steuerkolbens eingeschlossenen Nut. sowie die den Rücklauf bildenden Steuerkanäle im Kolben bzw. in der Kolbenstange. im für beide Hubrichiungen des Differentialkolbens jeweils nur eine Steuerkante des Steuerkolbens beteiligt. Die Steigung der schraubenlinienförmig verlaufenden Steuerkanlen. die ein Maß für das Untersetzungsverhällnis zwischen Drehwinkel des Steuerkolbens und Verstellweg des Differentialkolbens darhtelli. kann dadurch besonders flach ausgeführt werden und außerdem der gesamte Zylinderraum für den Kolbenhub ausgenutzt werden. Dadurch ergibt sich für einen gegebenen Hub eine gedrängte Bauweise des Verstärkers. Schließlich ist bei dieser sogeninnten Zweikantensteuerung der fertigungstechnische Aufwand insbesondere in bezug auf die genaue 1 agc der mit den Steuerkanten korrespondierenden Sieuerkanälen gering.

Der Steuerkolben wird vorteilhafterweise als eingängige Flach- oder Trapezgewindespindel ausgebildet, deren Gcwindeschuller in an skh bekannter Weise breiter ist als die Steuerbohrungen und deren Gewindeflanken in ebenfalls an sich bekannter Weise die Steuerkanten bilden.

Zur Vermeidung einer einseiligen Anlage des Steuerkolbens in der Arbeitskolben- bzw. Kolbenstangenbohrung werden in weiterer Ausbildung der Frfindung innerhalb des maximalen Nachiaufbcrciches des Differentialkolbens gegenüber den Steuerkznten des Steuerschiebers Entlastungskanäle im Arbeitskniben bzw. in der Kolbenstange vorgesehen, die mit den ihnen zugeordneten Stcuerkanäicn jo verbunden sind und gemeinsam mit diesen gleichmäßig am Umfang der Bohrung im Arbeitsko'ben bzw. in der Kolbenstangc verteilt sind.

Der Antrieb des Steuerkolbens erfolgt durch einen mit dem Steuerkolben verbundenen, durch den Zylinderdeckel hindurchgeführlen Wellenstumniel. der sich mittels eines Bundes oder Spannringes an einem Drucklager absiützt. wobei die axiale Fixierung des Slcuerkolbens mit Hilfe des im kolbenseitigcn Zylinderraum wirksamen Druckes des Druckmittels erfolgt.

Zweckmäßigerweise ist das kolbcnstangcnsciligc Ende des Stcucrkolhcns mit einem der Axialbohrung im Arbeitskolbcn bzw. Kolbenstange angepaßten zylindrischen Ansatz versehen, wobei zur Aufrechterhaltung der hydraulischen axialen Fixierung des Steuerkolbens der Durchmesser des nach außen geführten Wcllenstummcls crößer uchallcn ist als der Durchmesser des Suuerkolhens un-J der das Druckmittel zum Tank weiterleitende Steue;kanal in die Axialhiihrunu der Kolbenstange einmündet, und zwar an einer Stelle, die in Richtung des Wellenslummels aesehen bei eincezogenem Arbeitskolben vor dem zylindrischen Ansatz "des Steuerkolhens liegt. Dadu.ch bildet in einfacher Weise die Kolbenstange gleiehzeiüi? den Tankanschluß.

Für den Fall, daß die Maschinenelemente, die den hydraulischen Verstärker aufnehmen, nicht drehsteif zueinander ausgebildet sind, werden an dem Verstärker bekannte Drehsicherungselemente zwischen Zylinder und Kolben bzw. Kolbenstange vorgesehen. 'Ein Ausführungsbeispie! der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

Fig. lzeiut einen Axialschnitt durch den Hydro zylinder:

F i g. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Hydrozylinders nach Fig.l i;>. Bereich des Arbeitskolbens:

F i g. 3 zeigt einen Schnitt III-1II der F i g. 2.

Nach Fig. 1 ist mit 1 der hydraulische Zylinder mit dem kolbenseitigen Zylinderdeckel 2 und kolbenstangenseitigen Zylinderdeckel 3 bezeichnet. Im Zylinder 1 ist der Differentialkolben 5 geführt. Seine Kolbenstange 6 ist durch eine Bohrung 7 im Zylinderdeckel 3 nach außen geführt und durch einen Dichtungsring 8. der von einem in den Zylinderdeckel 3 eingeschraubten Einsatzkörper axial festgelegt ist. abgedichtet. Ein weiterer Dichtungsring 9 ist in eine Ringnut 10 eingelassen. Die Kolbenstange 6 weist mit Differentialkolben 5 eine durchgehende Axialbohrung Il auf. die kolbenseitig ein mit zwei Steuerbohrungen 12 und 13 versehenes rnhrförmigesStc.iorteil 14 und im Bereich der Kolbenstange 6 ein Führungsrohr 15 aufnimmt. Kolbcnstangens^itig ist die Axialbohrung 11 von einem YcrscMußsiopfer 16 abgeschlossen, der gleichzeitig das Steuerteil 14 und Führungsrohr 15 mit dem Kolben und der Kolbenstange kraftschlüssig verbindet, wobei sich der Steuerteil 14 mit seiner Stirnfläche 17 an ein Fcderelemenl 18 abstützt, das sich seinerseits an einen im Kolben 5 eingelassenen Sprengringl9 absiützt. Die durchmessergleichcn Axialbohrungen 20 und 21 des Steuerieiles 14 und des Führungsrohres 15 nehmen den als Flachgewindespindel ausgebildeten Steuerkolben 22 auf. Kolbenseitig ist der Steuerkolben 22 mit einer wellenstummelartigen Verlängerung 23 versehen, die durch den Zylinderdeckel 2 hindurchgeführt ist. Der Steuerkolben 22 stützt sich axial über den im Wellenstummel 23 eingelassenen Sprengring 24 am Drucklager 25 ab. Der Steuerkolhen 22 mit Wellenstummel 23 ist mit einer Axialbohrung 26 versehen, die wellenstummelscitig mil einem Stopfen 27 abgeschlossen i.->t Fine im Bereich des Wellenstummels 23 im Zylinderdeckel 2 eingelassene Ringnut 28 steht über eine Querbohrung 29 im Wellcnstummel mit der Axialbohrung 26 in Verbindung. Eine Bohrung 30 im Zylinderdeckel 2 verbindet die Ringnut 28 mit dem Tankanschluß 31. Eine Ringdichtung 32 mit Haltcelcmcnteß 33. 34 dichtet den von der Ringnut 28 gebildeten Raum nach außen ab.

Die Steuerbohrung 12 des Steucrteilcs 14 steht mit einer in der Kolbenbohrung eingelassenen Ringnut 35 und diese mit der im Kolben 5 verlaufenden Längsbohrung 36 in Verbindung. Kolbcnkopfseitig ist die Längsbohrung 36 mittels des Stopfens 37 verschlossen. Dadurch besteht in jeder Stellung des

Differentialkolbens 5 eine Verbindung zwischen Stcuerholming 12 und kolbcnstangenseitigem Zylinderraum 42. Die Sleuerbohning 13 des Steucrteiles 14 steht mit dem Ringraum 38 in Verbindung, der einerseits von der Axialbohrung 11 des Kolbens und Kolbenstange und andererseits von dem abgesetzten Teil 39 des Steuerteiles 14 und dem sich daran anschließenden Außenumfang des Führungsrohres 15 gebildet wird. Kolbenstangenseitig ist der Ringraum 38 von dem Verschlußstopfen 16 begrenzt. Durch Querbohrungen 40 in Nähe des Verschlußstopfens ist der Ringraum 38 mit einem Raum 41 verbunden, der seinerseits mit der Axialbohrung 26 des Steuerkolbens 22 in Verbindung steht. Damit besteht in jeder Stellung des Differenlialkolbens im Zylinder eine Verbindung zwischen Steuerbohrung 13 und Tankanschluß 31. Die Steuerbohrungen 12 und 13 werden in ihrer Nullstellung von den von den Gewindeflanken gebildeten Steuerkanten 43 und 44 ohne Überdeckung abgeschlossen. Dadurch wird ein annähernd spielfreier Betrieb des Hydrozylinders gewährleistet. Durch Drehen des Steuerkolbens, z. B. mittels eines am Wellenstummel 23 angekoppelten elektrischen Schrittmotors wird je nach Drehrichlung infolge des schraubenlinienförmigen Verlaufes der Steuerkanten 43, 44, die Steuerbohrung 13 oder 14 um einen von der Trägheit des Steuersystems bestimmten Betrag freigegeben und damit ein Übertritt des Druckmittels beispielsweise beim Öffnen des Steuerkanals 12 von dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum 42 über Steuerkanal 36. Ringnut 35. Steuerkanal 12 und Schraubengang 45 in den kolbensei t igen Zylinderraum 46 erreicht. Durch die größere wirksame Kolbenfläche 47 im Zylinderraum 46 gegenüber der wirksamen Kolbcnfläche 48 im kolbenstangenseitigen Zylinderraum 42 wird der Kolben 5 in Richtung des kolbenstangenseitigen Zylinderraumes 42 bewegt. Diese Bewegungsrichtung entspricht gleichzeitig der Schließrichtung des Steuerkanals 12.

Sobald der Steuerkolben durch Anhalten seines nicht dargestellten Antriebes gestoppt wird, kann sich der Arbeitskolben 5 nur noch so weit in Richtung des kolbenstangenseitigen Zylinderraumes 42 bewegen, bis sein Steuerkanal 12 von der Steuerkante 43 geschlossen und damit der Übertritt des Druckmittels vom kolbenstangenseitigen Zylinderraum 42 in den kolbenseitigen Zylinderraum 46 unterbrochen ist. Wird die Drehrichtung des Steuerkolbens 22 umgekehrt und damit eine Verstellung der Steuerkante 44 in Öffnungsrichtung herbeigeführt, wird der kolbenseitige Zylinderraum 46 über Schraubengang 45. Steuerkanal 13. Ringkanal 38. Querbohrungen 40. Raum 41. Axialbohrung 26. Querbohning 29. Ringraum 28. Querbohrung 30. Tankanschluß 31 und über die nicht dargestellte Tanklcitung mit dem ebenfalls nicht gezeigten Tank verbunden.

Infolge des hierbei auftretenden Druckgcfällcs zwischen dem unter Fumpcndruck stehenden kolhenstangenscitigen Zylinderraum 42 und dem mit dem Tank in Verbindung stehenden kolbenseitigen Zylinderraum 46 führt der Arbeitskolben 5 eine Bewegung in Richtung des kolbenseitigen Zylinderraumes 46

ίο aus, die der Schließrichtung des Steuerkanals 13 entspricht.

Sobald der Steuerkanal 13 von der Steuerkante 44 geschlossen ist und damit ein Übertritt des Druckmittels vom kolbenseitigen Zylinderraum 46 zum Tank unterbunden ist. findet keine weitere Verschiebung des Arbeitskolbens mehr statt.

Somit entspricht jeder Winkelstellung des Steuerkolbens eine bestimmte axiale Stellung des Arbeitskolbens 5.

Damit der Steuerkolben 22 infolge der Druckbeaufschlagung über die Steuerbohrung 12 sowie im Bereich der mit dem Tank in Verbindung stehenden Steuerbohrung 13 nicht einseitig im Steuerteil 14 anliegt, sind im Steuerteil zusätzliche Bohrungen 49. 50 vorgesehen, wobei gemäß Fig. 3 die zur Steuerbohrung 12 gehörenden Bohrungen 49 mit der Ringnut 35 und die zur Steuerbohrung 13 gehörenden Bohrungen 50 mit dem Ringraum 38 in Verbindung stehen.

Ihre wirksamen Querschnitte entsprechen denen der Steuerbohrungen, so daß der Steuerkolben 22 durch die gleichmäßig verteilte Anordnung der zusätzlichen Bohrungen 49, 50. gemeinsam mit der jeweiligen Steuerbohrung 12. 13. über dem Umfang des Steuerkolbens, hydraulisch ausgeglichen ist. Der Durchmesser der zusätzlichen Bohrungen 49.50 im Bereich der Gewindeschulter 51 ist so groß bemessen und so vorgesehen, daß sie bei der Steuerbeweguns des Steuerkolbens von der Gewindeschulter 51 überdeckt bleiben.

Die Pfeile 52 und 53 veranschaulichen den Ein- und Austritt der Arbeitsflüssigkeit des Hydrozylinders.

Die Erfindung ist nicht an das gezeigte Ausführungsbeispiel gebunden, so ist es insbesondere auch denkbar, daß das Steuerteil 14 mit Steuer! ohrungen 12 und 13 unmittelbar vom Kolben 5 bzw. von dei Kolbenstange 6 gebildet wird, die Verbindung dei Steuerbohrung 13 mit dem Rücklaufraum 41 durcl· eine Längsbohrung in der Kolbenstange 6 hergestelli wird und an Stelle eines Führungsrohres 15 dei Kolben 5 gemeinsam mit der Kolbenstange 6 eine entsprechende Axialbohrung für den Steuerkolben Tl erhält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Doppeltwirkender Hydrozylinder mit Nachfolgesteuerung, wobei in einer Axialbohrung des Arbeitskolbens bzw. der Kolbenstange ein mit schraubenlinienförmig verlaufenden Steuerkanien, deren axiale Erstreekung dem Arbeitshub entspricht, versehener Steuerkolben drehbar und axial unverschiebbar angeordnet ist und dessen Steuerkanten mit im Arbeitskolben bzw. in der Kolbenstange verlaufenden Steuerkanälen in korrespondierender Verbindung stehen und der bei einer Drehwinkelverstellung gegenüber den Steuerbohrungen eine axiale Lageänderung des Arbeitskolbens herbeiführt, gekennzeichnet durch c^e Verwendung eines an sich bekannten Arbeitszylinders (1) mit Differentialkolben (S) und Zuleitung des Druckmittels unter Umgehung der Steuerelemente (22. 43, 44. 14. 12, 13) unmittelbar in den kolbenstangenseitigen Zylinderraum (42). wobei die von den Steuerkanten (43, 44) eingeschlossenen Nuten (45) des Steuerkolbens (22) mit dem kolbenseitigen Zylinderraum (46) in unmittelbarer Verbindung stehen. und die mit der einen Steuerkante (44) des Steuerkolbens (22) in Wirkverbindung stehenden Steuerkanäle (13', im Kolben bzw. in der Kolbenstange in an sich bekannter Weist* unmittelbar mit einem mit dem Tank in Verbindung stehenden Raum (38) in Verbindung stehen ν id die mit der anderen Stcuerkante (43) in Wirkverbindung stehenden Steuerkanale (12) im Kolben bzw. in der Kolbenstange in an sich bekannter Weise mit dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum (42) in Verbindung stehen.

2. Doppeltwirkender Hydrozylinder nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (22) als eingängige Flach- oder Trapezgewindespindcl ausgebildet ist. deren Gewindeschulter (51) in an sich bekannter W< ise breiter ist als die Steuerbohrungen (12.13.49. 50) und deren Gcwindcflanken in ebenfalls an sich bekannter Weise die Steuerkanten (43. 44) bilden.

3. Doppeltwirkender Hydrozylinder nach den Ansprüchen I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß jedem Steuerkanal mehrere hydraulische Fntlastungskanäle zugeordnet sind, die gemeinsam mit dem jeweiligen Steuerkanal gleichmäßig am Umfang der Bohrung im Arbeitskolben b/w. Kolbenstange verteilt sind.

4. Doppeltwirkender Hvdnvylinder nach den Ansprüchen I bis 3 oder einem derselben, dadurch gekennzeichnet, daß der Steucrkolben arbcilskolbcnseitig an einem Drucklager abgestützt ist und in Verlängerung mit einem nach außen geführten Antricbsstummcl versehen ist.

5. Doppeltwirkender Hydrozylinder nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Steucrkolben einen der Axialbohrung der Kolbenslange angepaßten Fortsatz aufweist, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des durch den kolbenseitigen Zylinderdeckel nach außen geführten Antriebsslummcls.

6. Doppeltwirkender Hydrozylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialbohrung in der Kolbenstange in an sich bekannter Weise gleichzeitig den Tnnkanschluß bildet.

7. Doppeltwirkender Hydrozylinder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis (S, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mit Kolbenstange mit dem Zvlinder eine drehsieife Einheit bildet.