DE19512429A1 - Differentialzylinder als Betätigungsorgan insbesondere für zangenartige Brechwerkzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen ein- oder mehrstufigen Differentialzylinder der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 umrissenen Gattung.

Der Arbeitshub der Grundkonzeption solcher Differentialzylinder wird mit im wesentlichen gleichbleibender Geschwindigkeit durchlaufen, allenfalls beeinflußt durch bremsende Wirkung am Zylinder angreifender Last. Es gibt jedoch Anwendungsfälle, bei denen der Ausfahrhub sich aus einem Anstellbereich und einem Wirkbereich zusammensetzt, wobei die Ausfahrgeschwindigkeit des Zylinders im Wirkbereich geringer sein soll als im Anstellbereich.

Zur Lösung dieses Problems wird ein gattungsgemäßer Differentialzylinder vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen den Zylinderräumen eine Verbindung, zweckmäßigerweise eine Verbindungsleitung zwischen der Ausfahrdruckmittelleitung und der Einfahrdruckmittelleitung im Zylinderboden, vorgesehen wird, in die ein federbelastetes, zum einen unter der Einwirkung des Einfahrdruckmitteldrucks und zum andern unter der Einwirkung des Ausfahrdruckmitteldrucks, abhängig von einer Lastkomponente, schließendes Sperrventil eingefügt ist, bei dessen Schließen das einfahrseitige Sperrventil öffnet.

Dabei sind die Zylinderräume, also der bodenseitige Druckraum und der sogenannte Ringraum, beim Ausfahren des Zylinders zunächst miteinander mit dem Effekt verbunden, daß beim Ausfahren aus dem Ringraum verdrängte Druckmittel in den Zylinderdruckraum abströmt, den durch das von der Pumpe in den Zylinderdruckraum eingespeiste Druckmittel bewirkten Ausfahrvorgang, den Ausfahrvorgang beschleunigend unterstützend. Diese Schaltsituation bleibt erhalten, bis die ausfahrende Kolbenstange auf die Einleitung des eigentlichen Arbeitshub definierenden Widerstand stößt. Dieser Widerstand bzw. die sogenannte Lastkomponente führt zu einem Druckanstieg im Zylinderdruckraum, der das Schließen des in die Verbindungsleitung zwischen den Zylinderräumen eingefügten Sperrventils bewirkt, so daß das weitere Ausfahren des Zylinders nur noch unter der Einwirkung des durch die Pumpe in den Zylinderdruckraum eingespeisten Druckmittels erfolgt, dann auch dementsprechend langsamer in einer den nunmehr am Zylinder und gegebenenfalls dann auch am Objekt wirksam werdenden Kräften Rechnung tragenden Weise.

Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung nach Unteranspruch 2 eröffnet die Möglichkeit, das einfahrseitige Sperrventil und das Sperrventil für die Verbindungsleitung zwischen den Zylinderräumen in einer montagefreundlichen Patrone zusammenzufassen. Die Ansprechcharakteristik des der Verbindungsleitung zugeordneten Sperrventils läßt sich beeinflussen über die Kraft der dem Ventil seine Öffnungsstellung vermittelnden Feder, dann auch über die Dimensionierung der vom im Zylinderdruckraum anstehenden Druck beaufschlagten Druckangriffsfläche des auf den Schließkörper des Ventils einwirkenden Kolbens. Anstelle einer mechanischen Feder können natürlich auch Federn auf der Basis eines kompressiblen Mediums zum Einsatz kommen. Wird eine die Schließkörperkombination durchsetzende Bohrung bei beidseitig übereinstimmenden Druckangriffsflächen vorgesehen, führt das im Ergebnis dazu, daß eine schwächere, dann auch kleinere Rückstellfeder vorgesehen werden kann, was sich in vorteilhafter Weise dann auch in einer kleineren Dimensionierung einer Patrone niederschlägt, in der die Ventile dann zusammengefaßt werden, wenn sie in den Zylinderboden integriert werden sollen. Man kommt dann auch mit einem geringeren Öffnungsdruck beim Einfahren aus.

Der erfindungsgemäße Differentialzylinder in seiner einstufigen Ausführung bildet ein ideales Betätigungsorgan für zangenartige Brechwerkzeuge, bei denen es erwünscht ist, daß der Anstell- und der Lösehub schneller durchlaufen werden als der sich an den Anstellhub anschließende Arbeitshub. Als besonders vorteilhaft erweist sich die erfindungsgemäße Patronenlösung in diesem Zusammenhang, weil sie extrem raumsparend ist. Von Vorteil ist dann auch die Integrierung der Zuführung des Einfahrdruckmittels zur Ringraumseite des Zylinders in den Zylinder. Betriebsstörungen durch eine Beschädigung von außen liegenden Leitungen ausschließend.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen weitergehend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den neuen Differentialzylinder in eingefahrenem Zustand,

Fig. 2 den Zylinder in Fig. 1 in teilweise ausgefahrenem Zustand,

Fig. 3 den vollständig ausgefahrenen Zylinder,

Fig. 4 den Zylinder in Einfahrsituation,

Fig. 5 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines Zylinders mit alternativer Druckmittelführung,

Fig. 6 einen zweistufigen Zylinder, an dem die Erfindung realisiert ist, die 1. Stufe, teilweise ausgefahren,

Fig. 7 die Prinzipdarstellung eines Brechwerkzeugs, für das der neue Differentialzylinder in besonderer Weise geeignet ist,

Fig. 8 ein solches Brechwerkzeug in Aktion.

Der in den Fig. 1 bis 4 dargestellte einstufige Differentialzylinder besteht aus dem Zylinder 11 mit dem Boden 111, der in die das Innere des Zylinders ausbildende Zylinderwandung 112 übergeht, und dem sich im Zylinder 11 führenden, das Innere des Zylinders in den bodenseitigen Druckraum 113 und den sogenannten Ringraum 114 unterteilenden Kolben 21, der in die Kolbenstange 211 übergeht. In den Ausfahrdruckraum 113 des Zylinders 11 mündet die den Zylinderboden 111 durchsetzende Ausfahrdruckmittelleitung 31, in den Ringraum 114 mündet die sich ausgehend vom Zylinderboden 111 durch die Zylinderwandung 112 erstreckende Einfahrdruckmittelleitung 32. Die Ausfahrdruckmittelleitung 31 und die Einfahrdruckmittelleitung 32 liegen an einem Steuerschieber 33 in Gestalt eines 4/3-Wege-Ventils mit den Schaltstellungen Halt H, Ausfahren A und Einfahren E. Mit P ist eine Pumpe für das zum Aus- und Einfahren des Zylinders benötigte Druckmittel bezeichnet, mit T der Tank, aus dem die Pumpe das Druckmittel entnimmt und in den im Zylinderdruckraum 13 anstehendes Druckmittel beim Einfahren und ringraumseitig anstehendes Druckmittel beim Ausfahren teilweise wieder zurückströmt.

Die Einfahrdruckmittelleitung 32 ist in an sich bekannter Weise durch ein vom Einfahrdruckmitteldruck aufsteuerbares (321) 2/2-Wege-Ventil 34 abgesichert, dessen Schließkörper 341 unter dem Druck einer auf ihn einwirkenden Feder 342 die Schließlage einnimmt, aus der der Schließkörper 341 in die die Durchgängigkeit der Einfahrdruckmittelleitung 32 herbeiführende Öffnungsstellung unter Einwirkung auf ihn auf der von der Feder 342 abgekehrten Seite einwirkenden Einfahrdruckmitteldrucks überführt wird. Zylinderdruckraum 113 und Ringraum 114 sind durch eine sich im Zylinderboden 111 zwischen der Ausfahrdruckmittelleitung 31 und der Einfahrdruckmittelleitung 32 erstreckende Leitung 36 verbunden. In die Verbindungsleitung 36 ist ein in seiner Ausgangslage geöffnetes 2/2-Wege-Ventil 37 eingefügt, dessen Schließkörper 371 mit dem Schließkörper 341 des in die Einfahrdruckmittelleitung 32 eingefügten Ventils 34 über ein Zwischenglied 38 verbunden ist und somit ebenfalls der Einwirkung der auf den Schließkörper 341 des Ventils 34 hinterfangenden Feder 342 unterliegt. Dabei sind die Schließkörper 341 und 371 der Ventile 34 und 37 einander über das sie zusammenfassende Zwischenglied 38 in einer Weise zugeordnet, daß das in die Verbindungsleitung 36 eingefügte Ventil 37 sich in Öffnungsstellung befindet, wenn das in die der Einfahrdruckmittelleitung 32 eingefügte Ventil 34 geschlossen ist und das in die Verbindungsleitung 36 eingefügte Ventil 37 geschlossen ist, wenn das in die Einfahrdruckmittelleitung 32 eingefügte Ventil 34 geöffnet ist. Auf der von der Feder 342 abgekehrten Seite wirkt auf den Schließkörper 371 des in die Verbindungsleitung 36 eingefügten Ventils 37 ein vom in der Ausfahrdruckmittelleitung 31 anstehenden Druckmitteldruck beaufschlagbarer (31) erster Steuerkolben 372 mit einer Druckangriffsfläche 3721 (Fig. 2) ein, mit dem ein über die von der Einfahrdruckmittelleitung 32 ausgehende Steuerleitung 321 beaufschlagbarer zweiter Steuerkolben 373 auf die Schließkörper 341 und 371 der Ventile 34 und 37 einzuwirken vermag.

Der Schließkörper 341 des in die Einfahrdruckmittelleitung 32 eingefügten Ventils 34, der Schließkörper 371 des in die Verbindungsleitung 34 zwischen der Ausfahrdruckmittelleitung 31 und der Einfahrdruckmittelleitung 32 eingefügten Ventils 37, der Steuerkolben 372 und der Steuerkolben 373 sind fluchtend angeordnet, können also in Gestalt einer Patrone in den Zylinderboden 111 bzw. in einen am Zylinderboden 111 angesetzten Schaltblock integriert werden. Eine sich durch den Schließkörper 341 des Sperrventils 34, das diesen Schließkörper mit dem Schließkörper 371 des Sperrventils 37 zusammenfassende Zwischenstück 38 und den Schließkörper 371 des Sperrventils 37 durchsetzende Bohrung 39 in Verbindung mit beidseits gleich groß ausgelegten Druckangriffsflächen eröffnet einerseits die Möglichkeit, eine vergleichsweise schwach ausgelegte Rückstellfeder 342 vorzusehen, andererseits bedarf es dann auch nur eines geringeren Öffnungsdrucks beim Einfahren.

In der Einfahrendlage (Fig. 1), und zwar in einer Situation ohne Druckbeaufschlagung, ist das der Einfahrdruckmittelleitung 32 zugeordnete Ventil 34 geschlossen und das in die Verbindungsleitung 34 zwischen Ausfahrdruckmittelleitung 31 und der Einfahrdruckmittelleitung 32 eingefügte Ventil 37 geöffnet. Diese Schaltsituation bleibt bei der Einleitung des Ausfahrvorganges (Fig. 1) zunächst mit dem Effekt erhalten, daß beim Ausfahren des Kolbens 21 unter der Einwirkung durch die Ausfahrdruckmittelleitung 31 in den Zylinderdruckraum 113 zuströmenden Druckmittels aus dem Ringraum 114 verdrängtes Druckmittel über die Verbindungsleitung 36 zunächst ebenfalls in den Zylinderdruckraum 113 ein vergleichsweise schnelles Ausfahren des Kolbens 21 bewirkend überströmt. Diese Situation bleibt erhalten bis der Kolben 21, das heißt die vom Kolben 21 ausgehende Kolbenstange 211, auf Widerstand L stößt, der den Beginn des eigentlichen Arbeitshubs definiert. Dieser Widerstand L ruft im Zylinderdruckraum 113 einen Anstieg des Drucks hervor. Der erhöhte, dann auch an der Druckangriffsfläche 3721 des Steuerkolbens 372 anstehende Druck bewirkt eine Verlagerung des Steuerkolbens 372 aus der in Fig. 1 dargestellten Lage die in Fig. 2 dargestellte Lage. Dabei wird der Schließkörper 371 des in die Verbindungsleitung 36 eingefügten Ventils 37 durch den Steuerkolben 372 in seine Schließlage überführt und eingehend damit der Schließkörper 341 des in die Einfahrdruckmittelleitung 32 eingefügten Ventils 334 in die Öffnungsstellung, mit dem Ergebnis, daß der verbleibende Hub, der eigentliche Arbeitshub des Kolbens 21, nunmehr allein unter der Einwirkung des in den Zylinderdruckraum, über die Ausfahrdruckmittelleitung 31 eingespeisten Druckmittels, dementsprechend langsamer erfolgt, etwa bis zur in Fig. 3 dargestellten Ausfahrendlage, wobei das ringraumseitig anstehende Druckmittel über nunmehr durchgängige Leitung 32 zum Tank T hin abfließt. Bei der Ausfahrendlage in Haltesituation öffnet das in die Verbindungsleitung 36 eingefügte Ventil 37 unter der Einwirkung der Druckfeder 342 wieder, einhergehend damit schließt das einfahrseitige Ventil 34 (Fig. 3).

In Fig. 4 ist die Einfahrsituation dargestellt. Durch die Einfahrdruckmittelleitung 32 eingespeistes Druckmittel gelangt in den Ringraum 114 nach Aufsteuern des in die Einfahrdruckmittelleitung 32 eingefügten Ventils 34 durch den über die Steuerleitung 321 mit Einfahrdruckmittel beaufschlagten Steuerkolben 373 und damit auf den Schließkörper 371 des Ventils 37, womit die Unterbrechung der Verbindung (36) zwischen dem Zylinderdruckraum 113 und dem Ringraum 114 durch das gleichzeitig schließende Ventil 37 einhergeht. Das durch den unter der Einwirkung des in den Ringraum 114 strömenden Einfahrdruckmittels absinkenden Kolben 21 aus dem Zylinderdruckraum 113 verdrängte Druckmittel strömt hierbei insgesamt durch die Ausfahrdruckmittelleitung 31 über den Steuerschieber 33 zum Tank T hin ab, bis die in Fig. 1 dargestellte Einfahrendlage erreicht ist.

Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Differentialzylinders nach Fig. 5 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 bis 4 lediglich darin, daß die Druckmittelzuleitung zum Ringraum 114 nicht durch Zylinderwandung erfolgt sondern durch eine zentrische, vom Zylinderboden 111 ausgehende sich in den Kolben 21 einschließlich der Kolbenstange 211 hinein erstreckende Durchführung 32′ mit einer Verbindung 32″ zum Ringraum 114.

Fig. 6 zeigt die Realisierbarkeit der Erfindung an einem mehrstufigen Differentialzylinder mit flächenabhängiger Aus- und Einfahrfolge.

Die einstufige Version des neuen Differentialzylinders, dann auch die Zusammenfassung der Bestandteil des Zylinders bildenden Sperrventile in einer Patrone sowie die Zufuhr des Einfahrdruckmittels zur Ringraumseite durch den Zylinder selbst erweist sich als besonders vorteilhaft bei zangenartigen Brechwerkzeugen, etwa der aus den Fig. 7 und 8 entnehmbaren Gattung, zum einen deshalb, weil die gewünschte Differenzierung von Anstell- und Lösehub einerseits sowie Arbeitshub andererseits individuell anpaßbar ist, zum anderen dann auch deshalb, weil sich die erfindungsgemäße Lösung als in wünschenswerter Weise raumsparend und im hohen Maße betriebssicher erweist. Vergleichbare Vorteile haben bekannte Brechwerkzeuge nicht zu bieten.

Claims (8)

1. Ein- oder mehrstufiger Differentialzylinder, mit flächenabhängiger Aus- und Einfahrfolge der mehrstufigen Version, mit einer die Bodenseiten beaufschlagenden Ausfahrdruckmittelleitung und mit einer die Ringräume beaufschlagenden, durch ein federbelastetes, vom Einfahrdruckmitteldruck aufsteuerbares Sperrventil abgesicherten Einfahrdruckmittelleitung, die über einen vorgelagerten Steuerschieber mit den Stellungen "Ausfahren-Halt-Einfahren" ansteuerbar sind, gekennzeichnet durch eine Verbindungsleitung zwischen den Zylinderräumen, in die ein federbelastetes, zum einen unter der Einwirkung des Einfahrdruckmitteldrucks und zum andern unter der Einwirkung des Ausfahrdruckmitteldrucks zuzüglich einer Lastkomponente schließendes Sperrventil, bei dessen Schließen das einfahrseitige Sperrventil öffnet.

2. Differentialzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in Reihe mit dem Schließkörper (341) des der Einfahrdruckmittelleitung (32) zugeordneten Sperrventils 34 angeordnete Schließkörper (371) des der Verbindungsleitung (36) zwischen der Einfahrdruckmittelleitung (32) und der Ausfahrdruckmittelleitung (31) zugeordneten Sperrventils (37) über ein die Durchgängigkeit der Einfahrdruckmittelleitung (32) belassendes Zwischenglied (38) mit dem Schließkörper (341) des der Einfahrdruckmittelleitung (32) zugeordneten Sperrventils (34) verbunden ist und an seiner Rückseite ein vom in der Ausfahrdruckmittelleitung (31) anstehenden Druck beaufschlagbarer erster Steuerkolben (372) anliegt, auf den ein zweiter, dem Einfahrdruckmitteldruck ausgesetzter Steuerkolben (373) einwirkt.

3. Differentialzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (34) und das zweite (37) Sperrventil sowie der erste (372) und der zweite (373) Steuerkolben in einer Patrone zusammengefaßt sind.

4. Differentialzylinder nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Beeinflußbarkeit der Ansprechcharakteristik des zweiten Sperrventils (37) über die dem Sperrventil (37) die Öffnungsstellung vermittelnde Feder (342) und/oder über die Druckangriffsfläche (372) des ersten Steuerkolbens.

5. Differentialzylinder nach Anspruch 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine den Schließkörper (341) des einfahrseitigen Sperrventils (34), das Zwischenglied (38) und den Schließkörper (371) des der Verbindungsleitung (36) zwischen der Einfahrdruckmittelleitung (31) und der Ausfahrdruckmittelleitung (32) zugeordneten Sperrventils (37) durchsetzende Druckausgleichsbohrung (39).

6. Differentialzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung für das Einfahrdruckmittel zur Ringraumseite des Zylinders in den Zylinder integriert ist.

7. Differentialzylinder nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine vom Boden (111) des Zylinders (11) ausgehende, sich durch den Kolben (21) in die Kolbenstange (211) hinein erstreckende Durchführung für das Einfahrdruckmittel mit einer Verbindung (32″) zur Ringraumseite.

8. Anwendung eines einstufigen Differentialzylinders nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Antriebsorgan für zangenartige Brechwerkzeuge.