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Die Erfindung betrifft einen Oszillier-Zylinder mit
einem Gehäuse,
in dem ein Kolben mit Hilfe mindestens einer Kolbenstange verfahrbar
angeordnet ist, einem Zulauf und einem Ablauf für Hydraulik-Flüssigkeit
sowie einer Steuereinheit, die in den Kolben integriert ist.
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Die Umformung hydraulischer Leistung
in eine Arbeitsbewegung erfolgt bei hydraulischen Linearmotoren
durch Zylinder und Kolben. Der Arbeitszylinder bildet im hydraulischen
Kreislauf den arbeitabgebenden Verbraucher. Neben dem einfach wirkenden
Zylinder – dem
so genannten Plungerzylinder –, bei
dem die Kolbenstange direkt als Kolben dient und dessen Rückzug durch
Eigengewicht, Feder oder andere Mittel erfolgt, sind die doppelwirkenden
Zylinder die am meisten verbreiteten. Hierbei unterscheidet man
Zylinder mit einseitiger Kolbenstange und Zylinder mit zweiseitiger
Kolbenstange. Bei Zylindern mit zweiseitiger Kolbenstange, bei denen
die Kolbenstangen jeweils den gleichen Durchmesser haben – sogenannte
Gleichgangzylinder –,
sind Geschwindigkeiten und Kräfte
in beiden Bewegungsrichtungen gleich groß. Demgegenüber ergeben sich bei Zylindern
mit einseitiger Kolbenstange bzw. bei Zylindern mit zweiseitiger
Kolbenstange, bei denen die Durchmesser der Kolbenstangen jeweils
unterschiedlich sind – sogenannte
Differenzial-Zylinder – im
Normalfall bei gleichem Druck unterschiedliche Kräfte und bei
gleichem Volumenstrom unterschiedliche Geschwindigkeiten. Durch
Verbindung beider Zylinderräume
entsteht eine Eilgangfunk tion. Hierbei beziehen sich die Kräfte und
der Volumenstrom auf den Kolbenstangendurchmesser des Zylinders.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Differenzial-Zylinder.
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Bei Oszillier-Zylindern ist die oszillieren
e Hubbewegung des Kolbens mit einer Steuereinheit erzeugt. Aus WO
97/08464 A1 in Oszillier-Zylinder bekannt, der die Steuerelemente
aus den Gattungsmerkmalen im Zylindergehäuse enthält. Bei dem bekannten Oszillier-Zylinder
ist keine baulich getrennte Einheit vorhanden; die unter dem Begriff
Steuereinheit zu subsumieren wäre.
Vielmehr bedient sich der bekannte Oszillier-Zylinder einzelner im Gehäuse angeordneter
Steuerkanäle
und Steuerkanten. Eine solche Bauweise ist bei Oszillationsantrieben üblich und
soll verbessert werden. Aus
US
4 809 587 A ist eine Doppelkolben- und eine Doppelzylinder-Anordnung
bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung sind die Ölbohrungen
oder Ölkanäle nicht
im Gehäuse, sondern
unter Einbeziehung zweier Zylinderhälften und zweier gegeneinander
durch Druckfedern abgestützter
Kolben innerhalb der Kolben angeordnet, wodurch zwar eine Integration
vorhanden ist, jedoch keine Einheit.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde
einen Oszillier-Zylinder zu schaffen, der eine kompakte Bauweise
ermöglicht.
Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß der
Zulauf über
einen Pumpenanschluss in einen Kolbenstangenraum erfolgt und der
Zylinder im Eilgang ausfährt,
und dass ein Tankanschluss als Ablauf durch eine Bohrung entlang
der Längsachse
der Kolbenstange erfolgt, und dass der Kolben beim Einfahren durch
Erreichen der Endlage und beim Ausfahren durch Bewegungsstopp eine
Richtungsumsteuerung erfährt.
Mit der Erfindung ist ein Oszillier-Zylinder geschaffen, dessen Steuereinheit
nicht mehr außerhalb
des Zylinders angeordnet ist und dadurch keine Verbindung zwischen Zylinder
und Steuereinheit mit Hilfe von Rohren erfordert. Dadurch ist eine
kompakte Bauweise des Zylinders hervorgerufen. Undichtigkeiten an
den Verbindungsstellen der Rohre mit dem Zylinder und der Steuereinheit
sind vermieden.
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In Ausgestaltung der Erfindung besteht
die Steuereinheit aus einem selbstgeschalteten 5/2-Wegeventil. Das
5/2-Wegeventil dient zum selbständigen
Hin- und Herschalten des Zylinders. Es ermöglicht eine arbeitsdruck-unabhänige; automatische Richtungsumsteuerung,
wobei die Umschaltung beim Ausfahren durch Bewegungsstop und beim
Einfahren durch Erreichen der Endlage erfolgt. Pumpenstop oder Unterbrechung
des Zulaufs von Hydraulik-Flüssigkeit
bedeutet bei Neustart immer, daß der Zylinder
einfährt.
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Vorteilhaft erfolgt der Ablauf durch
eine Bohrung entlang der Längsachse
der Kolbenstange. Hierdurch ist das Verlassen der Hydraulikflüssigkeit zuverlässig gewährleistet.
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In weiterer Ausgestaltung ist im
Zulauf eine Pumpe angeordnet. Durch Verwendung einer Regelpumpe
oder durch den Einbau von Druck- und Stromregelventilen in den Zylinderkopf
sind beispielsweise die Geschwindigkeit und die Kraft des Zylinders
unterschiedlich einstellbar.
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In Weiterbildung der Erfindung ist
an dem dem Zylinderkopf abgewandten Ende des Gehäuses eine Überdeckung ausgebildet. Mit
Hilfe der Überdeckung,
in die der Kolben einfährt,
ist die Betätigung des
Wegeventils auf einfache Weise ermöglicht.
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Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung sind in den übrigen
Unteransprüchen
angegeben. Ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend
im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines Oszillier-Zylinders;
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2:
einen Schnitt durch einen Oszillier-Zylinder;
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3:
eine schematische Darstellung eines Zylinders mit Wegeventils in
der Stellung „Einfahren";
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4:
den in 3 dargestellten
Zylinder mit Wegeventil in der eingefahrenen Endstellung und
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5:
den in 3 dargestellten
Zylinder mit Wegeventil in der Stellung „Ausfahren".
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Der als Ausführungsbeispiel dargestellte
Oszillier-Zylinder weist ein Gehäuse 1 auf,
das an seinem einen Ende mit einem Zylinderkopf 2 versehen ist.
Der Zylinderkopf 2 weist einen Pumpenanschluß P als
Zulauf und einen Tankanschluß T
als Ablauf auf.
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In dem Gehäuse 1 ist ein Kolben 4 mit
Hilfe einer Kolbenstange 5 verfahrbar angeordnet. In den Kolben 4 ist
eine Steuereinheit 6 integriert.
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Das Gehäuse 1 ist in Form
eines einseitig geschlossenen Rohres ausgebildet. An dem dem Zylinderkopf 2 abgewandten
verschlossenen Ende des Gehäuses 1 ist
eine Überdeckung 1 1
ausgebildet. Das Gehäuse 1 ist
in den Zylinderkopf 2 eingeschraubt und mit Hilfe eines
Konterrings 12 gesichert.
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Der Zylinderkopf 2 ist von
der Kolbenstange 5 durchsetzt. In seinem dem Gehäuse 1 abgewandten
Bereich dient der Zylinderkopf 2 als Führung für die Kolbenstange 5.
Er weist hierzu zwei nebeneinander angeordnete Stangenführungsringe 21 auf.
Im Anschluß an
die Stangenführungsringe 21 sind
ein Nutring 22 und ein Abstreifer 23 vorgesehen.
Der Pumpenanschluß P
ist mit Hilfe eines Reduzierstutzens 24 in dem Gehäuse 2 ausgebildet.
Der Reduzierstutzen 24 ist mit einer – nicht dargestellten – Pumpe
verbunden. Die Pumpe ist im Ausführungsbeispiel
als Regelpumpe ausgelegt. Anstelle einer Regelpumpe können in
den Zylinderkopf 2 Druck- und Stromregelventile eingebaut
sein. Der Reduzierstutzen 24 ist in eine Gewindebohrung 25 eingeschraubt,
die mit der Bohrung 26, die von der Kolbenstange 5 durchsetzt
ist in Verbindung steht. In der dem Gehäuse 1 zugewandten
Richtung von der Gewindebohrung 25 aus ist die Bohrung 26 im
Durchmesser erweitert, um den Eintritt der Hydraulikflüssigkeit
durch den Reduzierstutzen 24 in einen zwischen Gehäuse und
Kolbenstange ausgebildeten Kolbenstangenraum 56 zu ermöglichen.
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Der Kolben 4 ist in dem
Gehäuse 1 geführt. Zwischen
dem Kolben und dem geschlossenen Ende des Gehäuses 1 ist ein Kolbenraum 42 ausgebildet. Der
Kolben hat einmal die Funktion der Raumtrennung zwischen Kolben-
und Kolbenstangenraum, zum anderen dient er der Aufnahme der Steuereinheit 6.
Auf dem Umfang des Kolbens 4 ist eine Kolbendichtung 41 angeordnet.
Der Kolben 4 weist an seinem dem Gehäuse 1 abgewandten
Ende eine Durchmesserverkleinerung auf, mit der er in die Überdeckung 1 1
im Gehäuse 1 einfahren
kann. Auf der dem Gehäuse 1 zugewandten
Seite ist in den Kolben 4 die Kolbenstange 5 eingeschraubt.
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Die Kolbenstange 5 ist entlang
ihrer Längsachse
von einer Bohrung 51 durchsetzt. Die Bohrung 51 trifft
an ihrem dem Kolben 4 abgewandten Ende auf eine rechtwinklig
angeordnete Gewindebohrung 52. In die Gewindebohrung 52 ist
ein Stutzen 53 eingeschraubt, der über einen Schlauch 54 und
einen Stutzen 55 mit dem Zylinderkopf 2 verbunden
ist. Der Stutzen 55 steht durch Bohrungen im Zylinderkopf 2 mit
dem Tankanschluß T
in Verbindung.
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Die Steuereinheit 6 besteht
aus einem selbstschaltendem 5/2-Wegeventil. Über eine Feder 61 stützt sich
die aus einem Steuerkolben 62 bestehende Steuereinheit 6 an
dem in den Kolben 4 eingeschraubten Ende der Kolbenstange 5 ab.
In dem Steuerkolben 62 sind eine Anzahl Kanäle angeordnet,
die die Funktion der Steuereinheit in Form eines selbstgeschalteten
5/2-Wegeventils ermöglichen. Die
Funktion ist nachfolgend im einzelnen anhand der schematischen Darstellungen
der 3 bis 5 erläutert.
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In der in 3 dargestellten Position befindet sich
der Steuerkolben 62 in der Schaltposition b. Die Pumpenmenge
steht am Anschluß P
und einer Steuerbohrung S1 an und fließt durch Düsen d1 und d2 über eine
Steuerbohrung S3 in den Kolbenraum 42. Von dort aus fließt die Hydraulikflüssigkeit über einen
Anschluß A
zum Anschluß T
und von dort durch die Bohrung 51 über den Stutzen 53,
den Schlauch 54 und den Stutzen 55 zu einem – nicht dargestellten – Tank.
Die Schaltstellung b wird dadurch gehalten, in dem die Auslegung
der Düsen
d1 zu d2 eine Abstimmung aufweist, bei der der Steuerdruck p1. in
dieser Fahrbewegung des Zylinders kleiner ist als die Summe der
Gegenkräfte
bestehend aus p2 plus der Rückstellkraft
der Feder 61. Diese Voraussetzung ist dadurch erzielt,
daß die
Düse d1 zur
durchflußbestimmenden
Düse wird
und einen wesentlich kleineren Durchmesser als die Düse d2 aufweist.
Diese hat für
die Einfahrbewegung des Zylinders keine Bedeutung.
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In 4 fährt der
Zylinder 4 mit der Steuerbohrung S3 in die Überdeckung 11 und
unterbricht den Ölfluß durch
die Düsen
d1 und d2. Der Druck p1 wird zum Pumpendruck und schaltet den Steuerkolben 62 in
seine Schaltstellung a. Der Steuerkolben 62 fährt aus,
wobei der Druck p1 als Pumpendruck erhalten bleibt, selbst wenn
die Steuerbohrung S3 die Überdeckung 11 verläßt. Diese
Selbsthaltung wird dadurch erreicht, daß in der Schaltstellung a die Düse d1 durch
die Verbindung S1 zu S2 umgangen wird und die Düse d2 den Druck p1 zum Pumpendruck
androsselt.
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In 5 fährt der
Kolben 4 im Eilgang aus. Die Pumpenmenge plus das Stangenvolumen
wird von P nach A in den Kolbenraum 42 des Zylinders gefördert. Der über die
Steuerbohrungen S1 und S2 aus der der Kolbenstange 5 zugewandten
Seite des Kolbens 4 am Anschluß P abgenommene Druck p1 ist
durch den Ölfluß erzeugt.
Die Bewegung des Kolbens 4 ist folglich mindestens um den
Betrag der Federkraft der Feder 61 höher als der Druck p2. Somit bleibt
die Schaltstellung a für
die Zeit, in der der Kolben 4 ausfährt, erhalten.
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Aus der vorstehend beschriebenen
Funktion kann abgeleitet werden, daß in dem Moment, in dem die
eingeleitete Ausfahrbewegung des Kolbens 4 zum Stillstand
kommt und der Durchfluß von
P nach A zu null wird, auch automatisch die Drücke p1 und p2 gleich groß werden
und der Steuerkolben durch die Feder 61 in die Schaltstellung
b geschaltet wird.
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Anders als im Ausführungsbeispiel
dargestellt kann an dem Kolben 4 eine zweite Kolbenstange
vorgesehen sein, deren Durchmesser ungleich dem der Kolbenstange 5 ist.
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Die beschriebene Lösung bildet
eine kompakte Antriebseinheit mit einem integrierten Steuerungssystem.
Die Kombination von Arbeitsmittel und hydraulischer Steuerung minimiert
Teile, erspart Verrohrungsaufwand und ermöglicht eine Verringerung des
Bauvolumens und damit der Kosten.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Zylinderkopf
- 4
- Kolben
- 5
- Kolbenstange
- 6
- Steuereinheit
- 11
- Überdeckung
- 12
- Konterring
- 21
- Stangenführungsring
- 22
- Nutring
- 23
- Abstreifer
- 24
- Reduzierstutzen
- 25
- Gewindebohrung
- 26
- Bohrung
- 41
- Kolbendichtung
- 42
- Kolbenraum
- 51
- Bohrung
- 52
- Gewindebohrung
- 53
- Stutzen
- 54
- Schlauch
- 55
- Stutzen
- 56
- Kolbenstangenraum
- 61
- Feder
- 62
- Steuerkolben