DE2257450A1

DE2257450A1 - Doppeltwirkende zylinder- und kolbenvorrichtung

Info

Publication number: DE2257450A1
Application number: DE19722257450
Authority: DE
Inventors: Daniel Ingemar Bjerkborn; Harry Anstrin Bjerkborn
Original assignee: Assa AB
Current assignee: Assa Abloy Opening Solutions Sweden AB
Priority date: 1971-11-26
Filing date: 1972-11-23
Publication date: 1973-06-07
Also published as: SE358450B; FR2161080A1; DK131516C; JPS4863171A; NL7215862A; JPS5118039B2; DK131516B; FR2161080B1

Description

D-4000 DÜSSELDORF 1 PATENTANWÄLTE

Malkastenstraße 2 DIPL.-ING. ALEX STENGER

DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE Dipl.-Ing.Heinz J.RING

Unser Zeichen: 1? 6?^ Datum: 21, November 1972

AB ASSA, 597 QQ ATYIDABERG, Schweden

Doppeltwirkende Zylinder- und Kolbenvorrichtung.

Es ist in vielen Fällen erwünscht, dass der Kolben in einer doppeltwirkenden, hydraulischen oder pneumatischen Zylinder- und Kolbenvorrichtung in beiden Richtungen eine gleich grosse Bewegungsgeschwindigkeit hat und eine gleich grosse Kraft entwickelt, was bei einer herkömmlichen Vorrichtung dieser Art nicht-der Fall ist, wo sich die Kolbenstange in einer Richtung von dem Kolben erstreckt und die Arbeitsflächen des Kolbens auf beiden Seiten somit nicht gleich gross sind.

Diese Schwierigkeit wird üblicherweise in der Art überwunden, dass man die Kolbenstange durch den ganzen Zylinder hindurch-, laufen lässt, wobei der Kolben an der Kolbenstange befestigt ist, d.h. die Kolbenstange erstreckt sich an den beiden Stirnseiten des Zylinders aus ihm heraus. Diese Lösung ist jedoch nicht zufriedenstellend, wenn man Kraft nur an dem einen Ende des Zylinders abzapfen will oder wenn man eine entgegengesetzt gerichtete Bewegung an den beiden Enden des Zylinders zu haben wünscht.

Eine bedeutend vorteilhaftere Lösung, die aus dem USA-Patent 2 497 608 als vorbekannt erachtet werden muss, ist eine doppeltwirkende Zylinder- und Kolbenvorrichtung vorzusehen, welche die folgenden Teile umfasst: einen geschlossenen Arbeitszylinder und mindestens einen Arbeitskolben mit einer das eine Ende des Zylinders durchsetzenden Arbeitskolbenstange sowie einen Ausgleichs.-zylinder und einen darin laufenden Ausgleichskolben, dessen Kolbenstange mit der Arbeitskolbenstange fest verbunden ist und ein geschlossenes Ende des Ausgleichszylinders durchsetzt, wobei die Fläche des Ausgleichskolbens so gewählt'ist,.dass sie den wegen der Arbeitskolbenstange entstehenden Flächenunterschied zwischen den beiden Seiten des Arbeitskolbens kompensiert.

Diese Lösung ist in dem USA-Patent zur hydraulischen Steuerung von Werkzeugmaschinen befürwortet und ist in baulicher Hinsicht für solche Zwecke nicht so praktisch, wo man eine kompakte Vorrichtung mit einem .geschlossenen Arbeitsmittelsystem ohne

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irgendwelche Zusatzgeräte zu haben wünscht.

Eine solche in vielen Fällen äusserst vorteilhafte Vorrichtung wird erfindungsgemäss dadurch geschaffen, dass eine direkte Verbindung zwischen dem Raum des Arbeitszylinders vor dem Arbeitskolben und dem Raum des Ausgleichszylinders hinter dem Ausgleichskolben vorgesehen ist.

Durch diese Bauart erzielt man nicht nur den Vorteil, dass die Geschwindigkeit der Kolbenstange und die von der Vorrichtung entwickelte Kraft in beiden Arbeitsrichtungen gleich gross wird, d.h. man erhält keinen Unterschied zwischen einem Arbeitshub und einem Rückhub, sondern auch dass das Arbeitsmittelsystem ganz geschlossen gestaltet werden kann, d.h. ein gesonderter Arbeitsmittelbehälter ist nicht erforderlich. Dieser Vorteil lässt sich bei einem hydraulischen System ausnutzen.

Eine konstruktive und ästhetisch ansprechende Lösung wird dann erreicht, wenn der Ausgleichszylinder im Verhältnis zum Arbeitszylinder im Arbeitskolben und dessen Kolbenstange fest angeordnet ist. Hierbei kann beispielsweise die Verbindung zwischen den beiden Zylindern in der Wand des Ausgleichszylinders angeordnet sein oder auch ist die Ausgleichskolbenstange rohrförmig und steht mit ihrem Inneren in Verbindung mit dem Raum des Ausgleichszylinders hinter dem Ausgleichskolben und erstreckt sich in einem mit dem Raum des Arbeitszylinders vor dem Arbeitskolben in Verbindung stehenden festen Rohr von der Stirnwand des Ausgleichszylinders vor dem Ausgleichskolben, durch diesen Kolben und in die rohrförmige Kolbenstange hinein.

Wenn man eine Zylinder- und Kolbenvorrichtung mit entgegengesetzt gerichteten, jedoch gleich grossen Bewegungen der Kolbenstangen an beiden Enden des Zylinders zu haben wünscht, kann man den oben geschilderten Erfindungsgedanken durch eine Bauart entwickeln, die sich durch zwei auf einander zu bzw. von einander weg arbeitende Arbeitskolben sowie einen zentral durch diese Kolben und deren Kolbenstangen verlaufenden, im Verhältnis zum Arbeitszylinder fest angeordneten Ausgleichszylinder mit einem Ausgleichskolben auszeichnet, welcher über seine Kolbenstange m. dem einen Arbeitskolben verbunden ist und derart untergebracht ist, dass der Raum des Ausgleichszylinders hinter dem Ausgleichskolben mit dem Raum des Arbeitszylinders zwischen den beiden Arbeits-

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kolben über Löcher im Ausgleichszylinder in ständiger Verbindung steht.

Mit einer solchen Bauart kann man erreichen, dass der^xArbeitszylinder feststeht, jedoch Einzelteilen auf beiden Seiten des Arbeitszylinders gleich grosse, aber entgegengesetzt gerichtete Bewegungen mit derselben Geschwindigkeit in beiden Richtungen erteilt, was in vielen Fällen erwünscht ist.

Wenn man bei einer erfindungsgemässen Vorrichtung öl od.dgl. als Arbeitsmittel verwendet, lässt man den Raum des Arbeitszylinders auf beiden Seiten des Arbeitskolbens über eine Leitung mit einer Pumpe und mit einem Wählerventil zur Bestimmung der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels in der Leitung direkt miteinander verbunden sein»

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist an einer grossen Anzahl von Stellen anwendbar. Als einziges Beispiel sei die hintere Gerätebefestigung an einem Schlepper erwähnt, wo der oberste der drei in einem Dreieck angeordneten Festpunkte einstellbar sein soll, damit sich die Stellung des Geräts im Verhältnis zum Boden einstellen lässt. Diese Einstellung erfolgte bisher üblicherweise mit Hilfe einer sog. Spannschraube, lässt sich jedoch bei schweren Geräten, besonders vom Sitz des Schleppers her, nur mit Schwierigkeit ausführen. Die Absicht ist demnach, diese Spannschraube durch eine erfindungsgeraässe Zylinder- und Kolbenvorrichtung zu ersetzen, die mit Hilfe eines Griffes betätigt werden kann, welcher sowohl eine Pumpe als auch ein Wählerventil steuert. Durch die erfindungsgemässe Bauart wird einerseits die gleiche Kraft und Geschwindigkeit in beiden Arbeit srichtungen und andererseits ein geschlossenes System ohne irgendwelchen gesonderten Behälter erzielt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 im Querschnitt die einfachst mögliche Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung,.

Fig. 2 und 3 im Querschnitt praktische Ausführungsformen einer Vorrichtung mit einem Arbeitskolben, und , '

Fig. 4 im'Querschnitt eine Ausführungsform mit zwei Arbeitskolben.

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Fig. 1 veranschaulicht das grundsätzliche Arbeitsprinzip der erfindungsgemässen Zylinder- und Kolbenvorrichtung. In einem normalerweise geschlossenen Arbeitszylinder 1 ist ein Arbeitskolben 2 mit einer Arbeitskolbenstange 3 angeordnet, die sich durch das eine Ende des Zylinders hinauserstreckt. Im Anschluss an den Arbeitszylinder 1 ist ein Ausgleichszylinder 4 mit einem Ausgleichskolben 5 vorgesehen, dessen Ausgleichskolbenstange 6 mit der Arbeitskolbenstange 3 durch ein Joch 7 fest verbunden ist, welches eine Befestigung 8 aufweist. Zwischen dem Raum 9 des Arbeitszylinders vor dem Arbeitskolben 2 und dem Raum 10 des Ausgleichszylinders 4 hinter dem Ausgleichskolben 5 läuft eine Verbindungsleitung 11. Zwischen dem Raum 9 des Arbeitszylinders 1 vor dem Arbeitskolben 2 und dem Raum 12 desselben Zylinders hinter diesem Kolben erstreckt sich eine Verbindungsleitung mit einer Pumpe 14, welche auch ein Wählerventil umfasst, das zur Bestimmung der Strömungsrichtung in der Leitung 13 dient.

Die beschriebene Bauart soll mit hydraulisches öl od.dgl. als Arbeitsmittel arbeiten. Ist es aber erwünscht, Druckluft als Arbeitsmittel zu verwenden, kann die Bezugsziffer 14 auf eine Druckluftquelle abzielen, die entweder mit dem Raum 9 oder dem Raum 12 im Arbeitszylinder 1 in Verbindung gesetzt werden kann.

Falls der Ausgleichsteil (der untere Teil in Fig. 1) der Vorrichtung nicht vorhanden wäre, würde man eine völlig übliche Zylinder- und Kolbenvorrichtung mit den gewöhnlichen Nachteilen gehabt haben, und zwar, dass der Kolben 2 bei seinem Arbeitshub nach links eine niedrigere Geschwindigkeit und grössere Kraft hat als bei seinem Rückhub nach rechts. Dieser Nachteil ist darauf zurückzuführen, dass die dem Raum 9 zugewandte Fläche des Ärbeitskolbens 2 grosser ist als die dem Raum 12 zugewandte Fläche wegen der Querschnittsfläche der Kolbenstange 3, und aus diesem Grunde kann man kein derart einfaches geschlossenes System haben, wie es in der oberen Hälfte der Fig. 1 gezeigt ist, sondern man muss einen gesonderten Vorratsbehälter anordnen.

Wenn man nun den Ausgleichsteil in der Art bemisst, dass die dem Raum 10 des Ausgleichszylinders 4 zugewandte Fläche des Ausgleichskolbens 5 gleich der Querschnittsfläche der Arbeitskolbenstange 3 ist, kann man den oben geschilderten 1,'achteil vermeiden. Bei der Bewegung des Arbeitskolbens 2 nach links wird nämlich

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auch der Ausgleichskolben 5 nach links mitgenommen, wodurch öl durch die Verbindungsleitung 11 in den Raum 9 des Arbeitszylinder 1 gedrückt wird, wodurch genügend viel zusätzliches Arbeitsmittel in diesen Raum 9 hineingelangt, um die Querschnittsflache der Arbeitskolbenstange 3 und die dadurch entstehende geringere Strömung nach rechts als nach links durch die Leitung 13 zu kompensieren, In dem entgegengesetzten Fall wird Arbeitsmittel bei der Bewegung des Arbeitskolbens 2 nach rechts von dem Raum 9 des Arbeitszylinders 1 in den Raum 10 des Ausgleichszylinders gepresst oder vielmehr gesogen.

Es sei erwähnt, dass der Raum 15 des Ausgleichszylinders 4 vor dem Ausgleichskolben 5 ins Freie offen ist. Es sei gleichfalls erwähnt, dass in diesen Figuren wie auch in den übrigen Figuren keine Dichtungen und dergleichen notwendigen Elemente gezeigt worden sind, da solche Elemente irreführend wirken wurden. Die Figuren sind lediglich beabsichtigt, die Grundsätze der Erfindung zu veranschaulichen.

In Fig. 2 und 3 sind zwei praktische Ausführungsformen der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung dargestellt. In Fig. 2 und 3 tragen die der Fig, 1 entsprechenden Teile die gleichen Bezugsziffern.

In den beiden in Fig. 2 und 3 gezeigten Vorrichtungen ist der Ausgleichszylinder 4 im Inneren des als Rohr ausgebildeten Arbeitskolbens 2 mit deren Kolbenstange 3 vorgesehen. Der Ausgleichszylinder 4 ist im Verhältnis zum Arbeitszylinder 1 feststehend. Die dem Raum 10 des Ausgleichszylinders 4 hinter dem Ausgleichskolben zugewandte Fläche des Ausgleichskolbens 5 ist auch in diesem Falle so gewählt, dass sie den Flächenunterschied , zwischen den den bezüglichen Arbeitszylinderräumen 9 und 12 zugewandten Seiten des Arbeitskolbens 2 kompensiert. Der Raum 15 des Ausgleichszylinders 4 vor dem Ausgleichskolben 5 steht über ein Loch 16 mit dem Freien in Verbindung.

In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform liegt die zwischen dem Raum 10 des Ausgleichszylinders 4 und dem Raum 9 des Arbeitszylinders 1 verlaufende Verbindungsleitung 11 in der Wand des Ausgleichszylinders 4, d.h. der Trennwand zwischen Arbeitszylinder und Ausgleichszylinder. Der Ausgleichskolben 5 und die Ausgleichskolbenstange 6 sind also in diesem Falle massiv.

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In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich dagegen eine als Rohr ausgebildete Verbindungsleitung 11 von der Stirnwand des Ausgleichszylinders 4 vor dem Ausgleichskolben 5, durch diesen Kolben und in die als geschlossenes Rohr ausgebildete Ausgleichskolbenstange 6 hinein; die Leitung 11 steht mit dem Raum 9 des Arbeitszylinders 1 vor dem Arbeitskolben 2 in Verbindung, während die rohrförmige Ausgleichskolbenstange 6 mit dem Raum 10 des Ausgleichszylinders 4 hinter dem Ausgleichskolben 5 in Verbindung steht. Auf diese Weise erzielt man die erstrebte Verbindung zwischen den Räumen 9 und 10.

In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Zylinder- und Kolbenvorrichtung ist der in Fig. 1 veranschaulichte Grundgedanken derart entwickelt worden, dass man im Arbeitszylinder 1 zwei in entgegengesetzten Richtungen arbeitende Arbeitskolben 2 und 2' mit deren Arbeitskolben 3 und 3¹ sowie deren Befestigungen 8 und 8' hat. Durch diese Arbeitskolben und Arbeitskolbenstangen läuft der im Verhältnis zum Arbeitszylinder

1 feststehende Ausgleichszylinder 4. Der Ausgleichskolben 5 ist durch seine Ausgleichskolbenstange 6 mit dem linken Arbeitskolben

2 fest verbunden. In der Ruhestellung der Vorrichtung liegt wie ersichtlich der Ausgleichskolben 5 weit rechts innerhalb des zweiten Arbeitskolbens 2¹. Auch in diesem Falle ist eine Verbindung zwischen dem Raum 9 vor den beiden Arbeitskolben 2 und und dem Raum 10 hinter dem Ausgleichskolben 5 erwünscht. Diese Verbindung wird durch Löcher 11 in der Wand des Ausgleichszylinders 4 geschaffen, welche Löcher den früher beschriebenen Verbindungsleitungen 11 entsprechen.

Diese Ausführungsform arbeitet in genau der gleichen Weise wie die früher beschriebenen Ausführungsformen mit der Ausnahme, dass das Arbeitsmittel in diesem Falle von der Pumpe und dem Wählerventil 14 durch zwei Leitungen 13 und 13· aus zwei Räumen 12 und 12' hinter zwei Arbeitskolben 2 und 2' befördert wird* die Fläche des Ausgleichskolbens 5 muss demzufolge derart gewählt sein, dass sie die beiden Flächenunterschiede kompensiert, die an den beiden Arbeitskolben 2 und 2' entstehen.

Selbstverständlich sind viele Abänderungen ausgehend von der in Fig. 1 veranschaulichten einfachsten Ausführungsform im Rahmen der nachstehenden Patentansprüche denkbar.

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Claims

PATENTANSPRUECHE

1. Doppeltwirkende Zylinder- und Kolbenvorrichtung, umfassend einen geschlossenen Arbeitszylinder und mindestens einen Arbeitskolben mit einer das eine Ende des Zylinders durchsetzenden Arbeitskolbenstange sowie einen Ausgleichszylinder und einen darin laufenden Ausgleichskolben, dessen Kolbenstange mit der Arbeitskolbenstange fest verbunden ist und ein geschlossenes Ende des Ausgleichszylinders durchsetzt, wobei die Fläche des Ausgleichskolbens so gewählt ist, dass sie den wegen der Arbeitskolbenstange entstehenden Flächenunterschied .zwischen den beiden Seiten des Arbeitskolbens kompensiert, dadurch gekennzeichnet, dass eine direkte Verbindung (11) zwischen dem Raum (9) des Arbeitszylinders (1) vor dem Arbeitskolben (2) und dem Raum (10) des Ausgleichszylinders (4) hinter dem Ausgleichskolben (5) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichszylinder (4) im Verhältnis' zum Arbeitszylinder (1) im Arbeitskolben (2) und dessen Kolbenstange (3) fest angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung {11) zwischen den beiden Zylindern (1, 4) in der Wand des Ausgleichszylinders (4) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskolbenstange (6) rohrförmig ist und mit ihrem Inneren mit dem Raum (10) des Ausgleichszylinders (4) hinter dem Ausgleichskolben (5) in Verbindung (17) steht und dass sich ein mit dem Raum. (9) des Arbeitszylinders (1) vor dem Arbeitskolben (2) in Verbindung stehendes festes Rohr (11) von der Stirnwand des Ausgleichszylinders vor dem Ausgleichskolben, diirch diesen Kolben und in die rohrförmige Kolbenstange hinein erstreckt. . ' .

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei aufeinander zu bzw-, von einander weg arbeitende Arbeitskolben (2, 2¹) und einen zentral durch diese Kolben und deren Kolbenstangen (3, 3') sich erstreckenden, im Verhältnis zum Arbeitszylinder (1) feststehenden Ausgleichszylinder (4) mit einem .AusgleichGkolben (5), welcher mittels seiner Kolbenstange (6) mit aera einen lurbaitskolhen (2) verbunden und derart angebracht ist,

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BAD ORIGINAL

dass der Raum (10) des Ausgleichszylinders hinter dem Ausgleichskolben mit dem Raum des Arbeitszylinders (1) zwischen den beiden Arbeitskolben über Löcher (11) im Ausgleichszylinder in ständiger Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Räume (9, 12) des Arbeitszylinders (1) auf beiden Seiten des Arbeitskolbens (2) durch eine Leitung (13) direkt mit einander verbunden sind, v/elche eine Pumpe (14) und ein Wählerventil zur Bestimmung der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels in der Leitung aufweist.

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