DE2631479A1 - Arbeitskolbenvorrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

, KERN, FEILER & HÄNZEL

BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UND TELEX: 05 29 802 HNKL D ED U ARD-SCH MID-STRASSE ° WECHSELBANKMÜNCHENNr.aiS-SSJIl TELEFON: (089) 663197, 663091 - 92 _ _onnn .„,·,„,,-,„,— , „„ DRESDNER BANK MÜNCHEN 3 914 97"i TELEGRAMME: ELLIPSOID MÜNCHEN ^^{8000 MÜN}CHEN 90 POSTSCHECK: MÜNCHEN .621 47 - m

Γ 1

TRANSFORM 26 31479

Verstärkungsmaschinen AG

Bous/Saar

UNSER ZEICHEN: MÜNCHEN, DEN

BETRIFFT:

. JuW

Arbeitskolbenvorriehtung

Die Erfindung betrifft eine Arbeitskolbenvorrichtung mit mehreren zueinander parallel arbeitenden und zwangsweise synchron laufenden pneumatischen und/oder hydraulischen Arbeitszylindern.

Bei vielen, mit einer solchen Arbeitskolbenvorrichtung ausgerüsteten Maschinen oder Geräten, z.B. Tafelscheren oder Abkantpressen, wird ein Synchronlauf der Arbeitskolben verlangt, und zwar mit einer Je nach Verwendungszweck unterschiedlich großen Genauigkeit.

Bekannt sind dafür rein mechanische oder sogar rechnergesteuerte Synchronisationen. Wenn bei einer rein hydraulischen Konstruktion ein großer Hydraulikzylinder mit einem z_oB. kleineren in Serie geschaltet ist, dann werden die Kolben des kleineren Hydraulikzylinders durch diejenige ölmenge bewegt, welche der Kolben des großen Hydraulikzylinders während seines Arbeitsweges verdrängt. Wegen der an jeweils der einen Seite jedes Kolbens befindlichen Kolbenstangen ist jedoch die wirksame Kolbenoberfläche auf den beiden Seiten der jeweiligen Hydraulikkolben unterschiedlich groß,, Bei Serienschaltung ist also eine um den Querschnitt der Kolbenstange verminderte Kolben-(Kreisring-)-

Ke/ro - 2

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Fläche mit einer Kolbenoberfläche ohne Kolbenstange verbunden, so daß eine wirklich synchronisierte Bewegung beider Kolben auf hydraulischem Wege überhaupt nicht möglich erscheint. Selbst wenn, die wirksame Kreisringfläche des größeren Hydraulikkolbens und die Oberfläche des nachgeschalteten kleineren Hydraulikkolbens gleich groß sind, und mithin die Wege beider Kolben aufgrund der verdrängten Ölmenge gleich groß sind, dann läßt sich trotzdem keine ausreichende Synchronisation erreichen, weil bei der freien Wahl zweier Größen, z.B. dem Kolbendurchmesser und dem Durchmesser der Kolbenstange von einer normalisierten Dichtung ausgegangen werden muß. Damit aber wirkt sich eine dritte Größe für viele Fälle als unzulässige Ungenauigkeit aus, weil die normalisierten Werte in der Praxis nur in den seltensten Fällen erreichbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es jedoch, trotzdem eine Arbeitskolbenvorrichtung mit mehreren zueinander parallel arbeitenden hydropneumatisehen und/oder hydraulischen Arbeitszylindern zu schaffen, deren zwangsweiser Synchronlauf nicht nur auf konstruktiv einfache und betriebssichere Weise, sondern auch durch systemgleiche Elemente, wie Kolben-Zylinder erreichbar ist, welche vom gleichen Wartungspersonal gehandhabt werden können, wie es für die übrigen Teile der Arbeitskolbenvorrichtung eingesetzt wird, viobei zudem sämtliche denkbaren Ungenauigkeiten auf selbstkompensierende Weise ausgeschaltet werden.

Demgemäß besteht die Erfindung darin, daß die Kolben der synchronisierten Arbeitszylinder beidseitig mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt und sämtliche synchron arbeitende Arbeitszylinder derart in Serie hintereinandergeschaltet sind, daß jeweils die eine Seite des einen Arbeitszylinders mit der in bezug zum Kolben gegenüberliegenden Seite des nächsten Arbeitszylinders verbunden ist, und daß auf der dem Arbeitsstößel jedes Kolbens gegenüberliegenden Seite des Arbeitszylinders eine Einrichtung vorgesehen ist, mittels der der Kolben in jeder Stel-

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lung innerhalb des Arbeitszylinders auf seiner Oberseite und seiner Unterseite eines gleich große Arbeitsfläche aufweist.

Die auf diese erfindungsgemäße Weise erzielte hohe Synchrongenauigkeit entspricht höchsten Ansprüchen. Als Doppelfunktion wird zudem durch die gesonderten Synchronzylinder die 'Verkantungstendenz der Arbeitszylinder erheblich reduziert. Mit der erfindungsgemäßen Synchronisationsanordnung bleibt das Volumen der aneinander geschlossenen Zylinderräume auch bei Leckverlusten, elastisch nachgebenden Dichtungen und bei elastischer Volumenverminderung der Hydraulik selbst (bis 3% bei 4-50 at) absolut gleich groß.

In einer generellen Ausführung besteht die Erfindung darin, daß mindestens ein synchronisierter Arbeitszylinder mit einem zusätzlichen Arbeitszylinder derart verbunden ist, daß der zusätzliche Arbeitszylinder achsgleich mit dem synchronisierten Arbeitszylinder angeordnet ist und die Kolbenstange des Kolbens des synchronisierten Arbeitszylinders fest mit dem zusätzlichen Arbeitszylinder bzw, seiner Kolbenstange verbunden ist.

Speziell einfach läßt sich das erfindungsgemäße Ziel erreichen,

der
wenn die Einrichtung mittels der/Kolben in jeder Stellung innerhalb des synchronisierten Arbeitszylinders auf seiner Oberseite und seiner Unterseite eine gleich große Arbeitsfläche aufweist, ein Verdrängungskörper ähnlich der Form der Kolbenstange des Kolbens ist.

Eine vereinfachte Ausführung der Erfindung besteht darin, daß der Verdrängungskörper eine zusätzliche, am Kolben befestigte Kolbenstange ist, welche aus dem Zylinder herausragt und den gleichen Querschnitt besitzt wie die Kolbenstange des Kolbens.

Andererseits kann aber auch der Verdrängungskörper am Boden des synchronisierten Arbeitszylinders befestigt sein und in eine

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Ausnehmung im zugehörigen Kolben in an der Kolbenoberseite abgedichtetem Zustand hineinragen und darin axial bewegbar sein.

In abgewandelter Ausführungsform besteht die Erfindung auch darin, daß der synchronisierte Arbeitszylinder beidseitig aus dem Arbeitszylinder herausragende und eingespannte Kolbenstangen aufweist, an denen der Kolben befestigt ist, und daß durch die Hydraulikflüssigkeit der Arbeitszylinder gegenüber dem Kolben bewegbar ist, wobei die Zylinder der synchronisierten Arbeitszylinder mechanisch fest untereinander verbunden sind.

Zur erheblich vereinfachten Einjustierung einer untereinander gleichen Stellung aller beteiligten synchronisierten Arbeitszylinder dient es, wenn jeder synchronisierte Arbeitskolben eine Druck- Leitungsverbindung aufweist, mit der die Zylinderkammern zu beiden Seiten des Kolbens untereinander verbunden sind, und wenn in dieser Druckleitungsverbindung ein Abschlußorgan zur Einjustierung einer gleichen Stellung der synchronisierten Arbeitszylinder vorgesehen ist.

Zum automatischen Lecköl- und Stellungsausgleich kann erfindungsgemäß auch ein axial justierbares Widerlager und als Abschlußorgan ein schnellwirkendes Ventil vorgesehen sein, wobei die Hydraulikflüssigkeit der synchronisierten Arbeitszylinder über ein Rückschlagventil an eine Überdruck-Ölversorgung angeschlossen ist.

Schließlich gehört es zur Erfindung zwecks besonders schneller und automatischer Korrektur des Hubweges der einzelnen Arbeitszylinder, wenn den synchronisierten Arbeitszylindern Meßzylinder mit gleichem, vorzugsweise achsgleichem Hubweg oder beispielsweise auch parallel liegend, d.h. mit mechanischen Verbindungen der Kolbenstangenenden oder dergl., zugeordnet sind, wobei durch die Kolbenverschiebung an einem mit den Hubräumen der Meßzylinder hydraulisch verbundenen Steuerzylinder hydraulisch über ein Schieberventil Antriebskolben druckbeaufschlagt oder

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entlastet werden und in weiterer Folge die Größe der hydraulisch verbundenen Hubräume, die mit den Hubräumen der synchronisierten Arbeitszylinder hydraulisch verbunden sind, durch einen mit den Antreibskolben fest verbundenen Arbeitskolgen, verändert wird.

Die Erfindung ist nachstehend in mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt :

.-.JS' 263U7.9 θ

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung eines mit einem Arbeitszylinder in Serie geschalteten erfindungsgemäßen Synchronzylinder SJ

Fig. 2 eine QuerSchnittsdarstellung einer abgewandelten erfindungsgemäßen Arbeitszylinder-Synchronzylinder-Anordnung}

Fig. j5 eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. K eine Querschnittsdarstellung einer erweiterten Anwendung des erfindungsgemäßen Synchronprinzips;

Fig. 5 und 6 Querschnittsdarstellungen von weiter abgewandelten Anwendungen des erfindungsgemäßen Synchronisationsprinzips ;

Fig. 7 eine schematische Perspektivdarstellung einer Anwendung der Erfindung;

Fig. 8 eine schematische perspektivische Darstellung einer abgewandelten Anwendung des erfindungsgemäßen Synchronisationsprinzips j

Fig. 9 eine Querschnittsdarstellung eines Anwendungsbeispiels der Erfindung ähnlich Fig. 8;

Fig.10 und 11 Querschnittsdarstellungen einer Vorrichtung zum Justieren der richtigen Stellung eines erfindungsgemäßen Synchronkolbens relativ zu den übrigen Synchronkolbenj

Fig.12 eine Querschnittsdarstellung der Anwendung der Erfindung auf eine Pneumatik-Zylinderanordnung;

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Fig» 15 eine Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung zum automatischen Leckö'lausgleich und einer entsprechenden Stellungskorrektur eines oder mehrerer erfindungsgemäßer Synchronkolben]

Fig. ^^r eine schematische, teilweise querschnittsmäßig dargestellte Anwendung der erfindungsgemäßen Synchronzylinder und

Fig. 15 eine prinzipielle Anordnung der hydraulischen Schaltung der Regelvorrichtung nach Fig. 14 für mehr als zwei, beispielsweise vier₅ Synchronzylinder_o

Ein an einem V/iderlager 2 befestigter Synchronzylinder (synchronisierter Arbeitszylinder) weist einen bexueglichen Kolben mit einer kraftübertragenden Kolbenstange 4 und einer auf der dieser gegenüberliegenden Kolbenseite angebrachten Leerkolbenstange 5 auf, welche in einer im Widerlager 2 vorgesehenen Ausnehmung 6 bewegbar ist© Mit dem Synchronzylinder 1 ist über eine Druckleitung ^a ein weiterer Synchronzylinder 1 in Serie geschaltet, über welche die zu beiden Seiten der Kolben beider Synchronzylinder 1 befindliche Hydraulikflüssigkeit mit einem Druck p, von der einen Seite des Synchronzylinders 1 zur gegenüberliegenden Seite des anderen Synchronzylinders 1 gelangt. Der schematischen Querschnittsdarstellung in Fig_e 1 sowie der nachfolgenden Figuren ist ferner die Anordnung der notwendigen Dichtungen zu entnehmen.

Die Durchmesser der kraftübertragenden Kolbenstange 4- und der Leerkolbenstange 5 sind gleich groß* Der Durchmesser eines Synchronzylinders 1 kann kleiner, gleich oder größer sein als der Durchmesser zugehöriger Arbeitszylinder (FIg₉ 4 bis 6). Bei mehreren Synchronzylindern 1 sollen diese in der Regel untereinander gleich groß sein. Die vom Stößel 4 übertragene Kraft F₁ 4- Fp (entsprechend dem Druck p₂) kann auch verschieden groß

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-JT- 263H79 -η

sein, wobei sich ihre Summe folgendermaßen ergibt:

<S~F = ρ · η · A ¹ - η ι

Hierin bedeuten:

P₁ = Vordruck in bar

A = wirksame Fläche des Arbeitskolbens

η = Zylinderanzahl

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Synchronzylinder 1 ebenfalls am Widerlager 2 befestigt, sein Kolben jedoch als Doppelkolben 7 ausgebildet, mit dem die kraftübertragende Kolbenstange 4 fest verbunden ist, während die Leerkolbenstange als am Zylinderboden 9 befestigte Leerstange 8 (Verdrängungskörper) ausgeführt ist und von diesem in eine Ausnehmung 10 im Doppelkolben ¹J hineinragt. Eine Bohrung 11, die beispielsweise in der Leerstange 8 angeordnet sein kann, sorgt für den Druckausgleich in der Ausnehmung 10. Analog kann eine solche Bohrung 11 aber auch in der kraftübertragenden Kolbenstange 4 vorgesehen sein.

In einer weiteren grundsätzlichen Ausführungsmöglichkeit gemäß Fig. 3 ist der Kolben 3 des Synchronzylinders 1 mittels beidseitig fest angebrachter Kolbenstangen 14 und 15 zwischen zwei Widerlagern 12 und 1j5 fest eingespannt. Demgegenüber sind die Synchronzylinder 1 entlang der Kolbenstangen 14 und 15 axial beweglich, und zwar verbunden durch eine Arbeitsplatte 20, in welcher die Zylinder mittels Distanzringen 21, 22 fest eingesetzt sind. Die Kolbenstangen 14, 15 können ferner mit Distanzhülsen 16 und 17 versehen sein. In kinematischer Umkehrung der Ausführungen nach Fig. 1 und 2 erfolgt die Kraftübertragung (F₁, P₁J Fp, P₂) über die Arbeitsplatte 20.

Grundsätzlich können zwei Anwendungsgebiete unterschieden werden;

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I. Von mehreren Synchronzylindern ist zumindest bei einem davon der Synchronkolben mit einem Arbeitskolben durch eine kraftbringende Kolbenstange fest verbunden (siehe nachfolgende Fig. 4, 5, 6, 7). Die erzeugten Stößelkräfte F₁, F₂ . „. Fn wirken in der gleichen Richtung. Die Größe der einzelnen Stößelkräfte richtet sich nach der Lage des Angriffspunktes des resultierenden Widerstandes W , wobei ihre Summe sich aus (P^F₂+..Fn) = W_p (z.B. Fig. 7) ergibt. Die Stößelwege sind gleich groß.

II. Von zwei oder mehreren Synchronkolben ist keiner mit einer kraftbringenden Arbeitskolbenstange fest verbunden (siehe Fig. 8 und 9). Die Summe der Stößelkräfte ergibt sich aus (F.+Fp+...Fn) = 0. Ihre Größe und ihr Vorzeichen richtet sich nach der Richtung und der relativen Lage der aufgebrachten Kraft F und des zu überwindenden Widerstandes W (exzentrische Belastung, Fig. 8 und 9).

Fig. 4 zeigt die Anwendung des vorstehend beschriebenen Synchronisationsprinzips am hydraulischen Antrieb einer Tafelschere. Dabei sind die Kolbenstangen der Synchronzylinder 1 und der Arbeitszylinder A axial hintereinander arbeitend angeordnet. Die Synchronzylinder 1 sind mittels Druckleitungen p., und p^ überkreuz miteinander verbunden.

Der obere Scherbalken 25 wird durch zwei Arbeitskolben 24, welche mit ihren Kolbenstangen 4 an seinen beiden Enden angreifen, gegen den feststehenden Scherbalken 26 bewegt. Die beiden variablen Druckkräfte F. und Fp richten sich nach dem auftretenden Scherwiderstand W, wobei der Angriffspunkt des Scherwiderstandes beim Schnittvorgang von links nach rechts wandert.

Jeder Arbeitskolben 24 ist über die Kolbenstange 27 mit jeweils einem Synchronkolben 3 fest verbunden, wodurch der Scherbalken 25, unabhängig von der Größe der Kräfte F^ und F₂, zwangsweise

parallel zu sich selbst verschoben wird. Die dabei auftretenden Aus-gleichsdrücke p₂ und p^, errechnen sich folgendermaßen aus den nachstehenden Werten:

W Scherkraft in kp F₁, P₂ erforderliche Kolbenstangenkräfte in kp

p. erforderlicher Betriebsdruck in bar

A wirksame Kolbenfläche in cm , der Einfachheit halber werden hier die Durchmesser der Arbeitskolben und der Synchronkolben gleich groß angenommen. Sie können ggf. auch verschieden groß sein, ρ Ausgleichs-Öldruck in bar.

W = F = P₁ + F₂ =

F₁ = F · γ = Ap₁ - Ap₂ +

F₂ = F - j = Ap₁ + Ap₂ -

Ap₂ · γ = A (P₁ - p₂ +

₁(T - 1) - P2 -

" ^p

a-b _ a+b ^P2 " ^pj5

für P-,>P₂ (^b>^a) ^ist P₂ ⁼ ^ (Rückleitung) daraus P₃ = P₁ ~|

70 9 8-8.37 026 3

2631A79

für F₁ = P₂ (b = a) p₂ = 0, ρ = 0

für F₁^F₂ (a<b) ist p^ = 0 (Rückleitung)

daraus p_o = p. ^Z- c. ι a+D

für F₁ = P, F₂ = 0 a = 0

^P3 ^{= P}11> ^{= p}1

für P₂ = P F₁ =0 b = 0
j <- ι a λ

Bei der Anwendung für den hydraulischen Antrieb einer Abkantpresse würden ähnlich wie bei Pig. H- auch bei diesem Beispiel zwei synchronisierte Antriebseinheiten 28 und 29, die an beiden Enden des oberen beweglichen Balkens 30 angreifen, zur zwangsweisen Parallelführung genügen. Da auch bei großen Balkenlängen (1), die bis 6,0 m reichen können, keine nennenswerten Durchbiegungen auftreten dürfen, müssen diese Balken infolge des erforderlichen Trägheitsmoments jedoch besonders schwer ausgebildet werden. Im vorliegenden Beispiel kann der erforderliche Balkenquerschnitt durch Anordnung mehrerer synchronisierter Antriebseinheiten (in der vorliegenden Pig. 5 sind es drei) wesentlich kleiner ausgebildet werden, und zwar im Sinne der Gleichungen:

W = F = P₁ + F₂ + P₃ = ^Ap₁ P₁; ^ F₂ ^ F^

Mit der Anwendung zuverlässig synchronisierter Antriebseinheiten bzw. Arbeitszylinder A, welche jeweils mit den Synchronzylindern 1 über eine gemeinsam durchgehende Kolbenstange

zusaramengeschaltet sind, ist es also möglich, den Balken 30 leichter auszubilden, und zwar bei mindestens ebenso hoher Genauigkeit. Dabei sind die Zylinderseiten der Synchronzylinder 1 jeweils mit ihren den Kolben gegenüberliegenden Seiten rund um über die Druckleitungen Pp, p^ und P₁. miteinander in Serie geverbunden.

In Pig. 6 ist das Synchronisationsprinzip mittels mehrerer synchronisierter Spannzylinder 3I in der für Spannzylinder typischen radialen Anordnung gezeigt. Nach der Gleichung F₁ + F₂ + F-, = Ap^ ergibt sich sowohl die Einzelkraft der miteinander synchronisierten Spannzylinder 31 als auch die Kraft des im Beispiel einzigen zugeordneten Arbeitszylinders 32, welcher wiederum mit dem unmittelbar zugeordneten synchronisierten Spannzylinder 31 gemeinsam verbundene Kolbenstangen aufweist. Die Spannzylinder 3I sind über die Druckleitungen p_?, p.,, P₄ und ρ,- mit ihren Kammern in beiden Seiten ihrer Kolben in Serie hintereinandergeschaltet.

In Pig. 7 sind mehrere (vier) Antriebssätze, bestehend jeweils aus einem Arbeitszylinder 33 und einem mit dessen Kolbenstange unmittelbar gekoppelten Synchronzylinder y\ auf einer Arbeitsplatte 36, beispielsweise der Bärplatte einer Presse oder Stanze, angeordnet, wobei Kopplung der Synchronzylinder und der zugehörigen Arbeitszylinder etwa analog Pig. 5 vorliegen kann. Die vier Antriebssätze stützen sich am Rahmenteil 35 des Pressenkörpers ab. Durch die Synchronisation bewegt sich die Arbeitsplatte 36 auch bei evtl. exzentrischer Belastung völlig parallel zu sich selbst. Pur die Kraftberechnung gilt;

W = P = P₁ + P₂ + F₃ + F₄ = 4Ap₁ F₁ £ F₂ / F₃ φ F₄

In Pig» 8 ist eine parallele Bärbewegung bei einer Presse mit einem zentral angeordneten Arbeitszylinder und vier Synchron-

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-^- 263H79 %

zylindern bei um die Distanz e exzentrisch wirkender Last (W ) dargestellt.

Die erforderliche Preßkraft P wird zentral durch Arbeitszylinder 37 aufgebracht. Das bei exzentrisch wirkender Last W entstehende Verkantungsmoment M = P«e wird beispielsweise durch vier Synchronzylinder 38 aufgehoben, so daß sich die Bärplatte 39 parallel zu sich selbst bewegte Die Synchronzylinder sind bei diesem Beispiel nach Fig. 3 ausgebildet, wobei die Kolbenstangen 40 als durchlaufende Zuganker der Presse ausgebildet sind.

Es gilt:

+ F + Fj^ = O

Es muß daher zumindest eine Kraft negativ (Zug statt Druck) wirken.

Fig. 9 zeigte einen Auswerfer bei einer Stanzpresse mit exzentrischer Belastung. Ein einzelner Arbeitskolben 41 wirkt über eine Kolbenstange 42 zentral auf eine Auswerferplatte 43, die ihrerseits mit einem oder mehreren Auswerferbolzen 44 besetzt sein kann. Das dabei auftretende Verkantungsmoment M wird beispielsweise durch zwei zum Arbeitszylinder 41 symmetrisch angeordneten Synchronzylindern 1 aufgehoben, so daß sich die Auswerferplatte 43 nur, parallel zu sich selbst bewegen kann. Es gilt:

ρ = -w_rj F₁ + P₂ = 0 oder F₁ = -F₂

M - p._a = -F₁ · b; F^ = -F ~

Eine Vorrichtung zum Justieren der richtigen Stellung eines Synchronkolbens relativ zu den übrigen Synchronkolben wird gemäß Fig. 10 und 11 an zwei Synchronkolben näher beschrieben,

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-*?- 263H79 -η

wobei sie bei mehr als zwei Synchronkolben analog angewendet wird,, Sie weist jeweils eine Druekölleitung 45 auf, die den oberen Zylinderraum 46 mit dem unteren Zylinderraum 47 ein und desselben Zylinders verbindet und durch ein Abschlußorgan 48 während des Betriebes geschlossen ist. Sollte es sich bei der Inbetriebsetzung, nach der Ölfüllung der Synchronzylinder ergeben, daß nach Fig. 10 die Position der Kolbenstange 4 Differenzen gegen eine Bezugsebene 49 aufweist, kann jeder einzelne Synchronkolben nach Öffnen des Abschlußorgans 48 durch Druck oder Zug an der Kolbenstange an die richtige Stellung gebracht werden. Nach der Justierung werden die Ventile 48 wieder geschlossen.

Die beschriebene Einrichtung kann im weiteren auch zur Begrenzung der Hubhöhe verwendet werden, die kleiner als die durch die Zylinderhöhe H konstruktiv vorgegebene maximale Hubhöhe ist.

Infolge der gekreuzten Druckölverbindungen J>6 ergibt sich die Hubhöhe h durch Addition der Zylinderraumhöhen h und h . Sie beträgt nach Fig. 11 als Maximum, bei a -. 0 h max. = h_Q + h = H - d, wobei H die konstruktiv vorgegebene Zylinderhöhe und d die Kolbenhöhe ist.

Nach Fig. 10 ist offensichtlich der Wert h um den Differenzbetrag a kleiner.

Als Anwendungsbeispiel zeigt Fig. 12 die Synchronschaltung von mehreren (hier von drei) Pneumatikzylindern 50, 51 und 52, von welchen jeder beispielsweise mit drei, beidseits über Druckluftleitungen 55 und 54 beaufschlagbaren Pneumatikkolben 55, 5β und 57 ausgestattet ist₀ Die Pneumatikkolben sowie der jeweilige Synchronkolben 58 und der Stößel 59 sind durch eine gemeinsame Kolbenstange fest verbunden.

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Aufgrund der Synchronschaltung werden auch bei verschiedenen
Vierten F₁, F₂ und F^ gleich große Stößelhübe erzwungen»
Dafür gilt:

μ F₂ μ

+ F₂ +

Hierin bedeuten:

A: Summe aller luftbeaufschlagten

Kolbenflächen
P₁: pneumatischer Betriebsdruck«

Eine Vorrichtung zum automatischen Leckölausgleich und zur
automatischen Korrektur einer falschen Stellung eines oder mehrerer Synchronkolben ist als Anwendungsbeispiel in Fig. 13 gezeigt. Hierbei werden drei Synchronzylinder 61, 62 und 63 angenommen, wobei zwei Synchronkolben 64 und 65 an der richtigen Stellung stehen, während der dritte Synchronkolben 66 eine
falsche Stellung einnimmt.

Diese falsche Stellung kann zwei Ursachen haben:

1. Die Kolbendichtung 67 läßt Öl durchtreten.

2. In den Zylinderräumen oberhalb oder unterhalb befinden
sich Leckstellen entweder bei den Kolbenstangendichtungen
68 oder bei den ZyIinderdichtungen 69«

Leckstellen nach außen schließen weiterhin die Gefahr ein, daß Luft in die Zylinderräume eintritt, wodurch die starre Flüssigkeitskupplung elastisch und die Synchronbewegung ungenau wird.

Diese Fachteile werden durch zwei Maßnahmen vermieden, die dadurch gekennzeichnet sind, daß erstens sämtliche Zylinderräume unter einen konstanten Grunddruck ρ > 1 bar gesetzt werden und

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zweitens, daß bei Erreichung einer Totpunktlage die Kolben durch äußere Kräfte gegen den Zylinderdeckel 9 oder die KoI-

axial
benstange gegen ein/justierbares Widerlager angedrückt werden und damit ihre richtige Lage gegeneinander annehmen, wobei zwecks Korrektur der obere Zylinderraum mit dem unteren Zylinderraum durch ein z.B. elektrisch gesteuertes Ventil 79 kurzzeitig verbunden werden.

Xm Ausführungsbeispiel erfolgt die Aufbringung des Grunddrucks ρ über Kugelrückschlagventile 70 auch in jenen Zylinderräumen, die während des Arbeitsprozesses ansonsten drucklos sind. Es kann daher nur Öl austreten, aber niemals Luft eintreten.

Die Stellungskorrektur der Synchronkolben 64, 65 oder 66 erfolgt bei jedem Hub, so daß sich auftretende Ungleichmäßigkeiten während des Arbeitsvorgangs nicht addieren können. Im Ausführungsbeispiel bestehen die Justieranschläge aus zylindrischen Bolzen 71, 72 und 73* die im Maschinenrahmen 7^ axial verstellbar gelagert sind und mittels Gewindeansatz 75 und Sicherungsmutter 76 blockiert werden können. Bei Entwicklung der äußeren Kräfte P., P₂ und P-. und in der Totpunktlage geöffneten Ventilen 77, 78 und 79 tritt somit automatisch eine Stellungskorrektur ein.

Zur Vermeidung des Eindringens von Luft ins Hydrauliksystem kann schon ein Überdruck von 1 bis 2 bar ausreichen. Damit wird ■ durch ständige ölergänzung der Einfluß des Lecks ausgeschaltet.

Die Anwendung von Synchronzylindern gemäß Pig. 14 bezweckt die zwangsweise Einhaltung eines gleich großen Hubwegs von zwei oder mehreren parallel bewegten hydraulischen oder pneumatischen Arbeitskolben. Die in der Praxis geforderte Genauigkeit des Gleichgangs ist sehr hoch und kann bis ί 0,01 mm betragen.

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Diese große Genauigkeit setzt eine ebenso große Genauigkeit der Verdrängungsräume an den Synchronzylindern voraus, die zwar von der konstruktiven Ausbildung her gesehen ohne nennenswerte Schwierigkeiten erreicht werden kann, in der Praxis jedoch - abgesehen von Undichtigkeiten, deren automatische Korrektur in der Beschreibung von Fig. 1J dargelegt wurde - durch folgende zwei Tatsachen empfindlich herabgesetzt wird.

1. Das Ölvolumen der Synchronzylinder, das während des Synchronisierungsvorgangs exakt gleich groß bleibensoll, wird mit steigender Kompression kleiner (bei 500 bar bereits um und mit steigender Öltemperatur größer.

2. Die Dichtungen geben (ohne dabei undicht zu werden) dem Öldruck elastisch nach, wodurch mit steigendem Öldruck der Hubraum etwas an Volumen zunimmt. Wenn nun die mechanische Synchronisierungskraft mit P und der Hubwegfehler mit Δε bezeichnet wird, bedeutet das Produkt P · as eine nach außen hin fehlende Energiemenge, die allerdings nicht verloren geht, und z.B. als Kompressionsarbeit beim Öl und als Verformungsarbeit beim elastischen Ausweichen der Dichtungsringe wieder in Erscheinung tritt. Aus dieser Überlegung heraus folgt, daß nur dann eine Korrektur des Hubweges der Synchronkolben möglich ist, wenn eine zusätzliche Energie in Form von Drucköl dosiert von außen her zugeführt wird.

Dies wird mit der dargestellten Vorrichtung dadurch erreicht, daß jedem Synchronzylinder 80 ein Meßzylinder 81,beliebigen Durchmessers, jedoch mit gleichem Hubweg achsgleich zugeordnet wird, dessen Kolben 82 mit der Kolbenstange 80a des Synchronzylinders 80 fest verbunden ist, wobei die durch die fehlerhafte Kolbenstellung bedingte Volumensverschiebung in dem zugeordneten Meßzylinder 81 oberhalb und unterhalb des Kolbens 82 in einem Steuerzylinder 83 eine Verschiebung des Steuerkolbens 84 hervorruft, da die Hubräume 85 und 86 des Steuerzylinders 83

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rait den Zylinderräumen 87 und 88 des Meßzylinders 81 hydraulisch verbunden sind. Da die Kolbenflächen 89 des Steuerkolbens 84 wesentlich kleiner als die Flächen des Kolbens 82 sind, beträgt der so erreichte Verstellweg des Steuerkolbens 84

S = U₁ . As

A 82 wobei die Übersetzung U₁ als Kolbenflächenverhältnis a 89 300 und mehr betragen kann. Auf diese Weise wird erreicht, daß z.B. eine zulässige Abweichung der Stellung der Synchronkolben 90 von der Größe as = + 0,01 mm einem Steuerkolbenweg von 0,01 χ 300 = 3 mm und mehr entspricht. Der Steuerkolben 84 ist über seine Kolbenstange 9I und ein Steuerschiebeventil 92 bekannter Ausführungsform fest verbunden, dessen Schaltweg gleich dem Verstellweg AS ist. Sollte das konstruktiv vorgegebene Übersetzungsverhältnis U₁ und damit der Schaltweg AS mit dem Schaltweg nicht übereinstimmen, kann das Übersetzungsverhältnis U₁ durch Zwischenschaltung bekannter Druck-Weg-Übersetzer 93 in den hydraulischen Verbindungsleitungen 9^-j 95 entsprechend vergrößert oder verkleinert werden.

Die die Hubstellung regulierende Druckölzufuhr erfolgt über eine Zylinderkombination, die aus einem z.B. mittig angeordneten Arbeitszylinder 96 und zwei seitlich-axial dazu liegenden Antriebszylindern 97 und 98 besteht. Die beiden Ölvolumen 99 und 100 der Synchronzylinder sind mit den korrespondierenden ölvolumen 101 und 102 des Arbeitszylinders 96 hydraulisch durch die Ölleitungen 103 und 104 verbunden. Bei Volumengleichheit der Räume 99 und 100 steht der Arbeitskolben 105 in der Zylindermitte, wobei die Räume 101 und 102 gleich groß sind. Wird jedoch z.B. gemäß Fig. 14 das Volumen des Raumes 100 kleiner bzw. das Volumen des Raumes 99 größer als der Sollwert, würde dies eine Verschiebung des Arbeitskolbens 105 im Bild nach rechts bedeuten. Die infolge derselben Ursache gleichzeitige Verschiebung des Steuerkolbens 84 bewirkt über das Schiebeventil 9² eine Beaufschlagung des

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Antriebkolbens 106 mit einem Öldruck ρ , der größer als der Arbeitsdruck ρ ^ (am Synehronzylinder ist. Infolgedessen wird der Arbeitskolben 96 nicht nach rechts, sondern so weit nach links im Bild verschoben, bis die Hubdifferenz Δξ Null ist, wobei bei dieser Kolbenstellung der Arbeitsdruck ρ auf den Grunddruck ρ des Systems absinkt _a

Antriebskolben 10o/wirkt in analoger Weise, wan das Volumen 99 der Synehronzylinder um Δ ν zu klein und das Volumen 100 zu groß wird.

Auch hier kann das konstruktiv bedingte Übersetzungsverhältnis Up = ^durcn Zwischenschaltung von Druck-Weg-Übersetzern 107, 108 verkleinert oder vergrößert werden.

Die an und für sich kleinen Abmessungen des Steuerzylinders 83, (Durchmesser etwa 10 mm) des Steuerschiebeventils 92 und der Zylinderkombination 96, 97, 98 gestatten eine raumsparende Blockbauweise.

Sowohl die Synehronzylinder 80 als auch die zugeordneten Zylinder 81 stehen unter einem Grunddruck ρ >1,0 bar, um, wie in der Beschreibung der Fig. 13 dargelegt, Leckölverluste zu kompensieren und Lufteintritt in das Hydrauliksystem zu vermeiden.

Pig. 15 zeigt die prinzipielle Anordnung der hydraulischen Schaltung der in Pig. 14 dargestellten Regelvorrichtung für mehr als zwei (als Beispiel vier) Synehronzylinder.

Jedem Synehronzylinder 80 mit zusätzlichem Zylinder 81 ist ein S teuer zylinder 83 niit Schieberventil 92 und mit einer Zylinderkombination 9o* 97 und .98 zugeordnet. Die erfindungsgemäße Anordnung der hydraulischen Verbindungen bewirkt eine gleichzeitige, automatische Korrektur der Kolbenwegdifferenzen &S*,

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, As,, As₁^ zueinander, indem Jede Volumengröße 109, 110, 111 und 112 einen entsprechenden Steuerimpuls auslöst und jeder Hubraum II3, 1 Ά, II5 und 116 der Synchronzylinder ggf. mit Zusatzöl versorgt werden kann.

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   \ 1.jArbeitskolbenvorrichtung mit mehreren, zueinander parallel \y arbeitenden und zwangsweise synchron laufenden pneumatischen und/oder hydraulischen Arbeitszylindern, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (3) der synchronisierten Arbeitszylinder (1) beidseitig mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt und sämtliche synchron arbeitende Arbeitszylinder derart in Serie hintereinandergeschaltet sind, daß jeweils die eine Seite des einen Arbeitszylinders mit der in bezug zum Kolben gegenüberliegenden Seite des nächsten Arbeitszylinders verbunden ist, und daß auf der dem Arbeitsstößel (²J-) jedes Kolbens gegenüberliegenden Seite des Arbeitszylinders eine Einrichtung (5.* 8 etc.) vorgesehen ist^ mittels der der Kolben in jeder Stellung innerhalb des Arbeitszylinders auf seiner Oberseite und seiner Unterseite eine gleich große Arbeitsfläche aufweist.
2. 2. Arbeitskolbenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein synchronisierter Arbeitszylinder (1) mit einem zusätzlichen Arbeitszylinder (A) derart verbunden ist, daß der zusätzliche Arbeitszylinder achsgleich mit dem synchronisierten Arbeitszylinder angeordnet ist und die Kolbenstange (27) des Kolbens (j5) des synchronisierten Arbeitszylinders fest mit dem zusätzlichen Arbeitszylinder (24) bzw. seiner Kolbenstange (4) verbunden ist.
3. 3„ Arbeitskolbenvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (z.B. 5 oder 8) mittels der der Kolben (3) in jeder Stellung innerhalb des synchronisierten Arbeitszylinders (1) auf seiner Oberseite und seiner Unterseite eine gleich große Arbeitsfläche aufweist, ein Verdrängungskörper (z.B. 5 oder 8) ähnlich der Form der Kolbenstange des Kolbens (3) ist.

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4. 4. Arbeitskolbenvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper eine zusätzliche am Kolben befestigte Kolbenstange ist, welche aus dem Zylinder herausragt und den gleichen Querschnitt besitzt wie die Kolbenstange des Kolbens.
5. 5. Arbeitskolbenvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper am Boden (9) des synchronisierten Arbeitszylinders (1) befestigt ist und in eine Ausnehmung (10) im zugehörigen Kolben (7) in an der Kolbenoberseite abgedichtetem Zustand hineinragt und darin axial bewegbar ist.
6. βο Arbeitskolbenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der synchronisierte Arbeitszylinder (1) beidseitig aus dem Arbeitszylinder herausragt und eingespannte Kolbenstangen (16 und 17) aufweist, an denen der Kolben (3) befestigt ist, und daß durch die Hydraulikflüssigkeit der Arbeitszylinder (1) gegenüber dem Kolben bewegbar ist, wobei die Zylinder der synchronisierten Arbeitszylinder mechanisdafest untereinander verbunden sind.
7. 7. Arbeitskolbenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder synchronisierte Arbeitskolben (1) eine Druckleitungsverbindung (4-5) aufweist, mit der die Zylinderkammern (²I-O und 47) zu beiden Seiten des Kolbens (3) untereinander verbunden sind, und daß in dieser Druckleitungsverbindung ein Abschlußorgan (48) zur Einjustierung einer gleichen Stellung der synchronisierten Arbeitszylinder vorgesehen ist.
8. 8. Arbeitskolbenvorrichtung nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß zum automatischen Lecköl-»· und Stellungsausgleich ein axial justierbares Widerlager (71 - 73) und als Abschlußorgan (48) ein schnellwirkendes Ventil (79) vorge-

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   sehen ist, und daß das die Hydraulikflüssigkeit der synchronisierten Arbeitszylinder (61 - 63) über ein Rückschlagventil (70) an eine Überdruck-Ölversorgung (p ) angeschlossen ist.
9. 9. Arbeitskolbenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den synchronisierten Arbeitszylindern (80) Meßzylinder (81) mit gleichem, vorzugsweise achsgleichem Hubweg oder beispielsweise auch parallel liegend, d.h. mit mechanischen Verbindungen der Kolbenstangenenden oder dergl. zugeordnet sind, wobei durch die KolbenverSchiebung an einem mit den Hubräumen der Meßzylinder (81) hydraulisch verbundenen Steüerzylinder (83) hydraulisch über ein Schieberventil (92) Antriebskolben (106, 106 a) druckbeaufschlagt oder entlastet werden und in weiterer Folge die Größe der hydraulisch verbundenen Hubräume (85, 86), die mit den Hubräumen (87, 88) der synchronisierten Arbeitszylinder hydraulisch verbunden sind, durch einen mit den Antriebskolben fest verbundenen Arbeitskolben (105) verändert wird.

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