DE2920463A1

DE2920463A1 - Verfahren zum verschieben mindestens eines kolbens innerhalb eines zylinders fuer eil- und kraftgang sowie kolben-zylinder-system zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2920463A1
Application number: DE19792920463
Authority: DE
Inventors: Ellen Duerholt
Original assignee: DUERHOLT
Current assignee: Duerholt Ellen Duerholt Achim Ing(grad) 7997
Priority date: 1979-05-21
Filing date: 1979-05-21
Publication date: 1980-11-27
Also published as: DE2920463C3; DE2920463B2

Description

Bezeichnung:
Verfahren zum Verschieben mindestens eines Kolbens innerhalb eines Zylinders für Eil- und Kraftgang sowie Kolben-Zylinder-System zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschieben mindestens eines Kolbens innerhalb eines Zylinders für Eil- und Kraftgang sowie ein Kolben-Zylinder-System zur Durchführung des Verfahrens.
Zylinder mit Druckmedium-beaufschlagten einfach oder zweifach wirkenden Kolben werden im Maschinenbau in vielerlei Aus für ungen für die verschiedensten Anwendungszwecke eingesetzt. Bei den herkömmlichen Zylindern wird ab Hubbeginn des Kolbens der gesamte druckseitig zwischen Kolben- und Zylinderboden liegende Zylinderraum über seinen vollen Querschnitt mit Druckmedium gefüllt. Auch wenn der Kolben dabei einen Teil des Hubs nur im sogenannten Eilgang, d.h. ohne nennenswerte Kraftabgabe, durchlaufen soll, wird dieselbe Kolbenfläche mit Druckmedium beaufschlagt, die anschließend im Arbeitsgang, d.h. unter Kraft abgabe, wirksam wird. Das bedeutet für Gase, daß - nach Aufbau des vollen Arbeitsdruckes zu Beginn des Arbeitsganges - für den im Eilgang mit geringer Kraft durchfahrenen Bereich pro Wegeinheit insgesamt die gleiche Energiemenge benötigt wird, wie pro Wegeinheit im Arbeitsgang, obwohl eine geringere Energi zur Bewegung des Kolbens bis zum Einsetzen des Arbeitshubes nur notwendig wäre.
Wegen des über den gesamten Eilhub großen beaufschlagten Querschnitts muß bei flüssigen Druckmedien eine wesentliche größere Flüssigkeitsmenge umgepumpt werden, als zur Aufrechterhaltung der Eilgangkraft erforderlich wäre. Entsprechend vermindert sich die bei gegebener Pumpenleistung und geforderter Eilgangkeraft mögliche Eilganggeschwindigkeit des Kolbens erheblich; der Gesamtwirkungsgräd sinkt durch das Umpumpen nicht benötigter Flüssigkeitsmengen erheblich.
Daraus ergibt sich, daß wegen des großen auch im Eilgang zu füllenden Zylindervolumens die Kolbengeschwindigkeit relativ niedrig liegt, wenn man sie ins Verhältnis zur abgenommenen Kraft und der insgesamt im Eilgang zugeführten Energie setzt.
Ein ähnlicher Wirkungs grad-Verlust ergibt sich, wenn der Kolben nur einen kürzeren Hub durchläuft, als zylinderseitig zur Verfügung steht. Dabei wird das jeweilige Restvolumen zwischen Zylindbrdeckel und Kolben mit Druckmedium gefüllt und entleert, ohne daß dem eine entsprechende Energieabgabe an der Kolbenstange gegenüber steht.
Um die genannten Nachteile wenigstens teilweise auszugleichen, ist durch den Prospekt "Kraftei, Pneumatik Zylinder mit mechanischer Kraftübersetzung" der Firma Friedmann und Meier AG, Hallein, Österreich, Ausgabe 3/1974, ein Pneumatik-Zylinder bekannt geworden, dessen Zylinder einen druckbeaufschlagten Kolben mit einer mechanischen Verstärkung- aufweist. Innerhalb des Zylinders bewegt sich ein mit Druckluft beaufschlagter Kolben gemeinsam mit einem Arbeitskolben, wobei sich bei Beginn des Spannhubes Buftkolben und Arbeitskolben trennen und der Luftkolben über Innenrollen, Zughebel und eine Kegelbahn auf einer Krafthubbahn entlangläuft, wodurch die Zughebel den Arbeitskolben nach vorne drücken. Dadurch wird die Kraft des Arbeitskolbens im Verhältnis Kolbenweg zu Stempelweg vergrößert.
Nachteilig ist hier jedoch, daß immer der gesamte Arbeitsraum mit Druckmedium gefüllt werden- muß. Es findet demzufolge nur eine mechanische Kraftübersetzung statt, jedoch keine Einsparung an Druckenergie oder an Druckmediumvolumen, so daß die oben genannten Nachteile auch hier gegeben sind. Ausßerdem ist der Beginn des Arbeitshubes nicht veränderlich, sondern fest vorgegeben.
Durch die DT-OS 2 258 593 ist ein druckgasbetätigter Zylinder mit hydraulischer Kraftverstärkung bekannt geworden, der einen Eilweg und einen Kraftweg ausführen kann, wobei ein Antriebskolben für den Eilweg und getrennt davon ein Antriebskolben für den Kraftweg vorgesehen ist und die Bewegungen der beiden Antriebskolben unabhängig voneinander sind. Desweiteren ist durch die DT-OS 2 017 007 ein pneumatisch-hydraulischer Kolbentrieb bekannt geworden, der einen pneumatisch-hydraulischen Druckübersetzer aufweist, der aus einem großen, druckgasbeaufschlagten Primärkolben und einem kleinen, flüssigkeitsbeaufschlagen SekundäriÇolben gebildet wird, wobei vor dem Druckübersetzer eine durch einen fliegenden Kolben, eine elastische Trennwand oder eine elastische Blase eine in zwei Räumen getrennte Kammer vorgelagert ist, deren einer. Raum mit Druckgas beaufschlagt werden kann und der Endere-mit einem unveränderlichen Flüssigkeitsvolumen gefüllt ist. Dieser Druckschrift ist es auch schon bekannt, die Räume zwischen dem einen Kolben und dem Druckübersetzer, also dem Zylinderraum des Arbeitskolbens, druckdicht zu trennen. Der als Plunger ausgebildete Sekundärkolben des Druckübersetzers ist dergestalt ausgebildet, daß er dichtend in die Öffnung zwischen der dem Druckübersetzer vorgelagerten Kammer und dem Zylinderraum des Arbeitskolbens eindringt und dadurch die Trennung der beiden Räume bewirkt. Die DT-OS 2 001 387 enthält ebenfalls eine Zylinderanordnung zur Kraft erzeugung mit einem Arbeits- und einem Übersetzungszylinder mit einem Arbeitskolben und einem Ubersetsungskolben, der, unter dem Einfluß eines Niederdrucksystems stehend, seinerseits ein den Arbeitskolben betätigendes, mit einem inkompresSiblen Medium und einem Speicher für dieses versehenes Hochdrucksystem beeinflußt. Auch hier bewegt sich der Arbeitskolben nur solange sich der Primärkolben bewegt, wobei zwischen beiden eine Druckübersetzung stattfindet.
Desweiteren ist durch die DT-AS 1 302 165 ein Arbeitszylinder mit zwei teleskopartig ineinander verschiebbaren Kolben bekannt geworden, bei denen ein holer Druckkolben mit einem Rückschlagventil zusammenwirkt, das sich zu einem im Dkuckkolben verschiebbar gelagerten Anstellkolben hin öffnet und in Ruhelage des Druckkolbens offen ist. Die beiden Kolben bewegen sich gemeinsam, die Kopplung erfolgt über ein inkompresibles Medium. Der Gesamthub ist durch ein frstes Verhältnis zwischen dem Eilhub und dem Arbeitshub festgelegt.
Darüber hinaus ist durch die amerikanische Patentschrift US-PS 3 470 793 eine Verriegelungsvorrichtung für Hydraulikzylinder bekannt geworden, die es gestattet, einen einfachen Kolben in beliebiger Lage innerhalb des Zylinders zu arretieren. Die Verriegelungseinrichtung besteht aus zwei gegenseitig aufeinander laufbare schräge Ebenen, die den Kolben ringförmig umgeben, wobei die eineschräge Ebene vom Kolben mitgenommen wird und die andere in einem gewissen Bereich des Kolbens auf dem selben frei beweglich ist.
Des weiteren ist durch DE-OS 23 55 157 eine hydraulische Versteifung von Differentialzylindern ohne Verlust an Rücklaufgeschwindigkeit durch Verwendung eines oder mehrerer als Mengenübersetzer wirkender Hilfszylinder bekannt geworden, wobei die Rücklaufgeschwindigkeit durch Beaufschlagung des Ringraumes um das Flächenverhältnis der Kolbenfläche größer ist, als die Arbeitsganggeschwindigkeit bei gleichem Druck mit dem Zulaufvolumen. Insbesondere soll dadurch die hydraulische Steifigkeit zwischen Hubmitte und Hubende ohne Geschwindigkeitsverlust erhöht werden. Als weiterer Stand der Technik, der einen Mengenübersetzer beinhaltet, sei die DE-PS 874 277 genannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das im Eilgang eine hohe Kolbengeschwindigkeit bei geringem Wirkungsgradverlust besitzen soll und im Arbeitsgang trotzdem eine hohe Kolbenkraft aufweisen soll. Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kolben-Zylinder-System zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welches eine hohe Kolbengeschwindigkeit im Eilgang bei geringem Wirkungsgradverlust und eine hohe Kolbenkraft im Arbeitshub besitzt, so daß der Gesamtwirkungsgrad einer derartigen Anordnung verbessert sein soll.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß für den Eilgang nur die dort benötigte Energiemenge zugeführt wird, die während des Eilgangs entweder an den Hilfskolben, der dabei den Arbeitskolben mitbewegt oder an eine Teilfläche des Arbeitskolbens abgegeben wird, der den anliegenden Hi-lfskolben mitschleppt und daß nach Beendigung des Eilganges der Hilfskolben an beliebiger Stelle innerhalb des Zylinders arretiert und der Kraftgang des Arbeitskolbens eingeleitet wird.
Dabei kann die Eilgangbewegung statt durch ein Druckmedium auch durch einen mechanischen oder elektrischen Antrieb des Hilfskolbens erfolgen.
In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung des Verfahrens kann während des Eilganges nur eine kleine wirksame Querschnittsfläche des Hilfskolbens mit einem Fluid als Druckmedium beaufschlagt werden, verglichen mit der Querschnittsfläche des Arbeitskolbens, wobei der Druck des Druckmediums gleich oder vergleichbar dem Arbeitsdruck des Druckmediums für die Bewegung des Arbeitskolbens während des Kraftganges ist. Auch hier kann der Eilgangantrieb des Hifskolbens mechanisch oder elektrisch statt durch ein Druckmedium erfolgen. Oder während des Eilganges kann eine gleich oder ungefähr gleich große wirksame Querschnittsfläche des Hilfskolbens - verglichen mit der Querschnittsfläche des Arbeitskolbens - mit einem Fluid als Druckmedium beaufschlagt werden, wobei der Druck des Druckmediums erheblich kleiner ist als der Arbeitsdruck des Druckmediums während des Kraftganges.
Ein Kolben-Zylinder-System für Eil- und Kraftgang bestehend aus einem Arbeitskolben für den Kraftgang und einem Hilfskolben für den Eilgang, der zwischen seiner Kolbenstange und der Zylinderwandung des Zylinders einen Ringspalt bildet zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben wie der Hilfskolben in ein - und demselben Zylinder angeordnet sind, wobei der Hilfskolben an beliebigem Ort innerhalb des Zylinders arretierbar ist ond der Zylinder oder der Hilfskolben dazu eine Arretiereinrichtung aufweisen und daß der Ringspalt entweder in sich abgeschlossen oder mit dem zwischen dem Hilfskolben und dem Arbeitskolben gebildeten Arbeitsraum verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-System besitzen den hervorstechenden Vorteil, daß der Hilfskolben eine hohe Kolbengeschwindigkeit besitzt, wobei zur Bewegung des Arbeitskolbens und zur Mitnahme des Hilfskolbens oder zur Bewegung des Hilfskolbens und Mitnahme des Arbeitskolbens nur die tatsächlich benötigte Energiemenge zugeführt wird, die zur Bewegung des Hilfskolbens und zum Mitnehmen des Arbeitskolbens bzw. zur Bewegung des Arbeitskolbens und zum Mitnehmen des Hilfskolbens notwendig ist. Mit dem Obergang in den Krafthub oder Arbeitshub wird dann wiederum nur die Energiemenge dem Arbeitskolben zugeführt, die der abgenommenen Kraft an der Kolbenstange entspricht.
Somit kann der Hilfskolben entweder als Verdrängungskörper oder als rein verschieblicher Boden ausgebildet sein. Ist der Hilfskolben als Verdrängungskörper ausgebildet, so kann der Schaft des Hifskolbens an seinem dem Arbeitskolben zugewandten Ende einen umlaufenden, sich an der Zylinderwandung abstützenden Kragen mit Durchbrechungen -aufweisen. Zusätzlich muß in diesem Fall eine Halteeinrichtung des Arbeitskolbens an dem Hilfskolben vorgesehen werden, damit während des Eilganges der Hilfskolben vom Arbeitskolben mitgezogen wird, weil ja eine kleine, beispielsweise ringförmige Fläche des Arbeitskolbens zur Bewegung im Eilgang beaufschlagt wird. Diese Halteeinrichtung kann in vorteilhafter Weise eine ringförmige Lippendichtung beispielsweise aus Gummi sein, die auf dem Boden des Hilfskolbens angeordnet ist. Fährt der Arbeitskolben z.B. nach beendetem Kraftgang zurück, so läuft der Arbeitskolben schließlich auf dem Hilfskolben auf, wobei die Lippendichtung zusammengepresst wird und dadurch im Raum innerhalb der Lippendichtung ein Unterdruck erzeugt wird. Dieser Unterdruck dient beim nachfolgenden Eilgang dazu, daß der Hilfskolben am Arbeitskolben anhaftet und von diesem mitgenommen wird.
Des weiteren kann die Halteeinrichtung durch einen oder mehrere Dauermagnete oder durch Elektromagnete gebildet werden. Oder die Halteeinrichtung besteht aus einer Feder, so daß der Hilfskolben federbeaufschlagt auf dem Arbeitskolben aufliegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Hilfskolben als Plunger oder rein verschieblicher Boden ausgebildet und weist bei Bewegung mittels eines Druckmediums an seinem, dem Arbeitskolben zugewandten Ende einen mit der Zylinderwandung abdichtenden, umlaufenden Kragen auf, wobei das Ringspaltvolumen an seinen Deckflächen einerseits von einem Zylinderdeckel und andererseits von dem Kragen begrenzt ist und der Boden des Hilfskolbens und/oder des Arbeitskolbens eine Zuführung für ein Druckmedium für den Kraftgang besitzt.
Wird der Hilfskolben dagegen mechanisch oder elektrisch bewegt bzw. verstellt, so kann der Kragen entfallen.
Bei diesen Ausführungen wird in höchst vorteilhafter Weise im Gegensatz zu den herkömmlichen Zylindern vermieden, daß bei Druckanstieg im Kraftgang der im Eilgang bereits durchlaufene Zylinderraum zusätzlich mit Druckmedium unter Arbeitsdruck gefüllt werden muß.
Bei der Verwendung von Fluiden als Druckmedium kann in höchst vorteilhafter Weise die wirksame Querschnittsfläche des Ringspaltes bzw. die wirksame Querschnittsfläche des Kragens klein sein im Verhältnis zur wirksamen Querschnittsfläche des Arbeitskolbens.
Der Übergang vom Eilgang zum Kraftgang ist also hier durch den uebergang von einer kleinen wirksamen Querschnittsfläche zu einer großen gekennzeichnet. Bei der Aufsehlagung mit vollem Druck wird der während des Eilganges wirksame Querschnitt entsprechend der hier benötigten Kolbenkraft gering gehalten, weshalb auch der mit Druckmedium zu füllende Hilfskolben-Expansionsraum klein gehalten wird. Das Druckmedium für den Hilfskolben weist hier einen hohen Druck auf, der vergleichbar ist dem Druck des Druckmediums während des Arbeitsganges. Bei der Ausführung des Hilfskolbens als Verdrängungskörper mit Ringspalt, was für flüssige und gasförmige Medien vorteilhaft sein kann, wird der während des Eilgangs zu füllende Zylinderraum durch einen z.B.mit Federdruck, Magnetkraft oder Unterdruck am Arbeitskolben anliegenden Hilfskolben als quasi "Verdrängungskörper'' so weit verkleinert, daß der auf der Restfläche des Arbeitskolbens anstehende volle Druck (abzüglich der Reibungs- und Leckverluste) eine Vortriebskraft erzeugt, die der in dieser Bewegungsphase benötigten Kraft entspricht. Wegen des geringen zu füllenden Volumens wird dabei eine sehr hohe Eilganggeschwindigkeit erreicht. Der Übergang in den Arbeitshub geschieht durch Arretierung des Verdrängungskörpers. Bei weiterer Druckbeaufschlagung löst sich dabei der Arbeitskolben vom Verdrängungskörper ab, wobei die gesamte Arbeitskolbenfläche beaufschlagt und die volle Kraft des Arbeitsganges erreicht wird.
Wird hingegen der Hilfskolben als Plunger mit geschlossenem und gegen den Zylinder abgedichtetem Kragen ausgebildet, so wird der während des Eilgangs zu füllende Zylinderraum durch den Hilfskolben verkleinert und es entsteht zwischen diesem und dem Zylinder wiederum ein Ringspalt.
Für den Eilhub wird in den Ringspalt Druckmedium mit vollem Druck eingegeben, welches auf den Kragenquerschnitt wirkt und einen - wegen des geringen Ringspaltvolumens -sehr schnellen Vortrieb des Hilfskolbens erzeugt. Dieser nimmt dabei den Arbeitskolben mit gleicher Geschwindigkeit mit, wobei dieser direkt an der Stirnfläche des Hilfskolbens anliegen oder wegen eines verbliebenen Druckmedienrestes zwischen Hilfs- und Arbeitskolben sich in Distanz befinden kann. Zum Übergang in den Arbeitsgang wird der Hilfskolben arretiert und nun in den eigentlichen Arbeitsraum zwischen dem Hilfskolben und dem Arbeitskolben Druckmedium eingegeben. Zur Geschwindigkeitserhohung kann gleicheitie auch schon der Arbeitskolben mit Druckmedium beaufschlagt erden, jedoch muss dann die Arretierung des Hilfskolbens vor erreichen des Arbeitspunktes erfolfflt sein um sein ZurUckfahren zu vermeiden.
Bei dieser Ausführung können in vorteilhafterweise gleichzeitig verschiedene Druckmedien getrennt zur Anwendung gelangenwobei ein flUssiges Medium fUr den Eilgang gleichzeitig eine einfache Arretier,zng des Hilfskolbens ermöglicht.
Darüber hinaus kann der Hilfskolben während des Eilganges mechanisch, hydraulisch oder elektrisch bewegt werden, wobei der Ringspalt in Fortfall kommt. Beispielsweise kann der Hilfskolben mittels eines Linearmotors elektrisch bewegt werden, der praktisch nur die während des Eilhubs abgenommene Energie aufnimmt. Desweiteren ist eine mechanische Verschiebung, z,3.dur-ch Ritzel mit Zahnstange, Exzenter oder Kniehebel oder auch eine magnetische Verschiebung möglich, die auch jeweils eine leichte Arretierung ermöglichen.
Bei der Verwendung von kompressiblen Medien zur Bewegung des Hilfskolbens kann in einer weiteren Ausführungsform die wirksame Querschnittsfläche des Hilfskolbens gleich oder ungefähr gleich der wirksamen Querschnittsfläche des Arbeitskolbens sein, wobei der Druck des Druckmediums zur Bewegung des Hilfskolbens erheblich kleiner ist als der Arbeitsdruck des Druckmediums während des Kraftganges. Diese Ausführung ist also gekennzeichnet durch eine große im Eilgang wirksame Querschnittsfläche des Hilfskolbens und einen niedrigen Druck und somit auch durch ein größeres zu füllendes Hilfskolben-Expansionsvolumen.
Zwischen dem Hilfskolben und dem Zylinderdeckel befindet sich ein Ringraum, der dem Zylinderquerschnitt abzüglich einer dünnen Kolbenstange entspricht, Dieser Raum wird mit gasförmigem Druckmedium gefüllt, Jedoch - z.B.Uber ein Druckminderventil - ist nur ein im Verhältnis zum Arbeitsdruck geringer Druck zugelassen, Über die in diesem Fall sehr große beaufschlagte Fläche wird bereits bei geringem Druck und entsprechend geringer zugeführt er Energiemenge die für den Eilgang nötige Vortriebskraft erreicht und somit der Arbeitskolben mitgenommen. Zu Beginn des Arbeitshubes wird der Hilfskolben arretiert und das unter höherem Druck stehende Medium durch Leitungen innerhalb des Hilfskolbenbodens oder des Arbeitskolbenbodens zugeführt. Der hervorstechende Vorteil dieser Ausführung ist, daß die für den Eilgang erfordep liche Kraft über Druckregelung eingestellt werden kann und keine Veränderung der beaufschlagten Querschnitte erforderlich ist.
In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung kann der Hilfskolben in einer Bohrung des Arbeitskolbens angeordnet sein, wobei der Arbeitskolben einen mit einer Ringfläche für den Eilgang versehenen Kragen und einet Schaft aufweist, dessen Außendurchmesser unter Belassung eines Ringspaltes mit der Zylinderwandung geringer ist, als der Innendurchmesser des Zylinders. Der Arbeitskolben wird dabei im Eilgang nur aiif seinem Kratzen beaufschlagt und schlepDt den Hilfskolben mit. Im Arbeitsgang wird der Hilfskolben arretiert und die innere Hauptfläche des Arbeitskolbens beaufschlagt.
Diese Bauart list insbesondere dafür geeignet, wenn verschiedene Druckmedien - z.B. ein flüssiges und ein gasförmiges - zur Anwendung gelangen sollen, da die Räume für den Eilgang und den Kraftgang voneinander getrennt sind.
In einer weiteren bevorzugten JLusführungsformdes Zylinders ist der Kolben zweifach wirkend ausgestaltet und besteht aus zwei durch eine Filhrungsstange verbundenen Arbeitskolben, zwischen denen zwei Hilfskolben verschieblich angeordnet eind, die eine mittels Druck auslösbare Selbsthemmeinrichtung aufweisen, wobei die Arbeitskolben auf ihrer Arbeitsæeite Je eine Kolbenstange, deren Durchmesser unter Belassung eines Ringspaltes mit der Zylinderwandung geringer ist als der Innendurobmesser des Zylinders und eine Zuführung für das Druckmedium des Kraftganges aufweisen. Dieses bietet den herorstechenden Vorteil, daß der erz findungsgeniäße Zylinder in beiden Richtungen für einen Eil- und einen Kraftgang einsetzbar ist. Diese Anordnung ist auch mehrfach in Serie miteinander kombinierbar.
Die zum Umschalten vom Eilgang auf den Kraftgang notwendige Arretiereinrichtung des Hilfskolbens kann eineDruckmanschette sein, die den Hilfskolben umgibt. Die Arretiereinrichtung kann auch ein Spannsatz sein, bestehend aus einer Ringspannscheibe oder einer Ringfeder oder einer Tellerfeder mit Druckring, wobei der Ansatz den Hilfskolben umgibt oder innerhalb des Hilfskolbens angeordnet ist. Die Arretiereinrichtung kann des weiteren eine Magnetbremse sein. Sie kann außerdem eine Verkantungsspannung sein, die nur in eine Richtung wirkt.
In weiterer Ausgestaltung.der Erfindung kann der Boden des Hilfskolbens und der Boden des Arbeitskolbens einander entsprechende und ineinander passende, ringförmige Absätze aufweisen, -Dadurch wird ein plötzlicher Flächenzuwachs beim Umschalten vom Eilgang auf den Kraftgang vermieden, wodurch eine stufenweise Kraft zunahme bis zur Abgabe der vollen Kraft erfolgt.
Desweiteren kann der Hilfskolben federbeaufschlagt auf dem Arbeitskolben aufliegen. Diese Ausführungsform kann dann mit Vorteil eingesetzt werden, wenn der Hilfskolben als Verdrängungakörper wirkt.
Des weiteren kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der Hilfskolben während des Eilganges formschlüssig dem Arbeitskolben verbunden sein.
Dazu ist es z. B. möglich, eine Steckverbindung vorzusehen, die im Boden des Hilfskolbens angeordnet ist und die in eine im Boden des Arbeitskolbens vorgesehene tiffnung eingreift. Eine derartige Verbindung zwischen den beiden Kolben ist dann notwendig, wenn der Hilfskolben als Verdrängungskörper arbeitet und die für den Eilgang beaufschlagte Fläche eine Ringfläche.des Arbeitskolbens ist. Die Haltekraft zwischen Hilfskolben und Arbeitskolben muß dabei größer sein als die gesamten Reibungskräfte des Kolben-Zylinder-Systems während des Eilganges. Die Steckverbindung kann z. B. aus einem Stab bestehen, aus dessen Mantelfläche zwei Kugeln teilweise herausragen, die federbelastet sind. Das Stabende rastet bei Anliegen beider Kolbenoberflächen in eine Aussparung des Arbeitskolbens ein, wobei die beiden Kugeln einen Einstich innerhalb der Aussparung des Arbeitskolbens hintergreifen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Bewegen eines Kolbens und ein Kolben-Zylinder-System zur Verfugung, welches geringe Wirkungsgradverluste aufweist, zusammen mit einer wesentlich höheren Eilganggeschwindigkeit des Kolbens bei gleichen Anschlußquerschnitten und bei vergleichbaren sonstigen Abmessungen, verglichen mit bekannten Zylindern. Das erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-System verbindet also die Vorteile einer Kolbenstange mit großem Querschnitt bei hoher Eilganggeschwindigkeit mit den Vorteilen einer Kolbenstange geringen Querschnitts, wenn eine hohe Arbeitskraft gewünscht ist.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung hervor, die nur beispielhafte Ausführungen der Erfindung darstellen.
Es zeigen Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Systems, bei dem der Hilfskolben einen Verdrängungskörper darstellt.
Eilgang-Ringspalt und Arbeitsgangraum sind miteinander verbunden.
Figur 2 eine Prinzipdarstellung eines Kolben-Zylinder-Systems, bei dem der Hilfskolben einen einen Plunger mit geschlossenem, dichtendem~Kragen darstellt (verschieblicher Boden). Eilgang-Ringspalt und Arbeitsgang-Raum sind voneinander getrennt.
Figur 3 eine weitere Ausführung eines Kolben-Zylinder-Systems, wobei der Hilfskolben innerhalb des Arbeitskolbens angeordnet ist.
Figur 4 eine Darstellung eines Bodens eines Hilfskolbens und eines Arbeitskolbens, die beide ineinanderpassende, treppenförmige Absätze aufweisen, wobei der Hilfskolben hier als Verdrängungskörper ausgebildet ist.
Figur 5 ein weiteres Kolben-Zylinder-System, in dem ein zweifach wirkender Kolben mit zwei Hilfskolben angeordnet ist.
Figur 6 ein weiteres Kolben-Zylinder-System, in dem ein zweifach wirkender Kolben mit Hilfskolben angeordnet ist, wobei in eine Richtung eine Kraftverdoppelung erfolgen kann.
Figur 7 eine Prinzipdarstellung eines Kolben-Zylinder-Systems, bei dem der Hilfskolben eine große wirksame Querschnittsfläche besitzt für den Eilgang bei relativ niedrigem Druck im Verhältnis zum Druck während des Arbeitsganges.
Figur 8 einen Zylinder entsprechend der Figur 7, wobei der Hilfskolben entsprechend den Figuren 5 oder 6 ausgeführt ist und Figur 9 ein weiteres Kolben-Zylinder-System, bei dem die Arretierung des Hilfskolbens mittels einem Absperrventil für die Druckmediuührung des Hilfskolbens erfolgt.
Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt ein Zylinder 1 mit einer Zylinderbohrung 2 einen darin verschieblich angeordneten Arbeitskolben 3 mit einer Kolbenstange 4, die innerhalb des Zylinderbodens druckdicht geführt ist. Gegenüber dem Kolbenboden des Arbeitskolbens 3 ist ein Hilfskolben 5 innerhalb der Zylinderbohrung angeordnet, der seinerseits im Zylinderdeckel 10 druckdicht geführt ist Der Hilfskolben 5 besitzt einen Kragen 66 zur Abstützung desselben gegen die Innenwandung des Zylinders, wobei der Kragen 66 Durchbrechungen 7 zum Durchtritt des Druckmediums aufweist. Der Schaft des Hilfskolbens 5 ist unter Belassung eines Ringspaltes 8 zwischen der Zylinderwandung von geringerem Durchmesser als der Innendurchmesser des Zylinders, wobei der Kragen 66 eine Ringfläche (vermindert um die Fläche der Durchbrechungen 7) besitzt, die die wirksame Fläche zum Vorschub des Hilfskolbens während des Eilganges darstellt.
Zwischen dem Kolbenboden 14 des Hilfskolbens und dem Kolbenboden des Arbeitskolbens 3 wird ein Arbeitsraum 6 eingeschlossen. Die Zuleitung des Druckmediums in den Ringspalt 8 erfolgt über eine im Zylinderdeckel 10 angeordnete Bohrung 9, die arbeitskolbenseitige Entlüftung erfolgt über eine Bohrung 13. Dichtungsringe 15 in geeigneter Anordnung dienen jeweils zum Abdichten der unter Druck stehenden, beweglichen Teile.
Der Hilfskolben weist eine Arfietiereinrichtung 11 auf, die innerhalb des Zylinderdeckels 10 angeordnet ist. Diese Arretierung oder Spannsystem kann z.B. eine Druckmanschette sein, die mittels Druckluft über die Zuleitung 12 beaufschlagt wird. Darüberhinaus kann-die Arretierung jede geeignete Ausführung besitzen, die den Hilfskolben sicher und mit ausreichender Kraft bei Auslösen der Klemmung festhält.
In der Ausführung gemäß Fig. 1 stellt der Hilfskolben einen verdrängungskörper dar. Der Zulauf des Druckmediums erfolgt an einem starren Punkt, nämlich über die Zuleitung 9. Das dem benötigten Hub während des Eilganges entsprechende Volumen zuzüglich dem Ringspaltvolumen wird an Druckmedium zugeführt. Dadurch bewegen sich der Hilfskolben und der Arbeitskolben mit gleicher Geschwindigkeit während der Dauer des Eilganges. Aufgrund eines Steuerbefehls kann der Hilfskolben 5 an jedem beliebigen Ort innerhalb des Zylinders arretiert werden. Der Arbeitsraum 6 wird mit Druckmedium gefüllt und der Arbeitsgang (Kraftgang) beginnt.
Der Hilfskolben gemäß der Fig. 1 kann auch kolbenstangenseitig angeordnet sein. Der Verdrängungskörper kann dann innen noch Kolbenstangenführungen erhalten.
Ist der Hilfskolben 5 gemäß der Figur 1 als Verdrängungskörper ausgeführt, so ist des weiteren zwischen dem Hilfskolben und dem Arbeitskolben eine Haltevorrichtung vorgesehen, die bewirkt, daß während des Eilganges der Hilfskolben vom Arbeitskolben mitgeschleppt oder mitgezogen wird. Es ist notwendig, da ja die zum Eilgang benötigte Fläche eine beaufschlagte Ringfläche des Arbeitskolbens ist. In dem in Figur 1 gezeigten Beispiel besitzt der Boden 14 des Hilfskolbens 5 eine ringsumlaufende,.-manschettenartige Dichtung 140, z. B. eine Lippendichtung, die beim Rücklauf des Arbeitskolbens 4 und Auflaufen auf den Hilfskolben 5 zusammengepreßt wird. Wird nun der nächste Eilgang eingeleitet, so haftet der Hilfskolben aufgrund eines Unterdruckes innerhalb des durch die ringförmige Dichtung 140 und der Bodenfläche des Arbeitskolbens 4 erzeugten Raumes an. Der Anpreßdruck muß dabei größer sein als sämtliche Reibungsverluste innerhalb des Systems während des Einganges.
Natürlich kann die Halteeinrichtung auch anders verwirklicht sein, so z. B.
kann diese aus Dauermagneten oder Elektromagneten bestehen. Des weiteren kann die Halteeinrichtung eine Steckverbindung sein, wobei ein Steckglied, z.B.
Kugeln, in einer Aussparung des Arbeitskolbens einrasten und somit den Hilfskolben während des Eilganges mitschleppen. Wesentlich ist nur, daß bei Verwendung eines Hilfskolbens als Verdrängungskörper während des Eilganges eine kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Arbeitskolben und dem Hilfskolben erzielt wird.
Figur 2 zeigt ein Kolben-Zylinder-System, wobei hier der Hilfskolben 17 als Plunger oder als verschieblicher Boden ausgebildet ist. Der Hilfskolben 17 besitzt einen umlaufenden Kragen 73, wodurch zwischen der Wandung des Hilfskolbens 17 und der Wandung des Zylinders ein Ringspalt 109 gebildet wird, der durch die umlaufende Ringfläche 67 des Bodens des Hilfskolbens abgeschlossen ist. Des -weiteren weist der Boden 18 des Hilfskolbens 17 eine Zuführeinrichtung 20 zur Zuführung des Druckmediums für den Arbeitsgang in den Arbeitsraum 19 auf. Diese Zuführeinrichtung zur Zuführung des Druckmediums in den Arbeitsraum 19 kann auch im Arbeitskolben arbeitskolbenseitig angeordnet sein.
Des weiteren weist Figur 2 eine zusätzliche Absperreinrichtung auf, bestehend aus einem Ventil 110, welches ein Rückschlagventil sein kann. Dieses Ventil 110 ist in der Zuführleitung für das Druckmedium des Eilganges hin zum Ringspalt 109 angeordnet. Bei Absperren dieses Ventils 110 entsteht im Ringspalt 109 und in der Zuführleitung bis hin zum Ventil 110 eine quasi starre Flüssigkeitssäule; wird nun über die Zuführleitung 20 Arbeitsdruckmedium in den Arbeitsraum 19 zugeführt, so wirkt der Hilfskolben 17 als starrer Boden, abgepuffert durch die Flüssigkeitssäule im Ringspalt 109. Dieses Ventil 110 kann nun beliebig angesteuert werden, so z. B. elektro-pneumatisch durch den Druckaufbau bei Beginn des Arbeitsganges. Nach Schließen des Ventils ist innerhalb des Ringspaltes 109 eine quasi starre Flüssigkeitssäule eingeschlossen. Diese Art der Arretierung des Hilfskolbens an beliebigem Ort innerhalb des Zylinders kann immer dann eingesetzt werden, wenn der Hilfskolben als Plunger ausgebildet ist.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel mit innenliegendem Hilfskolben, gezeigt. Innerhalb eines Zylinders 21 befindet sich ein Arbeitskolben 22, der an seinen beiden Enden in den Zylinderdeckeln:geführt ist. Die Kolbenstangen besitzen.
einen etwas geringeren Durchmesser als der Innendurchmesser des Zylinders, so daß zwischen dem Zylinger und den beiden Kolbenstangen Ringspalt,e gebildet werden. Der Ringspalt -mit der wirksamen Ringfläche 68 dient zur Bewegung des Arbeitskolbens während des Eilvotlaufs. Die Kolbenstangen besitzen Innenbohrungen, wobi' in einer oder in beiden Bohrungen Hilfskolben 23 angeordnet sein können. In Fig. 3 ist nur linksseitig ein Hilfskolben gezeigt. Die Zuführung des Druckmediums erfolgt über die Zuleitung 26 innerhalb des Hilfskolbens und durch den Boden 24 des Hilfskolbens in den Arbeitsraum 25. Dieser ist aufgrund der Innenführung des Hilfskolbens vollständig gegenüber den Ringspaltvellmina der Arbeitskolben getrennt. Eine Arretiereinrichtung 27, dieausserhalbdes Hilfkolbens 23 angeordnet ist, dient zum Arretieren desselben zur Einleitung des Krawftganges.
Fig. 4 zeigt eine besondere Gestaltung des Bodens des Hilfskolbens und der dem Boden zugekehrten Arbeitsfläche des Arbeitskolbens, wobei diese Ausgestaltung sowohl in der Ausführung der Figuren 1,2 wie der Fig. 3 Verwendung finden kann.
In einem Zylinder 28 ist unter Bildung eines Ringspaltes ein Hilfszylinder als Verdrängungskörper mit einem Boden 32 angeordnet, dem ein Kolben 30 mit einer Kolbenstange 29 gegenübersteht. Der Boden 32 des Hilfskolbens 31 besitzt ringförmige Absätze 32', 32", die treppenförmig zum Zentrum des Bodens hin abnehmend angeordnet sind. Die Oberfläche des Arbeitskolbens 30 besitzt entsprechend geformte, ringförmige Absätze, die zum Mittelpunkt hin ansteigend-angeordnet sind, wobei die gegenseitigen Absätze ineinander passen. Dadurch wird erreicht, daß der Ubergang vom Eilgang zum Kraftgang entsprechend eines stufenweisen Flächenzuwachses der Arbeitsfläche des Arbeitskolbens erfolgt.
Bei Stillstand des Hilfskolbens und Weiterbewegung des Arbeitskolbens werden nacheinander die Treppenabsätze des Arbeitskolbens freigegeben, wodurch eine stufenweise Flächenzunahme erfolgt. Der Kolbenboden 30 weist desoweiteren eine Führungsstange 63 auf, die den Boden 32 des Hilfszylinders 31 durchragt und «nu der eine Druckfeder 64 mittels einer Mutter 65 gehaltert ist. Dadurch liegt im Eilgang der Hilfskolben federbeaufschlagt am Arbeitskolben an, bis die Druckkraft des einsetzenden Kraftganges den Arbeitskolben bei arretiertem Hilfskolben löst.
In Fig. 5 ist ein Zylinder 33 im Längsschnitt gezeigt, der einen doppelseitigen Arbeitskolben 34, 35 aufweist, wobei beide Kolben durch eine Kolbenstange 36 starr miteinander verbunden sind. Beide Kolben 34, 35 bilden mit der Zylinderwandung Ringspalte 42 und 41 zum Eilgang des Doppelkolbens in. die entsprechende Richtung. Zwischen den Böden der Arbeitskolben und auch der Führungsstange 36. gleitbar sind zwei Hilfskolben 37, 38 und 37', 38' angeordnet, die durch eine Druckfeder 43 an die zugewandten Kolbenböden der Arbeitskolben gepreßt werden. Die Zuleitung des Druckmediums für den Kraftgang erfolgt über die Kolbenböden der Arbeitskolben. Die wirksamen Flächen der Eilgänge sind die Ringflächen 70 bzw. 71..
Der in Fig. 5 gezeigte Zylinder ist zweifach wirkend für Eil- und Kraftgang. Die Hilfskolben besitzen eine Selbstklemmung, bestehend aus einer Tellerfeder 44, die von einem Druckring 58 umspannt wird. Zwei Druckstifte 45 dienen zur Aufhebung der Selbsthemmung.
pie Arbeitsweise des Zylinders ist folgende: In Ausgangstellung liegen beide Hilfskolben 37, 38 bzw.
37', 38.' an den dazugehörigen Kolbenflächen der Arbeitskolben an. Nun wird in einen der Ringspalte 41 oder 42 Druckmedium eingegeben, so daß sich der Doppelkolben mitsamt den Hilfskolben in'die entsprechende Richtung bewegt.
Da die Kraftübertragung über die Stifte 45 auf die Hilfskolben 37 bzw. 37' erfolgt, wird die Sperrung durch die Tellerfeder 44 aufgehoben. Zur Einleitung des Kraftganges wird nun über die za gehöri'ge Leitung entweder in den Arbeitsraum 39 oder. in den Arbeitsraum 40 Druckmedium eingegeben, wodurch zum Beispiel der Hilfskolben 37, 38 sich entsprechend der. Vorwärtsbewegung des Kolbens 34 zurückbewegt. Dadurch drückt das Teil .38 auf das Teil 37, wodurch die Tellerfeder 44 gespannt wird, wodurch der Druckring 48 den Hilfskolben gegen die Zylinderwandung festpreßt. Ein weiteres Anwachsen des Druckes hat nur eine Vergrößerung der Selbsthemmung zur Folge. Sobald der Krafthubbeendet ist, wird in den entsprechenden Ringspalt , hier in den Ringspalt 41-, Druckmedium eingegeben, wodurch der Doppelkolben zurückfährt. Der Kolbenboden des Kolbens 34 erreicht schließlich die Stifte 45, drückt diese nach innen, wodurch di.Selbsthemmung aufgehoben wird. Natürlich kann die Druckfeder 43 derart aus gelegt sein, daß die Selbsthemmung schon bei Aufhören des Kraf-thubes und Ausbleiben der Gegenkraft des Druckmediums abgebaut wird. Nunmehr kann in die Gegenrichtung ein Arbeitshub erfolgen, wonach der Arbeitszylklus umgekehrt wird.
In Fig. 6 ist eine Ausführung eines Zylinders gezeigt, der zusätzlich zum Eil- und Kraftgang in beiden Richtungen in eine Richtung eine Kraftverdoppelung ermöglicht.
In einem Zylinder 46 ist ein doppelt wirkender Arbeitskolben, bestehend aus dem Kolbenteil 47, dem Kolbenboden 49:und der Verbindungsstange 48 und ein Hilfskolben 50 angeordnet. Es wird somit zwischen dem Kolbenboden des Hilfskolbens 50 und dem Arbeitskolben 49 ein Arbeitsraum 51, zwischen dem Hilfskolben 53 und dem Kolbenboden 49 ein Arbeitsraum 52 gebildet. Der Hilfskolben 50 wie der Arbeitskolben 47 sind von Klemmanschetten gemäß den Ausführungen der Fig. 1 oder 2 umgeben. Die Hilfskolben 53 bzw.54 können gemäß den Hilfskolben der Fig. 5 mit Selbstklemmung ausgebildet sein. Zwischen den Hilfskolben .53, 54 ist eine Druckfeder 55 zum Anlegen der Hilfskolben an die entsprechenden A2beitsflächen der Kolbenboden der Arbeitskolben angeordnet.
Die Arbeitsweise dieses Zylinders ist wie folgt: Zum Ausgang soll der Hilfskolben 50 am zugehörigen Zylinderdeckel anliegen, der Arbeitskolbenliegtlinks am Hilfskolben 50 an. Zur Einleitung des Eilganges wird nun in den Ringspalt 59 Druckmedium eingeführt, wodurch der Hilfskolben 50 mitsamt den auf ihn aufliegenden Arbeitskolben in Fig. 6 nach rechts bewegt wird. Die Hilfskolben 53 und 54 sind entspannt. Zur Einleitung des Kraftganges wird nun der Hiifskolben 50 mittels der Klemmanschette 57 geklemmt und in den Arbeitsraum 51 Druckmedium eingegeben. Gleichzeitig wird zur Kraftverdoppelung über die Zuleitung 61 Druckmedium in den Arbeitsgang 52 eingeführt, wodurch der Hilfskolben 53 ein kleines Stück bis zu. seiner Selbsthemmung zurückbewegt wird. Danach wird der Arbeitskolben 47 mit doppelter.f(raft bewegt. Nach Beendigung des verstärkten Krafthubes wird in den Ringspalt 60 Druckmedium eingegeben, wodurch der Kolben- 47, 49 in Gegenrichtung zurückfährt, nachdem die Klemmung des Hilfskolbens 50, sowie die Selbsthemmung des Hilfskolbens 53 aufgehoben worden ist.
In dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel ist es aufgrund des zusätzlichen Hilfskolbens 54 auch möglich, im Arbeitsgang zurückzufahren.
In den Figuren 3, 5 und 6 dient jeweils der ärbeitsseitig gebildete Ringspalt zum Rücklauf des Arbeitskolbens und des Hilfskolbens.
Der Arbeitskolben kann teleskopartig mit einem dornförmigen Vorsatz in einen zweiten Arbeitskolben hineinragen, wobei - die Fläche des Vorsatzes die Schubfläche für den Eilgang darstellt. Die ZufUhrung des Druckmediums für den Eilgang geschieht zentral durch den ersten Arbeitskolben; die Zuführung des Druckmediums für den Kraftgang geschieht vor der Arbeitsfläche des ersten Arbeitskolbens.
In den Figuren 7 und 8 ist jeweils eine Zylinder gezeigt, bei dem zum Vortrieb des Hiliskolbens ein kompressives Medium, vorzugsweise ein gasförmiges Druckmedium, verwendet wird, wobei jedochder Druck zur Bewegung des Hilfskolbens geringer ist, als der Druck des Druckmediums während des.Arbeitsganges zur Bewegung des Arbeitskolbens. Ein Zylinder 74 besitzt wiederum einen Arbeitskolben 3 mit einer Xolbenstange 4, dem ein Hilfskolben 76 mit einem Schaft 75 vorgelagert ist, Die Stirnfläche 77 des Hilfskolbens schließt zusammen mit der Zylinderwandung und der Stirnfläche des Arbeitskolbens 3 den Arbeitsraum 79 ein. Der Hilfskolben 76 bildet zusammen mit dem feststehenden Zylinderdeckel 107 einen Hilfskolben-Expansionsraum 78, wobei die wirksame Querschnittsfläche des Hilfskolbens zur Bewegung desselben in etwa gleich groß ist der wirksamen Fläche des Arbeitskolbens, nur vermindert um den Querschnitt der Stange 75, die einen geringen Durchmesser aufweist. Das Druckmedium zur Einleitung des Arbeitsganges kann wahlweise über eine Leitung 81 innerhalb des Schaftes 75 des Hilfskolbens oder über eine Bettung 80 innerhalb der Kolbenstange 4 in den Arbeitsraum 79 zugeführt werden. Der Hilfskolben wird mittels eines Verkantungßhebels 82,der an der Zylinderwandung befestigt ist, arretiert, wobe-i der Verkantungshebel 82 eine ÖFfnung 83 aufweist, durch die der Schaft 75 hindurchragt, Beim Aufbau des Arbeitsdruckes innerhalb des Arbeitsraumes 79 wird der Hilfskolben geringfügig zurückgeschoben, wodurch der Verkantungshebel 82 verkantet und den Rücklauf des Hilfskolbens begrenzt. Mittels eines Gummihohlkörpers 106, der 5.3, aufblasbar ist, kann die Verkantung aufgehoben werden, indem der Gummihohlkörper 106 aufgeblasen, der Hebel 82 gehoben und somit die Verkantung gelöst wird.
Figur 8 zeigt einen Zylinder 84, der eine bewegliche, durch den gesamten Zylinder ragende Kolbenstange 85 aufweist, die mit dem Kolben 3 fest verbunden ist. Auf einer Seite der Kolbenstange ist desweiteren loseverschieblich ein Hilfskolben 86 montiert, der den Hilfskolben 37, 38 der Figur 5 und 53, 54 der Figur 6 in Gestaltung und Funktion entspricht. Im Eilgang tritt das Druckmedium in den Hilfskolben-Expansionsraum 87 ein, wodurch der Hilfskolben in der Figur 8 nach rechts unter Mitnahme des Arbeitskolbens geschoben wird. Zur Einleitung des traftganges wird über eine Leitung 89 Druckmedium in den Arbeitsraum 88 eingegeben, wodurch der Hilfskolben geringfügig zurückläuft-und dessen Klemmung ausgelöst wird. Der Hilfskolben 86 bleibt selbsthemmend stehen, der Arbeitskolben fährt mit Arbeitskraft weiter.
Figur 9 zeigt ein Beispiel eines doppelseitig wirkenden Hilfskolbens 126, der zum Arbeitskolben hin alternativ mit geschlossenem oder durchbrochenem (ragen (Teilschnitt 133) ausgeführt sein kann. Der Hilfskolben 126 kann also arbeitskolbenseitig entweder als Verdrängungskörper oder als Plunger ausgebildet sein.
Der Teilschnitt 133 ist deshalb für die Ausführung als Verdrängungskörper ringsumlaufend ergänzt zu denken. Ist der Hilfskolben arbeitskolbenseitig als Verdrängungskörper ausgebildet, so ist wiederum am Boden des Hilfskolbens eine Halteeinrichtung angeordnet, die zur Halterung des Hilfskolbens am Arbeitskolben während des Eilganges dient. In dem in Figur 9 gezeigten Beispiel ist diese Halterung eine umlaufende Lippendichtung 135 gemäß der Lippendichtung 140 in Figur 1.
Der Zylinder 124 ist in Figur 9 mittengeteilt, wobei der Spalt des Hilfskolbens 126 in zwei Ringspalte 128, 129 aufgeteilt ist. Jeder Ringspalt besitzt eine Zuführung 130, 131, die in der Mittenteilung angeordnet ist, welche gegenüber der Wandung des Hilfskolbens abgedichtet ist. In beiden Zuführleitungen 130, 131 befindet sich je ein Absperrventil gemäß dem in Figur 2 gezeigten Absperrventil 110 zum Absperren des flüssigen Druckmediums des Hilfskolbens nach Beendigung des Einganges oder zum Zurückholen des Hilfskolbens. Zum Beispiel bewegt sich der Hilfskolben bei Füllung des Ringspaltes 128 durch die Zuführleitung 130 mit Druckmedium in der Figur 9 nach links, bei Füllung des Ringspaltes 129 bewegt sich der Hilfskolben 126 nach rechts. Eine Zuführleitung 127 innerhalb des Hilfskolbens dient zur Zuführung des Druckmediums in den Arbeitsraum 132, wobei auch der Arbeitskolben 125 die Zuführung des Druckmediums für den Arbeitsgang aufweisen kann. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn der Kolben gemäß Figur 9 als doppelseitig wirkender Kolben ausgestattet ist.
Der Hilfskolben kann also auf sehr verschiedene Art und Weise an beliebigem Ort innerhalb des Zylinders arretiert werden. Diese Arretierung kann durch Absperren des flüssigen Druckmediums mittels eines Absperrventils erfolgen oder die Arretierung erfolgt durch mechanische oder elektrische Klemmung des Hilfskolbens.
Des weiteren kann die Mitnahme des Hilfskolbens bei der Ausführung als Verdrängungskörper am Arbeitskolben auf verschiedene Art und Weise bewerkstelligt werden. Auch hier kann die Halteeinrichtung kraftschlüssig oder formschlüssig sein. Leerseite

Claims

.P.a.t.e.n.t.a.n.s.p.r.ü.c.h e Verfahren Verfahren zum Verschieben mindestens eines Kolbens innerhalb eines Zylinders für Eil- und Kraftgang, bestehend aus einem Arbeitskolben und einem Hilfskolben, dadurch gekennzeichnet, daß für den Eilgang nur die dort benötigte Energiemenge zugeführt wird, die während des Eilganges entweder an:den Hilfskolben (17, 31, 34, 35, 47, 50, 76, 86, 126), der dabei den Arbeitskolben (3, 34, 35, 47, 50, 137, 138) mitbewegt, oder an eine Teilfläche (68, 70, 71, 72) des Arbeitskolbens (3, 22, 34, 35, 50) abgegeben wird, der den anliegenden Hilfskolben (5, 23, 37, 38, 37', 38') mitschleppt und daß nach Beendigung des Eilganges der Hilfskolben an beliebiger Stelle innerhalb des Zylinders (1, 21, 28, 33, 46, 74, 84) arretiert und der Kraftgang des Arbeitskolbens eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Eilganges nur eine kleine wirksame Querschnittsfläche (67, 70, 71, 72) des Hilfskolbens (17, 34, 35, 47, 50, 126) mit einem Fluid als Druckmedium beaufschlagt wird, verglichen mit der Querschnittsflche des Arbeitskolbens (3, 34, 35, 47, 50, 138), wobei der Druck des Druckmediums gleich oder vergleichbar dem Arbeitsdruck des Druckmediums für die Bewegung des Arbeitskolbens während des Kraftganges ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Eilganges eine gleich oder ungefähr gleich große wirksame Querschnittsfläche (108) des Hilfskolbens (76), verglichen mit der Querschnittsfläche des Arbeitskolbens (3) mit einem Fluid als Druckmedium beaufschlagt wird, wobei der Druck des Druckmediums erheblich kleiner ist, als der Arbeitsdruck des Druckmediums während des Kraftganges.
4. Kolben-Zylinder-System für Eil- und Kraftgang, bestehend aus einem Arbeitskolben für den Kraftgang und einem Hilfskolben für den Eilgang, der zwischen seiner Kolbenstange und der Zylinderwandung des Zylinders einen Ringspalt bindet zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (3, 22, 30, 34, 35, 47, 50, 137, 138) wie der Hilfskolben (5, 17, 23, 31, 34, 35, 47, 50, 76, 86, 126) in ein- und demselben Zylinder (1, 21, 28, 33, 46, 47, 84) angeordnet sind, wobei der Hilfskolben an beliebigem Ort innerhalb des Zylinders arretierbar ist und der Zylinder oder der Hilfskolben dazu eine Arretiereinrichtung (li, 27, 37, 38, 37', 38', 53, 54, 82, 110) aufweisen und daß der Ringspalt (8, 41, 42, 59, 60, 78, 109, 128, 129) entweder in sich abgeschlossen oder mit dem zwischen dem Hilfskolben und dem Arbeitskolben gebildeten Arbeitsraum verbunden ist.
5. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der als Verdrängungskörper (5, 31) ausgebildetete Hilfskolben auf der dem Arbeitskolben (3) zugewandten Seite des Bodens (14) des Hilfskolbens (5) eine Halteeinrichtung für den Arbeitskolben während des Eilganges aufweist.
6. Kolben-Zylinder-System nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft des Hilfskolbens (5) an seinem dem Arbeitskolben zugewandten Ende einen umlaufenden, sich an der Zylinderwandung abstützenden Kragen (66) mit Durchbrechungen-(7) aufweist und daß die Halteeinrichtung zur Halterung des Arbeitskolbens am Hilfskolben während des Eilganges eine ringförmige Lippendichtung.(140) ist, die in der Nähe des Randes des Hilfskolbenbodens (14) rings umlaufend angeordnet ist.
7. Kolben-Zylinder-System nach den Ansprüchen 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (18, 77) als beweglicher Boden einen Schaft (17, 75) aufweist, an dessen dem Arbeitskolben zugewandten Ende ein mit der Zylinderwandung abdichtender, umlaufender Kragen (73, 76) angeordnet ist, wobei der Ringspalt (109, 78) an seinen Deckflächen einerseits von einem Zylinderdeckel (10, 107) und andererseits vom Kragen (73, 76) begrenzt ist und daß der Boden des Hilfs- und/oder des Arbeitskolbens eine Zuführung (20, 80, 81) für ein Druckmedium für den Kraftgang besitzen.
8. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Querschnittsfläche des Kragens (67) zur Bewegung des Hilfskolbens (17) klein ist im Verhältnis zur wirksamen Querschnittsfläche des Arbeitskolbens (4) und daß der Mediendruck des Eilganges gleich oder ungefähr gleich dem des Arbeitsganges ist.
9. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Querschnittsfläche (108) des Hilfskolbens (76) gleich oder ungefähr gleich der wirksamen Querschnittsfläche des Arbeitskolbens ist und der Mediendruck des Eilganges innerhalb des Ringspaltes viel geringer ist.als der des Arbeitsganges innerhalb des Arbeitsraumes.
10. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben während des Eilganges auch mechanisch, pneumatisch oder elektrisch bewegbar ist.
11. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 10-, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben mittels einer Zahnstange mit Ritzel oder mittels Exzenter oder Kniehebel bewegbar und/ oder arretierbar ist.
12. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Hilfskolbens und des Arbeitskolbens über voneinander verschiedene Druckmedien erfolgt.
13. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung zur Halterung des Arbeitskolbens am Hilfskolben während des Eilganges ein Dauermagnet oder ein Elektromagnet ist.
14. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben axial innerhalb einer Bohrung des Arbeitskolbens (22, 23) angeordnet ist, der einen mit einer Ringfläche für den Eilgang versehenen Kragen (74) und einen Schaft (23) aufweist, dessen Außendurchmesser unter Belassung eines Ringspaltes mit der Zylinderwandung (21) geringer ist als der Innendurchmesser des Zylinders.
15. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben zweifachwirkend aus zwei durch eine Führungsstange (36) verbundene Arbeitskolben (34, 35) besteht, zwischen denen zwei Hilfskolben (37, 38, 37', 38') angeordnet sind, die eine mittels Druck auslösbare Selbsthemmeinrichtung (44, 45, 58) aufweisen, wobei die Arbeitskolben auf ihrer Arbeitsseite je eine Kolbenstange (34, 35), deren Durchmesser unter Belassung eines Ringspaltes (41, 42) mit der Zylinderwandung (43) geringer ist, als der Innendurchmesser des Zylinders und eine Zuführung (75, 75') für das Druckmedium des Kraftganges aufweisen.
16. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiereinrichtung eine Druckmanschette ist, die den Hilfskolben umgibt.
17. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiereinrichtung ein Spannsatz, bestehend aus einer Ringspannscheibe oder Ringfeder oder Tellerfeder mit Druckring ist, der den Hilfskolben umgibt oder der innerhalb des Hilfskolbens angeordnet ist.
18. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiereinrichtung eine Magnetbremse ist;
19. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiereinrichtung ein eine Verkantungsspannung erzeugender Verkantungshebel (82) ist, dessen eine Ende am Zylinder befestigt ist und der eine Uffnung (83) aufweist, durch den ein Schaft (75) des Hilfskolbens hindurchragt.
20. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dåß der Boden des Hilfskolbens und der Boden des Arbeitskolbens einander entsprechende und ineinander passende ringförmige Absätze (32, 32', 32") aufweisen.
21. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (31) federbeaufschlagt auf dem Arbeitskolben (30) aufliegt.
22. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 4, 7 und 12 dadurch gekennzeichnet, daß zur Arretierung des Hilfskolbens (17; 126) die Zu- und Ablaufleitung (130, 131) für den Eilgang ein Absperrventil (110) aufweist, welches nach Beendigung des Eilhubs absperrt, die quasi inkompressible Säule des - zumindest für den Eilhub flüssigen - Druckmediums im Ringspalt (109, 122, 129) einschließt und den Hilfskolben so axial arretiert.
23. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung für den Hilfskolben am Arbeitskolben zur Mitnahme während des Eilganges eine formschlüssige Verbindung ist.
24. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Formschlußverbindung aus einer Steckverbindung besteht.
25. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 4, 5 oder 6,dadurch gekennzeichnet, daß zur Ablösung des Arbeitskolbens vom Hilfskolben beendeten Eilgang innerhalb des Hilfskolbens ein gesteuertes Ventil angeordnet ist, welches eine Verbindung zum Boden des Hilfskolbens aufweist zur Erzeugung eines Oberdruckes oder zur Aufhebung des Unterdruckes zwischen den Kolbenböden von Hilfskolben und Arbeitskolben.
26. Kolben-Zylinder-System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbsthemmeinrichtung aus einer Tellerfeder (44) besteht, die von einem Druckring (58) umspannt ist, wobei innerhalb der Hilfskolben (37, 38; 37', 38') Druckstifte (45) axial geführt sind, die einerseits am jeweiligen Kolbenboden und andererseits am Hilfskolben angreifen zur Aufhebung der Selbsthemmung.