DE3345002A1 - Hydropneumatischer druckzylinder - Google Patents

Hydropneumatischer druckzylinder

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Description

  • Hydropneumatischer Druckzylinder
  • Die Erfindung betrifft einen hydropneumatischen Druckzylinder, bestehend aus einem Hydraulikzylinder mit einem Hydraulikkolben, dessen kolbenstange durch einen Fiihrungsflansch hindurch aus dem Hydraulikzylinder ausfahrbar ist, und einem axial dahinter angeordneten Pneumatikzylinder mit einem Pneumatikkolben, dessen Kolbenstange durch eine trennwand hindurch in den Hydraulikkolben ragt, mit einem durch eine Relativbewegung zwischen der Pneumatik-Kolbenstange und dem Hydraulikkolben betätigbaren Ausgleichsventil, durch das ein hydraulik-kolbenstangenseitiger Ausgleichsraum mit einem Zylinderraum auf der anderen Seite des Hydraulikkolbens verbindbar ist, mit einem die flydraulik-Kolbenstange umgebenden, den Ausgleichsraum abschließenden Ringkolben, der über eine Ringkolbenfeder am Fürhungsflansch abgestiitzt ist, und mit einer den koll:erlstangenseitigen Pneumatikraum im Pneumatikzylinder beaufschlagenden Ruckhubleitung und einer die andere Seite des Pneumatikkolbens beaufschlagenden Vorhubleitung, die über ein 4/2-wegeventil wahlweise mit einer Druckluftquelle und einem auslaß verbindbar sind.
  • Derartige Druckzylinder führen bei ihrer Betätigung zunächst einen Vorhub mit Eilganggeschwindigkeit und verhältnismäßig geringer Kraft aus, bis die Hydraulik-Kolbenstange auf einen Widerstand trifft.
  • Dann schaltet der Druckzylinder selbttätig auf den Krafthub um, bei dem die Hydraulik-Kolbens tange flit wesentlich ,veringerer (>eschwindiglceit, jedoch wesentlich höherer Kraft weiter ausgefahren wird. Diese Druckzylinder dienen beispielsweise zum Antrieb von Stanzwerkzeugen. Die Energieversorgung des hydropneumatischen Druckzylinders erfolgt ausschließlich pneumatisch durch eine Druckluftquelle. Der hydraulische Teil des Druckzylinders ist in sich abgeschlossen und dient nur zur Kraftumsetzung während des Krafthubs.
  • Bei einem bekannten hydropneumatischen Druckzylinder der eingangs genannten Gattung (DE-OS 31 25 081.5) drückt die Pneumatik-Kolbenstange während des Eilhubs auf eine in ilydraullkkolben eingeschlossene Ölmenge, die durch eine Drosselbohrung in der Pneumatik-Kolbenstange allmählich ausströmt.
  • Die Drosselwirkung ist entscheidend dafür, wann das Ausgleichsventil vom Eilhub auf den Krafthub umschaltet. Da die Drosselbohrung im Betrieb nicht zugänglich ist, ist eine Steuerung dieser Drosselwirkung nicht möglich.
  • Bei dem bekannten Druckzylinder kann ein Betriebszustand eintreten, bei dem der Luftdruck größer ist als der Öldruck. Deshalb muß die Trennwand zwei Dichtungen aufweisen, zwischen denen eine Entlüftung in die Atmosphäre erfolgt, um zu verhindern, daß Luft: in das Öl eindringt.
  • Der Raum im Hydraulikkolben, der das von der Pneumatik-Kolbenstange mit Druck beaufschlagte Ölvolumen aufnimmt, muß mit einem Sicherheitsventil versehen sein, das vor dem Auftreffen des Hydraulikkobens auf den Führungsflansch öffnet. Der hierfür erforderliche konstruktive Aufwand ist verhältnismäßig hoch.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen hydropneumatischer Druckzylinder der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der von wesentlich einfacherem Aufbau ist und der einen' einfachen Steuerungseingriff zur Veränderung der Kraft bzw. Geschwindigkeitsverhältnisse im Eilhub und Krafthub ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Vorhubleitung und/oder der Rückhubleitung ein einstellbares Drosselventil angeordnet ist, und daß der die Ringkolbenfeder enthaltende Zylinderraum zwischen dem Ringkolben und dem ihrungsflansch rnit einer Pneumatikleitung verbunden ist.
  • Die Vorhubenergie wird allein durch den Ringkolben aufgebracht, der durch die Ringkolbenfeder und den durch die Pneumatikleitung zugeführten Pneumatikdruck beaufschigt wird. Die Vorhubgeschwindigkeit wird dabei durch den gedrosselten Luft abfluß bzw. Luft zufluß aus dem bzw.
  • in den Pneumatikzylinder gesteuert. Die Drosselwirkung und damit die Eilhubsteuerung erfolgt in einfacher Weise durch Verstellung des außerhalb des Druckzylinders angeordneten Drosselventils.
  • Der Öldruck ist während des Eilhubs stets größer als der Luftdruck im Pneumatikzylinder und in dem die Ringkolbenfeder aufnehmenden Zylinderraum. Deshalb ist sowohl für den Ringkolben als auch für die Trennwand jeweils nur eine einzige Dichtung erforderlich. Auf eine Entlüftung in die Atmosphäre kann verzichtet werden. Wegen der genannten Druckverhaltnisse besteht keine Gefahr, daß Luft in das Öl eindringt.
  • Da der Pneumatikkolben mit seiner Kolbenstange im Eilhub von dem Hydraulikkolben geschleppt wird, entfällt der abgeschlossene Raum im Hydraulikkolben, der ein von der Pneumatik-Kolbenstange mit Druck zu bs schlagendes Ölvolumen aufnehmen müsste. Daher ist auc ne Drosselleitung in der Pneumatik-Kolbens tange erforder Die die Umsteuerung von Eilhub auf Krafthub beeinflussende Drosselstelle liegt außerh des Druck zylinders und ermöglicht daher auch während des Betriebs eine Verstellung zur Anpassung an die jeweiligen Betriebserfordernisse.
  • Der Bauaufwand für ein Sicherheitsventil, das bei Annäherung des Hydraulikkolbens an den Führungsflansch anspricht und die Kolbeneilbewegung unterbricht, ist ebenfalls nicht erforderlich, da die Bewegung des Hydraulikkolbens spätestens dann angehalten wird, wenn der Hydraulikkolben auf den Ringkolben trifft.
  • Ein Ansaugen von Luft in den Hydraulikraum ist nicht möglich, da der Pneumatikkolben keine, Antriebskraft für den den-Eilhub liefert.
  • In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die Hydraulik-Kolbenstange eine Tauchbohrung-aufweist, in die die Pneumatik-Kolbenstanges einfahrbar ist. Dadurch wird ermöglicht, daß bei sehr kurzem Eilhub ein dem zur Verfügung stehenden Pneumatikkolbenweg entsprechender, wesentlich längerer Krafthub gefahren werden kann. Dadurch werden die Einsatzmöglichkeinen des Druckzylinders wesentlich erweitert.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an einem Äusführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.
  • Es zeigt: Fig. 1 einen hydropneumatischen Druckzylinder im Längsschnitt mit der zugehörigen pneumatischen Schaltung und Fig. 2 eine gegenüber der Fig. 1 abgewandelte Ausfuhrungsform der pneumatischen Schaltung zur Versorgung des Druckzylinders.
  • Der in Fig. 1 gezeigte hydropneumatische Druckzylinder 1 besteht aus einem pneumatikzylinder 2, in dem ein Pneuna tikkolben 3 dichtend bewegbar ist, und einem TIydraulikzylindet 4, in dem ein Hydraulikkolben 5 ebenfalls dichtend bewegbar ist. Der Pneumatikzylinder 2 ist an seinem oberen Ende durch einen Bodenflansch 6 verschlossen. Der Pneumatikkolben 3 ist mit einer Pneumatik-Kolbenstange 7 verbunden die am anderen Ende des Pneumatikzylinders 2 durch eine Trennwand 8 dichtend hindurchgeführt ist.
  • Der Hydraulikzylinder 4, der axial fluchtend mit dem Pneumatikzylinder 2 angeordnet ist, ist an seinem unteren Ende durch einen Führungsflansch 10 verschlossen, durch den eine mit dem Hydraulikkolben 5 verbundene EIydraulik-liolbenstange 11 abgedichtet ragt, die am unteren Ende des Druckzylinders 1 ausfahrbar ist.
  • Im Hydraulikzylinder 4 ist ein die Hydraulik-Kolbensta 11 dichtend unl ebender llingkolben 12 beweglich angeord der sicii iiber eine in'olbenfeder 13, im dargestellte Ausführungsbeispiel ein Tellerfederpaket, an Fiihrungsflansch 10 abstützt.
  • Im Hydraulikkolben 5 ist ein Ausgleichsventil 14 angeordnet, dessen beweglicher Ventilkörper eine ringförmige Ventilplatte 15 ist, die zwischen zwei axialen Anschlägen im Hydraulikkolben 5 bewegbar ist. In ihrer unteren Stellung verschließt die Ventilplatte 15 unter der Wirkung eines Tellerfederpakets 15a mehrere axiale Durchlaßbohrungen 16 im Hydraulikkolben 5.Das untere, Ende der Pneumatik-Kolbens tange 7 ragt durch eine zent sche Bohrung der Ventilplatte 15 und trägt einen Ansch 17 für die Ventilplatte 15.
  • Von einer Druckluftquelle, die vereinfachend als Pumpe 18 dargestellt ist, wird Druckluft über eine Leitung 1 in den die Ringkolbenfeder 13 aufnehmenden Zylinderrau geleite-t und drückt den Ringkolben 12 in Richtung auf den Hydraulikkolben 5. Die zwischen den Ringkolben 12 und der Trennwand 8 befindDhen Hydraulikrätme 20 und 3 sid ständig mit Öl oder einer anderen Hydraulik flüssig keit gefüllt.
  • Über eine Leitung 21 gelangt die Druckluft zu einem /;/2-lfegeventil 22, dessen einer Ausgang über eine Vorh leitung 23 mit dem zwischen dem Pneumatikkolben 3 und dem Bodenflansch 6 angeordneten Pneumatikraum 24 verbu ist. Der andere Auslaß des 4/2-Wegeventils 22 ist über ein einstellbares Drosselventil 25 rnit dem die Pneutna Kolbenstange 7 umgebenden Pneumatikraum 26 verbunden.
  • Parallel zum Drosselventil 25 ist ein Rückschlagventil geschaltet. Eine Leitung 28 führt aus dem 4/2-Wegevent zur Atmosphäre.
  • rille beweglichen, dichtenden Teile des Druckzylinders sind mit üblichen Gleitdichtungen ausgestattet, wobei zu bemerken ist, daß die Dichtungen in derTrennwand81=1 im Ringkolben 12 jeweils nur so gerichtet sind, daß sie gegenüber einem Öl-Überdruck abdichten , da ein Luft überdruck nicht auftritt.
  • In dem in ig. 1 gezeigten Zustand befindet sich der Druckzylinder 1 in seiner Ruhestellung. Der über das Ventil 22 und das Drosselventil 25 im Pneumatikraum 26 anstehende Luftdruck drückt den Pneumatikkolben 3 nach oben. Der auf der anderen Kolbenseite liegende Pneumatikraum 24 ist über die Leitung 23 und das Ventil 22 mit der Auslaßleitung 28 verbunden und wird daher entlüftet.
  • Sobald das 4/2-Wegeventil 22 mit einem Taster gegen die Kraft einer Feder22a betätigt wird, wird die Leitung 21 mit der Vorhubleitung 23 und die Ftiickhubleitung 29 mit der Auslaßleitung 28 verbunden. Der Pneumatikraum 24 wird dabei mit Druckluft beaufschlagt, während die Luft aus dem Pneumatikraum 26 über das Drosselventil 25 entweichen kann. Der ständig an der Unterseite des Ringkolbens 12 anstehende Luftdruck sowie die Wirkung der Ringkolbenfeder 13 drücken den Ringkolben 12 nach oben und drücken auf das Öl im Hydraulikraum 20, der über die Ausgleichsbohrungen 16 mit einem Hydraulikraum 30 zwischen dem Hydraulikkolben 5 und der Trennwand 8 in Verbindung steht. Da die Querschnittsfläche der Pneumatik-lvolbenstange 7 geringer als die der Hydraulik-Kolbenstange 11 ist, ist die vom Hydraulikdruck beaufschlagte wirksame Fläche des Hydraul,ikkolbens 5 an seiner Oberseite größer als an seiner Unterseite; der Hydraulikkolben 5 wird daher nach unten bewegt, wobei die I-Iydraulik-l(olbens tange 11 aus dem Führungsflansch 10 im Eilgang herausfährt.
  • Die Eilganggeschwindigkeit wird durch die Wirkung des einstellbaren Drosselventils 25 bestimmt, da der Hydraulikkolben 5 die Pneumatilckolbenstange 7 nur so schnell mitschieppen kann, wie die Luft aus dem Pneumatikraum 26 durch das Drosselventil 25 entweicht. Da der Hydraulikkolben 5 die Pneumatikkolbenstange 7 schleppt, bleibt dif Ventilplatte 15 durch die Schleppkraft angehoben und die Ausgleichsbohrungen 16 geöffnet, so daß ein Ölausgleich durch den Hydraulikkolben 5 hindurch stattfindet. Die mechanische Energie für die Eilhubbewegung liefert allein der Ringkolben 12. Sobald die Hydraulik-Kolbenstange 11 auf einen Widerstand drückt, der größer als die Eilhubkraft ist, wird die Bewegung der Hydraulik-Kolbenstange 11 angehalten. Der Pneumatikkolben 3 setzt infolge der Entlüftung des Pneumatikraums 26 und der Druckluftzufuhr zum Pneumatikraum 24 seine Bewegung fort, so daß die Pneumatik-Xolbens tange 7 sich relativ zum Hydraulikkolbe: 5 nach unten bewegt. Dabei legt sich die federbelastete Ventilplatte 15 auf die Ausgleichsbohrungen 16 und verschließt diese. Die Pneumatik-Kolbenstange 7 dringt tiefer in ein Tauchbohrung 31 der Hydraulik-Kolbenstange 11 ein und erhöht so den Öldruck im Hydraulikraum 30. Diese erhöhte Öldruck wirkt auf die Oberseite des Hydraulikkolbens 5 und drückt diesen mit der erhöhten Krafthubkraft nach unten. Dabei erfolgt eine Übersetzung der vom Luftdruck auf den Pneumatikkolben 3 ausgeübten Kraft.
  • Wird das 4/2-Wegeventil 22 nach Beendigung des Krafthubs wieder in die in Fig. 1 gezeigte Stellung zurückbewegt, so strömt die Druckluft durch das Rückschlagventil 27 ungedrosselt in den Pneumatikraum 26 und bewegt den Pneumatikkolben 3 nach oben. Die Pneumatik-Kolbens tange nimmt über die Ventilplatt 15 den Hydraulikkolben 5 und damit die lIydraulik-Kolbenstange 11 nach oben mit, Die dabei in den Hydraulikräumen 20 und 30 erzeugte Volumenvergrößerung wirkt auf den Ringkolben 12 und drückt diesen in seine Ausgangslage nach unten, bis der Druck- Zylinder wieder die in Fig. 1 gezeigte Stellung einnimmt, Die in Fig. 2 gezeigte pneumatische Schaltung unterscheidet sich von der pneumatischen Sachltung nach Fig. 1 nur dadurch, daß sich das einstellbare Drosselventil 25 in der Vorhubleitung 23 befindet, nährend die Rückhubleitung 29 direkt mit dem Anschluß zum Pneumatikraum 26 verbunden ist. Beim Eilhub kann die Luft aus dem Pneumatikraum 26 unbehindert entweichen, während die Druckluft in den Pneumatikraum 24 gedrosselt einströmt. Die Reibungskräfte der Dichtung am Pneumatikkolben 3 sind dabei so groß, daß die Ventilplatte 15 angehoben bleibt und die Ausgleichsbohrungen 16 geöffnet bleiben, so daß ein Ölausgleich durch den Hydraulikkolben 5 hindurch stattfindet.
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Claims (2)

  1. Hydropneumatischer Druckzylinder P a t e n t a n s p r ii c h e : S jHydropneumatischer Druckzylinder, bestehend aus einem Hydraulikzylinder mit einem hydraulikkolben, dessen Kolbenstange durch einen FUhrungsflansch hindurch aus dem Hydraulikzylinder ausfahrbar ist, und einem axial dahinter angeordneten Pneumatikzylinder mit einem Pneumatikkolben, dessen Nolbenstange durch eine Trennwand hindurch in den Hydraulikkolben ragt, mit einem durch eine Relativbewegung zwischen der Pneumatik-Rolbenstange und dem Hdraulikkolben betätigbaren Ausgleichsventil, durch das ein hydraulilik-kolbenstangenseitiger Ausgleichsraum mit einem Zylinderraum auf der anderen Seite des Hydraulikkolbens verbindbar ist, mit einem die Hydraulik-Kolbenstange umgebenden, den Ausgleichsraum abschließenden Ringkolben, der über eine Ringkolbenfeder am F'Lihrungsflansch abgestützt ist, und mit einer den kolbenstangenseitigen Pneunatikraum im Pneumatikzylinder beaufschlagenden Rückhubleitung und einer die andere Seite des Pneumatikkolbens beaufschlagenden Vorhubleitung, die über ein 4/2-Eregeventil wahlweise mit einer Druclcluftquelle und einem Auslad verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorhubleitung (23) und/oder in der Rückhubleitung (29' ein einstellbares Drosselventil (25) angeordnet ist, und daß der die Ringkolbenfeder (13) enthaltende Zylir raum zwischen dem Ringkolben (12) und dem Führung flansch (10) mit einer Pneumatikleitung (19) verbunder ist.
  2. 2. Ielydropneurnatischer Druckzylinder nach anspruch 1, da-(durch gekennzeichnet, daß die Hydraulik-Kolbenstange (11) eine Tauchbohrung (31) aufweist, in die die Pneumatik-kolbenstange (7) einfahrbar ist.
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