DE3508812A1

DE3508812A1 - Hydraulic cylinder with rapid restoring facility

Info

Publication number: DE3508812A1
Application number: DE19853508812
Authority: DE
Inventors: Jörg 8607 Hollfeld Lange
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-03-09
Filing date: 1985-03-09
Publication date: 1986-09-11

Abstract

A hydraulic cylinder with rapid restoring facility is described in which the piston base (15) or cylinder base is provided with closable openings (16) for the passage of hydraulic medium (Fig. 1). <IMAGE>

Description

HYDRAULIK-ZYLINDER MIT SCHNELLER R2CKSTELLMÖGLICEIT Beschreibung: Die Erfindung bezieht sich auf einen Hydraulik-Zylinder mit schneller Rückstellmöglichkeit. HYDRAULIC CYLINDER WITH FAST RETURNING POSSIBILITY Description: The invention relates to a hydraulic cylinder which can be reset quickly.

Hydraulik-Zylinder werden auf vielen Gebieten der Technik im zunehmenden Umfang verwendet. Nicht nur im konventionellen Pressenbau, sondern auch für Positioniereinrichtungen, Handhabungsgeräte und in der Robotertechnik sind Hydraulik-Zylinder zu einem unentbehrlichen Bauelement geworden. Wesentlicher Grundgedanke ist dabei, daß über den Arbeitszylinder eine Weguntersetzung und gleichzeitig eine Kraftübersetzung stattfindet. Wegen der engen Zuleitungen und Ventildurchlässe ergibt sich daher eine relativ geringe Verstellgeschwindigkeit. Wünschenswert wäre zumindest eine Beschleunigung der Rückstellbewegungen (Leerwege). In den erwähnten Engpässen führt dies jedoch zu einer starken Erwärmung oder sogar Uberhitzung des Hydraulikmediums.Hydraulic cylinders are in increasing use in many areas of technology Scope used. Not only in conventional press construction, but also for positioning devices, Handling devices and in robotics, hydraulic cylinders have become indispensable Become a component. The essential basic idea is that about the working cylinder a reduction in travel and a force transmission takes place at the same time. Because of the Narrow feed lines and valve passages therefore result in a relatively low adjustment speed. At least an acceleration of the return movements (idle travel) would be desirable. In the mentioned bottlenecks, however, this leads to strong warming or even Overheating of the hydraulic medium.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hydraulik-Zylinder zu schaffen, der unter voller Beibehaltung aller Vorteile während des Arbeitshubs eine schnelle Rückstellmöglichkeit bietet, ohne daß es zu unzulässigen Erwärmungen des Hydraulikmediums kommt.The invention is therefore based on the object of a hydraulic cylinder to create that while fully retaining all advantages during the working stroke offers a quick way of resetting without causing inadmissible heating of the hydraulic medium comes.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen flaßnahmen.The object is achieved according to the invention by the in the characterizing Part of claim 1 specified measures.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments result from the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Hydraulik-Zylinder mit Kolben, dessen Boden mit einer Dreifach-Scheibe mit verschließbaren Öffnungen versehen ist, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Kolbenboden mit im wesentlichen kreissektorförmigen bzw.The invention is explained below with reference to the drawing figures for example explained. They show: FIG. 1 a hydraulic cylinder with piston, the bottom of which is provided with a triple pane with closable openings, Fig. 2 is a plan view of the piston head with essentially circular sector-shaped respectively.

kreisförmigen Öffnungen, Fig. 3 einen mit Drehschiebern versehenen Kolbenboden in der Draufsicht, Fig. 4 einen Kolbenboden gem. Fig. 3 im Querschnitt, Fig. 5 einen Hydraulik-Zylinder mit einem ihn kreisringförmig umgebenden Steuerzylinder im Längssschnitt, Fig. 6 einen kuerschnitt durch einen Zylinder gern. Fig. 5, Fig. 7 eine der Steuerung dienende mittlere Scheibe der Dreifach-Scheibe eines Kolbenbodens mit sektorförmigen Steuerausschnitt und Rückstellfeder, Fig. 8 einen Magnetantrieb für die Steuerstange, Fig. 9 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Steuerantriebs im Längsschnitt und Fig. 10 eine Darstellung des Steuerantriebs nach Fig. 9 in der Draufsicht. circular openings, Fig. 3 is provided with rotary valves A top view of the piston head, Fig. 4 shows a piston head according to Fig. 3 in cross section, 5 shows a hydraulic cylinder with a control cylinder surrounding it in a circular ring in longitudinal section, Fig. 6 like a cross section through a cylinder. Fig. 5, Fig. 7 a central disk of the triple disk of a piston crown serving for control with sector-shaped control cutout and return spring, Fig. 8 a Magnet drive for the control rod, Fig. 9 is a schematic representation of a hydraulic Control drive in longitudinal section and FIG. 10 shows a representation of the control drive according to Fig. 9 in plan view.

Fig. 1 zeigt in schematisierter Darstellung einen Hydraulik-Zylinder '10, in dem sich Hydraulikmedium befindet. Dieses wird über Anschlüsse 12 bzw. 13 zu- und abgeführt. Während des Arbeitshubs strömt beispielsweise Hydraulikmedium durch den ersten Anschluß 12 in den ersten Zylinderraum 14 ein.Fig. 1 shows a schematic representation of a hydraulic cylinder '10, in which there is hydraulic medium. This is done via connections 12 and 13 in and out. Hydraulic medium, for example, flows during the working stroke through the first connection 12 into the first cylinder chamber 14.

Bei geschlossenem Kolbenboden 15 bewegt sich dadurch der Kolben nach unten. Die Geschwindigkeit des Arbeitshubs ist dabei wegen der Eraft-Weg-Ubersetzung notwendigerweise gering. Während der Rückstellbewegung, die den Charakter einer Leerbewegung hat, ist eine höhere Geschwindigkeit sehr erwünscht. Wegen der ngpässe an den Anschlüssen 12 und 13 ist dies jedoch nur mit extrem hohen Durchtrittsgeschwindigkeiten des Hydraulikmediums durch die Anschlüsse 12 bzw. 13 möglich. Die Folge davon ist eine sehr hohe - teilweise sogar eine unzulässig hohe - Erwärmung des H-ydraulikmediums. Dies ist u.a. auch wegen der damit verbundenen schnelleren Alterung, der Änderung der Viskosität ces Hydraulikmediums und aus verschiedenen anderen Gründen unerwünscht.When the piston head 15 is closed, the piston moves as a result below. The speed of the working stroke is due to the Eraft-Weg translation necessarily low. During the return movement, which has the character of a Has idle motion, a higher speed is very desirable. Because of the bottlenecks at the connections 12 and 13, however, this is only possible with extremely high passage speeds of the hydraulic medium is possible through connections 12 and 13. The consequence of this is a very high - in some cases even an impermissibly high - heating of the hydraulic medium. This is partly because of the associated faster aging, the change the viscosity of the hydraulic medium and for various other reasons.

Um die bisher üblichen Nachteile zu vermeiden, ist der Kolbenboden 15 mit verschließbaren Öffnungen 16 versehen, die während der Rückstellbewegungen einen direkten Durchtritt des Hydraulikmediums vom ersten Zylinderraum 14 in den zweiten Zylinderraum 17 gestatten. ueber die Anschlüsse 12 bzw. 13 muß jetzt nur noch so viel Hydraulikmedium zugeführt werden, daß das sich ändernde wirksame Volumen der Kolbenstange 18 innerhalb des Zylinders 10 durch Zufuhr oder Abfuhr von Hydraulikmedium ausgeglichen wird. Das über die Anschlüsse 12 bzw. 13 zu führende Volumen an Hydraulikmedium wird damit ganz erheblich vermindert.In order to avoid the previously usual disadvantages, the piston crown 15 provided with closable openings 16, which during the return movements a direct passage of the hydraulic medium from the first cylinder chamber 14 in allow the second cylinder space 17. Connections 12 and 13 must now be used only so much hydraulic medium can be supplied that the changing effective Volume of the piston rod 18 within the cylinder 10 by supply or discharge is balanced by hydraulic medium. That is to be carried out via the connections 12 and 13, respectively This significantly reduces the volume of hydraulic medium.

Um die Öffnungen 16 im Kolbenboden 15 verschließbar zu gestalten, wird der Kolbenboden 15 beispielsweise als Dreifach-Scheibe ausgebildet. Zwischen zwei Deckscheiben 19 und 20 ist eine mittlere Scheibe 21 angeordnet, die eine Winkelverstellung relativ zu den Deckscheiben 19 und 20 derart gestattet, daß die Öffnungen 16 in den Deckscheiben l9 und 20 und in der mittleren Scheibe 21 deckungsgleich gemacht werden können und damit einen Durchtritt von Hydraulikmedium gestatten oder aber in der anderen Extremstellung jegliche Deckung der Öffnungen 16 in der mittleren Scheibe 21 einerseits und in den Deckscheiben 19 und 20 andererseits verhindern und damit einen Durchtritt von Hydraulikmedium 11 unterbinden. Die Steuerung des Öffnungs- bzw. Schließzustandes erfolgt dabei im einfachsten Fall über eine innerhalb der Kolbenstange 18 drehbeweglich geführte Steuerstange 22, mit deren Hilfe die mittlere Scheibe 21 gegenüber den Deckscheiben 19 und 20 winkelverstellt werden kann. Durch entsprechende Betätigung der Steuerstange 22 kann so erreicht werden, daß jeweils während eines Arbeitshubs die Öffnungen 16 geschlossen sind und jeweils während der Rückstellbewegung einen Durchtritt von Hydraulikmedium gestatten.In order to make the openings 16 in the piston head 15 closable, the piston head 15 is designed, for example, as a triple disk. Between two cover disks 19 and 20, a middle disk 21 is arranged, the angular adjustment relative to the cover plates 19 and 20 such that the openings 16 in the cover disks l9 and 20 and in the middle disk 21 made congruent can be and thus allow a passage of hydraulic medium or else in the other extreme position, any coverage of the openings 16 in the middle Prevent disk 21 on the one hand and in the cover disks 19 and 20 on the other hand and thus prevent hydraulic medium 11 from passing through. The control of the The opening or closing state takes place in the simplest case via an inside the piston rod 18 rotatably guided control rod 22, with the help of which the middle disk 21 relative to the cover disks 19 and 20 are angularly adjusted can. By appropriate actuation of the control rod 22 it can be achieved that in each case the openings 16 are closed during a working stroke and each allow hydraulic medium to pass through during the return movement.

Eine ähnliche Wirkung wie oben geschildert ergibt sich auch, wenn statt des Kolbenbodens der Zylinderboden und der Zylinderdeckel mit steuerbaren Öffnungen 16 versehen sind und ein Ausgleich über eine geeignete Verbindung hinreichend großen Auerschnitts ermöglicht wird. In einem solchen Fall ist Jedoch der Steueraufwand ein wenig größer.A similar effect as described above also results when Instead of the piston head, the cylinder head and the cylinder cover are controllable Openings 16 are provided and a compensation via a suitable connection is sufficient huge Uncut is made possible. In such a case, however, there is the tax expense a little bigger.

Fig. 2 zeigt einen schematisierten Querschnitt durch den Zylinder gemäß Fig. 1 und läßt insbesondere die Variationsmöglichkeiten für die Oeffnungen 16 erkennen. Gestalt und Größe der Öffnungen 16 müssen jedoch so gewählt werden, daß neben einer Öffnungsstellung mit möglichst großem Durchtrittsquerschnitt auch eine Schließstellung möglich ist.Fig. 2 shows a schematic cross section through the cylinder according to FIG. 1 and leaves in particular the possible variations for the openings 16 recognize. However, the shape and size of the openings 16 must be selected so that that in addition to an open position with the largest possible passage cross-section a closed position is possible.

Fig. 3 zeigt einen Kolbenboden 15, der anstelle einer Dreifach-Scheibe mit einer Vielzahl radial um die Zylinderachse angeordneten Drehschiebern 23 versehen ist. In der Nähe der Zylinderachse 24 sind die Drehschieber 23 mit einer Kegelstumpfverzahnung 25 derart miteinander in Eingriff, daß die Verstellung eines Drehschiebers 23 eine gleichzeitige Verstellung auch der anderen Drehschieber 23 im gleichen Umfang veranlaßt. Zu diesem Zweck ist ein Drehschieber 23 a zusätzlich mit einer Zylinderverzahnung 26 versehen, die über die Zylinderachse 24 hinausragt und im diametral gegenüberliegenden Drehschieber 23 b gegengelagert ist. tber eine nicht dargestellte Zahnstange kann die Zylinderverzasmung 26 in rotierende Bewegung versetzt werden. Dies hat eine Rotationsbewegung des Drehschiebers 25 a und mit ihm aller übrigen Drehschieber 23 zur Folge. Auch auf diese Art und Weise kann der Kolbenboden je nach Wunsch undurchlässig oder durchlässig gesteuert werden. Im übrigen gilt das bereits weiter oben Gesagte auch für diese Ausgestaltung des Kolbenbodens. Selbstverständlich könnte eine solche Drehschieberanordnung auch in den Zylinderböden vorgesehen werden.Fig. 3 shows a piston head 15, which instead of a triple disk provided with a plurality of rotary valves 23 arranged radially around the cylinder axis is. In the vicinity of the cylinder axis 24, the rotary slides 23 are frustoconical 25 so engaged that the adjustment of a rotary valve 23 a simultaneous adjustment of the other rotary slide valve 23 also causes the same amount. For this purpose, a rotary slide valve 23 a is additionally provided with cylinder teeth 26 provided, which protrudes beyond the cylinder axis 24 and in the diametrically opposite Rotary valve 23 b is counter-supported. can via a rack, not shown the cylinder chamfering 26 can be set in rotating motion. This has a Rotational movement of the rotary valve 25 a and with it all the other rotary valve 23 result. In this way, too, the piston crown can be impermeable as desired or controlled permeably. Otherwise, what has already been said above applies also for this configuration of the piston head. Of course one could Rotary valve assembly can also be provided in the cylinder bottoms.

Fig. 5 zeigt einen Hydraulik-Zylinder 10, der grundsätzlich ganz ähnlich wie der in Fig. 1 aufgebaut ist, der Jedoch an seinem Außenumfang konzentrisch von einem Steuerzylinder 27 umgeben ist, der kreisringförmigen Querschnitt hat, wie dies die Fig. 6 erkennen läßt. Mit Hilfe des Steuerzvlinders 27 kann die Rückstellbewegung des Zylinders 1C pneumatisch oder hydraulisch in an sich bekannter Weise gesteuert werden. Über eine Vielzahl von Stützsäulen 28 und eine Stiitzplatte 29 ist der Kolben 30 des Steuer zylinders 27 mit der Kolbenstange 18 des Zylinders 10 verbunden.Fig. 5 shows a hydraulic cylinder 10, which is basically very similar as that in Fig. 1 is constructed, however, on its outer circumference concentrically of a control cylinder 27 is surrounded, which has an annular cross-section, such as this can be seen in FIG. 6. With the help of the control valve 27 the return movement of the cylinder 1C can be pneumatic or hydraulic in itself be controlled in a known manner. About a plurality of support columns 28 and one The support plate 29 is the piston 30 of the control cylinder 27 with the piston rod 18 of the cylinder 10 connected.

Eine zusaätzliche Drehbewegungssteuerung für eine Dreifach-Scheibe ergibt sich aus der Darstellung in Fig. 7. Ausgehend von der Zylinderachse 24 ist dort ein sektorförmiger Ausschnitt in der mittleren Scheibe 21 vorgesehen, der mit Steuerkanten einer wendelförmigen Schraubenlinie(Keil 31) in Linien- oder Flächenberührung derart zusammenarbeiten kann, daß bei einer Senkrechtverstellung der Steuerstange 22 eine Winkelverstellung der mittleren Scheibe 21 veranlaßt wird.An additional rotary motion control for a triple disc is obtained from the illustration in FIG. 7. Starting from the cylinder axis 24 there a sector-shaped cutout is provided in the middle disk 21, with Control edges of a helical helix (wedge 31) in line or surface contact can cooperate in such a way that with a vertical adjustment of the control rod 22 an angular adjustment of the middle disk 21 is caused.

Sofern die schraubenförmige Wendel der Steuerstange zwei Steuerkanten aufweist, kann sowohl die Hin- als auch die Rückbewegung der mittleren Scheibe 21 mit Hilfe der schraubenförmigen Wendel der Steuerstange veranlaßt werden. Sofern nur eine Steuerkante verwendet wird, kann die Rückstellung über eine Rückstellfeder 32 erreicht werden. Die axiale Verstellung der Steuerstange kann sowohl elektromotorisch, hydraulisch, pneumatisch, magnetisch oder auch in anderer Weise erfolgen.Provided the helical coil of the control rod has two control edges can both the forward and the backward movement of the central disk 21 with the help of the helical helix of the control rod. Provided If only one control edge is used, the return can be made using a return spring 32 can be achieved. The axial adjustment of the control rod can be done by an electric motor, hydraulically, pneumatically, magnetically or in some other way.

In Fig. 8 ist ein Magnetantrieb für die Steuer stange 22 dargestellt. Ein Anker 35 wird zwischen zwei elektrisch betätigten Magneten 33 und 34 auf- und abbewegt. Anstelle zweier Magnete 33, 34 können auch ein Magnet und eine Rückholfeder verwendet werden.In Fig. 8, a magnetic drive for the control rod 22 is shown. An armature 35 is up and between two electrically operated magnets 33 and 34 moved away. Instead of two magnets 33, 34, a magnet and a return spring can also be used be used.

Die Fig. 9 und 10 zeigen eine hydraulische Ansteuerung der mittleren Scheibe 21 zwischen den beiden Deckscheiben 19, 2C.9 and 10 show a hydraulic control of the middle Disk 21 between the two cover disks 19, 2C.

Aus der tiefer liegenden Deckscheibe E0 ragt ein im wesentlichen kreisförmiger Abschnitt 36 kleineren Durchmesser nach oben und greift dort in eine im wesentlichen ebenfalls kreisförmige Ausnehmung 37 der mittleren Scheibe 21 ein.A substantially circular one protrudes from the lower-lying cover plate E0 Section 36 smaller diameter upwards and engages there in a substantially Likewise circular recess 37 of the central disk 21.

ueber einen Winkelbereich »8 von beispielsweise ;c2CO ist der kreisförmige Abschnitt 36 der unteren Deckscheibe 20 in seinem Racius nochmals verringert. Ein zahnUhnlicher Vorsprung 39 der mittleren ScheLbe 21 greift derart in diesen Winkelbereich 38 mit verringertem Radius ein, daß zwei Hydraulik-Kammern 40, 41 entstehen, die durch den zahnähnlichen Vorsprung 39 voneinander getrennt sind. Durch Zufuhr von Hydraulik-Nedium über die Kanäle 42 oder 43 wird eine der beiden Hydraulik-Kammern mit Druck beaufschlagt und so eine Winkelverstellung der mittleren Scheibe 21 gegenüber der unteren Deckscheibe 20 erreicht.Over an angular range of »8 of, for example, c2CO is circular Section 36 of the lower cover plate 20 is reduced again in its Racius. A Tooth-like projection 39 of the middle disc 21 engages in this angular range in this way 38 with a reduced radius that two hydraulic chambers 40, 41 arise, the are separated from one another by the tooth-like projection 39. By supplying Hydraulic medium via channels 42 or 43 becomes one of the two hydraulic chambers pressurized and so an angular adjustment of the middle disk 21 with respect to the lower cover plate 20 is reached.

Der oben beschriebene Hydraulik-Zylinder ermöglicht schnelle Rückstellbewegungen ohne die bisher zwangsläufig damit verbundenen Nachteile. Die auf diese Art und Weise erzielbaren Zeitvorteile spielen insbesondere in der Serienfertigung eine erhebliche Rolle und führen wegen des Zeitgewinns zu einer Verbilligung der Arbeitsprozesse.The hydraulic cylinder described above enables quick return movements without the disadvantages that have so far inevitably been associated with it. That way and Time advantages that can be achieved in a way play a particularly important role in series production significant role and lead to cheaper work processes because of the time saved.

Schließlich sei noch erwähnt, daß alternativ zur Ausführung gemäß F:g. 7 die in der Kolbenstange 18 geführte Steuerstenge 29 auch mit einer wendelnut versehen sein kann in die eine rase der verstellbaren mittleren Scheibe 21 derart eingreift, daß eine axiale Verstellen der Steuerstange 22 j:br die Wendelnut eine Winkelverstellung der mittleren Scheibe 21 bewirkt.Finally, it should be mentioned that as an alternative to the embodiment according to Q: g. 7 the control rod 29 guided in the piston rod 18 also with a helical groove can be provided in the one lawn of the adjustable central disc 21 in such a way engages that an axial adjustment of the control rod 22 j: br the helical groove a Angular adjustment of the middle disk 21 causes.

Claims

HYDRAULIC CYLINDER WITH FAST RESET POSSIBILITY 1. Hydraulic cylinder with quick reset option that piston head (15) or cylinder head with closable openings (16) for one Passage of hydraulic medium are provided.

2. Cylinder according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n t that the piston head (15) is designed as a triple disk (19, 20, 21), the cover disks (19, 20) provided between the two openings (16) lying middle disk (21) also provided with openings (16) can be adjusted in this way is that the openings (16) of the cover disks (19, 20) and the middle disk (21) can be brought to cover.

3. Cylinder according to claim 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the openings (16) essentially have the shape of a sector of a circle.

4. Cylinder according to claim 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the openings (16) essentially have the shape of a circular area.

5. Cylinder according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n t that the openings (16) in the piston head (15) or in the cylinder head with rotary valves are lockable.

6. Cylinder according to claim 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the rotary slide valve (23) are arranged radially around the cylinder axis (z4) and in the vicinity of the cylinder axis (24) via truncated conical teeth (25) with one another are in a form-fitting connection in such a way that when a rotary valve is adjusted (23 a) all other rotary valves (23) can be adjusted simultaneously and evenly are.

7. Cylinder according to claim 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that a rotary valve (23 a) with a protruding beyond the cylinder axis and cylinder toothing (26) which can be actuated by a rack is provided.

8. Cylinder according to claim 7, d a dur c h g e -k e n n z e i c h n e t that a hydraulically operating control drive is available.

9. Cylinder according to claim 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that a pneumatically operating control drive is available.

10. Cylinder according to claim 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that a magnetically operating control drive is available.

11. Cylinder drive according to one of claims 1 to 10, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that a concentric around the main cylinder (10) arranged around circular control cylinder (27) is present, the piston (30) is mechanically connected to the piston of the master cylinder (io).

12. Cylinder according to one of claims 1 to 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, middle disc (21) via an eccentric EeiT / dit helical control edge is rotatable (Fig. 7).

13. Cylinder according to claim 12, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that a return spring (32) causing the return is present.

14. Cylinder according to one of claims 1 to 4, d a -d u r c h g e it is not indicated that a control rod guided in the piston rod (18) (22) is provided with a helical groove into which a nose of the adjustable middle Disc (21) engages in such a way that an axial adjustment of the control rod (22) An angular adjustment of the central disk (24) is effected via the helical groove.

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