DE4218334A1

DE4218334A1 - Fluid actuating cylinder valve - has pressure exerted on piston skirt only, allowing continuous piston operation

Info

Publication number: DE4218334A1
Application number: DE19924218334
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Beantragt Teilnichtnennung
Original assignee: REICHHOFF LUTZ DR SC
Current assignee: REICHHOFF LUTZ DR SC
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1993-01-21

Abstract

The valve comprises a piston (1) and cylinder (2). The pressure chamber (3) rest pressure due to the fluid or gas is only exerted on the piston skirt (4), and not, or at least only partly, on the piston face (5). The piston face is sealed against the pressure chamber at the cylinder base (6), whereby in the cylinder floor underneath the sealed piston face, one or several control bores (7) and valve bores (8) are arranged. USE/ADVANTAGE -For excavating machines.Provides rapid piston braking without pressure or acceleration losses, and continuous piston operation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum schnellen Auslösen einer Kolbenbewegung, insbesondere für hydraulische Arbeitsmaschinen.The invention relates to a valve for quickly triggering a Piston movement, especially for hydraulic Working machines.

Bei vielen technischen Problemstellungen, beispielsweise bei hydraulischen Arbeitsmaschinen, ist die sehr schnelle Einleitung einer Kolbenbewegung oder die schnelle Abbremsung einer Kolbenbewegung wünschenswert.With many technical problems, for example with hydraulic working machines, is the very fast one Initiation of a piston movement or rapid braking a piston movement is desirable.

In der DE-PS 30 32 784 der Dynamit Nobel AG ist ein Ventil beschrieben, bei dem die schnelle Bewegung des Kolbens durch das Zünden einer Treibladung ausgelöst werden soll. Nachteilig ist hierbei die jeweils einmalige Anwendung, da der Treibsatz nach jeder Ventilbetätigung ausgetauscht werden muß. Neben der sicherheitstechnischen Problematik eines Treibsatzes in Hydraulikanlagen ist diese Lösung für kontinuierlich arbeitende Produktionsmaschinen ungeeignet.In DE-PS 30 32 784 from Dynamit Nobel AG there is a valve described in which the rapid movement of the piston the ignition of a propellant charge is to be triggered. Disadvantageous is the one-time application because the propellant must be replaced after each valve actuation. In addition to the safety problems of a propellant charge in Hydraulic systems is this solution for continuous working production machines unsuitable.

Stand der Technik ist auch das in der DE-AS 20 51 401 beschriebene Ventil, welches durch die Nutzung von Strömungskräften geringere Öffnungszeiten erreichen soll. Da sich größere Strömungskräfte erst bei größeren Querschnitten, also größeren Ventilöffnungen, ausbilden können, ergibt sich der Nachteil, daß die erzeugbaren Schubkräfte und damit die Beschleunigung derartiger Zylinder gering bleiben. Auch fallen dadurch zwangsläufig die Öffnungszeiten derartiger Ventile länger als erhofft aus. Die Anwendung dieses Ventiles ist also bei in der Regel mit hohen Drücken, hohen Arbeitsdruckkräften und hohen Beschleunigungen arbeitenden Werkzeugmaschinen, wie zum Beispiel Pressen, u. a. nicht möglich.State of the art is also in DE-AS 20 51 401 described valve, which through the use of Flow forces should reach shorter opening times. There larger flow forces only with larger cross sections, So larger valve openings can form the disadvantage that the thrust forces that can be generated and thus the Acceleration of such cylinders remain low. Fall too this inevitably means the opening times of such valves longer than hoped for. So the use of this valve is at usually with high pressures, high working pressure forces and high acceleration machine tools, such as for example presses, etc. a. not possible.

Als entscheidender Nachteil für alle Anwendungsbereiche bleibt die geringe Beschleunigung des Arbeitskolbens bestehen. The decisive disadvantage for all areas of application remains there is little acceleration of the working piston.

Die nachteiligen Auswirkungen dieser ungelösten technischen Problemstellung sind beispielsweise: mit großer Verzögerung arbeitende Bremsen, zu langsam arbeitende Werkzeugmaschinen und der schnittschlag bei Stanzen, da es nicht gelingt die Druckbeaufschlagung der Stanzpresse sofort nach erfolgtem Schnitt aufzuheben.The adverse effects of this unresolved technical Problems are, for example: with a long delay working brakes, machine tools working too slowly and the cut in punching, because it does not succeed Pressurization of the punch press immediately after it is done Cancel the cut.

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ventil zu entwickeln mit dem die sehr schnelle Auslösung einer Kolbenbewegung oder ihre schnelle Unterbrechung bzw. Abbremsung ermöglicht wird, ohne dabei Druckverluste und Beschleunigungsverluste am zu bewegenden Kolben zu erhalten. Aufgabe ist es auch, eine Lösung zu finden mit der ein kontinuierlicher Betrieb des Ventiles beziehungsweise des Kolbens ermöglicht wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem das Ventil aus dem Kolben und dem Zylinder besteht und ein Druckraum vorhanden ist. Der Druckraum ist derart ausgeführt, daß der durch Flüssigkeiten oder Gase erzeugte anstehende Druck nicht auf die Stirnfläche des Kolbens wirken kann, indem die Stirnfläche des Kolbens am Zylinderboden gegen den Druckraum abgedichtet ist.The technical object of the invention is a valve to develop with which the very quick release of a Piston movement or its rapid interruption or Braking is made possible without loss of pressure and Obtain acceleration losses on the piston to be moved. The task is also to find a solution with the one continuous operation of the valve or Piston is made possible. According to the task solved by the valve from the piston and the cylinder exists and there is a pressure room. The pressure room is executed such that the by liquids or gases generated pressure not on the face of the Piston can act by the face of the piston on Cylinder base is sealed against the pressure chamber.

Die Abdichtung der Stirnfläche des Kolbens am Zylinderboden erfolgt vorzugsweise mittels eines Dichtspaltes.The sealing of the end face of the piston on the cylinder bottom is preferably carried out by means of a sealing gap.

Wesen der Erfindung ist es, daß die Kolben-Zylindereinheit zum Beispiel mit Hydrauliköl unter Arbeits- bzw. Betriebsdruck steht, aber der Kolben noch keine Bewegung ausführt. Es herrscht für den Kolben bis auf die geringen Auflastkräfte zur Abdichtung der Stirnfläche 5 ein Kräftegleichgewicht.The essence of the invention is that the piston-cylinder unit is under working or operating pressure, for example with hydraulic oil, but the piston is still not moving. There is an equilibrium of forces for the piston except for the low load forces for sealing the end face 5 .

Durch die unterhalb der abgedichteten Stirnfläche angeordneten Steuerbohrungen kann nun mit Hilfe eines Vorsteuerventiles mit äußerst geringem Druck und kleinstem Volumenstrom die Bewegung des Kolbens initiiert werden. Da gegenüber bekannten Kolben- Zylindereinheiten im Druckraum bereits der Arbeits-bzw. Betriebsdruck herrscht, setzt nach dem Auslösen einer geringen Initialbewegung des Kolbens die sofortige, verzögerungsfreie mit vollem Arbeitsdruck und dadurch optimaler Beschleunigung verlaufende Bewegung des Kolbens ein.Through the arranged below the sealed end face Control holes can now be made using a pilot valve extremely low pressure and minimum volume flow of the piston are initiated. Because compared to known piston Cylinder units in the pressure chamber are already the working or Operating pressure prevails, sets after triggering a low one Initial movement of the piston instant, instantaneous with full working pressure and therefore optimal acceleration running movement of the piston.

Diese wesentliche Funktionsweise der Erfindung ist für zwei grundsätzliche Anwendungen einsetzbar:This essential operation of the invention is for two basic applications can be used:

- As a piston-cylinder unit, preferably without Valve bore in the cylinder base, the piston is also the working piston.
- As a valve with, for example, a valve bore.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß extrem kurze Steuer- bzw. Ansprechzeiten für das Auslösen der Kolbenbewegung erreicht werden und eine kontinuierliche Wiederholung der Schnellauslösung möglich ist. Vorteilhaft erweist sich die erfindungsgemäße Lösung beispielsweise auch dadurch, daß die Betätigung von Bremsen praktisch verzögerungsfrei erfolgt und hohe Arbeitsgeschwindigkeiten bei hydraulisch betätigten Werkzeugmaschinen erreicht werden.The advantages of the invention are that it is extremely short Control and response times for triggering the Piston movement can be achieved and continuous Repetition of the quick release is possible. Advantageous the solution according to the invention also proves, for example in that the application of brakes practical takes place without delay and high working speeds hydraulically operated machine tools can be achieved.

Ein weiterer entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Ventils zeigt sich bei Stanzpressen. Nach erfolgtem Stanzschnitt öffnet nach sehr kurzer Voransteuerung - Initiierung der Kolbenbewegung - das unter Arbeits- Stanzpreßdruck stehende Ventil sofort und mit hoher Geschwindigkeit. Dadurch wird der Stanzpreßdruck sofort abgebaut und der Schnittschlag wird sicher verhindert. Another decisive advantage of the invention Valve shows up on punch presses. After that Die cut opens after a very short advance control - Initiation of the piston movement - that under working Punching pressure standing valve immediately and with high Speed. This will make the punch press pressure instantly dismantled and the cutting impact is reliably prevented.

Embodiments Fig. 1

Erfindungsgemäß besteht das Ventil zum schellen Auslösen einer Kolbenbewegung aus dem Kolben 1, welcher einen Durchmesser von 12 bis 160 mm, vorzugsweise von 16 bis 160 mm aufweist, dem Zylinder 2 und dem dar in angeordneten Druckraum 3.According to the invention, the valve for quickly triggering a piston movement consists of the piston 1 , which has a diameter of 12 to 160 mm, preferably 16 to 160 mm, the cylinder 2 and the pressure chamber 3 arranged therein.

Über die Zuleitung 13 ist der Druckraum 3 mit beispielsweise Hydrauliköl gefüllt und steht unter Betriebes- bzw. Arbeitsdruck von 5 bis 1000 Bar, insbesondere von 125 bis 650 bar.Via the supply line 13 , the pressure chamber 3 is filled with hydraulic oil, for example, and is under operating or working pressure of 5 to 1000 bar, in particular 125 to 650 bar.

Die Stirnfläche 5 des Kolbens 1 ist am Zylinderboden 6 mittels des umlaufenden Dichtspaltes 9, welcher eine Breite von 5 bis 20% des Kolbendurchmessers aufweist, gegen das Hydrauliköl im Druckraum 3 abgedichtet.The end face 5 of the piston 1 is sealed against the hydraulic oil in the pressure chamber 3 on the cylinder base 6 by means of the circumferential sealing gap 9 , which has a width of 5 to 20% of the piston diameter.

Mit der Druckfeder 11 wird die erforderliche Anpreßkraft für den Dichtspalt 9 erzeugt und die Kolbendichtung 12 schließt den Druckraum 3 nach oben ab.With the compression spring 11 , the required contact pressure for the sealing gap 9 is generated and the piston seal 12 closes the pressure chamber 3 from the top.

Der Kolben 1 befindet sich trotz vorhandenen Arbeitsdruckes im Druckraum 3 in Ruhe.The piston 1 is at rest in the pressure chamber 3 despite the existing working pressure.

Über die Steuerbohrung 7 wird vom Vorsteuerventil 10, welches eine Nenngröße kleiner gleich 4 mm aufweist, insbesondere jedoch eine Nenngröße von 1 mm oder noch kleiner besitzt, die Kolbenbewegung eingeleitet, dazu ist nur eine kleine Kraft zur Überwindung der Dichtungs- und Reibungskräfte des Kolbens 1 erforderlich. Im Moment der Initiierung der Kolbenbewegung wird die Stirnfläche 5 des Kolbens 1 praktisch schlagartig mit dem Arbeits- bzw. Betriebsdruck beaufschlagt.The piston movement is initiated via the pilot bore 7 by the pilot valve 10 , which has a nominal size of less than or equal to 4 mm, but in particular has a nominal size of 1 mm or even smaller, for this purpose only a small force is required to overcome the sealing and frictional forces of the piston 1 required. At the moment the piston movement is initiated, the end face 5 of the piston 1 is subjected to the working or operating pressure practically suddenly.

Der Kolben 1 - Arbeitskolben - bewegt sich sofort.The piston 1 - working piston - moves immediately.

Application example: brake actuation, emergency stop switch

Bei aufgezeigter Bauweise des Ventiles werden damit Stellzeiten für einen Hub, der in der Größenordnung des Kolbendurchmessers liegt, von 2 Millisekunden (Nenngröße 16) bis 6 Millisekunden (Nenngröße 160) erzielt.With the design of the valve shown, it will be Travel times for a stroke that is of the order of magnitude Piston diameter is 2 milliseconds (size 16) up to 6 milliseconds (size 160).

Die Auskleidung der Erfindung mit bekannten Mitteln, wie beispielsweise mit Dämpfungsgliedern, Rückhubflächen am Kolben, Drosseln usw. ist problemlos möglich.The lining of the invention by known means, such as for example with attenuators, return surfaces on Pistons, throttles, etc. are easily possible.

In Fig. 2 ist die Ausführungsform als Ventil zum direkten schnellen Verbinden zweier Fluidräume dargestellt. Die Stirnfläche 5 des Kolbens 1 ist hier mit einem Zapfen 15 versehen, welcher im Ausgangszustand in einer Ventilbohrung 8 des Zylinders 2 sitzt. Über die Betätigung des Vorsteuerventiles 10 wird die Kolbenhubbewegung initiiert. Der an der Zuleitung 13 herrschende Druck öffnet das Ventil. Mittels der Gestaltung des Zapfens 15 können verschiedene Öffnungscharakteristika erzielt werden. Eine Schräge 17 am Zapfen 15 bewirkt in der Anfangsphase des Kolbenhubes eine langsamere Öffnung des Durchflußquerschnittes gegenüber dem Öffnungsquerschnitt und verhindert dadurch das vorschnelle Abfließen des Fluides, welches den Öffnungsdruck für den Kolben 1 erzeugen soll. Eine ähnliche Wirkung kann mit einem kurzen zylindrischen Ansatz des Zapfens erzielt werden. Auch bei Wegfall des Zapfens und Abdichtung der Ventilbohrung 8 durch die Stirnfläche 5 bleibt das Ventil noch funktionsfähig, da immer noch durch den nun öffnenden Dichtspalt 9 mehr Öl einfließt als über die Ventilbohrung 8 abfließt. Durch die unterschiedliche, funktionsbedingte Wahl der Flächenverhältnisse, insbesondere von Stirnfläche 5 und Rückhubfläche 16, entstehen hierbei keinerlei Einschränkungen hinsichtlich des dargestellten Funktionsprinzipes des Elementes. Zur Vermeidung von Druckstößen in den Leitungen kann die Öffnungszeit des Kolbens durch eine Drossel 18 beeinflußt werden. In Fig. 2 the embodiment is shown as a valve for the direct rapid connection of two fluid spaces. The end face 5 of the piston 1 is here provided with a pin 15 , which in the initial state is seated in a valve bore 8 of the cylinder 2 . The piston stroke movement is initiated by actuating the pilot valve 10 . The pressure prevailing on the supply line 13 opens the valve. Different opening characteristics can be achieved by the design of the pin 15 . A slope 17 on the pin 15 causes a slower opening of the flow cross-section compared to the opening cross-section in the initial phase of the piston stroke and thereby prevents the premature flow of the fluid which is to generate the opening pressure for the piston 1 . A similar effect can be achieved with a short cylindrical extension of the pin. Even if the pin is omitted and the valve bore 8 is sealed off by the end face 5 , the valve still remains functional, since more oil flows in through the sealing gap 9 now opening than flows out via the valve bore 8 . Due to the different, function-related selection of the area ratios, in particular of the end face 5 and return surface 16 , there are no restrictions with regard to the functional principle of the element shown. To avoid pressure surges in the lines, the opening time of the piston can be influenced by a throttle 18 .

In Fig. 3 ist gezeigt wie durch eine Vergrößerung der Länge des Dichtspaltes 9 ein schnelleres Einfließen des Fluides nach Initiieren der Hubbewegung durch das Vorsteuerventil 10 erfolgen kann. Um einen Zapfen 15, welcher eine Führungsfunktion übernimmt, ist die Führungsbohrung etwas aufgeweitet und der infolgedessen entstehende Raum ist mit dem Druckraum 3 verbunden. Bei Lösen des Kolbens 1 vom Dichtspalt 9 kann Fluid über einen größeren Querschnitt einfließen und verringert damit die Öffnungszeit. FIG. 3 shows how, by increasing the length of the sealing gap 9, the fluid can flow in more quickly after the stroke movement has been initiated by the pilot valve 10 . Around a pin 15 , which assumes a guiding function, the guiding bore is widened somewhat and the space which arises as a result is connected to the pressure chamber 3 . When the piston 1 is released from the sealing gap 9 , fluid can flow in over a larger cross section and thus reduces the opening time.

In Fig. 4 ist gezeigt, wie ein großer Durchflußquerschnitt bei gleichzeitiger hoher Dämpfung des Fluidstromes freigegeben werden kann. Die Stirnfläche 5 des Kolbens 1 ist hier insbesondere ringförmig ausgebildet. Über das Vorsteuerventil 10 wird wiederum der Schaltvorgang eingeleitet. Der Ansatz 19, welcher insbesondere schräg ausgebildet ist, gewährleistet, daß der Spalt zum Einfließen von Fluid breit genug ist, ohne daß ein vorzeitiger Druckabbau an der Stirnfläche 5 des Kolbens 1 stattfinden kann. Nach dem Öffnen des Ventiles steht hier innerhalb kürzester Zeit ein großer Durchflußquerschnitt zur Verfügung. Durch die Gestaltung der Ausflußöffnung, insbesondere durch eine Vielzahl kleinerer Bohrungen 14, wird erreicht, daß eine ausreichende Dämpfung beim Austritt des Fluides vorliegt. Der Zapfen 15 dient hierbei der exakten Lagefixierung.In FIG. 4 is shown, may be released as a large flow area at the same time high attenuation of the fluid flow. The end face 5 of the piston 1 is in particular annular. The switching process is in turn initiated via the pilot valve 10 . The approach 19 , which is designed in particular at an angle, ensures that the gap for the inflow of fluid is wide enough without premature pressure reduction on the end face 5 of the piston 1 taking place. After opening the valve, a large flow cross-section is available within a very short time. The design of the outflow opening, in particular through a large number of smaller bores 14 , ensures that there is sufficient damping when the fluid exits. The pin 15 is used for exact position fixation.

Bezugszeichenn Fig. 1 bis 4Referring Zeichenn Fig. 1 to 4

1 Kolben
2 Zylinder
3 Druckraum
4 Kolbenmantel
5 Stirnfläche
6 Zylinderboden
7 Steuerbohrung
8 Ventilbohrung
9 Dichtspalt
10 Vorsteuerventil
11 Druckfeder
12 Kolbendichtung
13 Zuleitung
14 Bohrung
15 Zapfen
16 Rückhubfläche
17 Schräge
18 Drossel
19 Ansatz 1 piston
2 cylinders
3 pressure room
4 piston skirt
5 end face
6 cylinder base
7 control bore
8 valve bore
9 sealing gap
10 pilot valve
11 compression spring
12 piston seal
13 supply line
14 hole
15 cones
16 return stroke area
17 slant
18 choke
19 approach

Claims

1. Valve, characterized in that the valve consists of the piston ( 1 ) and the cylinder ( 2 ), the pressure chamber ( 3 ) being designed such that the pending pressure generated by liquids or gases in the idle state of the valve only on the Piston jacket ( 4 ), but not or only partially on the end face ( 5 ) of the piston ( 1 ) to be moved, by sealing the end face ( 5 ) of the piston ( 1 ) on the cylinder base ( 6 ) against the pressure chamber ( 3 ) , one or more control bores ( 7 ) and one or more valve bores ( 8 ) being arranged below the sealed end face ( 5 ) of the piston ( 1 ) in the cylinder base ( 6 ), FIG. 1; Fig. 2.

2. Valve according to claim 1, characterized in that the piston ( 1 ) of the valve is preferably the working piston of a piston-cylinder unit, or the valve is an integral part of a piston-cylinder unit.

3. Valve according to claim 1 and 2, characterized in that the sealing of the end face ( 5 ) of the piston ( 2 ) on the cylinder base ( 6 ) is preferably designed as a sealing gap ( 9 ), through this sealing gap ( 9 ) inflowing leakage fluid quantities, Liquids or gases through which control bores ( 7 ) can escape and one or more sealing gaps ( 9 ) can be arranged.