WO2004111468A1 - Hydraulischer antrieb zum verlagern eines stellgliedes - Google Patents

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WO2004111468A1
WO2004111468A1 PCT/AT2004/000202 AT2004000202W WO2004111468A1 WO 2004111468 A1 WO2004111468 A1 WO 2004111468A1 AT 2004000202 W AT2004000202 W AT 2004000202W WO 2004111468 A1 WO2004111468 A1 WO 2004111468A1
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piston
unit
cylinder
hydraulic
face
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PCT/AT2004/000202
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Norbert Krimbacher
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Linz Center Of Mechatronics Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/204—Control means for piston speed or actuating force without external control, e.g. control valve inside the piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/26—Locking mechanisms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices

Definitions

  • Hydraulic drive for moving an actuator
  • the invention relates to a hydraulic drive for moving an actuator between two predetermined end positions with a piston unit which can be acted upon in opposite directions by hydraulic springs in a cylinder unit and with a control device for alternately acting on the piston unit in opposite directions.
  • the control valve In the two end positions of the piston, the control valve is closed in order to move the piston via the tensioned hydraulic spring under tension of the other hydraulic spring to the opposite end position in which the control valve is closed again to hold the piston when the piston is opened.
  • the invention is therefore based on the object to improve a hydraulic drive of the type described above with simple constructive means so that a movement of the actuator independent of the actuating speed of the control device can be ensured and that no separate control intervention is required to hold the piston unit in the reverse positions becomes.
  • the invention achieves the stated object in that the cylinder unit has an end section of smaller cross-section than the rest of the cylinder chamber, sealingly receiving the respective end face of the piston unit in the associated end position, in that the end sections connected via a throttle to a return line for the hydraulic medium with respect to the rest of the cylinder chamber One control edge each is limited and that the control device consists of an actuator for an axial relative movement of the control edge with respect to the piston end face.
  • the respective end face of the piston unit engages in its end position in the end section of the cylinder unit that is set apart from the rest of the cylinder space, in this end position the pressure acting on the piston end face engaging in the end section of the cylinder unit drops when the pressure in this end section is reduced accordingly, which is ensured via a return line for the hydraulic medium.
  • the end section of the cylinder unit receiving the piston end face must be hydraulically connected to the rest of the cylinder chamber.
  • the stepped end section of the cylinder unit forms a control edge which has to be displaced axially relative to the piston face in order to apply the cylinder pressure to the piston face.
  • the sudden increase in hydraulic fluid pressure in such a relative displacement of the piston end face with respect to the control edge in the region of the end section of the cylinder space accelerates the piston unit towards the opposite end position, in which the piston unit is caught over the end face engaging in the end section of the cylinder unit there.
  • the return line for the hydraulic medium connected to the end section comprises a throttle
  • the pressure in the end section of the cylinder space can correspondingly decrease when the piston end face is retracted, but when the end face of the piston unit is suddenly acted upon, the throttle prevents pressure reduction which hinders the acceleration of the piston unit.
  • the return line for the hydraulic medium connected to the end section of the cylinder unit can additionally be blocked via a switching valve.
  • the control device for the hydraulic drive must bring about an axial relative displacement between the piston end face and the control edge delimiting the end section of the cylinder unit.
  • the control edge of the end sections of the cylinder unit can be formed on an axially displaceably mounted sleeve which is connected to the actuator of the control device and is displaced via the actuator of the control device.
  • the actuator of the control device can act on the piston end face engaging in the end section of the cylinder unit, which can be carried out hydraulically, mechanically or electromagnetically.
  • the pressure in the cylinder space can be used to hold it in the end position or to release it from the end position, because the piston unit, which is then graduated, then also after the intervention via the hydraulic medium the end face remains axially loaded in the end section of the cylinder space, regardless of the action on the opposite piston end face.
  • the cylinder spaces to which hydraulic pressure medium is applied form the hydraulic springs on both sides of the piston unit without resorting to external pressure accumulators, these pressure spaces are to be connected to controllable admission lines in order to be able to compensate for the friction and leakage losses after each drive stroke. Since this control of the application lines depends on the respective position of the piston unit, the application lines can be opened and closed by control edges of the piston unit as a function of the axial piston position, so that there is no need for separate switching valves with the associated control. In a similar manner, the return line for the hydraulic medium in the end sections of the cylinder unit can also be controlled with the aid of a corresponding control edge of the piston unit.
  • Fig. 1 shows a hydraulic drive according to the invention for moving a
  • FIG. 2 shows the cylinder space associated with one side of the piston unit in a schematic axial section
  • FIG. 3 shows a representation of a design variant of a hydraulic drive according to the invention corresponding to FIG. 1.
  • the hydraulic drive shown has a cylinder unit 3 divided into two cylinder blocks 1 and 2, the piston unit 4 of which comprises two piston bodies 5 and 6 which interact with the cylinder blocks 1 and 2 and which have an actuator to be adjusted between two end positions 7 are connected.
  • the cylinder blocks 1 and 2 form, in the region of their end walls 8 facing away from one another, end sections 10 with a smaller cross section than the rest of the cylinder chamber 9. These end sections 10 are delimited by a control edge 11 with respect to the rest of the cylinder chamber 9 and take on the respective end position the piston unit 4, the end face 12 of the respective piston body 5 or 6.
  • the end sections 10 of the cylinder blocks 1 and 2 are connected via throttles 13 to a return line 14 for the hydraulic medium.
  • the pressure chambers 9 of the cylinder blocks 1, 2 optionally form a hydraulic accumulator 15, represented as a block, with external additional accumulators. Due to the compressibility of the hydraulic medium, these hydraulic accumulators 15 represent hydraulic springs via which the piston bodies 5 and 6 can be acted upon in opposite directions.
  • the hydraulic accumulators 15 are connected to a pressure line 17 via switching valves 16.
  • the hydraulic accumulators 15 are connected via check valves 18 to a pressure line 19, which ensures a predetermined minimum pressure for the hydraulic accumulators 15.
  • the piston body 5 engages in the end section 10 of the cylinder block 1 with its end face 12 sealingly so that the hydraulic medium pressure prevailing in the pressure chamber 9 of the cylinder block 1 cannot exert any axial compressive forces on the piston unit 4, which is thus held in this end position by the application pressure in the area of the cylinder block 2.
  • the end section 10 In order to apply the hydraulic medium pressure in the cylinder chamber 9 to the piston body 5, the end section 10 must be hydraulically connected to the remaining cylinder chamber 9. For this purpose, the end section 10 is enclosed by a sleeve 20, which forms the control edge 11.
  • This sleeve 20 is axially displaceably mounted and can be axially displaced relative to the end face 12 of the piston body 5 via an actuating drive of a control device in order to release the end face 12, which is suddenly subjected to the pressure of the hydraulic medium in the cylinder space 9 when the control edge 11 moves past and which Piston unit 4 with the actuator 7 accelerated against the pressure in the cylinder space 9 of the cylinder block 2.
  • the throttle 13 in the return line 14 prevents a corresponding pressure drop in the end section 10.
  • the hydraulic accumulator 15 can be used for the cylinder block 2 receiving the piston unit 4 in the end position to compensate for friction and leakage losses be charged via the pressure line 17 to a predetermined system pressure, so that when the cylinder block 2 is actuated via the sleeve 20, the full system pressure is available to act on the piston body 6 against the pressure of the partially relaxed hydraulic accumulator 15 associated with the cylinder block 1.
  • the piston body 5 interacting with the cylinder block 1 becomes, as already in connection with the opposite piston body 6 has been described, when the end position is reached via the piston end face 12 engaging in the end section 10 of the cylinder block 1 and thereby removed from the application pressure, against a free oscillating movement until it is released again by a renewed displacement of the sleeve 20.
  • the hydraulic accumulator 15 belonging to the cylinder block 1 and tensioned again by resetting the piston unit 4 to cover the friction and leakage losses can be connected to the pressure line 17 via the control valve 16, which before the sleeve 20 is actuated via the control device provided for this purpose is to be closed again.
  • FIG. 2 shows one of the two cylinder blocks 1, 2 of the cylinder unit 3 in more detail, the pressure chamber 9 forming the hydraulic accumulator essential for the hydraulic spring.
  • the end wall 8 has a coaxial extension 21 on which the sleeve 20 required for controlling the piston body 5, 6 is mounted so as to be axially displaceable.
  • This approach is also provided with a receiving bore 22 for a guide extension 23 projecting beyond the end face 12 of the piston body 5, 6 and having a control edge 24 for an annular connecting groove 25 of the return line 14.
  • the resulting in the drawn end position of the piston body 5, 6 between the control edge 24 of the guide extension 23 and the connecting groove 25 serves as a throttle 13, as indicated in the block diagram of FIG. 1.
  • the return line 14 is opened only for the engagement of the end face 12 of the piston bodies 5, 6 in the end section 10 of the cylinder blocks 1, 2, as a result of which greater leak losses are avoided.
  • admission lines 26 for the pressure chambers 9 of the cylinder blocks 1, 2 can be opened and closed by control edges 27 of the piston bodies 5, 6 depending on the piston position.
  • these pressurization lines 26 serve to connect the pressure chamber 9 to the pressure line 17, the control edge 27 taking over the function of the switching valve 16.
  • the sleeve 20 is acted upon by an actuator 28 which axially adjusts the sleeve 20 hydraulically, mechanically or electromagnetically on the coaxial extension 21 of the cylinder block 1 or 2.
  • this actuator 28 need not be provided outside the cylinder unit 3.
  • Such actuators can also be installed in the cylinder unit 3.
  • the hydraulic drive according to FIG. 3 differs from that according to FIG. 1 only by the actuation of the piston bodies 5, 6.
  • the end section 10 of the cylinder blocks 1, 2 with the control edge 11 is not formed by a movable sleeve, but by a recess formed in the end wall 8, so that the axial relative movement of the control edge 11 relative to the end face 12 of the piston body 5, 6 must be displaced.
  • an actuator 28 is provided, with the help of which in the end section
  • Hydraulic drives according to the invention are consequently suitable for actuators with short switching times, as are required, for example, for switching and safety valves.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments shown.
  • the cylinder blocks 1, 2 could be combined to form a common cylinder in which a single piston is supported as a piston unit.
  • a drive connection in the form of a piston rod is to be established between the actuator and the piston unit.
  • gas bubbles can be enclosed in the hydraulic medium or the hydraulic accumulators can also be acted upon by springs.

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Abstract

Es wird ein hydraulischer Antrieb zum Verlagern eines Stellgliedes (7) zwischen zwei vorgegebenen Endlagen mit einer in einer Zylindereinheit (3) gegensinnig über hydraulische Federn beaufschlagbaren Kolbeneinheit (4) und mit einer Steuereinrichtung zum abwechselnden gegensinnigen Beaufschlagen der Kolbeneinheit (4) beschrieben. Um vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Zylindereinheit (3) einen die jeweilige Stirnseite (12) der Kolbeneinheit (4) in der zugehörigen Endlage dichtend aufnehmenden Endabschnitt (10) kleineren Querschnitts als der übrige Zylinderraum (9) aufweist, dass die über eine Drossel (13) an eine Rücklaufleitung (14) für das Hydraulikmittel angeschlossenen Endabschnitte (10) gegenüber dem übrigen Zylinderraum (9) durch je eine Steuerkante (11) begrenzt sind und dass die Steuereinrichtung aus einem Stelltrieb (28) für eine axiale Relativbewegung der Steuerkante (11) gegenüber der Kolbenstirnseite (12) besteht.

Description

Hydraulischer Antrieb zum Verlagern eines Stellgliedes
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Antrieb zum Verlagern eines Stellgliedes zwischen zwei vorgegebenen Endlagen mit einer in einer Zylindereinheit gegensinnig über hydraulische Federn beaufschlagbaren Kolbeneinheit und mit einer Steuereinrichtung zum abwechselnden gegensinnigen Beaufschlagen der Kolbeneinheit.
Stand der Technik
Um die über einen hydraulischen Antrieb zum Öffnen eines Ventils einer Brennkraftmaschine eingesetzte Energie weitgehend auch zum Schließen des Ventils verwenden zu können, ist es bekannt (EP 1 215 369 A2), die Kompressibilität des Hydraulikmittels zur Ausbildung zweier hydraulischer Federn für eine gegensinnige Beaufschlagung eines Kolbens zu nützen, so daß die über die eine hydraulische Feder auf den Kolben aufgebrachte Energie bis auf Reibungs- und Leckverluste in der anderen hydraulischen Feder gespeichert wird, um zur gegensinnigen Kolbenbeaufschlagung zur Verfügung zu stehen. Der Kolben mit dem anzutreibenden Ventilkörper bildet somit zusammen mit den beiden hydraulischen Federn einen freien Schwinger, der über eine Steuereinrichtung in den beiden Umkehrlagen festgehalten und freigegeben wird. Zu diesem Zweck wird ein Steuerventil in einer den Zylinder mit einem Druckspeicher der einen hydraulischen Feder verbindenden Beaufschlagungsleitung eingesetzt. In den beiden Endlagen des Kolbens wird das Steuerventil geschlossen, um beim Öffnen den Kolben über die jeweils gespannte hydraulische Feder unter einer Spannung der anderen hydraulischen Feder in die gegenüberliegende Endstellung zu bewegen, in der das Steuerventil zum Festhalten des Kolbens wieder geschlossen wird. Obwohl mit Hilfe dieses bekannten hydraulischen Antriebes Stellglieder mit einem vergleichsweise geringen Energieeinsatz zwischen zwei Endlagen mit hoher Geschwindigkeit verlagert werden können - es sind ja lediglich die Reibungs- und Leckverluste auszugleichen -, hängt die Bewegung des Stellgliedes auch von der Schaltgeschwindigkeit des Steuerventils ab. Außerdem ist für das Festhalten des Kolbens in den beiden Umkehrlagen ein gesonderter Steuereingriff notwendig.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Antrieb der eingangs geschilderten Art mit einfachen konstruktiven Mitteln so zu verbessern, daß eine von der Stellgeschwindigkeit der Steuereinrichtung unabhängige Bewegung des Stellgliedes sichergestellt werden kann und daß zum Festhalten der Kolbeneinheit in den Umkehrlagen kein gesonderter Steuereingriff erforderlich wird.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Zylindereinheit einen die jeweilige Stirnseite der Kolbeneinheit in der zugehörigen Endlage dichtend aufnehmenden Endabschnitt kleineren Querschnitts als der übrige Zylinderraum aufweist, daß die über eine Drossel an eine Rücklaufleitung für das Hydraulikmittel angeschlossenen Endabschnitte gegenüber dem übrigen Zylinderraum durch je eine Steuerkante begrenzt sind und daß die Steuereinrichtung aus einem Stelltrieb für eine axiale Relativbewegung der Steuerkante gegenüber der Kolbenstirnseite besteht.
Da zufolge dieser Maßnahmen die jeweilige Stirnseite der Kolbeneinheit in deren Endlage in den vom übrigen Zylinderraum abgesetzten Endabschnitt der Zylindereinheit eingreift, fällt in dieser Endlage der Beaufschlagungsdruck auf die in den Endabschnitt der Zylindereinheit eingreifende Kolbenstirnseite weg, wenn der Druck in diesem Endabschnitt entsprechend abgebaut wird, was über eine Rücklaufleitung für das Hydraulikmittel sichergestellt wird. Dies bedeutet, daß die in der Endlage stirnseitig in den Endabschnitt des Zylinderraumes eingreifende Kolbeneinheit lediglich von der gegenüberliegenden Stirnseite her beaufschlagt ist und daher in dieser Endlage festgehalten wird, obwohl der Zylinderraum unter einem entsprechend hohen Druck steht. Zur gegensinnigen Ansteuerung der Kolbeneinheit ist der die Kolbenstirnseite aufnehmende Endabschnitt der Zylindereinheit mit dem übrigen Zylinderraum hydraulisch zu verbinden. Zu diesem Zweck bildet der abgesetzte Endabschnitt der Zylindereinheit eine Steuerkante, die relativ zur Kolbenstirnseite axial verlagert werden muß, um die Kolbenstirnseite mit dem Zylinderdruck zu beaufschlagen. Der sich bei einer solchen Relativverschiebung der Kolbenstirnseite gegenüber der Steuerkante im Bereich des Endabschnittes des Zylinderraumes schlagartig aufbauende Hydraulikmitteldruck beschleunigt die Kolbeneinheit gegen die gegenüberliegende Endlage hin, in der die Kolbeneinheit über die in den dortigen Endabschnitt der Zylindereinheit eingreifende Stirnseite gefangen wird. Da die an den Endabschnitt angeschlossene Rücklaufleitung für das Hydraulikmittel eine Drossel umfaßt, kann sich zwar der Druck im Endabschnitt des Zylinderraumes beim Einfahren der Kolbenstirnseite entsprechend abbauen, doch verhindert die Drossel beim schlagartigen Beaufschlagen der Stirnseite der Kolbeneinheit einen die Beschleunigung der Kolbeneinheit behindernden Druckabbau. Außerdem kann die an den Endabschnitt der Zylindereinheit angeschlossene Rücklaufleitung für das Hydraulikmittel zusätzlich über ein Schaltventil gesperrt werden.
Die Steuereinrichtung für den hydraulischen Antrieb muß eine axiale Relativverschiebung zwischen der Kolbenstirnseite und der den Endabschnitt der Zylindereinheit begrenzenden Steuerkante bewirken. Zu diesem Zweck kann die Steuerkante der Endabschnitte der Zylindereinheit an einer axialverschiebbar gelagerten, mit dem Stelltrieb der Steuereinrichtung verbundenen Hülse ausgebildet sein, die über den Stelltrieb der Steuereinrichtung verlagert wird. Sobald die durch die Hülse gebildete Steuerkante an der Kolbenstirnseite vorbeibewegt wird, erfolgt die Druckbeaufschlagung der Kolbeneinheit. Die Verstellgeschwindigkeit der Hülse hat dabei keinen praktischen Einfluß auf die Beschleunigung der Kolbeneinheit, weil die Druckbeaufschlagung der Kolbeneinheit schlagartig mit der Freigabe der Kolbenstirnseite erfolgt. - A -
Eine weitere Möglichkeit, die Kolbenstirnseite gegenüber der Steuerkante des Endabschnittes der Zylindereinheit zu verlagern, besteht darin, die Kolbeneinheit anzustoßen, so daß die Kolbenstirnseite über die zylinderfeste Steuerkante bewegt wird. Zu diesem Zweck kann der Stelltrieb der Steuereinrichtung die jeweils in den Endabschnitt der Zylindereinheit eingreifende Kolbenstirnseite beaufschlagen, was hydraulisch, mechanisch oder elektromagnetisch durchgeführt werden kann.
Ist zumindest eine Stirnseite der Kolbeneinheit mit einem gegenüber der übrigen Kolbeneinheit unterschiedlich großen Querschnitt versehen, so kann der Druck im Zylinderraum zum Halten in der Endlage oder zum Lösen aus der Endlage genützt werden, weil ja über das Hydraulikmittel die dann abgestufte Kolbeneinheit auch nach dem Eingreifen der Stirnseite in den Endabschnitt des Zylinderraumes axial beaufschlagt bleibt, und zwar unabhängig von der Beaufschlagung der gegenüberliegenden Kolbenstirnseite.
Bilden die mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagten Zylinderräume auf beiden Seiten der Kolbeneinheit die hydraulischen Federn, ohne auf äußere Druckspeicher zurückzugreifen, so sind diese Druckräume mit steuerbaren Beaufschlagungsleitungen zu verbinden, um die Reibungs- und Leckverluste nach jedem Antriebshub ausgleichen zu können. Da diese Steuerung der Beaufschlagungsleitungen von der jeweiligen Lage der Kolbeneinheit abhängt, können die Beaufschlagungsleitungen durch Steuerkanten der Kolbeneinheit in Abhängigkeit von der axialen Kolbenlage geöffnet und geschlossen werden, so daß sich hierfür gesonderte Schaltventile mit der zugehörigen Ansteuerung erübrigen. In ähnlicher Weise kann auch die Rücklaufleitung für das Hydraulikmittel in den Endabschnitten der Zylindereinheit mit Hilfe einer entsprechenden Steuerkante der Kolbeneinheit gesteuert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen hydraulischen Antrieb zum Verlagern eines
Stellgliedes in einem vereinfachten Blockschaltbild, Fig. 2 den einer Seite der Kolbeneinheit zugehörigen Zylinderraum in einem schematischen Axialschnitt und Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Konstruktionsvariante eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebes.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Gemäß dem Blockschaltbild der Fig. 1 weist der dargestellte hydraulische Antrieb eine in zwei Zylinderblöcke 1 und 2 unterteilte Zylindereinheit 3 auf, deren Kolbeneinheit 4 zwei mit den Zylinderblöcken 1 und 2 zusammenwirkende Kolbenkörper 5 und 6 umfaßt, die über ein zwischen zwei Endlagen zu verstellendes Stellglied 7 verbunden sind. Die Zylinderblöcke 1 und 2 bilden im Bereich ihrer voneinander abgekehrten Stirnwände 8 vom übrigen Zylinderraum 9 abgesetzte Endabschnitte 10 mit einem kleineren Querschnitt als der übrige Zylinderraum 9. Diese Endabschnitte 10 sind gegenüber dem übrigen Zylinderraum 9 durch eine Steuerkante 11 begrenzt und nehmen in der jeweiligen Endlage der Kolbeneinheit 4 die Stirnseite 12 des jeweiligen Kolbenkörpers 5 bzw. 6 auf. Die Endabschnitte 10 der Zylinderblöcke 1 und 2 sind über Drosseln 13 an je eine Rücklaufleitung 14 für das Hydraulikmittel angeschlossen. Die Druckräume 9 der Zylinderblöcke 1 , 2 bilden gegebenenfalls mit äußeren Zusatzspeichern einen als Block dargestellten Hydraulikspeicher 15. Diese Hydraulikspeicher 15 stellen aufgrund der Kompressibilität des Hydraulikmittels hydraulische Federn dar, über die die Kolbenkörper 5 und 6 gegensinnig beaufschlagt werden können. Die Hydraulikspeicher 15 sind über Schaltventile 16 an eine Druckleitung 17 angeschlossen. Zusätzlich sind die Hydraulikspeicher 15 über Rückschlagventile 18 mit einer Druckleitung 19 verbunden, die einen vorgegebenen Mindestdruck für die Hydraulikspeicher 15 sicherstellt.
In der in der Fig. 1 dargestellten Endlage der Kolbeneinheit 4 greift der Kolbenkörper 5 in den Endabschnitt 10 des Zylinderblockes 1 mit seiner Stirnseite 12 dichtend ein, so daß der im Druckraum 9 des Zylinderblockes 1 herrschende Hydraulikmitteldruck keine axialen Druckkräfte auf die Kolbeneinheit 4 ausüben kann, die somit durch den Beaufschlagungsdruck im Bereich des Zylinderblok- kes 2 in dieser Endstellung gehalten wird. Um den Kolbenkörper 5 mit dem Hydraulikmitteldruck im Zylinderraum 9 zu beaufschlagen, muß der Endabschnitt 10 mit dem übrigen Zylinderraum 9 hydraulisch verbunden werden. Zu diesem Zweck wird der Endabschnitt 10 von einer Hülse 20 umschlossen, die die Steuerkante 11 bildet. Diese Hülse 20 ist axial verschiebbar gelagert und kann über einen Stelltrieb einer Steuereinrichtung gegenüber der Stirnseite 12 des Kolbenkörpers 5 axial verlagert werden, um die Stirnseite 12 freizugeben, die beim Vorbeibewegen der Steuerkante 11 schlagartig mit dem Druck des Hydraulikmittels im Zylinderraum 9 beaufschlagt wird und die Kolbeneinheit 4 mit dem Stellglied 7 gegen den Druck im Zylinderraum 9 des Zylinderblockes 2 beschleunigt. Die Drossel 13 in der Rücklaufleitung 14 unterbindet dabei einen entsprechenden Druckabfall im Endabschnitt 10. Mit der Entspannung des Hydraulikspeichers 15 des Zylinderblocks 1 wird der Hydraulikspeicher 15 des Zylinderblocks 2 über den in den Zylinderraum 9 einfahrenden Kolbenkörper 6 gespannt, wobei im Bereich der die Endlage der Kolbeneinheit 4 bildenden Bewegungsumkehr des freien Schwingers die Stirnseite 12 des Kolbenkörpers 6 in den Endabschnitt 10 des Zylinderblocks 2 dichtend eingreift. Die Kolbeneinheit wird daher in dieser Stellung durch den verbleibenden Druck des zum Teil entspannten Hydraulikspeichers 15 in der neuen Endlage gehalten. Die Verbindung der Hydraulikspeicher 15 mit der Druckleitung 19 über die Rückschlagventile 18 sichert einen Mindesthaltedruck für die Kolbeneinheit 4. Durch ein Öffnen des zugehörigen Schaltventils 16 kann der Hydraulikspeicher 15 für den die Kolbeneinheit 4 in der Endlage aufnehmenden Zylinderblock 2 zum Ausgleich von Reibungs- und Leckverlusten über die Druckleitung 17 auf einen vorgegebenen Systemdruck aufgeladen werden, um bei einer Ansteuerung des Zylinderblockes 2 über die Hülse 20 den vollen Systemdruck zur Beaufschlagung des Kolbenkörpers 6 entgegen dem Druck des dem Zylinderblock 1 zugehörigen, teilweise entspannten Hydraulikspeichers 15 zur Verfügung zu haben. Der mit dem Zylinderblock 1 zusammenwirkende Kolbenkörper 5 wird, wie dies bereits im Zusammenhang mit dem gegenüberliegenden Kolbenkörper 6 beschrieben wurde, beim Erreichen der Endstellung über die in den Endabschnitt 10 des Zylinderblockes 1 eingreifende und dadurch dem Beaufschlagungsdruck entzogene Kolbenstirnseite 12 gegenüber einer freien Schwingbewegung festgehalten, bis er durch ein neuerliches Verlagern der Hülse 20 wieder freigegeben wird. In der Zwischenzeit kann der dem Zylinderblock 1 zugehörige, durch das Rückstellen der Kolbeneinheit 4 wieder gespannte Hydraulikspeicher 15 zur Abdeckung der Reibungs- und Leckverluste über das Steuerventil 16 an die Druckleitung 17 angeschlossen werden, das vor der Ansteuerung der Hülse 20 über die hiefür vorgesehene Steuereinrichtung wieder zu schließen ist.
In der Fig. 2 ist einer der beiden Zylinderblöcke 1 , 2 der Zylindereinheit 3 näher dargestellt, wobei der Druckraum 9 den für die hydraulische Feder wesentlichen Hydraulikspeicher bildet. Die Stirnwand 8 weist einen koaxialen Ansatz 21 auf, auf dem die zur Steuerung des Kolbenkörpers 5, 6 erforderliche Hülse 20 axial verschiebbar gelagert ist. Dieser Ansatz ist außerdem mit einer Aufnahmebohrung 22 für einen über die Stirnseite 12 des Kolbenkörpers 5, 6 vorstehenden Führungsfortsatz 23 versehen, der eine Steuerkante 24 für eine ringförmige Anschlußnut 25 der Rücklaufleitung 14 besitzt. Die sich in der gezeichneten Endlage des Kolbenkörpers 5, 6 zwischen der Steuerkante 24 des Führungsfortsatzes 23 und der Anschlußnut 25 ergebende Drosselstelle dient als Drossel 13, wie sie im Blockschaltbild nach der Fig. 1 angedeutet ist. Durch diese Maßnahme wird die Rücklaufleitung 14 nur für das Eingreifen der Stirnseite 12 der Kolbenkörper 5, 6 in den Endabschnitt 10 der Zylinderblöcke 1 , 2 geöffnet, wodurch größere Leckverluste vermieden werden.
In ähnlicher Weise können Beaufschlagungsleitungen 26 für die Druckräume 9 der Zylinderblöcke 1 , 2 durch Steuerkanten 27 der Kolbenkörper 5, 6 in Abhängigkeit von der Kolbenlage geöffnet und geschlossen werden. Im Falle eines auf den Druckraum 9 beschränkten Hydraulikspeichers dienen diese Beaufschlagungsleitungen 26 zum Anschluß des Druckraumes 9 an die Druckleitung 17, wobei die Steuerkante 27 die Aufgabe des Schaltventils 16 übernimmt. Die Verbindung des Druckraumes 9 mit der nur mit einem Teildruck beaufschlag- ten, ein Rückschlagventil 18 aufweisenden Druckleitung 19 bedarf keiner Steuerung.
Die Hülse 20 wird durch einen Stelltrieb 28 beaufschlagt, der die Hülse 20 hydraulisch, mechanisch oder elektromagnetisch auf dem koaxialen Ansatz 21 des Zylinderblockes 1 bzw. 2 axial verstellt. Dieser Stelltrieb 28 braucht aber nicht außerhalb der Zylindereinheit 3 vorgesehen zu werden. Solche Stelltriebe können auch in die Zylindereinheit 3 eingebaut werden.
Der hydraulische Antrieb gemäß der Fig. 3 unterscheidet sich von dem nach der Fig. 1 lediglich durch die Ansteuerung der Kolbenkörper 5, 6. Der Endabschnitt 10 der Zylinderblöcke 1 , 2 mit der Steuerkante 11 wird nicht durch eine bewegliche Hülse, sondern durch eine Ausnehmung in der Stirnwand 8 gebildet, so daß zur axialen Relativbewegung der Steuerkante 11 gegenüber der Stirnseite 12 des Kolbenkörpers 5, 6 dieser verlagert werden muß. Zu diesem Zweck ist ein Stelltrieb 28 vorgesehen, mit dessen Hilfe die in den Endabschnitt
10 eingreifende Stirnseite 12 des Kolbenkörpers beaufschlagt werden kann, um den Kolbenkörper anzustoßen und die Stirnseite 12 über die Steuerkante
11 hinwegzubewegen, damit der Hydraulikdruck im Zylinderraum 9 zur Beaufschlagung des jeweiligen Kolbenkörpers 5, 6 genützt werden kann. Obwohl diese Kolbenbeaufschlagung im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 hydraulisch erfolgt, kann der Stelltrieb den jeweiligen Kolbenkörper 5, 6 auch mechanisch oder elektromagnetisch anstoßen. Im übrigen arbeitet der hydraulische Antrieb gleich wie der in der Fig. 1 dargestellte. Durch das Spannen und Entspannen der Hydraulikspeicher 15 beim Hin- und Herbewegen der Kolbeneinheit 4 wird ein Großteil der zum Verstellen des Stellgliedes 7 in eine Richtung aufgewendete Energie gespeichert, um für die rückläufige Bewegung der Kolbeneinheit 4 zur Verfügung zu stehen, so daß lediglich die auftretenden Rei- bungs- und Leckverluste auszugleichen sind.
Durch die beschriebenen Maßnahmen gelingt es, den Energieverbrauch insbesondere bei hohen Kolbenbeschleunigungen erheblich zu verringern, und zwar bei sehr kurzen Stellzeiten, weil ja die Kolbenkörper 5, 6 nur entsprechend angesteuert werden müssen und sich selbständig in der jeweiligen Endlage verriegeln. Erfindungsgemäße hydraulische Antriebe eignen sich folglich für Stellglieder mit kurzen Schaltzeiten, wie sie beispielsweise für Schalt- und Sicherheitsventile gefordert werden.
Es braucht wohl nicht besonders hervorgehoben zu werden, daß sich die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So könnten zum Beispiel die Zylinderblöcke 1 , 2 zu einem gemeinsamen Zylinder zusammengefaßt werden, in dem ein einziger Kolben als Kolbeneinheit gelagert ist. In diesem Fall ist zwischen dem Stellglied und der Kolbeneinheit eine Antriebsverbindung in Form einer Kolbenstange herzustellen. Um die Elastizität der hydraulischen Federn zu beeinflussen, können in das Hydraulikmittel Gasblasen eingeschlossen oder die hydraulischen Speicher zusätzlich durch Federn beaufschlagt werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Hydraulischer Antrieb zum Verlagern eines Stellgliedes zwischen zwei vorgegebenen Endlagen mit einer in einer Zylindereinheit gegensinnig über hydraulische Federn beaufschlagbaren Kolbeneinheit und mit einer Steuereinrichtung zum abwechselnden gegensinnigen Beaufschlagen der Kolbeneinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylindereinheit (3) einen die jeweilige Stirnseite (12) der Kolbeneinheit (4) in der zugehörigen Endlage dichtend aufnehmenden Endabschnitt (10) kleineren Querschnitts als der übrige Zylinderraum (9) aufweist, daß die über eine Drossel (13) an eine Rücklaufleitung (14) für das Hydraulikmittel angeschlossenen Endabschnitte (10) gegenüber dem übrigen Zylinderraum (9) durch je eine Steuerkante (11) begrenzt sind und daß die Steuereinrichtung aus einem Stelltrieb (28) für eine axiale Relativbewegung der Steuerkante (11) gegenüber der Kolbenstirnseite (12) besteht.
2. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante (11) der Endabschnitte (10) der Zylindereinheit (3) an einer axial verschiebbar gelagerten, mit dem Stelltrieb der Steuereinrichtung verbundenen Hülse (20) ausgebildet ist.
3. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Stelltrieb (28) der Steuereinrichtung die jeweils in den Endabschnitt (10) der Zylindereinheit (3) eingreifende Kolbenstirnseite (12) beaufschlagt.
4. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Stirnseite (12) der Kolbeneinheit (4) einen gegenüber der übrigen Kolbeneinheit (4) unterschiedlich großen Querschnitt aufweist.
5. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die an die Endabschnitte (10) der Zylindereinheit (3) angeschlossenen Rücklaufleitungen (14) für das Hydraulikmittel und/oder an die Zylindereinheit (3) auf jeder Kolbenseite angeschlossene Beaufschlagungsleitungen (26) durch Steuerkanten (24, 27) der Kolbeneinheit (4) in Abhängigkeit von der axialen Kolbenlage offen- und schließbar sind.
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