CN109072953A - 液压缸 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压缸，其包括：缸体(2)；在缸体(2)中沿作用方向W可运动地被引导的活塞元件(3)，该活塞元件具有作用面(5、7)；以及第一开口，以用于将流体输送到在作用面(5、7)之上的缸体腔室(4、6)中，其中，流体的作用到作用面(5、7)上的工作压力沿作用方向驱动活塞元件(3)，其中，作用面具有第一子面(5)和至少一个第二子面(7)，其中，缸体腔室分成在第一作用面(5)之上的具有第一开口(4a)的第一子腔室(4)以及在第二子面(7)之上的具有第二开口(6a)的第二子腔室(6)，并且其中，子腔室(4、6)至少在一种可选择的运行模式中液压地彼此分开。

Description

液压缸

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的液压缸以及具有根据本发明的液压缸的成型机。

背景技术

DE 198 46 348 A1说明了一种锻压机，在其中液压缸设置为用于成型工具的驱动单元。这种液压缸允许大的力以及大的行进路径。提供这种特性取决于液压泵的相应高的输送功率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压缸，其将大的力和大的调节位移与低的驱动功率相组合。

根据本发明，针对开头提到的液压缸，该目的通过权利要求1的特征部分的特征来解决。

通过将作用面或可液压地加载的体积分成至少两个子腔室可实现根据要求不同的操控。例如，在流体的输送功率相同的情况下，可选择在很小的做功力下很快的前移，或者选择在大的做功力下缓慢的前移。总之，这允许在最小化驱动功率方面优化液压缸的应用。

在本发明的意义中，液压缸一般性地理解为以液压流体、优选地液态流体驱动的调节元件。流体优选地为液压油，其通常用在液压缸中。在本发明的意义中，液压缸的缸体不是必需具有圆形横截面，从而概念“缸体”在此涉及功能，而并非必需涉及几何形状。但根据液压缸的构造的通常的实践，优选地选择缸体的圆形的横截面。在可行的替代方案中，缸体还可具有椭圆形的横截面。这防止活塞元件在缸体中的转动。此外可更好地承受可能出现的横向力。

在本发明的意义中，作用面为活塞元件的如下表面，流体的工作压力可作用在该表面上，以便沿作用方向推压活塞元件。实体作用面不必平面地并且垂直于作用方向伸延，其中，但只有其垂直于作用方向的投影分量贡献于活塞元件的驱动力。

在本发明的意义中，缸体腔室是流体根据活塞元件的状态在缸体中填满的整个空间。

按照将缸体腔室根据本发明分成两个可液压地彼此分开的子腔室，整个缸体腔室没有必要必须都处于流体的工作压力下。根据运行模式，子腔室中的一个还可没有压力，或者基本上处于大气压力下。在需要时，两个子腔室还可处于不同的工作压力下。在本发明的意义中，还可设置多于两个液压地彼此分开的子腔室。

两个子面的大小的比例可根据需要来调整。在50：50和20：80之间的范围中的比例适宜于很多应用。在子面大小的比例不均匀时，例如为30：70时，得到力加载的多重分级的可行方案，即，根据子腔室通过流体的加载，例如得到最大力的30％、70％和100％。

在一种优选的详细设计方案中，子面的比例不均匀，并且在45：55和20：80之间，特别优选地在40：60和20：80之间。这使得例如即使在锻造过程期间也能够有针对性地为子腔室加载流体。因此，在开始锻造过程时，初始块很短且直径很大。此时，基于表面-体积之比，热损失很小。即，在这种情况下，可以很小的冲程频率进行锻造，其中，但需要大的冲压力。如果在锻造期间将初始块成型到最终几何形状，其更快地冷却。这需要更高的冲程频率，其中，但所需的冲压力不再那么大，因为受压面变小。

为了简单的构造上的实现方案，可规定，子腔室同心地围绕缸体的中轴线伸延。在此，在特别适宜的详细设计方案中，在活塞元件或缸体两者中的一者处伸出尤其柱状的梯级，以用于平行于作用方向分开子腔室。通过这种方式，一子腔室例如可形成完全柱状的腔室，其由呈环形柱体形式的第二子腔室包围，该第二子腔室此外沿作用方向与第一子腔室错开地布置。

通常，有利地规定，子腔室与液压泵单元和阀门组件连接，其中，阀门组件使得能够实现以至少两个运行模式对子腔室进行流体加载。尤其可由此将大部分或所有液压地切换的构件布置在液压缸之外。

在一种优选的实施方式中，在运行模式中的第一运行模式中，在减小的活塞作用力的情况下存在活塞元件的快速前移，其中，在运行模式中的第二运行模式中，在大的活塞作用力的情况下存在活塞元件的缓慢前移，并且其中，运行模式通过为子腔室不同地加载处于工作压力下的流体来实现。

在一种特别优选的实施方式中规定，阀门组件包括控制阀门，其具有可沿作用方向移动的先导活塞。作为控制阀门的这种先导活塞例如由开头提到的DE 198 46 348 A1已知，并且允许快速且精确地操控液压缸。先导活塞在其前移时将缸体的出口关闭，这又引起活塞元件的增压和前移。

为了简单地实现更小的泵功率，子腔室中的一个可通过阀门组件与液压存储器连接。在一种可行的实施方式中，液压存储器在此不加压。这确保在活塞运动期间填满和排空没有加载工作压力的子腔室，从而使得能够实现随时为第二子腔室快速加载处于工作压力下的流体。在本发明的意义中，液压存储器的不加压性是指在存储器中存在大气压力或更高的压力，以便保证快速的流体交换。然而，不存在与液压泵的高压的连接。液压存储器可尤其构造为呈液压蓄力器形式的蓄压器。蓄力器例如可实现为弹簧式存储器或以其他的方式实现。但原则上还可行的是，只要需要，就为液压存储器加载压力。

在本发明的另一实施方式中，子腔室中的至少一个、优选地两个子腔室可借助于布置在子腔室下游的阀门加载流体。此时，在打开阀门时，流体不加压地流动通过子腔室或分支，并且在闭合或扼流阀门时实现相应的子腔室的相应的压力加载。

通常，有利地，液压缸具有起复位作用的作用面，其中，可通过与作用方向相反地为起复位作用的作用面加载流体来使活塞元件复位。这允许活塞元件的简单的液压复位。但复位还可根据要求通过其他方式实现。

本发明示出了在大的液压缸的情况下的显著优点，因为在此在提供液压泵和电气供给方面花费很高。相应地有利地规定，活塞元件的整个作用面为至少1000cm²，尤其为至少2000cm²。在此，流体的工作压力按常规选择并且典型地在200和500bar之间的范围中。活塞元件的优选的最大力大于3MN，优选地在5和30MN之间或更高。

在本发明的一种可行的改进方案中规定，三个或更多个可液压地彼此分开的子腔室设有活塞元件的为其相应分配的子面。这允许冲压力和活塞元件的冲程速度的进一步的差异化。子腔室可尤其相应彼此同心地伸延。子腔室的分开可类似于具有仅仅两个子腔室的实施方案借助于在活塞元件和/或缸体处的相应的分级来实现。

根据本发明的液压缸的一种特别优选的应用涉及大型成型机的领域，尤其锻压机。因此，本发明还涉及用于工件的造型的成型机，其中，可借助于根据本发明的液压缸为成型机的工具加载成型力。

在一种优选的实施方式中，成型力仅仅通过一个或多个液压缸来施加，从而无需附加的机械式的力传递，例如通过轴。成型机的这种设计特别受益于根据本发明的液压缸的灵活性。

在一种优选的实施方式中，成型机构造为径向锻造机。特别优选地，径向锻造机包括至少四个工具，它们彼此成对地工作。然而，本发明不限于径向锻造机，而是还可应用于液压压力机，例如自由锻造压力机、肘杆压力机或挤压机，但还可应用于液压锤。

通常，有利地，在成型机的第一运行模式中，在为子腔室中的仅仅一个子腔室加载处于工作压力下的流体的情况下进行工件的精整，其中，在第二运行模式中，在为两个子腔室加载处于工作压力下的流体的情况下进行工件的锻造。这允许将同一成型机高效地用于不同的造型工艺。

此外，有利地，在成型机的运行模式中，在为子腔室中的仅仅一个子腔室加载处于工作压力下的流体的情况下进行活塞元件的快速定位，其中，在定位之后，在为两个子腔室加载处于工作压力下的流体的情况下实现工件的成型。这在关于成型机的速度和最大力方面功率数据相同的情况下允许液压供给单元的减小的功率。

通常，有利地，根据本发明的液压缸可构造为用于现有成型机的常规液压缸的替代件。

简化地可以如下方式说明本发明以及其他优点。子面根据需要可变化的比例使得能够实现可达到的冲程数的最大可行的灵活性，这尤其在成型对温度敏感的材料时是有利的。通过子面的划分结合合适的锻造策略，可在生产率可比较的同时降低安装功率并且因此可节省能量。此外，有利的是，子面的划分原则上还可用于现有的设备。在使用蓄能器、例如呈飞轮(其能量在空转时予以储存并且在需要时释放)形式的蓄能器的情况下，节能的优点还要更大。

本发明的使用可独立于锻造策略。例如，可应用常规策略，如在自由形状锻造中使用的策略，并且特征在于在没有使工件转动的情况下、然而在使用四个同时作用到工件上的工具的情况下的大的前移。在用在该锻造策略的情况下，可简单地实现高的冲程数。在结合径向锻造机的相应两个相对而置的工具作用到工件上的策略使用本发明时，可结合再次优化的核心锻造同样实现高的冲程数。

如果根据本发明的液压缸具有工具移动部，即借助于工具调整锻造区域，可进一步提高生产率。

所有这些组合的可行方案引起通过在能量需求更低的同时改善工件的核心锻造来显著提升生产率。

其他的优点和特征从下文说明的实施例以及从属权利要求中得到。

附图说明

下面对本发明的优选实施例进行说明并且借助附图进行进一步阐述。

图1根据本发明第一实施例示出了成型机的根据本发明的液压缸的剖视图；

图2示出了图1的在另一运行模式中的液压缸；

图3根据本发明的第二实施例示出了成型机的根据本发明的液压缸的剖视图。

具体实施方式

在图1中示出的根据本发明的液压缸1包括缸体2，活塞元件在该缸体中沿着作用方向W可线性移动地被引导。

活塞元件3具有柱状梯级3a，该梯级伸入缸体2的相应的阶级中。由此液压地限定在活塞元件3的作用面的第一子面5之上的第一子腔室4。第一子腔室基本上具有实心柱体的形状。

第一子腔室4通过梯级3a与在活塞元件3的作用面的第二子面7之上的第二子腔室6液压地分开。第二子腔室6基本上具有环形柱体的形状。

子腔室4、6共同形成缸体2的缸体腔室。活塞元件3的作用面是子面5、7的总和。子腔室4、6的大小根据活塞元件3在缸体2中的瞬时位置发生变化。

子腔室4、6中的每个子腔室具有相应的开口4a、6a，液压流体可通过该开口流到子腔室4、6中。开口4a、6a经由液压管路8与阀门组件9和液压的泵单元(未示出)连接。在通过泵单元加载工作压力时流体的流动方向示出为箭头P。

根据前述实施方案，子腔室4、6液压地彼此分开，但可根据阀门组件9的设计在需要时液压地彼此连接。

在此，阀门组件9始于泵单元，包括第一分支10、布置在第一分支下游的第一阀门11以及布置在第一阀门下游的第二分支12。第一分支10通向第一子腔室4，从而该第一子腔室在该示例中始终通过泵单元被加载处于工作压力下的流体。

第二分支12一方面通向第二子腔室6，并且另一方面通向存储器13，存储器可通过在第二分支12和存储器13之间的第二阀门14关断。存储器填充有基本上处于大气压力下的流体。

第一子腔室4的出口15回引至泵单元的池槽和/或吸入侧。出口15可通过可沿作用方向W可驱动地移动的先导活塞16以可控制的方式关闭，从而先导活塞16与出口15形成阀门组件9的控制阀门。在此经由先导活塞16沿作用方向调节活塞元件3的位置。在此，先导活塞16同样被液压地驱动，但还可根据要求具有电动式或其他的驱动器。

此外，为了在两个方向上动态地改变活塞元件3的位置，明显更小的回驱力经由复位腔室18中的起复位作用的作用面17作用在活塞元件3上。起复位作用的作用面17同样被处于工作压力下的流体加载。在此，不同于两个子腔室，流体的工作压力不是沿作用方向起作用，而是沿相反的方向起作用。

对此，在DE 198 46 348A1中详细地示出了先导活塞的工作原理。

在此，本发明以如下方式工作：

在第一运行模式中，第一阀门10闭合，并且第二阀门14打开。由此，泵单元仅为第一子腔室4供给处于工作压力下的流体，第二子腔室经由第二阀门与存储器13连接。这确保持续地填充处于大气压力或稍许更高压力下的流体，以改善流动速度。

在该条件下，减小了活塞元件3的最大力，其中，同时在给定的泵单元的体积流下实现快速的活塞运动。

在第二运行模式中，第一阀门10打开，并且第二阀门14闭合。由此，存储器13不再与缸体2连接，并且两个子腔室4、6液压地并行连接。

这相当于传统的液压缸的运行，液压缸的工作腔室为子腔室4、6的总和，并且液压缸的作用面为子面5、7的总和。由此，相比于第一运行模式实现活塞元件3的更大的最大力，其中，活塞运动的速度在相同的流体的体积流下更小。

在根据图3的本发明的第二实施方式中，选择了没有先导活塞16的简化的阀门组件9。功能上相同的构件设有与在第一示例中相同的附图标记。

活塞元件3在该示意性的附图中用阴影线示出。在该示例中，伸出的柱状梯级2a构造为缸体2的一部分，从而活塞元件基本上具有杯状形状。该造型的选择与阀门组件9的设计相独立。

在此，阀门组件9具有第一分支19，其通向至第一子腔室4。在分支19下游布置有阀门20。

第二子腔室6和复位腔室18直接供有流体并且具有流出口21、22。在流出口21、22后面相应布置有阀门23、24。

可看出，子腔室4、6中的一个腔室或复位腔室18在为其分配的阀门20、23、24闭合时恰好加载有处于工作压力下的流体。

在相应的阀门20、23、24打开的情况下，流体没有增压地在回路中流动。相应地，三个输入部P分别单独传导压力地并且没有彼此并行地接通。这例如可通过单独的液压泵实现。

根据第二示例的液压缸的运行模式完全类似于第一示例的运行模式。此外，在第二示例中，可通过简单的方式选择子腔室4、6中的哪个子腔室应单独地被加载工作压力。因此，运行还可更灵活地来选择，例如在子面大小设计得不同时。

在此，液压缸1根据上文说明的结构类型中的一种结构类型构造为呈径向锻压机(未示出)形式的成型机的一部分。作用面的总和，相当于缸体2的缸体腔室的整个横截面地，约为5000cm²。流体的工作压力约为400bar。两个子面5、7的大小比例约为50：50。

成型机包括四个工具，它们以十字形式彼此成对地工作，其中，工具中的每个通过上文说明的液压缸1来驱动。

根据液压缸1的上文说明的运行模式支持成型机或锻压机的以下运行模式：

-精整：在此，需要高频的快速的工具行程，其中，最大力由于更微小的成型行程应设计得更小。相应地，将液压缸1置于上文说明的运行模式中的第一运行模式中。

-锻造：在此，需要低频和中频的缓慢的工具行程，其中，最大力由于大的成型行程必须很大。相应地，将液压缸1置于上文说明的运行模式中的第二允许模式中。

此外，在锻造时可规定，在需要时在运行模式之间进行切换，以便工具在没有进行成型期间快速行驶通过更大的路段。这例如可在工件前移期间进行并且总地允许锻造过程的加速。

附图标记列表：

1 液压缸

2 缸体

2a 在缸体处的伸出的梯级

3 活塞元件

3a 在活塞元件处的伸出的梯级

4 第一子腔室

4a 第一子腔室的开口

5 第一子面

6 第二子腔室

6a 第二子腔室的开口

7 第二子面

8 液压管路

9 阀门组件

10 分支

11 阀门

12 分支

13 存储器

14 阀门

15 出口

16 先导活塞

17 起复位作用的作用面

18 复位腔室

19 分支

20 第一子腔室的阀门

21 第二子腔室的流出口

22 复位腔室的流出口

23 第二子腔室的阀门

24 复位腔室的阀门

W 作用方向

P 液压输入部

Claims (16)

1.液压缸，其包括：

缸体(2)，

在所述缸体(2)中沿作用方向W能运动地被引导的活塞元件(3)，该活塞元件具有作用面(5、7)，以及

第一开口，其用于将流体输送到在所述作用面(5、7)之上的缸体腔室(4、6)中，

其中，所述流体的作用到所述作用面(5、7)上的工作压力沿作用方向驱动所述活塞元件(3)，

其特征在于，

所述作用面具有第一子面(5)和至少一个第二子面(7)，

其中，所述缸体腔室分为在所述第一作用面(5)之上的具有所述第一开口(4a)的第一子腔室(4)以及在所述第二子面(7)之上的具有第二开口(6a)的第二子腔室(6)，并且其中，所述子腔室(4、6)至少在一种能选择的运行模式中液压地彼此分开。

2.根据权利要求1所述的液压缸，其特征在于，所述子面的比例不均匀，并且在45：55和20：80之间，尤其在40：60和20：80之间。

3.根据权利要求1或2所述的液压缸，其特征在于，所述子腔室同心地围绕所述缸体(2)的中轴线伸延。

4.根据上述权利要求中任一项所述的液压缸，其特征在于，在活塞元件(3)或缸体(2)两者中的一者处伸出尤其柱状的梯级(2a、3a)，以用于平行于所述作用方向(W)分开所述子腔室(4、6)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的液压缸，其特征在于，所述子腔室(4、6)与液压泵单元和阀门组件(9)连接，其中，所述阀门组件(9)能够实现在至少两种运行模式中所述子腔室(4、6)的流体加载。

6.根据权利要求5所述的液压缸，其特征在于，在所述运行模式中的第一运行模式中，在很小的活塞作用力的情况下存在所述活塞元件(3)的快速前移，其中，在所述运行模式中的第二运行模式中，在高的活塞作用力的情况下存在所述活塞元件(3)的缓慢前移，并且其中，所述运行模式通过为所述子腔室(4、6)不同地加载处于工作压力下的流体来实现。

7.根据权利要求5或6所述的液压缸，其特征在于，所述阀门组件(9)包括控制阀门，其具有能在作用方向上移动的先导活塞(16)。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的液压缸，其特征在于，所述子腔室(4、6)中的一个子腔室能通过所述阀门组件(9)与尤其不加压的液压存储器连接。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的液压缸，其特征在于，所述子腔室(4、6)中的至少一个子腔室、尤其两个子腔室(4、6)能借助于布置在所述子腔室下游的阀门(20、23)被加载流体。

10.根据上述权利要求中任一项所述的液压缸，其特征在于，所述液压缸(1)具有起复位作用的作用面(17)，其中，能通过与所述作用方向(W)相反地为所述起复位作用的作用面(17)加载流体使所述活塞元件(3)复位。

11.根据上述权利要求中任一项所述的液压缸，其特征在于，所述活塞元件的总的作用面(5、7)至少为1000cm²，尤其至少为2000cm²。

12.根据上述权利要求中任一项所述的液压缸，其特征在于，三个或更多个能液压地彼此分开的子腔室设有为它们分别分配的、所述活塞元件的子面。

13.用于工件的造型的成型机，其特征在于，所述成型机的工具能借助于根据上述权利要求中任一项所述的液压缸(1)加载成型力。

14.根据权利要求13所述的成型机，其特征在于，所述成型机为径向锻造机，其尤其具有至少四个彼此成对地工作的工具。

15.根据权利要求13或14中任一项所述的成型机，其特征在于，在第一运行模式中，在为所述子腔室(4、6)中的仅仅一个子腔室加载处于工作压力下的流体的情况下进行所述工件的精整，在所述成型机的第二运行模式中，在为两个子腔室(4、6)加载处于工作压力下的流体的情况下进行所述工件的锻造。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的成型机，其特征在于，在运行模式中，在为所述子腔室(4、6)中的仅仅一个子腔室加载处于工作压力下的流体的情况下进行所述活塞元件(3)的快速定位，其中，在定位之后，在为两个子腔室(4、6)加载处于工作压力下的流体的情况下进行所述工件的成型。