Vorrichtung zum Erzeugen von Gleichlauf zweier doppeltwirkender Hydraulikzylinder
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen von Gleichlauf zweier
doppeltwirkeiider Hydraulikzylinder mit einseitiger Kolbenstange und einem Flächenverhältnis
2 : 1, deren Kolbenflächen gleich sind und deren Ringräume miteinander verbunden
sind, insbesondere zum Zentrieren und Spannen von Werkstücken unterschiedlicher
Durcümes@er, im wesentlichen bestehend aus zwei Wegeventilen, zwei Rü-kschlagventilen,
von denen eines entsperrbar ist, und den zugehörigen Verbindungsleitungen,
Bekanntlich gibt es mehrere Verfahren zum Erzeugen von Gl-ichlauf
zwei
odc:- mehrerer Zylinder, Bekannt geworden sind beispielsweise
;rcraciliedene iiie --hanische Kopplungen, die aber nur dann
sinnvoll sind,
:ieiiii die nylinder räumlich benachbart und parallel angeordnet
sind.
;llirilich wirken V;--rfahren, die durch mechanische oder elektrische
Fühljr° lie Vor- bzw. Nacheilung des einen gegenüber flem anderen
Zy-
l ind-,r üb:.sr eine Rückkopplung auf ein Nitel1Ülied heben.
Durch den
nicht @I#aringen Aufwand an Steuerelementen wird eine solche
Steuerung
@@[email protected]:@ bei Ein,#-,-Z:l aiifertiguag teuer. Ein weiteres
bekanntes Ver-
fahren vf-@rwendet für jeden Arbeitszylinder eine b-.3z;ndere
Pumpe oder
Pti::ii @nzylind.er. Nachteilig ist hierbei die Verwendung
besonderer
bei den meisten Pumpen als weiterer Nachteil
ein druckabhängiger Leckstrom auftritt und folglich die Genauigkeit
1.- ide t.
Fbe:r@'@ys..@ izngeriäua.rt3@it:i1 Droaselventile, die selbst
bei Druck-
3.3. bei Stromregelventilen, eine Abweichung vom Soll-
wert etwa q- aufwei3eil. Das gleiche gilt sinngemäß für Strom-
teil.:... ;uin Stanie aer Technik auch die Verwendung von Meßy
:;ylin @l:.Yri, aus denen die Flüssigkeit in die Arbeitszylinder
gefördert
.jird. Nuc:it:Lilig ist dabei die Verwendung der Meßzylinder,
die einen
.:u.3ätzlichtn Aufwand bedingen. Schließlich ist es bei Zylindern
mit
durchgehender Kolbenstange bekannt, durch Hintereinanderschalten
zweier Zylinder, d.h. bei Verwendung der Ablaufleitung des ersten Zylinders als
Zulaufleitung des zweiten Zylinders, Gleichlauf zu erzielen. Die gleiche Anordnung,
allerdings nur in einer Richtung wirkend, ist bei Zylindern mit einseitiger Kolbenstange
möglich, wenn die Ringfläche des einen Zylinders ebenso groß ist wie die Kolbenfläche
des zweiten Zylinders. Der Nachteil des ersten Verfahrens liegt darin, daß zur Erzeugung
einer bestimmten Kraft nur die Ringfläche zur Verfügung steht, wodurch der
größer wird als bei Beaufschlagung der Gesamten Kolbenfläche. Außerdem muß hierbei
der Pumpendruck ein Vielfache: des am letzten Zylinder verlangten Druckes betragen,
In ähnlicher Weise vergrößert sich auch beim letzteren Verfahren der Durciiinesser
eines Zylinders. Die Aufgabe der Erfindung ist-es, dieGe Nachteile zu vermeiden
und unter Verzicht auf die Verwendung aufwendiger Elemente einen Gleichlauf in einer
Richtung zu gewährleisten und bei Bedarf eine
Ausnutzung der Zylinder durch Druckbeau °::ciilagung der gesamten Kolbenfläche zu
erzielen, Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgem.ß dadurch, daß Ring- und
Kolbenratün des ersten Zylinders mit einem mindestens eine Vorwärts- und eine Rückwärtsstellung
aufweioenderi Vierwegeventil verbunden sind, dessen andere beiden Anschlüsse mit
einer Druckquelle und der Ablaufleitung verbunden sind, wobei in die Verbindungsleitünn
zwischen Vierwegeventil und Ringraum ein in Richtung Ringraum öffnendes Rückschlagventil
geschaltet ist, während Ring- und Kolbenraum des zweiten Zylinders über ein weiteres
Wegeveritil und ein entsperrbares Rückschlagventil, dessen Steuerleitung mit den
Ringräumen kommunizierend angeordnet ist, verbunden sind, wobei das Weöeventil bei
Vorwärtsstellung des Vierwegeventils (Verbindung Druckquelle-Kolbenraum) entweder
den Ringraum mit dem Kolbenraum des zweiten Zylinders verbindet oder den Ringraum
und die Verbindungsleitung zum entsperrbaren Rückschlagventil mit dem Ablauf verbindet
und bei. Rückwärtsstellung des Vierwegeventils den Kolbenraum bei entsperrtem Rückschlagventil
mit dem Ablauf verbindet, Zweckmäßiberweise werden beide Wegeventile als ¢/2-:ledeventile
mit Raststellungen ausgebildet, wobei der vierte Anschluß des zweiten Wegeventils
über
eine Zeitung an die Zeitung zwischen dem ersten Vierwegeventil
.und dem Rückschlagventil angeschlossen wird. Um ein Flattern des entsperrbaren
Rückschlagventils zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, die Steuerleitung an die
Zeitung zwischen Ringraum des ers+eri Zylinders und Vierwe@eventil anzuschließen
und zwischen Anschlußstelle und Ringraum eine Drossel. einzubauen, Weitere Einzelheiten
der Erfindung sind aus den Zeichnungen zu ersehen, Die Abbildungen 1-3 zeigen in
Symbolen einen erfindungsgemäßen Kreislauf oder Teile davon für die Arbeitsgänge
Zentrieren, Spannen und Rücklauf Die Abbildungen 4-6 zeigen einen Kreislauf bei
Verwendung von 4/2-Wege-Rast-Ventilen und einer Dro:iael
Der Ringraum 1 eines i.ylinder s 2 ist über eine Leitung 3
mit dem
Ringraum 4 eines Zylinders 5 verbunden, Der Kolbenraum 6 des,Zylin-
ders 2 ist über eine Zeitung 7 mit einem VierweL-ev(:itil -13
verbunden,
das seinerseits über eine T.eitung 9 mit einer Druckquelle
10, eine
Ablaufleitung 11 mit dem Ablauf und eine Zeitung 12 mit dem
Ringraum 1
verbunden ist. Der Ringraum 4 des Zylinders 5 ist an ein ,@!e@:ev<<ntil
13
durch eine Zeitung 14 angeschlossen. Eine Zeitung 15 verbindet
das
Wegeventil 13 finit dem Ablauf.. Eine weitere Leitung 16 führt
vom @legc-
ventil 13 zu eitlem entsperrbaren Rückschlagventil 17, das
über eine
Leitung 18 mit dem Kclbenraum 19 in Verbindang steht und auch
in die-
ser Richtung öffnet, Das entsperrbare Rückschlagventil 17 wird
Über
eine Steuerleitung 20, die an der Leitung 12 ange,-chlossen
ist, ent-
sperrt. Ein in Ric'rltung RinGraum 1 öffnendes Rückschlagventil
21 ist
in die Leitung 12 eingebaut, und ";wir zweckmäßig zwischen
@@@rr@e@e-
ventil 8 und den Ans,:iluL? der Steuerlei';xrg 2n. Die einzelnen
Schalt-
stellungen der 'riegevei:tile 8 und 13 sind mit 8a und 8b bzw.
13a und
13b bzw. 13c bezeichnet. Ein Nerkstück 22 ist schematisch angedeutet.
Die Kolbenfläche F eines Zylinders (2,5) ist dohiclt
so groß wie eine
Ringfläche f! d.h. F = 2 f.
In den Abb. 4-6 wird ein ähnlicher Schaltplan gezeigt,mit dem
Unter-
schied, daf? nun zwei gleiche 4,!2-Wege-Rast-Ventile (23, 24)
verwendet
werden, deren Schaltstellungen mit 23a und 23b bzw. 24a und ,.
24b bezeichnet sind. Der vierte Anschluß des REtventils 24 ist über eine Leitung
25 mit der Zeitung 12 verbunden, wobei die Verbindungsstelle zwischen Rastventil
23 und Rückschlagventil 21 liegt. Eine Drossel 26 ist in die Leitung 12 zwischen
Rückschlagventil 21 und Ringraum 1 eingebaut.Device for generating synchronism of two double-acting hydraulic cylinders The invention relates to a device for generating synchronism of two double-acting hydraulic cylinders with a piston rod on one side and an area ratio of 2: 1, whose piston surfaces are the same and whose annular spaces are connected to one another, in particular for centering and clamping workpieces different durcümes @ er, essentially consisting of two directional control valves, two non-return valves, one of which can be unlocked, and the associated connecting lines, As is known, there are several methods of generating equilibrium two
odc: - several cylinders, have become known for example
; rcraciliedene iiie -hanic couplings, which only make sense if
: ieiiii the cylinders are spatially adjacent and arranged in parallel.
; llirilich act V; - processes produced by mechanical or electrical
Fühljr ° lie ahead or lag of one compared to the other Z y-
l ind-, r über: .sr raise a feedback on a title song. Through the
not @ I # aringen overhead on controls will such a control
@@ sorid. @. r: @ at Ein, # -, - Z: l aiifertiguag expensive. Another well-known
drive vf- @ r turns a b-.3z; other pump or for each working cylinder
Pti :: ii @ nzylind.er. The disadvantage here is the use of special ones
with most pumps as an additional disadvantage
a pressure-dependent leakage current occurs and consequently the accuracy
1.- ide t.
Fbe: r @ '@ ys .. @ izngeriäua.rt3@it: i1 Droasel valves, which even under pressure
3.3. with flow control valves, a deviation from the target
worth about q- aufwei3eil. The same applies mutatis mutandis to electricity
part.: ...; uin Stanie aer Technik also the use of Messy
:; ylin @l: .Yri, from which the liquid is pumped into the working cylinder
.jird. Nuc: it: Lilig is the use of the measuring cylinder, the one
.: and 3ätzlichtn require effort. After all, it is with cylinders
continuous piston rod known to achieve synchronization by connecting two cylinders one behind the other, ie when using the outlet line of the first cylinder as the inlet line of the second cylinder. The same arrangement, but only acting in one direction, is possible with cylinders with a piston rod on one side if the annular surface of one cylinder is as large as the piston surface of the second cylinder. The disadvantage of the first method is that only the ring surface is available to generate a certain force, whereby the becomes larger than when the entire piston area is applied. In addition, the pump pressure must be a multiple of the pressure required on the last cylinder. In a similar way, the diameter of a cylinder increases with the latter method. The object of the invention is to avoid the disadvantages and to ensure synchronization in one direction and, if necessary, in one direction, while dispensing with the use of expensive elements The solution to this problem is achieved according to the invention in that the ring and piston ratios of the first cylinder are connected to a four-way valve with at least one forward and one reverse position, the other two of which are connected Connections are connected to a pressure source and the drainage line, with a non-return valve opening in the direction of the annular space being connected in the connecting lines between the four-way valve and the annular space, while the annular and piston space of the second cylinder via a further directional valve and a releasable check valve, the control line of which communicates with the annular spaces is arranged, are connected, wherein the Weöeventil in the forward position of the four-way valve (connection pressure source-piston chamber) connects either the annulus with the piston chamber of the second cylinder or the annulus and the connecting line to the pilot operated check valve with de m process connects and at. The reverse position of the four-way valve connects the piston chamber with the drain when the check valve is unlocked. Both directional valves are expediently designed as ¢ / 2-: led valves with locking positions, the fourth connection of the second directional valve being connected to the newspaper between the first four-way valve and the check valve via a newspaper will. In order to prevent the releasable check valve from fluttering, it can be useful to connect the control line to the newspaper between the annular space of the ers + eri cylinder and Vierwe @ eventil and a throttle between the connection point and the annular space. to be installed, Further details of the invention can be seen from the drawings, Figures 1-3 show in symbols a circuit according to the invention or parts thereof for the operations centering, tensioning and return. Figures 4-6 show a circuit when using 4/2 Directional locking valves and a Dro: iael The annular space 1 of an i.ylinder s 2 is via a line 3 with the
Annular space 4 of a cylinder 5 connected, the piston space 6 of the, cylinder
ders 2 is connected to a VierweL-ev (: itil -13,
that in turn via a T.eitung 9 with a pressure source 10, a
Drain line 11 with the drain and a newspaper 12 with the annular space 1
connected is. The annular space 4 of the cylinder 5 is an, @! E @: ev << ntil 13
connected by a newspaper 14. A newspaper 15 connects that
Directional valve 13 finite the process .. Another line 16 leads from the @ legc-
valve 13 to a pilot operated check valve 17, which has a
Line 18 is in communication with the chamber 19 and also in this
This direction opens, the pilot operated check valve 17 is about
a control line 20, which is connected to the line 12,
locks. A check valve 21 opening in the direction of ring space 1 is
built into the line 12, and "; we expediently between @@@ rr @ e @ e-
valve 8 and the Ans,: iluL? der Steuerlei '; xrg 2n. The individual switching
Positions of the 'riegevei: tiles 8 and 13 are with 8a and 8b or 13a and
13b and 13c respectively. A nerkpiece 22 is indicated schematically.
The piston area F of a cylinder (2.5) is dohiclt as large as one
Ring surface f! ie F = 2 f.
A similar circuit diagram is shown in Fig. 4-6, with the sub-
parted that? now two identical 4,! 2-way locking valves (23, 24) are used
are whose switching positions with 23a and 23b or 24a and,. 24b are designated. The fourth connection of the REtventils 24 is connected to the newspaper 12 via a line 25, the connection point between the detent valve 23 and the check valve 21 being. A throttle 26 is installed in the line 12 between the check valve 21 and the annular space 1.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Abb. 1-3 ist wie folgt. Der
Kolbenraum 6 des Zylinders 2 wird von der Druckquelle 10 über die Leitungen 7 und
9 und das Vierwegeventil 8a mit Druck beaufschlagt. Dadurch fahren Kolben 2' und
Kolbenstange 281 aus, und es wird Flüssigkeit aus dem Ringraum 1 über die Leitung
3 in den Ringraum 4 und von dort über die Leitungen 14, 16, 18 das Wegeven@ til
13a und das entsperrbare Rückschlagventil 17 in den Kolbenraum 19 verdrängt. Der
bei diesem Vorgang stattfindende Druckanstieg veranlaßt wegen der Differenz der
wirksamen Flächen F und f auch ein Ausfahren des Kolbens 5'. Dadurch wird neben
dem Flüssigkeitsvolumen aus dem Ringraum 1 auch noch das Volumen aus dem Ringraum
4 durch die Differentialschaltung in den Kolbenraum 19 gefördert. Da die Beziehung
F = 2 f vorausgesetzt wurde, legt somit der Koben 51 den gleichen Weg zurück wie
der Kolben 2'. Da bei dieser Gleichlaufbewegung noch keine Belastung auftritt, ist
auch nicht mit Leckflüssigkeit zu rechnen, In dem oben genannten Anwendungsfall
würden beispielsweise Werkstücke, deren Durchmesser in gewissen Grenzen schwanken
können, zu zentrieren sein. Das Werkstück 22 wird bei eingefahrenen Kolbenstangen
211 und Pf auf seine Unterlage gelegt und dann der schon beschriebene Arbeitsablauf
eingeleitet. Dabei sind zunächst während eines gewissen Leerhubes beider Kolben
2' und 51 nur die Dichtreibungen zu Überwinden. Nach einem bestimmten Weg wird eine
der beiden Kolbenstangen dann das Werkstück 22"berühren und bei einer geringen Druckerhöhung
im System vor sich herschieben, bis eine Berührung auch mit der anderen Kolbenstange
stattfindet. Von nun ab stützt sich die Kolbenstange 29' über das Werkstück 22 auf
der Kolbenstange 5" ab. Von den durch Reibkräfte hervorgerufenen Druckunterschieden
abgesehen, herrscht ih den Räumen 1,4,6 und 19@ der gleiche Druck. Um nun die wirksamen
Druckflächen zu vergrößern, wird das Wegeventil 13 in die in Abb. 2 gezeigte Stellung
13b geschaltet, Dadurch werden die Ringräume 1 und 4 sowie die Leitungen,3,12, 14,16
und 21 drucklos. Als`Folge .davon entfällt für den Zylinder 4'
die
Differentialwirkung, so daß sich der Kolben 51 bei geschlossenem Rückschlagventil
17 mit seiner ganzen Kolbenfläche F abstützen kann. Ebenso entfällt die hydraulische
Gegenhaltung auf der Fläche f des Kolbens 2', so daß auch hier sich die wirksame
Fläche von f auf F vergrößert. Da es mit modernen Fertigungsmethoden möglich ist,
die Durchmesser von Kolben und Kolbenstangen innerhalb enger Toleranzen zu halten,
ist der durch solche Toleranzen hervorgerufene Gleichlauffehler, der sich bei einer
Durchmesserabweichung von
in der Größenordnung
bewegt, vernachlässigbar klein. Dabei ist zu bemerken, daß es sich sowieso meist
um Spannungen für grobe Schrupparbeiten handelt, bei denen eine Genauigkeit von
etwa 0,1 mm nicht gefordert ist, Aus dem gleichen Grunde spielt auch die Kompressibilität
der Flüssigkeit keine große Rolle, da man zweckmäßig immer mit dem gleichen Anpreßdruek
arbeiten wird und somit den entstehenden Fehler auch immer in der gleichen Größenordnung
hält, Bei einem Überdruck von 100 atü im System ergäbe'sich beispielsweise für eine
mittlere Hydraulikflüssigkeit eine Volumenabnahme von etwa 0,7 %, Die eventuell
entstehenden Leckströme von den Kolbenräumen (6,19) an den Kolben (2t, 59 vorbei
in die Ringräume (1,4) sind bei guter Kolbendichtung praktisch auch über längere
Zeiträume als nicht vorhanden zu betrachten. Da auch das Rückschlagventil 17 als
absolut dicht anzusprechen ist, kann ein Wandern des Werkstückes 22 nicht stattfinden.
Die Rücklaufbewegung ist in Abb, 3 dargestellt, Die Wegeventile befinden sich in
den Schaltstellungen 8b und 13e. Dadurch findet eine
Beaufschlagung
der Ringräume 1 und 4 mit Druckflüssigkeit statt. Zunächst wird der Kolben 2' einfahren
und die Flüssigkeit wird aus dem Kolbenraum 6 über die Zeitungen 7 und 11 und das
Vierwegeventil Sb in den Ablauf gedrängt, Ist der Kolben 21 in seine Endlage gefahren,
findet ein Druckanstieg statt, das entsperrbare Rückschlagventil 17 wird über die
Steuerleitung 20 entsperrt, und der Kolben 51
kann einfahren, wobei die Flüssigkeit
aus dem Kolbenraum 19 in den Ablauf gefördert wird, Ein Gleichlauf findet hierbei
natürlich nicht statt, ist aber auch nicht nowendig, Die Betätigung des Wegeventile
ist an sich freigestellt, jedoch werden zweckmäßigerweise Magnetventile mit Raststellungen
verwendet, Diese Ausführung hat den Vorteil, daß bei Stromausfall oder bei
Zerstörung eines Magneten die jeweilige Schaltstellung erhalten bleibt, was aus
Sicherheitsgründen wünschenswert
ist, Außerdem besteht bei Magnetventilen
die Möglichkeit.. mittels elektrischer Druck- oder Endschalter einen automatischen
Arbeitsablauf hervorzurufen, Ein Schaltplan mit solchen Ventilen ist in den Abb,
4-6 gezeigt, Das schon beschriebene Zentrieren erfolgt bei den Schaltstellungen
23a und 24a, das Spannen bei 23a und 24b und der Rücklauf bei 23b und 24b. Um ein
Flattern des entsperrbaren Rückschlagventils zu vermeiden, d.h. um immer eine Entsperrung
zu erreichen, kann in die Zeitung 12 zwischen Ringraum 1 und der Anschlußstelle
der Steuerleitung 20 eine Drossel 26 eingebaut werden, wodurch beim Rücklauf in
der Steuerleitung 20 immer ein gewisser Staudruck aufrechterhalten wird.The operation of the device according to Fig. 1-3 is as follows. The piston chamber 6 of the cylinder 2 is pressurized by the pressure source 10 via the lines 7 and 9 and the four-way valve 8a. This causes the piston 2 'and piston rod 281 to extend, and liquid is drawn from the annular space 1 via the line 3 into the annular space 4 and from there via the lines 14, 16, 18 to the Wegeven @ til 13a and the releasable check valve 17 into the piston chamber 19 displaced. The pressure increase occurring during this process also causes the piston 5 'to extend because of the difference between the effective areas F and f. As a result, in addition to the volume of liquid from the annular space 1, the volume from the annular space 4 is also conveyed through the differential circuit into the piston space 19. Since the relationship F = 2 f was assumed, the piston 51 thus covers the same path as the piston 2 '. Since no load occurs with this synchronous movement, leakage fluid is also not to be expected. In the above-mentioned application, for example, workpieces whose diameter can fluctuate within certain limits would have to be centered. The workpiece 22 is placed on its base with the piston rods 211 and Pf retracted, and the workflow already described is then initiated. Initially, only the sealing friction has to be overcome during a certain idle stroke of both pistons 2 'and 51. After a certain path, one of the two piston rods will then touch the workpiece 22 ″ and, if there is a slight increase in pressure in the system, push it in front of it until contact is also made with the other piston rod the piston rod 5 "off. Apart from the pressure differences caused by frictional forces, the same pressure prevails in rooms 1, 4, 6 and 19 @. In order to increase the effective pressure areas, the directional control valve 13 is switched to the position 13b shown in Fig. 2. This causes the annular spaces 1 and 4 and the lines 3, 12, 14, 16 and 21 to be depressurized. As a consequence, there is no differential effect for the cylinder 4, so that the piston 51 can be supported with its entire piston surface F when the non-return valve 17 is closed. Likewise, there is no hydraulic counter-hold on surface f of piston 2 ', so that here too the effective surface increases from f to F. Since it is possible with modern production methods to keep the diameters of pistons and piston rods within tight tolerances, the synchronization error caused by such tolerances is the result of a diameter deviation of in the order of magnitude moved, negligibly small. It should be noted that these are mostly tensions for rough roughing work, for which an accuracy of about 0.1 mm is not required. For the same reason, the compressibility of the liquid does not play a major role, since it is advisable to always use it the same pressure will work and thus always keeps the resulting error in the same order of magnitude, at an overpressure of 100 atmospheres in the system, for example, a volume decrease of about 0.7% would result for a medium hydraulic fluid, the possible leakage flows from the piston chambers (6,19) past the pistons (2t, 59 into the annular spaces (1,4), if the piston seal is good, are practically non-existent even over long periods of time of the workpiece 22 does not take place. the return movement is shown in Fig, 3, the directional control valves are located in the switching positions 8b and 1 3e. This is an impingement of the annular spaces 1 and 4 instead of hydraulic fluid. First the piston 2 'is retracted and the liquid is pushed out of the piston chamber 6 via the newspapers 7 and 11 and the four-way valve Sb into the drain the control line 20 unlocks, and the piston 51 can retract, whereby the liquid is conveyed from the piston chamber 19 into the drain Appropriately used solenoid valves with detent positions, This version has the advantage that in the event of a power failure or destruction of a magnet, the respective switch position is retained, which is desirable for safety reasons , A circuit diagram with such Ve ntilen is shown in Figs. 4-6. The centering already described takes place in the switch positions 23a and 24a, the tensioning in 23a and 24b and the return movement in 23b and 24b. In order to avoid fluttering of the releasable check valve, ie to always achieve unlocking, a throttle 26 can be installed in the newspaper 12 between the annulus 1 and the connection point of the control line 20, whereby a certain dynamic pressure is always maintained when the control line 20 returns .
Selbstverständlich können in der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch
zu den beschriebenen Elementen analoge Elmente Verwendung finden, Ebenso ist der
Einbau weiterer Elemente möglich, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen würde.Of course, in the device according to the invention
Elements analogous to the elements described are used, as is the
Installation of further elements possible without departing from the scope of the invention.