DE1650521C - Doppeltwirkender Hydro Zylinder mit Nachfolgesteuerung - Google Patents

Description

Nuten des Steuerkolbens mit dem kolbenseitigen Zylinderraum in unmittelbarer Verbindung stehen und die mit der einen Steuerkaine des Steuerkolbens in Wirkverbindung stehenden Steuerkanäle im Kolben bzw. in der Kolbenstange in an sich bekannter Weise unmittelbar mit einem mit dem Tank in Verbindung stehenden Raum in Verbindung stehen und die mit der anderen Steuerkante des Steuerkolbens in Wirkverbindung stehenden Steuerkanäle im Kolben bzw. in der Kolbenstange in an sich bekannter Weise mit dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum in Verbindung stehen.

Durch die unmittelbare Zuführung des Druckmittels in den kolbenstangenseitigen Zylinderraum des Differentialkolbenzylinders — wie dies beispielsweise bei Differentialzylindern mit lLagsbeweglichen Steuerkolben für die Folgesteuerung bekannt ist —, in Verbindung mit der funktionellen Bestimmung der von den Steuerkanten des Steuerkolbens eingeschlossenen Nut, sowie die den Rücklauf bildenden Steuerkanäle im Kolben bzw. in der Kolbenstange, ist für beide Hubrichtungen des Differentialkolbens jeweils nur eine Steuerkante des Steuerkolbens beteiligt. Die Steigung der schraubenlinienförmig verlaufenden Steuerkanten, die ein Maß für das Untersetzungsverhältnis zwischen Drehwinkel des Steuerkolbens und Verstellweg des Differentialkolbens darstellt, kann dadurch besonders flach ausgeführt werden und außerdem der gesamte Zylinderraum für den Kolbenhub ausgenutzt werden. Dadurch ergibt sich für einen gegebenen Hub eine gedrängte Bauweise des Verstärkers. Schließlich ist bei dieser sogenannten Zweikantensteuerung der fertigungstechnische Aufwand insbesondere in bezug auf die genaue Lage der mit den Steuerkanten korrespondierenden Steuerkanälen gering.

Der Steuerkolben wird vorteilhafterweise als ein-. gängige Flach- oder Trapezgewindespindel ausgebildet, deren Gewindeschulter in an sich bekannter Weise breiter ist als die Steuerbohrungen und deren Gewindeflanken in ebenfalls an sich bekr nnter Weise die Steuerkanten bilden.

Zur Vermeidung einer einseitigen Anlage des Stcuerkolbens in der Arbeitskolben- bzw. Kolbenstangenbohrung werden in weiterer Ausbildung der Erfindung innerhalb des maximalen Nachlaufbereiches des Differentialkolbens gegenüber den Steuerkanten des Steuerschiebers EnMastungskanäle im Arbeitskolben bzw. in der Kolbenstange vorgesehen, die mit den ihnen zugeordneten Sleuerkanälen verbunden sind und gemeinsam mit diesen gleichmüßig am Umfang der Bohrung im Arbeitskolben bzw. in der Kolbenstange verteilt sind.

Der Antrieb des Steuerkolbens erfolgt durch einen mit dem Steuerkolben verbundenen, durch den Zylinderdeckel hindurchgeführten Wellenstummel, der sich mittels eines Bundes oder Spannringes an einem Drucklager abstützt, wobei die axiale Fixierung des Steuerkolbens mit Hilfe des im kolbenseitigen Zylinderraum wirksamen Druckes des Druckmittels erfolgt.

Zweckmäßigerweise ist das kolbenslangenseitige Ende des Steuerkolbens mit einem der Axialbohrung im Arbeitskolben bzw. Kolbenstange angepaßten zylindrischen Ansatz versehen, wobei zur Aufrechterhaltung der hydraulischen axialen Fixierung des Steuerkolbens der Durchmesser des nach außen geführten Wellenslummels größer gehalten ist als der Durchmesser des Steuerkolbens und derdas Druckmittel zum Tank weiterleitende Steuerkanal in die Axialbohrung der Kolbenstange einmündet, und zwar an einer Stelle, die in Richtung des Wellenstummels gesehen bei eingezogenem Arbeitskolben vor dem zylindrischen Ansatz des Steuerkclbens liegt. Dadurch bildet in einfacher Weise die Kolbenstange gleichzeitig den Tankanschluß.

Für den Fall, daß die Maschinenelemente, die den

ίο hydraulischen Verstärker aufnehmen, nicht drehsteif zueinander ausgebildet sind, werden an dem Verstärker bekannte Drehsicherungselemente zwischen Zylinder und Kolben bzw. Kolbenstange vorgesehen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt

F i g. 1 zeigt einen Axialschnitt durch den Hydrozylinder;

F i g. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Hydrozylinders nach F i g. 1 im Bereich des Arbeitskolbens;

F i g. 3 zeigt einen Schnitt III-I1I der F i g. 2.
Nach Fig. 1 ist mit 1 der hydraulische Zylinder mit dem kolbenseitigen Zylinderdeckel 2 und kolbenstangenseitigen Zylinderdeckel 3 bezeichnet. Im Zylinder 1 ist der Differentialkolben 5 geführt. Seine Kolbenstange 6 ist durch eine Bohrung 7 im Zylinderdeckel 3 nach außen geführt und durch einen Dichtungsring 8, der von einem in den Zylinderdeckel 3 eingeschraubten Einsatzkörper axial festgelegt ist, abgedichtet. Ein weiterer Dichtungsring 9 ist in eine Ringnut 10 eingelassen. Die Kolbenstange 6 weist mit Differentialkolben 5 eine durchgehende Axialbohrung 11 auf, die kolbenseitig ein mit zwei Steuerbohrungen 12 und 13 versehenes rohrförmiges Steuer teil 14 und im Bereich der Kolbenstange 6 ein Führungsrohr 15 aufnimmt. Kolbenstangenseitig ist die Axialbohrung 11 von einem Verschlußstopfen 16 abgeschlossen, der gleichzeitig das Steuerteil 14 und Führungsrohr IS mit dem Kolben und der Kolbenstange kraftschlüssig verbindet, wobei sich der Steuerteil 14 mit seiner Stirnfläche 17 an ein Federelemenl 18 abstützt, das sich seinerseits an einen im Kolben 5 eingelassenen Sprengringl9 abstützt. Die durchmessergleichen Axialbohrungen 20 und 21 des Steuerteiles 14 und des Führungsrohres 15 nehmen den als Flachgewindespindel ausgebildeten Steuerkolben 22 auf. Kolbenseitig ist der Steuerkolben 22 mit einer wellenstummelartigen Verlängerung 23 versehen, die durch den Zylinderdeckel 2 hindurchgeführt ist. Der Steuerkolben 22 stützt sich axial über den im Wellenstummel 23 eingelassenen Sprengring 24 am Druck lager 25 ab. Der Steuerkolben 22 mit Wellenstummel 23 ist mit einer Axialbohrung 26 versehen, die weHenstummelseitig mit einem Stopfen 27 abgeschlossen ist. Eine im Bereich des Weilenstummels 23 im Zylinderdeckel 2 eingelassene Ringnut 28 stein über eine Querbohrung 29 im Wellenslummel mit der Axialbohrung 26 in Verbindung. Eine Bohrung 30 im Zylinderdeckel 2 verbindet die Ringnut 28 mit dem Tankanschluß 31. Eine Ringdichtung 32 mit Halteelemcnten 33, 34 dichtet den von der Ringnut 28 gebildeten Raum nach außen ab.

Die Steuerbohrung 12 des Steuerteiles 14 steht mit einer in der Kolbenbohrung eingelassenen Ringnut 35 und diese mit der im Kolben 5 verlaufenden Längsbohrung 36 in Verbindung. Kolbcnkopfseitig ist die Längsbohrung 36 mittels des Stopfens 37 vetschlossen. Dadurch besteht in jeder Stellung des

Diffcrenlialkolbens 5 eine Verbindung zwischen Sleucrbohrung 12 und kolbenstangenseitigem Zylinderraum 42. Die Steuerbohrung 13 des Sleuerteiles 14 slehl mit dem Ringraum 38 in Verbindung, der einerseits von der Axialbohrung 11 des Kolbens und Kolbenstange und andererseits von dem abgesetzten Teil 39 des Steuerteiles 14 und dem sich daran anschließenden Außenumfang des Führungsrohres 15 gebildet wird. Kolbenstangenseilig ist der Ringraum 38 von dem Verschlußstopfen 16 begrenzt. Durch Querbohrungen 40 in Nähe des Verschlußslopfens ist der Ringraum 38 mit einem Räum 41 verbunden, der seinerseits mit der Axialbohrung 26 des Steuerkolbens 22 in Verbindung steht. Damit besieht in jeder Stellung des Diffcrentialkolbens im Zylinder eine Verbindung zwischen Steuerbohrung 13 und Tankanschluß 31. Die Steuerbohrungen 12 und 13 werden in ihrer Nullstellung von den von den Gewindcflanken gebildeten Steuerkanten 43 und 44 ohne Überdeckung abgeschlossen. Dadurch wird ein annähernd spielfreier Betrieb des Hydrozylinders gewährleistet. Durch Drehen des Steuerkolbens, z. B. mittels eines am Wellenstummel 23 angekoppelten elektrischen Schrittmotors wird je nach Drehrichtung infolge des sehraubenlinicnförmigen Verlaufes der Stcuerkanten 43, 44, die Steuerbohrung 13 oder 14 um einen von der Trägheit des Steuersystems bestimmten Betrag freigegeben und damit ein Übertritt des Druckmittels beispielsweise beim öffnen des Steuerkanals 12 von dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum 42 über Steuerkanal 36, Ringnut 35, Sleuerkanal 12 und Schraubengang 45 in den kolbenseiligen Zylinderraum 46 erreicht. Durch die größere wirksame Kolbenflächc 47 im Zylinderraum 46 gegenüber der wirksamen Kolbenfläche 48 im kolbenstangenseitigen Zylinderraum 42 wird der Kolben 5 in Richtung des kolbenstangenseitigen Zylinderraumes 42 bewegt. Diese Bewegungsrichtung entspricht gleichzeitig der Schließrichtung des Steuerkanals 12.

Sobald der Stcuerkolben durch Anhalten seines nicht dargestellten Antriebes gestoppt wird, kann sich der Arbeitskolbcn 5 nur noch so weit in Richtung des kolbenstangenseitigen Zyiindcrraumes 42 bewegen, bis sein Steuerkanal 12 von der Steuerkante 43 geschlossen und damit der Übertritt des Druckmittels vom kolbenstangenseitigen Zylinderraum 42 in den kolbenscitigen Zylinderraum 46 unterbrochen ist. Wird die Drehrichtung des Steuerkolbens 22 umgekehrt und damit eine Verstellung der Steuerkante 44 in Öffnungsrichtung herbeigeführt, wird der kolbenseitige Zylinderraum 46 über Schraubengang 45, Sleuerkanal 13, Ringkanal 38, Querbohrungen 40, Raum 41, Axialbohrung 26. Querbohrung 29, Ringraum 28, Querbohrung 30, Tankanschluß 31 und über die nicht dargestellte Tankleilung mit dem ebenfalls nicht gezeigten Tank verbunden.

Infolge des hierbei auftretenden Druckgefälles zwischen dem unter Pumpendruck stehenden kolbenstangcnseiligen Zylinderraum 42 und dem mit dem Tank in Verbindung stehenden kolbenseitigen Zylinderraum 46 führt der Arbeitskolben 5 eine Bewegung in Richtung des kolbenseitigen Zylinderraumes 46

ίο aus, die der Schließrichtung des Steuerkanals 13 entspricht.

Sobald der Steuerkanal 13 von der Steuerkanle 44 geschlossen ist und damit ein Übertritt des Druckmittels vom lOlbenseitigen Zylinderraum 46 zum Tank unterbunden ist, findet keine weitere Verschiebung des Arbeilskolbens mehr statt.

Somit entspricht jeder Winkelstellung des Sleuerkolbens eine bestimmte axiale Stellung des Arbeitskolbens 5.

Damit der Slcuerkolben 22 infolge der Druck bcaufschlagung über die Steuerbohrung 12 sowie im Bereich der mit dem Tank in Verbindung stehenden Steuerbohrung 13 nicht einseitig im Steuerteil 14 anliegt, sind im Steuerteil zusätzliche Bohrungen 49,50 vorgesehen, wobei gemäß F i g. 3 die zur Steuerbohrung 12 gehörenden Bohrungen 49 mit der Ringnut 35 und die zur Steuerbohrung 13 gehörenden Bohrungen 50 mit dem Ringraum 38 in Verbindung stehen.

Ihre wirksamen Querschnitte entsprechen denen der Stcuerbohrungen, so daß der Steuerkolbcn 22 durch die gleichmäßig verteilte Anordnung der zusätzlichen Bohrungen 49, 50, gemeinsam mit der jeweiligen Steuerbohrung 12,13, über dem Umfang des Steuerkolbens, hydraulisch ausgeglichen ist. Der Durchmesser der zusätzlichen Bohrungen 49, 50 im Bereich der Gewindeschultcr 51 ist so groß bemessen und so vorgesehen, daß sie bei der Stcuerbewegung des Steuertoibens von der Gewindeschulter 51 überdeckt bleibi.-n.

Die Pfeile 52 und 53 veranschaulichen den Ein- und Austiitt der Arbeitsflüssigkeit des Hydrozylinders.

Die Erfindung ist nicht an das gezeigte Ausführungsbeispiol gebunden, so ist es insbesondere auch denkbar, daß das Steuerteil 14 mit Steuerbohrungen 12 und 13 unmittelbar vom Kolben 5 bzw. von der Kolbenstange 6 gebildet wird, die Verbindung der Steuerbohrung 13 mit dem Rücklaufraum 41 durch eine Längsbohrung in der Kolbenstange 6 hergestellt wird und an Stelle eines Führungsrohres 15 der Kolben 5 gemeinsam mit der Kolbenstange 6 eine entsprechende Axialbohrung für den Steuerkolben 22 erhält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

1 2 7. Doppeltwirkender Hydrozylinder nach einem Patentansprüche: oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mit Kolbenstange

1. Doppeltwirkender Hydrozylinder mit Nach- mit dem Zylinder eine drehsteife Einheit bildet, folgesteuerung, wobei in einer Axialbohrung des 5
Arbeitskolbens bzw. der Kolbenstange ein mit

schraubenlinienförmig verlaufenden Steuerkanten, >

deren axiale Erstreckung dem Arbeitshub entspricht, versehener Steuerkolben drehbar und

axial unverschiebbar angeordnet ist und dessen io Die Erfindung betrifft einen doppeltwirkenden Steuerkanten mit im Arbeitskolben bzw. in der Hydrozylinder mit Nachfolgesteuerung, wobei in einer Kolbenstange verlaufenden Steuerkanälen in Axialbohrung des Arbeitskolbens bzw. der Kolbenkorrespondierender Verbindung stehen und der stange ein mit schraubenlinienförmig verlaufenden bei einer Drchwinkelverstellung gegenüber den Steuerkanten — deren axiale Erstreckung dem Steuerbohrungen eine axiale Lageänderung des 15 Arbeitshub entspricht — versehener 'Steuerkolben Arbeitskolbens herbeiführt, gekennzeichnet drehbar und axial unverschiebbar angeordnet ist und durch die Verwendung eines an sich bekannten dessen Steuerkanten mit im Arbeitskolben bzw. in Arbeitszylinders (1) mit Differentialkolben (5) der Kolbenstange verlaufenden Steuerkanälen in und Zuleitung des Druckmittels unter Umgehung korrespondierender Verbindung stehen und der bei der Steuerelemente (22,43,44,14,12,13) un- 20 einer Drehwinkelverstellung gegenüber den Steuermittelbar in den kolbenstangenseitigen Zylinder- bohrungen eine axiale Lageänderung des Arbeitsraum (42), wobei die von den Steuerkanten (43, kolbens herbeiführt.

44) eingeschlossenen Nuten (45) des Steuer- Der Steuerteil des Hydrozylinders wird somit von kolbens (22) mit dem kolbenseitigen Zylinder- dem Stauerkolben gemeinsam mit dem Arbeitskolben raum (46) in unmittelbarer Verbindung stehen, »5 bzw. der Kolbenstange gebildet, so daß zusätzliche und die mit der einen Steuerkante (44) des Steuer- Rückführungsglieder, wie sie bei Verwendung eines kolbens (22) in Wirkverbindung stehenden Steuer- selbständigen Steuerteiles erforderlich sind, entkanäle (13) im Kolben bzw. in der Kolbenstange fallen können. Außerdem ergibt ein so gebildeter in an sich bekannter Weise unmittelbar mit einem Steuerteil eine platzsparende geschlossene Baueinheit mit dem Tank in Verbindung stehenden Raum 30 des doppeltwirkenden Hydrozylinders. Weiter wird (38) in Verbindung stehen und die mit der ande- durch die schraubenlinienförmig verlaufenden Steuerren Steuerkante (43) in Wirkverbindung stehenden kanten, deren axiale Erstreckung dem Kolbenhub Steuerkanäle (12) im Kolben bzw. in der Kolben- entspricht, in einfachster Weise aus einer drehenden stange in an sich bekannter Weise mit dem Steuerbewegung eine in Axialrichtung wirkende kolbenstangenseitigen Zylinderraum (42) in Ver- 35 Kraftverstärkung erreicht, bindung stehen. Bei diesen bekannten doppeltwirkenden Hydro-

2. Doppeltwirkender Hydrozylinder nach An- zylindern mit Nachfolgesteuerung sind für jede der spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beiden Hubrichtungen des Arbeitskolbens jeweils Steuerkolben (22) als eingängige Flach- oder zwei Steuerkanten des Steuerkolbens und zwei mit Trapezgewindespindel ausgebildet ist, deren 40 diesen Steuerkanten zusammenwirkende, im Arbeits-Gewindeschulter (51) in an sich bekannter Weise kolben bzw. Kolbenstange verlaufende Steuerkanäle breiter ist als die Steuerbohrungen (12,13,49,50) erforderlich, sowie zusätzliche im Steuerkolben ver- und deren Gewindeflanken in ebenfalls an sich laufende, das Steuermedium zu- bzw. abführende bekannter Weise die Steuerkanten (43, 44) bilden. Kanäle, die mit den von Steuerkanten eingeschlosse-

3. Doppeltwirkender Hydrozylinder nach den 45 nen Nuten am Umfang des Steuerkolbens in VerAnsprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, bindung stehen. Diese das Druckmittel weiterleitendaß jedem Steuerkanal mehrere hydraulische den Nuten müssen zur Aufrechterhaltung der Steuer-Entlastungskanäle zugeordnet sind, die gemein- funktion in jeder Stellung des Arbeitskolbens von sam mit dem jeweiligen Steuerkanal gleichmäßig der Axialbohrung im Kolben bzw. in der Kolbenam Umfang der Bohrung im Arbeitskolben bzw. 50 stange überdeckt bleiben.

Kolbenstange verteilt sind. Dadurch muß die Axialerstreckung von Kolben

4. Doppeltwirkender Hydrozylinder nach den mit Kolbenstange mindestens doppelt so groß sein Ansprüchen 1 bis 3 od^r einem derselben, da- wie die den Kolbenhub bestimmende Axialdurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben erstreckung der Nuten. Das Nutenvolumen eines arbeitskolbenseitig an einem Drucklager abge- 55 solchen Zylinders gegenüber einem normalen Arbeitsstützt ist und in Verlängerung mit einem nach zylinder ist deshalb nur halb so groß.

außen geführten Antriebsstummel versehen ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen

5. Doppeltwirkender Hydrozylinder nach An- doppeltwirkenden Hydrozylinder der hier vorliegenspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den Art zu schaffen, dessen Hub durch die Steuer-Steuerkolben einen der Axialbohrung der Kolben- 60 mittel praktisch nicht beeinträchtigt wird und dessen stange angepaßten Fortsatz aufweist, dessen Stellgenauigkeit nur von wenigen an der Steuerung Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des beteiligten Elementen beeinflußbar ist.

durch den kolbenseitigen Zylinderdeckel nach Nach der Erfindung wird dies erreicht durch die

außen geführten Antriebsstummels. Verwendung eines an sich bekannten Arbeitszylinders

6. Doppeltwirkender Hydrozylinder nach An- 65 mit Differentialkolben und Zuleitung des Druckspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Axial- mittels unter Umgehung der Steuerelemente unmittelbohrung in der Kolbenstange in an sich bekannter bar in den kolbenstangenseitigen Zylinderraum, Weise gleichzeitig den Tankanschluß bildet. wobei die von den Steuerkanten eingeschlossenen