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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hydraulikzylindereinrichtung mit einem Hydraulikzylinder und einer Ventilanordnung zur Ansteuerung des Hydraulikzylinders, wobei der Hydraulikzylinder ein Zylindergehäuse mit einer im Zylindergehäuse ortsfest angeordneten Kolbenstange aufweist, auf der ein Arbeitskolben mit einer am Arbeitskolben angeordneten, aus einem Zylinderkopf des Zylindergehäuses herausgeführten Arbeitskolbenstange geführt ist, wobei zwischen einer Arbeitskolbenfläche des Arbeitskolbens und einem Zylinderboden ein über einen Druckmittelanschluss mit Arbeitsdruck beaufschlagbarer Arbeitsraum ausgebildet ist, wobei der Arbeitskolben als Doppelkolben ausgebildet ist, mit einer der Arbeitskolbenfläche gegenüberliegenden Gegenkolbenfläche, wobei zwischen der Gegenkolbenfläche und dem Zylinderkopf ein Ringraum ausgebildet ist, der zur Rückführung des Arbeitskolbens über einen Druckmittelanschluss mit Druck beaufschlagbar ist, wobei in der Arbeitskolbenstange zwischen einem an der ortsfesten Kolbenstange angeordneten Rückstellkolben und dem Arbeitskolben ein Rückstellzylinderraum ausgebildet ist, der über einen Druckmittelanschluss mit Arbeitsdruck beaufschlagbar ist.
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Aus der
DE 21 23 263 C2 ist eine Hydraulikzylindereinrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der der Hydraulikzylinder mit einer im Zylindergehäuse des Hydraulikzylinders ausgebildeten Ventilanordnung versehen ist, derart, dass die Ventilanordnung durch eine Kombination von Bauteilen des Hydraulikzylinders mit in dem Zylindergehäuse aufgenommenen Ventilelementen kombiniert ist.
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In Folge der integrierten Ausbildung der Ventilanordnung bildet die bekannte Hydraulikzylindereinrichtung ein komplexes hydraulisches System, das insbesondere zur Wartung der Ventilelemente eine Demontage des Hydraulikzylinders erforderlich macht. Darüber hinaus ist insbesondere aufgrund der integrierten Anordnung der Ventilelemente eine an unterschiedliche Betriebszustände des Hydraulikzylinders angepasste Einstellung der Ventilanordnung, wie beispielsweise die Einstellung einer definierten vom Anwender gewählten Schnittschlagdämpfung nicht möglich.
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In der Praxis erweist sich die Einstellung einer definierten Schnittschlagdämpfung als erforderlich, wenn Hydraulikzylinder in Stanzwerken eingesetzt werden, um beispielsweise aus einem als Blechzuschnitt ausgebildeten Werkstück Formteile auszustanzen. Beim Stanzvorgang wird das mit dem Arbeitskolben des Hydraulikzylinders verbundene Stanzwerkzeug in einem Eilvorlauf mit erhöhter Geschwindigkeit bis zum Anschlag gegen das Werkstück verfahren. Zur Ausführung eines nachfolgenden Arbeitshubs wird im Arbeitsraum des Zylinders der zur Erzeugung der notwendigen Stanzkraft erforderliche Druck aufgebaut, wobei kurz vor dem Bruch des Werkstücks das im Arbeitsraum vorhandene Öl unter maximalem Druck steht.
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In dem Moment, in dem das Werkstück bricht, entspannt sich das Hydrauliköl im Zylinder schlagartig, was den sogenannten Schnittschlag verursacht. Dieser Schnittschlag erzeugt nicht nur unangenehme Schallemissionen, sondern insbesondere auch eine erhöhte Abnutzung des Hydraulikzylinders aufgrund der plötzlichen Dekompression des Öls im Zylinderraum.
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Zur Dämpfung des Schnittschlags ist es insbesondere bekannt, zusätzlich zu dem Hydraulikzylinder der Hydraulikzylindereinrichtung mehrere kleine Hydraulikzylinder so in dem Stanzwerkzeug anzuordnen, dass die zusätzlichen Hydraulikzylinder eine Gegenkraft aufbauen, die der plötzlichen Dekompression des Hydrauliköls im Arbeitsraum des Stanzzylinders entgegenwirkt und damit das Vorschnellen des Arbeitskolbens abbremst.
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Mit der Installation zusätzlicher Hydraulikzylinder zur Dämpfung des Schnittschlags sind entsprechend höhere Investitionen zur Bereitstellung eines Stanzwerkzeuges mit Schnittschlagdämpfung notwendig.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hydraulikzylindereinrichtung vorzuschlagen, die eine wirksame, individuell einstellbare Schnittschlagdämpfung ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Hydraulikzylinder ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
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Bei der erfindungsgemäßen Hydraulikzylindereinrichtung ist die Ventilanordnung unabhängig vom Hydraulikzylinder ausgebildet, wobei der Ringraum einen mit der Ventilanordnung verbundenen Druckmittelanschluss aufweist, der mit einer Drosselventileinrichtung verbunden ist, umfassend ein erstes Drosselventil zur Einstellung eines unteren Durchflussgrenzwertes und ein zweites, als Proportional-Drosselventil ausgebildetes Drosselventil, das parallel zum Drosselventil angeordnet ist und einen einstellbaren Druckmitteldurchfluss ermöglicht.
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Aufgrund der extern und unabhängig vom Hydraulikzylinder ausgebildeten Ventilanordnung ist eine Wartung beziehungsweise Anpassung der Ventilanordnung an besondere Einsatzbedingungen des Hydraulikzylinders ohne die Notwendigkeit zur Durchführung von Maßnahmen am Hydraulikzylinder selbst möglich. Die Ausgestaltung der Ventilanordnung mit einem ersten Drosselventil, das einen unteren Durchflussgrenzwert vorgibt, und mit einem zweiten, als Proportional-Drosselventil ausgebildeten Drosselventil ermöglicht eine Dämpfung des Schnittschlags in einem vom Bediener durch entsprechende Einstellung des Proportional-Drosselventils vorgegebenen Umfang.
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Hierdurch ist insbesondere eine Optimierung der Dämpfung möglich, derart, dass die Dämpfung, also eine Verzögerung der Vorwärtsbewegung des Arbeitskolbens nach dem Schnittschlag nicht über das unbedingt notwendige Maß hinaus erfolgt, um die Zeit bis zu einem nachfolgenden Stanzvorgang trotz ausreichender Dämpfung des Schnittschlags möglichst kurz zu gestalten.
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Zur Erzielung einer besonders wirksamen Schnittschlagdämpfung ist es vorteilhaft, wenn die Gegenkolbenfläche mindestens 50% der Arbeitskolbenfläche beträgt.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Gegenkolbenfläche vier Sechstel der Arbeitskolbenfläche beträgt, wobei bei Abweichungen von bis zu ±10% immer noch diesen besonders vorteilhaften Effekt ermöglichen.
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Wenn in einer eine Pumpe P mit dem Proportional-Drosselventil verbindenden Druckmittelverbindung ein schaltbares Absperrventil angeordnet ist, derart, dass bei Öffnung des Absperrventils sowohl eine Druckmittelverbindung zwischen der Pumpe und dem Arbeitsraum parallel zum Proportional-Drosselventil als auch eine Druckmittelverbindung zwischen der Pumpe und dem Ringraum über das Proportional-Drosselventil besteht, kann nachfolgend dem Schnittschlag dem Ringraum Druckmittelvolumen zugeführt werden, um das Entstehen eines Unterdrucks im Ringraum zu verhindern.
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Wenn der Druckmittelanschluss des Arbeitsraums parallel zur Drosselventileinrichtung über eine Druckmittelverbindung mit dem Druckmittelanschluss des Ringraums verbunden ist, ist ein Bypass zur Drosselventileinrichtung ausgebildet, der insbesondere einen Eilvorlauf sowie einen Eilrücklauf des Arbeitskolbens ermöglicht.
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Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Hydraulikzylindereinrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Hydraulikzylindereinrichtung mit einem Hydraulikzylinder und einer Ventilanordnung in Schaltbilddarstellung;
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2 eine Ausführungsform des Hydraulikzylinder in Längsschnittdarstellung.
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Ein in 1 lediglich schematisch und in 2 in einer möglichen Ausführungsform dargestellter Hydraulikzylinder H weist ein Zylindergehäuse 10 auf mit einer ortsfest im Zylindergehäuse 10 angeordneten Kolbenstange 11, die mit einem Befestigungsende 12 an einem Zylinderboden 13 fixiert ist. Auf der Kolbenstange 11 ist ein Arbeitskolben 14 mit einer ortsfest am Arbeitskolben 14 angeordneten, aus einem Zylinderkopf 15 herausgeführten Arbeitskolbenstange 16 geführt, derart, dass der Arbeitskolben 14 zusammen mit der Arbeitskolbenstange 16 in einem zwischen dem Zylinderboden 13 und dem Zylinderkopf 15 ausgebildeten Zylinderraum 17 eine axiale Bewegung längs der Kolbenstange 11 ausführen kann, wobei ein Anschlussende 18, an das ein hier nicht näher dargestelltes Stanzwerkzeug angeschlossen werden kann, aus der in den 1 und 2 dargestellten oberen Kolbenposition zusammen mit dem Kolben 14 in eine untere Werkzeugposition unter Ausführung eines Stanzvorgangs verfahren werden kann.
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Zwischen einer Arbeitskolbenfläche 19 des Arbeitskolbens 14 und dem Zylinderboden 13 ist ein über einen Druckmittelanschluss B mit Arbeitsdruck beaufschlagbarer Arbeitsraum 20 ausgebildet. Der Arbeitskolben 14 ist als Doppelkolben ausgebildet mit einer der Arbeitskolbenfläche 19 gegenüberliegenden Gegenkolbenfläche 21, wobei zwischen der Gegenkolbenfläche 21 und dem Zylinderkopf 15 ein Ringraum 24 ausgebildet ist, der zur Rückführung des Arbeitskolbens 14 in seine in 2 dargestellte obere Kolbenposition, in der sich entsprechend das Anschlussende 18 der Arbeitskolbenstange 19 in der oberen Werkzeugposition befindet, mit Druck beaufschlagbar ist. In der Arbeitskolbenstange 16 ist zwischen einem am freien Ende der Kolbenstange angeordneten Rückstellkolben 22 und dem Arbeitskolben 14 ein Rückstellzylinderraum 23 vorgesehen, der über einen Druckmittelanschluss A mit Arbeitsdruck beaufschlagbar ist.
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Wie 1 zeigt, ist neben dem Rückstellzylinderraum 23 und dem Arbeitsraum 20 auch der zwischen der Gegenkolbenfläche 21 und dem Zylinderkopf 15 ausgebildete Ringraum 24 mit einem Druckmittelanschluss C versehen, wobei der Hydraulikzylinder H über die Druckmittelanschlüsse A, B und C mit einer Ventilanordnung V verbunden ist, über die mit unterschiedlichen Ventilschaltungskonfigurationen eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hydraulikzylinder H und einer Druckmittelflüssigkeit fördernden Hydraulikpumpe P definiert werden kann.
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Wie in 1 in dem mit einer strichpunktierten Rahmung umgebenen Schaltungsbereich dargestellt, weist die Ventilanordnung eine Drosselventileinrichtung 25 auf, die ein fest einstellbares Drosselventil 26 sowie ein Proportional-Drosselventil YH aufweist, das parallel zum Drosselventil 26 angeordnet ist.
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Zur Durchführung eines Stanzvorgangs wird der Arbeitskolben 14 bzw. ein am Anschlussende 18 der Arbeitskolbenstange 16 angeordnetes Stanzwerkzeug in einem Eilvorlauf gegen ein Werkstück gefahren. Zur Ausführung des Eilvorlaufs wird die Ventilanordnung V in eine Ventilschaltungskonfiguration überführt, in der ein in einer Druckleitung 27 der Pumpe P angeordnetes 4/2-Wegeventil Y1 geschaltet ist, derart, dass zwischen einer Abzweigung 28 der Druckleitung 27 und dem Druckmittelanschluss B des Arbeitsraums 20 eine erste Druckmittelverbindung 29 besteht. Ein der Abzweigung 28 nachgeordnetes 4/2-Wegeventil Y2 befindet sich in seiner nicht geschalteten Stellung, so dass eine zweite Druckmittelverbindung 30 zwischen dem Druckmittelanschluss A des Rückstellzylinderraums 23 und der Abzweigung 28 besteht, derart, dass bei der Druckbeaufschlagung der Arbeitskolbenfläche 19 aus dem Rückstellzylinderraum 23 und den Druckmittelanschluss A verdrängtes Druckmittelvolumen über die Abzweigung 28 und den Druckmittelanschluss B zusätzlich in den Arbeitsraum 20 gelangt, und somit die Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens 14 beschleunigt wird. Zusätzlich erfolgt über eine dritte Druckmittelverbindung 31 zwischen dem Druckmittelanschluss C des Ringraums 24 und dem Druckmittelanschluss B des Arbeitsraums 23 eine weitere Ergänzung des in den Arbeitsraum 23 eingebrachten Druckmittelvolumens, mit der Folge einer weiteren Beschleunigung des Arbeitskolbens 14 auf seinem Weg nach unten.
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Eine Ventilschaltungskonfiguration, bei der sich das 4/2-Wegeventil Y1 in seinem geschalteten Zustand, das 4/2-Wegeventil Y2 sowie die 2/2-Wegeventile YF und YG der in 1 dargestellten Ventilanordnung V in ihrem nicht geschalteten Zustand befinden, lässt sich daher auch als Differentialschaltung bezeichnen.
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Nachfolgend dem Eilvorlauf, der, wie bereits vorstehend ausgeführt, mit der Anlage des Stanzwerkzeugs gegen das Werkstück endet, erfolgt der eigentliche Arbeitshub des Stanzvorgangs, dem ein Druckaufbau im Arbeitsraum 23 des Hydraulikzylinders H zur Erzeugung der benötigten Stanzkraft vorausgeht. Hierzu wird die Ventilanordnung V in eine Ventilschaltungskonfiguration überführt, bei der sich die Ventile Y1 und Y2 sowie YF im geschalteten Zustand befinden. Über die Druckmittelverbindung 29 zwischen der Pumpe P und dem Druckmittelanschluss B des Arbeitsraums 23 eine Druckbeaufschlagung der Arbeitskolbenfläche 19 mit dem Arbeitsdruck erfolgt. Über die geschalteten Ventile YF und Y1 erfolgt eine Druckmittelverbindung zwischen dem Druckmittelanschluss C des Ringraums 24 und einem Tank T, so dass das Ölvolumen im Ringraum 24 durch den nach unten bewegten Arbeitskolben 14 aus dem Ringraum 24 in den Tank T verdrängt wird. Gleichzeitig besteht die Druckmittelverbindung 30 zwischen dem Druckmittelanschluss A des Rückstellzylinderraums 23 und dem Tank T über das geschaltete 4/2-Wegeventil Y2, so dass ebenfalls das Ölvolumen aus dem Rückstellzylinderraum 23 in den Tank T verdrängt wird.
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In dem Moment, wenn das Werkstück bricht, also die eigentliche Ausstanzung eines Teilstücks des Werkstücks erfolgt, nimmt die Stanzkraft plötzlich ab, so dass beispielsweise ausgelöst durch ein entsprechendes Kraftmesssignal die Ventilanordnung V zur Erzielung einer Schnittschlagdämpfung in eine Ventilkonfiguration überführt wird, in der sich die Ventile Y1 und Y2 sowie YH in geschaltetem Zustand befinden. Wie während der Ausführung des Arbeitshubs besteht die Druckmittelverbindung 29 über das Ventil Y1 zwischen der Pumpe P und dem Druckmittelanschluss B des Arbeitsraums 23 zur fortgesetzten Druckbeaufschlagung des Arbeitskolbens 14 weiter fort. Ebenfalls wird die Druckmittelverbindung 30 zwischen dem Druckmittelanschluss A des Rückstellzylinderraums 23 und dem Tank T über das Ventil Y2 aufrechterhalten. Im Unterschied zu der Ventilschaltungskonfiguration des Arbeitshubs ist jedoch das 2/2-Absperr-Wegeventil YF deaktiviert, so dass einerseits eine Druckmittelverbindung 33 zwischen dem Druckmittelanschluss C des Ringraums 24 und dem Tank T über das fest eingestellte Drosselventil 26 und parallel hierzu eine Druckmittelverbindung 34 zwischen dem Druckmittelanschluss C des Ringsraums 24 und dem Tank T über das Proportional-Drosselventil YH besteht. Dies hat zur Folge, dass über die Druckmittelverbindung 34 ein Teilvolumenstrom, des vor dem fest eingestellten Drosselventil 26 aufgestauten Volumenstroms unter Umgehung des Drosselventils 26 über das Proportional-Drosselventil YH abfließt, so dass die Regelung dieses Teilvolumenstroms dazu genutzt werden kann, um die Verzögerung der Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens 14, die über das fest eingestellte Drosselventil 26 erreicht wird, zu reduzieren. Hierdurch wird einerseits der gewünschte Effekt einer Schnittschlagdämpfung erreicht, andererseits aber die Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens 14 nicht zu stark verzögert wird, was nachteilige Auswirkungen auf die Dauer des Stanzzyklus, beginnend mit der Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens 14 aus seiner oberen Position und endend mit der Rückführung des Arbeitskolbens 14 in seine obere Position, hätte.
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Nachfolgend kann die Ventilanordnung in eine Ventilanordnungskonfiguration überführt werden, mit der eine Vorentlastung des Arbeitsraums 20 erreicht wird. Hierzu erfolgt zur Fortsetzung der Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens 14 die Aufrechterhaltung der Druckbeaufschlagung des Arbeitsraums 20 über eine Druckmittelverbindung zwischen der Pumpe P und dem Druckmittelanschluss B über das betätigte 4/2-Wegeventil Y1. Gleichzeitig erfolgt die Verdrängung des Ölvolumens aus dem Rückstellzylinderraum 23 über eine Druckmittelverbindung zwischen dem Druckmittelanschluss A und dem Tank T über das 4/2-Wegeventil Y2. Ebenso gleichzeitig ist zur Druckmittelbeaufschlagung des Ringraums 24 über das 4/2-Wegeventil Y1 und das 2/2-Wegeventil YG eine Druckmittelverbindung zwischen der Pumpe P und dem Proportional-Wegeventil YH ausgebildet. Hierdurch kann verhindert werden, dass bei einer, etwa durch einen federnden Niederhalter am Stanzwerkzeug erzeugten Rückbewegung des Arbeitskolbens 14 ein Unterdruck im Ringraum 24 entsteht, der Kavitationserscheinungen im Druckmittel verursachen könnte.
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Schließlich wird zur Beendigung des Stanzzyklus die Ventilanordnung V in eine Ventilschaltungskonfiguration überführt, die einen Eilrücklauf des Arbeitskolbens 14 ermöglicht, und in der sich lediglich das 4/2-Wegeventil Y2 im geschalteten Zustand befindet, wohingegen die Ventile Y1, Y2, YF, YG und YH sich im ungeschalteten Zustand befinden. Hierbei erfolgt über eine Druckmittelverbindung zwischen der Pumpe P und dem Druckmittelanschluss A des Rückstellzylinderraums 23 über das 4/2-Wegeventil Y2 eine Druckbeaufschlagung des Rückstellzylinderraums 23, wobei das aus dem Arbeitsraum 20 verdrängte Ölvolumen über die Druckmittelverbindung 31 anteilig in den Ringraum 24 eingeleitet wird, so dass im Ergebnis das aus dem Arbeitsraum 20 verdrängte Ölvolumen die Aufwärtsbewegung des Arbeitskolbens 14 weiter beschleunigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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