DE2339725A1 - HYDRAULIC OR PNEUMATIC CYLINDER-PISTON DEVICE - Google Patents
HYDRAULIC OR PNEUMATIC CYLINDER-PISTON DEVICEInfo
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Description
Hydraulische oder pneumatische Zylinder-Kolben-EinrichtungHydraulic or pneumatic cylinder-piston device
Gegenstand der Erfindung ist eine hydraulische oder pneumatische Zylinder-Kolben-Einrichtung mit einem doppelwirkenden Kolben und mit einer von dem Kolben in dessen Hubendlagen betätigten Umschaltvorriehtung. The invention relates to a hydraulic or pneumatic cylinder-piston device with a double-acting piston and with a switching device actuated by the piston in its stroke end positions.
Bei bekannten Einrichtungen dieser Art erfolgt das Umsteuern stossartig, begleitet von Erschütterungen und von einer schlagartigen Beanspruchung des Materials. Diese Nachteile treten unabhängig davon auf, ob die betreffende Einrichtung passiv, nämlich als Pumpe oder aktiv, nämlich als Antrieb eingesetzt xvird. Zur Erzielung eines erschütterungsfreien, weichen Umsteuerns zeichnet sich nun die erfindungsgemässe Einrichtung dadurch aus, dass in den Hubendlagen zum Abbremsen des Kolbens jeweils ein gegen die Wirkung eines nachgiebigen Kraftelementes zurückweichender Anschlag vorgesehen ist, wobei diese Anschläge über inbezug aufeinander entgegengesetzt wirksame Schleppverbindungen mit einem zwei Schaltstellungen aufweisende« Umsteuerventil gekoppelt sind.In known devices of this type, the reversal takes place abruptly, accompanied by vibrations and a sudden Stress on the material. These disadvantages occur regardless of whether the device in question is passive, namely used as a pump or active, namely as a drive xvird. To achieve a vibration-free, soft change of direction The device according to the invention is now characterized in that in each of the stroke end positions for braking the piston against the action of a resilient force element receding stop is provided, these stops over in relation Towing connections acting in opposite directions to one another are coupled to a reversing valve having two switching positions.
Bei einer solchen Einrichtung wird der Kolben (ungeachtet dessen, ob er als Pumpenkolben oder Antriebskolben dient) durch die gegenIn such a device, the piston (regardless of whether it serves as a pump piston or drive piston) by the against
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die Wirkung des nachgiebigen Kraftelementes zurückweichenden Anschläge praktisch bis zum Stillstand abgebremst, bevor letztere das ümsteuerventil betätigen. Sofern die Anschläge unter Federeinwirkung stehen, so dass sich die Kraft des Kraftelementes wenigstens teilweise aus der Federkraft ergibt, nimmt letztere an der nachfolgenden Beschleunigung des Kolbens teil. Dank diesen Vorkehrungen wird die 180° betragende und somit naturgemäss spitze Bewegungsumkehr des Kolbens -um es so zu sagen- ausgerundet. Wenigstens z.T. kann sich die Wirkung des nachgiebigen Kraftelementes auch dadurch ergeben, dass die Anschläge jeweils mit einem hydraulischen Stossdämpfer gekoppelt sind.the effect of the resilient force element receding stops braked practically to a standstill before the latter actuate the control valve. Unless the attacks are under the action of a spring stand so that the force of the force element results at least partially from the spring force, the latter takes on the subsequent acceleration of the piston part. Thanks to these precautions, the 180 ° and therefore naturally pointy Reversal of movement of the piston - so to speak - rounded. At least in part, the effect of the resilient force element can be also result from the fact that the stops are each coupled to a hydraulic shock absorber.
Zweckmässigerweise sind die Anschläge als mit dem Kolben koaxiale Kolbenschieber ausgebildet, welche die Steuerleitungen des durch ein Druckfluidum betätigbaren Umsteuerventils steuern. Bei einer solchen Ausbildung wird die Grundlage für eine kompakte Bauweise gelegt, wobei bei konsequenter Weiterführung derselben die Kolbenschieber zweckmässigerweise durch die Federkraft gegen das eine bzw, andere Ende des den Kolben aufnehmenden Hubzylinders anlegbar und dabei jeweils in einer Sackbohrung der stirnseitigen Abschlussstücke des Hubzylinders geführt sind, wobei die Feder vorteilhaft zwischen dem Bohrungsgrund und dem Kolbenschieber angeordnet ist. Bei einer solchen Anordnung befinden sich sämtliche Organe der Umsteuervorrichtung innerhalb des von dem Hubzylinder und dessen Abschlussstücke begrenzten Raumes, mit der Möglichkeit, die Einrichtung ungestraft unter rauhen Umgebungsbedingungen,ζ.B. bei Baumaschinen einzusetzen. Dabei kann der die Feder aufnehmende Raum der Abschlussstücke durch den betreffenden Kolbenschieber mindestens während dem Zurückweichen desselben gegen den Zylinderraum hin abgeschlossen und mit diesem Raum durch eine Drosselstelle verbunden sein. Dies ergibt eine besonders kompakte Stossdämpferanordnung, insbesonder dann, wenn jedes der Abschlussstücke einen sich in der Zylinderachse erstreckenden Zapfen aufweist, welcher beim Zurückweichen des betreffenden Kolbenschiebers in eine zentrale Bohrung desselben kolbenartig eintaucht und der The stops are expediently designed as piston slides which are coaxial with the piston and which control the control lines of the reversing valve which can be actuated by a pressure fluid. With such a design, the basis for a compact design is laid, with the piston slides expediently being applied by the spring force against one or the other end of the lifting cylinder receiving the piston and being guided in a blind hole in the end-face end pieces of the lifting cylinder , wherein the spring is advantageously arranged between the bottom of the bore and the piston slide. With such an arrangement, all organs of the reversing device are located within the space delimited by the lifting cylinder and its end pieces, with the possibility of using the device with impunity under harsh environmental conditions, ζ.B. to be used in construction machinery. The space of the end pieces receiving the spring can be closed off by the relevant piston valve at least while the latter is retreating towards the cylinder space and connected to this space by a throttle point. This results in a particularly compact shock absorber arrangement, especially when each of the end pieces has a pin extending in the cylinder axis which, when the piston slide in question retreats, plunges into a central bore of the same and the
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Zapfen mit der denselben umgebenden Wandung des Kolbenschiebers die Drosselstelle bildet.Pin forms the throttle point with the wall of the piston valve surrounding the same.
Zweckmässigerweise sind die Kolbenschieber gegen Verdrehung jeweils durch einen Stift gesichert, welcher durch die Wandung der Abschlussstücke radial in eine gegen die Feder hin geschlossene Längsnut am Umfang des betreffenden Kolbenschiebers eingreift. Dieser Stift dient bei der erwähnten Ausbildung der Kolbenschieber bei der Montage als Hilfshalterung und ermöglicht die Montage von Baugruppen. Darüber hinaus ermöglicht die Sicherung der Kolbenschieber gegen Drehung an denselben Steuernuten vorzusehen, die sich in Umfangsrichtung über einen begrenzten Zentriwinkel erstrecken. Dies wiederum führt zu der Möglichkeit, mehrere Steuernuten im Umfangssinne zu staffeln und die Baulänge kurz zu halten. Dem gleichen Zwecke dient die Anordnung einer Ausnehmung am Umfang der Steuerschieber, wobei die Anschlüsse des Zylinders im Bereiche dieser Ausnehmungen in die Sackbohrungen der Abschlussstücke einmünden und keine axiale Baulänge in Anspruch nehmen.Appropriately, the piston slides are each against rotation secured by a pin, which through the wall of the end pieces radially into a closed against the spring Engages the longitudinal groove on the circumference of the piston valve in question. This pin is used in the aforementioned design of the piston valve during assembly as an auxiliary bracket and enables assembly of assemblies. In addition, securing the piston valve against rotation allows the same control grooves to be provided extend in the circumferential direction over a limited central angle. This in turn leads to the possibility of staggering several control grooves in the circumferential sense and keeping the overall length short. The arrangement of a recess on the circumference of the control slide serves the same purpose, with the connections of the cylinder in the Areas of these recesses open into the blind bores of the end pieces and do not take up any axial length.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung schematisch dargestellt, und zwar zeigen:Embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically in the drawing, namely show:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Hubzylinder mit jeweils einen Kolbenschieber und eine Dämpfungsfeder aufnehmenden stirnseitigen Abschlussstücken,Fig. 1 is a longitudinal section through a lifting cylinder, each receiving a piston slide and a damping spring end pieces,
Fig. 2 das (gemäss Zeichnung) linke Ende des Druckzylinders gemäss Fig. lf wobei jedoch der Kolbenschieber nicht geschnitten ist und die Anordnung der Steuernuten erkennen lässt,Fig. 2, (shown in the drawing) according left end of the printing cylinder Fig. L f except that the spool is not cut and reveals the arrangement of the cam grooves,
Fig. 3 den Gegenstand der Fig. 2 im Augenblick des Umsteuerns, und dieFIG. 3 shows the object of FIG. 2 at the moment of reversing, and the
Fig. 4 und 5 mit Stossdämpfern ausgerüstete Varianten.4 and 5 variants equipped with shock absorbers.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein doppelwirkender Kolben 1 in einem Hubzylinder 11 geführt, welcher stirnseitig durch Abschlussstücke 3 bzw. 15 abgeschlossen ist. Dabei wird die Kolbenstange 13 durch eine zentrale Oeffnung des Abschlussstückes 3 hindurchgeführt.In the illustrated embodiment, a double-acting piston 1 is guided in a lifting cylinder 11, which at the end is completed by end pieces 3 and 15, respectively. The piston rod 13 is thereby pushed through a central opening in the end piece 3 passed through.
In Sackbohrungen 16 der Abschlussstücke 3 bzw. 15 sind jeweils als Kolbenschieber 2 ausgebildete Anschläge für den Kolben 1 geführt, wobei sie unter der Wirkung von Federn 8 gegen die Enden des Hubzylinders 11 anliegen. Andernends stützen sich die Federn auf dem Boden der Sackbohrungen 16 ab. Kolbenstangensextig bildet eine am Boden der betreffenden Sackbohrung abgestützte die Kolbenstange 13 aufnehmende Büchse 14 einen in den Hohlraum der Feder eingreifenden Anschlag für den betreffenden Kolbenschieber 2. Eine ähnliche Ausbildung weist der Boden der Sackbohrung 16 im Abschlussstück 15 auf.In blind bores 16 of the end pieces 3 and 15 are each as Piston slide 2 designed stops for the piston 1 guided, under the action of springs 8 against the ends of the lifting cylinder 11 are present. At the other end, the springs are supported on the bottom of the blind bores 16. Piston rod sexty forms one at the bottom of the blind hole concerned, the piston rod 13 receiving bushing 14 is supported in the cavity of the spring engaging stop for the relevant piston slide 2. The bottom of the blind hole 16 has a similar design End piece 15 on.
Im Mantel der Abschlussstücke 3 bzw. 15 ist jeweils ein Stift 10 gehaltert, welcher radial in eine Längsnut 12 des betreffenden Kolbenschiebers 2 eingreift. Dadurch sind die Kolbenschieber 2 in den sie aufnehmenden Abschlussstücken 3 bzw. 15 gegen Drehung gesichert. Die Längsnut ist gegen die Feder 8 hin geschlossen. Auf diese Weise bildet der Stift bei der Montage eine Hilfshalterung, so dass die Abschlussstücke mitsamt Feder und Kolbenschieber vormontiert werden können.In the jacket of the end pieces 3 and 15, respectively, a pin 10 is held, which radially into a longitudinal groove 12 of the relevant Piston valve 2 engages. As a result, the piston slides 2 in the end pieces 3 and 15 receiving them are against rotation secured. The longitudinal groove is closed against the spring 8. In this way, the pin forms an auxiliary holder during assembly, so that the end pieces can be preassembled together with the spring and piston valve.
Wie die Fig. 1, insbesondere aber die zu derselben um 90° gedrehten Axialschnitte gemäss Fig. 2 und 3 zeigen, weisen die Kolbenschieber 2 zur Längsnut 12 diametral gegenüberliegend Steuernuten 7 und 9 auf, welche in Umfangsrichtung gestaffelt sind, sich dabei in axialer Richtung leicht überlappen. In der Grundstellung des Kolbenschiebers 2 gem. Fig. 2 werden durch die Steuernut 7 die Bohrung 5 (auch in Fig. 1 ersichtlich) und die Bohrung 6 miteinander verbunden. Auf dem gleichen Umfangskreis mit diesen BohrungenLike FIG. 1, but in particular that rotated by 90 ° with respect to the same Axial sections according to FIGS. 2 and 3 show the piston slides 2 to the longitudinal groove 12 diametrically opposite control grooves 7 and 9, which are staggered in the circumferential direction, thereby overlap slightly in the axial direction. In the basic position of the piston valve 2 according to FIG Bore 5 (also visible in Fig. 1) and the bore 6 are connected to one another. On the same circumference with these holes
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liegt eine weitere Bohrung 4. Diese Bohrungen durchsetzen den Mantel des Abschlussstückes 3 und sind mit den Steuerleitungen eines nicht dargestellten durch ein Druckfluidum betätigbaren Umsteuerventils wie folgt verbunden: Die Bohrung 5 direkt mit der einen Betätigungsseite des Umsteuerventils; die Bohrung 6 mit dem Rücklauf und die Bohrung 4 mit der Druckleitung.is another hole 4. These holes penetrate the jacket of the end piece 3 and are connected to the control lines of a reversing valve, not shown, which can be actuated by a pressure fluid connected as follows: the bore 5 directly with one actuating side of the reversing valve; the hole 6 with the Return and the hole 4 with the pressure line.
Die Anordnung ist bezüglich des Abschlussstückes 15 das gleicheThe arrangement is the same with respect to the end piece 15
mit dem Unterschied, dass dort die der Bohrung 5 entsprechende Bohrung (aus der Abbildung 1 ersichtlich) mit der anderen Betätigungsseite des." Ums teuer vent ils verbunden ist. Letzteres wird also je nach dem, ob die eine oder andere Betätigungsseite Druckfluidum erhält, in die eine oder die andere Schaltlage versetzt, wobei die Anschlüsse des Hubzylinders an der einen bzw. an der anderen Seite des Kolbens gegensinnig gesteuert und dabei abwechselnd mit einer Druckquelle oder einem Rücklauf verbunden werden. Diese Anschlüsse 17 münden übrigens im Bereich von Ausnehmungen 31 der ringförmig ausgebildeten Kolbenschieber und beanspruchen keine axiale Baulänge. (Die kurz beschriebene Ausbildung und Anordnung sowie Funktionsweise eines Druckmittel beaufschlagten Umsteuerventils ist derart trivial, dass auf eine zeichnerische Darstellung verzichtet werden konnte.) Es versteht sich, dass die Anschlüsse 17 des Hubzylinders 11 gegensinnig abwechselnd mit einer Saug- bzw. einer Förderleitung verbunden werden, wenn die dargestellte Einrichtung als eine Pumpe betrieben wird.with the difference that there the hole 5 corresponding Bore (can be seen in Figure 1) is connected to the other actuating side of the valve. The latter is therefore depending on whether one or the other actuating side receives pressure fluid in one or the other switching position offset, the connections of the lifting cylinder on one or the other side of the piston controlled in opposite directions and alternately connected to a pressure source or a return will. Incidentally, these connections 17 open in the area of recesses 31 of the ring-shaped piston slide and do not require any axial length. (The briefly described training and arrangement as well as the mode of operation of a pressure medium actuated reversing valve is so trivial that a graphic representation could be dispensed with.) It understands that the connections 17 of the lifting cylinder 11 are alternately connected in opposite directions to a suction line or a delivery line when the device shown is operated as a pump.
Für die Erläuterung der Funktionsweise der Einrichtung sei es jedoch ausgehend von den Fig. 1 und 2 angenommen, dass die rechte Seite des Kolbens mit einem Druckfluidum beaufschlagt wird, so dass sich der Kolben nach links bewegt, undzwar solange, bis der von dem Kolben 1 nach links mitgenommene Kolbenschieber 2 -wie in der Fig. 3 dargestellt- die Bohrungen 5 und 4, d.h. die zugeordnete Betätigungsseite des Umsteuerventils mit der Druckleitung verbindet. Da die andere Betätigungsseite des Umsteuerventils mit demFor the explanation of the functioning of the facility it is however, based on FIGS. 1 and 2, it is assumed that the right side of the piston is acted upon by a pressure fluid, so that the piston moves to the left until the from the piston 1 entrained to the left piston slide 2 - as shown in Fig. 3 - the bores 5 and 4, i.e. the associated Actuating side of the reversing valve connects to the pressure line. Since the other actuation side of the reversing valve with the
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Rücklauf verbunden ist (vgl. dazu die der Fig. 3 analog entsprechende Lage des rechtsseitigen Kolbenschiebers) wird das Umsteuerventil in seine zweite Schaltstellung umgestellt, in welcher die linke Kolbenseite mit Druckfluidum beaufschlagt und der Raum an der rechten Kolbenseite mit dem Rücklauf verbunden wird. Wie nun Fig. 3 erkennen lässt, muss der Kolben 1 bis zum Augenblick des eigentlichen Umsteuerns bereits durch die Feder 8 abgebremst worden sein. An der Beschleunigung des Kolbens in der entgegengesetzten Richtung ist dann auch die gespeicherte Federkraft beteiligt. Diese Massnahmen führen dazu, dass das Umsteuern und die Umkehrung der Kolbenbewegung weich und ohne Erschütterungen erfolgen kann. Sinngemäss gilt das Gesagte beim Pumpenbetrieb.Return is connected (see. In this regard, the corresponding analogous to FIG. 3 Position of the piston slide on the right), the reversing valve is switched to its second switching position in which the pressurized fluid is applied to the left side of the piston and the space is connected the right side of the piston is connected to the return. As can now be seen in Fig. 3, the piston 1 must be until the moment of actual reversal has already been braked by the spring 8 be. The stored spring force is then also involved in the acceleration of the piston in the opposite direction. These measures lead to the reversal and reversal of the piston movement taking place smoothly and without jolts can. The same applies to pump operation.
Bei den Varianten gemäss den Fig. 4 und 5 (in welchen für gleiche oder entsprechende Teile die bereits verwendeten Bezugszeichen beibehalten wurden) weisen die Abschlussstücke 3 bzw. 15 jeweils einen sich in der Längsachse des Hubzylinders 11 erstreckenden Zapfen 20 (gemäss Fig. 5 handelt es sich um einen Hohlzapfen) auf, welcher beim Zurückweichen der Kolbenschieber 2 in deren zentrale Bohrung 21 eintaucht. Der betreffende Kolbenschieber 2 v/irkt dabei als ein Ringkolben, der das Arbeitsfluidum aus dem die Feder 8 aufnehmenden Teilraum der Sackbohrung 16 zu verdrängen sucht. Gemäss der Fig. 4 ist dieser Teilraum mit dem Hubzylinder 11 durch einen Kanal 22 verbunden, welcher mit Hilfe einer Drosselschraube 23 eine regulierbare Drosselstelle bildet. Bei der Variante gemäss Fig. 5 wirkt der entsprechend bemessene Ringspalt zwischen Kolbenschieber 2 und Zapfen 20 als Drosselstelle. Durch entsprechende, von der zylindrischen Form abweichende Ausbildung des Zapfens 20 und/oder der Bohrung 21 ist es möglich, die Wirksamkeit der Drosselstelle im Zuge des Zurückweichens des betreffenden Kolbenschiebers zu verändern.In the variants according to FIGS. 4 and 5 (in which for the same or corresponding parts that have already been used reference numerals have been retained) the end pieces 3 and 15 respectively a pin 20 extending in the longitudinal axis of the lifting cylinder 11 (according to FIG. 5 it is a hollow pin), which plunges into the central bore 21 of the piston slide 2 when the piston slide 2 retreats. The relevant piston valve 2 v / irkt as an annular piston, which is the working fluid from which the spring 8 seeks to displace the receiving subspace of the blind bore 16. According to FIG. 4, this partial space is with the lifting cylinder 11 connected by a channel 22, which with the help of a throttle screw 23 forms an adjustable throttle point. In the variant according to FIG. 5, the correspondingly dimensioned annular gap is effective between the piston valve 2 and pin 20 as a throttle point. By appropriate training deviating from the cylindrical shape of the pin 20 and / or the bore 21, it is possible to reduce the effectiveness of the throttle point in the course of the retreat of the relevant To change the piston valve.
Wie Fig. 4 (mit Gültigkeit auch für die Variante gemäss Fig. 5) zeigt, kann in der Ruhelage der Kolbenschieber 2 zwischen demselben und dem betreffenden Zapfen 20 ein Durchlass freibleiben.As FIG. 4 shows (with validity also for the variant according to FIG. 5), in the rest position the piston slide 2 can between the same and a passage remains free for the peg 20 in question.
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Bei den Varianten gemäss Abbildungen 4 und 5 sind also die Anschläge jeweils mit einem Stossdämpfer gekoppelt, wobei die Feder 8 bei der Dämpfung entsprechend unterstützt wird.In the variants according to Figures 4 and 5, the stops are each coupled to a shock absorber, the spring 8 being appropriately supported during the damping.
Die beschriebene Ausbildung eröffnet zudem die Möglichkeit, die nachgiebige Rückstellkraft auf die Kolbenschieber 2 über ein hydraulisches Gestänge zu übertragen und diese Kraft beispielsweise von einem hydraulischen Speicher oder direkt vom Arbeitsfluidum gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Speicher abzuleiten. The training described also opens up the possibility of the resilient restoring force on the piston slide 2 via a to transmit hydraulic linkage and this force, for example, from a hydraulic accumulator or directly from the working fluid derive if necessary with the interposition of a memory.
Im vorstehenden wurde unterstellt, dass das ümsteuerventil direkt angesteuert,d.h. durch Zuführen von Druckfluidum betätigt wird. Selbstverständlich könnten auch mittelbar angesteuerte Umsteuerventile verwendet werden. In einem solchen Falle würde die Steuernut 7 und die Bohrung 6 entfallen und die Bohrung 4 wäre mit dem Rücklauf bzw. Auslauf zu verbinden. Es versteht sich ferner, dass die Bohrungen 4, 5 und 6 nicht nur im Umfangssinne gestaffelt sein könnten, obwohl diese Anordnung zweifelsohne eine extrem kurze Bauweise ermöglicht.In the above it was assumed that the transfer valve is direct controlled, i.e. is actuated by supplying pressurized fluid. Of course, indirectly controlled reversing valves could also be used. In such a case the tax groove 7 and the bore 6 are omitted and the bore 4 would have to be connected to the return or outlet. It goes without saying that the bores 4, 5 and 6 could not only be staggered in the circumferential sense, although this arrangement is undoubtedly an extreme short construction allows.
Nebst den bereits erwähnten Vorteilen ist noch darauf hinzuweisen, dass die beschriebene Bauweise niedrige Fertigungskosten bringt und darüber hinaus ermöglicht, FederScheibenpakete einzusetzen und. beliebig eine lineare oder progressive Federcharakteristik zu realisieren.In addition to the advantages already mentioned, it should also be pointed out that the construction described brings low production costs and also enables the use of spring washer packs and. any linear or progressive spring characteristic realize.
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