DE3131021C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Kraftzylindereinheit ge­ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kraftzylindereinheiten dieser Gattung sind bekannt (DE-PS 11 45 017). Sie haben den Vorteil, daß sich der Arbeitskolben im Vorlauf zunächst im Eilgang vorwärtsbewegt, bis seine abtriebsseitige Kolbenstange, in der Regel beim Auftreffen des Werkzeugs auf das Werkstück, auf Widerstand stößt, und bis dahin das aus dem abtriebsseitigen Arbeitszylinderraum verdrängte Druckmittel in den antriebsseitigen Arbeitszylin­ derraum zurückfließt, so daß es antriebsseitig nicht von der Druckmittelquelle zugeführt zu werden braucht. Das Auftreten des Widerstandes an der Kolbenstange bewirkt, daß der Druck des zugeführten Druckmittels steigt, und unter diesem steigen­ den Druck setzt sich dann auch der Druckübersetzerkolben in Bewegung, woraufhin durch ihn sofort die Verbindung zwischen den Arbeitszylinderräumen beiderseits des Arbeitskolbens unterbrochen und damit die normale Funktion des Drucküber­ setzers hergestellt wird, so daß dann der Krafthub einsetzt.

Für die einwandfreie Funktion von Kraftzylindereinheiten die­ ser Gattung ist es somit sehr wichtig, daß sich der bereits während des Eil-Vorlaufs vom zugeführten Druckmittel beauf­ schlagte Druckübersetzerkolben nicht vorzeitig, d. h. nicht bevor der Arbeitskolben seine Nutzhubausgangsstellung er­ reicht hat, in Bewegung setzt. Dies suchte man bei den be­ kannten Kraftzylindereinheiten dadurch zu erreichen, daß der Druckübersetzerkolben in seiner Ausgangsposition antriebssei­ tig mit dem Druckmittelanschluß für den Vorlauf nur über eine enge Bohrung in Verbindung steht und einen Zulauf von größe­ rem Querschnitt erst dann erhält, wenn er seine Ausgangspo­ sition verlassen hat. Diese Maßnahme trägt den sehr beschränkten Raumverhältnissen in einer Kraftzylindereinheit und dem Umstand, daß der Rückfluß aus dem antriebsseitigen Druckmittelraum des Druckübersetzerzylinders beim Rücklauf des Arbeitskolbens unbehindert bleiben soll, Rechnung, er­ fordert aber zum einen konstruktiv einen erheblichen Aufwand und führt, was besonders schwerwiegend ist, zum anderen auch nicht mit unbedingter Sicherheit zu dem angestrebten Erfolg, weil dieser davon abhängt, daß der Druck des zugeführten Druckmittels im Eil-Vorlauf so niedrig bleibt und dieser auch nur so kurz währt, daß über die enge Bohrung nicht doch eine für die Freigabe des größeren Zuflußquerschnitts ausreichende Druckmittelmenge in den antriebsseitigen Zylinderraum des Druckübersetzerzylinders gelangt, bevor der Arbeitskolben seine Ausgangsposition für den Krafthub erreicht hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kraftzylinderein­ heiten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so zu ge­ stalten, daß das für deren Gesamtfunktion entscheidende Zu­ rückhalten des Druckübersetzerkolbens bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Arbeitskolben die Nutzhub-Ausgangsposition er­ reicht hat, auf konstruktiv einfachere Weise und zudem mit unbedingter Zuverlässigkeit erreicht wird.

Die vorstehende Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete hydraulische Kraftzylindereinheit gelöst.

Der Lösungsweg gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentan­ spruchs 1 macht sich den Umstand zunutze, daß der Kraftzy­ lindereinheit im Eilgang das Druckmittel mit relativ niedri­ gem Druck und doch in solcher Menge je Zeiteinheit zugeführt wird, daß an einer Düse von den Rückfluß nicht störend beein­ trächtigendem, relativ großem Querschnitt ein so hoher dyna­ mischer Druck erzeugt werden kann, daß in dem Raum von er­ weitertem Querschnitt der statische Druck auf Werte absenkbar ist, die beim oder unter dem Atmospährendruck liegen können, so daß im Eilgang-Vorlauf des Arbeitskolbens auch bei ein­ facher Entlüftung des abtriebsseitigen Zylindrraumes des Druckübersetzerzylinders zur Atmosphäre keine Druckdifferenz vorhanden ist, die den Druckübersetzerkolben in Gang setzen könnte. Die Entlüftung des vorgenannten Zylinderraumes zur Atmosphäre ist aber keine zwingende Voraussetzung. Wichtig ist nur, daß der Druck in diesem Zylinderraum im Eilgang-Vor­ lauf nicht kleiner ist als der zur Antriebsseite des Druck­ übersetzerkolbens hin aus der Druckmittelkammer abgeleitete Druck. Dies ist in Anbetracht der mit der Düse erzielten Differenz der statischen Drücke auf deren Anström- und deren Abströmseite immer leicht erreichbar. Sobald jedoch die ab­ triebsseitige Kolbenstange auf einen Widerstand trifft, bleibt der Arbeitskolben, und mit ihm der Eilgangkolben, kurzzeitig stehen, was zur Folge hat, daß der Druck des über den Vorlauf-Zufluß zugeführten Druckmittels auf den zur Durchführung des Krafthubs erforderlichen Wert wächst und im Verlaufe dieses Druckanstiegs auch der Druck auf der An­ triebsseite des Druckübersetzerkolbens rasch Werte erreicht, die über demjenigen des Druckes auf dessen Abtriebsseite liegen, so daß sich dann der Druckübersetzerkolben in Bewe­ gung setzt, die Verbindung zwischen der Abtriebsseite und der Antriebsseite des Arbeitskolbens unterbricht und den Arbeits­ kolben sodann mit Druckübersetzung über den Nutzhub bewegt.

Im Rückhub des Arbeitskolbens wird auch der Druckübersetzer­ kolben in seine Vorlauf-Ausgangslage zurückverlagert, wobei das auf seiner Antriebsseite befindliche Druckmittel, durch die Düse im wesentlichen unbehindert, über den Druckmittelan­ schluß, über den es im Vorlauf zuströmte, wieder abströmen kann.

Die Unteransprüche 2 bis 4 haben vorteilhafte Weiterbildungen des Lösungsweges gemäß Patentanspruch 1 zum Gegenstand.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spieles einer Kraftzylindereinheit in Verbindung mit der ein­ zigen Figur der Zeichnung noch näher erläutert, die die Kraftzylindereinheit schematisch im Längsschnitt zeigt.

Die Kraftzylindereinheit weist ein Gehäu­ se 1 auf, in das ein Arbeitszylinder 2 und - rechts daran an­ schließend - ein ringförmiger Druckübersetzerzylinder 3 ein­ gearbeitet sind. Der Arbeitszylinder 2 ist über seine ganze Länge von einem Ringspalt 4 umgeben, an dessen Ende Radial­ kanäle 4₁ und 4₂ eine Verbindung des Spaltes 4 mit dem ab­ triebsseitigen Zylinderraum 2 a bzw. mit dem antriebsseitigen Zylinderraum 2 b des Arbeitszylinders 2 herstellen.

Der Ringspalt 4 ist rechts von den Radialkanälen 4₁ gegen den abtriebsseitigen Zylinderraum 3 b des Druckübersetzerzylinders 3 abgedichtet.

Der ringförmige Druckübersetzerzylinder 3 wird radial ein­ wärts von einem zylindrischen Gehäuseansatz 1₂ begrenzt, der bis übar die radialen Verbindungskanäle 4₁ hinaus in den an­ triebsseitigen Zylinderraum 2 b des Arbeitszylinders 2 hinein­ ragt. Dieser Ansatz 1₂ hat einen solchen Durchmesser und ist so angeordnet, daß zwischen dem Zylindermantel des Arbeits­ zylinders 2 und der äußeren Mantelfläche des Gehäuseansatzes 1₂ ein ringförmiger Spalt von gleichmäßiger Breite vorhanden ist, der in den antriebsseitigen Arbeitszylinderraum 2 b über­ geht, also in diesen einbezogen ist.

Der Gehäuseansatz 12 ist innen hohl sowie nach links offen und bildet zusammen mit einem zentralen weiteren Gehäusean­ satz 1₁ einen ringförmigen Eilgangzylinder 6.

In dem Arbeitszylinder 2 ist der Arbeitskolben 7 gleitbar an­ geordnet. Er hat auf der linken Seite eine Kolbenstange 7₁, die aus dem Gehäuse 1 austritt und zum Werkzeug oder dgl. führt, und auf der rechten Seite einen kolbenstangenförmigen Ansatz, der als Rohrkolben ausgeführt ist und den Vorlauf­ Eilgangkolben 7₂ bildet, der gegen den Arbeitszylinderraum 2 b abgedichtet in den Eilgangzylinder 6 eintaucht. Der Vor­ lauf-Eilgangkolben 7₂ ist an seinem rechten Ende auch gegen den zentralen, zylindrischen Gehäuseansatz 11 abgedichtet, wobei links von der Abdichtung zwischen ihm und dem Gehäuse­ ansatz 1₁ ein Ringspalt 7₄ belassen ist, der in der Vorlauf­ Ausgangsstellung des Kolbenaggregats eine verengte Verbindung zwischen dem links vor der Stirnfläche des Gehäuseansatzes 1₁ befindlichen Hohlraum 18 und schräg verlaufenden Kanälen 7₃ herstellt, die von dem abtriebsseitigen Arbeitszylinder­ raum 2 a her durch den Kolben 7 hindurch führen und an der inneren Mantelfläche 7₅ des Vorlauf-Eilgangkolbens 7₂ münden. Die Mündungen der Kanäle 7₃ sind so angeordnet, daß sie in der Ausgangsstellung des Kolbenaggregats sowie über die Anfangs­ strecke der Vorlaufbewegung bzw. Endstrecke der Rücklaufbewe­ gung des Arbeitskolbens 7 vom Ansatz 1₁ schieberartig über­ deckt sind, wobei allerdings der verengte Spalt als Verbindung zum Hohlraum 18 verbleibt.

Der Hohlraum 18 hat über einen Längskanal 11 a durch den Ansatz 1₁ hindurch Verbindung zu einem Druckmittel-Anschluß 11 an der antriebsseitigen Gehäusestirnwand 1 a, so daß der Druckmittel­ anschluß 11 jederzeit , je nach Stellung des Kolbenaggregats mehr oder minder gedrosselt, mit dem abtriebsseitigen Arbeits­ zylinderraum 2 a verbunden ist.

In dem Druckübersetzerzylinder 3 ist ein Druckübersetzerkol­ ben 9 gleitbar, der abtriebsseitig einen ringförmigen Tauch­ kolbenansatz 9₁ aufweist, der sich an den Gehäuseansatz 1₂ anschmiegt und dessen Querschnitt 9₂ nur um ein Laufspiel gerin­ ger ist als die Breite des Spaltes zwischen dem Gehäuseansatz 1₂ und der Mantelwand des Arbeitszylinders 2. Der Tauchkolben­ ansatz 9₁ ist so lang, daß er auch in der Ausgangsposition des Druckübersetzerkolbens 9 bis in den Ringspalt zwischen dem Gehäuseansatz 12 und der Mantelwand des Arbeitszylinders 2 hineinragt, jedoch nur so weit, daß er in dieser Position die radialen Verbindungskanäle 4₁ gerade noch nicht überdeckt.

Der Tauchkolbenansatz 9₁ ist von dem über einen Kanal 14 zur Atmosphäre entlüfteten abtriebsseitigen Zylinderraum 3 b des Druckübersetzerzylinders 3 umgeben

Von rechts her führt, ebenfalls an der Stirnwand 1 a des Ge­ häuses 1, ein Druckmittelzufluß, der den Vorlauf-Zufluß 10 bildet, über eine Düse 12₁ in eine Druckmittelkammer 13, in die das der Kraftzylindereinheit im Eil-Vorlauf zugeführte Druckmittel als Strahl in einen Raum von erweitertem Quer­ schnitt eintritt. Aus der Druckmittelkammer 13 heraus führt eine erste Druckmittelverbindung 13₁ zu dem antriebsseitigen Zylinderraum 3 a des Druckübersetzerzylinders 3 und eine zweite Druckmittelverbindung 13₂ zu dem antriebsseitigen Zylinder­ raum 6 a des Vorlauf-Eilgang-Zylinders 6. Die erste Druckmit­ telverbindung 13₁ zweigt aus jenem Bereich der Druckmittel­ kammer 13 ab, in dem der Druckmittelstrahl aus der Düse 12₁ einen Unterdruck bezüglich des Drucks auf der Anströmseite der Düse 12₁ erzeugt.

Die Ausschnittsvergrößerung in der Zeitung zeigt besonders deutlich, daß die Düse 12₁ aus einer engen Bohrung in einem Düsenkörper 12 besteht, der umfangsseitig abgedichtet vor der Druckmittelkammer 13 in den Vorlauf-Zufluß 10 eingefügt ist. Die Druckmittelkammer 13 hat zylindrischen Querschnitt, und der Düsenkörper 12 ragt mit einem kegelig verjüngten Ansatz 12₂ von gegenüber dem Querschnitt der Druckmittelkammer 13 kleinerem Querschnitt in diese vor. Die erste Druckmittelver­ bindung 13₁ zweigt aus dem den Ansatz 12₂ des Düsenkörpers 12 umgebenden Bereich der Druckmittelkammer 13 zu dem antriebs­ seitigen Zylinderraum 3 a des Druckübersetzerzylinders 3 hin ab.

Für den Vorlauf des Kolbenaggregats wird dem Vorlauf-Zufluß 10 Druckmittel von einer Druckmittelquelle her zugeführt. Zu­ nächst bewirkt diese Druckmittelzufuhr mangels eines größeren Widerstandes auf der Abtriebsseite des Arbeitskolbens 7 und infolge der Beaufschlagung des Vorlauf-Eilgangkolbens 7₂ einen Vorlauf des Kolbenaggregats im Eilgang, wobei der Druck im Vorlauf-Zufluß 10 nur mäßig ist und der Druckmittelstrahl aus der Düse 12, in dem den Düsenansatz 12₂ umgebenden Bereich einen Unterdruck gegenüber dem anströmseitigen Druck erzeugt, der bei entsprechender Bemessung der Düse 12₁ auf eine solche absolute Größe eingestellt werden kann, daß er den Atmosphären­ druck, der auf der Abtriebsseite des Druckübersetzerkolbens vorherrscht, mindestens nicht übersteigt. Dadurch wird der Druckübersetzerkolben 3 während des Eilgangs sicher in seiner Ausgangsposition gemäß Zeichnung gehalten.

Wenn die Kolbenstange 7₁ auf Widerstand trifft, bleibt der Arbeitskolben 7 zunächst - und kurzzeitig - stehen, und mit ihm auch der Vorlauf-Eilgangkolben 7₂. Dies hat zur Folge, daß der Druck im Vorlauf-Zufluß 10 stark ansteigt, so daß auch der Druck auf der Antriebsseite des Druckübersetzerkolbens 9 rasch auf Werte wächst, die über dem Atmosphärendruck liegen. Der Druckübersetzerkolben 9 kann sich sodann entsprechend seiner ihm zugedachten Funktion kraftvoll nach links bewegen, wobei er gleich zu Beginn die Radialkanäle 4₁ verschließt und im Anschluß daran den Arbeitskolben 7 mit Druckübersetzung über den Krafthub bewegt. Während des Krafthubs entweicht das Druckmittel aus der abtriebsseitigen Arbeitszylinderkammer 2 a über die Kanäle 7₃ , den Hohlraum 18 und den Kanal 11 _a zum Anschluß 11.

Für den Rücklauf des Kolbens werden die Druckbeziehungen an den Anschlüssen 10 und 11 vertauscht, d. h. der Anschluß 11 wird für den Rücklauf der Zufluß und der Anschluß 10 für den Rücklauf der Abfluß.

Zu Beginn des Rücklaufs sind die Radialkanäle 41 noch ver­ schlossen. Das in die Kammer 2 a einströmende Druckmittel ver­ schiebt den Arbeitskolben 7 nach rechts, und zwar zunächst mit erhöhtem Druck. d. h. mit erhöhter Kraft so lange, bis der Druckübersetzerkolben 9, der unter der Druckmittelverdrängung aus dem antriebsseitigen Zylinderraum 2 b verlagert wird, seine Ausgangslage erreicht und die Radialkanäle 4₁ wieder freige­ geben hat. Sobald dies geschehen ist, bewegt sich das Kolben­ aggregat im Eilgang wieder zurück in die Ausgangsposition gemäß Zeichnung. Dies ist deswegen möglich, weil die Summe aus der Querschnittsfläche F₁ des Ansatzes 1₁ und der antriebs­ seitigen Arbeitskolbenfläche F₂ kleiner ist als die antriebs­ seitige Arbeitskolbenfläche F, so daß eine in Rücklaufrichtung wirksame Differenzfläche als Rücklauf-Eilgangkolbenfläche vor­ handen ist.

Das oben bereits angesprochene schieberartige Zusammnnwirken zwischen dem Ansatz 1₁ und dem Kolbenaggregat 7, 7₂ über die aus der Zeichnung ersichtliche verhältnismäßig kleine End­ strecke der Rücklaufbewegung des Arbeitskolbens 7, das zu einer Drosselung der Verbindung 7₃, 7₄ zwischen dem Hohlraum 18 und dem abtriebsseitigen Arbeitszylinderraum 2 a führt, hat den Zweck, den Eilgang-Rücklauf des Kolbenaggregats im letzten Endstück zu dämpfen, so daß eine schlagartige Beendigung des Rücklaufs vermieden ist.

Der bei der Kraftzylindereinheit gemäß der Zeichnung ermög­ lichte Anschluß beider für Vor- und Rücklauf benötigten Druck­ mittelleitungen an der Gehäusestirnwand 1 a hat den Vorteil, daß der Raum um die Mantelfläche des Gehäuses 1 herum unbelegt bleibt, so daß das Getriebe in optimaler Weise schmal baut.

Die Konstruktion ist insgesamt sehr einfach, insbesondere auch im Verhältnis zu der hohen Funktionstüchtigkeit unter Ein­ schluß von Eilgang und Druckübersetzung, und ergibt eine her­ vorragend betriebssichere Arbeitsweise.

Die Düse 12 besteht vorzugsweise aus Kunststoff und kann leicht ausgetauscht werden.

Die abtriebsseitige Kolbenstange 7₁ ist von einer Hülse 17 um­ geben, die vom abtriebsseitigen Arbeitszylinderraum 2 a her in das Gehäuse 1 der Kraftzylindereinheit eingeschraubt ist. Die Hülse 17 hat eine sich über ihre Länge erstreckende achspa­ rallele Bohrung 17₁, die gleitbar einen Stift 16 aufnimmt, der in eine weitere Hülse 15 eingeschraubt ist, welche gegen das Gehäuse 1 und die Kolbenstange 7₁ abgedichtet stirnseitig aus dem Gehäuse etwas herausragt und dort mit einem Werkzeug, bei­ spielsweise einem Schraubenschlüssel, gefaßt und gedreht werden kann. Beim Drehen der Hülse 15 , die gegenüber dem Ge­ häuse 1 axial gesichert ist, wird über den Stift 16 die Ge­ windehülse 17 parallel zur Kolbenstange 7₁ verstellt und damit auch deren Stirnfläche 17₂, an der der Arbeitskolben 7 in seiner linken Endstellung anschlägt. Somit ist durch Drehen der Hülse 15 die linke Endstellung des Arbeitskolbens 7, d. h. die Krafthub-Endstellung, von außen einstellbar.

Claims (4)

1. Hydraulische Kraftzylindereinheit mit druckübersetztem Kraft­ hub und mit Eilgang sowohl im Vorlauf als auch im Rücklauf, wobei die Umschaltung zwischen Krafthub und Eilgang vor Be­ ginn und nach Beendigung des Krafthubs jeweils selbsttätig stattfindet, mit einem in einem Arbeitszylinder (2) laufenden Arbeitskolben (7), einer auf einem kolbenstangen­ förmigen Ansatz (7₂) auf der Antriebsseite des Arbeitskol­ bens (7) vorgesehenen Eilgang-Kolbenfläche (F₂) für den Vor­ lauf, die in einem gegen den Arbeitszylinder (2) abgedich­ teten Vorlauf-Eilgangzylinder angeordnet ist und einen gegenüber dem wirksamen Arbeitskolbenquerschnitt auf der Antriebsseite wesentlich kleineren wirksamen Querschnitt aufweist, mit einem ringförmigen Druckübersetzerkolben (9), der in einem dem Arbeitszylinder (2) antriebsseitig vorge­ bauten Druckübersetzerzylinder (3) läuft und auf seiner Antriebsseite mit einem ringförmigen Tauchkolbenansatz von gegenüber seinem wirksamen antriebsseitigen Kolben­ querschnitt kleinerem Querschnitt abgedichtet in den an­ triebsseitigen Arbeitszylinderraum eintaucht, mit einem Ver­ bindungskanal (4, 4₁, 4₂) zwischen dem antriebsseitigen (2 b) und dem abtriebsseitigen (2 a) Arbeitszylinderraum, der in der Ausgangsposition des Druckübersetzerkolbens offen ist und von dessen Tauchkolbenansatz geschlossen wird, sobald der Druckübersetzerkolben (9) seine Ausgangsposition ver­ läßt, mit einer Rücklauf-Eilgangkolbenfläche, mit einem Vorlauf-Zufluß (10), der in die antriebsseitigen Zylinder­ räume des Vorlauf-Eilgangzylinders und des Druckübersetzerzylinders mündet, und mit einem zu dem abtriebsseitigen Arbeitszylinderraum führenden Rückfluß-Zulauf (11), dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlauf-Zufluß (10) eine Druckmittelkammer (13) aufweist, in die das der Kraftzylindereinheit im Eil-Vorlauf zugeführte Druckmittel über eine Düse (12₁) als Strahl in einen Raum von erweitertem Querschnitt eintritt und aus der heraus eine ersten Druckmittelverbindung (13₁) zu dem antriebsseitigen Zylinderraum (3 a) des Druckübersetzerzylinders (3) und eine zweite Druckmittelverbindung (13₂) zu dem antriebsseitigen Zylinderraum (6 a) des Vorlauf-Eilgangzylinders (6) führt, und daß die erste Druckmittelverbindung (13₁) aus jenem Bereich der Druckmittelkammer (13) abzweigt, in dem der Druckmittelstrahl aus der Düse (12₁) einen Unterdruck bezüglich des Druckes auf der Anströmseite der Düse (12₁) erzeugt.

2. Kraftzylindereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (12₁) aus einer engen Bohrung in einem Düsenkörper (12) besteht, der umfangsseitig abgedichtet vor der Druckmittelkammer (13) in den Vorlauf- Zufluß (10) eingefügt ist.

3. Kraftzylindereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelkammer (13) zylindrischen Querschnitt aufweist, der Düsenkörper (12) mit einem Ansatz (12₂) von gegenüber dem Querschnitt der Druckmittelkammer (13) kleinerem Querschnitt in die Druckmittelkammer (13) vorragt und die erste Druckmittelverbindung (13₁) aus dem den Ansatz (12₂) des Düsenkörpers (12) umgebenden Bereich der Druckmittelkammer (13) abzweigt.

4. Kraftzylindereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (12₂) zur Druckmittelkammer (13) hin kegelig verjüngt ist.