DE3226468C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei einer aus der DE-OS 29 16 191 bekannten Vorrichtung ist der Hilfskolben außerhalb des Zylinderraums in einem getrennten und über ein eigenes Wegesteuerventil ansteuerbaren Zylinderraum untergebracht. Der Hilfskolben dient dazu, die Kolbenstange und den Arbeitskolben entgegengesetzt zu der Kraft in eine Grundstellung zu verstellen, die sich aus der Querschnittsdifferenz zwischen den beiden unterschiedlich dimensionierten Teilen der Kolbenstange bei in der Primär- und der Sekundärkammer herrschendem Druck ergibt. An der taktweisen Arbeit des Arbeitskolbens nimmt der relativ zur Kolbenstange freibewegliche Hilfskolben nicht teil. Ferner ist zur Dämpfung der Rückholbewegung des Arbeitskolbens und der Kolbenstange ein mechanischer Dämpfer erforderlich, der ebenfalls das Arbeiten des Arbeitskolbens nicht unterstützt.

Bei einem aus der DE-AS 15 76 175 bekannten Arbeitszylinder zur Schaltung eines Getriebes eines Motorfahrzeuges ist am in der Primär- und der Sekundärkammer wechselweise beaufschlagbaren Arbeitskolben ein Hilfskolben abgedichtet verschiebbar, der bei gleichzeitiger Beaufschlagung der Primär- und der Sekundärkammer einen starren Anschlag für den Arbeitskolben bildet, um diesen zwischen seinen beiden Endstellungen in einer definierten Mittelstellung einzustellen. Die Kolbenstange ist fest mit dem Arbeitskolben verbunden. Der für die Anschlagfunktion maßgebliche Außendurchmesser des Hilfskolbens ist größer als der für die Verstellung des Arbeitskolbens in dieser Beaufschlagungsrichtung maßgebliche Außendurchmesser.

Ausgehend von der eingangs geschilderten Vorrichtung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, auf baulich einfache Weise die Leistungsfähigkeit des Arbeitskolbens zu erhöhen und für diese Erhöhung die Rückholbewegungsenergie des Arbeitskolbens und der Kolbenstange zu benutzen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Mit dieser Ausbildung wird bei der Rückstellung des Arbeitskolbens und der Kolbenstange nach dem ersten Arbeitshub die Hülse gegen die an ihr vom Druck in der Primärkammer in Arbeitsrichtung wirksame Kraft verstellt. Der Arbeitskolben und mit ihm die Kolbenstange wird ohne harten Anschlag abgefangen, weil die den Arbeitskolben abfangende Hülse unter Abheben vom Anschlag nachgibt. Die dabei als Vorspannung von der Hülse gespeicherte Energie wird beim nachfolgenden Arbeitshub an den Arbeitskolben abgegeben, so daß ohne zusätzlichen Energieaufwand mit dem ohnedies in der Primärkammer aufgebauten Druck für den Arbeitskolben bei jedem zweiten und folgenden Arbeitshub eine größere Arbeitskraft als beim ersten Arbeitshub an der Kolbenstange wirkt. Durch die Hülse wird die in Arbeitsrichtung wirksame Beaufschlagungsfläche des Arbeitskolbens nicht reduziert. Mit dieser Maßnahme ist eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Vorrichtung möglich, die zu einer beachtlichen Leistungssteigerung führt und bei vorgegebenen Arbeitskräften eine kleinere und damit preiswertere Ausbildung der Vorrichtung erlaubt.

Zweckmäßige Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt, und

Fig. 2-4 Ausschnitte aus Fig. 1 in un­ terschiedlichen Arbeitsstel­ lungen von Komponenten einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Arbeitskraft.

Eine Vorrichtung 1 zum Erzeugen einer Arbeitskraft, die beispielsweise als Ramme eingesetzt wird und senkrecht wirkt, weist ein Gehäuse 2 mit einem abgestuften Zylinderraum 3 auf, der durch einen abgedichtet verschiebbaren Flansch 4b eines Arbeitskolbens 4 in eine zylindrische Primärkammer 3a und eine zylindrische Sekundärkammer 3b geteilt ist. Zusätzlich ist der Arbeitskolben 4 mit einem Kragen 4a abgedichtet auf einer Kolbenstange 5 verschiebbar, deren beide Enden abgedichtet aus dem Gehäuse 2 herausgeführt sind. Zur Kraftübertragung vom Arbeitskolben 4 auf die Arbeitsstange 5 ist diese mit einem umlaufenden Koppelanschlag 6 versehen. Beiderseits des Koppelanschlags 6 weist die Kolbenstange 5 Teile 5a, 5b mit unterschiedlichen Durchmessern auf. Der den Arbeitskolben 4 tragende Teil 5a ist im Durchmesser größer als der durch die Sekundärkammer 3b ragende Teil 5b. Der Teil 5b trägt an seinem aus dem Gehäuse 2 ragenden Ende eine Kupplung 7, an die im gezeigten Ausführungsbeispiel eine nur angedeutete Spundbohle 8 angeschlossen ist.

In der Primärkammer 3a ist ein umlaufender Anschlag 11 mit einer zylindrischen Führungsfläche 11′ vorgesehen. Oberhalb des Anschlags 11 ist der Innendurchmesser 3a′ der Primärkammer 3a kleiner als der Innendurchmesser 3a′′ unterhalb des Anschlags 11 und in der Sekundärkammer 3b. In der Primärkammer 3a ist eine Hülse 9 verschiebbar gelagert, die mit ihrer freien Innenbohrung 9b den Teil 5a der Kolbenstange 5 mit radialem Abstand umgibt und in ihrer in den Fig. 1 und 2 gezeichneten Grundstellung mit einem äußeren, umlaufenden Bund 10 am Anschlag 11 anliegt. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel ist der Anschlag 11 einstückig mit dem Gehäuse 2 ausgebildet. Es ist auch möglich, den Anschlag 11 getrennt vom Gehäuse 2 herzustellen und ortsfest oder verschiebbar im Gehäuse 2 anzuordnen. Bei einer verschiebbaren Anordnung des Anschlags 11 muß im Gehäuse 2 eine Schulter oder dgl. vorgesehen werden, die die Grundstellung des Anschlags 11 und damit die gezeichnete Grundstellung der Hülse 9 bestimmt. Der mit 10a bezeichnete Außendurchmesser des Bundes 10 gleitet im Innendurchmesser 3a′ der Primärkammer 3a. Gleichzeitig gleitet die Hülse 9 mit einem gegenüber dem Außendurchmesser 10a verkleinerten Außendurchmesser 9a an der Führungsfläche 11′ des Anschlags 11. Zwischen dem Bund 10 und dem Anschlag 11 wird ein Ringraum 16 begrenzt (Fig. 4) , der durch einen Kanal 15 druckentlastet ist. Der Kanal 15 ist beispielsweise mit einem nicht-gezeichneten Vorratsbehälter für flüssiges Druckmittel verbunden und stellt sicher, daß der Ringraum 16 ständig drucklos ist.

In der Grundstellung der Hülse 9 liegt der Arbeitskolben 4 mit dem Flansch 4b an einer ihm zugewandten Stirnfläche 12 der Hülse 9 an. Die Hülse 9 bestimmt die Grundstellung des Arbeitskolbens 4. In die Stirnfläche 12 sind radiale Nuten 13 eingearbeitet, die sicherstellen, daß in der gezeigten Stellung des Arbeitskolbens 4 und der Hülse 9 die Primärkammer 3a mit einem durch den Flansch 4b des Arbeitskolbens 4 und die Hülse 9 abgetrennten Raum 14 in druckübertragender Verbindung bleibt.

Die Primärkammer 3a ist über einen Kanal 17 mit verhältnismäßig großem Querschnitt mit einem in diesem Ausführungsbeispiel als Kolbenspeicher ausgebildeten und mit vorgespanntem Druckgas gefüllten Energiespeicher 18 verbunden, wobei in den Kanal 17 eine Druckmittelzufuhrleitung 19 mündet, die an eine nicht-gezeichnete Druckmittelquelle, beispielsweise Pumpe, angeschlossen ist. Von der Primärkammer 3a führt ein Druckmittelkanal 20, an den eine nicht-gezeichnete Leitung mit einem Steuerventil und/oder einem Rückschlagventil angeschlossen ist, zu einem Kanal 21 zur Sekundärkammer 3b. Der Kanal 21 ist zusätzlich ohne nennenswerten Drosselwiderstand an eine nicht-dargestellte Entspannungseinheit bekannter Bauart angeschlossen, die das Entspannungsvolumen der Sekundärkammer 3b aufnehmen kann. Dieses Entspannungsvolumen ist kleiner als das Gesamtvolumen der Sekundärkammer 3b.

Bei der Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung 1 wird davon ausgegangen, daß mit Ausnahme des Kanals 15 alle freien Räume einschließlich die Kanäle des Gehäuses sowie alle Druckmittelleitungen vollständig mit flüssigem Druckmittel, beispielsweise Hydrauliköl, und der Energiespeicher 18 mit einem unter einem vorbestimmten Druck stehenden Gas gefüllt sind. Dabei nehmen alle beweglichen Teile der Vorrichtung 1 vorerst nicht genau definierte Stellungen ein.

Beim Anschalten der Pumpe baut sich in der Druckmittelzufuhrleitung 19, im Kanal 17 sowie in der Primärkammer 3a und im Raum 14 ein Druck auf, der zwischen 160 und 300 bar betragen kann. Der Druckaufbau bewirkt, daß der Kolben 22 des Energiespeichers 18 beispielsweise die in Fig. 1 gezeichnete Lage einnimmt. Dadurch, daß der Ringraum 16 drucklos ist, wird die Hülse 9 mit ihrem Bund 10 zum Anliegen am Anschlag 11 gebracht, d. h. die Hülse nimmt infolge ihrer unterschiedlichen druckwirksamen Beaufschlagungsflächen die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Lage ein und überwindet damit die sich aus der Differenzfläche der Kolbenstangenteile 5a, 5b und dem Druck ergebende Kraft. Über den Druckmittelkanal 20 und den Kanal 21, die über das Steuerventil und/oder Rückschlagventil miteinander in Strömungsverbindung stehen, stellt sich auch in der Sekundärkammer 3b der gleiche Druck wie in der Primärkammer 3a ein. Da der Querschnitt des Kolbenstangenteils 5b in der Sekundärkammer 3b kleiner als der Querschnitt des Teils 5a in der Primärkammer 3a ist, wird die Kolbenstange 5 aus ihrer vorerst nicht genau definierten Stellung gegen den Arbeitskolben 4 bewegt, den sie dann mittels des Koppelanschlages 6 mit dem Flansch 4b an der Stirnfläche 12 der Hülse 9 anlegt (Fig. 1 und 2). Bei gleichgroßem Querschnitt in der Kolbenstange 5 beiderseits des Koppelanschlags 6 könnte diese Grundstellung auch durch eine äußere Kraft, z. B. eine Feder oder dgl., eingestellt werden.

Um sicherzustellen, daß dabei die Hülse 9 nicht mit ihrem Bund 10 vom Anschlag 11 abhebt, muß die vom Druck in Arbeitsrichtung (nach unten) beaufschlagte Differenzbeaufschlagungsfläche der Hülse 9 größer als die vom Druck beaufschlagte Differenzfläche der Kolbenstangenteile bzw. die erwähnte von außen aufgebrachte Kraft sein.

Zur Durchführung eines ersten Schlages wird die Verbindung zwischen der Primärkammer 3a und der Sekundärkammer 3b gesperrt und die Sekundärkammer 3b mit der Entspannungseinheit verbunden und druckentlastet. Dies hat eine schlagartige Belastung des Arbeitskolbens 4 und damit der Kolbenstange 5 zur Folge. Dabei findet eine Relativbewegung zwischen der Kolbenstange 5 mit dem Arbeitskolben 4 und dem Gehäuse 2 statt, wobei sich das Gehäuse 2 und eine gegebenenfalls damit verbundene Zusatzmasse reaktiv gegenüber der mittels der Kupplung 7 an der Spundbohle 8 anliegenden Kolbenstange mit ihrem Arbeitskolben 4 heben (Fig. 3). Das bei diesem Schlag aus der Sekundärkamner 3b verdrängte Entspannungsvolumen wird von der Entspannungseinheit aufgenommen.

Sobald das Entspannungsvolumen aufgebraucht ist, baut sich durch die noch nicht vollständig vom Schlag beendete Relativbewegung in der Sekundärkammer 3b ein geringfügig höherer Druck auf als in der Primärkammer 3a. Dies bewirkt, daß der Arbeitskolben 4 vom Koppelanschlag 6 der Kolbenstange 5 abhebt und sich im Gehäuse 2 nach oben relativ auf die Hülse 9 zu bewegt. Diese Bewegung hält solange an, bis die noch vorhandene kinetische Restenergie durch äußere Widerstände oder durch die hydraulische Abstützung in der Sekundärkammer 3b aufgebraucht ist.

Anschließend bewegen sich das Gehäuse 2 sowie die am Anschlag 11 anliegende Hülse 9 und der noch im Abstand zwischen der Hülse 9 und dem Koppelanschlag 6 befindliche Arbeitskolben nach unten. Beim Auftreffen der am Anschlag 11 anliegenden Hülse auf den Arbeitskolben 4 und beim nachfolgenden Auftreffen des Arbeitskolbens 4 auf den Koppelanschlag 6 der Kolbenstange 5 wird die noch vorhandene kinetische Energie des Gehäuses 2 und einer eventuell mit dem Gehäuse 2 verbundenen Zusatzmasse über den Koppelanschlag 6 auf die Kolbenstange 5 übertragen, wobei der noch vorhandene Druckausgleich zwischen der Primärkammer 3a und der Sekundärkammer 3b durch den Kraftschluß zwischen dem Arbeitskolben 4 und dem Koppelanschlag 6 unterbrochen wird. Der Druck in der Sekundärkammer 3b wird abgebaut. Der Druck in der Primärkammer 3a steigt aufgrund des an ihm angeschlossenen Energiespeichers 18 nur geringfügig an. Dadurch hebt sich die Hülse 9 mit ihrem Bund 10 vom Anschlag 11 (Fig. 4) was einer Vergrößerung der Sekundärkammer 3b gleich kommt. Durch die jetzt in der Sekundärkammer 3b befindliche Druckmittelmenge, die größer ist als vor dem ersten Schlag, und die beispielsweise infolge des Rückschlagventils nicht abströmt, werden die Hülse 9, der Arbeitskolben 4 und die Kolbenstange 5 bis zur Einleitung des nächsten Schlages, der meist sofort nach dem ersten Schlag erfolgt, in ihrer Stellung gemäß Fig. 4 gehalten.

Bei der Entspannung der Sekundärkammer 3b für den nächsten Schlag bewirkt der in der Primärkammer 3a herrschende Druck auf der in Arbeitsrichtung größeren, wirksamen Differenzbeaufschlagungsfläche der Hülse 9 eine Verschiebung der Hülse 9 relativ zum Gehäuse 2 in Richtung auf den Anschlag 11, wobei eine damit erzeugte zusätzliche Kraft über den Arbeitskolben 4, die Kolbenstange 5 und die Kupplung 7 auf die Spundbohle 8 übertragen wird. Dies bedeutet, daß mit dem zweiten Schlag die von der Kolbenstange 5 abgegebene Kraft größer ist als beim ersten Schlag. Beim dritten Schlag ist die abzugebende Kraft als Folge einer etwas größeren Rückstellenergie noch geringfügig größer als beim zweiten Schlag, wobei etwa ab dem vierten Schlag keine Krafterhöhung mehr auftritt. Diese schrittweise Krafterhöhung wird ohne zusätzliche Energieaufnahme erreicht und verbessert den Wirkungsgrad der Vorrichtung 1.

In Abänderung des erläuterten Ausführungsbeispiels ist es möglich, den Anschlag 11 im Gehäuse 2 verschiebbar anzuordnen. Dies stellt sicher, daß die Hülse 9 mit ihrem Bund 10 nicht hart auf den Anschlag 11 auftrifft. In diesen Fall muß der Anschlag 11 jedoch so ausgebildet sein, daß er durch den Druck in der Primärkammer 3a bzw. im Raum 14 in seine Grundstellung, beispielsweise gegen eine Schulter des Gehäuses 2, bewegbar ist. Ferner ist es möglich, die Hülse 9 zumindest teilweise aus der Primärkammer 3a herausragen zu lassen. Neben der für die Krafterhöhung erforderlichen Beaufschlagung durch den Druck in der Primärkammer 3a muß sich die Hülse 9 dann durch einen gesondert aufgebrachten Druck in ihre Grundstellung einstellen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Erzeugen einer Arbeitskraft, insbesondere für eine Ramme, Presse oder dgl., mit einem einen Hydraulik-Zylinderraum enthaltenden Gehäuse, mit einem den Zylinderraum in eine Primär- und eine Sekundärkammer trennenden, verschiebbaren Arbeitskolben im Zylinderraum, mit einer den Arbeitskolben durchsetzenden und mit wenigstens einem Arbeitsende aus dem Gehäuse ragenden, im Zylinderraum abgedichtet und relativ zum Arbeitskolben in Arbeitsrichtung voreilend verschiebbaren Kolbenstange, die mit dem Arbeitskolben über einen in Arbeitsrichtung wirksamen Koppelanschlag koppelbar ist, mit einer an die Primärkammer angeschlossenen, einen permanent wirksamen Energiespeicher aufweisenden Druckversorgung, mit einer druckübertragenden Verbindung zwischen der Primär- und der Sekundärkammer, mit einer an die Sekundärkammer wahlweise anschließbaren Entspannungseinheit, und mit einem in Arbeitsrichtung mit Druck beaufschlagbaren und relativ zum Arbeitskolben und der Kolbenstange verschiebbar angeordneten Hilfskolben, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben eine in der Primärkammer (3a) angeordnete Hülse (9) mit freier Innenbohrung (9b) ist, daß in der Primärkammer (3a) in Arbeitsrichtung ein Anschlag (11) für die Hülse (9) vorgesehen ist, der den Hubweg der Hülse (9) in Arbeitsrichtung begrenzt, daß die Hülse (9) mit einem umlaufenden Bund (10) im Innendurchmesser (3a′) der Primärkammer (3a) und mit einem gegenüber dem Bund (10) verkleinerten Außendurchmesser (9a) an einer am Anschlag (11) vorgesehenen Führungsfläche (11′) jeweils abgedichtet geführt ist, derart, daß die Hülse (9) in Arbeitsrichtung eine größere druckwirksame Beaufschlagungsfläche aufweist als entgegengesetzt zur Arbeitsrichtung, und daß der Arbeitskolben (4) an seiner dem Koppelanschlag (6) gegenüberliegenden Seite gegen die Hülse (9) zur Anlage bringbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Hülse (9) zwischen dem Bund (10) und dem Anschlag (11) innerhalb der Primärkammer (3a) begrenzter Ringraum (16) druckentlastet ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (10a) des Bundes (10) in der Hülse (9) kleiner ist als der Außendurchmesser des Arbeitskolbens (4).

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (11) für die Hülse (9) im Gehäuse (2) in Längsrichtung des Zylinderraums (3) relativ zu einer gehäusefesten Schulter verschiebbar angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (5) in ihrem in der Sekundärkammer (3b) liegenden Teil (5b) einen kleineren Querschnitt aufweist als in ihrem in der Primärkammer (3a) liegenden Teil (5a), und daß der Querschnittsunterschied zwischen den Teilen (5a, 5b) kleiner ist als der in Arbeitsrichtung wirksame Unterschied der Beaufschlagungsflächen der Hülse (9).

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hülse (9) von der Primärkammer (3a) nach außen erstreckt und außerhalb eine weitere Beaufschlagungsfläche aufweist, und daß die weitere Beaufschlagungsfläche mit einem gesonderten Druck, z. B. einem Gasdruck, in Arbeitsrichtung beaufschlagbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Arbeitskolben einen an der Kolbenstange abgedichtet geführten Kragen und einen am in Arbeitsrichtung vorneliegenden Ende des Kragens angeordneten, am Innendurchmesser des Zylinderraums abgedichtet verschiebbaren Flansch aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (9) den Kragen (4a) mit radialem Abstand umgibt, daß eine in Arbeitsrichtung vorneliegende Stirnfläche (12) der Hülse (9) am Flansch (4b) zur Anlage bringbar ist, und daß in der Stirnfläche (12) radiale Strömungsdurchgänge, z. B. Nuten (13), vorgesehen sind, die bei am Flansch (4b) anliegender Stirnfläche (12) eine Strömungsverbindung zwischen der Innenbohrung (9b) der Hülse (9) und einem zwischen der Hülse (9) und dem Flansch (4b) des Arbeitskolbens (4) begrenzten Raum (14) der Primärkammer (3a) bilden.