DE3236803A1 - Verbindung eines zylinderantriebes mit einem druckverstaerker zur baueinheit zur erzielung hoeherer kolbenkraefte - Google Patents

Verbindung eines zylinderantriebes mit einem druckverstaerker zur baueinheit zur erzielung hoeherer kolbenkraefte

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DE3236803A1
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Description

  • Verbindung eines Zylinderantriebes
  • mit einem Druckverstärker zur Baueinheit zur Erzielung höherer Kolbenkräfte Die Erfindung bezieht sich auf einen bekannten Antriebszylinder mit gradliniger Bewegung, der baulich und leitungsmäßig mit einem Druckverstärker zu einer Baueinheit verbunden ist. Hierbei ist die Aufgabe des Druckverstärkers, den Kolben des angeschlossenen Antriebszylinders mit einem wesentlich höheren Druck zu beaufschlagen als der vorhandene Druck im Druckluft-, Gas- oder Hydrauliknetz.
  • Die Erfindung besteht in der vorgenannten Verbindung der beiden Elemente "Antriebs zylinder und Druckverstärker zu einer Baueinheit. Diese Baueinheit ist dann in der Lage, durch den Druckverstärker mit einem wesentlich höheren Druck zu arbeiten als mit dem Druck, der im Netz zur Verfügung steht. Sind beispielsweise in einem Druckluftnetz 6 bar vorhanden und hat der Druckverstärker ein Übersetzungsverhältnis von 4:1, so kann der angebaute bzw. angeschlossene Antriebszylinder mit 24 bar beaufschlagt werden.
  • Es ist somit möglich, wesentlich kleinere Kolbendurchmesser im Antriebszylinder vorzusehen, so daß die Antriebszylinder wesentlich kleiner ausgeführt werden können. Beispielsweise müßte man, um 1060 kp zu bewegen, bei 6 bar ein Kolbendurchmesser von 160 mm wählen. Bei 24 bar ist ein Kolbendurchmesser von 80 mm ausreichend, um 1200 kp zu bewegen. Noch wesentlicher ist es aber, hohe Kolbenkräfte zu erzielen, die normalerweise mit dem vorhandenen Druck nicht erzielt werden können.
  • Die Unabhängigkeit von vorhandenen Gegebenheiten wird größer. In verschiedenen Fällen kann durch die wesentliche Verkleinerung des erfindungsgemäßen Antriebes die Konstruktion der Befestigung an dem anzutreibenden Apparat vereinfacht werden. Beispielsweise versucht man stets, beim Antrieb von Großarmaturen einen kleinen Antrieb mit großen Antriebskräften zu finden. Aber auch in anderen Fällen strebt man eine Lösung an, in der der Antrieb möglichst klein bei größter Leistung sein soll. Die Kombination von Zylinderantrieb mit Druckverstärker ist aber nur dann sinnvoll, wenn ebenfalls eine kleine Bauweise des Druckverstärkers möglich ist.
  • Dieses kann erzielt werden mit einem Kurzhubgerät, das automatisch arbeitet, wie in der Patentanmeldung Nr. P 3228494.2 beschriebene Es sind Antriebskraftverstärker verschiedener Art bekannt, die sich von der erfindungsgemäßen Baueinheit wesentlich unterscheiden und Nachteile aufweisen. Zu nennen sind z.B. Geräte, die pneumatisch angetrieben werden und eine hydraulische Übersetzung haben. Der Druckkraftanstieg, infolge der Übersetzung, erfolgt nur auf einem verhältnismäßig kleinen Abschnitt des Hubweges, auf keinen Fall auf dem gesamten Hubweg. Sie werden daher hauptsächlich auch nur dort eingesetzt, wo die große Kolbenkraft am Ende des Hubweges benötigt wird z.B. beim Stanzen, Prägen u.ä. Die erfindungsgemäße Baueinheit kann dagegen über dem gesamten Hubweg des Kolbens mit dem vom Druckverstärker erhöhten Druck arbeiten. Außerdem kann bei der erfindungsgemäßen Konzeption über größere Hubwege mit hohem Druck gearbeitet werden, z.B. 1000 mm. Bei dem hydraulischpneumatischen Kraftübersetzen kann man höchstenfalls 20 bis 30 mm mit dem übersetzten Druck fahren.
  • Ein weiterer Vorteil ist bei dem erfindungsgemäßen Zylinderantrieb darin zu sehen, daß keine Flüssigkeit für die Übersetzung erforderlich istç Man arbeitet mit einem Medium, hat keine Leckverluste und kann die Baueinheit kostengünstiger herstellen.
  • Es gibt außerdem noch Antriebszylinder mit mechanischer Übersetzung z,B, nach dem Kniehebelgesetz. Aber auch diese haben ähnliche Nachteile in Bezug auf den Krafthubweg. Die volle Kolbenkraft wird auch hier nur auf einem Teil des Hubweges erbracht. Außerdem ist die Mechanik kostspieliger in der Herstellung als der erfindungsgemäße Gegenstand. Man könnte den mechanisch übersetzten Antrieb auch nicht dort einsetzen, wo größere Hublängen erforderlich sind, was aber bei dem erfindungsgemäßen Antrieb möglich ist.
  • Es ist ferner bekannt, Zylinder einzusetzen, die von einem Druckübersetzer über Leitungen beaufschlagt werden. Zunächst ist der Nachteil darin zu sehen, daß diese beiden Teile keine Einheit bilden und über Leitungen verbunden werden.
  • Neben dem Antriebszylinder muß ein weiterer Platz für den Druckübersetzer vorgesehen werden. Er muß gesondert befestigt und durch Leitungen mit dem Zylinder verbunden werden. Es entstehen Mehrkosten für die Leitungsverlegung. Sie ist zudem störend und unschön. Daher sollte schon aus diesen Gründen auf Leitungen verzichtet werden, wenn diese nicht unbedingt erforderlich sind. Alle diese Nachteile entfallen bei dem er-: findung sg emäß en Antrieb.
  • Diese Baueinheit ist wie ein normaler Antriebszylinder zu montieren. Ein zusätzlicher wesentlicher Nachteil ist bei dem bekannten System aber auch darin zu sehen, daß die Anordnung von Antriebs zylinder und Druckübersetzer dezentral erfolgt und solche Druckübersetzer eingesetzt werden, die keine Kurzhubgeräte sind, sondern lang und sperrig bauen, da das notwendige Volumen für den Antriebszylinder in einem oder aber mehreren langen Hüben des Druckverstärkers erbracht wird. Erst der erfindungsgemäße Druckverstärker ließ eine erfindungsgemäße Antriebseinheit möglich werden, wo bei einem Zusammenbau von Antriebszylinder und Druckverstärker eine verhältnismäßig kurze Baueinheit erzielt wird. Zu erwähnen ist noch, daß in den meisten Fällen der Druckübersetzer mit einer Ölfüllung versehen ist und diese in den Antriebszylinder drückt. Man hat hier auch den Nachteil, daß man mit zwei Medien arbeiten muß und zwar mit Öl und Luft.
  • Zusammenfassend ergeben sich folgende Vorteile bei dem erfindungsgemäßen Zylinderantrieb: Die Baueinheit baut nur unwesentlich größer als der Hub des Antriebszylinders, da der Druckverstärker ein Kurzhubgerät ist.
  • Der im angeschlossenen Druckverstärker erzeugte erhöhte Druck wirkt auf der gesamten Hublänge des Antriebszylinders.
  • Die Hublänge des Antriebszylinders ist nicht abhängig vom System der Kraftverstärkung. Die Baumaße und das Gewicht der Einheit können klein gehalten werden. Es steht eine kompakte Baueinheit zur Verfügung, die die Montage erleichtert, Platzersparnisse bringt und von der Handhabung her gut in den Griff zu bekommen ist. Es wird nur mit einer Art Medium gearbeitet, Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Zylin derantriebes mit Druckverstärker.
  • Fig. 2 zeigt die Bauform eines erfindung sgemäßen Zylinderantriebes mit Druckverstärker.
  • Fig. 3 zeigt eine weitere mögliche Ausführung eines erfindungsgemäßen Zylinderantriebes mit zwei Druckverstärkern.
  • Fig. 4. Hier wird eine weitere mögliche Kombination von Antriebszylinder und Druckverstärker gezeigt, wobei Antriebszylinder und Druckverstärker getrennt angeordnet sind und über Leitungen verbunden sind.
  • In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Zylinderantrieb mit Druckverstärker schematisch dargestellt. Aufbau und Wirkungsweise werden wie folgt erläutert: Mit 1 ist der Druckluftanschluß bezeichnet, von dem aus die gesamte Baueinheit belüftet wird.
  • Es folgt das Steuerventil 2, welches mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigt werden kann.
  • Hierbei kann es sich um ein 5/2-Wege-, 4/2-Wege- oder 2 Stück 3/2-Wegeventile handeln. Ferner ist in der Steuerung enthalten ein Druckabschaltventil 3, ein Zeitglied 15 sowie ein Hilfssteuerventil 17. Der Druckverstärker 4 ist mit dem Antriebs zylinder 18 starr verbunden und bilden zusammen eine kompakte Baueinheit. In der Ausgangsstellung des Steuerventils 2 ist die Kolbenstangenseite des Antriebszylinders 18 über die Leitung 19 mit Druckluft beaufschlagt, so daß der Kolben 20 sich in seiner linken Endlage bewegt. Hierbei wird von Leitung 19 aus der Steueranschluß des Hilfssteuerventils 17 beaufschlagt, so daß dieses Ventil auf Durchgang geschaltet wird. Die linke Kolbenseite des Antriebszylinders 18 wird nun über Hilfssteuerventil 17 entlüftet. Wird nun das Haupt steuerventil 2 in die Schaltstellung gebracht, so wird Leitung 19 entlüftet und die Leitung 21 belüftet.
  • Hierbei wird der Steueranschluß des Hilfssteuerventils 17 entlüftet, wobei dieses Ventil schließt. In der Leitung 21 strömt Druckmedium über Ventil 3 zu Zeitglied 15 und zum Anschluß 6 des Druckverstärkers 4.
  • Es füllt sich hierbei der Hochdruckzylinder 7 des Druckverstärkers 4, wobei der Kolben 11 sich in Richtung B bewegt. Außerdem kann die Luft auch über Rückschlagventil 8 in den Zylinderraum 22 gelangen.
  • Gleichzeitig strömt über Zeitglied 15 Druckmedium über Anschluß 5 des Druckverstärkers 4 in den Niederdruckzylinder 12, wobei die Niederdruckkolbenfläche 13 beaufschlagt wird. Die im Hochdruckzylinder 7 befindliche Luft wird kompremiert und über Rückschlagventil 8 in den Zylinderraum 22 des Zylinders 18 gefördert. Außerdem werden gleichzeitig über Leitung 14 der Steueranschluß des Zeitgliedes 15 beaufschlagt. Dieses Zeitglied ist so eingestellt, daß nach verrichtetem Hub des Kolbens 11 in Richtung A die am Steueranschluß anstehende Luft des Zeitgliedes 15 zur Wirkung kommt und dieses Zeitglied umschaltet Hierbei wird die Zufuhr des Druckmediums in dem Niederdruckzylinderraum unterbrochen und gleichzeitig dieser Raum entlüftet.
  • Es kommt nun das am Anschluß 6 anstehende Druckmedium zur Wirkung, welches auf die Hochdruckkolbenfläche 10 wirkt. Der Kolben 11 wird in Richtung B bewegt. Bei dieser Kolbenbewegung wird der Zylinderraum 12 über Anschluß 5 und aus Anschluß 16 des Zeitgliedes 15 entlüftet. Bei der vollständigen Entlüftung des Zylinderraumes 12 wird auch die Leitung 14 entlüftet und somit auch der Steueranschluß des Zeitgliedes 15. Hierbei schaltet das Zeitglied wieder um, so daß über Anschluß 5 der Zylinderraum 12 belüftet wird. Die Niederdruckkolbenfläche 13 wird beaufschlagt und der Kolben bewegt sich in Richtung A, wobei das Medium im Hochdruckzylinder 7 verdichtet wird und über Rückschlagventil 8 wieder in den Zylinderraum 22 des Antriebszylinders 18 gefördert wird. Diese beschriebene Arbeitsweise des Druckverstärkers 4 wiederholt sich so lange, bis der Kolben mit der Kolbenstange des Antriebszylinders sich in der rechten Endlage befindet und der Druck im Zylinderraum 22 den max.
  • Wert erreicht hat, der mit dem Druckverstärker 4, infolge des Übersetzungsverhältnisses von Niederdruckkolbenfläche 13 zu Hochdruckkolbenfläche 10, erreicht werden kann.
  • Ist dieser höchstmögliche Druck erreicht, so schaltet das Druckabschaltventil 3 auf Sperrstellung; Es kann somit kein weiteres Medium zu Zeitglied 15 und Anschluß 6 strömen. Der Steueranschluß des Druckabschaltventils 3 ist über eine Leitung 23 mit dem Zylinderraum 22 des Antriebszylinders 18 verbunden, so daß an diesem Steueranschluß der ansteigende Druck registriert wird. Die Umschaltung des Ventils 3 auf Sperrstellung erfolgt, wenn am Steueranschluß der am Ventil eingestellte Druck erreicht wird. Durch die Arbeitsweise des Druckverstärkers 4 wird erreicht, daß der Antriebszylinder 18 mit einem Druck beaufschlagt wird, der über dem des vorhandenen Netzdruckes liegt. Hat beispielsweise der Druckverstärker ein Übersetzungsverhältnis von 4:1 und beträgt der vorhandene Netzdruck 6 bar, so kann die Kolbenfläche des Antriebszylinders 18, im Zylinderraum 22 mit 24 bar beaufschlagt werden. Somit kann die zu erzielende Kolbenkraft am Antriebszylinder das Vierfache betragen von dem, was normalerweise an dem vorhandenen Druckluftnetz sonst hätte erreicht werden können.
  • Der Druckverstärker 4 kann 60 Hübe pro min. machen bei einem Hochdruckkolbendurchmesser 100, ein Niederdruckkolbendurchmesser 40 und ein Hub von 50 mm. Die Vorfüllung des Zylinderraumes 22 erfolgt direkt von Leitung 21 über Anschluß 6 und Rückschlagventil 8. Danach erst erfolgt die weitere Füllung mit Medium, dessen Druck infolge der Arbeitsweise des Druckverstärkers über dem Netzdruck liegt.
  • Wird nun Hauptsteuerventil 2 so umgesteuert, daß die Leitung 21 entlüftet und die Leitung 19 belüftet wird, so bewegt sich der Kolben 20 mit der Kolbenstange in die linke Endlage. Von der Leitung 19 wird hierbei der Steueranschluß des Ventils 17 beaufschlagt, wobei dieses umschaltet auf Durchgang0 Es kann die Luft aus dem Zylinderraum 22 über Ventil 17 entweichen.
  • Bei diesem Entlüftungsvorgang wird ebenfalls die Leitung 23 entlüftet, so daß das Ventil 3 auf Durchgang schaltet und somit vorbereitet ist, wenn Ventil 2 auf Belüftung der Leitung 21 umschaltet.
  • Eine mögliche Bauform eines erfindungsgemäßen Zylinderantriebes mit Druckverstärker zeigt Fig. 2.
  • Der Druckverstärker 4 ist starr am Antriebszylinder 18 angebaut und bildet mit diesem eine Baueinheit.
  • Bei dieser Ausführung wird die Kolbenfläche des Antriebszylinders vom Druckverstärker beaufschlagt, die gegenüber der Kolbenstangenseite liegt. Ein Gabelkopf 24 an der Kolbenstange des Antriebszylinders 18 und eine Schwenkbefestigung 25 am Druckverstärker dienen dazu, die Baueinheit zwischen zwei Punkten schwenkbar aufzuhängen.
  • Eine weitere erfindungsgemäße Aus -führungsform zeigt Fig. 3. Am Antriebs zylinder 18 sind zwei Druckverstärker 4.1 und 4.2 angebaut.
  • Bei dem Antriebszylinder 18 handelt es sich um einen doppeltwirkenden Zylinder. Die Kolbenstangenseite des Antriebs zylinders 18 wird mit verstärktem Druck von Druckverstärker 4.2 und die gegenüberliegende Kolbenseite ebenfalls mit verstärktem Druck von Druckverstärker 4.1 beaufschlagt. Die Steu--erung dieser Baueinheit erfolgt in gleicher Weise wie in Fig. 1 beschrieben, jedoch sind von den Ventilen 3, 15 und 17 jeweils zwei Stück erforderlich. In Fig. 3 ist jedoch nur Ventil 2 und die beiden Ventile 17 zur Erläuterung dargestellt. In der dargestellten Schaltstellung des Ventils 2 arbeitet der Verstärker 4.2, wobei die Kolbenstangenseite des Antriebszylinders belüftet wird. Ventil 17.2 ist geöffnet und Ventil 17.1 ist geschlossen. Die Kolbenstange von 18 fährt ein, wobei die der Kolbenstange gegenüberliegende Kolbenfläche über Ventil 17.1 entlüftet wird. Bei der Belüftung des Antriebszylinders 18 arbeitet der Druckverstärker automatisch, wie bei Fig. 1 beschrieben, wobei die Druckluft vom Druckluftnetz auf einen höheren Druck verdichtet wird und in den Zylinder 18 strömt. Wird Ventil 2 in die Schaltstellung gebracht, so wird der Druckverstärker 4.2 entlüftet und der Druckverstärker 4.1 belüftet.
  • Dieser arbeitet nun automatisch und verdichtet die Luft, die dann die der Kolbenstange gegenüberliegende Kolbenseite beaufschlagt im Antriebszylinder 18. Gleichzeitig schließt Hilfssteuerventil 17.1 und das Hilfssteuerventil 17.2 öffnet sich, wodurch die Kolbenstangenseite des Zylinders 18 entlüftet wird. Ist im Zylinder der max. erzielbare Druck erreicht, so endet die automatische Arbeitsweise des Druckverstärkers 4.1. Beim Rückschalten des Hauptsteuerventils 2 beginnt wieder der Druckverstärker 4.2 zu arbeiten und 4.1 wird entlüftet wie beschrieben.
  • Ein Gabelkopf 24 und eine Schwenkbefestigung 25 können am Antriebszylinder vorgesetzt werden.
  • In Fig. 4 ist eine getrennte Anordnung von Antriebszylinder 18 und Druckverstärker 4.1. und 4.2 gezeigt. Diese Anordnung ist zu wählen, wenn für die Unterbringung des Antriebes nur geringer Raum zur Verfügung steht und somit kleine Baumaße des Antriebes 18 gefordert werden.
  • Es wird der Antriebszylinder 18 ohne Druckverstärker an das anzutreibende Gerät angebaut, beispielsweise an der Lasche 25 und Gabelkopf 24.mit dem Gerät 26 verbunden. An anderer Stelle erfolgt die Anordnung der Druckverstärker 4.1 und 4.2, die über Leitungen 27.1 und 27.2 mit dem Antriebszylinder 18 verbunden sind.
  • Die Funon der Steuerung für die Belüftung des Antriebszylinders 18 von den Druckverstärkern 4.1 und 4.2 erfolgt in gleicher Weise wie in Fig. 3 beschrieben.

Claims (11)

  1. Schutzansprüche Zylinderantrieb, der mit einem Druckmedium beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus einem Antriebszylinder besteht, dessen Kolben eine geradlinige Bewegung ausführt, der baulich und leitungsmäßig mit einem Druckverstärker derart verbunden ist, daß diese beiden Teile, Antriebszylinder und Druckverstärker, eine Baueinheit bilden, wobei der Antriebs zylinder einseitig oder beidseitig mit einem Druckmedium beaufschlagt wird, das im Druckverstärker von einem niedrigeren Druck aus einem Zuführungssystem, z.B. Druckluftnetz, auf einen höheren Druck verdichtet wurde.
  2. 2.) Zylinderantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverstärker hinten auf den Antriebs zylinder aufmontiert ist und mit der Längsachse des Antriebszylinders eine Fluchtlinie bildet.
  3. 3.) Zylinderantrieb nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebszylinder an seinem vorderen und hinteren Anschluß mit je einem Druckverstärker in Verbindung steht, wobei diese zusammen eine Baueinheit bilden.
  4. 4.) Zylinderantrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit "Antriebszylinder und Druckverstärker" zum Antrieb von Armaturen, wie z.B.
    Schieber, Drehklappen, Ventile u.ä. angewendet wird.
  5. 5.) Zylinderantrieb nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverstärker, der mit dem Antriebszylinder verbunden ist, ein Kurzhubgerät ist, dessen Hub beispielsweise zwischen 10 und 100 mm liegen kann.
  6. 6.) Zylinderantrieb nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverstärker, der mit dem Antriebszylinder verbunden ist, automatisch die Hin- und Herbewegungen des Kolbens ausführt und hierbei die ihm zugeführten Gase verdichtet.
  7. 7.) Zylinderantrieb nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit "Antriebszylinder und Druckverstärker" kombiniert ist mit einer Steuerung wie in Fig. 1 beschrieben, zu der Steuerventil 2, Druckabschaltventil 3, Zeitglied 15, Hilfssteuerventil 17 usw. gehören.
  8. 8.) Zylinderantrieb nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebszylinder mit dem Druckverstärker über Leitungen 27.1 und 27.2 gemäß Fig. 4 erfolgt.
  9. 9.) Zylinderantrieb nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erfindungsgemäße Baueinheit "Antriebszylinder Bnd Druckverstärker" mit Befestigungsteilen ausgestattet ist wie Gabelkopf, Schwenkbefestigung, Fußbefestigung u.a.
  10. 10.) Zylinderantrieb nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die oder der Druckverstärker seitlich am Antriebszylinder angebaut sind ähnlich Fig. 3.
  11. 11.) Zylinderantrieb nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit "Antriebszylinder und Druckverstärker'1 angewendet wird für jegliche Antriebe und wo hohe Kolbenkräfte an der Kolbenstange gefordert werden z.B.
    beim Drücken, Pressen, Prägen, Stanzen, Formen, Montieren, Schlagen, Schmieden, Schneiden u. a.
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