DE4032668C1 - Hydraulic cylinder assembly - has small dia. piston guided in bore of large piston, cooperating with two sprung latches - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder, dessen Bewegungsablauf sich in einen Eilhub sowie einen sich daran anschließenden Arbeitshub gliedert, wobei der Eilhub mit hoher Geschwindigkeit und geringer Kraftaus­ übung durchgeführt wird und der Arbeitshub mit geringer Geschwindigkeit aber größerer Kraft erfolgt, wobei die Kolbenfläche des Zylinders von zwei konzentrisch inein­ anderliegend angeordneten Kolben unterschiedlich großen Querschnitts gebildet wird, von denen der Kolben mit der kleineren Querschnittsfläche mit einer Kolbenstange verbunden und gegenüber dem zweiten Kolben axial ver­ schieblich geführt ist und wobei selbsttätig lösbare Verriegelungselemente zur kraftschlüssigen Verriegelung der beiden Kolben miteinander vorgesehen sind.

Hydraulikzylinder mit separatem Eil- und Arbeitshub sind für eine Vielzahl von Anwendungsfällen, beispiels­ weise als Spannzylinder oder als Antriebszylinder für Schweißzangen, Pressen oder ähnliches, bekannt. Zur Herbeiführung des jeweils benötigten Hubes, Eilhub oder Arbeitshub, wird bei diesen bekannten Zylindern bei konstant gehaltenem Druck der Hydraulikversorgung die in den Zylinder fließende Menge des Druckfluids, zum Beispiel über ein Drosselventil, geregelt, wobei über diese Durchflußregelung die Kolbengeschwindigkeit gesteuert wird. Für den Arbeitshub, bei dem nur eine geringe Geschwindigkeit erforderlich ist, wird dabei in der Regel das überschüssige Druckfluid in den dafür vorgesehenen Vorratsbehälter zurückgefördert. Die Leistung des für die Hydraulikversorgung vorgesehenen Antriebsaggregates ist bei diesen bekannten Hydraulik­ zylindern daher auf das für die Durchführung des Eil­ hubes bei gleichem Druck benötigte wesentlich größere Fördervolumen angelegt.

Daneben ist aus der DE 36 12 502 ein pneumatisch betriebener Schweißzylinder bekanntgeworden, dessen Aufbau die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angege­ benen Merkmale aufweist. Es handelt sich bei diesem bekannten Zylinder um eine vergleichsweise aufwendig konstruierte Anordnung, bei der separate Zuführungen und Ableitungen für das den Eil- sowie den Arbeits­ kolben beaufschlagende Druckmittel vorgesehen sind, die mit einer entsprechenden Ansteuereinheit ausgestattet sein müssen.

Schließlich ist aus der DE 36 15 269 eine druckbeauf­ schlagte Positioniereinrichtung bekanntgeworden, bei der zwar ebenfalls zwei Kolben unterschiedlicher Quer­ schnittsflächen ineinanderliegend angeordnet sind, bei der jedoch keine kraftschlüssige Verriegelung der beiden Kolben miteinander vorgesehen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hydraulikzylinder der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er einen möglichst einfachen Aufbau aufweist und dabei insbeson­ dere die Verwendung jeweils nur eines Anschlusses für die Zufuhr und das Ableiten des Druckmittels gestattet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Hydraulik­ zylinder mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patent­ anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet. Gegenüber den bislang eingesetzten Hydraulikzylindern ergibt sich dabei die Möglichkeit, das benötigte Fördervolumen und damit die Leistung des Antriebsaggre­ gates wesentlich zu reduzieren, wodurch eine erhebliche Kostenersparnis resultiert. Zugleich kann eine an­ sonsten bei diesen Zylindern erforderliche Regelungs­ einrichtung zur Herbeiführung der unterschiedlichen Geschwindigkeiten für den Eil- und den Arbeitshub entfallen. Andererseits läßt sich bei dem erfindungs­ gemäßen Hydraulikzylinder durch geeignete Dimensionie­ rung bei gleichem Fördervolumen wie bei den Hydraulik­ zylindern nach dem Stand der Technik eine wesentlich höhere Geschwindigkeit beim Eilhub realisieren.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Die Fig. 1 bis 6 zeigen ver­ schiedene Arbeitsstellungen eines Hydraulikzylinders nach der Erfindung.

Bei dem in den Figuren dargestellten Hydraulikzylindern sind in einem Kolbenraum 1 zwei Kolben konzentrisch ineinanderliegend angeordnet, wobei ein Eilkolben 2 in eine stirnseitig offene axiale Ausnehmung 3 eines äußeren Kolbens 4 eingesetzt ist. Der Eilkolben 2, des­ sen Querschnittsfläche erheblich kleiner als die des zweiten Kolbens 4 ist, ist mittels einer Kolbenstange 5 über entsprechende Bohrungen sowohl im Zylindergehäuse 6 als auch im äußeren Kolben 4 in axialer Richtung ver­ schieblich geführt.

In Ausnehmungen 7 und 8, die sich im unteren Teil des äußeren Kolbens 4 in radialer Richtung erstrecken, sind federbelastete Verriegelungselemente 9 und 10 in ra­ dialer Richtung beweglich angeordnet. Bei diesen Ver­ riegelungselementen 9 und 10 handelt es sich im Fall des hier dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfin­ dung um keilförmig angeschrägte Rastklinken; in gleicher Weise sind aber auch andere Verriegelungsele­ mente, wie beispielsweise Klemmhülsen, für diesen Zweck geeignet. Zwischen die radialen Ausnehmungen endseitig verschließenden Einsatzkörpern 11 und 12 und den Ver­ riegelungselementen 9 und 10 sind Druckfedern 13 und 14 angeordnet, die die Verriegelungselemente 9 und 10 be­ aufschlagen. Letztere sind ferner mit umfangsseitigen Ausnehmungen versehen, die über Bohrungen 15 und 16 des äußeren Kolbens 4 mit dem unterhalb dieses Kolbens 4 befindlichen Teil des Kolbenraumes 1 verbunden sind.

Weiterhin ist unterhalb des zweiten Kolbens 4 im Kol­ benraum 1 eine weitere Druckfeder 17 angeordnet, die diesen zweiten Kolben 4 beaufschlagt. Über eine weitere Bohrung 18 ist ferner auch die innere Ausnehmung 3 des Kolbens 4 mit dem darunter befindlichen Teil des Kol­ benraumes 1 verbunden. Für die Zuführung bzw. Ableitung des Druckfluids sind schließlich zwei Anschlußstutzen 19 und 20 vorgesehen.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Anord­ nung ist aus den Figuren ersichtlich:

Bei der in Fig. 1 dargestellten Grundstellung wird zu­ nächst der Eilkolben 2 von dem durch den Anschluß­ stutzen 19 einströmenden Druckfluid, dessen Strömungs­ richtung durch Pfeile gekennzeichnet ist, beaufschlagt. Dadurch führt dieser zunächst den Eilhub aus, wobei seine Geschwindigkeit und damit auch diejenige der Kol­ benstange 5 aufgrund der vergleichsweise geringen vom Druckfluid beaufschlagten Kolbenfläche hoch ist. Der äußere Kolben 4 wird während dieser Bewegung durch die Druckfeder 17 in seiner oberen Endlage gehalten, so daß sich der Eilkolben 2 relativ zum äußeren Kolben 4 be­ wegt.

Nachdem der Eilkolben 2 seine in Fig. 2 dargestellte Endlage im äußeren Kolben 4 erreicht hat, wird er durch die Verriegelungselemente 9 und 10 in der Weise arretiert, daß eine Aufwärtsbewegung relativ zu diesem ausgeschlossen ist. Zunächst aber bewegt sich der Eil­ kolben 2 weiter abwärts und zieht dabei nunmehr auch den äußeren Kolben 4 mit, so daß das Druckfluid auch die Kolbenfläche dieses Kolbens 4 zusätzlich beauf­ schlagt. Die Kraftwirkung des Hydraulikzylinders erhöht sich entsprechend der nunmehr erfolgten Vergrößerung der wirksamen Kolbenfläche, die jetzt vom Druck des Fluids beaufschlagt wird. Zugleich stellt sich eine gegenüber der Geschwindigkeit beim Eilhub verminderte Kolbengeschwindigkeit ein, wobei diese Geschwindig­ keitsverringerung umgekehrt proportional zur Quer­ schnittsvergrößerung der wirksamen Kolbenfläche ist. Am Ende dieses Arbeits- oder Krafthubes hat die Anordnung dann die in Fig. 3 dargestellte Position erreicht.

Zu Beginn des Rückhubes fahren die beiden Kolben 2 und 4 zunächst gemeinsam so weit in Aufwärtsrichtung, bis der äußere Kolben 4 mit seiner Stirnfläche an der oberen Wand des Zylindergehäuses 6 anliegt. Nach Er­ reichen dieser oberen Endlage des äußeren Kolbens in Fig. 5 werden durch das Druckfluid, das über die Bohrun­ gen 15 und 16 in die Ausnehmungen der Verriegelungs­ elemente 9 und 10 strömt und diese zurückdrängt, die Druckfedern 13 und 14 so weit komprimiert, daß die Ver­ riegelungselemente 9 und 10 den Eilkolben 2 freigeben. Dieser fährt dann mit erhöhter Geschwindigkeit in seine in Fig. 6 dargestellte Grundstellung zurück.

Claims (4)

1. Hydraulikzylinder, dessen Bewegungsablauf sich in einen Eilhub sowie einen sich daran anschließenden Arbeitshub gliedert, wobei der Eilhub mit hoher Geschwindigkeit und geringer Kraftausübung durch­ geführt wird und der Arbeitshub mit geringer Ge­ schwindigkeit aber größerer Kraft erfolgt, wobei die Kolbenfläche des Zylinders von zwei konzen­ trisch ineinanderliegend angeordneten Kolben unter­ schiedlich großen Querschnitts gebildet wird, von denen der Kolben mit der kleineren Querschnitts­ fläche mit einer Kolbenstange verbunden und gegen­ über dem zweiten Kolben axial verschieblich geführt ist und wobei selbsttätig lösbare Verriegelungsele­ mente zur kraftschlüssigen Verriegelung der beiden Kolben miteinander vorgesehen sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Kolben (2, 4) in einem gemeinsamen Kolbenraum (1) angeordnet sind, wobei der Kolben (2) mit der kleineren Querschnittsfläche in einer einseitig offenen axialen Ausnehmung (3) des zweiten Kolbens (4) geführt ist, daß der zweite Kolben (4) auf seiner der Ausnehmung (3) abgewand­ ten Fläche von einer Druckfeder (17) beaufschlagt ist und daß die Verriegelungselemente (9, 10) über weitere Druckfedern (13, 14) in ihrer Verriegelungs­ stellung fixierbar und über Bohrungen (15, 16) vom Druckfluid beaufschlagbar sind.

2. Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bohrungen (15, 16) im zweiten Kolben (4) verlaufen und in den die Druckfeder (17) enthaltenden Bereich des Kolbenraumes münden.

3. Hydraulikzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verriegelungselemente (9, 10) als in radialer Richtung im größeren Kolben (4) beweg­ bar gehalterte Rastklinken ausgebildet sind.

4. Hydraulikzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verriegelungselemente (9, 10) mit umfangsseitigen Ausnehmungen versehen sind, in die die Bohrungen (15, 16) münden.