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

Abstract

The cylinder provides a fast approach speed at low effort followed by a final low speed movement with a high effort to complete the working stroke. A small diameter piston and rod (2,5) are guided in the bore (3) of a large piston (4) which moves in the cylinder (6). The rod of the small piston passes through the end wall of the large piston andthorugh a gland in the cylinder. - Protruding into the bore of the large piston are two radial spring-loaded latches (9,10) which close behind the small piston when it reaches the bottom of the bore. The latches can be opened by pressure build up in passages (15,16) opening into the end space (1) of the cylinder. Pressurised oil drives the small piston downwards while the large piston is retained by the spring (17). Towards the end of its movement the small piston abuts against the bottom of the large piston and carries it downwards. At this point the two pistons move together at low speed with full hydraulic effort. In the reverse direction the latches (9,10) open hydraulically to allow fast return of the small piston.

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. The invention relates to a hydraulic cylinder, the Sequence of movements itself in a rapid stroke as well as itself adjoining working stroke, the Rapid stroke with high speed and low force exercise is performed and the working stroke with less Speed but greater force takes place, the Piston area of the cylinder of two concentrically into one another pistons of different sizes arranged elsewhere Cross-section is formed, of which the piston with the smaller cross-sectional area with a piston rod connected and axially ver against the second piston is slidably guided and being automatically detachable Locking elements for non-positive locking of the two pistons are provided together.  

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.Hydraulic cylinder with separate rapid and working stroke are for a variety of use cases, for example as a tension cylinder or as a drive cylinder for Welding guns, presses or the like, known. To Bringing the required stroke, rapid stroke or Working stroke, is used in these known cylinders the hydraulic supply pressure kept constant amount of pressure fluid flowing into the cylinder to Example controlled by a throttle valve, whereby via this flow control the piston speed is controlled. For the work stroke where only one low speed is required in doing so usually the excess pressure fluid in the for it provided the provided storage container. The Performance of the intended for the hydraulic supply Drive unit is in these known hydraulics cylinders on the for carrying out the express hubes at the same pressure required much larger Funding volume created.

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.In addition, a pneumatic is from DE 36 12 502 operated welding cylinder, whose Structure specified in the preamble of claim 1 benen features. It is this known cylinder by a comparatively complex constructed arrangement where separate feeders and derivatives for the express as well as the work piston acting pressure medium are provided, the equipped with a corresponding control unit have to be.

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.Finally, from DE 36 15 269 a Druckbeauf suggested positioning device, at which is also two pistons of different cross cut surfaces are arranged one inside the other at  which, however, is not a non-positive locking of the two pistons are provided together.

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.The object of the invention is a hydraulic cylinder of the type mentioned in such a way that he a has the simplest possible structure and in particular the use of only one connection for the supply and discharge of the pressure medium allowed.

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.The invention solves this problem by means of a hydraulic system cylinder with the characteristic features of the patent Claims 1. Further advantageous training courses are characterized by the features of the subclaims. Compared to the hydraulic cylinders previously used This gives you the opportunity to do what you need Delivery volume and thus the performance of the drive unit reduce gates significantly, creating a significant Cost savings result. At the same time, one can otherwise necessary regulation with these cylinders facility for bringing about the different Rapid and working stroke speeds omitted. On the other hand, the fiction appropriate hydraulic cylinder due to suitable dimensions tion with the same delivery volume as with the hydraulics cylinders according to the prior art an essential Realize higher speed in rapid stroke.

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.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Figs. 1 to 6 show ver different working positions of a hydraulic cylinder according to the invention.

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 the hydraulic cylinders shown in the figures, two pistons are arranged concentrically one inside the other in a piston chamber 1 , with an express piston 2 being inserted into an axial recess 3 of an outer piston 4 that is open at the end. The fast piston 2 , the sen cross-sectional area is considerably smaller than that of the second piston 4 , is guided by means of a piston rod 5 via corresponding bores in the cylinder housing 6 and in the outer piston 4 in the axial direction ver sliding.

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.In recesses 7 and 8 , which extend in the lower part of the outer piston 4 in the radial direction, spring-loaded locking elements 9 and 10 are arranged movably in ra dialer direction. These locking elements 9 and 10 are in the case of the exemplary embodiment of the invention shown here in the form of wedge-shaped bevels; in the same way, however, other interlocking elements, such as clamping sleeves, are also suitable for this purpose. Between the radial recesses closing insert bodies 11 and 12 and the locking elements Ver 9 and 10 , compression springs 13 and 14 are arranged which open the locking elements 9 and 10 be. The latter are also provided with circumferential recesses which are connected via bores 15 and 16 of the outer piston 4 to the part of the piston chamber 1 located below this piston 4 .

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.Furthermore, beneath the second piston 4 in the piston chamber 1 another compression spring 17 is arranged which acts on this second piston 4 . The inner recess 3 of the piston 4 is also connected to the part of the piston benraumes 1 below it via a further bore 18 . Finally, two connecting pieces 19 and 20 are provided for the supply or discharge of the pressure fluid.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Anord­ nung ist aus den Figuren ersichtlich:The operation of the arrangement described above can be seen from the figures:

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.In the basic position shown in FIG. 1, the fast piston 2 is next acted upon by the pressure fluid flowing in through the connection 19 , the flow direction of which is indicated by arrows. As a result, this first executes the rapid stroke, its speed and thus also that of the piston rod 5 being high due to the comparatively small piston surface acted upon by the pressure fluid. The outer piston 4 is held during this movement by the compression spring 17 in its upper end position, so that the express piston 2 moves relative to the outer piston 4 be.

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.After the express piston 2 has reached its end position shown in FIG. 2 in the outer piston 4 , it is locked by the locking elements 9 and 10 in such a way that an upward movement relative to the latter is excluded. First, however, the express piston 2 moves further downwards and now also pulls the outer piston 4 , so that the pressure fluid also strikes the piston surface of this piston 4 additionally. The force of the hydraulic cylinder increases in accordance with the increase in the effective piston area which is now acted upon by the pressure of the fluid. At the same time, a piston speed is reduced compared to the speed during the rapid stroke, this speed reduction being inversely proportional to the increase in cross section of the effective piston area. At the end of this working or power stroke, the arrangement has then reached the position shown in FIG. 3.

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.At the beginning of the return stroke, the two pistons 2 and 4 initially travel together in the upward direction until the outer piston 4 rests with its end face on the upper wall of the cylinder housing 6 . After He reach this upper end position of the outer piston in Fig. 5 are by the pressure fluid that flows through the holes 15 and 16 in the recesses of the locking elements 9 and 10 and pushes them back, the compression springs 13 and 14 compressed so much that the locking elements 9 and 10 release the high-speed piston 2 . This then moves back to its basic position shown in FIG. 6 at an increased speed.

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.1.Hydraulic cylinder, the motion sequence of which is divided into a rapid stroke and a subsequent working stroke, the rapid stroke being carried out at high speed and with little force and the working stroke taking place at low speed but with greater force, the piston surface of the cylinder being concentrated by two Trisch nested piston is formed under differently large cross-section, of which the piston with the smaller cross-sectional area is connected to a piston rod and axially displaceably guided relative to the second piston and wherein automatically releasable locking elements are provided for the positive locking of the two pistons together, characterized in that the two pistons ( 2 , 4 ) are arranged in a common piston chamber ( 1 ), the piston ( 2 ) with the smaller cross-sectional area in an open-ended axial recess ( 3 ) of the second piston ( 4 ) g e is that the second piston ( 4 ) on its the recess ( 3 ) th th surface is acted upon by a compression spring ( 17 ) and that the locking elements ( 9 , 10 ) via further compression springs ( 13 , 14 ) can be fixed in their locking position and pressurized fluid can be acted upon via bores ( 15 , 16 ). 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.2. Hydraulic cylinder according to claim 1, characterized in that the bores ( 15 , 16 ) in the second piston ( 4 ) and open into the area of the piston chamber containing the compression spring ( 17 ). 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.3. Hydraulic cylinder according to claim 2, characterized in that the locking elements ( 9 , 10 ) are designed as in the radial direction in the larger piston ( 4 ) movable bar latches. 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.4. Hydraulic cylinder according to claim 3, characterized in that the locking elements ( 9 , 10 ) are provided with peripheral recesses into which the bores ( 15 , 16 ) open.