DE4120682C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Arbeitsvorrich­ tung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 22 18 059 ist eine hydraulische Arbeitsvorrichtung in Form eines hydraulischen Stellantriebs bekannt, bei dem ein Arbeitszylinder mit seinem Arbeitskolben, eine Pumpe mit ihrem Motor und ein Druckflüssigkeitsvorratsbehälter eine zusammenhängend montierte Baueinheit bilden. Dieser hydraulische Stellantrieb stellt jedoch eine aufwendige Baueinheit dar. Insbesondere ist der Stellkolben mit seiner Kolbenstange zu seiner Steuerung mit einem aufwendigen Leitungssystem verbunden, das obschon es in einem Gehäuse angeordnet ist, zu einer platzaufwendigen Bauweise führt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Arbeitsvorrichtung weiter zu vereinfachen, so daß sie wesentlich platzsparender, preisgünstiger herstellbar, leicht montierbar und aufgrund einer einfacheren Bauweise auch weniger störanfällig ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 stehende Merkmalskombination gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem wesentlichen Gedanken, den Arbeitszylinder, die Pumpe und den Vorratsbehälter zu einer selbständigen, zusammenhängend montierbaren Bau­ einheit zu vereinigen, wobei der die Kolbenstange ent­ haltende Raum des Arbeitszylinders gleichzeitig als Vor­ ratsbehälter für die Druckflüssigkeit dient. Hierdurch entsteht eine kompakte Einheit, die ohne übermäßigen Auf­ wand hergestellt und in einfacher Weise platzsparend mon­ tiert werden kann. Durch den Wegfall von Druckflüssig­ keits- und elektrischen Leitungen ist die Vorrichtung störungssicherer.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungs­ formen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegen­ der Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines hydraulischen Arbeitszylinders mit Pumpe und Wegeventil;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 und

Fig. 3 bis 5 schematisch verschiedene Stellungen des Wegeventils aus Fig. 1 zur Be­ triebssteuerung des Arbeitszylinders.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt eine hydraulische Arbeitsvorrichtung im wesentlichen einen Arbeitszylinder 2 mit einem Arbeitskolben 3, eine im Arbeitszylinder 2 ange­ ordnete Pumpe 5, die von einem Elektromotor 6 über eine herkömmliche Kupplung 7 angetrieben wird und ein Wegeven­ til 8, wobei Arbeitszylinder 2, Wegeventil 8, Pumpe 5 und Motor 6 fest miteinander verbunden sind und eine zusammen­ hängend montierbare Baueinheit 1 bilden.

Der Motor 6 ist an ein das Wegeventil 8 und die Kupplung 7 enthaltendes Gehäuse 9 angeflanscht, an dessen gegenüber­ liegender Seite die Pumpe 5 befestigt ist. Der Arbeitszy­ linder 2 ist durch als Zuganker wirkende Befestigungs­ stangen 11 mit dem Gehäuse 9 verbunden.

Der Arbeitskolben 3 teilt den Zylinderhohlraum des Ar­ beitszylinders 2 in zwei Teilvolumina. Ein Teilvolumen 12, welches eine Kolbenseite A1 als Grundfläche hat, dient als Arbeitsraum, in dem die Druckflüssigkeit auf die Kolben­ seite A1 des Arbeitskolbens 3 drückt und den Kolben in eine ausgefahrene Position schiebt. Das andere Teilvolumen 13, in welchem die Arbeitskolbenstange 4 angeordnet ist und das wegen der Kolbenstange 4 eine Kolbenseite A2, die kleiner als A1 ist, als Grundfläche hat, ist mit Druck­ flüssigkeit gefüllt und dient als Vorratsbehälter für diese.

Ein in das Wegeventil 8 mündendes Rohr 14 verbindet über das Wegeventil 8 und gegebenenfalls über die Pumpe 5 das Teilvolumen 12 mit dem Teilvolumen 13.

Im Teilvolumen 13 befinden sich des weiteren zwei Rück­ stellfedern 15 und 16, die den Arbeitskolben 3 von einer ausgefahrenen Position in eine eingefahrene Position zurückschieben. Beim Zurückschieben wird Druckflüssigkeit vom Teilvolumen 13 über das Rohr 14, das Wegeventil 8 und gegebenenfalls über die Pumpe 5 in das Teilvolumen 12 be­ fördert.

Wie Fig. 2 schematisch zeigt, ist der Arbeitszylinder 2 insgesamt an 4 Befestigungsstangen 11 befestigt. Neben Bohrungen für die Befestigungsstangen 11 und das Rohr 14 sind in einem Stirnflansch 18 des Arbeitszylinders 3 vier weitere Montagebohrungen 19 zur Montage der gesamten Bau­ einheit 1 an deren Einsatzort vorgesehen.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen schematisch verschiedene Stellun­ gen des Wegeventils 8 zur Betriebssteuerung des Arbeitszy­ linders 2. Das Wegeventil 8 weist eine kreiszylindrische Ventilbohrung 20 und einen darin verschieblichen Ventil­ kolben 21 auf, der aus zwei miteinander über eine Ventil­ kolbenstange 22 verbundenen kreiszylindrischen Kolbenab­ schnitten 21a, 21b unterschiedlicher axialer, aber glei­ cher radialer Abmessungen besteht. An der aus dem Gehäuse 9 herausragenden Ventilkolbenstange 22 ist eine Feder 23 befestigt, die ihrerseits wiederum an dem Gehäuse 9 abge­ stützt ist. Die Ventilkolbenstange 22 endet an einem eben­ falls außerhalb des Gehäuses 9 positionierten Endabschal­ ter 24. In die Ventilbohrung 20 münden jeweils vier Druck­ flüssigkeitskanäle 26, 27, 28 und 29, die wahlweise mit­ einander aufgrund der Stellung des Ventilkolbens 21 in der Ventilbohrung 20 verbindbar sind. Der Druckflüssigkeits­ kanal 26 führt in einer nicht näher dargestellten Weise über eine Bohrung 26a zur Druckseite, d. h. zum Ausgang der Pumpe 5. Der Druckflüssigkeitskanal 27 führt über eine Bohrung 27a zur Saugseite, d. h. zum Eingang der Pumpe 5.

Außerdem münden zwei Abzweigungen 27c und 27d an unter­ schiedlicher Position in die Ventilbohrung 20. Eine wei­ tere Abzweigung 27b führt in einen Einlaßbereich 32 eines expandierbaren Speichers 31 für die Druckflüssigkeit. Der Druckflüssigkeitskanal 28 führt über eine Bohrung 28a in nicht näher dargestellter Weise direkt in das Teilvolumen 12 des Arbeitszylinders 2. Zwei weitere Abzweigungen 28b und 28c münden an unterschiedlicher Position in die Ven­ tilbohrung 20. Der Druckflüssigkeitskanal 29, der eben­ falls in die Ventilbohrung 20 mündet, führt über eine Bohrung 29a und das Rohr 14 zum Teilvolumen 13.

Der expandierbare Speicher 31 umfaßt den kreiszylindri­ schen Einlaßbereich 32, von dem aus in zueinander entge­ gengesetzte Richtungen jeweils zwei kreiszylindrische Speicherbohrungen 33 und 34 ausgehen. In den Speicherboh­ rungen 33, 34 sind jeweils Speicherkolben 35 und 36 ver­ schieblich angeordnet. Die Speicherkolben 35, 36 werden durch die Speicherfedern 37, 38 in Richtung des Einlaßbe­ reichs 32 vorgespannt. Unter dem Druck der von der Druck­ flüssigkeit im Einlaßbereich 32 auf die Speicherkolben 36, 37 ausgeübt wird, verschieben sich diese entgegen der Federkräfte der Speicherfedern 37, 38 und vergrößern den Einlaßbereich 32, der auf diese Weise mit zunehmendem Druck expandiert und Druckflüssigkeit speichernd aufnimmt. Der Speicher 31 kann auch von vornherein einen vergrößer­ ten Einlaßbereich 32 aufweisen, d. h. er kann etwas mit Druckflüssigkeit vorgefüllt sein. Er dient so als Druck­ flüssigkeitsreservoir und es können auf diese Weise klei­ nere Druckflüssigkeitsverluste in der Baueinheit 1 ausge­ glichen werden.

Der Ventilkolben 21 wird in der Ventilbohrung 20 abhängig vom Flüssigkeitsdruck jeweils in der einen oder anderen Richtung bewegt. Für die Bewegungsrichtung ist das Ver­ hältnis der auf den Ventilkolben 21 in die Ventilbohrung 20 hinein ausgeübten Kraft zu der Kraft, die auf den Ven­ tilkolben 21 aus der Ventilbohrung 20 heraus wirkt, ent­ scheidend. Die Kraft auf den Ventilkolben 21 in die Ven­ tilbohrung 20 hinein wird von der Feder 23 bewirkt, die Kraft auf den Ventilkolben 21 aus der Ventilbohrung heraus wird aufgrund des Flüssigkeitsdruckes ausgeübt, welcher in dem allseits geschlossenen, vom Ventilkolben 21 in der Ventilbohrung 20 definierten Volumen existiert. Auf diese Weise wird eine vom Flüssigkeitsdruck abhängige Selbst­ steuerung des Wegeventils 8 erzielt.

Es ist auch möglich, das Wegeventil z. B. elektromagnetisch bzw. durch einzelne, dem jeweiligen Druck entsprechende Druckbegrenzungsventile, zu steuern.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, befindet sich der Ventil­ kolben 21 in einer Position, in welcher der von der Druck­ seite, d. h. dem Ausgang der Pumpe kommende Druckflüssig­ keitskanal 26 über die Ventilbohrung 20 mit dem zum Teil­ volumen 12 führenden Zweig 28b des Druckflüssigkeitskanals 28 verbunden ist. Dies bewirkt, daß auf die Kolbenfläche A1 ein Druck ausgeübt wird, wodurch der Arbeitskolben 3 im Arbeitszylinder 2 in eine ausgefahrene Position bewegt wird und Arbeit verrichtet. Gleichzeitig ist der zur Saug­ seite, d. h. zum Eingang der Pumpe führende Druckflüssig­ keitskanal 27 über seine Abzweigung 27d und die Ventilboh­ rung 20 mit dem zum Teilvolumen 13 führenden Druckflüssig­ keitskanal 29 verbunden. Da das Teilvolumen 13 den Vor­ ratsbehälter für die Druckflüssigkeit bildet, ist auf diese Weise die Saugseite der Pumpe mit dem Vorratsbehäl­ ter verbunden. Dies bedeutet, daß Druckflüssigkeit vom Teilvolumen 13 durch die Pumpe 5 unter Druckerzeugung in das Teilvolumen 12 befördert wird.

Fig. 4 zeigt die Stellung des Wegeventils 8, die sich er­ gibt, wenn der Arbeitskolben 3 nahezu voll ausgefahren ist und beispielsweise über ein am freien Ende seiner Kolben­ stange befestigtes Werkzeug auf einen Niet drückt, um dort einen Nietenkopf zu formen. In diesem Fall steigt der Druck im Teilvolumen 12 weiter an, da die Pumpe weiterhin Druckflüssigkeit, welche sie vom Teilvolumen 13 ansaugt, in das Teilvolumen 12 befördert. Dadurch steigt aber auch der Druck in dem Volumen der Ventilbohrung 20 an, das der Kolbenabschnitt 21a aufgrund seiner Position in der Ven­ tilbohrung 20 definiert, in die der Druckflüssigkeitskanal 26 und die Abzweigung 28a des Druckflüssigkeitskanals 28 münden. Dies hat zur Folge, daß der Ventilkolben 21 aus der Ventilbohrung 20 entgegen der Kraft der Feder 23 herausgedrückt wird und dabei eine Verbindung von den durch die Ventilbohrung 20 bereits miteinander verbundenen Druckflüssigkeitskanälen 26 und 28 mit dem Zweig 27c des Druckflüssigkeitskanals 27 freigibt. Dies führt nicht nur dazu, daß nun Druckflüssigkeit über den Zweig 27b des Druckflüssigkeitskanals 27 in den Einlaßbereich 32 des expandierenden Speichers 31 gelangt, wodurch die beiden Speicherkolben 35, 36 entgegen der Kräfte der beiden Speicherfedern 37, 38 in zueinander entgegengesetzte Rich­ tungen jeweils in die zylindrischen Speicherbohrungen 33, 34 gedrückt werden und damit das Speichervolumen des ex­ pandierenden Speichers 31 vergrößert wird, sondern auch dazu, daß gleichzeitig die Druckseite der Pumpe (Druck­ flüssigkeitskanal 26) und das Teilvolumen 12 (Druckflüs­ sigkeitskanal 28) mit der Saugseite der Pumpe (Druckflüs­ sigkeitskanal 27) und dem als Vorratsbehälter dienenden Teilvolumen 13 des Arbeitszylinders 2 verbunden sind. Gleichzeitig wird in dieser Stellung durch die Ventilkol­ benstange 22 der Endabschalter 24 zur Abschaltung oder Drosselung der Pumpe betätigt.

Fig. 5 zeigt schließlich eine Stellung des Ventilkolbens 21, bei der die Druckseite der Pumpe über den Druckflüs­ sigkeitskanal 26 und die Abzweigungen 28a, 28b des Druck­ flüssigkeitskanals 28 mit dem Teilvolumen 12 des Arbeits­ zylinders 2 verbunden ist. Gleichzeitig damit ist über die Abzweigung 28c des Druckflüssigkeitskanals 28 das zwischen den Ventilkolbenabschnitten 21a und 21b liegende Volumen in der Ventilbohrung 20 verbunden. Dieses Volumen ist wie­ derum über den Druckflüssigkeitskanal 29 und dessen Ab­ zweigung 29a mit dem als Vorratsbehälter für die Druck­ flüssigkeit dienenden Teilvolumen 13 des Arbeitszylinders 2 verbunden. Auf diese Weise sind die beiden Teilvolumina 12, 13 des Arbeitszylinders 2 untereinander verbunden, was das Zurückschieben des Kolbens durch die beiden Rückstell­ federn 15 und 16, welche sich im Teilvolumen 13 befinden, auslöst. Hierbei ist die Pumpe 5 abgeschaltet oder gedros­ selt.

Darüber hinaus kann die in Fig. 5 gezeigte Stellung des Ventilkolbens 21, in der eine Verbindung der beiden Teil­ volumina 12, 13 miteinander hergestellt ist, ohne daß die Saugseite der Pumpe mit dem Teilvolumen 13 verbunden ist, dazu benutzt werden, daß bei eingeschalteter Pumpe 5 der Arbeitskolben 3 schneller ausfährt, als wenn die Saugseite der Pumpe über den Druckflüssigkeitskanal 27, die Spei­ cherbohrung 20 und den Druckflüssigkeitskanal 29 mit dem Teilvolumen 13 verbunden wäre. Die Stellung gemäß Fig. 5 kann deshalb vor Erreichen der in Fig. 3 gezeigten Stel­ lung des Wegeventils 8 dazu benutzt werden, den Arbeits­ kolben im Eilgang zu verschieben, wobei vom Arbeitskolben 3 keine Kraft ausgeübt wird. In dem oben genannten Bei­ spiel der Ausformung eines Nietkopfes, dauert dieser Eil­ gang so lange, bis das an der Kolbenstange des Arbeitskol­ bens befestigte Werkzeug auf den Niet trifft.

Claims (4)

1. Hydraulische Arbeitsvorrichtung mit einem Arbeitszy­ linder (2), mit einem darin verschieblichen Arbeits­ kolben (3), dessen eine Seite (A1) mit einer Druck­ flüssigkeit beaufschlagbar ist, mit einer an der an­ deren Seite (A2) des Arbeitskolbens (3) angeordneten Arbeitskolbenstange (4), mit einer am Arbeitskolben (3) angreifenden Rückstellfeder (15, 16), mit einem Vorratsbehälter für die Druckflüssigkeit, mit einer von einem Motor (6) angetriebenen Pumpe (5), deren Saugseite mit dem Vorratsbehälter verbindbar ist und von deren Druckseite aus die Druckflüssigkeit zum Arbeitskolben gefördert wird, mit Leitungsmitteln (14, 26, 27, 28, 29) für die Druckflüssigkeit und mit einem verstellbaren Wegeventil (8) zum Steuern der Druckflüssigkeit in den Leitungsmitteln zwischen Pumpe, Vorratsbehälter und Arbeitskolben, dadurch gekennzeichnet

• A) daß der Arbeitszylinder (2) mit seinem Arbeitskol­ ben (3), die Pumpe (5) mit ihrem Motor (6), das Wegeventil (8) und der Vorratsbehälter eine selb­ ständige, zusammenhängend montierbare Baueinheit (1) bilden,
• B) daß als Vorratsbehälter für die Druckflüssigkeit derjenige Raum (13) im Arbeitszylinder dient, wel­ cher der mit der Druckflüssigkeit beaufschlagten Seite (A1) des Arbeitskolbens (3) gegenüberliegt und die Arbeitskolbenstange (4) enthält,
• C) daß zur Ausführung des Krafthubes des Arbeitskol­ bens (3) das Wegeventil (8) in einer ersten Stel­ lung (Fig. 3) den als Vorratsbehälter dienenden Raum (13) des Arbeitszylinders (2) direkt mit der Saugseite der Pumpe (5) verbindet,
• D) daß bei Beendigung des Krafthubes das Wegeventil (8) in einer zweiten Stellung (Fig. 4) die Saug- und Druckseite der Pumpe (5) direkt miteinander verbindet und über einen Schalter (24) den Pumpen­ druck verringert, und
• E) daß das Wegeventil (8) in einer dritten Stellung (Fig. 5) die durch die Druckflüssigkeit beauf­ schlagte Seite (A1) des Arbeitskolbens (3) mit dem als Vorratsbehälter dienenden Raum (13) des Ar­ beitszylinders (2) verbindet, so daß die Rück­ stellfeder (15, 16) den Arbeitskolben (3) wieder in seine Ausgangsposition zurückschiebt.

2. Hydraulische Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß vor dem Krafthub mit Beginn der Druckflüssigkeitsbeaufschlagung des Arbeitskol­ bens (3) das Wegeventil (8) vorübergehend in seiner dritten Stellung (Fig. 5) verbleibt und den als Vor­ ratsbehälter dienenden Raum (13) des Arbeitszylinders (2) mit der durch die Druckflüssigkeit beaufschlagten Seite (A1) des Arbeitskolbens (3) verbindet.

3. Hydraulische Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegeventil (8) durch die von der Pumpe (5) unter Druck gesetzte Druckflüssigkeit betätigt ist.

4. Hydraulische Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegeventil (8) bei Beendigung des Krafthubes die Druckseite der Pumpe (5) mit einem expandierbaren Speicherraum (31) verbindet, der hierdurch einen Anteil der Druckflüs­ sigkeit aufnimmt.