DE2001387A1

DE2001387A1 - Zylinderanordnung zur Krafterzeugung mit einem Arbeits- und einem UEbersetzungszylinder

Info

Publication number: DE2001387A1
Application number: DE19702001387
Authority: DE
Inventors: Dietrich Obst
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1970-01-14
Filing date: 1970-01-14
Publication date: 1971-08-26

Description

Beschreibung Zylinderanordnung zur Kraft erzeugung mit einem Arbeits- und einem Übersetzungszylinder Die Erfindung betrifft eine Zylinderanordnung zur Krafterzeugung, enthaltend einen Arbeitszylinder mit einem Arbeitskolben, einen Ubersetzungszylinder mit einem Ubersetzungskolben, der, unter dem Einfluß eines Niederdrucksystems stehend, seinerseits ein den Arbeitskolben betätigendes, mit einem inkompressiblen Medium und einem Speicher für dieses versehen-es Hochdrucksystem beeinflußt, sowie Mittel zur Unterteilung der Betätigung des -Arbeitskolbens in einen Eilhub und einen darauffolgenden Krafthub. Der Übersetzungszylinder besitzt dabei mit dem Ilochdruck- und dem Niederdrucksystem in Verbindung stehende Flächen solcher Dimensionierung, daß er die gewünschte.
Kraftübersetzung sicherstellt.
Derartige Zylinderanordnungen können immer dann mit Vorteil Einsatz finden, wehn große Arbeitskräfte, beispiels weise zum Nieten, Richten, Spannen, Drücken, Schweißen, Abscheren, Lochen usw., , erforderl.ich sind. Die Unterteilung des Arbeitszyklus in einen Eilhub und einen Krafthub trägt der Tatsache Rechnung, daß zum Heranführen des Aroeitskolbens in seine Arbeitsstellung, also beispielsweise bis zur Auflage auf ein zu bearbeitendes Werkstück, nur ein geringer Kraftbedarf besteht und nan daran interessiert ist, die hierfür erforderliche Zeit möglichst kurz zu halten. Weiterhin berücksichtigt diese Unterteilung, daß der Krafthub zwar relativ klein ist, dann aber die volle Kraft auf den orbeitskolben wirken muß, damit dieser den gewünschten Vorgang, also beispielsweise einen Bearbeitungsvorgang, vornehmen kann.
Bekannte Zylinderanordnungen dieser Art erfordern sowohl im Niederdrucksystem als auch im Hochdrucksystem die Verwendung eines flüssigen Mediums, wodurch. eine Hochiruckpumpeneinheit oder ein senr großes Nieder druckvolumen erforderlich ist. Führt man dagegen de Zylinderanordnlng rein pneumatisch aus, so ergeben sich ein hoher Luftverbrauch und räumlich große Abmessungen. Eine Verringerung des Luftverbrauchs ist nur durch einen zusätzlichen Aufwand an mechanischen Einrichtungen und Steuermitteln möglich, wodurch die räumlichen Abmessungen weiter vergrößert werden.
Diese Nachteile und Schwierigkeiten vermeidet eine erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnete Zylinderanordnung, daß die Mittel ein dem Ubersetzungskolben niederdruckseitig vorgeschaltetes Niederdruck-Rück schlagventil solcher Dimensionierung enthalten, daß der Übersetzungskolben erst dann betätigt wird, wenn der Eilhub des Arbeitskolbens im wesentlichen beendet ist, daß ferner der Speicher eine Kammer mit einer das Hochdruck-vom Niederdrucksystem trennen~ den druckbeweglichen Wand enthält, die während des Eilhubes den Druck im Niederdrucksystem über das inkompressible Medium auf den Arbeitskolben wirksam werden läßt, und daß darauf der Übersetzungskolben während seiner Betätigung unter Ausschaltung des Einflusses der druckbeweglichen Wand den Druck im Niederdrucksystem über das inkompressible Medium auf den Arbeitskolben wirksam werden läßt ( Krafthub des Arbeitkolbens).
Bei der Erfindung bleibt während des Eilhubes des Arbeitskolbens also der Übersetzungskolben unwirksam, vielmehr wirkt das Niederdrucksystem hier über die beispielsweise durch einen Kolben oder eine Membran gebildete bewegliche Wand in dem Speicher auf das inkompressible Medium, d.h. auf das Hochdrucksystem, so ein, daß der Eilhub erfolgt.
Dagegen sind Maßnahmen dafür getroffen, daß während der Durchführung des Krafthubes das Niederdrucksystem ausschließlich über den Übersetzungskolben wirksam wird nicht aber über die bewegliche Wand im Speicher, Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, die Einrichtungen zur Übertragung der Verhältnisse im Niederdrucksystem auf das Hochdrucksystem, also die bewegliche Wand im Speicher und den Übersetzungskolben, ausschließlich unter den für den jeweiligen Betriebszustand (Eilhub, Krafthub) optimalen Gesichtspunkten zu dimensionieren.
Auch in den Fällen, -in denen man ein pneumatisches: Niederdrucksystem verwendet, ist der Luftbedarf klein gehalten. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, ein hydraulisches Niederdrucksystem vorzusehen, ebenso wie man in der Wahl des Mediums für das Hochdrucksystem weitgehende Freiheit hat, da Hochdrucksystem und Niederdrucksystem voneinander getrennt sind.
Als weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Zylinderanordnung ist die Funktionssteuerung derselben durch ein in besonderer Weise aufgebautes und dimensioniertes Rückschlagventil zu sehen, wodurch umfangreiche Steueranordnungen überflüssig werden.
Das Rückschlagventil kann aus zwei parallel liegenden Einzelventilen bestehen, von denen das eine den Beta~ tigungszeitpunkt des ttbersetzungskolbens festlegt und das andere während des Rückhubes desselben geöffnet ist. Bei dieser Dimensionierung .wird davon ausgegangen, daß der Druck im Niederdrucksystem während des Eilhubes bis zu einem Wert ansteigt, der das Ende des Eilhubes kennzeichnet und demgemäß infolge entsprechender Dimensionierung des einen Einzelventiles zum Einleiten des Krafthubes herangezogen werden kann.
Auch das andere Einzelventil, daß während des Rückhubes die Rückführung des Übersetzungskolbens praktisch ohne Gegenkraft aus dem Niederdrucksystem sicherstellen soll, arbeitet in Abhängigkeit vom Druck in diesem System.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, das ein stirnseitiger Stößel am Übersetzungskolben in einem zum Hochdrucksystem gehörenden Kanal geführt ist, in den ein Verbindungskanal zu dem Speicher in einem Bereich einmündet, der bei der Betätigung des Übersetzungskolbens von-diesem ausgefüllt ist.
Insbesondere bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann es zweckmäßig sein, den Arbeitskolben über einen weiteren, den Speicher umgehenden Kanal dauernd mit dem Niederdrucksystem im seine Betätigung unterstützenden Sinne in Verbindung stehen zu-lassen. Diese Verbindung des Arbeitskolbens mit dem Niederdrucksystem kannin Abweichung von der Betriebsweise des Speichers -dauernd, d.h. auch während der Durchführung des Krafthubes, bestehen bleiben.
Als Weiterbildung speziell der oben beschriebenen be vorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Variante ahzubehen, bei der der Arbeitskolben einen Ar beitsstößel msit einem stirnseitig abgeschlossenen Hohlraum enthält, in dem der Kanal verläuft. Das bedeutet nicht, daß der Kanal auf jeden Fall durch den- Hohlraum selbst in seiner ganzen Länge gebildet ist, vielmehr kann er in ein rüsselförmiges feststehendes Teil eingelassen sein, das in den Hohlraum des Arbeitsstößels hineinragt und auf dessen Außenmantel sich der Arbeit kolben, den Kanal abdichtend, bei seiner Betätigung verschiebt. -Der Hohlraum bildet dann mit seiner stirnseitigen Innenfläche praktisch den Abschluß dieses einen wesentlichen Bestandteil des Hochdrucksystems darstellenden Kanals.
Besonders zweckmäßig ist es, den Arbeitszylinder, den Übersetzungszylinder und den Speicher zu einßr konstruktiven Einheit zusammenzufassen. Bei Verwendung des eben erläuterten rüsselförmigen feststehenden Teils zur Aufnahme des Kanals wird man dann der -Einheit ein- feststehendes Mittelteil zuordnen, das das rüsselförmiga Teil mit dem Kanal sowie den Speicher enthält. Auch etwaige weitere Verbindungskanäle wird man in dieses Mittelteil einarbeiten.
Unabhängig von dieser speziellen konstruktiven Ausführung enthält das Niederdrucksystem zweckiäßigerweise einen Rückführungskanal, der an Druckflächen zumindest am Arbeitskolben hernngeführt ist. Dadurch wird es möglich, auch die Rückführung der Kolben in von Abhängigkeit von/dem Niederdrucksystem gegebenen Steuerbefehlen vorzunehmen.
Dieser Rückführungskanal kann an Druckflächen am Arbeit und am Übersetzungskolben herangeführte Abzweigungen besitzen, wobei durch geeignete Dimensionierung des anderen Einzelventile des Niederdruck-Rückschlagsventils dafür Sorge getragen ist, daß der ftbersetzungskolben praktisch kräftelos dem Rückführungsantrieb folgt.
An dieser Stelle sei bemerkt, daß der Ausdruck Kanal " im Rahmen der Erfindung nicht unbedingt nur einen in ein massives Teil durch Bohren oder dergleichen eingearbeiteten Hohlraum, sondern grundsätzlich jede mögliche Verbindungsleitung schlechthin kennzeichnen soll. Beispielsweise können also im Rahmen der Erfindung auch die auftretenden Druckdifferenzen aushaltende Rohre oder flexible Leitungen Einsatz finden, Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 1 bis 3 erläutert, die drei verschiedene Betriebsstellungen der Anordnung zeigen In Figur 1 ist die Ruhestellung der Zylin deranordnung dargestellt, während Figur 2 die Stellung der einzelnen Elemente nach Beendigung des Eilhubes und Figur 3 die Stellung gegen Ende üee Krafthubes wiedergIbt.
In allen Figuren sind, da des sich um dieselbe Anordnung handelt, für gleiche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.
In dem figurlich dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß der Arbeitszylinder 1, der Übersetzungszylinder 2 und der Speicher 3 zu einer konstruktiven Einheit vereinigt sind. Aus diesem Grunde sind die verschiedenen Verbindungskanäle in ein Gehäuseteil 4 eingearbeitet, von dem im folgenden besonders das mittlere Teil 5 interessieren wird. Das Gehäuseteil 5 besitzt den rüsselförmigen Ansatz 6, in dem der Kanal 7 mit dem inkompressiblen Hochdruckmedium verläuft. Auf dem rüsselartigen Ansatz 6 bewegt sich, die Abdichtung des Kanals 7 sicherstellend, der Arbeitskolben 8 mit einem Ansatz 9, in den ein den Fortsatz 6 aufnehmender Hohlraum eingearbeitet ist. In dem Kanal 7 wiederum bewegt sich der stirnseitige Stößel 10 des Übersetzungskolbens 11, dessen in den Figuren rechte Fläche über die Einzelventile 12 und 13 des Niederdruck-Rückschlagventils mit dem durch den Kanal 14 angedeuteten Niederdrucksystem in Verbindung gebracht werden kann. Die durch den Übersetzungskolbens 11 erfolgende Kraftübersetzung ist bestimmt durch das Verhältnis der in der Figur rechten Fläche des Kolbens 11 zu der in der Figur linken Stirnfläche des Stößels 10, also bei kreisrundem Durchmesser dieser Teile durch das Durchmesserverhältnis.
Wie ersichtlich, gehen von der Leitung 14 drei Zweigleitungen ab, von denen die Leitung 15 zu dem Rückschlagventil 12/13, die Leitung 16 zur Niederdruckseite des Speichers 3 für das inkompressible Druckmedium und die Leitung 17 zu einer Druckfläche am in der Figur rechten Ende des Arbeitskolbens 8 führt.
Einen wesentlichen Bestandteil des Speichers 3 bildet die durch die Membran 18 gebildete nachgebende,Wand, die die Trennung des Hochdrucksystems von dem Niederdrucksystem sicherstellt.
In das Gehäuse 4 ist ferner der Rückführungskanal 19 eingearbeitet, dessen eine Abzweigung 20 in den Übersetzungszylinder 2 im Bereich seines den Ventilen 12 und 13 gegenüberliegenden Endes eingeführt ist, während die Abzweigung 21 in den in den Figuren linken Bereich des Arbeitszylinders 1 führt. Eine Druckbeaufschlagung dieser Leitung 19 wirkt also im Sinne einer Rückführung der beiden Kolben 8 und 11 in ihre in Figur 1 dargestellte Ruhestellung.
Die von dem Übersetzungskolben 11 unter dem Einfluß des Niederdrucksystem8 14 ausgeübte Kraft wird im Hochdrucksystem, d.h. im wesentlichen im Kanal 7 und in dem anschließenden, sich in seiner Größe während des Arbeits- und des Eilhubes verändernden Druckraum 22, entsprechend dem Verhältnis der Durchmesser des Stößels 10 und der Ausnehmung in dem Arbeitsstößel 9 nochmals übersetzt.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist nun folgende: Beim Auftreten eines hinreichend großen Drucks im Niederdrucksystem 14 wirkt dieser über die Membran 18 auf das inkompressible Medium im Hochdrucksystem, so daß, wie Figur 2 erkennen läßt, der Arbeitskolben 8 mit dem Arbeitsstößel 9 in Richtung nach links bis zur Auflage auf einen in ein Werkstück 23 zu drückenden Stift 24 bewegt wird ( Bilhub ). Wesentlich ist, daß das Einzelventil 12 eine sache Vorspannung besitzt, daß während dieses Eilhubes der rechts vom Übersetzungskolben 11 liegende Teil des Übersetzungszylinders 2 nicht in Verbindung mit dem Niederdrucksystem 14 steht.
Der Eilhub erfolgt also allein -unter dem Einfluß der Wirkung, die das Niederdrucksystem 14 auf die Membran 18 und damit unmittelbar auf das Hochdrucksystem ausübt.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Eilhub dadurch unterstützt, daß über die Abzweigung 17 eine.
dauernde Verbindung des in den Figuren rechts vom Arbeitskolben 8 liegenden Teils des Arbeitszylinders 1 mit dem Niederdrucksystem 14 besteht. Während des Hubes, und zwar sowohl während des Eil- als auch während des Krafthubes, muß verständlicherweise der: Rückführkanal 19 entlastet sein.
in der letzten Phase'des Eilhubes nehmen die einzelnen Elemente der erfindungsgemäßen Zylinder anordnung also die in Figur 2 wiedergegebenen Stellungen ein. Erreicht nunmehr der Druck im Niederdrucksystem 14 einen uorgegebenen Wert, so öffnet das Einzelventil 1-2,. ao; daß nunmehr der Übersetzungskolben wirksam wird. Er schiebt seinen stirnseitigen Stößel 10 in Figur ? von rechts nach links weiter in den mit dem inkompressiblen Medium gefüllten Kanal 7 des Hochdrucksystems hinein, so daß er zunächst einen Teil dieses Mediums in den Speicher 3 drückt, dann aber den Anschlußkanal 26 desselben sperrt. In dem Kanal 7 und dem mit ihm verbundenen Druckraum 22 steht nunmehr eine abgeschlosene Säule des inkompressiblen Mediums, die der Stößel 10 vor sich herschiebt. Über den Kanal 17 bleibt ferner die unterstützende Wirkung des direkten Einflusses den Niederdrucksystems 14 auf den Arbeitskolben 8 erhalten.
Die geöffnete Stellung des Einzelventils 12 und die Ausschaltung dea Speichers 3 durch Absperrung des zugehörigen Verbindungskanals 26-mit dem Kanal 7 durch den Stößel 10 an der linken Stirnseite des itbersetzungskolbens 11 zeigt Figur 3.
Zur Rückführung der Kolben 8 und 11 ist es nun erforderlich, den Druck in dem durch den Kanal 14 oharak terisierten Niederdrucksystem so weit zu verringern, daß das andere Einzelventil 13 des Rückschlagventils 12,13 öffnen kann, so daß der in den Figuren rechts vom Übersetzungskolben 11 liegende Teil des Über setzungszylinders 2 druckentlastet wird. Gleichzeitig ist eine Druckbeaufschlagung des Rückfuhrungskanals 19 erforderlich, damit in dem links vom Arbeitskolben 8 liegenden Teil des Arbeitszylindere 1 und in dem links vom Übersetzungskolben 11 liegenden Teil des Übersetzungszylinders 2 ein höherer druck herrscht als in dem jeweils rechte von dem jeweiligen Kolben liegenden Teil des betreffenden Zylinders. Sobald der Stößel 10 des Übersetzungskolbens 11 die Einmündung des Verbindungskanals 26 in den Kanal 7 wieder freigegeben hat, setzt der Eilrücklauf des Arbeitskolbens 8 ein, da nunmehr das inkompressible Medium im Hochdrucksystem in den Speicher 3 ausweichen kann.
Die Anordnung läßt sich in der Weise ausbilden, daß als Übertragungkolben ein Mehrfachkolben, z.B.
die @ @ @ findet, daß bei gleichem Durchmesser höhere Kräfte als ein Einzelkolben erzeugt.

Claims

A n s p r ü c h e

1. Zylinderanordnung zur Kraft erzeugung, enthaltend einen Arbeitszylinder mit einem Arbeitskolben, einen Ubersetzungszylinder mit einen Übersetzungskolben, der, unter dem Einfluß eines Niederdrucksystems stehend, aeinerseits ein den Arbeitskolben betätigende., mit einem inkompressiblen Medium und einem Speicher für dieses versehenes Hochdrucksystei beeinflußt, sowie Mittel zur Unterteilung der Betatigung des Arbeitskolbens in einen Eilhub und~einen darauffolgenden Krafthub, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel ein dem Übersetzungskolben (11) niederdruckseitig vorgeschaltetes Niederdruck-Rückschlagventil (12, 13) solcher Dimensionierung enthalten, daß der Übersetzungskolben (11) erst dann betätigt wird, wenn der Eilhub des Arbeitskolbens (8) im wesentlichen beendet ist, daß ferner der Speicher (3) eine Kammer mit einer das Hochdruckvol Niederdrucksystem trennenden druckbeweglichen Wand (18) enthält die während des Eilhubes den Druck im Niederdrucksystem (14) über das inkompressible Medium auf den Arbeitskolben (8) wirksam werden läßt, und daß darauf der Übersetzungskolben (11) während seiner Betätigung unter Ausschaltung des Einflusses der druckbeweglichen Wand (18) den Druck im Niederdrucksystem (14) über das inkompressible Medium auf den Arbeitskolben (8) wirksam werden läßt (Kraft~ hub des Arbeitskolbens).

2. Zylinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein stirnseitiger Stößel (10) des Ubersetzungskolbens (11) in einem zum Hochdrucksystem gehörenden Kanal (7) geführt ist, in den ein Verbindungskanal (26) zu dem Speicher (3) in einem Bereich einmündet, der bei der Betätigung des Übersetzungskolbens (10, 11) von diesem (10) ausgefüllt ist.

3. Zylinderanordnung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die druckbewegliche Wand (18) durch einen Kolben gebildet ist.

4. Zylinderanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die druckbewegliche Wand durch eine Membran (18) gebildet ist.

5. Zylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das R5ckschlagventil aus zwei parallel liegenden Einzelventilen (12,13) besteht, von denen das eine (12) den Betätigungszeitpunkt des Übersetzungskolbens (11) festlegt und das andere (13) während des Rückhubes desselben geöffnet ist.

6. Zylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, daw durch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (8) über einen weiteren, den Speicher (3) umgehenden Kanal (17) dauernd mit dem Niederdrucksystem (14) im seine Betätigung unterstützenden Sinne in Verbindung steht.

7. Zylinderanordnung nach Anspruch 2 oder Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 6', dadurch gekennzeichnet, daß. der Arbeitskolben (8) einen Arbeitsstößel (9) mit einem stirnseitigen abgeschlossenen Hohlraum (22) enthält, in dem-der Kanal (7) verläuft.

8. Zylinderanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kanal. (7) in ein rüsselförmiges feststehendes Teil (6) eingelassen ist, das in den Hohlraum (22) hineinragt und auf dessen Außenmantel sich der Arbeitskolben (8), den Xanal (7) abdichtend, bei seiner Betätigung verschiebt.

9. Zylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Arbeitszylinder (8), Übersetzungszylinder (11), und Speicher (3) zu einerkonstruktiven Einheit zusammengefaßt sind.

10. Zylinderanordnung nach den Ansprüchen s und 9, dadurch gekennseiohnet, daß die Einheit ein feststehendes Mittelteil (15) aufweist-, das das rüsselförmige .Teil(6) mit dem Kanal (7) sowie den Speicher (3) enthält.

11. Zylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet', daß das Niederdrucksystem (14) einen Rückführungskanal (19) enthält, der an Druck flächen zumindest am Arbeitskolben (8) herangeführt ist.

12. Zylinderanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückführungskanal (19) an Druckflächen am Arbeits- (8) und am Übersetzungskolben (11) herangeführte Abzweigungen (21,20) besitzt.

13. Zylinderanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Niederdrucksystem einen von dem Rückführungskanal (19) getrennten Hinführungska nal (14) enthält, der für die Betätigung beider Kolben (8s11) erforderliche Abzweigungen (17,15) besitzt.

14. Zylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch ein pneumatlsches Niederdrucksystem.