[0001] Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein hydraulischer Zylinder interner Druckübersetzung
zur Kraftmultiplikation.
[0002] Es werden vielerorts hydraulische Zylinder gebraucht, bei denen es auf einen schnellen
Hub mit geringer Kraft und anschliessend einen kurzen, langsamen Hub mit grosser Kraft
ankommt. Im Vorrichtungsbau, bei Fertigungsmaschinen und Pressen, im Tiefbau bei Ramm-
und Ziehgeräten werden Hydraulikzylinder mit hydraulischer Uebersetzung eingesetzt.
Solche Zylinder sind kompakter und leichter als einstufige Hydraulikzylinder mit gleicher
Wirkkraft.
[0003] Es sind Lösungen bekannt, welche aus zwei Kolben und drei Druckkammern bestehen,
und wo die Kolben nacheinander angeordnet sind (GB-PS 16 00 733; GB-PS 1 420 389;
US-PS 4 011 724; DE-OS 31 19 307 Al). Diese Bauart verlangt zwischen beiden Kolben
eine Trennwand. Die Kolben bewegen sich beim Arbeitsvorgang, z.B. einem Klemmvorgang,
in gleicher Richtung. Dies hat zur Folge, daß die Zylinderl1änge um die Trennwandstärke
größer sein muß. Sobald der Primärkolben auf seinem Weg keinen Widerstand trifft,
gelangt er an den Zylinderdeckel, der übersetzungsvorgang wird eingeleitet und der
Deckel wird abgerissen oder rnuß entsprechend stark
[0004] ausgelegt werden, was sich als Zuwachs der Abmessungen und des Gewichtes auswirkt.
[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen. Dies wird
erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des unabhängigen Anspruches"
I gelöst.
[0006] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
[0007] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt sich aus der beiliegenden Zeichnung.
[0008] Im Zylinder 1 sind ein einstufiger Primärkolben 2 sowie ein zweistufiger Sekundärkolben
3 angeordnet, wobei eine mit dem Primärkolben 2 verbundene Kolbenstange 4 den Sekundärkolben
3 durchsetzt. Der Primärkolben 2 weist eine umlaufende Nut 5 mit einem darin vorgesehenen
Dichtungsring 6 auf. Der Sekundärkolben umfasst die die beiden Stufen bildenden Teile
7 und 8, welche einen voneinander verschiedenen Durchmesser aufweisen. Am äusseren
Umfang des Sekundärkolbens 3 sind im Teil 7 und im Teil 8 je eine umlaufende Nut 9
und 10 mit darin angebrachten Dichtungen 11 und 12 vorgesehen. In der im Teil 8 des
Sekundärkolbens 3 vorgesehenen Bohrung 13 zur Durchführung der Kolbenstange ist ebenfalls
eine umlaufende Nut 14 mit einer darin angebrachten Dichtung 15 vorgesehen. Der Zylinder
1 wird auf der Seite des Sekundärkolbens 3 durch einen Zylinderdeckel 16 abgeschlossen,
durch welchen die Kolbenstange 4 geführt wird. In der Bohrung 17 des Zylinderdeckels
ist eine umlaufende Nut 18 mit einer darin angebrachten Dichtung 19 vorgesehen. Integriert
in einem Ansatz 20 am Zylinder sind ein durch eine erste, schwache Feder 21 beaufschlagter
erster Absperrkolben 22 sowie ein durch eine zweite, starke Feder 23 beaufschlagter
zweiter Absperrkolben 24 vorgesehen. Sowohl der erste als auch der zweite Absperrkolben
ist zweistufig ausgebildet, wobei jeweis ein Teil 25 resp. 26 mit grösserem Durchmesser
und ein Teil 27 resp. 28 mit kleinerem Durchmesser vorgesehen sind. Mit den Teilen
27 und 28 mit kleinerem Durchmesser ist je eine Kolbenstange 29 resp. 30 verbunden,
welche je in eine den Absperrkolben gegenüberliegende Kammer 31 resp. 32 führen. In
den Kammern 31 und 32 sind Oeffnungskolben 33 und 34 vorgesehen. Eine Zuleitung 35
für das Druckmedium führt in die Kammer 31 in den Bereich zwischen Kolbenstange 29
und Stirnfläche des Oeffnungskolbens 33, wobei die beiden Kammern 31 und 32 durch
eine Leitung 36 verbunden sind. Die den vorderen Teil 27 des ersten Absperrkolbens
22 umgebende Kammer 37 ist über eine Leitung 38 mit einer ersten Druckkammer 39 zwischen
Primärkolben und Zylinderwand verbunden. Von der Leitung 38 führt eine Zweigleitung
40 in eine Stufenkammer 41 zwischen dem Teil 7 des Sekundärkolbens 3 und der Innenwandung
des Zylinders 1. Diese Stufenkammer 41 wird seitlich durch einen Absatz 42 am äussern
Umfang des Sekundärkolbens 3 und durch einen Absatz 43 an der Innenwandung des Zylinders
1 begrenzt. Die den vorderen Teil 28 des zweiten Absperrkolbens 24 umgebende Kammer
ist über eine Leitung 44 für das Druckmedium mit einer zweiten Druckkammer 45 zwischen
der dem Zylinderdeckel gegenüberliegenden Begrenzungsfläche 46 des Sekundärkolbens
und des Zylinderdeckels verbunden. Die Kammer 47 zwischen Primär-und Sekundärkolben
ist über eine Leitung 48 mit den Kammern auf der gemäss der Fig. rechten Seite der
Oeffnungskolben 33 und 34 verbunden.
[0009] Im folgenden wird die Funktion des hydraulischen Zylinders beschrieben:
Sobald in der Zuleitung 35 der Druck sich so erhöht, dass der erste Absperrkolben
22, welcher mit der schwächeren Feder 21 beaufschlagt ist, abhebt, fliesst das Druckmedium
in die erste Druckkammer 39 hinter dem Primärkolben 2 und bewegt diesen nach vorn.
Das geschieht so lange, bis der Primärkolben 2 auf einen Widerstand stösst. In diesem
Moment öffnet der zweite Absperrkolben 24, und der erste schliesst. Das Druckmedium
fliesst jetzt in die zweite Druckkammer 45 am Zylinderdeckel 16, und die Querschnittfläche
46 mit grösserem Durchmesser des zweistufigen Sekundärkolbens 3 wird mit Druck beaufschlagt.
Der Sekundärkolben 3 setzt sich in Bewegung, und dabei wird das sich zwischen den
Stufen 42 und 43 des Sekundärkolbens und des Zylinders befindliche Druckmedium aus
der Stufenkammer 41 in die erste Druckkammer 39 hinter dem Primärkolben 2 gedrückt.
Der Primärkolben 2 mit der Querschnittfläche 43 bewegt sich nach vorn mit einer dem
Flächenverhältnis (Fläche 49/Fläche 42) entsprechend reduzierten Geschwindigkeit und
erhöhter Kraft. Sobald der gewünschte Druck in der Zuleitung 35 erreicht wird, ist
der durch die Kolbenstange 4 ausgeübte Arbeitsvorgang, beispielsweise ein Klemmvorgang,
beendet, der zweite Absperrkolben 24 schliesst gleichfalls, und von jetzt an wirken
beide Absperrkolben als Sicherheitsventile.
[0010] Bei den beschriebenen Bewegungen des Primär- und Sekundärkolbens wird das Druckmedium
aus der drucklosen Kammer 47 über die Leitung 48 in einen nicht dargestellten Behälter
befördert.
[0011] Beim Oeffnen wird die Leitung 48 mit Druck beaufschlagt. Beide Oeffnungskolben 33
und 34 entsperren die
Absperrkolben 22 und 24, der Primär- und der Sekundärkolben 2 und 3 werden auseinander
geschoben und erlangen die Ausgangsstellung. Aus den drucklosen Kammern 39, 41 und
45 gelangt das Druckmedium über die geöffneten Absperrkolben 22 und 24 und die Leitung
35 in den nicht dargestellten Behälter.
[0012] Falls der Primärkolben 2 auf seinem Weg nach vorne auf keinen Widerstand trifft,
bewegt er sich so lange, bis er die Oeffnung der Leitung 48 in der Kammer 47 zudeckt.
Der Sekundärkolben 2 kann sich auch nicht bewegen, da der Abfluss gesperrt ist. Wenn
der Schnellhub lang wird, und der Umschaltvorgang kurz vor der Oeffnung der Leitung
48 einsetzt, treffen beide Kolben 2 und 3 aufeinander. In beiden Fällen ergeben sich
keine Zylinderschäden, und es müssen keine grossen Kräfte aufgefangen werden.
1. Hydraulischer Zylinder mit Kraftmultiplikation, gekennzeichnet durch einen einstufigen
Primärkolben (2) und einen zweistufigen Sekundärkolben (3), wobei die Kolbenstange
(4) des Primärkolbens (2) den Sekundärkolben (3) durchsetzt.
2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Zylinderinnenwand
eine Stufe (42,43) ausgebildet ist, wodurch zwischen Zylinderinnenwand und Zylinderaußenwand
des zweistufigen Sekundärkolbens (3) eine Stufenkammer (41) gebildet ist.
3. Zylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenkammer (41) mit
einem zwischen Primärkolben (2) und Zylinder (1) gebildeten ersten Druckkammer (39)
über eine Leitung (38) für ein Druckmedium kommuniziert.
4. Zylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (35) für
das Druckmedium über ein erstes Absperrventil (22) mit der ersten Druckkammer (39)
und über ein zweites Absperrventil (24) mit einer zwischen Sekundärkolben (3) und
Zylinder (1) gebildeten zweiten Druckkammer (45) verbunden ist.
