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Die Erfindung betrifft einen hydraulischer Auswerfer sowie eine Mehrstufenschmiede oder -presse.
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Hydraulische Auswerfer dienen insbesondere auch bei Mehrstufenschmieden bzw. bei Mehrstufenpressen dazu, ein Werkstück aus einer Form herauszuheben, sodass diese sicher in eine Transportebene gebracht und dort von einem Förderer ergriffen oder sonst wie erfasst und weiter transportiert werden kann, und sind beispielsweise in der
DE 10 2005 036 775 A1 offenbart.
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Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, einen hydraulischen Auswerfer, insbesondere für eine Mehrstufen schmiede oder -presse, bereitzustellen, welche eine betriebssichere Positionierung des Werkstückes erlauben.
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Als Lösung wird ein hydraulischer Auswerfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
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Der hydraulische Auswerfer ist mit einem Hubkolben, der mit einem Auswerferstößel wirkverbunden ist, sowie mit einem Endanschlag, gegen den der Hubkolben und/oder der Auswerferstößel anschlagen, und mit einem vor dem Erreichen des Endanschlags wirksamen Einlaufbremse versehen.
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Hierbei verhindert die Einlaufbremse ein abruptes Anschlagen des Hubkolbens bzw. des Auswerferstößels an dem Endanschlag, sodass der Auswerfer das entsprechende Werkstück weitgehend ruckfrei auswerfen und dieses zuverlässig in einer Transportposition zur Ruhe kommen kann, in welcher dieses dann betriebssicher zum Abtransport oder ähnlichem erfasst werden kann.
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Es versteht sich in diesem Zusammenhang, dass der Hubkolben und der Auswerferstößel einstückig miteinander ausgebildet sein können. Es ist jedoch andererseits auch denkbar, dass beide Baugruppen getrennt ausgebildet sind und der Hubkolben beispielsweise über eine Anlagenfläche oder über sonstige zwischengeschaltete Baugruppen seine Hubbewegung auf den Auswerferstößel überträgt.
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Die Einlaufbremse ist mechanisch ausgebildet, sodass komplexe Regel- und Steuerungsprozesse an dieser Stelle nicht notwendig werden, insbesondere da in der Regel ein derartiger Auswerfer in der Taktfrequenz der entsprechenden Maschine und mithin sehr schnell arbeitet.
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Der Bremsvorgang lässt sich auf baulich einfache Weise zuverlässig gestalten, wenn die mechanisch ausgebildete Einlaufbremse eine Kulisse und einen Kulissenfolger umfasst. Durch die Form oder Kontur der Kulisse kann das Maß der Kraft, mit welcher die Kulisse auf den Kulissenfolger und mithin die Einlaufbremse auf den Hubkolben bzw. den Auswerferstößel wirkt, einfach und betriebssicher festgelegt und ortsabhängig bzw. vom Hub abhängig variiert werden, sodass die Bremscharakteristik in geeigneter Weise bestimmt werden kann.
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Vorzugsweise umfasst die Einlaufbremse kumulativ bzw. alternativ hierzu eine Feder. Insbesondere wenn eine derartige Feder unmittelbar zwischen Endanschlag und Hubkolben bzw. Auswerferstößel wirkt, wobei gegebenenfalls eine derartige Wirkung auch erst kurz vor Erreichen des Endanschlages einsetzen kann, in dem die Feder erst bei Erreichen einer entsprechenden Position belastet wird, kann eine wegabhängige Kraft bremsend genutzt werden. Andererseits ist es auch möglich, dass die Feder lediglich indirekt wirkt, indem sie beispielsweise auf den vorgenannten Kulissenfolger wirkt und diesen gegen die Kulisse vorspannt. Auf diese Weise lässt sich auch die Kraft-Weg-Kennlinie der Einlaufbremse an die gegebenen Erfordernisse einfach anpassen.
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Dementsprechend kann auch ein Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Auswerfers vorgesehen sein, bei welchem auf einen Auswerferstößel wirkender Hubkolben vor einem Erreichen eines Endanschlags abgebremst wird. Auch hierdurch kann gewährleistet werden, dass ein ausgeworfenes Werkstück zuverlässig in einer Transportposition zur Ruhe kommt, von welcher ausgehend es zum Ab- bzw. Weitertransport ergriffen oder sonst wie erfasst werden kann, da eine entsprechende Verzögerung am Endanschlag nicht zu abrupt erfolgt.
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Vorzugsweise ist der Endanschlag, gegen den der Hubkolben und/oder der Auswerferstößel anschlagen, stufenlos verlagerbar. Auf diese Weise können geänderte Betriebsbedingungen, beispielsweise bei einer Änderung der Schmiedekräfte, der genutzten Formen oder der Prozesstemperaturen, sehr genau auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung Rechnung getragen werden. Insofern kann auch ein hydraulischer Auswerfer mit einem Hubkolben vorgesehen sein, der mit einem Auswerferstößel wirkverbunden ist, sowie mit einem stufenlos verlagerbaren Endanschlag, gegen welchen der Hubkolben und/oder der Auswerferstößel anschlagen.
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Die stufenlose Verlagerbarkeit kann an sich auf jede Art und Weise erfolgen, beispielsweise auch mechanisch durch geeignete Gewinde- oder Keilanordnungen. Herbei muss jedoch in Kauf genommen werden, dass eine derartige mechanische Verstellbarkeit einen manuellen Eingriff oder aber zusätzliche Antriebsorgane erfordert. Aus diesem Grunde ist es besonders vorteilhaft, den Endanschlag hydraulisch zu verstellen, da eine Hydraulik für den hydraulischen Auswerfer ohnehin vorgesehen ist.
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Ein stufenloses Verstellen des Endanschlages kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Hubkolben bzw. der Auswerferstößel über die Hydraulik gegen den Endanschlag gedrückt werden und ein Gegendruck über einen Anschlagkolben auf den Endanschlag ausgeübt wird. Solange dieser Gegendruck geringer als der Betriebsdruck, welcher auf den Hubkolben wirkt, ist, verlagert sich der Endanschlag in Richtung der Hubbewegung. Wird der Anschlagkolben mit Betriebsdruck beaufschlagt und der Hubkolben mit einem etwas geringerem Druck oder sogar gar keinem Druck beaufschlagt, so wandert der Endanschlag entgegen der Hubbewegungsrichtung.
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Durch geeignete Drosseln kann die Verlagerungsgeschwindigkeit des Endanschlags auf ein Minimum begrenzt werden, sodass eine genaue Positionierung möglich ist. Es versteht sich, dass sich eine Verlagerung des Endanschlags sowohl während des normalen Arbeitsablaufes als auch bei Werkzeugwechseln oder zu sonstigen Einfahrprozessen durchgeführt werden kann.
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Kumulativ zu den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung löst die oben genannte Aufgabe auch ein hydraulischer Auswerfer mit zwei gleichsinnig arbeitenden Hubkolben, wobei ein erster der beiden Hubkolben als Krafthubkolben während eines Krafthubes mit einem Auswerferstößel wirkverbunden ist und der zweite der beiden Hubkolben als Hebehubkolben während eines Hebehubes mit dem Auswerferstößel wirkverbunden ist.
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Die Aufgabentrennung der beiden Hubkolben ermöglicht es, diese für ihre jeweilige Aufgabe geeignet auszubilden. So kann der Kraftkolben mit einer verhältnismäßig großen Belastungsfläche ausgebildet werden, sodass er entsprechend große Kräfte ausüben kann, um beispielsweise ein geschmiedetes Werkstück zuverlässig aus der Schmiedeform zu lösen, während der Hebehubkolben dazu genutzt werden kann, das Werkstück im Anschluss hieran in eine Transportposition zu heben, wozu regelmäßig geringere Kräfte aber größere Wege notwendig sind. Dementsprechend kann der Hebehubkolben derart ausgebildet werden, dass der Hebevorgang ausreichend schnell aber nicht zu schnell abläuft, sodass das Werkstück zuverlässig in seine Transportposition verbracht werden kann.
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Insbesondere ist es möglich, dass während des Krafthubes sowohl der Krafthubkolben als auch der Hebehubkolben mit dem Auswerferstößel wirkverbunden sind, sodass die beiden Hubkolben gemeinsam die für ein Loslösen des Werkstücks aus dem Werkzeug erforderliche Kraft aufbringen können. Auf diese Weise baut die Gesamtanordnung nach wie vor verhältnismäßig klein, obgleich verhältnismäßig große Kräfte während des Krafthubes aufgebracht werden können.
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Insbesondere bei einer derartigen Verfahrensführung ist eine vor Erreichen des Endanschlags wirksame Einlaufbremse bzw. ein stufenlos verlagerbarer Endanschlag entsprechend vorteilhaft, um den Auswerfer geeignet zu führen.
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Dementsprechend kann auch ein Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Auswerfers vorgesehen sein, bei welchem zwei Hubkolben gemeinsam bei einem Krafthub auf einen Auswerferstößel wirken. Hierbei kann insbesondere auch bei diesem Verfahren während eines Hebehubes lediglich einer der beiden Hubkolben auf den Auswerferstößel wirken, beispielsweise der oben genannte Hebehubkolben.
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Auf baulich besonders einfache Weise kann gewährleistet werden, dass der Krafthubkolben nur während eines Krafthubes wirksam wird, indem ein entsprechender Wegbegrenzer vorgesehen ist, welcher den Weg des Krafthubkolbens auf das notwendige Maß begrenzt. Auf diese Weise kann des Weiteren die benötigte Menge an Hydraulikflüssigkeit dementsprechend auf ein Mindestmaß begrenzt werden, wodurch die gesamte Anordnung energetisch sparsam betrieben werden kann.
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Für einen Rückhub spielt letztlich eine Unterscheidung zwischen Krafthub und Hebehub einerseits bzw. eine Einlaufbremse in der Regel keine Rolle, so dass auf entsprechende Maßnahmen ggf. verzichtet werden kann und lediglich eine entsprechende Druckkammer, die auf die Kolben bzw. den Auswerferstößel entsprechend wirkt, ausreicht, den Rückhub durchzuführen.
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Vorzugsweise ist für den Hubkolben und/oder den Auswerferstößel ein Wegaufnehmer vorgesehen. Auf diese Weise kann der Weg des Auswerferstößels bzw. des Hubkolbens unmittelbar überwacht werden, sodass sichergestellt werden kann, dass ein Werkzeug zuverlässig in seine Transportposition verbracht wird. Es versteht sich, dass ein hydraulischer Auswerfer mit einem Hubkolben, der mit einem Auswerferstößel wirkverbunden ist, sowie mit einem Wegaufnehmer für den Hubkolben und/oder den Auswerferstößel auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung entsprechend vorteilhaft ist.
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Der Wegaufnehmer kann darüber hinaus ohne weiteres dafür genutzt werden, auch den Endanschlag in seiner Position zu überprüfen und gegebenenfalls gezielt zu verstellen. Es versteht sich, dass gegebenenfalls hierzu auch ein separater Wegaufnehmer, welcher unmittelbar die Position des Endanschlages aufnimmt, vorgesehen sein kann.
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Vorzugsweise ist der Wegaufnehmer induktiv ausgebildet, sodass er verhältnismäßig wartungsfrei betrieben werden kann. Es versteht sich, dass unter der Bezeichnung „Wegaufnehmer” im vorliegenden Zusammenhang auch ein Positionsmesser, welche die Position des Hubkolbens bzw. des Auswerferstößels bestimmen kann, verstanden wird, da aus der Position auch unmittelbar ein Weg ermittelt werden kann – und umgekehrt.
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Es versteht sich, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen zu können.
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Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert, die insbesondere auch in anliegender Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
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1 einen Auswerferstößel im Querschnitt in seiner Position am unteren Totpunkt;
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2 den Auswerferstößel im Schnitt entlang der Linie II-II nach 1;
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3 den Auswerferstößel nach 1 und 2 am Ende seines Krafthubes;
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4 den Auswerferstößel nach 1 bis 3 bei Beginn des Abbremsvorgangs;
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5 den Auswerferstößel nach 1 bis 4 in seinen oberen Totpunkt;
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6 den Auswerferstößel im Schnitt entlang der Linie VI-VI nach 5; und
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7 ein Blockschaltbild für die hydraulische Ansteuerung des Auswerfers.
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Der in den Figuren dargestellten Auswerfer 100 umfasst einen Hebehubkolben 1, welcher mit zwei unterschiedlich großen Kolbenstangendurchmessern in einem Gehäuse 16 gelagert ist, und einen Auswerferstößel 101, die bei diesem Ausführungsbeispiel einstückig miteinander ausgebildet sind. Das Gehäuse 16 umfasst ein Zylindergehäuse 2, einen oberen Zylinderdeckel 3 und einen unteren Zylinderdeckel 4.
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Die für den Anfang einer Hubbewegung notwendige hohe Kraft, beispielsweise zum Auslösen eines Werkstücks aus einem Werkzeug, wird durch die zusätzliche Fläche eines Krafthubkolbens 5 bereit gestellt, welcher verschiebbar auf der unteren Kolbenstange des Hebehubkolbens 1 gelagert ist und gemeinsam mit dem Hebehubkolben 1 über einen Heberaum 23 mit Druck beaufschlagt werden kann.
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Durch einen Anschlag 17, welcher bei diesem Ausführungsbeispiel an dem Zylindergehäuse 2 ausgebildet ist, in Auswerfrichtung sowie durch den unteren Zylinderdeckel 4 in Rückhubrichtung wird der Hub des Krafthubkolbens 5 auf eine bestimmte Krafthubhöhe 102 begrenzt.
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Die Hubhöhe des Hebehubkolbens 1, also eine Hebehubhöhe 103, wird durch einen Kulisse 11 festgelegt, welche durch einen Anschlagkolben 12 angestellt werden kann, der seinerseits über einen Anschlagraum 18 mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden kann, um diesen in seiner Höhe über einen Verstellbereich 105 zu verstellen.
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In einem Rückholraum 19 in welchem die obere Kolbenstange des Hubkolbens 1 angeordnet ist, sind zwei Kurvenrollen 6 angeordnet, welche mittels eines Rollenbolzen 7 an zwei paarweise angeordneten Schwenkhebeln 8 angebracht sind. Die beiden Schwenkhebel 8 sind in ihrer Drehachse mit einem Lagerbolzen 9 miteinander verbunden, welcher neben der Lagerung im Hubkolben 1 auch die Synchronisierung der beiden Schwenkhebel 8 übernimmt. Über beidseitig angeordnete Federn 10 werden die beiden Schwenkhebel 8 mit ihren Kurvenrollen 6 um einen Schwenkwinkel SW ausgelenkt und an eine Kurvenkulisse 11, die mit dem Anschlagkolben 12 verbunden ist, zur Anlage gebracht.
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Die Kontur der Kurvenkulisse 11 ist in eine Kurvenbahn 11a für den Hebehub und in eine Kurvenbahn 11b für den Bremshub unterteilt.
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Eine Schraube als Verdrehsicherung 13 unterstützt eine sichere Anlage beider Kurvenrollen 6 an den Kurvenbahnen.
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In dem unteren Zylinderdeckel 4 ist darüber hinaus ein Wegaufnehmer 14 angeordnet, welcher den Weg des Hebehubkolbens 1 aufnimmt. Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel ist der Wegaufnehmer 14 induktiv ausgebildet, wobei es sich versteht, dass – gegebenenfalls – auch andere Maßnahmen zur Weg- bzw. Positionsbestimmung vorgesehen sein können.
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Durch die geeignete Ausgestaltung der Kulisse 11 kann eine Bremshubhöhe 104 entsprechend gewählt werden, wobei die Bremshubhöhe 104 bei vorliegendem Ausführungsbeispiel im Gegensatz zur Hebehubhöhe 103, welche durch den Anschlagkolben 12 variiert werden kann, konstant ist.
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Auf dem unteren Zylinderdeckel 4 sind zur Steuerung notwendige Hydraulikelemente 15 angeordnet, die mit einem Zu-/Rücklauf 20 für den Anschlagkolben 12, einem Zulauf 21 für den Heberaum 23 sowie mit einem Rücklauf 22 für den Rückholraum 19 verbunden sind und schematisch in 7 dargestellt sind.
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Hierbei handelt es sich insbesondere um ein Ventil 200, welches einen Betriebsdruck 230 wahlweise auf den Zulauf 21 und den Rücklauf 22 leitet sowie die entsprechende andere Leitung in einen Tank 240 entlastet. Darüber hinaus umfassen die Hydraulikelemente 15 noch zwei Ventile 210, mittels welcher der Anschlagkolben 12 wahlweise mit Betriebsdruck belastet bzw. entlastet werden kann. Damit der Anschlagraum 18 nicht zu schnellen Druckänderungen unterliegt, sind in den entsprechenden Leitungen Drosseln 220 vorgesehen.
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Zu Beginn der Hubbewegung werden über den Zulauf 21 sowohl der Hebehubkolben 1 als auch der Krafthubkolben 5 mittels des Ventils 200, welches als 4/2-Wegeventil ausgebildet ist, gleichzeitig mit Betriebsdruck beaufschlagt. Dieser Hub kann beispielsweise über die Addition der beiden Kolbenflächen das Losbrechen eines Schmiedeteiles aus dessen Gesenk aber auch das Trennen anderer Werkstücke aus anderen Werkzeugen bewirken. Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel ist die Krafthubhöhe 102 für alle Anwendungen konstant und auf ungefähr 10 mm eingestellt.
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Bei Erreichen des Anschlags 17 an dem Zylindergehäuse 2, also der Endlage des Krafthubkolbens 5, fährt der Hebehubkolben 1 bei gleichem Volumenstrom mit reduzierter Fläche und dadurch vergrößerter Geschwindigkeit weiter.
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Hierbei folgen die Kurvenrollen 6 den im Wesentlichen gradlinigen Kurvenbahnen 11a. Bei der Bremshubhöhe 104 vor dem oberen Totpunkt beginnt der konstante Bremshub, wobei bei vorliegendem Ausführungsbeispiel die Bremshubhöhe 104 ebenfalls bei ungefähr 10 mm gewählt ist. Über die Kurvenbahn 11b werden die beiden Schwenkhebel 8 parallel zur Bewegungsrichtung des Hebehubkolbens 1 eingeschwenkt. Erreicht der Schwenkwinkel SW 0°, ist der Bremshub abgeschlossen und der obere Totpunkt erreicht. Als ein Auslegungskriterium für die Kulisse 11 kann beispielsweise ein schwingungsfreies Ausheben des Schmiedeteils aus der Werkzeuggravur gelten.
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Eine Abwärtsbewegung erfolgt durch Umsteuern des Ventils 200. Dabei wird auch der Krafthubkolben 5 wieder in die gemeinsame untere Anlage an dem unteren Zylinderdeckel 4 mitgenommen.
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Zur Verstellung der Hebehubhöhe 103 wird der Anschlagraum 18 über den Zu-/Rücklauf 20 wahlweise mit dem Tank 240 bzw. dem Betriebsdruck 230 verbunden, wobei der Anschlagkolben 12 innerhalb eines Verstellbereichs 195 verstellt werden kann. Hierzu dienen die Ventile 210.
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Zum Verstellen wird hierzu der Hubkolben 1 ausgefahren, was sowohl ausschließlich zum Zweck einer Verstellung (set-up) oder während des regulären Ausstoßens (Korrekturverstellung) geschehen kann.
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Hierbei erfasst der Wegaufnehmer 14 in diesem Zustand direkt die obere Endlage des Hubkolbens 1 und damit indirekt die Position des Anschlagkolbens 12 als Wegsignal 014. Bei Erreichen der Endlage übt der Hubkolben 1 über den Schwenkhebel 8 eine Kraft auf den Anschlagkolben 12 aus. Durch diese Kraft baut sich im Anschlagraum 18 ein Druck auf, der zweckmäßigerweise unter dem Betriebsdruck liegt. Wird nun der Anschlagraum zum Tank geöffnet, so strömt Öl aus dem Anschlagraum 18 zum Tank und der Anschlagkolben 12 bewegt sich nach oben. Wird der Anschlagraum zum Betriebsdruck geöffnet, strömt Öl von der Versorgung in den Anschlagraum 18 und der Anschlagkolben 12 bewegt sich nach unten.
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Die gewünschte Position kann über eine einfache Regelstrecke anhand des Wegsignals 014 angefahren werden. Durch Betätigung des entsprechenden Ventils 210 wird der Anschlagkolben 12 mit dem Hubkolben 1 in die benötigte Richtung gefahren und die Position mittels des Wegaufnehmers 14 über das Wegsignal 014 überwacht. Sowie die gewünschte Position erreicht ist, wird das Ventil 210 verschlossen und der Anschlagkolben 12 bleibt mit dem Hubkolben 1 in der gewünschten Position stehen.
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Damit die Verstellgeschwindigkeit bei einer Verstellung hinreichend gering ist und eine einfache Regelung möglich bleibt, sind bei diesem Ausführungsbeispiel Drosseln 220 in dem Zu- und Ablaufkanälen zum Anschlagraum 18 vorgesehen, welche gegebenenfalls durch weitere Druckkreise, die zum Zu- oder Abströmen des Öls aus dem Anschlagraum 18 genutzt werden können, unterstütz werden können.
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Durch Veränderung des Volumenstroms lässt sich auf diese Weise eine unterschiedliche Positionsauflösung bzw. Verstellgeschwindigkeit erreichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hebehubkolben
- 2
- Zylindergehäuse
- 3
- oberer Zylinderdeckel
- 4
- unterer Zylinderdeckel
- 5
- Krafthubkolben
- 6
- Kurvenrolle
- 7
- Rollenbolzen
- 8
- Schwenkhebel
- 9
- Lagerbolzen
- 10
- Druckfeder
- 11
- Kulisse
- 11a
- Kurvenbahn Hebehub
- 11b
- Kurvenbahn Bremshub
- 12
- Anschlagkolben
- 13
- Verdrehsicherung
- 14
- induktiver Wegaufnehmer
- 15
- Hydraulikelemente
- 16
- Gehäuse
- 17
- Anschlag
- 18
- Anschlagraum
- 19
- Rückholraum
- 20
- Zu-/Rücklauf für Anschlagkolben
- 21
- Zulauf
- 22
- Rücklauf
- 23
- Heberaum
- 100
- Auswerfer
- 101
- Auswerferstößel
- 102
- Krafthubhöhe
- 103
- Hebehubhöhe
- 104
- Bremshubhöhe
- 105
- Verstellbereich des Anschlagkolbens
- SW
- Schwenkwinkel
- 014
- Wegsignal
- 200
- Ventil
- 210
- Ventil
- 220
- Drossel
- 230
- Betriebsdruck
- 240
- Tank