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Die Erfindung betrifft einen hydraulisch-pneumatischen Druckübersetzer
für Pressen mit einem in einem Verstärkerzylinder verschiebbaren Verstärkerkolben,
der mit einem in einen Kraftzylinder eindringenden, auf das hydraulische Arbeitsmittel
des Arbeitskolbens wirkenden Stößel versehen ist, und mit einem Hilfszylinder mit
einem pneumatisch beaufschlagten, auf das hydraulische Arbeitsmittel im Kraftzylinder
einwirkenden Kolben.
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Bei vielen Preßvorgängen, beispielsweise beim Lochen, Stanzen, Prägen
von Münzen, Eintreiben von Pfählen, Markieren, Nieten, Ausbilden von Vorsprüngen,
Klemmen u. dgl. ist lediglich ein kurzer Arbeitshub erforderlich, wobei in vielen
Fällen der Pressenstempel sich vor Beginn des Arbeitshubes um eine gewisse Strecke
bewegen muß, um das Werkstück freizugeben.
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Bei üblichen, hydraulisch-pneumatischen Stempeln ist der Arbeitshub
durch die unverhältnismäßig großen körperlichen Abmessungen des Luftzylinders des
Verstärkers begrenzt, beispielsweise ist bei einer Verstärkung von 15: 1
und einem Arbeitshub von ungefähr 5 cm ein Arbeitshub des pneumatisch beaufschlagten
Arbeitszylinders von ungefähr 75 cm erforderlich, wobei weiterhin genügend Raum
zum Verschieben des Stößels um eine ähnliche Strecke vorhanden sein muß, so daß
die gesamte Vorrichtung länger als etwa 150 cm ist. Weiterhin ist bei pneumatisch-hydraulischen
Stempeln der Luftverbrauch proportional zum Arbeitshub.
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Bei rein hydraulisch übersetzten Druckaggregaten ist es zur Erzielung
eines Eilvorschubes bzw. Eilhubes des Arbeitskolbens, unabhängig vom Verstärkerkolben,
bereits bekannt, eine Einrichtung zur Vorfüllung des Arbeitszylinders vorzusehen.
Bei derartigen rein hydraulischen Druckaggregaten liegen jedoch ganz andere Verhältnisse
vor als bei einem hydraulisch-pneumatischen Druckübersetzer, da bei Verwendung von
zwei unterschiedlichen Druckmedien diese beiden Medien gegeneinander abgesperrt
werden müssen, woraus sich völlig unterschiedliche Lösungswege ergeben. Während
bei der bekannten hydraulisch übersetzten Druckvorrichtung sowohl für die Vorwärts-
als auch für die Rückwärtsbewegung Druckflüssigkeit benötigt wird, und zwar sowohl
als Antriebs- als auch als übertragungsmedium, wird bei einem hydraulisch-pneumatischen
Druckübersetzer nur ein gasförmiges Druckmedium, d. h. Druckluft benötigt, was beträchtliche
Vereinfachungen zur Folge hat, und zwar sowohl bezüglich der Zusatzausrüstungen
zur Erzeugung des Druckmediums als auch hinsichtlich der gesamten Konstruktion des
Druckaggregates selbst.
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Bei einem bekannten hydraulisch-pneumatischen Druckübersetzer werden
zur Erzielung eines Eilhubes bzw. Eilvorschubes des Arbeitskolbens unabhängig vom
Verstärkerkolben eine Vielzahl von gesonderten Zylindern, mindestens fünf Zylinder,
und weiterhin auch eine Vielzahl von Ventilen und Verbindungsleitungen benötigt,
was sowohl rein herstellungsmäßig als auch wartungsmäßig unerwünscht und nachteilig
ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulisch-pneumatischen
Druckübersetzer für Pressen zu schaffen, bei dem zur Erzielung des von dem Verstärkerkolben
unabhängigen Eilhubes des Arbeitskolbens zu Beginn des Preßvorganges nur ein minimaler
maschineller Aufwand benötigt wird, und zwar im wesentlichen nur die eingangs erwähnten
Zylinder, nämlich Verstärkerzylinder, Kraftzylinder und Hilfszylinder, mit den zugeordneten
Kolben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße Druckübersetzer
dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfszylinder als ein Teil des Verstärkerzylinders
ausgestaltet und in ihm ein freier Kolben verschiebbar gelagert ist. Der Vorteil
des erfindungsgemäßen Druckübersetzers ist darin zu sehen, daß, verglichen mit den
bekannten hydraulisch-pneumatischen Druckübersetzern, an Stelle von fünf getrennten
Zylindern nur noch drei Zylinder benötigt werden, wobei weiterhin auch infolge dieser
vereinfachten Ausführungsform nur noch ein einziges Ventil benötigt wird, um den
gesamten Arbeitsablauf der Vorrichtung zu steuern; bei dem bekannten Druckübersetzer
waren zumindest vier Ventile und auch ein entsprechend aufwendiges Leitungssystem
erforderlich.
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Infolge der besonderen Ausführung der Erfindung erfolgt der Übergang
von dem bei niedrigem Druck erfolgenden Annäherungshub bzw. Eilhub zu dem mit hohem
Druck ausgeführtem Arbeitshub des Arbeitskolbens selbsttätig in dem Augenblick,
wenn der Arbeitskolben mit dem Werkstück in Berührung kommt; dabei ist, wie erwähnt,
lediglich ein Betätigungsventil erforderlich, um den Aus- und Einhub und den Annäherungshub
und den Arbeitshub bzw. Krafthub zu steuern. Im Gegensatz dazu werden bei dem bekannten
hydraulisch-pneumatischen Druckübersetzer der Annäherungshub bzw. Eilhub und der
Arbeits- oder Krafthub unabhängig betätigt, wobei sowohl für den Aus- als auch für
den Einhub die Steuerungen aufeinanderfolgend von Hand betätigt werden müssen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können der
Hilfszylinder und der Verstärkerzylinder gleichachsig zueinander angeordnet sein,
wobei der Stößel des Verstärkerkolbens gleichachsig durch den Hilfszylinder und
den in ihm angeordneten freien Kolben geführt ist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung
beispielsweise erläutert.
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F i g. 1 ist eine seitliche Schnittansicht eines Druckübersetzers
gemäß der Erfindung, wobei der Stempel bzw. Arbeitskolben in einer Stellung zu Beginn
des Arbeitshubes wiedergegeben ist und die hinteren Luftverbindungen von einem Steuerventil
zu dem VerstärkerzyIinder im Schnitt dargestellt sind; F i g. 2 ist eine der F i
g. 1 ähnliche Ansicht, in welcher der Arbeitskolben in der voll zurückgezogenen
bzw. Ausgangsstellung wiedergegeben ist, wobei die vordere Luftverbindung von dem
Steuerventil zu dem Verstärkerzylinder im Schnitt dargestellt ist; F i g. 3 ist
eine Seitenansicht der Vorrichtung, wobei das Steuerventil im Schnitt wiedergegeben
ist; F i g. 4 ist eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Gemäß der Zeichnung weist der hydraulisch-pneumatische Druckübersetzer
gemäß der Erfindung ein unteres Gehäuse 1 und ein oberes Gehäuse 2 auf, die einen
Kraftzylinder bilden, in welchem ein Stempel bzw. Arbeitskolben 3 sich frei verschieben
kann; die Gehäuse 1 und 2 sind mittels nicht dargestellter Bolzen aneinander befestigt.
Zwischen den beiden Gehäusen 1 und 2 sind Dichtungsringe 4 und 5 sowie ein Sicherungsring
6 angeordnet, um eine Abdichtung zwischen den Gehäusen 1 und 2 und dem Arbeitskolben
3 zu bilden, und der Raum zwischen
den Dichtungsringen 4 und 5 ist
zur Atmosphäre entlüftet. Der Sicherungsring 6 ist mit engem Sitz auf einem einen
großen Durchmesser aufweisenden Teil des Arbeitskolbens 3 axial eng zwischen den
beiden Gehäusen 1 und 2 angeordnet, er kann sich jedoch seitlich selbst einstellen.
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Der untere Teil des unteren Gehäuses 1 bildet eine Lagerfläche für
den unteren Teil des Arbeitskolbens 3 und weist eine Innennut auf, in welcher ein
Dichtungsring 7 zwischen dem Gehäuse 1 und einem unteren, einen kleinen Durchmesser
aufweisenden Teil des Arbeitskolbens 3 angeordnet ist, und er trägt weiterhin eine
Abdeckplatte 8, welche einen Abstreifring 9 hält.
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Der obere Teil des oberen Gehäuses 2 bildet eine Lagerfläche
für einen oberen, einen kleinen Durchmesser aufweisenden Teil des Arbeitskolbens
3, und er ist mit einer Ringnut für einen Dichtungsring 10
versehen, der eine
Abdichtung zwischen dem oberen Gehäuse 2 und einem Stößel 11 bildet.
Der obere Teil kleinen Durchmessers des Arbeitskolbens 3 weist eine Ausnehmung auf,
in welche der Stößel 11
eintreten kann, und diese Ausnehmung ist mit Löchern
39 versehen, die zu einem Raum zwischen dem Teil großen Durchmessers des Arbeitskolbens
3 und dem oberen Gehäuse 2 führen, wie es nachstehend beschrieben wird.
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Der obere Teil des oberen Gehäuses 2 trägt eine axial angeordnete
Lagerplatte 12, die dazu dient, die Ausrichtung des Stößels 11 aufrechtzuerhalten,
wenn dieser aus dem Dichtungsring 10 herausgezogen ist. Weiterhin ist eine Ausnehmung
vorgesehen, die einen Ringraum 13 zwischen dem Dichtungsring 10 und der Lagerplatte
12 bildet, und die Lagerplatte 12 ist mit auf einem Teilkreis rund
um den Stößel 11 angeordneten Löchern versehen, welche den freien Durchgang
hydraulischen Arbeitsmittels an dem Stößel 11 vorbeilassen, wenn dieser aus
dem Dichtungsring 10 herausgezogen ist.
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Der obere Teil des oberen Gehäuses 2 bildet weiterhin einen
Lageransatz, an welchem ein Hilfszylinder 14 axial angeordnet ist, und der
Lageransatz weist eine Nut auf, in welcher ein Dichtungsring 15
angeordnet
ist, der eine Abdichtung zwischen dem oberen Gehäuse 2 und dem Hilfszylinder
14 bildet. Das obere Ende des Hilfszylinders 14 ist durch eine Abdeckplatte
16 und einen Dichtungsring 17 verschlossen. Die Abdeckplatte 16 trägt
zwischen sich und dem Stößel 11 einen weiteren Dichtungsring 18.
An
der oberen Seite der Abdeckplatte 16 ist ein weiterer als Verstärkerzylinder
19 bezeichenbarer Zylinder angeordnet, der mittels eines Dichtungsringes
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gegenüber der Abdeckplatte 16 abgedichtet ist. Der Verstärkerzylinder
19 ist seinerseits durch eine Deckelplatte 21 und einen Dichtungsring
22 verschlossen.
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Der Hilfszylinder 14, die Abdeckplatte 16, der Verstärkerzylinder
19 und die obere Deckelplatte 21
sind mittels Befestigungsbolzen 23
mit dem oberen Gehäuse 2 verbunden.
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In dem Verstärkerzylinder 19 kann sich ein mit dem Stößel
11 verbundener Verstärkerkolben 24 frei bewegen, der gegenüber dem
Verstärkerzylinder 19
durch einen Dichtungsring 25 abgedichtet ist. In dem
Hilfszylinder 14 ist ein freier Kolben 26 vorgesehen, der gegenüber dem Hilfszylinder
14 durch einen Dichtungsring 27 und gegenüber dem Stößel 11 durch einen Dichtungsring
28 abgedichtet ist. Kautschukringe 40 (F i g. 1) bilden Dämpfer für den Verstärkerkolben
24 an jedem Ende seines Hubes.
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Der Vorrichtung wird Druckluft über ein an einem Steuerventil 30 angeordnetes
Verbindungsstück 29 zugeführt. In der gewöhnlichen »AUS«-Stellung wird Druckluft
durch einen Kanal 31 hindurch zur Unterseite des Arbeitskolbens 3 und durch
einen Kanal 32 (F i g. 2) hindurch zur Unterseite des Verstärkerkolbens
24 geführt, wodurch Arbeitskolben 3 und Verstärkerkolben 24 in ihre
obere Endstellung bewegt werden.
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Das hydraulische System wird durch eine Einfüllvorrichtung 33 hindurch
mittels einer hydraulischen Einspritzvorrichtung mit hydraulischem Arbeitsmittel
gefüllt. Um dies zu erreichen, wird die Einfüllvorrichtung 33 zunächst um eine Drehung
bzw. Windung von ihrem Sitz 34 abgeschraubt, so daß Arbeitsmittel in das
System eintreten kann. Das Arbeitsmittel wird in das System eingespritzt, bis der
Dichtungsring 27 an dem freien Kolben 26 an einer in der Wandung des Hilfszylinders
14 vorgesehenen Abzugsöffnung 35 vorbeigedrückt ist und alle Luft aus dem
System herausgedrückt ist. Die Abzugsöffnung 35 und die Einfüllvorrichtung
33 werden dann geschlossen, wonach das System abgedichtet bzw. abgeschlossen
ist.
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Der durch den freien Kolben 26 geschlossene Hilfszylinder
14 bildet einen Behälter und enthält eine Arbeitsmittelmenge, die größer
als die zum Betrieb erforderliche Menge ist, um Ölverluste infolge Leckens od. dgl.
während längeren Betriebes auszugleichen.
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Das Steuerventil 30 ist ein übliches Fünfwege-Ventil mit Federrückführung.
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Die Arbeitsweise des hydraulisch-pneumatischen Druckübersetzers ist
wie folgt: Wenn das Steuerventil 30 niedergedrückt ist, wird Druckluft gleichzeitig
durch Kanäle 36 und 37 hindurch zur Oberseite der Kolben 24 bzw. 26
gedrückt und die Räume an der Unterseite des Arbeitskolbens 3 und des Verstärkerkolbens
24 sind gleichzeitig über die Kanäle 31 und 32 zur Atmosphäre offen.
Der Auslaß aus dem Raum an der Unterseite des Verstärkerkolbens 24 weist
eine Verengung 38
(F i g. 2) auf, so daß sich ein kurzer Zeitraum ergibt,
während dem der Druck an der Unterseite des Verstärkerkolbens 24 sich in
einem Ausmaß verringert, daß der sich jetzt an der Oberseite des Verstärkerkolbens
24 aufbauende Druck die Abwärtsbewegung des Verstärkerkolbens 24 einleiten
kann; dieser Zeitraum wird durch die Größe der Verengung __ 38 geregelt.
Während dieses Zeitraumes fällt der Luft-_durck an der Unterseite des Arbeitskolbens
3 augenblicklich zusammen, so daß der an der Oberseite des freien Kolbens
26 herrschende Luftdruck hydraulisches Arbeitsmittel durch die in der Lagerplatte
12
vorhandenen Löcher hindurch in den Ringraum 13 drücken kann, wodurch der
Arbeitskolben 3 nach unten gedrückt wird, bis er durch das Werkstück angehalten
wird. Da der Kolben 26 frei bewegbar ist, ist der den Arbeitskolben 3 während
dieses Teiles des Hubes nach unten drückende Arbeitsmitteldruck ungefähr der gleiche
wie der angelegte Luftdruck.
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Sobald der Luftdruck an der Unterseite des Verstärkerkolbens
24 sich genügend verringert hat, so daß der Verstärkerkolben 24 beginnen
kann sich abwärts zu bewegen, tritt der Stößel 11 durch den Dichtungsring
10 hindurch, so daß das nunmehr zwischen
dem oberen Ende
des Arbeitskolbens 3 und dem oberen Gehäuse 2 befindliche Arbeitsmittel eingeschlossen
ist. Eine weitere Abwärtsbewegung des Verstärkerkolbens 24 und des Stößels
11 verschiebt das eingeschlossene Arbeitsmittel und bewirkt, daß der Arbeitskolben
3 sich um eine weitere Strecke abwärts bewegt, wobei diese Strecke zu der Bewegung
des Verstärkerkolbens 24 direkt proportional ist, in dem gleichen Verhältnis, wie
das Verhältnis zwischen den Querschnittsflächen des Stößels 11 und des oberen Teiles
des Arbeitskolbens 3.
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Die Ausnehmung in dem Arbeitskolben 3, in welche der Stößel 11 eintreten
kann, weist die radialen Löcher 39 auf, durch welche hindurch das Arbeitsmittel
zu dem Raum zwischen dem Teil großen Durchmessers des Arbeitskolbens 3 und dem oberen
Gehäuse 2 strömen kann, wodurch der Druck über eine Fläche verteilt wird, die der
Fläche des Teiles großen Durchmessers des Arbeitskolbens 3 äquivalent ist.
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In ähnlicher Weise erhöht sich, wenn der Arbeitskolben 3 angehalten
wird, der Arbeitsmitteldruck am oberen Ende des Arbeitskolbens 3 gegenüber dem Luftdruck
entsprechend dem Verhältnis zwischen der Fläche des Verstärkerkolbens 24 und derjenigen
des Stößels 11, in diesem Fall in dem Verhältnis 16:1.
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In der Praxis beträgt der Zeitraum zwischen dem ersten oder Annäherungsteil
des Hubes und dem zweiten oder Arbeitsteil des Hubes lediglich einen Bruchteil einer
Sekunde, und die Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens 3 erscheint als eine fortlaufende
schnelle Bewegung, obgleich der Arbeitsteil des Hubes notwendigerweise etwas langsamer
abläuft.
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Wenn das Steuerventil 30 freigegeben wird, wird bei Beendigung
eines Arbeitshubes Druckluft durch den Kanal 31 hindurch zur Unterseite des
Arbeitskolbens 3 und durch den Kanal 32 hindurch zur Unterseite des Verstärkerkolbens
24 geleitet, wie vorher beschrieben. Zur gleichen Zeit wird die an der Oberseite
der Kolben 24 und 26 vorhandene Druckluft durch die Kanäle 36 und
37 hindurch zur Atmosphäre ausgelassen. Der Verstärkerkolben 24 bewegt sich zunächst
unter der kombinierten Wirkung der Druckluft unter dem Verstärkerkolben und des
Druckmittels unter dem Stößel 11 nach oben, bis der Stößel 11 von
dem Dichtungsring 10 freikommt, wodurch das am oberen Ende des Arbeitskolbens
3 befindliche Arbeitsmittel in den Hilfszylinder 14 zurückgedrückt wird,
und der Arbeitskolben 3 durch den an seinem unteren Ende herrschenden Luftdruck
vollständig zurückgeführt wird.
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Der lange Stößel 11 für den Annäherungshub kann mit einer Zweifach-
oder Mehrfach-Zylinderanordnung versehen sein, durch welche eine zwei- oder mehrfache
Verstärkung erhalten wird, und das Steuerventil 30 kann ein ferngesteuertes und
fußbetätigtes Elektromagnetventil oder ein automatisch betätigtes Ventil sein.
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Der Stößel des Verstärkers der dargestellten Vorrichtung hat einen
verhältnismäßig langen Annäherungshub, während die körperlichen Abmessungen der
Vorrichtung in einem angemessenen Ausmaß liegen.
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Der gesamte Hub des Stößels 11 kann ungefähr 31,75 mm betragen bei
einem Krafthub von ungefähr 6,35 mm und einer Verstärkung von 16: 1, und
der Gesamthub des Luftzylinders beträgt ungefähr 101,6 mm. Im Gegensatz hierzu würde
bei einer üblichen pneumatisch-hydraulischen Vorrichtung bei gleicher Verstärkung
für einen Stempelhub von ungefähr 31,75 mm ein Luftzylinder erforderlich sein, der
einen Hub von ungefähr 508 mm aufweist und dementsprechend würde der Luftverbrauch
ungefähr fünfmal so groß sein.