DE19907883A1

DE19907883A1 - Hydropneumatischer Druckübersetzer

Info

Publication number: DE19907883A1
Application number: DE19907883A
Authority: DE
Inventors: Eugen Rapp
Original assignee: Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2000-08-31
Also published as: AU2428400A; WO2000050788A1

Abstract

Es wird ein hydropneumatischer Druckübersetzer vorgeschlagen mit einer Radialdichtung (32, 33) zwischen Speicherkolben (13) und einer ihm zugeordneten zylindrischen Wand (10), wobei für diesen Niederdruckbereich eine im Hochdruckbereich bekannte Dichtung verwendet wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem hydropneumatischen Druckübersetzer nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige hydropneumatische Druckübersetzer werden vor allem als Werkzeugmaschinen eingesetzt, um je nach verwendetem Werkzeug, Stanz-, Tox-, Klinschverbindungen odgl. zu bewirken. Von einer solchen Maschine wird eine sehr hohe Insgesamt- Arbeitshubzahl erwartet, wobei ein Problem solcher Maschinen darin besteht, daß während der Arbeitspausen, besonders, wenn diese beispielsweise über Nacht verhältnismäßig lang sind, ein durch Eintrocknen gegebenes Verkleben der Dichtungsteile stattfinden kann. Ein solches Verkleben kann beispielsweise bei der Verwendung eines Rundschnurringes als Dichtung zu dessen Verdrillen führen, mit der Folge, daß dadurch Undichtheiten zwischen dem Speicherraum und dem auf der dem Speicherraum abgewandten Seite des Speicherkolbens angeordneten, meist drucklosen, Federraum entsteht. Die damit gegebenen Ölverluste können die Funktionsfähigkeit des Druckübersetzers erheblich beeinträchtigen, abgesehen davon, daß diese durch Ölnachfüllen immer wieder ausgeglichen werden müssen.

Ein solcher am Speicherkolben angeordneter, doppelt wirkender Radialdichtring ist an der gegebenen Stelle keinen hohen Drücken ausgesetzt, so daß angestrebt ist, die Preßkraft des Dichtringes auf die zylindrische Wand möglichst gering zu halten, um dadurch vor allem unnötige Reibungsverluste und Abriebverluste zu vermeiden und eine hohe Standzeit zu erzielen.

Bei einem bekannten hydropneumatischen Druckübersetzer der gattungsgemäßen Art (EP-O 579 073 B1 und DE-PS 32 25 906 C2) wird auf Empfehlung des Herstellers ein unter der Marke "Quadring" der Firma Busak + Shamban vertriebener Dichtring eingesetzt, der vorteilhafterweise zur zylindrischen Wand des Speicherraums hin eine Zwei-Lippen-Dichtung aufweist, so daß zwischen diesen beiden Lippen sich ein Schmiermittelreservoir bilden kann und besonders bei einseitiger Druckbelastung, wie bei dem oben erwähnten Druckübersetzer, eine günstige Preßkraftverteilung über den Querschnitt mit hoher Dichtheit erzielt wird. Aufgrund dieser Konstruktion ist auch die radiale Anpreßkraft verhältnismäßig gering, so daß hohe Standzeiten erreicht werden.

Ein entscheidender Nachteil dieses Quadrings besteht allerdings darin, daß er bei längeren Ruhezeiten mit der zylindrischen Wand verklebt, was nicht nur zu einer Verschlechterung der Dichtfunktion bzw. einem Ausfallen derselben führt, sondern auch eine Leistungseinträchtigung darstellt, durch das Losreißen beim Anfahren des Kolbens. Da der Speicherkolben ein weitgehend vom Tauchkolben und Arbeitskolben unabhängig arbeitendes Organ ist, kann durch ein solches Verkleben ein Stehenbleiben des Speicherkolbens und dadurch ein im Speicher und auch im Arbeitsraum des Druckübersetzers Unterdruck entstehen, den man von außerhalb des Druckübersetzers nicht erkennen kann und der zu einem Versagen der Funktion des Druckübersetzers führen kann.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Der erfindungsgemäße Druckübersetzer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß nicht nur die Vorteile des Quadrings, nämlich ein Schmiermittelreservoir zu bilden und eine günstige Pressungsverteilung mit hoher Dichtheit zu erhalten, ohne die Gefahr eines Verdrillens, wie beim Rundschnurring, sondern es wird auch bei einseitiger, hier vom Speicherraum her gegebenen Druckbelastung und Ölbelastung eine hervorragende Dichtheit erzielt, und dies bei einem verhältnismäßig geringen radialen Preßdruck auf die zylindrische Wand des Speicherraums.

Es ist zwar eine solche aus Rundschnurring und Dichtring gegebene Radialdichtung bekannt, die unter der Marke "Wynseal" der Firma Busak + Shamban verkauft wird, wobei jedoch vom Hersteller der Einsatz dieser Dichtung für beidseitige Druckbeaufschlagungen und für hohe Drücke empfohlen wird, um so, insbesondere mit dem mittig angeordneten Dicht- und Abstützwulst, derartige, insbesondere wechselnde, beidseitige Druckbeaufschlagungen aufzufangen. Der Fachmann empfiehlt im Gegensatz dazu bei einseitiger niedriger Druckbelastung ein ebenfalls zwei Lippen aufweisenden Dichtring aus elastischem Material, der durch einen Vorspannring aus gummielastischem Material auf die Wand gepreßt wird (DE-PS 36 03 669), der allerdings entsprechend dem einseitigen Druck einseitig ausgebildet ist und vor allem keinen Abstützwulst aufweist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die einander zugewandten Stirnwände der Ringnut weitgehend parallel zueinander und es verlaufen die diesen Stirnwänden zugewandten Seitenwände des Dichtringes ebenfalls parallel zueinander. Hierdurch wird einerseits eine gute Längsführung des Dichtringes erzielt und anderseits jeglichem Verkanten desselben entgegengewirkt. Nicht zuletzt wird hierdurch auch erreicht, daß die Anspressung der beiden Lippen trotz dem dazwischen angeordneten Dicht- und Abstützwulst weitgehend gleichmäßig bleibt mit dem Vorteil, einerseits der Erhaltung des Schmiermittelreservoirs und andererseits der verbesserten Dichtheit. Aufgrund der relativ schmalen Dichtflächen zwischen Dichtring und zylindrischer Wand ist auch die Gefahr des Festklebens in den Arbeitspausen weitgehend unterbunden.

Besonders durch den Dicht- und Abstützwulst wird beim Anfahren und der durch die Lippen gegebenen leichten Reibkräfte ein geringes Verkippen - nicht Verkanten - des Dichtringes bewirkt, was jegliche, möglicherweise vorhandene Verklebungen nach einer Nutzungspause rein mechanisch sofort trennt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Lippen durch keilartige, in Richtung zylindrische Wand weisende Erhebungen gebildet, wobei zwischen diesen Erhebungen und dem Dicht- und Abstützwulst jeweils zur Wand hin offene Ringräume gebildet sind. Hierdurch wird einerseits erreicht, daß die Dichtflächen möglichst schmal sind und dadurch bei geringeren Anpreßkräften und geringen Reibverlusten eine hohe Dichtqualität aufweisen und anderseits sind dadurch zwei parallel zueinander angeordnete Schmiermittelreservoire vorhanden, wodurch ein sicheres Gleitvermögen gegeben ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht der Dichtring aus einem Kunststoff aus Spezialpolyurethan mit 83 Shore A, wie ihn die Firma Busak + Shamban vertreibt. Obwohl diese an sich bekannte, unter der Marke "Wynseal" vertriebene Dichtung der Firma Busak + Shamban bekannt ist, wird sie vom Hersteller ausdrücklich als Kolbendichtung für höhere Drücke und beidseitige Druckbeaufschlagungen empfohlen, wobei der Fachmann auf Seiten der Erfindung feststellen mußte, daß bei einseitiger Druckbeaufschlagung und nur geringem Betriebsdruck von etwa zwei bar eine wesentlich bessere Abdichtung bzw. geringere Abnutzung erzielt wird, als bei dem vom Hersteller empfohlenen Quadring.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient als Spannring ein Rundschnurring oder ein gummielastischer Ring mit Mehrkantquerschnitt, insbesondere rechteckigem Querschnitt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Dichtring auf der dem Spannring zugewandten Seite eine diesen aufnehmende Ringnut vorhanden ist. Diese Ringnut kann besonders im Falle eines Rundschnurringes als Spannring mit konischen Stirnwänden ausgestattet sein, wodurch der Rundschnurring bewirkt, daß beide Lippen gleichmäßig auf die zylindrische Wand gepreßt werden. Im Falle eines Rechteckquerschnitts des Spannringes wirken die Kanten des Ringes in ähnlicher Weise.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen hydropneumatischen Druckübersetzer im Längsschnitt und

Fig. 2 einen Ausschnitt im Bereich einer Radialdichtung aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei dem in Fig. 1 dargestellten hydropneumatischen Druckübersetzer ist in einem Gehäuse 1 ein Arbeitskolben 2 axial verschiebbar und radial dichtend angeordnet und begrenzt mit ihm einen hydraulikölgefüllten Arbeitsraum 3. An dem Arbeitskolben 2 ist eine nach außerhalb des Gehäuses 1 ragende Kolbenstange 4 angeordnet. Außerdem weist der Arbeitskolben 2 als Bund einen Hilfskolben 5 auf, der zu einem Mantelrohr 6 hin radial abgedichtet ist und dadurch zwei Pneumatikräume 7 und 8 voneinander trennt, die für den Eilgang des Arbeitskolbens 2 abwechselnd mit Luftdruck versorgt werden. Sobald ein ausreichender Luftdruck im Pneumatikraum 7 herrscht, bei entsprechend niederem Druck im Pneumatikraum 8, wird der Arbeitskolben 2 nach unten geschoben und es wird umgekehrt, bei entsprechend höherem Druck im Pneumatikraum 8, und abgebautem Druck im Pneumatikraum 7, der Kolben 2 wieder in dargestellte Ausgangslage verschoben.

Der Arbeitsraum 3 ist auf der dem Arbeitskolben 2 abgewandten Seite durch ein Gehäuseteil 9 verschlossen, an welches sich ein eine zylindrische Innenwand 10 aufweisendes Mantelrohr 11 anschließt, welches wiederum durch einen Gehäusedeckel 12 verschlossen ist. In dem Mantelrohr 11 ist ein Speicherkolben 13 axial beweglich angeordnet, welcher mit Mantelrohr 11 und Gehäuseteil 9 einen Speicherraum 14 begrenzt. Dieser Speicherraum 14 ist über eine im Gehäuseteil 9 angeordnete Tauchbohrung 15 mit dem Arbeitsraum 3 hydraulisch verbunden. Im Mantelrohr 11 ist außerdem radial dichtend ein Antriebskolben 16 angeordnet, zur Betätigung eines Tauchkolbens 17 und belastet durch eine Speicherfeder 18, welche sich auf der dem Antriebskolben 16 abgewandten Seite am Speicherkolben 13 abstützt und damit einerseits den im Speicherraum 14 vorhandenen Speicherdruck bestimmt und andererseits als Rückstellkraft für den Antriebskolben 16 dient.

Der die Feder 18 aufnehmende Federraum 19 ist druckentlastet. Auf der dem Federraum 19 abgewandten Seite des Antriebskolbens 16 ist ein Antriebsraum 21 vorgesehen, welcher über einen Anschluß 22 mit dem Antrieb des Antriebskolbens 16 dienende Druckluft versorgbar ist.

Der Tauchkolben 17 ist in einer Zentralbohrung 23 des Speicherkolbens 13 axial verschiebbar geführt, wobei eine Radialdichtung 24 verhindert, daß Hydrauliköl aus dem Speicherraum 14 in den Federraum 19 gelangt. Mit der gleichen Aufgabe, nämlich zu vermeiden, daß Hydrauliköl in den Federraum 19 gelangt, dient eine radiale Dichtung 25, die in einer Ringnut 26 in der Mantelfläche des Speicherkolbens 13 angeordnet ist und zum Mantelrohr 11 hin abdichtet, wie in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt.

Bei seiner in Richtung des Pfeiles I und durch Druckluft im Antriebsraum 21 bewirkte Antriebsbewegung des Tauchkolbens 17 durchdringt dieser die Tauchbohrung 15 und trennt dabei den Speicherraum 14 vom Arbeitsraum 3. Um eine absolute Trennung zu erreichen ist in der Wand der Tauchbohrung 15 eine Radialdichtung 27 angeordnet. Sobald der Tauchkolben 17 in den Arbeitsraum 3 taucht, wird dort die Hydraulikflüssigkeit verdrängt, wobei aufgrund des Querschnittsverhältnisses von Antriebskolben 16 zu Tauchkolben 17 eine entsprechende Druckübersetzung des im Antriebsraum 21 herrschenden Luftdrucks zu dem im Arbeitsraum 3 herrschenden Hydraulikdrucks entsteht. Aufgrund der verhältnismäßig großen Querschnittsfläche des Arbeitskolbens 2 entsteht im Arbeitsraum 3 ein entsprechend großer Betätigungsdruck für die Kolbenstange 4. Um den Druck im Arbeitsraum 3 halten zu können und außerdem um zu vermeiden, daß Hydraulikflüssigkeit vom Arbeitsraum 3 in den Pneumatikraum 7 gelangt, ist im Gehäuse 1 in einer Ringnut 28 eine Radialdichtung 29 angeordnet. Außerdem sind im Gehäuse 1 zum Arbeitskolben 2 hin dichtend zwei Rundschnurdichtungen 31 angeordnet.

Wie in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt, besteht die Radialdichtung 25 aus zwei Teilen, nämlich einem Dichtring 32 und einem Rundschnurring 33, die radial nebeneinander in der Ringnut 26 angeordnet sind. Die Ringnut 26 weist zueinander parallele Stirnwände 34 auf, zwischen denen, mit verhältnismäßig wenig Spiel, Dichtring 32 und Rundschnurring 33 angeordnet sind. Auf der dem Rundschnurring 33 zugewandten Seite ist im Dichtring 32 eine Ringnut 35 mit schrägen Seitenwänden angeordnet, an denen sich der nach dem Einbau oval gepreßte Rundschnurring 33 ebenfalls abstützt, so daß der Rundschnurring 33 unter Spannung einerseits am Boden 36 der Ringnut 26 aufliegt und andererseits auf dem Boden der Ringnut 35.

Der Dichtring 32 weist auf den den Stirnwänden 34 der Ringnut 26 zugewandten Seiten parallele Seitenwände 37 auf, von denen jeweils eine bei den Hubbewegungen auf der ihr zugewandten Stirnwand 34 aufliegt. Auf der der Innenwand 10 des Mantelrohrs 11 zugewandten Seite weist der Dichtring 32 zwei zueinander parallel verlaufende Dichtlippen 38 auf, die durch keilförmige Erhöhungen 39 des Dichtringes entstehen, sowie einen zwischen diesen Erhebungen angeordneten Abstützwulst 41, so daß zwischen den Dichtlippen 38 und diesem Abstützwulst 41 Ringräume 42 entstehen. Das sich in diesen Ringräumen 42 sammelnde Öl dient als Schmierung. Der Abstützwulst 41 hingegen dient als Kipplager für den Dichtring 32 und fängt den größten Teil der durch den Rundschnurring 33 gegebenen Aufpreßkraft auf, so daß die Dichtlippen 38 ihrer tatsächlichen Aufgabe besser gerecht werden können.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszahlenliste

1

Gehäuse

2

Arbeitskolben

3

Arbeitsraum

4

Kolbenstange

5

Hilfskolben

6

Mantelrohr

7

Pneumatikraum

8

Pneumatikraum

9

Gehäuseteil

10

Innenwand

11

Mantelrohr

12

Gehäusedeckel

13

Speicherkolben

14

Speicherraum

15

Tauchbohrung

16

Antriebskolben

17

Tauchkolben

18

Speicherfeder

19

Federraum

20

21

Antriebsraum

22

Anschluß

23

Zentralbohrung

24

Radialdichtung

25

Radialdichtung

26

Ringnut

27

Radialdichtung

28

Ringnut

29

Radialdichtung

30

31

Rundschnurdichtung

32

Dichtring

33

Rundschnurring

34

Stirnwand

35

Ringnut

36

Boden von

26

37

Seitenwände

38

Lippen

39

Erhöhung

40

41

Abstützwulst

42

Ringräume
I Antriebsrichtung

Claims

1. Hydropneumatischer Druckübersetzer

- mit einem Arbeitsraum (3) für wechselnde Drücke, nämlich einem niederen Speicherdruck und einem hohen Arbeitsdruck,
- mit einem im Arbeitsraum (3) durch einen Arbeitsdruck für seinen Arbeitshub betätigbaren und axial verschiebbar geführten Arbeitskolben (2),
- mit einem mit dem Arbeitsraum (3) hydraulisch verbindbaren, eine zylindrische Wand (10) aufweisenden Speicherraum (14), aus dem während eines Eilgangs des Arbeitshubs Hydrauliköl unter Speicherdruck in den Arbeitsraum (3) strömt und beim Rückhub wieder zurückströmt,
- mit einem als Hochdruckerzeuger pneumatisch oder hydraulisch betätigbaren und nach dem Eilgang des Arbeitskolbens (2) in den Arbeitsraum (3) zur Einleitung des Arbeitshubs tauchenden Tauchkolben (17),
- mit einem den Speicherraum (14) axial begrenzenden und radial an dessen zylindrischer Wand (10) geführten und vom Tauchkolben (17) zentral durchdrungenen Speicherkolben (13) und
- mit in einer Ringnut (26) des Speicherkolbens (13) zur zylindrischen Wand (10) hin wirkenden dynamischen und doppelt wirkenden Radialdichtung mit mindestens zwei Lippendichtungen (38) zur zylindrischen Wand (10) hin, wobei die Radialdichtung (32, 33) unter radialer Vorspannung zwischen dem Boden (36) der Ringnut (26) und der zylindrischen Wand (10) steht,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Radialdichtung aus einem Dichtring (32) aus elastischem Material und einem am Dichtring (32) radial angreifenden Spannring (33) aus gummielastischem Material besteht und
- daß der Dichtring (32) zur zylindrischen Wand (10) hin zwischen den zwei Lippendichtungen (38) einen ebenfalls umlaufenden und auf der Wand (10) aufliegenden Dicht- und Abstützwulst (41) aufweist.

2. Druckübersetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Stirnwände (34) der Ringnut (26) weitgehend parallel zueinander verlaufen und daß die diesen Stirnwänden (34) zugewandten Seitenwände (37) des Dichtringes (32) ebenfalls parallel zueinander verlaufen.

3. Druckübersetzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippendichtungen (38) durch keilartige, in Richtung zylindrische Wand (10) weisende Erhöhungen (39) gebildet werden und daß zwischen diesen Erhöhungen (39) und dem Dicht- und Abstützwulst (41) zur Wand (10) hin offene Ringräume (42) gebildet sind.

4. Druckübersetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (32) aus einem Kunststoff besteht aus Spezialpolyurethan, mit 93 Shore A.

5. Druckübersetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannring (33) ein Rundschnurring dient.

6. Druckübersetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannring ein gummielastischer Ring mit Mehrkantquerschnitt, insbesondere rechteckigem Querschnitt dient.

7. Druckübersetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Dichtring (32) auf der dem Spannring (33) zugewandten Seite eine diesen aufnehmende Ringnut (35) mit dem Spannring angepaßten Seitenwänden vorhanden ist.