Mit einem pneumatischen Druckmittel als Energieträger antreibbare Presseinrichtung Die Erfindung betrifft eine mit einem pneumatischen Druckmittel als Energieträger antreibbare Presseinrich tung mit selbsttätiger Umschaltung eines hydraulisch beaufschlagten Arbeitskolbens von Eilgang auf langsa meren Arbeitsgang, die in einer Presse, Stanze, einer Niet- oder ähnlichen Maschine angeordnet werden kann.
Beim Arbeiten mit solchen Maschinen erfolgt zuerst eine Zustellung des Werkzeuges zum Werkstück im Eilgang, der dann durch Umsteuern in einen Arbeitshub übergeht und die der Maschine zugedachte Fertigungs funktion ausführt. Bei bekannten Antriebssteuereinheiten wird ein Kolben in einem Steuerzylinder zur Förderung des für den Eilhub notwendigen Öles im Zylinder durch Pressluft bewegt, wonach durch Umstellen eines Ventiles von Hand der zweite Kolben für den Arbeitshub bewegt wird.
Die zweiteilige Ausführung zweier in einem Zylinder untergebrachter Kolben erfordert eine räumlich gross ausgelegte Bauweise der Antriebssteuereinheit sowie spe zielle Führungen und Abdichtungen für die im Durch messer im Vergleich zu ihrer Höhe wesentlich grösseren Kolben. Weiterhin müssen durch diese kombinierte An wendung von Luft und Öl relativ viele Zylinderräume gegeneinander abgedichtet werden, was eine grosse Stör anfälligkeit der Anlage bedingt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit einem pnuematischen Druckmittel als Energieträger an- treibbare Presseinrichtung mit selbsttätiger Umschaltung eines hydraulisch beaufschlagten Arbeitskolbens von Eil- gang auf langsameren Arbeitsgang zu schaffen, die bei einfachem konstruktivem Aufbau räumlich klein ausge legt ist und den Arbeitshub nach dem Eilgang selbsttätig ausführt.
Diese Presseinrichtung, die einen vom pneumatischen Druckmittel beaufschlagten Steuerkolben hat, der als pneumatisch-hydraulischer Druckübersetzer ausgebildet ist und seinerseits über das nur zur Druckübertragung dienende hydraulische Druckmittel auf den Arbeitskol ben einwirkt und hierzu mit einem Verdrängerkolben verbunden ist, der während des langsameren Arbeitsgan ges den hydaulischen Druck für den Arbeitskolben liefert, ist dadurch gekennzeichnet,
dass für den Eilgang der Steuerkolben einen als Eilgangreservoir für das hydraulische Druckmittel dienenden Hohlraum enthält, der gegen den pneumatischen Zylinderraum des Steuer kolbens durch eine dehnbare Membran abgeschlossen ist und mit dem hydraulischen Druckraum des Verdränger- kolbens durch eine an dessen Stirnseite mündende und während des Arbeitsganges durch ein Rückschlagventil verschlossene Leitung (9) in Verbindung steht.
Durch diese Anordnung, bei welcher der Verdrängerkolben zweckmässig als Kolbenstange ausgebildet ist und als Druckmittel während des Arbeitshubes beispielsweise Pressluft Anwendung finden kann, kann bei Auftreffen z.B. eines an dem Arbeitskolben befestigten Werkzeuges auf ein Werkstück durch den in diesem Augenblick im Druckraum des Arbeitszylinders entstehenden Druckstoss das in grossen Mengen für den Eilhub zufliessende Öl abgeschlossen und damit der Arbeitshub eingeleitet werden.
Zweckmässig entlüftet das Ventil nach dem Umsteu ern den in Bewegungsrichtung liegenden Zylinderraum des Steuerkolbens, so dass dieser sich in Arbeitsrichtung bewegen kann.
Der Steuerkolben kann ein durch seine Kolbenstange mit dem Druckraum des Arbeitskolbens in Wirkverbin dung stehender Hohlkolben sein, dessen Hohlraum durch eine Membran dichtend abgeschlossen ist. Zweckmässig ist der Hohlraum durch eine vorzugsweise in axialer Richtung in der Kolbenstange liegende Leitung mit dem Druckraum des Arbeitskolbens verbunden, die in diesem Bereich ein Ventil aufweist, das zweckmässig ein in Richtung der in Arbeitsbewegung unter Federkraft ste hendes Rückschlagventil ist.
Wird der Steuerhohlkolben von der Seite seiner Membran her mit Pressluft beauf- schlagt, entweicht durch die Leitung in der Kolbenstange in ihm befindliches Öl in grossen Mengen in den Druckraum des Arbeitskolbens, so dass dieser seinen Eilhub in Richtung zum Werkstück ausführt.
Vorteilhaft sind die beiden durch den Steuerkolben voneinander getrennten Zylinderräume unter Zwischen schaltung je eines Steuerventiles an einem gemeinsamen Pressluftspender anschliessbar. Weiterhin ist in der Rich tung der Arbeitsbewegung liegende Zylinderraum des Arbeitskolbens über das dem Zylinderraum im Bereich der Membran zugeordnete Ventil ebenfalls an den Press- luftspender angeschlossen. Dieses Ventil ist ölgesteuert und vorteilhaft ein Dreiwege-Zweistellungs-Differential- Kolbenventil, das über eine zweite Steuerleitung mit dem Pressluftspender in Wirkverbindung steht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es ist dargestellt in Fig. 1 ein Längsschnitt durch die erfindungsgemässe Presseinrichtung; Fig.2 ein Längsschnitt durch die Presseinrichtung mit getrennt angeordnetem Arbeitszylinder; Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, besteht die Presseinrich- tung im wesentlichen aus in getrennten Zylindern 1 und 12 geführten Kolben 3 und 14. Der im Steuerzylinder 1 angeordnete Steuerkolben 3 ist in dem vom Arbeitskol ben 14 abgewandten Bereich mit einem Hohlraum 6 versehen, der oben dichtend mit einer Membran 5 abgeschlossen ist.
Die Befestigung der Membran 5 an der Stirnseite des Hohlkolbens 3 geschieht mittels eines Ringflansches 40, der z.B. aufgeschraubt oder aufgeklebt sein kann.
Mit seiner Kolbenstange 4 ist der Steuerkolben 3 aus dem Zylindergehäuse 1 in den in diesem Bereich ange flanschten Zylinder 12 geführt, der in dem an den Zylinder 1 anschliessenden Bereich seinen Druckraum 13 aufweist. Der Durchmesser der Kolbenstange 4 ist dabei wesentlich geringer als der Durchmesser des Arbeitskol bens 14, der wiederum einen geringeren Durchmesser als der Steuerkolben 3 besitzt. Von dem Hohlraum 6, der in diesem Ausführungsbeispiel halbkugelförmig ausgeführt ist, führt eine direkte Leitung in Form einer axial durch die Kolbenstange 4 geführten Bohrung 9, in den Druck raum 13 des Arbeitskolbens 14.
Im untersten Bereich der Bohrung 9 ist an der Kolbenstange 4 ein Rückschlagven- til 10 angeordnet, das durch eine Feder 11 in Richtung der Arbeitsbewegung unter Federkraft steht.
Stirnseitig sind die Zylinder 1 und 12 dichtend abgeschlossen, so dass beidseitig der Kolben 3 und 14 insgesamt vier voneinander getrennte Zylinderräume 7, 8, 13 und 16 entstehen. Der Hohlraum 6 des Steuerkolbens 3 und der mit diesem über die Bohrung 9 in Verbindung stehende Druckraum 13 des Arbeitskolbens 14 sind blasenfrei mit einer stationären Ölmenge gefüllt.
An einen nicht näher dargestellten Druckluftspender wird die Presseinrichtung durch eine Leitung 17 ange schlossen, die wiederum in zwei Ventile 20 und 18 mündet. Das druckluftfördernde Vierwege-Zweistellungs- Ventil 18 ist mit seinen beiden Ausgangsseiten mit dem Zylinderraum 7 des Steuerkolbens 3 und dem Zylinder raum 16 des Arbeitskolbens 14 verbunden und zwar derart, dass bei einer Stellung der Zylinderraum 7 belüftet und der Zylinderraum 16 entlüftet und in der zweiten Stellung der Zylinderraum 7 entlüftet und der Zylinderraum 16 belüftet wird.
Das zweite druckluft- und ölgesteuerte Dreiwege Zweistellungs-Differential-Kolbenventil 20 ist mit seiner Ausgangsseite an den unteren Zylinderraum 8 des Steu erzylinders 1 angeschlossen. Von der Pressluftleitung 17 führt eine Steuerleitung 22 zu dem pressluftgesteuerten Teil und von dem Druckraum 13 des Arbeitskolbens 14 eine Steuerleitung zu dem ölgesteuerten Teil des Diffe- rential-Kolben-Ventiles 20.
Dieses Differential-Kolben- ventil 20 ist dadurch so gesteuert, dass bei den Pressluft- druck überwiegendem Druck im Druckraum 13 der Zylinderraum 8 entlüftet wird und bei überwiegendem Pressluftdruck der Zylinderraum 8 belüftet wird.
In Fig. 1 ist die obere Totlage der Presseinrichtung dargestellt. Wird Druckluft durch die Leitung 17 zuge führt, strömt sie bei der gezeichneten Stellung des Ventiles 18 in den Zylinderraum 7 des Steuerzylinders ein, während der Zylinderraum 16 des Arbeitszylinders 12 durch das Ventil 18 entlüftet wird. Weiterhin strömt Druckluft über die Leitung 21 und das Differential- Kolbenventil 20 in den Zylinderraum 8, so dass hier durch der Steuerkolben 3 beidseitig mit gleichem Press- luftdruck beaufschlagt wird.
Dabei dehnt sich die ela stisch ausgeführte Membran 5 in Richtung zum Hohl raum 6 hin aus und verdrängt das in diesem befindliche öl über die Leitung 9 der Kolbenstange 4 vorbei an dem Rückschlagventil 10 in den Druckraum 13 des Arbeitszy linders 12, so dass der Arbeitskolben sich infolge der rasch zufliessenden Ölmenge im Eilhub nach unten bewegt.
Trifft der Arbeitskolben 14 mit seiner aus dem Zylinder 12 geführten Kolbenstange 15 auf einen Wider stand und wird dadurch seine Eilgangbewegung ge hemmt, entsteht im Druckraum 13 ein Druckstoss. Dieser Druckstoss pflanzt sich über die Steuerleitung 23 in Richtung zum Differential-Kolb--nvnetil 20 fort und steuert dieses entgegen der Kraftwirkung aus der Steuer leitung 22 so um, dass die Pressluftzufuhr in den Zylinderraum 8 unterbrochen und dieser entlüftet wird. Somit ist der Steuerkolben 3 nur noch von seiner im Bereich der Membran 5 liegenden Stirnseite mit Druck luft beaufschlagt, so dass er sich diesem Druck nachge bend nach unten bewegt.
Bei der Abwärtsbewegung des Steuerkolbens 3 taucht seine Kolbenstange 4 in das im Druckraum 13 befindliche Öl und verdrängt dieses, wobei bei zunehmendem Druck das Rückschlagventil 10 schliesst. Der Druck im Druckraum 13 erhöht sich entsprechend dem Flächenverhältnis des Steuerkolbens 3 zu seiner Kolbenstange 4, so dass bei einem relativ geringen Pressluftdruck im Zylinderraum 7 ein relativ hoher Öldruck im Druckraum 13 entsteht, der den Arbeitshub des Arbeitskolbens 14 bedingt.
Der Rückhub für die Presseinrichtung wird durch Umsteuern des Ventiles 18, das von Hand, mechanisch, elektromagnetisch oder in ähnlicher Weise betätigt wer den kann, eingeleitet. Durch das Umsteuern des Ventiles 18 wird der Zylinderraum 7 über die Leitung 19 entlüftet, während der Zylinderraum 16 über die Leitung 24 belüftet wird.
Da nunmehr der Öldruck in dem Zylinder raum 13 unter dem Niveau des Luftdruckes aus der Pressluftleitung 17 liegt, wird das Differential-Kolben- ventil 20 über die Steuerleitung 22 in seine Ausgangsstel lung umgeschaltet, so dass der Zylinderraum 8 des Steuerzylinders 3 wiederum belüftet ist. Unter dem Druck der in die Zylinderräume 16 und 8 einströmenden Pressluft bewegen sich die Kolben 14 und 3 gegen ihre obere Endlage zurück. Dabei öffnet das Rückschlagventil 10 durch den Druck der Feder 11 und strömt das Öl vom Druckraum 13 über die Leitung 9 zurück in den Hohlraum 6 und füllt diesen.
In axialer Verlängerung der Kolbenstange 4 des Steuerkolbens 3 ist in dem Arbeits kolben 14 eine Bohrung 41 angeordnet, in die die Kolbenstange 4 bei ihrer Abwärtsbewegung tauchen kann. Dadurch kann die Antriebssteuereinheit in ihrer axialen Erstreckung kleiner gebaut werden.
Bei dem in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 3a, 4a getrennt von der Arbeitsein heit 38, 36 angeordnet.
Der Steuerkolben 3a befindet sich in ähnlicher Weise, wie bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel, in dem Steuerzylinder 1 und weist hier einen zylindrischen Hohlraum 6a auf, der durch die Membran 5a dichtend abgeschlossen ist. Mit seiner Kolbenstange 4a reicht der Steuerkolben 3a in den Druckraum 29, wobei die Kol benstange 4a in diesem Bereich ein der Leitung 9 zugeordnetes Rückschlagventil 10a aufweist. Im Bereich des Ventiles 10a ist die Kolbenstange 4a mit einem klobenartigen Ansatz 42 versehen, der in dem den Raum 29 bildenden Zylinder dichtend verschiebbar ist.
Im unteren Bereich der Leitung 9, jedoch vor dem Kolben 42, ist quer zur Bohrung T-förmig eine radiale Bohrung 27 angeordnet, so dass zwischen dem dem Druckraum 29 gegenüberliegenden Zylinderraum 28 und dem Hohlraum 6a des Steuerkolbens 3a eine Verbindung besteht.
Mit den Zylinderräumen 28 und 29 ist der Druck raum 37 des Arbeitszylinders 36 unter Zwischenschaltung eines Dreiwege-Zweistellungs-Differential-Kolbenventiles über die Leitungen 30, 33 und 35 verbunden. Von der dem Zylinderraum 28 zugeordneten Leitung 30 ist vor deren Einmündung in das Ventil 31 die dem Differential- Kolbenventi131 zugeordnete Steuerleitung 32abgezweigt, während in den luftgesteuerten Teil des Ventils 31 eine Steuerleitung 34 von der Druckluftleitung 17 kommend mündet.
Überwiegt der Öldruck in der Leitung 30 gegenüber dem Pressluftdruck in der Steuerleitung 34, wird das Differential-Kolbenventil 31 so umgesteuert, dass die Leitung 33 vom Druckraum 29 direkt mit der Leitung 35 des Arbeitszylinderraumes 37 verbunden ist und die in das Ventil 31 mündende Leitung 30 verschlos sen wird.
Die Pressluftleitung 17 ist weiterhin mit dem im Bereich der Membran 5a liegenden Zylinderraum 7 des Steuerzylinders 1 unter Zwischenschaltung eines Dreiwe- ge-Zweistellungs-Ventiles 18a verbunden. Durch Umsteu ern des Ventiles 18a wird der Zylinderraum 7 bei einer Stellung be- und bei der zweiten entlüftet.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, stehen der Steuerkolben 3a und der Arbeitskolben 38 entgegen ihrer Arbeitsbewe gung durch Schraubendruckfedern 25 bzw. 39 unter Federkraft.
In Fig. 2 ist die obere Endlage der Presseinrichtung dargestellt. Strömt über die Pressluftleitung 17 Druckluft in das Ventil 18a, so wird diese bei der entsprechenden Stellung des Ventiles 18a über die Leitung 19 in den Zylinderraum 7 geführt, wodurch sich die Membran 5a ausdehnt und das im Hohlraum 6a befindliche Öl über die Leitung 9, die radiale Bohrung 27, den Zylinderraum 28, die Leitung 30, durch das Ventil 31 in die Leitung 35 und den Druckraum 37 des Arbeitskolbens 38 verdrängt.
Der in diesem Fall nur einseitig mit Pressluft beauf- schlagte Steuerkolben 3a wird dabei ausser durch die Schraubenfeder 25, noch durch die im Raum 29 einge schlossene Ölmenge in seiner Ruhelage gehalten. Durch das in grossen Mengen in den Druckraum 37 des Arbeitszylinders 36 fliessende Öl wird der Arbeitskolben 38 im Eilgang bewegt.
Trifft der Arbeitskolben 38 mit seiner Kolbenstange 38a auf einen Widerstand, entsteht im Druckraum 37 ein Druckstoss, der über die Steuerleitung 32 in das Differen- tial-Kolbenventil 31 gelangt und dieses entgegen der Kraft der aus der Steuerleitung 34 kommenden Pressluft derart umsteuert, dass die Leitung 30 verschlossen und die Leitung 33 direkt mit der Leitung 35 verbunden wird, so dass der Fluss des Öles aus dem Hohlraum 6a unterbro chen wird.
Zwischen der dem Pressluftdruck im Zylinderraum 7 nicht mehr ausweichenden Membran 5a und der oberen stirnseitigen Abdeckung 2 des Steuerzylinders 1 baut sich infolge der weiter zuströmenden Pressluft ein Druckpo tential auf, das schliesslich die Druckkraft der Feder 25 überwindet und den Steuerkolben 3a bewegt. Durch die in den Druckraum 29 vorstossende Kolbenstange 4a bzw. durch den Kolben 42 wird das Öl im Druckraum 29 verdrängt, wobei das Rückschlagventil 10a geschlossen ist und kein Öl zurück in den Hohlraum 6a fliessen lässt. Das aus dem Druckraum 29 verdrängte Öl fliesst über die Leitungen 33 und 35 in den Druckraum 37 des Arbeits kolbens 38 und bedingt dessen Arbeitsbewegung, entspre chend dem Flächenverhältnis des Steuerkolbens 3a zum Kolben 42.
Der Rückhub wird wiederum durch Umsteuern des Ventiles 18a in die gezeichnete Lage eingeleitet. Dadurch wird der Zylinderraum 7 entlüftet, so dass sich der Steuerkolben 3a durch die Kraft der gespannten Feder 25 zur oberen Endlage hin bewegt. Da der in der Steuerlei tung 34 wirkende Luftdruck nun gegenüber dem in der Steuerleitung 32 herrschenden Öldruck überwiegt, schal tet das Differential-Kolbenventil 31 in die gezeichnete Stellung, so dass das Öl im Druckraum 37 durch den sich unter der Kraft der Feder 39 zurückbewegenden Arbeits kolben 38 über die Leitung 30 zurück in den Hohlraum 6a des Steuerkolbens 3a befördert wird.
Selbstverständlich können bei einer Presseinrichtung entsprechend dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbei spiel beliebig viele Arbeitszylindereinheiten angeschlos sen werden. Zweckmässig sind auch hier die Ventile im. Gehäuse so untergebracht, dass zum Anschliessen der Presseinrichtung lediglich eine Leitung 17 notwendig ist. Die erfindungsgemässe Ausbildung der Presseinrich- tung, derart, dass der Hohlkolben 3, 3a durch die Membran dichtend abgeschlossen ist, hat den Vorteil, dass eine kleine Baulänge erreicht wird, da die Membran einen Kolben ersetzt; ausserdem hat die Membran einen geringen Walkwiderstand, so dass ein hoher Wirkungs grad erzielt wird.
Infolge der geringen Masse der Mem bran wird weiter eine grosse Arbeitsgeschwindigkeit erreicht. Ferner liegt ein wesentlicher Vorteil der erfin- dungsgemässen Ausbildung darin, dass die Membran das Öl im Hohlkolben hermetisch gegen Druckluft ab- schliesst; somit ist das Dichtungsproblem zwischen Luft und Öl erheblich vereinfacht.
Mit der oben beschriebenen Anordnung kann die aus Eilhub und Arbeitshub bestehende Arbeitsbewegung eines Werkzeuges oder dgl. selbsttätig in einfachster Weise ausgeführt werden. Selbstverständlich kann auch das den Rückhub steuernde Pressluftventil, z.B. durch Anschläge, selbsttätig am Ende des Arbeitshubes umge steuert werden, so dass die erfindungsgemässe Pressein- richtung selbsttätig einen ganzen Arbeitsablauf vollführt. Weiterhin können die Ventile in die Presseinrichtung, z.B. in die Zylindergehäuse, mit eingebaut sein,
so dass die ganze Presseinrichtung zur Inbetriebnahme lediglich mit einer Leitung an einen Pressluftspender, z.B. einen Pressluftgenerator, angeschlossen werden muss.