CH645824A5

CH645824A5 - Vorrichtung zum ausueben schlagartiger kraefte auf werkstuecke.

Info

Publication number: CH645824A5
Application number: CH91180A
Authority: CH
Inventors: Horst Baltschun
Original assignee: Smg Sueddeutsche Maschinenbau
Priority date: 1979-02-06
Filing date: 1980-02-05
Publication date: 1984-10-31
Also published as: GB2042640A; FR2448431B1; IT1129591B; GB2042640B; IT8019616A0; FR2448431A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausüben schlagartiger Kräfte auf Werkstücke mit einer druckmittelbetätigten Zylinder-Kolben-Einheit, deren Kolben als Teil eines Kolben-Kolbenstangen-Elementes in der Druckmittelkammer mit Spiel in deren Zylinder geführt ist, die Kräfte über die Kolbenstange auf das Werkstück überträgt, in dem Bereich der von dem Werkstück abgewandten Endlage durch Zusammenwirken mit einer Gegenfläche druckentlastbar und durch Verlassen dieses Bereiches in Arbeitshubrichtung schlagartig druckbelastbar ist und in dem Bereich der dem Werkstück zugewandten Endlage mit einem ■ Dämpfungsraum zusammenwirkt, wobei ein Antrieb zum 5 Rückführen des Kolbens aus der dem Werkstück zugewandten Endlage in die von dem Werkstück abgewandte Endlage vorgesehen ist.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-OS 2 233 153) ist der Weg, den der Kolben zwischen seinen beilo den raumfest angeordneten Endlagen zurücklegen kann, abgesehen davon fest vorgegeben, dass die Kolbenstange bei Vorhandensein eines Werkstückes auf dieses auftreffen. • kann, bevor der Kolben in den Dämpfungsraum eintritt. Damit ist bei gegebenem Druck des Druckmittels in der 15 Druckmittelkammer die auf das Werkstück ausübbare Schlagenergie ebenfalls unveränderlich vorgegeben. Weiter weist die bekannte Vorrichtung mindestens eine weitere Zylinder-Kolben-Einheit auf, die auf die Kolbenstange einwirkt und dazu dient, durch Bewegen in Arbeitshubrichtung 20 das Auslösen des Arbeitshubes zu ermöglichen und die Kolbenstange nach beendetem Arbeitshub in die von dem Werkstück abgewandte Endlage rückzuführen. Das eigentliche Auslösen des Arbeitshubes erfolgt dabei dadurch, dass der Bereich der Gegenfläche zunächst über eine Drossel und da-25 nach schlagartig druckbelastet wird. Nachteilig ist an dieser bekannten Vorrichtung insbesondere, dass der Weg des Kolbens und damit die Schlagenergie nicht einstellbar und wegen der weiteren Zylinder-Kolben-Einheit eine vielteilige Ausführung und eine komplizierte Steuerung erforderlich 30 sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine mit hoher Hubzahl wirtschaftlich betreibbare, vielseitig verwendbare Vorrichtung in einfacher Ausführung zu schaffen.

35 Diese Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Druckmittelkammer mit einer vorwählbaren Menge an Druckflüssigkeit beaufschlagbar, mittels eines schaltbaren Ventiles mit einem der Gegenfläche zugeordneten Steuerraum verbindbar und in 40 Arbeitshubrichtung durch einen in dem Zylinder und auf dem Kolben-Kolbenstangen-Element dichtend geführten Ringkolben begrenzt ist, dessen von der Druckmittelkammer abgewandte Beaufschlagungsfläche in dem Zylinder eine Druckgaskammer begrenzt, deren Volumen sich wäh-45 rend eines Arbeitshubes unter Verminderung des Druckes des Druckgases durch Bewegen des Ringkolbens entgegen der Arbeitshubrichtung vergrössert, und die als Antrieb zum Rückführen des Kolbens und des Ringkolbens in die von dem Werkstück abgewandte Endlage dient.

so Einerseits kann der Ringkolben die Kolbenstange um-schliessen, so dass beim Rückführen in die von dem Werkstück abgewandte Endlage das Kolben-Kolbenstangen-Element durch den Ringkolben mitnehmbar ist. Andererseits kann der Ringkolben den Kolben umschliessen, wobei ss beim Rückführen in die von dem Werkstück abgewandte Endlage der Druck des Druckgases in der Druckgaskammer unmittelbar nicht nur auf den Ringkolben sondern auch auf den Kolben wirkt.

Der Weg des Kolbens und damit die auszuübende Schlag-60 energie sind dadurch einstellbar, dass eine vorherbestimmte Menge an Druckflüssigkeit in die Druckmittelkammer eingeführt wird, wobei der Kolben in seiner von dem Werkstück abgewandten Endlage verbleibt und der Ringkolben um einen der eingeführten Menge an Druckflüssigkeit ent-65 sprechenden Weg in Richtung auf das Werkstück entgegen dem Druck des Druckgases in der Druckgaskammer verschoben wird. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass während des folgenden Arbeitshubes, der durch Verbinden der

Druckmittelkammer mit dem der Gegenfläche zugeordneten Steuerraum ausgelöst wird, der Ringkolben um einen Weg entgegengesetzt zur Arbeitshubrichtung verschoben wird.

Das Verschieben des Ringkolbens entgegengesetzt zur Arbeitshubrichtung ergibt sich bei die Kolbenstange um-schliessendem Ringkolben daraus, dass bei in der von dem Werkstück abgewandten Endlage stehendem Kolben die Druckflüssigkeit einen aus dem den Kolben umgebenden Ringraum und dem die Kolbenstange umgebenden Ringraum bestehenden Raum einnimmt, während in der dem Werkstück zugewandten Endlage des Kolbens die Druckflüssigkeit einen aus dem den Kolben umgebenden Ringraum und dem an die Gegenfläche anschliessenden Zylinderraum bestehenden Raum einnimmt. Wegen der gleichbleibenden Menge an Druckflüssigkeit müssen diese beiden Räume gleiche Volumina haben, der letztgenannte Raum hat jedoch eine geringere Länge in Arbeitshubrichtung als der erstgenannte.

Das Verschieben des Ringkolbens entgegengesetzt zur Arbeitshubrichtung ergibt sich bei den Kolben umschliessen-dem Ringkolben daraus, dass die gleichbleibende, in der Druckmittelkammer befindliche Menge an Druckflüssigkeit aus dem den Kolben umgebenden Ringraum, den die Druckflüssigkeit bei in der von dem Werkstück abgewandten Endlage stehendem Kolben einnimmt, in den an die Gegenfläche anschliessenden Zylinderraum verdrängt wird, den die Druckflüssigkeit bei in der dem Werkstück zugewandten Endlage stehendem Kolben einnimmt. Dieser Zylinderraum ist ein glatter Zylinderraum mit dem Innendurchmesser des Ringkolbens, wenn der Ringkolben bei dem Arbeitshub vollständig in die von dem Werkstück abgewandte Endlage verschoben wird, oder ein abgestufter Zylinderraum, teilweise mit dem Innendurchmesser des Zylinders und teilweise mit dem Innendurchmesser des Ringkolbens, wenn der Ringkolben bei dem Arbeitshub nicht vollständig in die von dem Werkstück abgewandte Endlage verschoben wird.

Durch die Gegenläufigkeit der Bewegungen des Kolbens mit Kolbenstange und des Ringkolbens ergibt sich zudem ein mindestens partieller Massenausgleich. Am Ende des Weges des Kolbens in Arbeitshubrichtung taucht dieser, sofern nicht zuvor die Kolbenstange mit einem daran befestigten Werkzeug auf ein Werkstück aufgeschlagen hat, in den Dämpfungsraum ein.

Einerseits ist der Dämpfungsraum bei die Kolbenstange umschliessendem Ringkolben in der von der Druckgaskammer abgewandten Beaufschlagungsfläche des Ringkolbens vorgesehen, so dass ein hartes Aufschlagen des Kolbens auf den Ringkolben nicht erfolgen kann. Durch Druckentlastung der Druckmittelkammer kann nach Erreichen der dem Werkstück zugewandten Endlage das Rückführen des Kolbens mit Kolbenstange und des Ringkolbens in die von dem Werkstück abgewandte Endlage unverzüglich eingeleitet werden, wobei der Druck des Druckgases in der Druckgaskammer ein schnelles Rückführen ermöglicht.

Andererseits ist der Dämpfungsraum bei den Kolben umschliessendem Ringkolben in der die Druckgaskammer begrenzenden Stirnfläche des Zylinders vorgesehen, so dass ein hartes Aufschlagen des Kolbens auf die Stirnfläche nicht erfolgen kann. Um die Wirkung des Dämpfungsraumes zu verstärken, kann sich in diesem, falls die zugehörige Stirnfläche des Zylinders die untere Stirnfläche ist, eine geringe Menge an wenig kompressibler Dämpfungsflüssigkeit befinden. Andernfalls muss der Dämpfungsraum eine so grosse Eintauchtiefe aufweisen, dass durch Kompression des Druckgases eine genügende Dämpfung erzielt wird. Um hierbei ferner ein Aufschlagen des Ringkolbens auf die die Druckmittelkammer begrenzende Stirnfläche des Zylinders zu verhindern, kann in dieser - den Steuerraum ringförmig

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umgebend - ein ringförmiger Dämpfungsraum vorgesehen sein, in den der Ringkolben in der von dem Werkstück abgewandten Endlage eintauchen kann. Durch Druckentlastung der Druckmittelkammer kann nach Erreichen der dem Werkstück zugewandten Endlage das Rückführen des Kolbens mit Kolbenstange und ggf. des Ringkolbens in die von dem Werkstück abgewandte Endlage unverzüglich eingeleitet werden, wobei der Druck des Druckgases in der Druckgaskammer ein schnelles Rückführen ermöglicht. Das Druckgas wirkt dabei auf die dem Werkstück zugewandte, die Kolbenstange umschliessende, ringförmige Stirnfläche des Kolbens und die dem Werkstück zugewandte, ringförmige Stirnfläche des Ringkolbens.

Zum Zuführen der vorwählbaren Menge an Druckflüssigkeit zu der Druckmittelkammer kann an diese ventillos die Zylinderkammer einer Dosier-Zylinder-Kolben-Einheit angeschlossen sein. Das Einstellen der Menge erfolgt durch Begrenzung des Hubes des Kolbens der Dosier-Zylinder-Kolben-Einheit.

Alternativ kann die vorwählbare Menge an Druckflüssigkeit der Druckmittelkammer über ein schaltbares Ventil aus einer Druckmittelquelle mit einstellbarem Druck dadurch zuführbar sein, dass in der Druckgaskammer ein vorwählbarer Druck des Druckgases einstellbar ist, der bei Erreichen der vorgewählten Menge an Druckflüssigkeit in der Druckmittelkammer über den in der entsprechenden Stellung stehenden Ringkolben dem Druck in der Druckmittelkammer das Gleichgewicht hält, worauf das Zuführen von Druckflüssigkeit durch Schliessen eines Ventiles beendet wird.

Um zu vermeiden, dass bei die Kolbenstange umschliessendem Ringkolben unerwünschterweise während des Zuführens der Druckflüssigkeit zu der Druckmittelkammer der Kolben mit Kolbenstange zusammen mit dem Ringkolben in Arbeitshubrichtung bewegt wird, kann an dem Kolben eine zusätzliche, entgegen der Arbeitshubrichtung wirksame Beaufschlagungsfläche vorgesehen sein, so dass der Kolben mit Kolbenstange zuverlässig in der von dem Werkstück abgewandten Endlage verharrt. Diese zusätzliche Beaufschlagungsfläche kann beispielsweise dem Grund des Dämpfungsraumes gegenüberliegend dadurch gebildet sein, dass in der Umfangsfläche und dem Grund des Dämpfungsraumes Nuten vorgesehen sind, durch die Druckflüssigkeit auf die zugeordnete Beaufschlagungsfläche an dem Kolben wirkt.

Bei den Kolben umschliessendem Ringkolben bewirkt der Druck des Druckgases auf die dem Werkstück zugewandte, die Kolbenstange umschliessende, ringförmige Stirnfläche des Kolbens auch, dass nicht unerwünschterweise bei dem Zuführen der Druckflüssigkeit zu der Druckmittelkammer der Kolben mit Kolbenstange zusammen mit dem Ringkolben in Arbeitshubrichtung bewegt wird.

In der Zeichnung sind in den Fig. 1 bis 3,4 bis 6, 7 bis 9 und 10 bis 12 vier Ausführungsbeispiele für Vorrichtungen nach der Erfindung schematisch in je drei verschiedenen Stellungen der Teile dargestellt, und zwar zeigen

Fig. 1,4,7,10 die Stellungen vor dem Zuführen der Druckflüssigkeit,

Fig. 2, 5, 8,11 die Stellungen nach beendetem Zuführen der Druckflüssigkeit,

Fig. 3, 6, 9,12 die Stellungen nach beendetem Arbeitshub.

In einem Zylinder 1 ist ein an einer Kolbenstange 2 befestigter Kolben 3 mit Spiel gegenüber der Innenwand des Zylinders 1 zwischen einer oberen, von dem Werkstück 4 abgewandten Endlage und einer unteren, dem Werkstück 4 zugewandten Endlage bewegbar geführt, wobei ein bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 1 bis 3 und Fig. 4 bis 6) die Kolbenstange 2 und bei dem dritten und vierten

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Ausführungsbeispiel (Fig. 7 bis 9 und Fig. 10 bis 12) den Kolben 3 dichtend umschliessender sowie an der Innenwand des Zylinders 1 dichtend geführter Ringkolben 5 schwimmend bewegbar ist, der den Innenraum des Zylinders 1 in eine Druckmittelkammer 6 und eine Druckgaskammer 7 unterteilt. Die obere Stirnfläche des Kolbens 3 und die diesem als Gegenfläche gegenüberliegende, obere, innere Stirnfläche des Zylinders 1 weisen je eine flache Ausnehmung auf, so dass die beiden Ausnehmungen gemeinsam einen Steuerraum 8 bilden. Den Steuerraum 8 umschliessend ist an einer der beiden Stirnflächen eine Dichtung vorgesehen, die an der gegenüberliegenden Stirnfläche dichtend anliegen kann.

Bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 1 bis 3 und Fig. 4 bis 6) ist in der der Druckmittelkammer 6 zugewandten Stirnfläche des Ringkolbens 5 als Dämpfungsraum 9 eine ringförmige Ausnehmung vorgesehen, in die der Kolben 3 in seiner unteren Endlage eintauchen kann. Bei dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel (Fig. 7 bis 9 und Fig. 10 bis 12) ist in der die Druckgaskammer 7 begrenzenden Stirnfläche des Zylinders 1 als Dämpfungsraum 9 eine ringförmige Ausnehmung vorgesehen, in die der Kolben 3 in seiner unteren Endlage eintauchen kann.

Bei dem ersten und dritten Ausführungsbeispiel (Fig. 1 bis 3 und Fig. 7 bis 9) ist an die Druckmittelkammer 6 in dem Bereich der zu dem Steuerraum 8 gehörigen Ausnehmung und im oberen Endbereich der Umfangswand des Zylinders 1 mit ihren beiden Enden eine Leitung 10 angeschlossen, die ein erstes Ventil 11 enthält, mittels dessen die Leitung 10 wahlweise durchschaltbar oder deren zu dem Steuerraum 8 führender Zweig druckentlastbar ist. An den anderen Zweig der Leitung 10 ist eine Zylinderkammer 12 einer Do-sier-Zylinder-Kolben-Einheit angeschlossen, in deren Zylinder 13 ein Kolben 14 mit Kolbenstange 15 bewegbar geführt ist. Die Kolbenstange 15 trägt einen verstellbaren Hubbegrenzer 16, mittels dessen die vorwählbare Menge an Druckflüssigkeit einstellbar ist. An den von der Zylinderkammer 12 abgewandten Zylinderraum 17 ist über ein zweites Ventil 18 eine Druckmittelquelle 19 angeschlossen, die dem Zuführen des Druckmittels zu der Druckmittelkammer 6 durch Verschieben des Kolbens 14 dient.

Bei dem zweiten und vierten Ausführungsbeispiel (Fig. 4 bis 6 und Fig. 10 bis 12) ist an die Druckmittelkammer 6 in dem Bereich der zu dem Steuerraum 8 gehörigen Ausnehmung und im oberen Endbereich der Umfangswand des Zylinders 1 mit ihren beiden Enden eine Leitung 10 angeschlossen, die ein erstes Ventil 11 enthält, mittels dessen die Leitung 10 wahlweise durchschaltbar oder deren zu dem Steuerraum 8 führender Zweig druckentlastbar ist. An den anderen 5 Zweig der Leitung 10 ist eine Zuführleitung 20 für Druckflüssigkeit angeschlossen, deren der Druckmittelkammer 6 zugewandter Zweig mittels eines zweiten Ventiles 21 wahlweise druckentlastbar (Fig. 4), an eine Druckmittelquelle 19 anschliessbar (Fig. 5) und absperrbar (Fig. 6) ist. An den zu io der Druckmittelquelle 19 führenden Zweig der Zuführleitung 20 ist ein einstellbares Druckbegrenzungsventil 22 angeschlossen. Ferner ist an den der Druckmittelkammer 6 zugewandten Zweig der Zuführleitung 20 ein Druckanzeigegerät 23 angeschlossen. Ein weiteres Druckanzeigegerät 24 ist 15 an die Druckgaskammer 7 angeschlossen. Durch passende -rechnersich bestimmbare - Wahl des Druckes des Druckgases, der in der Druckgaskammer 7 vor dem Beginn des Einleitens von Druckflüssigkeit in die Druckmittelkammer 6 herrscht, und des an dem Druckbegrenzungsventil 22 einge-20 stellten Druckes, der während des Einleitens der Druckflüssigkeit in die Druckmittelkammer 6 herrscht, lässt sich die Menge an Druckflüssigkeit vorwählen, die in die Druckmittelkammer 6 eingeleitet wird. Das Einleiten der Druckflüssigkeit in die Druckmittelkammer 6 endet bei Gleichgewicht 25 der auf die beiden Beaufschlagungsflächen des Ringkolbens 5 wirkenden Kräfte.

Zahlenbeispiel:

Stellung gemäss Fig. 4: Druckbegrenzungsventil 30 22-120 bar,

Druckanzeigegerät 23-0 bar, Druckanzeigegerät 24-100 bar Stellung gemäss Fig. 5: Druckbegrenzungsventil 22-120 bar,

35 Druckanzeigegerät 23-120 bar,

Druckanzeigegerät 24-120 bar Stellung gemäss Fig. 6: Druckbegrenzungsventil 22-120 bar,

Druckanzeigegerät 23-110 bar, 40 Druckanzeigegerät 24-110 bar.

Die zum Betreiben der Vorrichtung erforderlichen, weiteren Steuermittel, Leitungen usw., wie Druckgaszuführung, Überdruckventile, elektrische Beschaltung, sind in der Zeichnung nicht dargestellt.

4 Blatt Zeichnungen

Claims

645 824 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Ausüben schlagartiger Kräfte auf Werkstücke, mit einer druckmittelbetätigten Zylinder-Kolben-Einheit, deren Kolben als Teil eines Kolben-Kolbenstangen-Elementes in der Druckmittelkammer mit Spiel in deren Zylinder geführt ist, die Kräfte über die Kolbenstange auf das Werkstück überträgt, in dem Bereich der von dem Werkstück abgewandten Endlage durch Zusammenwirken mit einer Gegenfläche druckentlastbar und durch Verlassen dieses Bereiches in Arbeitshubrichtung schlagartig druckbelastbar ist, und in dem Bereich der dem Werkstück zugewandten Endlage mit einem Dämpfungsraum zusammenwirkt, wobei ein Antrieb zum Rückführen des Kolbens aus der dem Werkstück zugewandten Endlage in die von dem Werkstück abgewandte Endlage vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmittelkammer (6) mit einer vorwählbaren Menge an Druckflüssigkeit beaufschlagbar, mittels eines schaltbaren Ventiles (11) mit einem der Gegenfläche zugeordneten Steuerraum (8) verbindbar und in Arbeitshubrichtung durch einen in dem Zylinder (1) und auf dem Kolben-Kolbenstangen-Element (2, 3) dichtend geführten Ringkolben (5) begrenzt ist, dessen von der Druckmittelkammer (6) abgewandte Beaufschlagungsfläche in dem Zylinder (1) eine Druckgaskammer (7) begrenzt, deren Volumen sich während eines Arbeitshubes unter Verminderung des Druckes des Druckgases durch Bewegen des Ringkolbens (5) entgegen der Arbeitshubrichtung vergrössert, und die als Antrieb zum Rückführen des Kolbens (3) und des Ringkolbens (5) in die von dem Werkstück (4) abgewandte Endlage dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (5) die Kolbenstange (2) um-schliesst, und dass bei dem Rückführen in die von dem Werkstück (4) abgewandte Endlage das Kolben-Kolben-stangen-Element (2, 3) durch den Ringkolben (5) mitnehmbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (5) den Kolben (3) umschliesst.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorwählbare Menge an Druckflüssigkeit der Druckmittelkammer (6) mittels einer an diese ventillos angeschlossenen Zylinderkammer (12) einer Dosier-Zylinder-Kolben-Einheit (13,14,15) zuführbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorwählbare Menge an Druckflüssigkeit der Druckmittelkammer (6) über ein schaltbares Ventil (21) aus einer Druckmittelquelle (19) mit einstellbarem Druck dadurch zuführbar ist, dass in der Druckgaskammer (7) ein vorwählbarer Druck des Druckgases einstellbar ist, der bei Erreichen der vorgewählten Menge an Druckflüssigkeit in der Druckmittelkammer (6) über den in der entsprechenden Stellung stehenden Ringkolben (5) dem Druck in der Druckmittelkammer (6) das Gleichgewicht hält.