DE10115634A1 - Hydraulischer Druckübersetzer - Google Patents

Hydraulischer Druckübersetzer

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Abstract

Es wird ein hydroelektrischer Druckübersetzer vorgeschlagen, bei dem der den Hochdruck bewirkende Tauchkolben 8 bzw. dessen Antriebsspindel 9 und/oder die Kolbenstange 3 des Arbeitskolbens 2 durch elektrische Mittel, insbesondere Elektromotoren, wie Linearmotoren 11 angetrieben werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem hydraulischen Druckübersetzer nach Gattung des Hauptanspruchs. Bei einem bekannten hydraulischen Druckübersetzer der gattungsgemäßen Art (DE-OS 42 23 411) wird zur Erzeugung des Hochdrucks die Kolbenspindel des Tauchkolbens über einen pneumatischen Antriebskolben betätigt. Hierdurch besteht eine direkte Abhängigkeit von einer pneumatischen Versorgung dieses Druckübersetzer, die in manchen Fällen nicht gegeben ist, bzw. stets mit gewissen Umständen verbunden ist und den Einsatz des Gerätes von einer solchen Luftversorgung abhängig macht.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Der erfindungsgemäße hydraulische Druckübersetzer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, von einer Druckluftversorgung unabhängig zu sein und von einer stets zur Verfügung stehenden Energie, nämlich dem elektrischen Strom, versorgt zu werden. Im Gegensatz hierzu stehen solche Anlagen, wie auch oben genannte zum Stand der Technik gehörende Anlagen, bei denen über Ventile die Hydraulik oder Pneumatik gesteuert wird, die wiederum den Druckübersetzer mit Medien, nämlich Druck und Hydrauliköl eingegebener Energie versorgen (DE-OS 26 25 884). Auch hier besteht der Nachteil der belastenden Abhängigkeit von derartigen Energieversorgern im Gegensatz zur Erfindung, bei der die Hydraulik lediglich innerhalb des Druckübersetzers zur Umsetzung der mit verhältnismäßig geringer Kraft angetriebenen Kolbenbewegung zu einem hydraulischen Hochdruck, mit entsprechender Antriebskraft des Arbeitskolbens. Bereits geringe, über elektrische Energie erzeugte, Hubkräfte genügen, um den hydraulischen Hochdruck zu erzeugen. Hierbei ist durchaus denkbar, dass auch die durch die elektrische Energie in den elektrischen Arbeitsmitteln erzeugte Antriebskraft gesteuert wird, beispielsweise indem für den Eilgang eine geringere Kraft erzeugt wird und bei Eintauchen des Tauchkolbens in den Arbeitsraum und aufgrund des dadurch dort gegebenen höheren Drucks, bzw. mechanischen Vorgangs, eine elektrische Umschaltung erfolgt. Auch dies ist ein zusätzlicher Vorteil der erfinderischen Lösung.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient als Antriebsmittel ein Elektromotor, der in unterschiedlichster Weise ausgestaltet sein kann, maßgebend ist, dass zumindest mittelbar ein Hub, also eine Linearbewegung der Antriebsspindel, bzw. des Tauchkolbens, und dann für den Arbeitshub, der Kolbenstange erfolgt.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient als elektrisches Antriebsmittel ein Kugelspindelmotor odgl. Auch hier gibt es außer Kugelspindeln und Trapezspindeln die verschiedensten Ausführungen, bei denen durch die Anordnung der Spindelwand und des Antriebsmittels die Drehbewegung des Motors in eine Linearbewegung der Antriebsspindel umgesetzt wird.
Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor als Linearmotor ausgebildet, bei dem der Anker mindestens mittelbar mit dem Tauchkolben oder der mit diesem verbundenen Antriebsspindel und/oder der Kolbenstange des Arbeitskolbens verbunden ist, so dass vor allem der Eilgang durch die Linearkräfte erfolgen kann und wobei die Antriebsspindel als Anker des Linearmotors dienen kann. Bei der Verwendung eines solchen Linearmotors an der Kolbenstange können nach Eintauchen des Tauchkolbens in den Arbeitsraum am Linearmotor gegebene Haltekräfte, aufgrund der hohen Druckübersetzung, leicht überwunden werden, wobei vor allem beim Eilgang und Rückhub eine schnelle Verstellung möglich ist.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der vor dem Arbeitshub liegende Eilgang und/oder nach dem Arbeitshub liegende Rückhub mindestens teilweise hydraulisch bewirkt.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb des Gehäuses und um die Kolbenstange sowie begrenzt durch den Arbeitskolben ein Ringraum zur hydraulischen Steuerung vorhanden. Die hierdurch ermöglichte, hydraulische Servofunktion lässt die Anwendung bekannter Mittel, wie Servomotor und dergleichen zu.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht zwischen Ringraum und Speicherraum eine hydraulische Verbindung.
Nach einer diesbezüglichen zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist um die Antriebsspindel ein zur Antriebsspindel und zum Gehäuse hin abgedichteter Ringkolben axial verschiebbar angeordnet, welcher einen, mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten, Ausgleichsraum zum Speicherkolben hin begrenzt und welcher auf der dem Speicherkolben abgewandten Seite durch eine den Hydraulikniederdruck bestimmenden Feder belastet ist, und welcher mit der hydraulischen Verbindung verbunden ist. Dieser Ausgleichsraum 14 bewirkt aufgrund der Feder einen gleichmäßigen Druck im Speicherraum und im Ringraum, zumindest während des Rückhubs.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der hydraulischen Verbindung zwischen Speicherraum und Ringraum, bzw. Ausgleichsraum jeweils ein Steuerventil angeordnet, welches als Einwegventil in Strömungsrichtung aus Ringraum oder Speicherraum heraus sperrt, hingegen in Strömungsrichtung zu diesen Räumen drosselt.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebsspindel, bzw. die Kolbenstange durch einen Linearmotor antreibbar, wie oben bereits angedeutet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein hydroelektrischer Druckübersetzer im Längsschnitt und
Fig. 2 stark vereinfacht ein entsprechendes Alternativbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die bei den beiden Ausführungsbeispielen vorhandenen gleichen Bauteile oder Bauteile gleicher Funktion sind im Folgenden mit derselben Bezugsziffer bezeichnet.
In einem Gehäuse 1 eines hydraulischen Druckübersetzers ist über einen Arbeitskolben 2 eine Kolbenstange 3 angetrieben und ein hydraulischer Arbeitsraum 4 vorgesehen. Außerdem ist ein Speicherraum 5 vorgesehen, der mit dem Arbeitsraum 4 durch eine Steuerbohrung 6 verbunden ist und durch einen Speicherkolben 7 begrenzt ist. Koaxial mit dem Speicherkolben 7 ist ein Tauchkolben 8 vorgesehen, der mit einer Antriebsspindel 9 verbunden ist, der nach Zurücklegung eines bestimmten Hubes in die Steuerbohrung 6 taucht, diese sperrt und bei Fortsetzung des Hubes im Arbeitsraum 4 einen entsprechend dem Durchmesserverhältnis von Tauchkolben 8 und Arbeitskolben 2 gegebenen Hochdruck erzeugt. Während eines ersten Hubes, nämlich dem Eilgang, wird die Kolbenstange 3 an das Werkstück herangefahren, wonach dann über den Tauchkolben 8 ein Krafthub erzeugt wird zur Bearbeitung des Werkstücks, beispielsweise einer Stanzung derselben.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit dem Speicherkolben 7 in axialer Linie mit dem Tauchkolben 8 eine Antriebsspindel 9 befestigt, die einen Linearmotor 11 durchdringt, der außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet und an diesem befestigt ist. Sobald die Kolbenstange 3 den Eilhub beendet hat und der Tauchkolben 8 in die Steuerbohrung 6 getaucht ist, wird der Hub dieses Tauchkolbens 8 über den Linearmotor fortgesetzt, zur Erzeugung eines Hochdrucks im Arbeitsraum 4 und einem entsprechenden Vorschub der Kolbenstange 3. Koaxial zur Antriebsspindel 9 ist auf dieser ein Ringkolben 12 axial verschiebbar angeordnet, der durch eine Feder 13 belastet ist und der auf jener der Feder 13 abgewandten Seite einen Ausgleichsraum 14 begrenzt, welcher andererseits durch den Speicherkolben 7 begrenzt ist. Dieser Ausgleichsraum 14 ist über eine Leitung 15 sowohl mit dem Speicherraum 5 als auch mit einem Ringraum 16 verbunden, der zwischen Arbeitskolben 2, Gehäuse 1 und Kolbenstange 3 gebildet ist. In den Leitungsabschnitten einmal zum Ringraum 16 als auch zum Speicherraum 5 sind Steuerventile 17 angeordnet, die jeweils zum Speicherraum 5 bzw. Ringraum 16 hin einen freien Durchfluß zu diesen Räumen dem Rückhublauf der Einrichtung dient, tritt die Drosselwirkung beim Eilgang bzw. Arbeitshub des Druckübersetzers auf.
Bei dem in Fig. 2 nur sehr vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch die Kolbenstange 3 über einen nur prinzipiell dargestellten Spindeltrieb 18 betätigbar, der insbesondere als Linearmotor ausgebildet ist. Außerdem sind in Fig. 2 ein Servomotor 19, ein zusätzlicher Speicher 21 für Hydraulikflüssigkeit und ein Assynchronmotor 22 entnehmbar, welcher einen Spindeltrieb 23 der Spindel 24 betätigt, die wiederum achsgleich mit dem Tauchkolben 8 verbunden ist.
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
Kolbenstange
4
Arbeitsraum
5
Speicherraum
6
Steuerbohrung
7
Speicherkolben
8
Tauchkolben
9
Antriebsspindel
10
-
11
Linearmotor
12
Ringkolben
13
Feder
14
Ausgleichsraum
15
Leitung
16
Ringraum
17
Steuerventil
18
Spindeltrieb
19
Servomotor
20
-
21
Speicher
22
Motor
23
Spindeltrieb
24
Spindel

Claims (10)

1. Hydraulischer Druckübersetzer
mit einem in einem Aggregatsgehäuse (1) angeordneten Arbeitsraum (4) für wechselnde Drücke, nämlich einem niederen Speicherdruck für einen Eilgangvorlauf und einem Rückhub sowie einem hohen Arbeitsdruck für einen Arbeitshub,
mit einem den Arbeitsraum (4) stirnseitig begrenzenden und durch den Arbeitsdruck im Arbeitsgehäuse (1) für den Arbeitshub betätigbaren Arbeitskolben (2), welcher durch eine Kolbenstange (3) nach außerhalb des Gehäuses (1) geführt ist,
mit einem mit dem Arbeitsraum (4) hydraulisch verbindbaren, in einem Zylinderraum des Gehäuses (1) angeordneten Speicherraum (5), aus dem während des Eilgangs Hydrauliköl unter Speicherdruck in den Arbeitsraum (4) strömt und beim Rückhub wieder zurück strömt,
mit einem als Hochdruckerzeuger betätigbaren nach dem Eilgang in den Arbeitsraum (4) tauchenden, eine Antriebsspindel (9) aufweisenden Tauchkolben (8) und
mit einem Antrieb des Tauchkolbens (8) auf der der Arbeitsraum (4) abgewandten Seite für den Eilgang als auch den Arbeitshub zur Erzeugung des hohen Arbeitsdrucks dadurch gekennzeichnet,
dass der Tauchkolben (8), bzw. die Antriebsspindel (9) mindestens für den Arbeitshub durch elektrische Arbeitsmittel (11, 18, 22, 23) angetrieben wird.
2. Druckübersetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Antriebsmittel ein Elektromotor (11, 18, 22) dient.
3. Druckübersetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisches Antriebsmittel ein Kugelspindelmotor odgl. dient.
4. Druckübersetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor als Linearmotor (11) ausgebildet ist, bei dem der Anker mindestens mittelbar mit dem Tauchkolben (8) und/oder der Kolbenstange (3) des Arbeitskolbens (2) verbunden ist.
5. Druckübersetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vor dem Arbeitshub liegende Eilganghub und/oder der nach dem Arbeitshub liegende Rückhub mindestens teilweise hydraulisch bewirkt wird.
6. Druckübersetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (1) und um die Kolbenstange (3), sowie begrenzt durch den Arbeitskolben (2), ein Ringraum (16) zur hydraulischen Steuerung, insbesondere für den Rückhub vorhanden ist.
7. Druckübersetzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ringraum (16) und Speicherraum (5) eine hydraulische Verbindung (15) besteht.
8. Druckübersetzer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass um die Antriebsspindel (9) ein zur Antriebsspindel und zum Gehäuse (1) hin abgedichteter Ringkolben (12) axial verschiebbar angeordnet ist, welcher einen, mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten, Ausgleichsraum (14) zum Speicherkolben (7) hin begrenzt und welcher auf der dem Speicherkolben (7) abgewandten Seite durch eine den Hydraulikniederdruck bestimmenden Feder (13) belastet ist, und welcher mit der hydraulischen Verbindung (15) verbunden ist.
9. Druckübersetzer nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der hydraulischen Verbindung zwischen Speicherraum (5) und Ringraum (16), bzw. Ausgleichsraum (14) jeweils ein Steuerventil (17) angeordnet ist, welches als Einwegventil in Strömungsrichtung aus Ringraum (16) oder Speicherraum (5) sperrt, hingegen in Strömungsrichtung zu diesen Räumen drosselt.
10. Druckübersetzer nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspindel (9), bzw. die Kolbenstange (3) durch einen Linearmotor antreibbar ist.
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