DE102017220051B4

DE102017220051B4 - Pneumatische Feder mit Spezialventil, Bearbeitungsvorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE102017220051B4
Application number: DE102017220051.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Neubauer; Alexander Wuhrer
Original assignee: Schaefer Werkzeug und Sondermaschinenbau GmbH
Current assignee: Schaefer Werkzeug und Sondermaschinenbau GmbH
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2037-11-11
Also published as: DE102017220051A1

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Pneumatische Feder (1), bevorzugt für die Verwendung in einer Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere für die Verwendung in einer Crimpvorrichtung, bereitgestellt, wobei die pneumatische Feder (1) aufweist: eine durch einen Kolben (11) antreibbare Zylinderstange 10, eine zwischen dem Kolben (11) und einem Zylinderboden (22) ausgebildete Druckkammer (24), eine Hauptdruckversorgung (25), mittels der die Druckkammer (24) mit einem Fluid versorgbar ist, eine Zusatzdruckversorgung (14), mittels der die Druckkammer (24) mit einem Fluid mit voreingestelltem Druck versorgbar ist, und ein Ventilsystem, das dazu eingerichtet ist, die Druckkammer (24) nur dann über die Zusatzdruckversorgung (14) mit Fluid zu versorgen, wenn ein vorliegender Druck in der Druckkammer (24) unter einen voreingestellten Druck sinkt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine pneumatische Feder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bevorzugt für eine Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere für eine Crimpvorrichtung sowie eine die erfindungsgemäße pneumatische Feder aufweisende Bearbeitungsvorrichtung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Öffnen und Schließen einer trennenden Schutzvorrichtung.
Die pneumatische Feder, die Bearbeitungsvorrichtung sowie das Verfahren zum Öffnen und Schließen einer trennenden Schutzvorrichtung kommen insbesondere im Bereich von Crimpvorrichtungen vor.
Stand der Technik
Bei modernen Bearbeitungsmaschinen werden an die Sicherheit, insbesondere an den Personenschutz, hohe Anforderungen gestellt. Hierzu werden allgemeine Anforderungen an Gestaltung und Bau von feststehenden und beweglichen Schutzeinrichtungen durch bestimmte Normen, wie beispielsweise EN ISO 14120:2015, geregelt.
Die EN ISO 14120:2015 legt zum Beispiel allgemeine Anforderungen an die Gestaltung und den Bau von trennenden Schutzeinrichtungen fest, die dem Schutz von Personen vor mechanischen Gefährdungen dienen. Sie gibt auch weitere Gefährdungen an, die die Gestaltung und den Bau beeinflussen können.
Um die Zugänglichkeit von Bearbeitungsvorrichtungen, insbesondere von Bearbeitungsaggregaten oder Handlings-Vorrichtungen innerhalb der Bearbeitungsvorrichtung zu optimieren, sind moderne Bearbeitungsvorrichtungen mit kraftbetriebenen, trennenden Schutzeinrichtungen versehen, die beispielsweise in Form einer mittels eines oder mehrerer Hubzylinder anhebbaren und absenkbaren Schutzhaube ausgebildet ist. Die kraftbetriebenen, trennenden Schutzeinrichtungen dienen dazu, während des Betriebs der Bearbeitungsvorrichtungen einen bestimmten Bereich der Bearbeitungsvorrichtung, in der Regel einen Bearbeitungsbereich, zu umschließen, um einen Eingriff einer Bedienperson in den Schutzbereich (Bearbeitungsbereich) zu verhindern und somit die Bedienperson vor Verletzungen durch bewegliche Teile, wie z.B. Bearbeitungsaggregate, zu schützen. Ferner dient die kraftbetriebene, trennende Schutzeinrichtung dazu, einer Bedienperson oder einem Wartungspersonal während des Stillstands der Bearbeitungsvorrichtung den Schutzbereich zugänglich zu machen, um beispielsweise Wartungsarbeiten und/oder Materialnachfüllarbeiten und dergleichen durchführen zu können.
Andererseits gibt es auch Bearbeitungsvorrichtungen, die ein aktives Eingreifen einer Bedienperson in einen bestimmten Bereich einer Bearbeitungsvorrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt während der Fertigung eines Produkts fordern, um beispielsweise ein Werkstück umzuspannen, einen Werkstück- und/oder Werkzeugwechsel durchzuführen und dergleichen. In diesem Fall kann der Eingriffsbereich (Schutzbereich) ebenfalls durch eine kraftbetriebene, trennende Schutzeinrichtung verschließbar sein, und lediglich während des Zeitpunkts, in dem ein Eingreifen des Bedienpersonals notwendig ist, zugänglich machen.
Wie oben bereits angeführt, ist es allgemein bekannt, kraftbetriebene, trennende Schutzeinrichtungen in Form von mittels Hubzylindern anhebbaren und absenkbaren Schutzhauben auszubilden. Um eine mögliche Verletzungsgefahr durch die Auf- und Abbewegung der Schutzhaube für das Bedienpersonal zu vermeiden, die aufgrund von Schließdruck, Schließkraft, Geschwindigkeit und/oder scharfe Kanten der Schutzhaube entstehen können, ist es notwendig, dass die Schutzhaube eine geringe Außenwirkung aufweist, d.h., im Falle einer Kollision mit einer Bedienperson oder einem Fremdgegenstand lediglich geringe Kräfte auf die Bedienperson oder den Fremdgegenstand ausübt. Ferner muss die Schutzhaube so eingerichtet sein, dass sie auf ein mögliches Fehlverhalten einer Bedienperson reagieren kann. Dies kann zum Beispiel bedeuten, dass wenn während des Absenkens der Schutzhabe eine Bedienperson plötzlich in den Schutzbereich eingreift, die Absenkbewegung gestoppt wird, und gegebenenfalls die Schutzhaube wieder nach oben angehoben wird.
Gemäß neueren Sicherheitsbestimmungen wird hier gefordert, dass bei einer Abwärts-Kollision, also wenn z.B. die Schutzhaube beim Absenken mit einer Bedienperson in Kontakt kommt, die Abwärtsbewegung umgehend beendet wird und die Schutzhaube nach oben gefahren wird, was mittels Standard Pneumatikteilen realisiert werden kann. Bei bekannten Schutzhauben, die den gestiegenen Anforderungen an den Personenschutz gerecht werden, besteht jedoch das Problem, dass falls die Schutzhabe für längere Zeit im geöffneten Zustand, also die Hubzylinder sich im ausgefahrenen Zustand befinden, aufgrund von Leckage innerhalb der Hubzylinder die Hubzylinder absinken, insbesondere unterschiedlich absinken und sich dadurch verkeilen. Aufgrund der Leckage entweicht das in den Hubzylindern vorhandene Fluid (Druckfluid) weiter, wodurch unterhalb von Kolben der Hubzylinder kein Fluid vorhanden ist, wodurch bei einer ersten Abwärtsbetätigung der Schutzhaube die Schutzhaube abstürzen kann, d.h., schnell nach unten absacken kann. Befindet sich in diesem Fall eine Bedienperson unterhalb der Schutzhaube, sind die Kräfte die auf die Bedienperson einwirken, wesentlich höher wie zulässig, und können somit zu einer Verletzung der Bedienperson führen.
Ferner kann als Stand der Technik die DE 10 2015 108 521 A1 genannt werden, welche eine Zylindereinheit betrifft, die eine Stange und ein Gehäuse umfasst, wobei die Stange längs einer Stellachse verlagerbar an dem Gehäuse geführt ist, wobei an der Stange ein Kolben festgelegt ist, welcher den Innenraum des Gehäuses in eine erste Kammer und eine zweite Kammer teil, wobei das Gehäuse einen Sicherheitsauslass aufweist, wobei der Sicherheitsauslass derart angeordnet ist, dass der Kolben den Sicherheitsauslass fluiddicht verschließt, wenn sich die Stange in einer Nulllage befindet. Des Weiteren sind die DE 103 45 956 A1 , welche eine hydraulische Anordnung und Verfahren für eine solche betrifft, die DD 61 894 A1 , welche eine Sicherheitseinrichtung an Schutzgittern für Maschinen, insbesondere Spritzgießmaschinen, beschreibt und die DE 32 13 491 C1 , welche eine Sicherheitseinrichtung an beweglichen Schließteilen, insbesondere an Schutzklappen von Bearbeitungsmaschinen, beschreibt, zu nennen.
Gegenstand der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine pneumatische Feder (Hubzylinder), bevorzugt für eine Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere eine Crimpvorrichtung sowie eine die erfindungsgemäße pneumatische Feder aufweisende Bearbeitungsvorrichtung und ein Verfahren zum Öffnen und Schließen einer trennenden Schutzvorrichtung bereitzustellen, die es ermöglichen, ein unerwünschtes, insbesondere ruckartiges und gefahrbringendes Absenken einer Schutzvorrichtung, insbesondere einer Schutzhaube, zu vermeiden. Hierbei soll insbesondere ein ruckartiges und gefahrbringendes Absenken der Schutzvorrichtung nach langem verbleiben der Schutzvorrichtung im geöffneten Zustand vermieden werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine pneumatische Feder nach Anspruch 1, eine Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 9 sowie ein Verfahren nach Anspruch 13. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben, wobei der Gegenstand der die Vorrichtung(en) betreffenden abhängigen Ansprüche im Rahmen des Verfahrens sowie der Bearbeitungsvorrichtung zum Einsatz kommen kann, und umgekehrt.
Einer der Gedanken der vorliegenden Erfindung ist es, eine pneumatische Feder bereitzustellen, die eine Druckkammer aufweist, welche über eine Hauptdruckversorgung und über eine Zusatzdruckversorgung mit Fluid versorgbar ist, insbesondere mit unter Druck stehendem Fluid versorgbar ist, wobei die Druckkammer mittels der Zusatzdruckversorgung mit Fluid, das einen voreingestellten Druck aufweist, versorgbar ist. Ferner weist die pneumatische Feder ein Ventilsystem auf, das dazu eingerichtet ist, nur dann die Druckkammer über die Zusatzdruckversorgung mit Fluid zu versorgen, wenn ein in der Druckkammer vorliegender Druck unter einen voreingestellten Druck, d.h., unter einen unteren Grenzwert, sinkt.
Auf diese Weise wird eine pneumatische Feder bereitgestellt, die in der Lage ist, in einer Druckkammer einen vorherrschenden Druck auf einem bestimmten bzw. voreingestellten Niveau zu halten, selbst wenn aufgrund einer Leckage der Druck in der Druckkammer sinkt, insbesondere über längere Zeit sinkt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine pneumatische Feder bereit, die bevorzugt an einer Bearbeitungsvorrichtung verwendbar ist, insbesondere an einer Crimpvorrichtung verwendbar ist, wobei die pneumatische Feder aufweist: eine durch einen Kolben antreibbare Zylinderstange, insbesondere durch den Kolben hin und her bewegbare Zylinderstange, weiter bevorzugt eine nach oben und unten bewegbare Zylinderstange, eine zwischen dem Kolben und einem Zylinderboden ausgebildete Druckkammer, eine Hauptdruckversorgung, mittels der die Druckkammer mit einem Fluid versorgbar ist, eine Zusatzdruckversorgung, mittels der die Druckkammer mit einem Fluid mit voreingestelltem Druck versorgbar ist, und ein Ventilsystem, insbesondere ein mechanisches Ventilsystem, das dazu eingerichtet ist, die Druckkammer über die Zusatzdruckversorgung mit Fluid zu versorgen, wenn ein vorliegender Druck in der Druckkammer unter einen voreingestellten Druck sinkt.
Gemäß der Erfindung ist das Ventilsystem in dem Zylinderboden der pneumatischen Feder integriert, insbesondere ist das Ventilsystem mittels eines Einsatzteils in den Zylinderboden eingeschraubt. Weiterhin weist das Ventilsystem eine Ventilnadel und eine Feder auf, wobei die Ventilnadel durch die Feder in Richtung eines Ventilsitzes kraftbeaufschlagt ist.
Auf diese Weise ist es möglich, ein kompaktes Ventilsystem bereitzustellen, das einfach und kostengünstig in eine pneumatische Feder integriert werden kann. Ferner ist es anhand der Feder möglich, eine Öffnungscharakteristik des Ventilsystems vorrichtungsspezifisch einzustellen.
Ferner ist es bevorzugt, dass der Ventilsitz in dem Zylinderboden ausgebildet ist und die Ventilnadel in dem Einsatzteil beweglich aufgenommen ist, wobei die Feder ebenfalls in dem Einsatzteil aufgenommen sein kann oder ist.
Anhand der beschriebenen Ausbildung ist es mit einfachen Mitteln möglich, ein zuverlässiges und leicht adaptierbares Ventilsystem auszubilden, das auf jeweilige Umgebungs- oder Vorrichtungsparameter angepasst werden kann.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ferner bevorzugt, dass in dem Zylinderboden eine Durchgangsbohrung vorgesehen ist, die die Druckkammer mit der Hauptdruckversorgung verbindet, wobei bevorzugt in der Durchgangsbohrung eine Drossel vorgesehen ist. Hierbei kann die Drossel bevorzugt so eingerichtet sein, dass sie lediglich in Auslassrichtung, also von der Druckkammer zu der Hauptdruckversorgung eine Drosselwirkung aufweist.
Anhand der Drossel ist es möglich, eine Einfahrbewegung der Zylinderstange, also eine Bewegung, bei der sich die Zylinderstange dem Zylinderboden annähert und dadurch ein Volumen der Druckkammer verringert, wodurch das in der Druckkammer vorhandene Fluid verdrängt wird, zu steuern, insbesondere eine Geschwindigkeit der Einfahrbewegung zu regulieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Hauptdruckversorgung einen Versorgungsanschluss und ein Sperrventil auf, wobei mittels des Sperrventils die Durchgangsbohrung verschließbar und/oder drosselbar ist. D.h., die Drossel kann in Form eines Sperrventils ausgebildet sein, welches eine genaue Regulierung des Durchflusses des bei der Einfahrbewegung der Zylinderstange ausströmenden Fluids ermöglicht.
Mittels des Versorgungsanschlusses kann die pneumatische Feder mit einer Fluidquelle, insbesondere mit einer Druckluftquelle, verbunden werden. Anhand des Sperrventils ist es ferner möglich, nach einem Ausfahren der Zylinderstange, also nach Einleiten einer ausreichenden Menge an Fluid oder Druckluft in die Druckkammer, das in der Druckkammer vorhandene Fluid oder die vorhandene Druckluft abzusperren und somit die pneumatische Feder bzw. die Zylinderstange in der ausgefahrenen Position zu halten.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass an einer der Druckkammer zugewandten Seite der Durchgangsbohrung ein Schalldämpfer und/oder ein Schmutzfilter vorgesehen ist.
Auf diese Weise ist es möglich, Partikel, die in dem Fluid vorhanden sind, daran zu stören, in die Druckkammer einzudringen und diese zu verschmutzen. Ferner ist es durch das Vorsehen eines Schalldämpfers möglich, eine Lärmbelästigung, die insbesondere beim Einströmen des Fluids in die Druckkammer entsteht, zu vermeiden bzw. zu reduzieren.
Ferner ist es bevorzugt, dass ein Stift vorgesehen ist, der bevorzugt in dem Einsatzteil beweglich aufgenommen ist, und dazu eingerichtet ist, die Feder in Richtung des Ventilsitzes mit einer Kraft, insbesondere mit einer Kraft die von außen in den Stift eingeleitet wird, zu beaufschlagen.
Hierbei ist der Stift so ausgelegt, dass er kurz vor einer Endposition des Kolbens, insbesondere einer unteren Endposition des Kolbens, bei der die Zylinderstange eingefahren ist, mit dem Kolben in Kontakt kommt, und durch den Kolben in Richtung der Ventilnadel und des Ventilsitzes gedrückt und bewegt wird. Durch diese Bewegung wird die Feder, die zwischen der Ventilnadel und dem Stift vorgesehen ist, zusammengedrückt, wodurch die resultierende Federkraft, welche die Ventilnadel gegen den Ventilsitz drückt, erhöht wird.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere eine Crimpvorrichtung, aufweisend: einen Schutzbereich, eine den Schutzbereich umgebende, trennende Schutzeinrichtung, insbesondere eine Schutzhaube, und mindestens eine der oben beschriebenen pneumatischen Feder, wobei die Schutzeinrichtung mittels der pneumatischen Feder öffenbar und schließbar ist, insbesondere anhebbar und absenkbar ist. Gemäß weiteren Ausführungsformen können auch zwei oder mehr Federn vorgesehen sein.
Auf diese Weise wird eine Bearbeitungsvorrichtung mit Schutzeinrichtung bereitgestellt, bei der beispielsweise ein unerwünschtes, insbesondere ruckartiges und gefahrbringendes Absenken der Schutzeinrichtung, insbesondere einer Schutzhaube, vermieden werden kann. Durch die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung kann insbesondere ein ruckartiges und gefahrbringendes Absenken der Schutzvorrichtung nach einem langen Verbleiben der Schutzvorrichtung in einem geöffneten Zustand der Schutzvorrichtung vermieden werden.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13.
Dabei weist das Verfahren alle oben bereits im Zusammenhang mit der pneumatischen Feder beschriebenen Vorteile auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wenn der in der Druckkammer vorliegende Druck unter den voreingestellten Druck sinkt, ein Abheben oder Lösen einer Ventilnadel von einem Ventilsitz ermöglicht, wodurch ein Einströmen des Fluids der Zusatzdruckversorgung in die Druckkammer ermöglicht wird.
Auf diese Weise ist es einerseits möglich, in dem Fall, dass die Zylinderstange über längere Zeit in der ausgefahren Position verharrt, und durch Leckage der Druck des Fluids in der Druckkammer unter einen voreingestellten Druck sinkt, die Ventilnadel öffnet und Fluid über die Zusatzdruckversorgung in die Druckkammer nachströmen kann, wodurch ein unerwünschtes Einfahren oder Absinken der Zylinderstange verhindert werden kann. Andererseits besteht dadurch auch die Möglichkeit, dass in dem Fall, dass die Zylinderstange von einer ausgefahren Position eingefahren wird und die Zylinderstange aus irgendeinem Grund von außen an einem weiteren Einfahren gehindert wird, wodurch ebenfalls der Druck in der Druckkammer unter einen voreingestellten Druck fällt, ebenfalls durch die Zusatzdruckversorgung Fluid in die Druckkammer eingeleitet werden kann und dadurch die Zylinderstange wieder ausgefahren werden kann.
Ferner ist es vorteilhaft, mittels der Hauptdruckversorgung und/oder einer Ablassvorrichtung das Fluid aus der Druckkammer auszulassen, um ein Einfahren oder Absenken der Zylinderstangen zu ermöglichen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gelangt während des Einfahrens der Zylinderstange ein Anschlagteil, das mit dem Kolben verbunden ist, mit einem Stift in Kontakt und drückt diesen in Richtung des Ventilsitzes, wodurch eine Feder, die zwischen dem Stift und der Ventilnadel angeordnet ist, zusammengedrückt wird, wodurch die Federkraft erhöht wird und somit die Ventilnadel stärker gegen den Ventilsitz gedrückt wird.
Figurenliste

1 zeigt schematisch die Ausbildung einer pneumatischen Feder 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 zeigt schematisch die Ausbildung der pneumatischen Feder der in 1 gezeigten Ausführungsform, lediglich in einer anderen Stellung der Zylinderstange,
3a zeigt eine vergrößerte Ansicht des Ventilsystems der in 1 gezeigten Ausführungsform, wobei das Ventil geschlossen ist,
3b zeigt eine vergrößerte Ansicht des Ventilsystems der in 1 gezeigten Ausführungsform, wobei das Ventil offen ist,
4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Ventilnadel 16 und des Ventilsitzes 27 der 3b, und
5 zeigt eine Crimpvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend werden anhand der beigefügten Figuren bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Weitere in diesem Zusammenhang genannte Modifikationen bestimmter Merkmale können jeweils einzeln miteinander kombiniert werden, um neue Ausführungsformen auszubilden.
1 zeigt schematisch die Ausbildung einer pneumatischen Feder (Hubzylinder) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist lediglich ein Teil, insbesondere ein Bodenteil, der pneumatischen Feder dargestellt. Auf die Darstellung allgemein bekannter Elemente der pneumatischen Feder wurde verzichtet.
Die pneumatische Feder 1 weist eine Zylinderstange 10 auf, die in einem Gehäuse 21, welches in der Regel in Form eines Rohrs ausgebildet ist, beweglich aufgenommen ist, und mittels eines Kolbens 11 antreibbar, insbesondere innerhalb des Gehäuse 21 ausfahrbar ist. Der Kolben 11 ist hierzu mittels eines Drucks eines Fluids beaufschlagbar. Wird der Kolben 11 durch das Fluid mit Druck beaufschlagt, wirkt eine Kraft auf die Zylinderstange 10 in Richtung ausfahren, d.h. in 1 nach rechts.
In 2 ist eine Situation dargestellt, in der der Kolben 11 und damit die Zylinderstange 10 durch Beaufschlagung mit einem Fluid in eine ausgefahren Position gebracht wurde, d.h. in 2 nach rechts verschoben wurde. Entsprechend wurde die Zylinderstange 10 aus dem Gehäuse 21 der pneumatischen Feder 1 ausgefahren (nicht dargestellt). Die in 2 dargestellte pneumatische Feder 1 entspricht ansonsten der in 1 dargestellten Ausführungsform der pneumatischen Feder 1 vorliegender Erfindung.
Die pneumatische Feder 1 weist ferner einen Zylinderboden 20 auf, der über einen O-Ring fluiddicht in das Gehäuse 21 eingesetzt ist und mittels eines Schraubbodens 22, der in Form einer Überwurfmutter ausgebildet ist, an dem Gehäuse 21 befestigt ist. Zwischen dem Zylinderboden 20 und dem Kolben 11 ist somit eine fluiddichte Druckkammer 24 ausgebildet, die es ermöglicht, einen Druck in der Druckkammer 24 aufzubauen und somit den Kolben 11 mit Druck zu beaufschlagen. Hierzu weist der Zylinderboden 20 eine Durchgangsbohrung 23 auf, welche die Druckkammer 24 mit einer Hauptdruckversorgung 25 verbindet. Auf einer der Druckkammer 24 zugewandten Seite der Durchgangsbohrung 23 ist ein Schalldämpfer 18 bzw. ein Schmutzfilter vorgesehen, der ein Eindringen von Fremdpartikeln in die Druckkammer 24 verhindert.
Die Hauptdruckversorgung 25 ist in der gezeigten Ausführungsform als eine an den Zylinderboden 20 anschraubbare, separate Baugruppe ausgebildet, kann jedoch auch in den Zylinderboden 20 integriert werden. Aus Kosten- sowie Wartungsgründen bietet es sich jedoch an, die Hauptdruckversorgung 25 als eine separate Baugruppe auszubilden. Die Hauptdruckversorgung 25 besteht aus einem Anschlusskörper, in dem oder an dem ein Sperrventil 12 sowie ein Versorgungsanschluss 13, mittels welchem die Hauptdruckversorgung 25 mit einer Fluidquelle, bevorzugt mit einer Druckluftquelle, verbindbar ist, vorgesehen sind.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist das Sperrventil 12 als ein Ventil mit einem Ventilkolben 12a und einem Ventilsitz 27 ausgebildet. Das Sperrventil 12 kann jedoch auch als ein Ventil mit Ventilteller und Ventilsitz 27, Ventil mit Klappe oder dergleichen ausgebildet sein. Ferner handelt es sich bei dem Sperrventil 12 bevorzugt um ein normal geschlossenes Ventil, d.h., wird das Sperrventil 12 nicht betätigt, welches in der Regel druckluftbetätigt ist, sperrt es die Durchgangsbohrung und kein Fluid kann aus der Druckkammer 24 entweichen.
Über die Hauptdruckversorgung 25 kann unter Druck stehendes Fluid, insbesondere Druckluft in die Druckkammer 24 eingeleitet werden und der Kolben 11 mit Druck beaufschlagt werden.
In der in 5 beispielhaft gezeigten Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere Crimpvorrichtung, sind zwei pneumatische Federn 1 vorgesehen, um eine trennende Schutzvorrichtung, insbesondere Schutzhaube 110, in vertikaler Richtung bewegen zu können, insbesondere um die gezeigte Schutzhaube 110 anheben und absenken zu können.
Wird also über die Hauptdruckversorgung 25 Druckluft in die Druckkammer 24 eingeleitet, wird der Kolben 11 mit Druck beaufschlagt und die Zylinderstange 10 wird aus dem Gehäuse 21 der pneumatischen Feder 1 ausgefahren, womit die Schutzhaube 110 angehoben wird. Erreicht die Schutzhabe 110 einen oberen Endpunkt (maximale Ausfahrstellung der Zylinderstange 10) oder ist die Schutzhaube 110 ausreichend weit nach oben angehoben (d.h., die Zylinderstange 10 wurde ausreichend weit ausgefahren, jedoch nicht vollständig), kann mittels des Sperrventils 12 die Luftzufuhr gesperrt werden. Andererseits ist es bei geschlossenem Sperrventil 12 nicht möglich, dass die Schutzhaube 110 absinkt bzw. abgesenkt wird, da keine Luft aus der Druckkammer 24 entweichen kann.
Wie der 1 jedoch weiter entnommen werden kann, weist der Kolben 11 einen Kolbendichtungsring 26 auf, welcher den Kolben 11 gegenüber der Druckkammer 24 fluiddicht, insbesondere luftdicht, abdichtet. Wie oben bereits ausgeführt, kann der Fall eintreten, dass die Schutzhaube 110 für längere Zeit, z.B. über das Wochenende, in der angehobenen Position verharrt, da beispielsweise die Bearbeitungsvorrichtung 100 in einem Zustand, in dem sich die Schutzhaube 110 in der angehobenen Position befindet, ausgeschalten wird. In diesem Fall kann das Problem auftreten, dass aufgrund einer Leckage, beispielsweise am Kolbendichtungsring 26 oder am Sperrventil 12, der Druck in der Druckkammer 24 abfällt, wodurch die Schutzhaube 110 langsam absacken würde.
Wie in 5 gezeigt ist, wird eine Schutzhaube 110 jedoch in der Regel mittels mindestens zwei pneumatischen Federn 1 angehoben und abgesenkt, um sicherzustellen, dass im Falle des Versagens einer pneumatischen Feder 1, die verbleibende pneumatische Feder 1 die Schutzhaube 110 abfangen kann und diese sicher in eine abgesenkte Position, Verschlussposition der Schutzhaube 110, bringen kann, um einen möglichen Personenschaden oder Vorrichtungsschaden zu vermeiden.
Sind mehrere pneumatische Federn 1 vorgesehen, kann somit der Fall auftreten, dass aufgrund unterschiedlicher Leckagen an den Kolbendichtungsringen 26 der jeweiligen pneumatischen Federn 1, sich die jeweiligen Zylinderstangen 10 der pneumatischen Federn 1 unterschiedlich absenken und es zu einer Verkantung der Zylinderstangen 10 kommt, wodurch die Schutzhaube 110 nicht vollständig in die Ausgangposition (abgesenkte Position) zurückkehrt, obwohl in der Druckkammer 24 kein ausreichender Druck vorliegt, um die Schutzhaube 110 in der Schwebe zu halten. Wie oben bereits ausgeführt, kann es in diesem Fall bei einer ersten Abwärtsbetätigung der Schutzhaube 110 dazu kommen, dass diese schlagartig nach unten fällt und dadurch eine Bedienperson verletzten oder die Bearbeitungsvorrichtung 100 beschädigen kann.
Um das oben geschilderte Problem zu lösen, weist die pneumatische Feder 1 wie in 1 gezeigt ein Ventilsystem auf, welches eine Ventilnadel 16 und eine Feder 17 aufweist, die beide in einem Einsatzteil 19 aufgenommen sind, welches an dem Zylinderboden 20 befestigt ist, insbesondere in diesen eingeschraubt ist. Ferner weist der Zylinderboden 20 einen Anschluss für eine Zusatzdruckversorgung 14 auf, mittels welcher das Ventilsystem mit unter Druck stehendem Fluid, insbesondere Druckluft, versorgbar ist.
3a zeigt eine vergrößerte Ansicht des Ventilsystems der in 1 gezeigten Ausführungsform, wobei das Ventil wie in 1 geschlossen ist. Hierbei ist unter geschlossen zu verstehen, dass die Ventilnadel 16 des Ventilsystems in Kontakt mit einem in dem Zylinderboden 20 ausgebildeten Ventilsitz 27 ist, und dadurch eine Druckversorgungsbohrung 28, die mit der Zusatzdruckversorgung 14 in Verbindung steht, verschließt und dadurch ein einströmen von Druckluft in die Druckkammer 24 verhindert. Hierbei wird die Ventilnadel 16 mittels der Feder 17 gegen den Ventilsitz 27 gedrückt.
Sinkt nun aufgrund einer Leckage am Kolbendichtungsring 26 der Druck in der Druckkammer 24 unter einen bestimmten Wert, ist die Kraft der Feder 27 nicht mehr ausreichend, die Ventilnadel 16 gegen die Kraft, die durch den Druck des durch die Zusatzdruckversorgung 14 angeschlossenen bzw. zugeführten Fluids auf die Ventilnadel 16 wirkt, gegen den Ventilsitz 27 zu drücken, wodurch das Ventil öffnet und Fluid in die Druckkammer 24 einströmen kann, wodurch der Druck in der Druckkammer 24 aufrechterhalten bzw. auf Höhe des eingestellten Drucks der Zusatzdruckversorgung 14 gehalten werden kann.
Hierbei ist der an der Zusatzdruckversorgung 14 anliegende Druck derart gewählt, dass er zumindest ausreichend ist, um die Schutzhaube 110 in der Schwebe zu halten, also die über den Kolben 11 erzeugbare Kraft größer ist als die Gewichtskraft der Schutzhaube 110. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass auch im Falle einer Leckage am Kolbendichtungsring 26 ein ausreichendes Luftpolster unterhalb des Kolbens 11, also in der Druckkammer 24, aufrechterhalten werden kann, um die Schutzhaube 110 in der Schwebe zu halten. Der geöffnete Zustand des Ventilsystems, also der Zustand, in dem die Ventilnadel 16 nicht mit dem Ventilsitz 27 in Kontakt ist, ist in 3b dargestellt.
4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Ventilnadel 16 und des Ventilsitzes 27 des in 3b gezeigten Ventilsystems. Wie der 4 entnommen werden kann, ist die Ventilnadel 16 derart ausgebildet, dass der durch die Zusatzdruckversorgung 14 anliegende Druck P_ZS unterschiedliche Wirkflächen an der Ventilnadel 16 aufweist, abhängig von der Stellung der Ventilnadel 16. Befindet sich die Ventilnadel 16 in der geschlossenen Stellung, wirkt der Druck PZS lediglich auf die Kontaktfläche zwischen Ventilnadel 16 und Ventilsitz 27. Befindet sich hingegen die Ventilnadel 16 im offenen Zustand, ist die Wirkfläche des Drucks PZS wesentlich größer. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Ventilnadel 16 nicht zwischen einer geschlossenen oder geöffneten Stellung schwingt. Ferner kann der 4 eine Ringfläche der Ventilnadel 16 entnommen werden, auf welche der in der Druckkammer 24 vorherrschende Druck P_DK wirkt. Des Weiteren ist in der 4 die Feder 17 dargestellt, deren Federkraft F_Fe auf die Ventilnadel 16 in Richtung Ventilsitz 27 wirkt.
In 5 ist eine Bearbeitungsvorrichtung 100, bei welcher es sich beispielhaft um eine Crimpvorrichtung handelt, gezeigt. Wie der 5 entnommen werden kann, weist die Crimpvorrichtung einen Bearbeitungsbereich auf, in dem die zugeführten Kabel bearbeitet, beispielsweise abisoliert und mit Steckern versehen, werden. Um eine Bedienperson vor möglichen Verletzungen durch Bewegungen einzelner Bearbeitungsaggregate in dem Bearbeitungsbereich zu schützen, ist der Bearbeitungsbereich von einer trennenden Schutzeinrichtung umgeben. Um es der Bedienperson jedoch beispielsweise zu ermöglichen, den Bearbeitungsbereich zu inspizieren oder zu reinigen, ist die Schutzeinrichtung verlagerbar, d.h. im vorliegenden Fall nach oben anhebbar ausgebildet. Daher wird die beschriebene Schutzvorrichtung auch Schutzhaube 110 genannt. Die Schutzhaube 110 wird in der gezeigten Ausführungsform durch zwei pneumatische Federn 1 beweglich aufgenommen, insbesondere nach oben und nach unten verfahrbar aufgenommen. Mit anderen Worten ist die Schutzhaube 110 mittels der beiden pneumatischen Federn 1 anhebbar und absenkbar aufgenommen, wobei zur stabilen Führung der Schutzhaube 110 eine zusätzliche Führungseinrichtung vorgesehen sein kann.
Anstelle zweier pneumatischer Federn 1 kann gemäß einer Modifikation jedoch bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen auch nur eine pneumatische Feder 1 vorgesehen sein.
Beschreibung einzelner Betriebsarten
Normalbetrieb (Schutzhaube wird abgesenkt)
Im Normalbetrieb und beim Absenken der Schutzhaube 110 befindet sich das Ventilsystem nahezu im Gleichgewicht. Darunter ist zu verstehen, dass sich im Ausgangszustand die Ventilnadel 16 im geschlossenen Zustand befindet, womit der Druck Pzs des Fluids, das durch die Zusatzdruckversorgung 14 zur Verfügung gestellt wird, auf die Fläche A₁ des Ventilsitzes 27 wirkt. Der dadurch entstehenden Öffnungskraft steht eine Schließkraft der Ventilnadel 16 entgegen, die sich aus der Federkraft F_FE , wobei sich die Feder in einer Normalstellung befindet, und der durch den in der Druckkammer vorherrschenden Druck P_DK entstehenden Kraft ergibt, wobei der Druck P_DK auf die Ringfläche A₁ wirkt, wobei die Schließkraft so eingestellt ist, dass sie geringfügig größer ist als die Öffnungskraft, um das Ventilsystem geschlossen zu halten. Daraus ergibt sich die folgende Gleichung: $P_{Z S} * A_{1} < F_{F E} + (P_{D K} * A_{1})$
Kollisionsbetrieb
Unter dem Kollisionsbetrieb ist der Zustand zu verstehen, in dem die Schutzhaube 110 im Normalbetrieb abgesenkt wird und plötzlich auf ein Hindernis trifft. Da der Druck P_DK in der Druckkammer hauptsächlich von der Gewichtskraft der Schutzhaube 110 abhängig ist, welche durch ein Auftreffen der Schutzhaube 110 auf ein Hindernis schlagartig reduziert wird, sinkt der Druck P_DK in der Druckkammer ebenfalls schlagartig ab. Die Reduktion des Drucks P_DK führt zu einer Veränderung des Kräftegleichgewichts am Ventilsystem, insbesondere dazu, dass die Öffnungskraft größer wird als die Schließkraft, d.h.: $P_{Z S} * A_{1} > F_{F E} + (P_{D K} * A_{1})$
Aufgrund des Öffnens des Ventils verändert sich das Kräftegleichgeweicht weiter, da der Druck Pzs des Fluids der Zusatzdruckversorgung nun auf die größere Fläche A₂ der Ventilnadel 16 wirkt. $P_{Z S} * A_{2} > F_{F E} + (P_{D K} * A_{2})$
Auf diese Weise bleibt das Ventilsystem weiterhin geöffnet, auch wenn der Druck P_DK wieder ansteigt, da die Schutzhaube 110 von dem Hindernis abgehoben wurde. Somit kann sichergestellt werden, dass die Schutzhaube 110 in eine geöffnete oder zumindest sichere Position angehoben werden kann.
Normalbetrieb (Schutzhaube nähert sich unterer Endstellung)
Wenn sich die Schutzhaube 110 im Normalbetrieb einer unteren Endstellung nähert, kommt wie in 1 dargestellt ist eine Anschlagteil 29, die an dem Kolben 11 angebracht ist, mit dem Stift 15 in Kontakt, wodurch dieser in Richtung Ventilsitz 27 gedrückt wird. Aufgrund der Bewegung des Stifts 15 in Richtung Ventilsitz 27 wird die Feder 17, welche zwischen der Ventilnadel 16 und dem Stift 15 angeordnet ist, zusammengedrückt, wodurch die Federkraft F_FD erhöht wird und damit die Ventilnadel 16 stärker in den Ventilsitz 27 gedrückt wird. Dadurch soll ein unerwünschtes sofortiges Auffahren der Schutzhaube 110 nach Erreichen der Endstellung der Schutzhaube 110 vermieden werden.
Normalbetrieb (Leckage an Kolbendichtungsring)
Wie oben bereits beschrieben, wenn sich die pneumatische Feder 1 im Normalbetrieb und in der ausgefahrenen Position oder der obigen Position der Schutzhaube 110 befindet, wird das Sperrventil 12 geschlossen, womit der Druck P_DK in der Druckkammer grundsätzlich konstant gehalten wird. Aufgrund einer Leckage am Kolbendichtungsring 26 kann jedoch der Druck P_DK in der Druckkammer langsam abfallen. Was zu einer Änderung des Kräftegleichgewichts am Ventilsystem führt, insbesondere dazu führt, dass die Öffnungskraft größer wird als die Schließkraft, wodurch das Ventilsystem geöffnet wird.

Claims

Pneumatische Feder (1), umfassend: eine durch einen Kolben (11) antreibbare Zylinderstange (10), eine zwischen dem Kolben (11) und einem Zylinderboden (20) ausgebildete Druckkammer (24), eine Hauptdruckversorgung (25), mittels der die Druckkammer (24) mit einem Fluid versorgbar ist, eine Zusatzdruckversorgung (14), mittels der die Druckkammer (24) mit einem Fluid mit voreingestelltem Druck versorgbar ist, und einem Ventilsystem, das dazu eingerichtet ist, die Druckkammer (24) über die Zusatzdruckversorgung (14) mit Fluid zu versorgen, wenn ein vorliegender Druck in der Druckkammer (24) unter einen voreingestellten Druck sinkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilsystem in dem Zylinderboden (20) integriert ist und eine Ventilnadel (16) und eine Feder (17) umfasst, wobei die Ventilnadel (16) durch die Feder (17) in Richtung eines Ventilsitzes (27) kraftbeaufschlagt ist.
Pneumatische Feder (1) nach Anspruch 1, wobei das Ventilsystem in dem Zylinderboden (20) mittels eines Einsatzteils (19) in den Zylinderboden (20) eingeschraubt ist.
Pneumatische Feder (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der Ventilsitz (27) in dem Zylinderboden (20) ausgebildet ist und die Ventilnadel (16) in dem Einsatzteil (19) beweglich aufgenommen ist, wobei die Feder (17) ebenfalls in dem Einsatzteil (19) aufgenommen ist.
Pneumatische Feder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in dem Zylinderboden (20) eine Durchgangsbohrung (23) vorgesehen ist, die die Druckkammer (24) mit der Hauptdruckversorgung (25) verbindet.
Pneumatische Feder (1) nach Anspruch 4, wobei in der Durchgangsbohrung (23) eine Drossel vorgesehen ist.
Pneumatische Feder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Hauptdruckversorgung (25) einen Versorgungsanschluss (13) und ein Sperrventil (12) aufweist, wobei mittels des Sperrventils (12) eine/die Durchgangsbohrung (23) verschließbar und/oder drosselbar ist.
Pneumatische Feder (1) nach Anspruch 3 oder 4, bei der an einer der Druckkammer (24) zugewandten Seite der Durchgangsbohrung (23) ein Schalldämpfer und/oder ein Schmutzfilter vorgesehen ist.
Pneumatische Feder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend einen Stift (15), der in dem Einsatzteil (19) beweglich aufgenommen ist, und dazu eingerichtet ist, die Feder (17) in Richtung des Ventilsitzes (27) mit einer Kraft zu beaufschlagen.
Bearbeitungsvorrichtung (100), umfassend: einen Schutzbereich, eine den Schutzbereich umgebende, trennende Schutzeinrichtung, und mindestens eine pneumatische Feder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schutzeinrichtung mittels der pneumatischen Feder (1) öffenbar und schließbar ist.
Bearbeitungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 9, wobei die Bearbeitungsvorrichtung (100) eine Crimpvorrichtung ist.
Bearbeitungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei die Schutzeinrichtung eine Schutzhaube (110) ist.
Bearbeitungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 9, 10 oder 11, wobei die Schutzeinrichtung mittels der pneumatischen Feder (1) anhebbar und absenkbar ist.
Verfahren zum Öffnen und Schließen einer trennenden Schutzvorrichtung, umfassend die Schritte: - Beaufschlagen eines Kolbens (11) mit unter Druck gesetztem Fluid, das über eine Hauptdruckversorgung (25) einer durch den Kolben (11) teilweise gebildeten Druckkammer (24) zugeführt wird, - Ausfahren einer Zylinderstange (10) aufgrund einer Bewegung des Kolbens (11), - Stoppen der Zufuhr des Fluids über die Hauptdruckversorgung (25) in die Druckkammer (24), und - Zuführen eines Fluids über eine Zusatzdruckversorgung (14) in die Druckkammer (24), wenn ein vorliegender Druck in der Druckkammer (24) unter einen voreingestellten Druck sinkt, wobei wenn der in der Druckkammer (24) vorliegende Druck unter den voreingestellten Druck sinkt, eine Ventilnadel (16) von einem Ventilsitz (27) abhebt und dadurch ein Einströmen des Fluids der Zusatzdruckversorgung (14) in die Druckkammer (24) ermöglicht wird, wobei die Ventilnadel (16) durch die Feder (17) in Richtung eines Ventilsitzes (27) kraftbeaufschlagt ist und die Ventilnadel (16) und die Feder (17) in dem Zylinderboden (20) der Druckkammer (24) integriert sind.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem mittels der Hauptdruckversorgung (25) und/oder einer Ablassvorrichtung das Fluid aus der Druckkammer (24) ausgelassen wird, um die Zylinderstange (10) einzufahren.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem während des Einfahrens der Zylinderstange (10) ein Anschlagteil (29), das mit dem Kolben (11) verbunden ist, mit einem Stift (15) in Kontakt kommt und diesen in Richtung des Ventilsitzes (27) drückt, wodurch eine Feder (17), die zwischen dem Stift (15) und der Ventilnadel (16) angeordnet ist, zusammengedrückt wird.