DE102019001384A1 - Präzisionsschlagzylinder - Google Patents

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Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hydraulikantrieb zum Umformen von Metall, besonders zum Hochgeschwindigkeitsscherschneiden (HGSS) auszubilden. Die Austrittsgeschwindigkeit des Kolbens aus dem Hydraulikantrieb erreicht bei Bedarf extrem hohe Werte bis 200km/h.Er wird folgenden Anforderungen gerecht:- Absolut zuverlässige Funktion unter Produktionsbedingungen- Einfachste hydraulische und elektrische SteuerungDies wird durch die erfindungsgemäße Ausführung, insbesondere durch die Integration eines hubabhängigen Schaltventils bestehend aus den Steuerkanten 13 und 35 nach den angegebenen Ansprüchen gelöst. Aufgrund der erfindungsgemäßen selbsttätigen internen weggebundenen Ansteuerung des Hydraulikantriebs durch den Kolben des Hydraulikantriebs selbst werden gleichzeitig sämtliche Totzeiten sowie die für eine externe Ansteuerung unumgänglichen Sicherheitszeiten eliminiert. Durch den Wegfall externer Steuerelemente wird die Funktion des Hydraulikantriebs automatisch deutlich zuverlässiger, schneller und gleichzeitig kostengünstiger.Die mit dem erfindungsgemäßen Hydraulikantrieb umgeformten Metallteile sind äußerst präzise, besonders durch die hohe Arbeitsgeschwindigkeit (z.B. wenn Hochgeschwindigkeitsscherschneiden, HGSS damit realisiert wird). Der erfindungsgemäße Hydraulikantrieb wird daher nachfolgend Präzisionsschlagzylinder genannt. Außer für das Umformen und Schneiden von Metall sind weitere Anwendungen möglich bei welchen schnelle Schläge vorteilhaft sind. Beispielsweise Eintreiben von Pfeilern und Stützen für Erdfundamente, Bearbeitung von Steinblöcken, Abrissarbeiten u.s.w.

Description

  • Bei vielen Prozessen der Umformung von Metallteilen auf Pressen ist es wünschenswert, mit höheren Umformgeschwindigkeiten arbeiten zu können. Beispielsweise beim Scherschneiden von Blechen oder dem Abtrennen von Massivprofilabschnitten für das Gesenkschmieden. Die Qualität von schergeschnittenen Bauteilen lässt sich im Wesentlichen mittels Schnittflächenkenngrößen wie der Glattschnitthöhe, der Bruchflächenhöhe und der Grathöhe sowie die Abweichung von der Winkligkeit bestimmen. Eine gute Schnittfläche besitzt einen hohen Anteil sehr glatter Schnittflächen und möglichst keinen Grat auf. Eine Möglichkeit den Glattschnittflächenanteil zu steigern stellt die Erhöhung der Scherschneidgeschwindigkeit dar. Bei Scherschneidgeschwindigkeiten von über 4 m/s weisen die resultierenden Schnittflächen des Blechbauteiles fast nur noch einen Glattschnittbereich auf.
  • Die Vorteile des so genannten Hochgeschwindigkeitsscherschneidens (HGSS) kommen in der Praxis nur selten zur Geltung, da derzeit produzierende Pressen die notwendigen Schneidgeschwindigkeiten nicht erreichen / Schlussbericht zu IGF-Vorhaben Nr. 18441 N Verfahren zum Hochgeschwindigkeitsscherschneiden auf Pressen. Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V./ Gewünscht ist ein dabei Antrieb, der die gewünschten Umformgeschwindigkeiten zuverlässig und kostengünstig realisieren kann, um beispielsweise beim Scherschneiden von Blech oder auch beim Ablängen von Vollmaterial bessere Qualitäten erzielen zu können.
  • Das HGSS wurde bislang vorwiegend unter Laborbedingungen untersucht, wobei hydraulisch angetriebene Prüfmaschinen mit Druckspeichern zur Erzeugung der hohen Schneidgeschwindigkeiten eingesetzt wurden. Entsprechende Anlagen ermöglichen die gezielte Variation der Schneidgeschwindigkeit zu wissenschaftlichen Zwecken [Hoffmann, H.; Krönauer, B.: Untersuchung des Einflusses der Prozessparameter des Hochgeschwindigkeits-Scherschneidens auf die Schnittflächenqualität von Blechen, FWF-Forschungsbericht zum Projekt AiF 14648N, Forschungsvereinigung Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (FWF) e. V., Frankfurt, 2008].
  • Im Projekt AIF 14886BG wurden Gasgeneratoren in einem Schneidwerkzeug eingesetzt, welche nach der Zündung infolge einer chemischen Reaktion ein großes Gasvolumen erzeugen. Der dabei entstehende Druck wirkt unmittelbar auf das Blech und treibt dieses explosionsartig durch eine außen am Blech anliegende Schneidmatrize [NEU09 Neugebauer, R.; Scheffler, S.; Eyerer, P.; Neutz, J.: Komplexes Beschneiden von Umformwerkstücken mittels Gasgeneratortechnologie, EFB-Forschungsbericht Nr. 298 zum Projekt AiF 14886BG, Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e. V., Hannover, 2009].
  • Im EFB-Projekt AiF N06327/11 wird ein neuartiger Antrieb für eine mechanische HGSS-Presse entwickelt. Der Antrieb basiert auf einem Koppelrastgetriebe, welches den Stößel und somit den Schneidstempel kurz vor dem unteren Totpunkt auf die für das HGSS notwendige Geschwindigkeit beschleunigt [Volk, W.; Benkert, T.: 2. Zwischenbericht des EFB-Projekts AiF N06327/11, 2013].
  • Zum Hochgeschwindigkeitsscherschneiden in der Produktion wird vom französischen Hersteller Groupe Meyer Adiapress Adia7 angeboten. Die Maschine wird von einem Hydraulikaggregat angetrieben und verfügt über einen normalen hydraulischen Zylinder. Dieser wirkt über ein Druckstück auf die Schneidelemente eines darunter angeordneten Schneidwerkzeugs. Kennzeichnend für die Anlage sind sehr groß dimensionierte Hydraulikschaltventile, die ausgehend von bekannten Hydraulikspeichern, die gleichfalls sehr groß dimensioniert sind, beispielsweise Blasenspeicher, in sehr kurzer Zeit sehr große Volumenströme zur Betätigung der hydraulischen Zylinder bereitstellen. Nachteilig ist hier insbesondere der hohe technische Aufwand zur Erreichung der hohen Arbeitsgeschwindigkeiten des Zylinders in Form groß dimensionierter Ventile, Speicher und der erforderlichen groß dimensionierten Verrohrung. Der maximalen erreichbaren Geschwindigkeit sind hier jedoch Grenzen gesetzt aufgrund der Strömungsverluste in der Verrohrung.
  • Eine Lösung zur erheblichen Verminderung des Aufwandes für hydraulische Baugruppen zur Realisierung eines geeigneten Hydraulikantriebs für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung wird in EP 16002610.0 „Hochfrequenzzylinder“ angegeben. Hier werden die Hydraulikbaugruppen Ventil und Speicher im Zylinder integriert. Auf diese Weise wird der hydraulische Aufwand erheblich vermindert und eine sehr kostengünstige hydraulische Lösung für die gewünschte hohe Arbeitsgeschwindigkeit des Hydraulikantriebs aufgezeigt. Die erforderliche elektrische und hydraulische Ansteuerung des Hydraulikantriebs nach EP 16002610.0 ist noch relativ aufwendig. In 2 der gleichen Anmeldung ist die Ansteuerung mittels Rotationsventil angegeben. Damit sind sehr hohe Hubzahlen möglich. Allerdings ist die Feinabstimmung zwischen Rotationsventil und der elektrischen Steuerung sowie dem „Hochfrequenzzylinder“ anspruchsvoll und damit aufwändig.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es damit, den bekannten Arbeitszylinder gemäß EP 16002610.0 dahingehend zu verbessern, dass die Funktion des verbesserten Hydraulikantriebs deutlich einfacher und damit zuverlässiger gestaltet ist.
  • Dies wird durch die erfindungsgemäße Ausführung, insbesondere durch die Integration eines hubabhängigen Schaltventils bestehend aus den Steuerkanten 13 und 35 nach den angegebenen Ansprüchen gelöst.
  • Aufgrund der erfindungsgemäßen selbsttätigen internen weggebundenen Ansteuerung des Hydraulikantriebs durch den Kolben des Hydraulikantriebs selbst werden gleichzeitig sämtliche Totzeiten sowie die für eine externe Ansteuerung unumgänglichen Sicherheitszeiten eliminiert. Das durch den Wegfall externer Steuerelemente die Funktion des Hydraulikantriebs automatisch deutlich zuverlässiger, schneller und gleichzeitig kostengünstiger wird ist überzeugend.
  • Weiterhin wird die Dämpfung des Kolbens in seiner Endlage verbessert. Aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus mit einer separaten Dämpfungsplatte 37 wird die Endlage genau definiert und der Kolben 1 kann nicht zu weit aus dem Hydraulikantrieb austreten. Die mit dem Hydraulikantrieb umgeformten Teile sind daher äußerst präzise.
  • Der erfindungsgemäße Hydraulikantrieb wird daher nachfolgend Präzisionsschlagzylinder genannt. Außer für vorstehend genannten Anwendungen sind weitere Anwendungen möglich, bei welchen schnelle Schläge Erforderlich sind. Beispielsweise Eintreiben von Pfeilern und Stützen für Erdfundamente, Bearbeitung von Steinblöcken, Abrissarbeiten u.s.w.
  • 1 erläutert die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Präzisionsschlagzylinders. Er ist aus folgenden Basiselementen aufgebaut: Dem Kolben 1, dem Steuerdeckel 14, dem Steuerkörper 25, dem Speicherkolben 28 und der Dämpfungsplatte 37. Zur Verdeutlichung einer Arbeitsfunktion des erfindungsgemäßen Präzisionsschlagzylinders ist beispielhaft ein Schneidwerkzeug für das Ausstanzen von Blechronden 51 mit bekanntem Aufbau aus Schneidstempel 49 und Schneidbuchse 50 integriert.
  • Der Kolben 1 weist 4 Kolbenabschnitte auf, die jeweils unterschiedliche Durchmesser besitzen. Die unterschiedlichen Durchmesser der Kolbenabschnitte eins bis vier bilden 3 verschiedene funktionsrelevante druckbeaufschlagte Ringflächen aus. Der äußere Kolbenabschnitt 2 mit Querschnitt 2F sowie der Kolbenbund 3 mit Querschnitt 3F bilden die Ringfläche D2-3 aus u.s.w.
  • Im Ausgangszustand ist die Ringfläche D2-3, die in die Dichtsenke 17 eingetaucht ist, über das den Ringsteuerraum 16 angeschlossene Steuerventil 21 druckentlastet zum Tank 46. Wie in der nachfolgenden Beschreibung noch genauer erläutert, ist dabei der Zylinderraum 15 unter Druckbeaufschlagung der Pumpe 44 und des Speicherkolbens 28.
  • Die Zylindermantelfläche des Kolbenbunds 3 bildet dabei mit der Zylindermantelfläche der Dichtsenke 17 eine sehr enge zylindermantelförmige Spaltdichtung aus. Hydrauliköl, das durch den im Zylinderraum 15 herrschenden Druck über die ausgebildete sehr enge Spaltdichtung in den Ringsteuerraum 16 mit minimalem Volumenstrom eindringt, wird über das Steuerventil 21 sofort abgeführt zum Tank 46. Eine zusätzliche Dichtwirkung ergibt sich infolge des Aufsetzens des Kolbenbundes 3 auf die entsprechende Aufsetzfläche im Steuerdeckel 14.
  • Auf die vom Kolbenbund 3 und dem oberen Kolbenabschnitt 4 gebildete Ringfläche D3-4 wirkt der im Zylinderraum 15 herrschende Pumpendruck. Im Zusammenwirken mit der Drucklosigkeit der Fläche D2-3 wird der Kolben 1 absolut sicher in seiner dargestellten oben liegenden Ausgangsposition gehalten.
  • Im dargestellten Präzisionsschlagzylinder ist ein hydraulischer Kolbenspeicher mit dem Speicherkolben 28 unmittelbar integriert. Hydraulische Kolbenspeicher stellen an sich bekannte Elemente einer hydraulischen Anlage dar. Hier bildet der Speicherkolben 28 im Zusammenwirken mit der Geometrie des Steuerkörpers 25 einen zylinderinternen hydraulischen Kolbenspeicher aus, dessen gespeicherte hydraulische Energie für die extrem beschleunigte Ausführung des Arbeitsvorgangs eingesetzt wird.
  • Im hier beschriebenen Präzisionsschlagzylinder bildet der Speicherkolben 28 des internen hydraulischen Kolbenspeichers an seiner oberen, der Dämpfungsplatte 37 zugewandten, Fläche zusätzlich eine erfindungsgemäße Steuerkante 35 aus. Diese kommuniziert mit der erfindungsgemäßen Steuerkante 13 des Kolbens 1, die von der äußeren Ringumfangslinie der zwischen den Kolbenabschnitten 4 und 5 definierten Ringfläche D4-5 gebildet wird. In der dargestellten oberen Position des Kolbens 1 haben diese einen gewissen Abstand voneinander, der den verlustfreien Fluss von Hydrauliköl zwischen die zwei Steuerkanten 13 und 35 hindurch gestattet. Beträgt dieser Abstand beispielsweise 2mm bei einem Durchmesser von 56mm, so steht ein hoher Überströmquerschnitt zur Verfügung, der etwa einem Hydraulikventil der Nennweite 20mm entspricht.
  • Unmittelbar nach dem erfolgten Rückhub des Kolbens 1 in die oben beschriebene Ausgangsstellung, der im nachfolgenden Text noch näher erläutert wird, sitzt der Speicherkolben 28 auf der Unterseite der Dämpfungsplatte 37 auf Anschlag. Er wird mit der Kraft, die aus dem im Gasspeicherraum 31 herrschenden Druck resultiert, auf Anschlag gehalten.
  • Hydrauliköl wird von Pumpe 44 über den Anschluss 26 zunächst in den Rücksteuerraum 36 gefördert. Von dort gelangt es entlang der Verjüngung 30 des Speicherkolbens 28 und entlang dem Führungsansatz 29 des Speicherkolbens 28 zwischen die zwei Kanten 13 und 35 hindurch und letztlich durch die Überströmkanäle 40 an die Oberseite des Speicherkolbens 28. Der Speicherkolbens 28 ist von der Seite des Gasspeicherraums 31 mit dem Gasdruck aus der Gasflasche 47 vorgespannt, beispielsweise mit 150 Bar. Die Absperrung 33 sichert das Gas gegen Rückfluss in die Gasflasche 47. Der Druck seitens der Pumpe ist beispielsweise auf 300 Bar eingestellt mit Hilfe des Druckbegrenzungsventils 45. Bis zum Erreichen dieses Enddrucks wird der Speicherkolben 28 nach unten bewegt gegen den Vorspanndruck von 150 Bar im Speicherraum 31. Der integrierte hydraulische Kolbenspeicher wird geladen. Der Ladevorgang findet bis zum Erreichen des Pumpendrucks von 300 Bar statt.
  • Der anfängliche Abstand der zwei Steuerkanten 13 und 35, beispielsweise 2mm, wird infolge der Bewegung des Speicherkolbens 28 nach unten kontinuierlich vergrößert. Gleichzeitig halbiert sich das Gasvolumen im Gasspeicherraum 31 bei Erreichen des über das Druckbegrenzungsventil 45 eingestellten Pumpendrucks von beispielsweise 300 Bar und es ist eine ganz erhebliche Energiemenge gespeichert, die für den für diverse Vorgänge gewünschten extrem schnellen Arbeitshub genutzt wird.
  • Der Arbeitshub, sprich die extrem schnelle vertikale Bewegung des Kolbens 1 nach unten wird eingeleitet durch Umschalten des Steuerventils 21. Zu Begin des Arbeitshubes ist der Kolben 1 noch in seiner obersten Ausgangsstellung. Der Ringsteuerraum 16 wird nun mit dem hydraulischen Druck der Pumpe 44 beaufschlagt. Infolgedessen ändern sich die summierten Kräfte aller Ringflächen am Kolben 1 schlagartig.
  • Intern sind nun alle vorhandenen Ringflächen des Kolbens 1 nun mit dem Druck der Pumpe 44 über den ständig Öldruck einleitenden Anschluss 26 beaufschlagt.
  • Die resultierende Gesamtkraft ergibt sich jetzt damit in einfacher Weise aus der Differenz der Flächen des nach oben herausgehenden äußeren Kolbenabschnitts mit Querschnitt 2F sowie des nach unten herausgehenden unteren Kolbenabschnitts 5 mit Querschnitt 5F. Der auslegungsbedingt größere Querschnitt 5F gegenüber den kleineren Querschnitt 2F bewirkt eine nach unten gerichtete Gesamtkraft am Kolben 1.
  • Für den extrem beschleunigten Antrieb steht jetzt ein praktisch unbegrenzt hoher Volumenstrom aus dem hydraulischen Speicher mit dem Speicherkolben 28 zur Verfügung, der dazu führt, dass der Druck im Zylinderraum 15 zur Beschleunigung des Kolbens 1 permanent aufrechterhalten wird. Lediglich vermindert durch etwas nachlassenden Gasdruck im Gasspeicherraum 31 infolge der Bewegung des Speicherkolbens 28.
  • Das Öl gelangt dabei über die Überströmbohrungen 39 in den Zylinderraum 15. Sind beispielsweise 12 Stück Bohrungen 39, jeweils beispielsweise mit Durchmesser 14mm angeordnet, ergibt sich ein verfügbarer Überströmquerschnitt, der einem Ventil der Nennweite 55 entspricht. Das Überströmen erfolgt ferner unmittelbar, ohne druckmindernde Hydraulikleitungen. Der Gasspeicherraum 31 und der Zylinderraum 15 bilden einen Kolbenspeicher aus, wie er aus der Hydraulik in analoger Weise bekannt ist.
  • Obgleich jetzt auch von der Pumpe 44 geförderte Öl über das Ventil 21 und den Anschluss 18 in den Zylinderraum 15 gelangt, ist dessen Betrag praktisch ohne Einfluss auf den Arbeitshub. Entscheidend ist hier die sehr hohe Ölmenge, die der Speicherkolben 28 in den Zylinderraum 15 innerhalb weniger Millisekunden über die Überströmbohrungen 39 einbringt.
  • Zum Abschluss des Arbeitsvorgangs erfolgt hier beispielhaft das Ausstanzen einer Ronde 50 aus einem Blech 51. Dabei wird der größte Teil der mittels des integrierten Speicherkolbens 28 zur Verfügung gestellten Energie aufgebraucht.
  • Für das sichere Beenden des gewünschten Nutzhubes wird etwas mehr Energie im Speicher hinterlegt als tatsächlich benötigt. Die überschüssige Energie muss sicher abgebaut werden. Gleichzeitig muss sichergestellt werden, dass notfalls die komplette gespeicherte Arbeitsenergie sicher abgebaut wird wenn durch Bedienungsfehler kein Teil zur Bearbeitung eingelegt wurde.
  • Zu diesem Zweck Ist die Dämpfungsplatte 37 eingebaut. Sie weist den Öldämpfungsraum 38 auf. In diesen Öldämpfungsraum 38 fährt der Kolben 1 mittels seines Kolbenbundes 3 ein. Der Durchmesser dieses Öldämpfungsraums 38 ist so ausgelegt, dass beim Einfahren des Kolbens 1 in den Öldämpfungsraum 38 über den gesamten Weg stets annähernd der gleiche Druck im Öldämpfungsraum 38 herrscht. Der Spalt zwischen Kolbenbund 3 und Öldämpfungsraum 38 wird zu diesem Zweck genau berechnet, in der Regel durch Lösung der entstehenden Differentialgleichung.
  • Ist die gesamte Bewegungsenergie des Kolbens 1 abgebaut, kommt er zum Stillstand. Jetzt wird das Steuerventil 21 wieder in seine Ausgangslage zurückgeschaltet. Das Steuerglied 24 legt den Zeitpunkt für das Umschalten des Steuerventils 21 fest. Beispielsweise über Geschwindigkeit des Kolbens 1 oder als fest eingestellter zeitlicher Hysteresewert. Über den Anschluss 18 ist nun der Zylinderraum 15 mit dem Tank verbunden und somit drucklos. Der Speicherkolben 28, der sich während des Arbeitshubs in Richtung Dämpfungsplatte 37 bewegt hat und damit seine Speicherenergie abgegeben hat, sitzt dabei infolge des Gasdrucks, mit dem der Speicherkolben 28 über die sperrbare Gaszuleitung 33 einmalig aufgeladen wurde, auf der Dämpfungsplatte 37 auf und ist somit außer hydraulischem Eingriff. Sollte er noch nicht völlig aufsitzen, schiebt er über den Anschluss 18 die restliche Ölmenge in den Tank 46.
  • Es beginnt der Rückhubabschnitt.
  • Der Kolben 1 befindet sich zu Begin des Rückhubes unten. Gleichzeitig befindet sich der Speicherkolben 28 infolge der Abgabe seiner gespeicherten Energie oben.
  • Es befindet sich somit aufgrund dieser gegenläufigen Bewegung der Kolbenabschnitt 4 innerhalb des Führungsansatzes 29 des Speicherkolbens 28, die beide den gleichen Durchmesser mit kleinem Spiel aufweisen. Die Pumpe 44 fördert ständig Öl in den Rücksteuerraum 36, so auch zu Begin des Rückhubes. Infolgedessen wird der Rückhubbund 12, der aus der Differenz der Flächen von unteren Kolbenabschnitt 5 und oberen Kolbenabschnitt 4 gebildet wird und auch als D4-5 gemäß obiger Definition zu bezeichnen ist, mit dem Druck der Pumpe 44 beaufschlagt. Der Rückhubbund 12 ist in diesem Funktionsabschnitt die einzige Fläche, die mit Druck beaufschlagt ist, da der Zylinderraum 15 über das Steuerventil 21 drucklos gesteuert ist und die Ringflächen D2-3 und D3-4 folglich gleichfalls drucklos sind.
  • Der Grund ist darin zu sehen, dass die Mantelfläche des unteren Kolbenabschnitts 4 und die Mantelfläche des Speicherkolbens 28 bei seinem Führungsansatz 29 einen engen Dichtspalt, beispielsweise 0,03mm ausbilden, dessen minimaler Durchfluss von beispielsweise 0,5L/min keinerlei Auswirkung auf die Gesamtfunktion ergibt bei einer Pumpenleistung von beispielsweise 10L/min.
  • Somit muss sich der Kolben 1 zwangsläufig nach oben bewegen aufgrund der Wirkung des Pumpendrucks auf die Ringfläche D4-5 des Rückhubbunds 12 in Richtung Ausgangsstellung. Ist der Kolben 1 nahezu wieder in Ausgangsstellung gelangt, werden an konstruktiv vordefinierter Position die Steuerkanten 13 des Kolbens 1 und die Steuerkante 35 des Speicherkolbens 28 infolge der weiteren Aufwärtsbewegung des Kolbens 1 getrennt und geben einen ungehinderten Öldurchfluss frei. Diese Trennung erfolgt, wenn der Kolbenbund 3 bereits ein kleines Stück in die Dichtsenke 17 eingetaucht ist. Beispielsweise 2 mm. Die Steuerkanten 13 des Kolbens 1 und die Steuerkante 35 geben jetzt den ungehinderten Zufluss von Öl zum Zylinderraum 15 frei. Entlang der Verjüngung 30 des Speicherkolbens 28 und entlang dem Führungsansatz 29 des Speicherkolbens 28 zwischen die zwei Kanten 13 und 35 hindurch und letztlich durch die Überströmkanäle 40 gelangt der Pumpendruck an die Oberseite des Speicherkolbens 28 und in dann in den Zylinderraum 15.
  • Infolge der zwischen der Dichtsenke 17 und dem Kolbenbund 3 ausgebildeten Spaltdichtung und dem damit weitestgehend unterbundenen Druckausgleich in den Ringsteuerraum 16 hinein ist der Ringsteuerraum 16 weiter drucklos während die gegenüberliegende Ringfläche D3-4 druckbeaufschlagt ist und die resultierende Kraft den Kolben 1 wieder in seine obere Ausgangsstellung bewegt.
  • Als letzter Funktionsschritt erfolgt die erneute Speicheraufladung. Der Speicherkolben 28 sitzt zunächst noch mit seiner oberen Seite auf der unteren Seite der Dämpfungsplatte 37 auf Anschlag. Im Gasspeicherraum 31 herrscht der vom Gasspeicheranschluss 32 eingebrachte Druck, beispielsweise 150 Bar. Zwischen die Steuerkanten 13 des Kolbens 1 und die Steuerkante 35 des Speicherkolbens 28 hindurch gelangt von der Pumpe 44 gefördertes Öl an die Unterseite des Speicherkolbens 28 und beaufschlagt diese mit dem Pumpendruck. Der Pumpendruck bewegt den Speicherkolben 28 entgegen der Richtung des herrschenden Gasdrucks im Gasspeicherraum 31 nach unten bis sich zwischen beiden Drücken Gleichheit einstellt, beispielsweise beim vom Druckbegrenzungsventil 45 eingestellten Pumpendruck von 300 Bar.
  • Der Kolben1 befindet sich wieder in Ausgangsstellung. Eine erneute Beaufschlagung des Ringsteuerraums 16 mit Druck über das Steuerventil 21 löst einen erneuten Zyklus aus wie vorstehend beschrieben.
  • Die Zusatzmasse 43 dient dazu, Geschwindigkeit und Energie zu optimieren. Eine Zusatzmasse bewirkt bei nahezu gleicher Energie eine geringere Schlaggeschwindigkeit des Kolbens 1. Geschwindigkeit und Energie sind Verfahrensabhängig. Über die Variation von Masse und Druck lassen sich in präziser Weise die Parameter des Präzisionsschlagzylinders einstellen.
  • Insgesamt ist hier ein geringer Energieverlust vorhanden. In der Summe arbeitet der erfindungsgemäße Präzisionsschlagzylinder äußerst energieeffizient. Der Grund ist darin zu sehen, dass bei hydraulischen Pressen infolge der Kompression von Hydrauliköl erhebliche Energieverluste eintreten. Der erfindungsgemäße Präzisionsschlagzylinder nutzt die sich auch hier stets einstellende Kompressionsenergie gleichzeitig als Antriebsenergie für den Kolben aufgrund der energiedeterminierten Arbeitsweise. Die Energie, die das gesamte Hydrauliköl in Form der von Hydraulikanlagen bekannten Ölkompression speichert wirkt völlig äquivalent zu der Energie, die im Kolbenspeicher mit dem Kolben 28 gespeichert ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Kolben
    2
    Äußerer Kolbenabschnitt mit Querschnitt 2F
    3
    Kolbenbund mit Querschnitt 3F
    4
    Oberer Kolbenabschnitt mit Querschnitt 4F
    5
    Unterer Kolbenabschnitt mit Querschnitt 5F
    6
    Führungsbuchse äußerer Kolbenabschnitt
    7
    Führungsbuchse unterer Kolbenabschnitt
    8
    Entlastungsnut
    9
    Leckölanschluss
    10
    Kolbendichtung
    11
    Äußere Führungsbuchse
    12
    Rückhubbund
    13
    Steuerkante Kolben
    14
    Steuerdeckel
    15
    Zylinderraum
    16
    Ringsteuerraum
    17
    Dichtsenke
    18
    Ölanschluss Ringsteuerraum
    19
    Meßanschluß
    20
    Druckschalter
    21
    Steuerventil
    22
    Feder
    23
    Elektromagnet
    24
    Steuerglied
    25
    Steuerkörper
    26
    Pumpenanschluss
    27
    Zylinderdichtung
    28
    Speicherkolben
    29
    Führungsansatz
    30
    Verjüngung Speicherkolben
    31
    Gasspeicherraum
    32
    Gasspeicheranschluss
    33
    Absperrung Gasspeicheranschluss
    34
    Gasdichtung
    35
    Steuerkante Speicherkolben
    36
    Rücksteuerraum
    37
    Dämpfungsplatte
    38
    Öldämpfungsraum
    39
    Überströmbohrung
    40
    Überströmkanal
    41
    Überströmringnut
    42
    Schutzrohr
    43
    Zusatzmasse
    44
    Pumpe
    45
    Druckbegrenzungsventil
    46
    Tankanschluss
    47
    Gasflasche
    48
    Druckmessgerät
    49
    Schneidstempel
    50
    Schneidbuchse
    51
    Stanzteil
    52
    Blechstreifen
    53
    Hydraulische Schalteinheit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 16002610 [0007, 0008]

Claims (5)

  1. Arbeitszylinder mit einem Zylinderrohr dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Kolbendurchmesser zum extrem schnell Ausfahren des Kolbens, eine Einrichtung zum Ankuppeln des Kolbens in der Ausgangslage und mit einem integrierten Gasdruckspeicher der in kürzester Zeit beliebig große Energiemengen an den Kolben abgibt dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Weg des Kolbens 1 abhängige und hälftig durch die Geometrie des Kolbens 1 selbst ausgebildete hydraulische Schalteinheit 53 integriert ist indem der Kolben 1 eine Verjüngung, den Rückhubbund 12 aufweist, der an seiner äußeren Ringumfangslinie eine hydraulische Steuerkante 13 ausbildet die mit einer im Zylinder ausgebildeten hydraulischen Steuerkante 35 gleichen Kreisdurchmessers kommuniziert, insbesondere indem der Speicherkolben 28 des internen hydraulischen Kolbenspeichers an seiner inneren Bohrung zur Durchführung des Kolbens 1, dem Führungsansatz 29, eine hydraulische Steuerkante 35 aufweist.
  2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Schalteinheit 53 in Abhängigkeit der Arbeitsstellung des Kolbens 1 offen oder geschlossen ist wobei auf diese Weise der Rückhub selbsttätig ohne jede externe Ansteuerung erfolgt.
  3. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Rückhubbund 12 ständig mit Pumpendruck beaufschlagt ist und die Kraft zum Rückhub des Kolbens 1 in die Ausgangslage aufbringt und das die hydraulische Schalteinheit 53 während des Rückhubs des Kolbens 1 kolbenwegabhängig geschlossen ist und den Pumpendruck ausschließlich auf die Rückhubfläche 12 schaltet.
  4. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass bei Annäherung des Kolbens 1 an seine obere Ausgangsstellung die hydraulische Schalteinheit 53 kolbenwegabhängig öffnet und den Durchfluss von der Pumpe 44 zum Zylinderraum 15 und damit zur Aufladung des integrierten Speichers durch Druckbeaufschlagung der Oberseite des Speicherkolbens 28 selbsttätig freigibt.
  5. Arbeitszylinder mit einem Zylinderrohr dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Kolbendurchmesser zum extrem schnell Ausfahren des Kolbens, eine Einrichtung zum Ankuppeln des Kolbens in der Ausgangslage und mit einem integrierten Gasdruckspeicher der in kürzester Zeit beliebig große Energiemengen an den Kolben abgibt dadurch gekennzeichnet, dass eine Dämpfungsplatte 37 fest in den Arbeitszylinder integriert ist und eine Verbreiterung der Kolben 1, der Kolbenbund 3 am Ende des Arbeitshubs in dessen Öldämpfungsraum 38 eintaucht
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