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Die vorliegende Erfindung betrifft eine handbetätigte Presse mit einem Betätigungsorgan, dessen Betätigung in eine Hubbewegung eines Pressenstößels umgesetzt wird, wobei die Presse ferner einen Rückstellmechanismus zur Rückstellung des Betätigungsorgans aufweist, der der Betätigung des Betätigungsorgans entgegenwirkt und eine der Hubbewegung entgegengesetzte Rückstellbewegung des Pressenstößels bewirkt, wobei der Rückstellmechanismus eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem in einem Zylinder beweglichen Kolben aufweist, wobei der Kolben den Zylinder in einen ersten Zylinderraum und einen zweiten Zylinderraum trennt, wobei die Kolben-Zylinder-Einheit derart mit dem Pressenstößel gekoppelt ist, dass sich der Kolben und der Zylinder bei der Hubbewegung und der Rückstellbewegung relativ zueinander bewegen.
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Handbetätigte Pressen, welche auch als Handhebelpressen bezeichnet werden, werden für manuelle Montageprozesse in großer Stückzahl eingesetzt. Diese können als Kniehebelpressen oder Zahnstangenpressen ausgeführt sein.
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Bei Kniehebelpressen wird der Pressenstößel mittels einer Kniehebelmechanik, welche durch ein meist als Betätigungshebel ausgeführtes Betätigungsorgan angetrieben wird, bewegt. Der Pressenstößel erfährt hierbei eine sinoide Bewegung. Mit zunehmendem Verstellwinkel des Betätigungshebels (Betätigungsorgans) übt der Pressenstößel eine kleinere Wegstrecke aus. Befindet sich der Kniehebelmechanismus in der sog. „Streckstellung“, ist der Hub des Pressenstößels voll ausgefahren. Kurz vor Erreichen der Streckstellung des Kniehebelmechanismus kann, bedingt durch den Aufbau der Kniehebelmechanik, eine große Kraft auf den Pressenstößel ausgeübt werden. Handbetätigte Pressen mit Kniehebelmechanik (Kniehebelpressen) eignen sich daher vorzugsweise für Pressprozesse, bei denen eine hohe Kraft auf kleiner Wegstrecke benötigt wird.
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Bei Zahnstangenpressen wird der Pressenstößel über eine Stirnradwelle, die in eine Zahnstange oder eine in den Pressenstößel eingebrachte Verzahnung eingreift, angetrieben. Die Stirnradwelle ist meist mit dem Betätigungshebel (Betätigungsorgan) fest verbunden. Die Stirnradwelle kann einteilig oder mehrteilig (Welle, Welle-Nabe-Verbindung, Stirnrad) ausgebildet sein.
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Bei diesen Zahnstangenpressen wird der Stößelhub durch die Länge der an dem Pressenstößel angebrachten Zahnstange bzw. die Länge der im Pressenstößel integrierten Verzahnung sowie durch den Verstellwinkel des Betätigungshebels bestimmt. Bei gleichbleibender Krafteinwirkung auf den Betätigungshebel wird theoretisch die gleiche Presskraft über den gesamten Stößelhub ausgeübt. Handhebelpressen mit Zahnstange (Zahnstangenpressen) eignen sich daher vorzugsweise für Pressprozesse, bei denen eine kontinuierliche Kraft auf großer Wegstrecke benötigt wird.
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Handbetätigte Pressen sind, unabhängig davon ob sie als Kniehebelpressen oder Zahnstangenpressen ausgebildet sind, meist mit einem Rückstellmechanismus ausgestattet, der die Aufgabe hat, den Pressenstößel und somit auch das Betätigungsorgan nach dem Pressprozess zurück in seine Grundstellung zu bewegen. In diesem Rückstellmechanismus kann beispielsweise eine Rückstellfeder eingesetzt werden, die als konventionelle Zugfeder ausgestattet ist. Nachteilig hierbei sind jedoch die Einbauverhältnisse, da solche Zugfedern insbesondere bei einem großen Stößelhub relativ groß ausgestaltet sein müssen. Alternativ zu Zugfedern können auch Torsionsfedern eingesetzt werden. Ein grundsätzlicher Nachteil bei der Verwendung von Federn in dem Rückstellmechanismus ist die Kraftdifferenz, welche sich zwischen Ausgangsstellung und maximalem Stößelhub ergibt. Diese nicht unerhebliche Nichtlinearität über den gesamten Arbeitshub kann bei Federn auch nicht verändert werden.
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Des Weiteren lässt sich die Rückstellkraft und die Rückstellgeschwindigkeit bei federbasierten Rückstellmechanismen kaum ändern. Wird ein Presswerkzeug mit geringer Masse an den Pressenstößel angebaut, so kommt es zu einer Rückstellbewegung mit hoher Dynamik des Pressenstößels. Dies birgt ein großes Gefahrenpotenzial. Wird hingegen ein Presswerkzeug mit hohem Gewicht an den Pressenstößel angebaut, so reicht die Rückstellkraft der Feder unter Umständen nicht aus, um den Pressenstößel wieder in die Ausgangsstellung zu bringen. Bei der eingangs genannten
DE 10 2018 105 537 A1 kommt eine Pneumatikzylinder-Anordnung zum Einsatz, mit Hilfe derer sich eine Kraft auf den Pressenstößel ausüben lässt, um den Arbeitshub wie auch den Rückstellhub bei Bedarf zu unterstützen. Die Pneumatikzylinder-Anordnung weist hierzu ein Steuerventil auf, das von einem Betätigungselement betätigbar ist. Über dieses Steuerventil kann von außen zugeführte Druckluft in den Pneumatikzylinder eingeführt werden, um damit die Kolbenstange der Pneumatikzylinder-Anordnung zu bewegen, welche mit dem Pressenstößel verbunden ist.
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Eine solche pneumatische Rückstellung des Pressenstößels ist gegenüber der zuvor erwähnten federbasierten Rückstellung insbesondere dahingehend vorteilhaft, dass diese einfach regulierbar ist. Nachteilig daran ist jedoch die Tatsache, dass die in der
DE 10 2018 105 537 A1 vorgestellte Presse nicht autark einsetzbar ist, da für die pneumatische Rückstellung ein dauerhafter Druckluftanschluss erforderlich ist.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine handbetätigte Presse mit einem verbesserten Rückstellmechanismus bereitzustellen. Dabei ist es insbesondere eine Aufgabe, den Rückstellmechanismus dahingehend zu verbessern, dass dieser weitestgehend autark einsetzbar ist und sich dessen Rückstellkraft und dessen Rückstellgeschwindigkeit dennoch leicht einstellen lassen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer handbetätigten Presse der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Rückstellmechanismus einen Druckspeicher mit einem ersten Druckraum, der fluidisch mit dem ersten Zylinderraum verbunden ist, und mit einem zweiten Druckraum, der fluidisch mit dem zweiten Zylinderraum verbunden ist, aufweist.
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Der erste Zylinderraum, der zweite Zylinderraum, der erste Druckraum und der zweite Druckraum sind vorzugsweise derart abgedichtet, dass darin ein unter Druck stehendes Arbeitsfluid, vorzugsweise Druckluft, aufnehmbar und speicherbar ist.
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Auf diese Weise wird ein pneumatischer Rückstellmechanismus erreicht, der als eine Art geschlossenes System ausgebildet ist und sich dadurch relativ autark einsetzen lässt. Das Arbeitsfluid muss lediglich zu Beginn einmal von außen zugeführt werden und verbleibt dann weitestgehend verlustfrei innerhalb der miteinander verbundenen Zylinder- und Druckräume.
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Während der Hubbewegung und der Rückstellbewegung des Pressenstößels wird das Arbeitsmedium jeweils zwischen dem ersten Druckraum und dem ersten Zylinderraum sowie zwischen dem zweiten Druckraum und dem zweiten Zylinderraum hin und her bewegt, wodurch eine Art doppelt-wirkender Pneumatikzylinder entsteht. Damit ist gemeint, dass nicht nur einer der beiden Zylinderräume, sondern beide Zylinderräume, beidseits des Kolbens, mit Druck beaufschlagt werden. Durch Einstellung der Druckdifferenz in den beiden Zylinderräumen lässt sich die von der Kolben-Zylinder-Einheit erzeugte Rückstellkraft einstellen.
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Während der Hubbewegung des Pressenstößels, die durch eine von außen von dem Benutzer auf das Betätigungsorgan ausgeübte Kraft bewirkt wird, wird das Arbeitsmedium aus dem ersten Zylinderraum verdrängt und in den ersten Druckraum hineingepresst. Hierdurch nimmt der Druck im ersten Druckraum entsprechend zu. Auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens nimmt der Druck im zweiten Zylinderraum währenddessen etwas ab, weshalb Arbeitsmedium aus dem zweiten Druckraum in den zweiten Zylinderraum einströmt bzw. nachfließt. Die von dem Benutzer durch Betätigen des Betätigungsorgans aufgebrachte Arbeit wird also in Form einer Druckerhöhung im ersten Druckraum gespeichert, so dass diese zusätzliche Energie aus dem ersten Druckraum wieder für die anschließende Rückstellung des Pressenstößels verwendbar ist.
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Das auf diese Weise geschlossene pneumatische System arbeitet nahezu verlustfrei. Lediglich die durch Reibung und kleinere Undichtigkeiten entstehenden Verluste müssen mit der Zeit wieder ausgeglichen werden, indem Arbeitsmedium in den Druckspeicher nachgefüllt wird. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei einer entsprechend reibungsarmen Ausgestaltung der Kolben-Zylinder-Einheit und einer entsprechenden Abdichtung ein solches Nachfüllen erst nach einer vergleichsweisen großen Anzahl von Zyklen erforderlich ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist der erste Druckraum mit dem zweiten Druckraum über einen Druckregler verbunden.
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Mit Hilfe dieses Druckreglers lässt sich die auf den Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit während der Rückstellbewegung ausgeübte Kraft optimal justieren. Diese Kraft ist abhängig von der Druckdifferenz der in den beiden Druckräumen befindlichen Drücke.
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Der Druckregler ist daher vorzugsweise dazu eingerichtet, eine Druckdifferenz zwischen dem im ersten Druckraum befindlichen ersten Druck und dem im zweiten Druckraum befindlichen zweiten Druck zu regeln. Besonders bevorzugt ist der Druckregler dazu eingerichtet, diese Druckdifferenz auf einen konstanten Druck-Differenz-Wert oder einen vorgegebenen Druck-Differenz-Wertebereich zu regeln. Damit ist sichergestellt, dass die Rückstellkraft über mehrere Presszyklen mehr oder weniger konstant bleibt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Druckregler dazu eingerichtet, die Druckdifferenz derart einzustellen, dass der Rückstellmechanismus zur Betätigung der Rückstellbewegung eine zu der Druckdifferenz proportionale Kraft auf den Pressenstößel ausübt.
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Der Druckregler ist vorzugsweise bezüglich der Druckdifferenz einstellbar ausgestaltet. Beispielsweise lässt sich die Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druckraum mit Hilfe eines Drehknopfes mechanisch einstellen. Auf diese Weise kann der Rückstellmechanismus sehr einfach von Hand an eine Änderung des Gewichts des Pressenstößels angepasst werden. Selbstverständlich lässt sich die über den Druckregler vorgenommene Einstellung der Druckdifferenz auch automatisiert in Abhängigkeit des Gewichts des Pressenstößels elektronisch regeln.
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Gemäß einer Ausgestaltung weist der Kolben eine Kolbenstange auf, die in dem zweiten Zylinderraum angeordnet ist und mit dem Pressenstößel gekoppelt ist. Die Kolbenstange kann mit dem Pressenstößel entweder direkt oder indirekt verbunden sein.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Kolben-Zylinder-Einheit auch dann eine Rückstellkraft auf den Pressenstößel ausübt, wenn der Druck in den beiden Druckräumen des Druckspeichers gleich groß ist. Der zweite Zylinderraum entspricht dann nämlich der „Kolbenstangenseite“ des Zylinders. Die Kolbenfläche wird auf der Kolbenstangenseite, also in dem zweiten Zylinderraum, durch die Fläche der Kolbenstange reduziert. Herrscht nun in beiden Zylinderräumen der gleiche Druck, kommt es zu einem Ausfahren der Kolbenstange und damit zu einer Rückstellung des Pressenstößels. Zur Erhöhung der Rückstellkraft ist es jedoch bevorzugt, eine Druckdifferenz in den beiden Zylinderräumen zu erzeugen, wobei der in dem zweiten Zylinderraum befindliche zweite Druck kleiner ist als der in dem ersten Zylinderraum befindliche erste Druck.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass der mit dem ersten Zylinderraum verbundene erste Druckraum des Druckspeichers ein größeres Volumen hat als der mit dem zweiten Zylinderraum verbundene zweite Druckraum des Druckspeichers. Der erste Druckraum des Druckspeichers bildet somit sozusagen den Hauptspeicher für den Systemdruck, während der zweite Druckraum des Druckspeichers als eine Art Ausgleichsspeicher für den auf den Kolben ausgeübten Gegendruck fungiert. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das Volumen des zweiten Druckraums mindestens fünfmal größer ist als das Volumen des Zylinders.
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Damit ist sichergestellt, dass der als Ausgleichsbehälter fungierende zweite Druckraum des Druckspeichers groß genug ist, dass die beim Ausfahren der Kolbenstange, also während der Rückstellbewegung, ausgestoßene Druckluft, welche sich in dem zweiten Zylinderraum befindet, nur zu einer geringen Druckerhöhung in dem zweiten Druckraum führt. Anderenfalls könnte dies die eingestellte Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druckraum verstellen und damit zu einer Veränderung der Rückstellkraft des Rückstellmechanismus führen. Zudem könnte ein zu großer, zeitweiliger Überdruck im zweiten Druckraum dazu führen, dass der Druckregler zur Einhaltung der eingestellten Druckdifferenz Arbeitsmedium (z.B. Luft) aus dem zweiten Druckraum nach außen ablässt. Dies wiederum würde zu einer Minderung des Gesamtdrucks des Gesamtsystems des Rückstellmechanismus führen und ein früheres „Wiederauffüllen“ mit Arbeitsmedium notwendig machen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der erste Zylinderraum mit dem ersten Druckraum über eine erste Drosseleinrichtung verbunden.
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Bei der ersten Drosseleinrichtung kann es sich beispielsweise um ein Drosselventil handeln, das den von dem ersten Druckraum in den ersten Zylinderraum eintretenden Volumenstrom begrenzt. Eine solche Drosseleinrichtung hat insbesondere sicherheitstechnische Vorteile, da der Rückstellmechanismus den Pressenstößel und das Betätigungsorgan dann nicht allzu schnell zurückstellt, wenn der Druckspeicher seine Anfangsbefüllung mit Arbeitsmedium erhält. Ohne die erste Drosseleinrichtung würde ansonsten nämlich der Rückstellmechanismus den Pressenstößel und das Betätigungsorgan schlagartig zurückstellen, wenn der erste Druckraum mit einem Druck von beispielsweise 6 bar befüllt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der zweite Zylinderraum mit dem zweiten Druckraum über eine zweite Drosseleinrichtung verbunden.
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Diese zweite Drosseleinrichtung ist vorzugsweise einstellbar ausgestaltet.
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Mit Hilfe einer solchen einstellbaren zweiten Drosseleinrichtung lässt sich die Geschwindigkeit der von dem Rückstellmechanismus bewirkten Rückstellbewegung sehr exakt regulieren. Diese Art der Geschwindigkeitsregulierung ist unabhängig von der zuvor beschriebenen Regulierung der Rückstellkraft des Rückstellmechanismus.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Kolben-Zylinder-Einheit parallel versetzt, seitlich neben dem Pressenstößel angeordnet.
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Dies ermöglicht eine platzsparende Anordnung bei gleichzeitig guter Kraftübertragung, beispielsweise über eine Verbindungsplatte oder ein entsprechendes Gestänge zwischen der Kolbenstange der Kolben-Zylinder-Einheit und dem Pressenstößel.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Presse eine Basis auf, an der der Pressenstößel beweglich gelagert ist, wobei der Druckspeicher an der Basis angeordnet ist.
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Dies führt zu einer räumlich kompakten Ausgestaltung der Presse, welche autark und nahezu frei beweglich ist und lediglich zum Nachbefüllen des Druckspeichers an ein Druckluftnetz oder eine entsprechende Druckluftpumpe angeschlossen werden muss.
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Bei dem Betätigungsorgan handelt es sich erfindungsgemäß vorzugsweise um einen Handhebel oder eine Handkurbel.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine handbetätigte Presse mit einem mit einer Welle gekoppelten ersten Betätigungsorgan, dessen Betätigung in eine Hubbewegung eines an die Welle gekoppelten Pressenstößels umgesetzt wird, und einem mit der Welle gekoppelten zweiten Betätigungsorgan, dessen Betätigung ebenfalls in eine Hubbewegung des Pressenstößels umgesetzt wird, wobei das zweite Betätigungsorgan mit der Welle über eine größere Übersetzung verbunden ist als das erste Betätigungsorgan.
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Auf diese Weise wird eine handbetätigte Presse bereitgestellt, bei der es möglich ist, mit dem ersten Betätigungsorgan einen vergleichsweisen großen Hub zu bewirken, während mit dem zweiten Betätigungsorgan ein vergleichsweise geringerer Hub pro Umdrehung des Betätigungsorgans bewirkt wird, aber eine deutlich höhere Kraft auf den Pressenstößel ausgeübt werden kann. Mit anderen Worten lässt sich mit Hilfe des ersten Betätigungsorgans der Pressenstößel im „Eilgang“ verstellen und anschließend mit Hilfe des zweiten Betätigungsorgans eine hohe Presskraft erzeugen. Zwischen diesem Eilgang und dem Krafthub kann an jeder beliebigen Stelle gewechselt werden, indem der Benutzer das entsprechende Betätigungsorgan wechselt. Selbstverständlich kann die Presse auch über den gesamten Hub des Pressenstößels mit nur einem der beiden Betätigungsorgane betrieben werden.
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Das erste Betätigungsorgan ist vorzugsweise drehfest mit der Welle verbunden.
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Das zweite Betätigungsorgan ist vorzugsweise über ein Getriebe mit der Welle verbunden.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist ein Übersetzungsverhältnis des Getriebes größer oder gleich 4:1, vorzugsweise größer oder gleich 8:1, besonders bevorzugt größer oder gleich 16:1. Dies bedeutet, dass die am zweiten Betätigungsorgan eingeleitete Kraft durch das Übersetzungsverhältnis um Faktor 4, 8 oder sogar 16 im Vergleich zu einer Betätigung des ersten Betätigungsorgans verstärkt wird.
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Allerdings ist der Drehwinkel des zweiten Betätigungsorgans auch um den genannten Faktor 4, 8 oder 16 gegenüber dem Drehwinkel des ersten Betätigungsorgans vergrößert. Anders ausgedrückt, macht das zweite Betätigungsorgan bei einer Betätigung des ersten Betätigungsorgans um eine Umdrehung viermal, achtmal bzw. sechzehnmal so viele Umdrehungen. Dies ist sicherheitstechnisch insbesondere bei einer mit dem ersten Betätigungsorgan verursachten Eil-Hubbewegung wie auch bei der Rückstellbewegung des Pressenstößels bedenklich, da sich das zweite Betätigungsorgan dann sehr schnell dreht.
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Um dies zu vermeiden, ist es gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass eine Getriebe-Eingangswelle mit dem zweiten Betätigungsorgan über einen Freilauf verbunden ist. Dieser Freilauf verhindert ein zu schnelles Mitdrehen des zweiten Betätigungsorgans bei Betätigung des ersten Betätigungsorgans. Der Freilauf ist mit anderen Worten also dazu eingerichtet, einen Stillstand des zweiten Betätigungsorgans bei einer Betätigung des ersten Betätigungsorgans zu ermöglichen.
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Der Freilauf wirkt also als eine Art Kupplung, die derart wirkt, dass eine Betätigung des ersten Betätigungsorgans in Kraft- bzw. Hubrichtung (Bewegung des Pressenstößels nach unten) keine Drehung des zweiten Betätigungsorgans bewirkt, aber eine Betätigung/Drehung des zweiten Betätigungsorgans in Kraft- bzw. Hubrichtung eine Bewegung des Pressenstößels mit vergleichsweise größerer Kraft und geringerer Geschwindigkeit bewirkt.
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Das erste Betätigungsorgan weist vorzugsweise einen schwenkbaren ersten Hebel (Verstellhebel) auf, während das zweite Betätigungsorgan einen schwenkbaren zweiten Hebel (Krafthebel) aufweist.
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Der Freilauf ist vorzugsweise als Hülsenfreilauf ausgestaltet. Dieser ist kraftschlüssig mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden. Der Freilauf hat auch den Vorteil, dass er als Drehmomentbegrenzer wirkt, der das Getriebe vor Überlast schützt. Zudem ermöglicht der Freilauf dem Benutzer, ein zu bearbeitendes Werkstück mit Hilfe des ersten Betätigungsorgans mit dem Pressenstößel anzufahren, dann das zweite Betätigungsorgan in eine für den Nutzer optimale Stellung zu bringen, um anschließend den Krafthub mit Hilfe des zweiten Betätigungsorgans einzuleiten.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das Getriebe eine mit dem zweiten Betätigungsorgan verbundene Getriebe-Eingangswelle und eine mit der Welle verbundene Getriebe-Ausgangswelle auf, die jeweils koaxial zu der Welle ausgestaltet sind. Eine solche Ausgestaltung des Getriebes koaxial mit der anzutreibenden Welle ermöglicht eine sehr kompakte Ausführung der Presse.
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Die Getriebe-Ausgangswelle ist mit der anzutreibenden Welle vorzugsweise drehfest verbunden. Beispielsweise ist die Getriebe-Ausgangswelle über eine Schrumpfscheibe mit der anzutreibenden Welle verbunden.
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Die anzutreibende Welle ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung mit dem Pressenstößel über einen Rotations-Translations-Wandler verbunden.
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Dieser Rotations-Translations-Wandler weist gemäß einer weiteren Ausgestaltung ein Zahnrad auf sowie eine an dem Pressenstößel oder einem mit diesem gekoppelten Bauteil angeordnete Verzahnung, in die das Zahnrad eingreift. Besonders bevorzugt ist das Zahnrad als Stirnrad ausgestaltet, das integral mit der anzutreibenden Welle verbunden ist. Die anzutreibende Welle ist also vorzugsweise als Stirnradwelle ausgestaltet.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer handbetätigten Presse gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine Frontansicht der handbetätigten Presse aus 1;
- 3 eine Seitenansicht der handbetätigten Presse aus 1;
- 4 ein Detail aus 3;
- 5 eine schematische Prinzipdarstellung zur Erläuterung einer Funktion der handbetätigten Presse gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 6 ein Detail der handbetätigten Presse aus 1 in einer Querschnitt-Darstellung; und
- 7 eine in 2 angedeutete Längsschnitt-Darstellung der handbetätigten Presse aus 1.
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Die 1-7 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer handbetätigten Presse gemäß der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Ansichten. Die Presse ist darin in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die Presse 10 weist ein Basisteil 12 auf, welches typischerweise als Pressenständer bezeichnet wird. Der Pressenständer 12 bildet die Grundstruktur der Presse 10 und dient im Wesentlichen als Träger für die übrigen Bauteile der Presse 10. Der Pressenständer 12 wird normalerweise auf einem Untergrund, beispielsweise einer Werkbank, abgestellt.
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Am Pressenständer 12 ist ein sog. Schieber 14 montiert, der in dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel entlang der Höhenrichtung, welche mit dem Doppelpfeil 16 angedeutet ist, am Pressenständer 12 verstellbar angeordnet ist. Durch diese Verstellbarkeit lässt sich der Schieber 14 je nach Werkstückgröße und gewünschtem Hub entlang der Höhenrichtung 16 entsprechend einstellen.
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An dem Schieber 14 ist ein erstes Betätigungsorgan 18 und ein zweites Betätigungsorgan 20 angeordnet. Diese Betätigungsorgane 18, 20 dienen der Betätigung der Presse 10 von Hand. Die beiden Betätigungsorgane 18, 20 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Schiebers 14 angeordnet und im vorliegenden Fall jeweils als Handkurbel ausgestaltet. Anstelle einer Handkurbel kann für die beiden Betätigungsorgane 18, 20 grundsätzlich auch ein länglicher Hebel, ein Rad oder ein anderweitiger Griff verwendet werden, um die Presse 10 von Hand zu betätigen.
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Die Presse 10 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Zahnstangenpresse ausgestaltet. Im Gehäuse des Schiebers 14, welches als Schiebergehäuse 22 bezeichnet wird, ist ein Pressenstößel 24 längs geführt. Quer, vorzugsweise orthogonal dazu, ist in dem Schiebergehäuse 22 eine Welle 26 angeordnet, die im Detail insbesondere in 6 und 7 ersichtlich ist.
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Die Welle 26 ist in dem Schiebergehäuse 22 drehbar gelagert. In dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Welle 26 als Stirnradwelle ausgestaltet (siehe 7). Die Stirnradwelle 26 kann entweder einteilig ausgestaltet sein, wobei ein Stirnrad 28 integral mit der Welle 26 verbunden ist. Alternativ dazu kann die Welle 26 auch mehrteilig ausgestaltet sein, wobei das Stirnrad 28 mit einer entsprechenden Wellen-Nabe-Verbindung auf der Welle 26 montiert ist.
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Die Welle 26 ist mit dem Pressenstößel 24 gekoppelt. Genauer gesagt, greift das Stirnrad 28 in eine auf der Hinterseite des Pressenstößels 24 vorgesehene Verzahnung 30 ein (siehe 7). Es versteht sich jedoch, dass die Verzahnung 30 nicht zwangsläufig an dem Pressenstößel 24 selbst angeordnet sein muss. Grundsätzlich ließe sich diese auch an einer separaten Stange anbringen, die mit dem Pressenstößel 24 verbunden ist und koaxial oder parallel zu diesem ausgerichtet ist.
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Die beiden Betätigungsorgane 18, 20 sind über die in dem Schiebergehäuse 22 drehbar gelagerte Welle 26 mit dem Pressenstößel 24 gekoppelt. Eine Betätigung der beiden Betätigungsorgane 18, 20 wird in eine Hubbewegung des Pressenstößels 24 umgesetzt, bei der der Pressenstößel 24 nach unten in Richtung des Pfeils 32 bewegt wird. Eine Betätigung der beiden Betätigungsorgane 18, 20 in entgegengesetzter Richtung, also im Gegenuhrzeigersinn, führt hingegen zu einer Rückstellbewegung, bei der der Pressenstößel 24 nach oben bewegt wird. Grundsätzlich genügt die Betätigung eines der beiden Betätigungsorgane 18, 20.
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Das erste Betätigungsorgan 18 ist direkt (ohne Übersetzung) mit der Welle 26 verbunden. Das erste Betätigungsorgan 18 ist mit anderen Worten also drehfest mit der Welle 26 verbunden. Dies entspricht der üblichen Ausgestaltung bei konventionellen, handbetätigten Zahnstangenpressen. Die Presskraft des Pressenstößels 24 wird dabei durch die am Betätigungsorgan 18 eingeleitete Kraft sowie durch den Teilkreisdurchmesser des Stirnrads 28 bestimmt.
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Soll ein hohes Drehmoment über das Stirnrad 28 auf die Verzahnung 30 des Pressenstößels 24 übertragen werden, bedingt dies eine Mindestanzahl an Zähnen des Stirnrads 28 sowie der entsprechenden Verzahnung 30. Eine große Anzahl an Zähnen ermöglichen somit bei herkömmlicher Ausgestaltung eine hohe Kraftübertragung, gleichzeitig erfordert dies jedoch ein Stirnrad mit vergleichsweise großem Durchmesser.
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Dies ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel daher auf eine andere Weise gelöst, die sowohl eine schnelle Verstellung des Pressenstößels 24 als auch eine Übertragung hoher Presskräfte ermöglicht.
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Eine vergleichsweise schnelle Verstellung (Hubbewegung) des Pressenstößels 24 lässt sich mit Hilfe des ersten Betätigungsorgans 18 bewirken, während eine Betätigung des zweiten Betätigungsorgans 20 die Erzeugung einer hohen Presskraft mit geringem Kraftaufwand ermöglicht. Das erste Betätigungsorgan 18 ist direkt und drehfest mit der Welle 26 verbunden. Genauer gesagt, ist das erste Betätigungsorgan 18 vorzugsweise kraft- und/oder formschlüssig mit der Welle 26 verbunden. Auf der Welle 26 ist, wie bereits erwähnt, das Stirnrad 28 angeordnet (siehe 6). Die Kraftübertragung von dem ersten Betätigungsorgan 18 auf die Verzahnung 30 bzw. den Pressenstößel 24 erfolgt somit ohne Übersetzung. Anders jedoch ist die Kraftübertragung von dem zweiten Betätigungsorgan 20 auf die Welle 26 bzw. den Pressenstößel 24 übersetzt. Das Betätigungsorgan 20 ist mit der Welle 26 über ein Getriebe 34 verbunden, welches in 6 lediglich schematisch dargestellt ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Getriebe um ein Planetengetriebe. Beispielsweise wird ein Planetengetriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von 4:1, 8:1 oder sogar 16:1 eingesetzt.
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Ein Übersetzungsverhältnis von 16:1 bedeutet, dass die an dem zweiten Betätigungsorgan 20 von Hand eingeleitete Kraft durch das Übersetzungsverhältnis um Faktor 16 verstärkt wird. Anders ausgedrückt, lässt sich mit dem zweiten Betätigungsorgan 20 bei gleicher Krafteinwirkung eine 16-fach größere Presskraft erzeugen als mit dem ersten Betätigungsorgan 18. Der Verstellweg des Pressenstößels 24 ist pro Umdrehung des Betätigungsorgans bei dem zweiten Betätigungsorgan 20 allerdings 16-fach kleiner als bei dem ersten Betätigungsorgan 18. Der Pressenstößel 24 lässt sich somit wesentlich schneller mit dem ersten Betätigungsorgan 18 verstellen.
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Vorteilhafterweise verwendet ein Nutzer der Presse 10 daher das erste Betätigungsorgan 18, um den Pressenstößel 24 im „Eilgang“ zu verstellen, bis das Werkstück erreicht ist, und verwendet anschließend das zweite Betätigungsorgan 20 für den eigentlichen Pressvorgang.
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Wird der Pressenstößel 24 durch Betätigen des ersten Betätigungsorgans im Eilgang verstellt, wird das zweite Betätigungsorgan 20 in Rotation versetzt. Bedingt durch die Getriebeübersetzung würde das zweite Betätigungsorgan 20 dann eine Drehung mit deutlich höherer Geschwindigkeit (4-fach, 8-fach oder 16-fach) ausführen.
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Um dies zu vermeiden, ist das zweite Betätigungsorgan 20 nicht drehfest mit der Eingangswelle 36 des Getriebes 34 verbunden. Stattdessen ist das zweite Betätigungsorgan 20 mit der Eingangswelle 36 des Getriebes 34 über einen Freilauf 38 verbunden. Der Freilauf 38 ist vorzugsweise als Hülsenfreilauf ausgestaltet. Dadurch wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem zweiten Betätigungsorgan 20 und dem Getriebe 34 realisiert. Die Getriebe-Ausgangswelle 40 ist drehfest mit der Welle 26 verbunden. Bei dieser Verbindung handelt es sich vorzugsweise um eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Getriebe-Ausgangswelle 40 über eine Schrumpfscheibe 42 mit der Welle 26 verbunden (siehe 6).
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Der Freilauf 38 ist dazu ausgestaltet, dass bei einer mit dem ersten Betätigungsorgan 18 ausgeführten Hubbewegung (im Eilgang) das zweite Betätigungsorgan 20 bei leichter Berührung dessen stehenbleibt. Der Freilauf 38 wirkt also als eine Art Kupplung, die derart wirkt, dass eine Drehung des ersten Betätigungsorgans keine Drehung des zweiten Betätigungsorgans bewirkt, aber eine Betätigung des zweiten Betätigungsorgans eine Hubbewegung oder Rückstellbewegung des Pressenstößels 24 und damit auch eine Drehung des ersten Betätigungsorgans 18 bewirkt.
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Der Freilauf 38 hat zudem den Vorteil, dass er als eine Art Drehmomentbegrenzer wirkt, der das Getriebe 34 vor Überlast schützt. Ebenso ist es mit dem Freilauf 38 möglich, dass ein Bediener der Presse 10 ein zu bearbeitendes Werkstück mit Hilfe des ersten Betätigungsorgans 18 anfährt, dann das zweite Betätigungsorgan 20 über die Freilauffunktion in eine für den Bediener optimale Stellung bringt und anschließend den Krafthub mittels des zweiten Betätigungsorgans 20 einleitet. Ein Wechseln zwischen dem Eilgang-Hub (erstes Betätigungsorgan 18) und dem Krafthub (zweites Betätigungsorgan 20) ist an jeder beliebigen Stelle möglich. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Pressenstößel 24 über seinen gesamten Hub mit nur einem der beiden Betätigungsorgane 18, 20 zu verstellen.
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Ein in 3 und 7 gezeigtes drittes Betätigungsorgan 44 dient der Höhenverstellbarkeit des Schiebergehäuses 22. Das Schiebergehäuse 22 lässt sich damit gesamthaft, also gemeinsam mit den beiden anderen Betätigungsorganen 18, 20 und dem Pressenstößel 24, gegenüber dem Basisteil 12 verstellen.
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Zur Erleichterung der Bedienbarkeit weist die Presse 10 zudem einen Rückstellmechanismus 46 auf. Dieser Rückstellmechanismus 46 dient der Rückstellung des Pressenstößels 24 und somit auch der Betätigungsorgane 18, 20. Der Rückstellmechanismus 46 bewirkt eine Rückstellbewegung des Pressenstößels 24, welche der Hubbewegung des Pressenstößels entgegengesetzt ist. Durch diese Rückstellbewegung wird der Pressenstößel 24 wieder nach oben bewegt und die beiden Betätigungsorgane 18, 20 in ihre Ausgangsstellung zurückgebracht.
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Der Rückstellmechanismus 46 weist einen pneumatischen Antrieb auf. Hierzu gehört eine Kolben-Zylinder-Einheit 48 mit einem in einem Zylinder 50 beweglichen Kolben 52. Diese Kolben-Zylinder-Einheit 48 ist mit dem Pressenstößel 24 bewegungsgekoppelt und wird über ein entsprechendes pneumatisches System mit Druckluft versorgt. Genauer gesagt, ist die mit dem Kolben 52 verbundene Kolbenstange 54 mit dem Pressenstößel 24 über ein plattenförmiges Verbindungselement 55 verbunden. Bei einem Ausfahren der Kolbenstange 54 aus dem Zylinder 50 hinaus wird somit der Pressenstößel 24 nach oben bewegt bzw. zurückgestellt. Während der Hubbewegung des Pressenstößels 24 (Bewegung nach unten) fährt die Kolbenstange 54 hingegen in den Zylinder 50 ein.
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Die Kolben-Zylinder-Einheit 48 ist vorzugsweise an dem Schiebergehäuse 22 befestigt. Der Pressenstößel 24 und die Kolben-Zylinder-Einheit 48 sind parallel versetzt zueinander angeordnet.
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Zu dem Rückstellmechanismus 46 gehört ferner ein Druckspeicher 56, der die Kolben-Zylinder-Einheit 46 mit Druckluft versorgt und über entsprechende Druckluftleitungen 58, 60 mit der Kolben-Zylinder-Einheit 48 verbunden ist.
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Der Druckspeicher 56 ist im Detail in 4 dargestellt. Ferner zeigt 5 ein pneumatisches Schaltbild zur Veranschaulichung der Funktionsweise des Rückstellmechanismus 46. Wie daraus ersichtlich ist, weist der Druckspeicher 56 einen ersten Druckraum 62 und einen zweiten Druckraum 64 auf. Die beiden Druckräume 62, 64 sind als voneinander separate, abgetrennte Räume ausgestaltet. In dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Druckräume 62, 64 durch eine Trennplatte 66 voneinander getrennt.
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Der erste Druckraum 62 ist vorzugsweise größer ausgestaltet als der zweite Druckraum 64, da der erste Druckraum 62 als Haupt-Druckluftversorgung dient. Der erste Druckraum 62 ist über die erste Druckluftleitung 58 mit einem ersten Zylinderraum 68 des Zylinders 50 verbunden. Der zweite Druckraum 64 ist über die zweite Druckluftleitung 60 mit einem zweiten Zylinderraum 70 des Zylinders 50 verbunden. Bei den beiden Zylinderräumen 68, 70 handelt es sich um die beiden Kammern des Zylinders 50 auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 52. Beide Zylinderräume 68, 70 sind über den Kolben 52 voneinander getrennt und jeweils als abgedichtete Räume ausgestaltet. Damit ist gemeint, dass jeweils nur über die Druckluftleitungen 58, 60 Druckluft aus bzw. in die beiden Zylinderräume 68, 70 gelangt.
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Werden nun beide Druckräume 62, 64 des Druckspeichers 56 mit Druckluft befüllt, so gelangt diese Druckluft in die entsprechenden Zylinderräume 68, 70 des Zylinders 50. Würde man beide Druckräume 62, 64 mit dem gleichen Druck beaufschlagen, so würde sich die Kolbenstange 54 dennoch aus dem Zylinder 50 hinausbewegen, was eine Rückstellung des Pressenstößels 24 zumindest mit geringer Kraft bewirken würde. Dies liegt daran, dass der Flächenquerschnitt des zweiten Zylinderraums 70 aufgrund der Kolbenstange 54 kleiner ist als der Flächenquerschnitt des ersten Zylinderraums 68. Dementsprechend ist auch im Falle gleicher Drücke in beiden Zylinderräumen 68, 70 die durch die Druckluft im zweiten Zylinderraum 70 auf den Kolben 52 ausgeübte Kraft geringer als die durch die Druckluft im ersten Zylinderraum 68 auf den Kolben 52 ausgeübte Kraft. Bei einem Kolbendurchmesser von 16 mm und einem Kolbenstangendurchmesser von 6 mm sowie einer in beide Zylinderräume 68, 70 eingefüllten Druckluft mit einem Druck von 6 bar würde die Kolbenstange 54 beispielsweise mit einer Differenzkraft von 17 N aus dem Zylinder 50 hinausgedrückt werden.
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Um die von dem Rückstellmechanismus 46 ausgehende Rückstellkraft zu variieren, wird der kolbenstangenlose erste Zylinderraum 68 vorzugsweise mit einem konstanten Druck, beispielsweise einem Netzdruck von 6 bar, versorgt. Der kolbenstangenseitige zweite Zylinderraum 70 wird zeitgleich mit einem variablen, über einen Druckregler einstellbaren Druck versorgt. Der genannte Druckregler 72 ist in einer Verbindungsleitung zwischen dem ersten Druckraum 62 und dem zweiten Druckraum 64 des Druckspeichers 56 angeordnet. Dieser Druckregler 72 ist dazu eingerichtet, eine Druckdifferenz zwischen einem im ersten Druckraum 62 befindlichen ersten Druck und einem im zweiten Druckraum 64 befindlichen zweiten Druck zu regeln. Vorzugsweise lässt sich der Differenzdruck mit Hilfe des Druckreglers 72 über einen entsprechenden Drehknopf 74 einstellen. Da die beiden Druckräume 62, 64, wie bereits erwähnt, jeweils mit den beiden Zylinderräumen 68, 70 des Zylinders 50 verbunden sind, kann anhand des Druckreglers 72 somit die Rückstellkraft, welche von dem Rückstellmechanismus 46 ausgeht, eingestellt werden.
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Eine erste Drosseleinrichtung 76, welche zwischen dem ersten Druckraum 62 und dem ersten Zylinderraum 68 angeordnet ist, verhindert eine schlagartige Rückstellung des Pressenstößels 24 bei dem Erst- bzw. Nachbefüllen des Druckspeichers 56. Diese erste Drosseleinrichtung 76 kann beispielsweise als Kanalverengung ausgestaltet sein.
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Eine zweite Drosseleinrichtung 78, welche vorliegend als einstellbares Drosselrückschlagventil ausgestaltet ist, dient der Einstellung der Rückstellgeschwindigkeit des Pressenstößels 24. Die Rückstellgeschwindigkeit lässt sich somit unabhängig von der Rückstellkraft separat einstellen.
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Durch die in 5 gezeigte Anordnung lässt sich ein geschlossenes, pneumatisches System erzeugen, aus dem Druckluft lediglich durch eventuelle Undichtigkeiten entweicht. Grundsätzlich ist der erfindungsgemäße pneumatische Rückstellmechanismus 46 nach dem Erstbefüllen jedoch autark einsetzbar und muss erst nach einer Vielzahl von Press- bzw. Rückstellvorgängen erneut mit Druckluft aufgefüllt werden.
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Der Druckspeicher 56 lässt sich über eine Einlassöffnung 82, welche über ein Drosselrückschlagventil 80 mit dem ersten Druckraum 62 verbunden ist, befüllen. Ein mit dem ersten Druckraum 62 verbundenes Sicherheitsventil 84 verhindert einen zu großen Druck im ersten Druckraum 62. Das Sicherheitsventil 84 ist beispielsweise dazu eingerichtet, bei einem Druck über 6 bar Druckluft aus dem ersten Druckraum 62 entweichen zu lassen. Der Druck innerhalb des ersten Druckraums 62 wird mit Hilfe eines Manometers 86 gemessen.
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Während der Hubbewegung wird die Kolbenstange 54 also entgegen dem auf den Kolben 52 von der Druckluft im ersten Zylinderraum 68 erzeugten Druck in den Zylinder 50 eingefahren. Die dabei von Hand bewirkte Arbeit drückt nicht nur den Pressenstößel 24 nach unten, sondern auch die Druckluft aus dem ersten Zylinderraum 68 zurück in den ersten Druckraum 62. Hierdurch steigt der Druck im ersten Druckraum 62 etwas an und nimmt im zweiten Druckraum 64 etwas ab. Umgekehrt gelangt bei der Rückstellbewegung Druckluft aus dem ersten Druckraum 62 in den ersten Zylinderraum 68, wodurch der Kolben 52 bewegt wird, die Kolbenstange 54 aus dem Zylinder 50 hinausgefahren wird und Druckluft aus dem zweiten Zylinderraum 70 in den zweiten Druckraum 64 gelangt.
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Damit die Hub- und Rückstellbewegungen nicht andauernd zu einem Nachregeln der Druckdifferenz in den beiden Druckräumen 62, 64 durch den Druckregler 72 führt, sind die Volumina der Druckräume 62, 64 entsprechend auf die Volumina der Zylinderräume 68, 70 abgestimmt. Genauer gesagt, ist es bevorzugt, dass das Volumen des zweiten Druckraums 64 des Druckspeichers 56 mindestens fünfmal so groß wie das Volumen des Zylinders 50 der Kolben-Zylinder-Einheit 48 ist. Das Volumen des ersten Druckraums 62 des Druckspeichers 56 ist vorzugsweise so groß wie möglich, zumindest größer als das Volumen des zweiten Druckraums 64, gewählt, da dieser erste Druckraum 62 für den Systemdruck verantwortlich ist. Das bedeutet, je größer das Volumen des ersten Druckraums 62 ist, desto geringer sind die Einflüsse von Systemleckagen.
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Insgesamt entsteht so ein geschlossenes pneumatisches System, welches nahezu ohne Druckverlust arbeitet und damit autark einsetzbar ist. Solange der Pneumatikzylinder entsprechend abgedichtet ist, können mit einer Befüllung des Druckspeichers 56 sehr viele Pressvorgänge bzw. Rückstellvorgänge realisiert werden. Ein Nachbefüllen des Druckspeichers 56 kann beispielsweise über eine manuelle Fußpumpe, eine Handpumpe oder eine Akkubetriebene Pumpe erfolgen.
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Es versteht sich, dass die beiden vorgestellten Erfindungsaspekte der zwei Betätigungsorgane mit unterschiedlicher Übersetzung einerseits sowie des pneumatischen Rückstellmechanismus andererseits jeweils auch unabhängig voneinander bei beliebigen handbetätigten Pressen einsetzbar sind. Hierbei muss es sich nicht zwangsläufig um eine Zahnstangenpresse handeln. Grundsätzlich wären beide Aspekte auch bei einer Kniehebelpresse oder einer motorisch betriebenen Presse einsetzbar.
