DE1627852A1

DE1627852A1 - Hydropneumatischer Spannzylinder

Info

Publication number: DE1627852A1
Application number: DE19671627852
Authority: DE
Inventors: Josef Nemetz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-06-08
Filing date: 1967-06-08
Publication date: 1971-02-25
Also published as: US3511048A; DE1627852C3; GB1228058A; DE1627852B2; FR1599881A

Description

Bei aen "bekannten hydropneumatisclien Spannzylindern setzt sich bei -öetätigung des Druckzylinders sofort der Differenzkolben in Bewegung und formt den Eingangsdruck in einen entsprechend höheren Arbeitsdruck um, der auf äen Arbeitskolben wirkt, d. h. also, im Spannzylinder ist lediglich ein Hochdruckweg vorhanden. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß der Kolbenhub eines derartigen Zylinders nicht sehr groß sein kann, da die !»ruckumformung nur auf Kosten des Weges bzw. des Fläehenverhältnisses zu erreichen ist.

Durch daa Hauptpatent ist dieser Nachteil weitgehend behoben worden und zwar dadurch, daß sich der Gresamthub in einen in gleicher Richtung verlaufenden Niederdruck- und Hochdruck-Weg zusammensetzt, wobei die Übersetzung von Preßluft-Niederdruck in hydraulischen Hochdruok im SpannzylInder bei Aufschlagen

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UnleriaflQn (Art /11. Aba. a Nn J Sau 3 des AnderunBeeea. a. t. j:·,,/

des Korbenstößels selbst mittels des Differenzkolbens erfolgt, der in Zusammenwirken mit dem Kolbenstößel den Hochdruck auf gegenläufige Spannelemente wirken läßt, die ihrerseits eine kraftschlüssige Verbindung zwischen einem im Bereich des Niederdruckhubes der Bewegung des Differenzkolbens folgenden Spannringes und dem Zylinder herstellen. Aufgabe dieser Erfindung ist es, den .Spannzylinder nach dem Hauptpatent weiter zuentwickeln und zu verbessern, und zwar einmal dadurch, daß durch konstruktive Vereinfachung die Führungsbolzen nach dem Hauptpatent entfallen, zum anderen soll für den Federweg eine günstige Konstante und Gleichmäßigkeit in der Vorspannung erreicht werden, und schließlich soll die Kraftwirkung im Niederdruckbereich auf ein Maximum gebracht werden, da es oft erforderlich ist, sehr große und schwere Werkzeugträger zu bewegen.

Um diesen Zweck voll zu erreichen, sind nach der vorliegenden Erfindung alle beweglichen Teile des Spannzylinders durch zwei im Spannzylinder angeordnete Hülsen zu einer Baueinheit verbunden, wobei die einander zugekehrten Enden der Hülsen die Spannkonen tragen, welch letztere abgedichtet auf einem zylindrischen Ansatz der Gegendruckplatte begrenzt in axialer Richtung gleiten. In dem dem Kolbenstößel zugewandten Spannkonus sind ein Steuerventil und ein Rückschlagventil angeordnet. Dem Differenzkolben ist bei einer weiteren Ausführung ein Steuerkolben vorgeschaltet, welcher eine Bohrung besitzt, durch die hindurch der Preßluftdruck nur auf eine der Bohrung entsprechende Fläche des Differenzialkolbens wirkt oder durch einen in die Bohrung hineinreichenden Ansatz eine Drosselung gegenüber der Gesamtflache des Differenzkolbena erfolgt. Bei allen Ausführungen ist «wischen dem Kolbenstößel

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und dem Lagerdeckel ein "Luftkissen eingeschaltet, das durch eine abgedichtet auf dem Schaft des Kolbenstößels gleitende, mit einem Überdruckventil ausgerüstete Platte gebildet wird. Eine etwas abgeänderte, sehr einfache und mit geringem Kostenaufwand herstellbare Ausführung besteht darin, daß die die Baueinheit der beweglichen Teile herstellende-Hülse aus einem festelastischen Kunst'stoff besteht, der im Bereich des Hochüruckhubes in Nuten oder Gewindegänge in der inneren Wandung des Zylinders eingepreßt wird und dadurch eine kraftschlüssige und formschlüssige Verbindung zwischen Hülse und Zylinder herstellt.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,

Fig. 1 zeigt einen Spannzylinder mit Niederdruck- und Hochdruckweg mit Ventilsteuerung,

Pig. 2 zeigt eine andere Ausführungsi'orm ohne "Ventilsteuerung,

Fig« 3 zeigt einen bpannzylinder ohne spezifische Spannelemente,

In dem Gehäuse 2 des Spannzylinders ist eine zweiteilige Hülse 2a, 2b verschiebbar angeordnet. In der Hülse 2a gleitet der Niederdruekkolben 4 und wird mit seinem Stößel abgedichtet in der Gegendruckplatte 12 geführt. Die Hülse 2a endet in dem Spannkonus 6, der seinerseits auf einem Airsatz 12a der Gegendruckplatte 12 abgedichtet gleitet. In gleicher Form gleitet auf dem Ansatz 12 das andere Spannelement 8, welches sich in die Hülse 2b fortsetzt und gegenüber der Wandung des Spannzylinders abgedichtet ist. In der Hülse 2b gleitet der Hochdruckkolben 13. Das Ende der Hülse 2b ist durch eine Platte 15 geschlossen. Die Abdichtung gegenüber dem Stößel 13 erfolgt durch eine Manschettendichtung,

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deren offene Seite dem Hochdruckkolben zugekehrt ist. In der Abschlußplatte 15 ist ein Überdruckventil 11 angeordnet. Außerdem sind im Spannelement 8 zw*i in verschiedener Richtung wirkende Ventile 9 und 10 vorgesehen. Die Wirkungsweise des Spannzylinders ist folgende: Die Preßluft tritt durch die Bohrung 17 ein. Da sich in den Räumen 21, die durch die Bohrungen 23 und den Hohlraum des Ansatzes 12a miteinander in Verbindung stehen, 01 befindet, wirkt der gesamte Inhalt des Spannzylinders als eine Baueinheit, so daß der Preßluftdruck die Hülsen 2a und 2b sowie den nicht gespannten Spannring 7 vor sich herschiebt bis der Kolbenstößel 13 gegen das festzuhaltende Werkstück oder dergleichen anläuft und damit ein festes Widerlager bildet, lunmehr verschiebt sich der Niederdruckkolben 4 in Richtung auf den Hochdruckkolben. Der von ihm ausgeübte Druck wirkt nunmehr auf die ölgefüllten Räume. Bei diesem Weg des ITiederdruckkolbens entweicht die Luft aus dem Raum 20 über die Bohrungen 22 an dem Spannring 7 vorbei durch das sich öffnende Ventil 9 und durch die Kanäle 14 in die Ableitung 18. Der auf die beiden äußeren Seiten der Spannbacken 6 und 8 wirkende Hochdruck schiebt die beiden Spannelemente gegeneinander, so daß ihre Konen auf den Spannring 7 auflaufen und diesen fest an die Innenwandung des Zylinders 2 pressen. In dieser Lage ist der Spannzylinder arretiert. Bei der geschilderten Bewegung des Hochdruckkolbens 13 wirkt der Räum 15a als als Luftfederung, da bei Überdruck in diesem Raum die Manschettendichtung fest am Stößel 13 anliegt. Erst bei einem Überdruck, der das Ventil 11 öffnet, kann sich der Hochdruckkolben in Richtung auf diePlatte weiterbewegen. Durch dieses Überdruckventil 11 wird erreicht, daß die Vorspannung im gesamten Hochdruckbereich konstant ist. Beim Rückhub tritt die Preßluft

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durch die Leitung 18 ein und durch die sich nunmehr öffnende Manschettendichtung in den Raum 15a, so daß der Korbenstößel 13 aus seiner Sperrlage läuft. Gleichzeitig tritt diekus der Bohrung 18 kommende Druckluft durch die Kanäle 14, Öffnet das Ventil 10 und tritt in umgekehrter Sichtung wie beim Yorhub in den Eaum 22 und drückt den Hiederdruckkolben 4 zurück. Die vor dem Kolben stehende Luft wird aus dem Kanal 17 herausgedrückt. Mit dem Weg des Miederdruckkolbens 4 hört der Hochdruck in den Räumen 21 auf. Durch den Luftdruck zwischen den beiden Spannelementen 6 und 8 werden diese auseinandergeschoben, lösen sich vom Spannring 7 und "dieser gibt die Arretierung gegenüber dem Zylinder 2 frei, so daß nunmehr die beiden Hülsen 2a, 2b zusammen mit dem Spannring 7 als Baueinh-:eit in Richtung des Deckels 1 geschoben werden. Auf dem letzten Ende dieses Hubes tritt die Hülse 2a in den Ringraum 19 des Deckels 1 ein. Die in diesem Ringraum befindliche Luft wird zusammengepreßt und dämpft damit die Schlußbewegung. Die Bewegung der beiden Spannkonen 6 und 8 auf dem Ansatz 12a der Gegendruckplatte 12 ist in axialer Richtung einmal durch eine Schulter dieses Ansatzes, auf der anderen Seite durch einen Sprengring 29 begrenzt.

Bei der Ausführung nach !ig. 2 sind die Ventile im Spannkonus 8a fortgelassen. Um eine gleiche Punktion zu erreichen, ist am freien Ende der Hülse 2a eine Platte 24 gegen den "Zylinder 2 abgedichtet angesetzt. Diese Platte besitzt eine Bohrung 25. In den Niederdruckkolben 4 ist eine etwas nach außen vorstehende Zylinderdichtung 26.eingesetzt. Diese Dichtung dichtet den Differenzkolben 4 gegenüber der Platte 24 ab* Die

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Wirkungsweise bei dieser Ausbildung ist folgende: Wenn bei Beginn des Arbeitshubes der Druck eine bestimmte Höhe erreicht hat, derart, daß das Produkt aus dem Druck mal der von der Dichtung 26 eingeschlossenen Fläche größer ist als die Kraft, die auf den Differenzkolben-Stößel aus der Vorspannung her wirkt, setzt sich der Differenzkolben 4 in Bewegung und wird gleichzeitig in-seiner Gesamtfläche beaufschlagt. Die weitere Arbeitsweise ist dieselbe wie bei der Ausführung nach Fig. 1. Konstruktiv ist bei der Ausbildung 2 noch eine kleine Änderung vorgesehen. Die Spannkonen 6a, 8a sind hier nicht einteilig mit den beiden Hülsen hergestellt, sondern sind gesonderte Elemente, die gegenüber den Hülsen und dem Niederdruckplatten-Ansatz abgedichtet sind. Außerdem sind in den Spannkonen 6a und 8a Aussparungen 6c vorgesehen, um zu erreichen, daß der ReibungsSchluß zwischen Spannring 7 und den Spannkonen 6a bzw. 8a kleiner ist als der Reibungssehluß zwischen Spannring und Zylinder. Im weiteren ist bei dieser Ausführung in an sich bekannter Weise in den Kanal 18 ein Drosselrücksehlagventil 27 eingebaut. Der Querschnitt der Entlüftungsnuten 14 soll möglichst kleiner sein als der Drosselquerschnitt, um den Druckabbau zwischen den Spannkonen 7 und8 zu vergrößern.

Fig. 3 zeigt eine weitere, sehr einfache Ausführungsr form, die aber funktionell wieder mit den beiden ersten Ausführungsformen gleichartig ist. Hier sind keine üpannkonen und Spannringe mehr vorhanden. Die Hülsen 2a und 2b nach Fig. 1 und 2 sind hier durch eine Hülse 31 ersetzt, die aus einem festelastischen Kunststoff besteht. Im Hochdruckbereich besitzt der Zylinder 2 Nuten 33, gegebenenfalls in Form eines

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G-ewindeganges. Im Bereich, des Hochdruckkolbens 13 und der Platte 34 ist die Kunststoffhülse 31 durch eine Metallhul.se 32, die nicht verformbar ist, verstärkt, sobald der Bifferenzkolben 4 den Niederdruck in hydraulischen Hochdruck umformt, baut sich der Druck im Üaum 15a auf, bis sich im Hochdruckbereich der KunststoffZylinder 31 verformt und über die Nuten 33 eine kraft- und formschlüssige Verbindung herbeiführt. Diese Verbindung kann gegebenenfalls auch nur kraftschlüssig sein, wenn die Innenfläche des Zylinders und die Außenfläche der Kunststoffhülse bei Wahl entsprechender Werkstoffe so ausgebildet sind, daß bei eintretendem Hochdruck die Reibung zwischen Zylinder 2 und Hülse 31 größer wird als die den Kolben bewegende Kraft. Bei dieser Ausführung kann, wie im oberen Schnitteil der Zeichnung dargestellt ist, wiederum eine Kolbenplatte 24 benutzt werden oder praktisch mit gleicher V/irkung eine federbelastete Sperrnase 3a, die mit dem Schaft der in eine entsprechende Bohrung der Steuerplatte 24 mit Spiel heineinragenden Sehraube 3 zusammenwirkt. Bei entsprechend gewähltem Spiel zwischen dem Schaft und der Schraube 3 und eier Bohrung 25 kann auch die federbelastete ^perrnase 3a entfallen. Die Gegendruckplatte 35 ist mittels eines Sprengringes 36 mit einem an die Kunststoffhülse 31 angeformten Flansch "verbunden.

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Claims

Pat-entansprüche

1.) Hydropneumatischer Druckzylinder, insbesondere für Pressen und Spannvorrichtungen, bei dem die Druckübersetzung von Preßluft-Ifiederdruck in Flüssigkeits-Hochdruek im Druckzylinder mittels eines Differenzkolbens erfolgt und der Gresamthub des Arbeitskolbens dem aus dem !Plächenverbältnis zwischen Differenz- und Arbeitskolben resuliierenden Hochdruckweg entspricht und sich der Gesamthub des Arbeitskolbens aus einem in gleicher Sichtung verlaufenden Niederdruck- und Hochdruck-Weg zusammensetzt, wobei im verriegelten Zustand gegenläufige, mit Hochdruck beaufschlagte Spannkonen über einen Spannring mit dem Druckzylinder eine Einheit bilden, nach Patent (Auslegeschrift 1 284 303), dadurch gekennzeichnet, daß alle beweglichen Teile des Spannzylinders durch zwei im Spannzylinder (2) angeordnete Hülsen (2a,2b) zu einer Baueinheit verbunden sind, wobei die einander zugekehrten Enden der Hülsen (2a,2b) die Spannkonen (6,8) tragen, welch letztere abgedichtet auf einem zylindrischen Ansatz (12a) der Gegendruckplatte (12) begrenzt in axialer Richtung gleiten.

2«) Hydropneumatischer Spannzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem dem Kolbenetößel zugewandten Spannkonus (8) ein Steuerventil (9) und ein Rückschlagventil (10) angeordnet sind.

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3.) Hydropneumatischer Spannzylinder nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differenzkorben (4) ein Steuerkorben (24) vorgeschaltet ist, welcher eine Bohrung (25) besitzt, durch die hindurch der Preßluftdruck nur auf eine der Bohrung (25) entsprechende Fläche des Differenzkolbens (4) wirkt.

4.) Hydropneumatischer Spannzylinder nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichent, daß durch die Bohrung (25) ein Ansatz des Differenzkolbens mit entsprechendem Spiel ragt.

5.) Hydropneumatischer Spannzylinder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 "bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolbenstößel (13) und dem Lagerdeckel (16) ein Luftkissen eingeschaltet ist, das durch eine abgedichtet auf dem Schaft des Kolbenstößels (13) gleitende, mit einem Überdruckventil ausgerüstete Platte (15) gebildet ist.

6.) Hydropneumatischer Spannzylinder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsnuten (14) einen S&ineren Querschnitt aufweisen als der Druohlaß- bzw. Drosselquerschnitt am Zylinderausgang,

7.) Hydropneumatischer Spannzylinder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Baueinheit der beweglichen Tei^e herstellende Hülse (31) aus einem festelastiecheln Kunststoff besteht, der im Bereich des Hochdruokhubes in Nuten oder ßewindegänge (33) in der inneren Wandung des Zylinders (2) eingepreßt wird und dadurch eine form- und kraftSchlussige Verbindung «wischen Hülse (31) und Zylinder (2) heretellt.

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8.) Hydropneuinatischer Spannzylinder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die die Baueinheit der beweglichen Teile herstellende Hülse (51) aus einem festelastischen Kunststoff bestaht, der im Bereich des Hochdruckkolbens nur eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Hülse (.31) und Zylinder (2) herstellt.

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