DE19853711A1

DE19853711A1 - Hydropneumatischer Druckübersetzer

Info

Publication number: DE19853711A1
Application number: DE19853711A
Authority: DE
Inventors: Kurt Farger
Original assignee: Farger & Joosten Maschinenbau
Current assignee: Farger & Joosten Maschinenbau
Priority date: 1997-11-24
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2018-11-21
Also published as: DE19853711B4; DE19853711C5; DE29720786U1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen hydropneumatischen Druck übersetzer nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bei einem aus der DE-OS 20 01 387 bekannten hydraulischen Druckübersetzer ist eine Zylinderanordnung vorhanden, die insbesondere einen Arbeitskolben und einen Übersetzungs kolben enthält. Der Arbeitskolben ist in einem Arbeitszy linder geführt und kann über einen Ansatz eine erforder liche Arbeitskraft auf ein zu bearbeitendes Werkstück, beispielsweise zum Nieten, Richten, Spannen, Drücken, Schweißen, Abscheren oder Lochen, ausüben. Der Überset zungskolben ist in einem Übersetzungszylinder geführt, der unter dem Einfluß eines Niederdrucksystems steht und seinerseits ein den Arbeitskolben betätigendes Hochdruck system beeinflußt, das mit einem inkompressiblen Medium und einem zugehörigen Speicher, z. B. einem Ölspeicher raum, versehen ist.

Bei diesem bekannten Druckübersetzer kann somit der ei gentliche Arbeitszyklus in einen Eilhub und einen Kraft hub aufgeteilt werden. Während des hier pneumatisch be wirkten Eilhubes wird der Arbeitskolben mittelbar bei re lativ geringem Kraftbedarf an das zu bearbeitende Werk stück schnell herangeführt und während des hydraulisch bewirkten Krafthubes wird bei großem Kraftbedarf aber bei relativ kurzem Weg des Arbeitskolbens der eigentliche Be arbeitungsvorgang ausgeführt.

Ferner ist bei der bekannten Anordnung im Speicher für das Hydrauliköl des Hochdrucksystems ein Ölspeicherraum kolben über Dichtungsreibung in seiner Ausgangslage ge halten. Sobald der Arbeitskolben für einen Eilhub freige geben wird, strömt Druckluft sowohl auf den im Eilhub pneumatisch betätigten Arbeitskolben als auch auf den Öl speicherraumkolben. Die Hydraulikflüssigkeit strömt somit vom Ölspeicherraum in den sich vergrößernden Arbeitsraum und zwar unter dem anliegenden Luftdruck. Sobald während des Krafthubes ein mit dem Übersetzungskolben verbundener Tauchkolben angetrieben wird und in eine Tauchkolbendich tung radial dichtend eintaucht, wird im Arbeitsraum bei weiterem Vorschieben des Tauchkolbens in die Hydraulik flüssigkeit Hochdruck erzeugt, der den Arbeitskolben wei ter vertreibt und somit keine Hydraulikflüssigkeit mehr vom Ölspeicherraum in den Arbeitsraum fließen kann.

Nachteilig ist bei dieser bekannten Anordnung, daß hier bei ein Unterdruck im Arbeitsraum entstehen kann, sofern sich der Arbeitskolben, beispielsweise durch Luftdruck schwankungen noch schneller, bezüglich der Volumeneinhei ten, bewegt als der Tauchkolben. Dies kann zur Lösung von in der Hydraulikflüssigkeit gebundener Luft, bzw. zur Bildung von Vakuumblasen führen und damit zur Aufschäu mung des Öls und zu einer Störung der Arbeitszyklen.

Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druck übersetzer der eingangs angegebenen Art so fortzubilden, daß bei einfacher Nontierbarkeit ein störungsfreier Be trieb gewährleistet ist.

Vorteile der Erfindung

Der hydraulische Druckübersetzer nach der eingangs ge nannten gattungsgemäßen Art mit einem pneumatisch betä tigbaren Übersetzungskolben, einem Arbeitskolben, der pneumatisch in einem Eilhub und hydraulisch in einem Krafthub betätigbar ist und mit einem Ölspeicherraum für Hydraulikflüssigkeit ist erfindungsgemäß mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs in vorteilhafter Weise weitergebildet.

Nach der Erfindung ist vom Arbeitsraum eine Verbindung zu einem mit Hydraulikflüssigkeit gefülltem, außerhalb des Zylinders des Druckübersetzers liegenden, leicht zu mon tierenden Ausgleichsspeicherraum hergestellt, durch die die Hydraulikflüssigkeit bis zu einem im Inneren frei be weglichen, radial abgedichteten Ausgleichskolben im Aus gleichsspeicherraum strömen kann.

Auf einfache Weise ist dadurch, daß ein Hydraulikflüs sigkeitsvolumen mit einem frei beweglichen Ausgleichskol ben und mit dem Arbeitsraum verbunden ist, erreicht, daß bei einem im Arbeitsraum entstehendem Unterdruck sofort Hydraulikflüssigkeit aus diesem Ausgleichsspeicherraum in den Arbeitsraum fließen. Diese vorteilhafte Ausführungs form verhindert die oben anhand des Standes der Technik beschriebenen Nachteile.

Wenn der Tauchkolben des Druckübersetzers dem im Eilhub vorgeeilten Arbeitskolben nachfolgt und ein Hochdruck er zeugt wird, wird zunächst der erfindungsgemäße Aus gleichskolben in seine Endlage zurückgeschoben, so daß das im Arbeitsraum befindliche Hydraulikflüssigkeitsvolu men stets gleich bleibt und der Krafthub damit exakt bei jedem Hub denselben Weg macht.

Beim Rückhub des Tauchkolbens, wenn dieser dem Arbeits kolben vorauseilt, könnte ebenfalls ein Unterdruck im Ar beitsraum entstehen. Auch in diesem Fall strömt jedoch Hydraulikflüssigkeit vom Ausgleichsspeicherraum in den Arbeitsraum.

Der Krafthub des Arbeitskolbens kann in mehreren Schrit ten erfolgen, wobei bei der erfindungsgemäßen Lösung der Tauchkolben immer aus der Ringdichtung fahren muß, damit Hydraulikflüssigkeit aus dem Ölspeicherraum in den Ar beitsraum fließen kann und der Ausgleichskolben in die Ausgangslage zurückgedrückt wird.

Bei einer erweiterten Ausführungsform der Erfindung ist eine zusätzliche Verbindung vom Ölspeicherraum zum Aus gleichsspeicherraum vorhanden, durch die die Hydraulik flüssigkeit bis zu dem Ausgleichskolben im Ausgleichs speicherraum strömen kann.

In vorteilhafter Weise kann vorgesehen werden, daß in der Verbindung zwischen dem Arbeitsraum und dem Aus gleichsspeicherraum ein Rückschlagventil eingebaut ist, durch das Hydraulikflüssigkeit vom Ausgleichsspeicherraum in den Arbeitsraum fließen kann, wenn der Druck im Ar beitsraum niedriger ist. Somit ist auf einfache Weise verhindert, daß der Ausgleichsspeicherraum den relativ hohen Druck des Arbeitsraumes erhält.

In gleicher Weise kann auch vorteilhaft in die Verbindung zwischen dem Ölspeicherraum und dem Ausgleichsspeicher raum ein Rückschlagventil eingebaut werden, durch das Hy draulikflüssigkeit vom Ölspeicherraum in den Ausgleichs speicherraum fließen kann, wenn der Druck im Ölspeicher raum höher ist.

Als weitere Sicherung für einen störungsfreien Betrieb kann außerdem der mit dem Arbeitsraum und/oder mit dem Ölspeicherraum verbundene Ausgleichsspeicherraum eine Berstdrucksicherung enthalten.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildun gen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehre ren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungs form der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausfüh rungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydropneu matischen Druckübersetzers wird anhand der Figuren der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen hydropneumatischen Druckübersetzer,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der Arbeitsschritte während der verschiedenen Hubphasen des Drucküber setzers und

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Druck übersetzers mit Rückschlagventilen in den Verbin dungsleitungen zum Ausgleichsspeicherraum.

Beschreibung der Ausführunqsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen hydropneumatischen Druckübersetzer gezeigt, der einen Zylinder 20 aufweist, in dem im oberen Teil ein pneumatisch betätigbarer Über setzungskolben 21 mit einem Tauchkolben 22 angeordnet ist, wobei mit dem Tauchkolben 22 in einer aus dem Stand der Technik bekannten Art und Weise der Übergang von dem pneumatischen Eilhub zu einem hydraulischen Krafthub be wirkbar ist.

Rechts neben dem Zylinder 20 des Druckübersetzers ist schematisch ein Ausgleichsbehälter 8 gezeigt, der im we sentlichen aus einen Ausgleichsspeicherraum 1 besteht, in dem sich ein frei beweglicher und hydraulisch abgedichte ter Ausgleichskolben 2 befindet. Die Hydraulikflüssigkeit des Ausgleichsspeicherraums 1 ist mit einem Arbeitsraum 3 über eine Verbindungsleitung verbunden, wobei hier inner halb des Zylinders 20 wiederum eine Verbindung des Ar beitsraumes 3 mit einem Ölspeicherraum 4 vorhanden ist. Im Ölspeicherraum 4 ist ein Ölspeicherraumkolben 5 ange ordnet, der den Ölspeicherraum 4 begrenzt.

In den Ölspeicherraum 4 ragt weiterhin das untere Ende 6 des Tauchkolbens 22 hinein, das in eine Tauchkolbendich tung 9 einführbar ist. Zur Ausführung des Krafthubes und zur Aufbringung einer Druckkraft auf ein hier nicht dar gestelltes äußeres Werkstück ist ein Arbeitskolben 7 vor handen, der während des Krafthubes hydraulisch bewegt wird.

In Fig. 2 sind die Arbeits- oder Hubphasen des Druck übersetzers gezeigt. Nach der Ausgangslage a) setzt der Eilhub b) ein, bei dem druckluftbetrieben der Arbeitskol ben 7 und der Ölspeicherraumkolben 5 unter Mitnahme der inkompressiblen Hydraulikflüssigkeit herausgedrückt wird. Nach Anlage des Arbeitskolbens 7 am Werkstück am Ende des Eilhubes nach b) dringt der Tauchkolben 22 nach der Dar stellung c) der Fig. 2 durch die Tauchkolbendichtung 9 und bewirkt den Krafthub des Arbeitskolbens 7 mit relativ kurzem Weg.

Wenn während des Krafthubes gemäß der Teildarstellung d) der Arbeitskolben durchbricht und weiter voran getrieben wird, kann zunächst aufgrund der verschlossenen Tauchkol bendichtung 9 keine Hydraulikflüssigkeit mehr vom Ölspei cherraum 4 in den Arbeitsraum 3 fließen. Dies kann zu ei nem Unterdruck im Arbeitsraum 3 führen, sofern der Ar beitskolben sich schneller bewegt als der Tauchkolben 22. Mit dem erfindungsgemäßen Ausgleichsspeicherraum 1 ist gewährleistet, daß nun ein Hydraulikflüssigkeitsvolumen aufgrund des Unterdrucks aus dem Ausgleichsspeicherraum 1 mit dem frei beweglichen Ausgleichskolben 2 nachfließt und einen Druckausgleich herstellt. Wenn nun der Tauch kolben 22 dem vorgeeilten Arbeitskolben 7 nachfolgt und somit wieder Hochdruck erzeugt wird, so wird zunächst der Ausgleichskolben 2 in seine Endlage zurückgeschoben, so daß das im Arbeitsraum 3 befindliche Hydraulikvolumen gleich bleibt.

Beim Rückhub des Tauchkolbens 22 nach der Teildarstellung e) aus der Fig. 2 wird, wenn dieser dem Arbeitskolben 7 wieder vorauseilen sollte, ebenfalls ein Unterdruck im Arbeitsraum 3 entstehen können. Auch jetzt strömt Hydrau likflüssigkeit vom Ausgleichsspeicherraum 1 in den Ar beitsraum 3. Der somit von seiner Endlage entfernte Aus gleichskolben 2 wird jedoch beim nächsten Arbeitszyklus wieder in seine Ausgangslage gebracht, sobald der Ölspei cherraumkolben 5 mit Druckluft beaufschlagt wird und be vor der Tauchkolben 22 mit seinem Ende 6 in die Ringdich tung 9 wieder eintaucht.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist eine zusätz liche Verbindung vom Ölspeicherraum 4 zum Ausgleichsspei cherraum 1 vorhanden, durch die Hydraulikflüssigkeit bis zu dem Ausgleichskolben 2 im Ausgleichsspeicherraum 1 strömen kann. In der Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 3 und dem Ausgleichsspeicherraum 1 ist ein Rückschlagven til 10 eingebaut, durch das Hydraulikflüssigkeit vom Aus gleichsspeicherraum 1 in den Arbeitsraum 3 in dem Fall fließen kann, wenn der Druck im Arbeitsraum 3 niedriger als im Ausgleichsspeicherraum 1 ist.

Auch in der Verbindung zwischen dem Ölspeicherraum 4 und dem Ausgleichsspeicherraum 1 ist beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 ein Rückschlagventil 11 eingebaut, durch das Hydraulikflüssigkeit vom Ölspeicherraum 4 in den Aus gleichsspeicherraum 1 in dem Fall fließen kann, wenn der Druck im Ölspeicherraum 4 höher als im Ausgleichsspei cherraum 1 ist.

Claims

1. Hydropneumatischer Druckübersetzer, mit

- einem pneumatisch betätigbaren Übersetzungskolben,
- einem, in einem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Ar beitsraum (3) beweglichen, Arbeitskolben (7), der pneuma tisch in einem Eilhub und hydraulisch in einem Krafthub betätigbar ist und mit
- einem Ölspeicherraum (4) für Hydraulikflüssigkeit, da durch gekennzeichnet, daß
- vom Arbeitsraum (3) eine Verbindung zu einem mit Hy draulikflüssigkeit gefülltem, außerhalb des Zylinders des Druckübersetzers liegenden Ausgleichsspeicherraum (1) besteht, durch die die Hydraulikflüssigkeit bis zu einem im Inneren frei beweglichen, radial abgedichteten Aus gleichskolben (2) im Ausgleichsspeicherraum (1) strömen kann.

2. Hydropneumatischer Druckübersetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- in der Verbindung zwischen dem Arbeitsraum (3) und dem Ausgleichsspeicherraum (1) ein Rückschlagventil (10) ein gebaut ist, durch das Hydraulikflüssigkeit vom Aus gleichsspeicherraum (1) in den Arbeitsraum (3) fließen kann, wenn der Druck im Arbeitsraum (3) niedriger ist.

3. Hydropneumatischer Druckübersetzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- eine zusätzliche Verbindung vom Ölspeicherraum (4) zum Ausgleichsspeicherraum (1) vorhanden ist, durch die die Hydraulikflüssigkeit bis zu dem Ausgleichskolben (2) im Ausgleichsspeicherraum (1) strömen kann.

4. Hydropneumatischer Druckübersetzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- in der Verbindung zwischen dem Ölspeicherraum (4) und dem Ausgleichsspeicherraum (1) ein Rückschlagventil (11) eingebaut ist, durch das Hydraulikflüssigkeit vom Ölspei cherraum (4) in den Ausgleichsspeicherraum (1) fließen kann, wenn der Druck im Ölspeicherraum (4) höher ist.

5. Hydropneumatischer Druckübersetzer nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- der mit dem Arbeitsraum (3) und/oder mit dem Ölspei cherraum (4) verbundene Ausgleichsspeicherraum (1) eine Berstdrucksicherung enthält.