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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Einpreßvorrichtung mit reduzierter
Leistungsaufnahme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein
von einer derartigen Vorrichtung durchgeführter Einpreßvorgang
besteht aus einem Zustell-, einem Einpreß- und einem Rückhub, wobei
für den
Zustell- und Rückhub
bei meist relativ großen Verstellwegen
nur geringe Kräfte
erforderlich sind, während
für den
meist relativ kurzen Einpreßhub
eine große
Kraft notwendig ist.
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Die
Länge des
Zustellhubs hängt
unter anderem von dem jeweiligen Bauteil und von der Art der Beschickung
des in dieses einzupressenden Teils ab. Das Verhältnis der Länge des Zustellhubs zu der
des Einpreßhubs
beträgt
häufig
zwischen 10 und 30.
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Obwohl
für den
Zustell- und Rückhub
nur eine relativ geringe Leistung benötigt wird, muß das verwendete
Hydraulikaggregat für
den Gesamthub und die gewünschte
Zykluszeit ausgelegt sein und ist daher im Vergleich zu der für den Einpreßhub benötigten Leistung
meist zu groß.
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Bei
bekannten hydraulischen Füge-
und Einpreßvorrichtungen
wird in einfachen Fällen
das Hydraulikaggegat im wesentlichen nur mit einer Pumpe und einem Ölbehälter ausgeführt, wobei
die Förderleistung
der Pumpe die Laufzeit des Hydraulikzylinders bestimmt. Für kurze
Zykluszeiten muß daher das
Hydraulikaggregat entsprechend groß ausgelegt werden, obwohl
eine solche Leistung für
den eigentlichen Einpreßhub
nicht benötigt
wird.
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Bei
einer anderen bekannten Lösung
ist das Hydraulikaggegat zusätzlich
mit einem Druckspeicher versehen, der während der Ruhezeit des Hydraulikzylinders
von der Hydraulikpumpe gefüllt
wird. Während
des Zustellhubs des Hydraulikzylinders speist dieser Druckspeicher
zusätzlich
zur Hydraulikpumpe den Hydraulikzylinder, so daß ein größerer Volumenstrom zur Verfügung steht,
als die Pumpe allein erzeugen kann.
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Bei
beiden bekannten Ausführungen
ist in der Regel eine Geschwindigkeitsumschaltung für den Hydraulikzylinder
erforderlich, da der Zustellhub gegenüber dem Einpreßhub mit
größtmöglicher
Geschwindigkeit ausgeführt
wird, um die Zykluszeit gering zu halten. Hierdurch entsteht ein
erheblicher Aufwand an Sensorik und Umschaltventilen. Große Hydraulikaggregate
sind teuer, haben eine große
Antriebsleistung und sind entsprechend laut, haben einen großen Öltank und
daher einen großen
Platzbedarf und benötigen
häufig
einen Ölkühler.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine hydraulische Einpreßvorrichtung
mit reduzierter Leistungsaufnahme bereitzustellen, bei der die Leistung
des Hydraulikaggregats (nur) für
den Einpreßhub
ausgelegt werden kann und der Volumenstrom der Hydraulikflüssigkeit
für den
Zustell- und Rückhub im
Vergleich zu bekannten Lösungen
deutlich reduziert ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Einpreßvorrichtung
nach Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels,
wobei auf eine Zeichnung Bezug genommen ist, in der
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1 eine
schematische seitliche Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Einpreßvorrichtung
in einem Ausgangszustand zeigt, und
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2 eine
Variante der Ausführungsform nach 1 zeigt.
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Die
erfindungsgemäße Einpreßvorrichtung besteht
in einer ersten Ausführungsform
prinzipiell aus zwei hintereinander angeordneten Kolben-/Zylindereinheiten,
wobei eine Zustelleinheit einen relativ kleinen Kolbendurchmesser
und einen relativ großen Hub
aufweist, während
eine Einpreßzylindereinheit einen
relativ großen
Kolbendurchmesser und einen relativ kleinen Hub aufweist. Dabei
wird die Hydraulikflüssigkeit
für den
Einpreßhub
von einem einzigen Hydraulikaggregat gefördert.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel der
Erfindung in einer Ausgangsposition.
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Ein
Einpreßzylinder 10 nimmt
einen Einpreßkolben 12 verschieblich
darin auf. Eine Einpreßkolbenstange 14 ist
mit dem Einpreßkolben 12 einstückig oder
als separates Teil fest verbunden und erstreckt sich durch eine
erste Stirnseite und Führung 16 des
Einpreßzylinders 10 nach
außen.
Vor dem Einpreßkolben
ist ein Einpreßraum 20 gebildet,
während
in einem Ringraum zwischen Einpreßkolbenstange 14 und
Innenfläche
des Einpreßzylinders 10 ein
Rückhubraum 22 gebildet
ist. In der Praxis weist die Einpreßkolbenstange einen relativ
großen
Durchmesser auf, damit der Rückhubraum 22 möglichst klein
wird und der Rückhub
von der vorhandenen Hydraulikpumpe rasch durchgeführt werden
kann.
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In
dem dargestellten Beispiel ist die Länge des Zustellhubs mit H und
die des Einpreßhubs
mit E angegeben. Der verfügbare
Hub des Einpreßkolbens 12 muß mindestens
der Summe dieser Werte entsprechen, die in 1 mit L
verdeutlicht ist.
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In
einem pneumatisch-/hydraulischen Zustellzylinder 28 befindet
sich koaxial eine Zustellzylinderbohrung 32, in der ein
Zustellkolben 34 mit Durchmesser D1 axial verschiebbar
geführt
ist. Der Zustellkolben 34 begrenzt einen Zustellraum 24,
dessen Volumen an den Zustellhub H des Einpreßkolbens von der Ausgangsposition
bis unmittelbar vor Ausführung eines
Einpreßhubs
und an das dafür
benötigte Ölvolumen
angepaßt
ist.
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Der
Zustellzylinder 28 ist mit zwei seitlichen oder radial
gerichteten, an gegenüberliegenden
Endbereichen angeordneten Bohrungen 38, 40 versehen,
die der Zu- und Abführung
von Hydraulikflüssigkeit
in die bzw. aus den Einpreß-
und Rückhubräumen 20, 22 dienen.
Eine weitere, axial angeordnete Bohrung 42 mit kleinerem
Durchmesser D4 kann in Endlage des Zustellkolbens 34 durch
eine mit diesem verbundene Nadel 44 verschlossen werden.
Nach vollständigem
Verschließen
der Bohrung 40 durch den Zustellkolben 34 ist
eine weitere Bewegung des Zustellkolbens 34 bis in seine
Endlage möglich,
in der er gegen eine untere Stirnwand 46 des Zustellzylinders 28 anliegt.
Bei diesem verbleibenden Bewegungshub wird noch eine kleine verbleibende
Menge an Hydraulikflüssigkeit
durch die Bohrung 42 abgeleitet, bis die Bohrung 42 durch
die Nadel 44 verschlossen ist. In dieser Stellung wirkt
später
ein hoher Einpreßdruck über die
Leitung 102 nur auf den kleinen Querschnitt der Nadel 44 (Durchmesser
D4) und kann durch die noch zu erläuternde Zustelleinrichtung 62 problemlos
aufgenommen werden.
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Eine ähnliche
Anordnung ist kolbenstangenseitig an dem Zustellkolben 34 vorgesehen.
Eine Bohrung 50 mündet
in einen zylindrischen Bereich 52, dessen Durchmesser D2
wesentlich geringer als der Durchmesser D1 des Zustellkolbens 34 ist
und der mit einem zylindrischen Kolbenansatz 54 verschlossen
wird, wenn sich der Zustellkolben 34 in Richtung auf seine
obere Endlage bewegt, in der er gegen eine obere Stirnwand 56 des
Zustellzylinders anliegt. Die Bohrung 50 ermöglicht eine
Bewegung des Zustellkolbens bis in seine obere Endlage, auch nachdem
die Bohrung 38 bereits durch den Zustellkolben verschlossen
worden ist.
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Nadel 44 und
Kolbenansatz 54 sind in axialer Richtung federelastisch
beweglich an dem Zustellkolben 34 gehalten, angedeutet
durch eine Feder 58. Dadurch kann der Zustellkolben seine
Endlage erreichen, bevor die Nadel oder der Kolbenansatz ihre eigene
Endlage erreicht haben, so daß keine
Blockierung eintritt.
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Die
Kombination von Kolbenansatz 54 und Bohrungen 50, 38 wirkt
einerseits als Schutz gegen Absinken des Einpreßkolbens 12 im Falle
eines Druckausfalls der Hydraulik, da dann ein gewisser Druck auf
der Leitung 104 lediglich auf einen kleinen Differenzquerschnitt
zwischen Kolbenansatz 54 und Kolbenstange 60 wirkt
und in der Regel nicht ausreicht, um den Zustellkolben 34 zu
verschieben. Andererseits hat der Kolbenansatz 54 die Aufgabe,
den Einpreßkolben 12 gedrosselt
gegen seine obere Endlage fahren zu lassen.
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Der
Zustellkolben 34 ist über
eine Kolbenstange 60 (Durchmesser D3) mit einem Pneumatikkolben 62 verbunden,
der in einem Pneumatikzylinder 64 geführt ist. Pneumatikleitungen 66, 68 können über ein
Pneumatikventil 70 aus einer nicht dargestellten Druckluftquelle
mit Druckluft beaufschlagt werden und bewirken eine Bewegung des
Pneumatikkolbens 62 entweder in die dargestellt obere Endlage
oder in eine untere Endlage, in der sich auch der Zustellkolben 34 in
seiner unteren Endlage befindet.
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Zum
Ausgleich der Verdrängungswirkung der
Einpreßkolbenstange 14 ist
deren Durchmesser D5 entweder gleich dem Durchmesser D3 der Zustellkolbenstange,
oder aber es ist ein Druckspeicher für Hydraulikfluid an die Leitung 104 angeschlossen.
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Ein
Hydraulikaggregat, in diesem Beispiel eine mit einem Hydrauliktank 80 verbundene
Hydraulikpumpe 82, ist für die Betätigung der Einpreßvorrichtung
vorgesehen und über
nachfolgend erläuterte Druckflüssigkeitsleitungen
damit verbunden.
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Die
Hydraulikpumpe 82 ist saugseitig über eine Leitung 84 mit
dem Hydrauliktank 80 und abgabeseitig über eine Druckleitung 86 mit
einem Magnetventil 88 verbunden, welches in unterschiedliche Stellungen
schaltbar ist.
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Von
dem Magnetventil 88 verlaufen eine erste Rücklaufleitung 90 sowie
eine zweite Rücklaufleitung 92 zu
dem Hydrauliktank 80. Eine Druckleitung 94 verläuft von
dem Magnetventil 88 zu einem Anschluß 96 des Einpreßraums 20 im
oberen Endbereich des Einpreßzylinders 10.
Eine Rückhubleitung 98 verläuft von
dem Magnetventil 88 zu einem Anschluß 100 des Rückhubraums
im Bereich der ersten Stirnseite 16 des Einpreßzylinders 10.
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Der
Anschluß 96 des
Einpreßraums 20 ist ferner über eine
Leistung 102 bzw. zwei Zweigleitungen 102a, 102b mit
den Bohrungen 40, 42 des Zustellzylinders verbunden.
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Der
Anschluß 100 ist über eine
Leitung 104 bzw. zwei Zweigleitungen 104a, 104b mit
den Bohrungen 50, 38 des Zustellzylinders verbunden.
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Der
Zustellzylinder 28 ist so auf den Einpreßzylinder 10 abgestimmt,
daß ein
vollständiger
Hub des Pneumatikkolbens 62 und somit des Zustellkolbens 34 einen
Zustellhub des Einpreßkolbens 12 bewirkt,
der in 1 mit H angegeben ist. Zur Ausführung eines
solchen Zustellhubs wird das Pneumatikventil 70 in die
in 1 dargestellte Stellung gebracht, in der Druckluft
durch die Pneumatikleitung 66 in den oberen, jenseits der
Kolbenstange 60 befindlichen Druckraum 63 des
Pneumatikzylinders 64 gelangt. Bei der daraus resultierenden
Abwärtsbewegung
des Pneumatikkolbens 62 wird Luft aus dem Ringraum 65 zwischen
Kolbenstange 60 und Pneumatikzylinder 64 durch
die Pneumatikleitung 68 abgegeben. Hydraulikflüssigkeit
wird durch den Zustellkolben 34 über die Leitungen 102a, 102b bzw. 102 in den
Einpreßraum 20 gefördert, so
daß der
Einpreßkolben
nach unten bewegt wird. Wenn der Zustellkolben 34 seine
untere Endlage erreicht, wird zunächst die Bohrung 40 durch
den Zustellkolben 34 verschlossen, und danach wird auch
die Bohrung 42 durch die Nadel 44 verschlossen.
Diese zweistufige Schließung
des Zustellzylinders hat den Vorteil, daß der später während des Einpreßhubs wirkende
hohe Druck in dem Einpreßraum 20 lediglich
auf die kleine Stirnfläche
der Nadel 44 einwirkt, wobei eine relativ geringe Kraft
erzeugt wird, die durch den Pneumatikkolben 62 problemlos
aufgenommen werden kann. Durch diese Konstruktion wird kein eigenes
Absperrventil in der Leitung 102 benötigt.
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Nachdem
der Einpreßkolben 12 seine
Zustellposition erreicht hat, wird die Hydraulikpumpe 82 betätigt und
das Magnetventil 88 so geschaltet, daß Druckflüssigkeit über die Druckleitung 94 in
den Einpreßraum 20 gelangt.
Der Einpreßkolben 12 führt nun
seinen Einpreßhub
E aus, an dessen Ende er gegen die erste Stirnseite 16 des
Einpreßzylinders 10 oder
gegen einen in diesem Bereich (oder mit Abstand von der Stirnseite 16)
angebrachten Anschlag anstößt.
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Für den Rückhub wird
erneut der Pneumatikkolben 62 mit Druckluft beaufschlagt,
und zwar über die
Pneumatikleitung 68, nachdem das Pneumatikventil 70 umgeschaltet
worden ist. Der Pneumatikkolben 62 bewegt sich nach oben,
so daß sich
auch der Zustellkolben 34 nach oben bewegt und die Bohrung 40 sowie über die
Nadel 44 die Bohrung 42 öffnet. Hydraulikflüs sigkeit
strömt über die
Leitungen 102a, 102b bzw. 102 in den
Rückhubraum 22 des
Einpreßzylinders 10,
während
aus dem Einpreßraum
verdrängte
Hydraulikflüssigkeit
zum Teil über
die Leitungen 104 bzw. 104a, 104b in
den Zustellzylinder 28 und zum Teil über die Druckleitung 94 zurück in den Hydrauliktank 80 strömt, nachdem
das Magnetventil 88 entsprechend umgeschaltet worden ist.
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Nachdem
der Zustellkolben 34 seinen vollen Arbeitshub durchlaufen
hat, befindet sich der Einpreßkolben 12 noch
nicht in der in 1 dargestellten Ausgangsstellung,
sondern um einen dem Einpreßhub
E entsprechenden Abstand davon entfernt. Um diese Differenz auszugleichen,
muß die
Hydraulikpumpe 82 vor, während oder nach dem Rückhub des
Zustellkolbens 34 anlaufen und ein entsprechendes Volumen
an Hydraulikflüssigkeit
in den Rückhubraum 22 fördern.
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Der
Zustellzylinder 28 kann entweder, wie vorstehend beschrieben,
auf die Erfordernisse des Zustell- und Einpreßhubs des Einpreßzylinders
abgestimmt sein, oder er kann alternativ größer ausgebildet sein, als für die Ausführung des
Zustellhubs erforderlich ist. Im letzteren Fall ist das Ende des
Zustellhubs durch einen Kraftanstieg bei Beginn des Einpreßhubs gekennzeichnet,
wobei der pneumatische Druck für
die Durchführung
des Einpreßhubs nicht
ausreicht und der Einpreßkolben
zunächst
zum Stillstand kommt. Dies wird über
ein nicht dargestelltes Meßorgan
registriert, worauf eine Steuerung das Magnetventil 88 in
eine entsprechende Stellung bringt und die Hydraulikpumpe 82 in
Betrieb setzt, so daß der
Einpreßhub
eingeleitet wird. Bei einer derartigen Ausführungsform ist es zweckmäßig, in
der Leitung 104 ein Absperrventil vorzusehen, damit der
Zustellzylinder nicht mit dem hohen Einpreßdruck beaufschlagt wird, was
nur dann unproblematisch ist, wenn die Nadel 44 die Bohrung 42 verschließt.
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2 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Erfindung, bei der anstelle des Zustellzylinders ein Druckspeicher
vorgesehen ist, der unmittelbar mit Druckgas, z.B. Druckluft, beaufschlagt
wird. Diese Ausführung
zeichnet sich durch einen besonders einfachen Aufbau aus.
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2 zeigt
diese Ausführungsform
mehr im einzelnen. Ein Einpreßzylinder 10,
dessen Ausführung
dem ersten Ausführungsbeispiel
entspricht, wird durch eine Hydraulikpumpe 82, die Hydraulikflüssigkeit
aus einem Hydrauliktank 80 über eine Leitung 84 entnimmt, über eine
Druckleitung 86 und ein Magnetventil 88 sowie über eine
weitere Druckleitung 94 und einen Anschluß 96 mit
hydraulischem Druck zur Ausführung
eines Einpreßhubs
beaufschlagt.
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Ein
Zustellhub wird dadurch ausgeführt,
daß ein
Druckspeicher 120 über
ein Pneumatikventil 70 und eine Pneumatikleitung 66 mit
Druckluft beaufschlagt wird, wodurch in dem Druckspeicher 120 befindliche
Hydraulikflüssigkeit über eine
mit einem Rückschlagventil 122 versehene
Leitung 124 in den Einpreßraum 20 des Einpreßzylinders
gedrückt
wird. Das Magnetventil 88 ist dabei so geschaltet; daß keine
Hydraulikflüssigkeit über die
Druckleitung 94 in den Hydrauliktank 80 strömen kann.
Eine weitere, an den Speicher 120 angeschlossene Leitung 126 ist
in dieser Phase durch ein Rückschlagventil 128 verschlossen.
Die Rückschlagventile 122, 128 sind
so eingestellt, daß sie
in Sperrichtung zunächst
einen bestimmten, geringen Strömungsdurchsatz
zulassen, bevor sie schließen,
d.h. sie schließen
erst oberhalb eines vorgegebenen Mindestdurchsatzes. Alternativ
könnten
gesteuerte Ventile vorgesehen sein, die je nach Arbeitsphase (Zustell-,
Einpreß-
oder Rückhub)
geöffnet
oder geschlossen werden.
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Sowohl
beim Zustell- als auch beim Einpreßhub strömt die aus dem Rückhubraum 22 verdrängte Hydraulikflüssigkeit
durch eine Rückhubleitung 98 über das
Magnetventil 88 zurück
in den Hydrauliktank 80.
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Für den Rückhub fördert die
Hydraulikpumpe 82 über
das entsprechend geschaltete Magnetventil 88 Hydraulikflüssigkeit
in umgekehrter Richtung durch die Rückhubleitung 98, wobei aus
dem Einpreßraum 20 verdrängte Hydraulikflüssigkeit über die Druckleitung 124 zurück in den
Druckspeicher 120 gelangt. Bei hinreichend langsamer Ausführung des Rückhubs gelangt
das im Einpreßraum 20 befindliche
Hydraulikfluid vollständig über das
bei diesem Strömungsdurchsatz
noch geöffnete
Rückschlagventil 122 zurück in den
Druckbehälter 120,
wobei die im Vergleich zum Zustellhub vergrößerte Ölmenge, die sich aufgrund der
Ausführung
des Einpreßhubs
ergibt, über
die Leitung 126 in den Hydrauliktank 80 abfließt. Nach
Beendigung des Rückhubs
ergibt sich wiederum eine Konfiguration gemäß 2.
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- 10
- Einpreßzylinder
- 12
- Einpreßkolben
- 14
- Einpreßkolbenstange
- 16
- erste
Stirnseite
- 20
- Einpreßraum
- 22
- Rückhubraum
- 28
- Zustellzylinder
- 32
- Zustellzylinderbohrung
- 34
- Zustellkolben
- 38,
40
- Bohrung
- 42
- Bohrung
- 44
- Nadel
- 46
- untere
Stirnwand
- 50
- Bohrung
- 52
- zylindrischer
Abschnitt
- 54
- Kolbenansatz
- 56
- obere
Stirnwand
- 58
- Feder
- 60
- Kolbenstange
- 62
- Pneumatikkolben
- 63
- Druckraum
- 65
- Ringraum
- 66,
68
- Pneumatikleitung
- 70
- Pneumatikventil
- 80
- Hydrauliktank
- 82
- Hydraulikpumpe
- 84
- Leitung
- 86
- Druckleitung
- 88
- Magnetventil
- 90,
92
- Rücklaufleitung
- 94
- Druckleitung
- 96
- Anschluß
- 98
- Rückhubleitung
- 100
- Anschluß
- 102
- Leitung
- 102a,
b
- Zweigleitung
- 104
- Leitung
- 104a,
b
- Zweigleitung
- 120
- Druckbehälter
- 122
- Rückschlagventil
- 124
- Druckleitung
- 126
- Leitung
- 128
- Rückschlagventil
- E
- Länge des
Einpreßhubs
- H
- Länge des
Zustellhubs
- L
- Summe
aus E und H