DE2154174A1

DE2154174A1 - Kombinierter pneumatischer und hydraulischer Zylinder

Info

Publication number: DE2154174A1
Application number: DE19712154174
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-10-30
Filing date: 1971-10-29
Publication date: 1972-05-10
Also published as: CA923790A; JPS5289587U

Description

"Kombinierter pneumatischer und hydraulischer Zylinder" Die Erfindung bezieht -sich auf einen kombinierten pneumatischen und hydraulischen Zylinder, wie er vorzugsweise in Verbindung mit elektrischen Widerstandsschweißmaschinen verwendet wird, wo ein hoher Druck an der Elektrode während eines vergleichsweise kurzen Hubes benötigt wird. Derartige Arbeitsbedingungen können beispielsweise in Verbindung mit sOlchen Arbeitsvorgängen wie Lochen, Verformen, Nieten, Verklammern usw. gefunden werden.
Die Hauptaufgabe, die dieser Erfindung zugrunde lag, bestand darin, einen vergleichsweise kleinen Zylinder zu konstruieren, der die obengenannten Forderungen erfüllt und somit einen sehr großen rund mit hohem Druck arbeitenden Zylinder ersetzt, der sonst erforderlich wäre.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Zylinder der eingangs geschilderten Art gelöst durch einen Druckverstärkungskolben mit einer Kolbenstange, auf die Druckluft einwirkt, und einen unteren Kolben mit einer unteren Kolbenstange, auf die ein hydraulisches Medium einwirkt, wobei die Kolbenstange Druck auf eine eingeschlossene, auf den unteren Kolben drückende Flüssigkeitsmenge ausübt, um den Enddruck auf die untere Kolbenstange durch Hinzufügen des pneumatischen Druckes des Druckverstärkungskolbens zu verstärken.
Der erfindungsgemäße Zylinder erfüllt die an ihn gestellten obengenannten Anforderungen. Er weist darüberhinaus viele andere Vorteile auf, die aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung deutlich werden. Der erfindungsgemäße Zylinder zeichnet sich insbesondere durch einen neuen und wirkungsvollen Druckverstärkungsmechanismus aus, der aus zwei getrennten Kolben innerhalb eines Zylinders besteht, wobei einer dieser beiden Kolben den Druck an die Elektrode weitergibt, während der andere diesen Druck durch Beaufschlagung eines zusätzlichen Druckes auf den ersgenannten Kolben verstärkt.
Nähere Einzelheiten der Erfindung und zweckmäßige Weiterbildungen werden arhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben und erläutert, die einen erfindungsgemäßen kombinierten Zylinder in der Seitenansicht, teilweise im Schnitt zeigt.
Das Ausführungsbeispiel weist ein zylinderförmiges Gehäuse 1 auf, dessen oberes Endstück durch einen ortsfesten Endstopfen 2 und dessen unteres Endstück durch einen ortsfesten Verschlußstopfen 4 abgeschlossen ist. Der Innenraum des Gehäuses 1 ist durch einen weiteren ortsfesten Stopfen 3 in zwei Kammern geteilt, eine obere Kammer 5 wld eine untere Kammer 6.
Der Endstopfen 2 ist mit einem zentralen Drucklufteinlaß 7 versehen, durch welchen Druckluft eingeführt wird, die einen oberen Kolben - im folgenden als Druckverstärkungskolben 8 bezeichnet - beaufschlagt, der in der Kammer 5 angeordnet ist, Der Druckverstärkungskolben 8 weist eine ringförmige Dichtung 9 und eine Kolbenstange 1O auf. Diese Kolbenstange 10 ragt teilweise in den weiteren Stopfen 3 hinein, und zwar im Gleitsitz durch eine Bohrung in diesem Stopfen. Im weiteren Stopfen 3 sind ringförmige Dichtungen Ii vorgesehen, die die Kolbenstange 10 und den weiteren Stopfen 3 gegen Leckverluste abdichten.
Eine Eintrittsöffnung 12 für ein hydraulisches Medium durchstößt die Wandung des Gehäuses 1, führt durch den weiteren Stopfen 3 hindurch und endet in einem kleinen Flüssigkeitsraum 13. Der weitere Stopfen 3 weist darüberhinaus eine weitere Eintrittsöffnung 25 für Druckluft auf, durch die Druck für den Rückhub des Druckverstärkungskolbens 8 gegeben werden kann.
Die untere Kammer 6 enthält einen unteren Kolben 14 mit einer ringförmigen Dichtung 15 und einer unteren Kolbenstange 16, die durch den Verschlußstopfen 4 aus dem Gehäuse 1 herausragt. Eine ringförmige Dichtung 17 verhindert Leckverluste am Umfang der Kolbenstange 16 und eine gleichartige Dichtung 18 verhindert Leckverluste an der Wandung des Verschlußstopfens 4.
Eine Hilfsvorrichtung für den vorstehend beschriebenen, in dem Gehäuse 1 untergebrachten Zylinder besteht aus einer Kombination eines pneumatisch und hydraulisch betriebenen Zylinders 19. Dieser Zylinder ist an beiden Enden abgeschlossen und enthält einen Kolben 22, der eine ringförmige Dichtung 23 aufweist. Durch eine zentrisch angeordnete Eintrittsöffnung 21 an einem Ende des Zylinders 19 wird die eine der beiden Flächen des Kolbens 22 mit Druckluft beaufschlagt.
Der Raum 27 oberhalb der entgegengesetzten Fläche des Kolbens 22 ist mit einem hydraulischen Medium gefüllt, das über einen Ausgang 20 am anderen Ende des Zylinders 19 entweichen kann. Dieser Ausgang 20 ist über eine Rohrleitung 24 mit der Eintrittsöffnung 12 in dem Gehäuse 1 verbunden.
Durch eine Lufteintrittsöffnung 26 in dem Gehäuse 1 wird Druckluft für den Rückhub des unteren Kolbens 14 eingeleitet. Der in dem Gehäuse 1 untergebrachte Zylinder und der Zylinder 19, welche durch ein in der Zeichnung nicht dargestelltes übliches Vierwegeventil gesteuert werden, arbeiten in der folgenden Weise: Druckluft wird durch die Eintrittsöffnung 21 auf den Kolben 22 gegeben. Dieser Kolben 22 drückt auf das hydraulische Medium in dem Raum 27 und läßt dieses Medium durch die Rohrleitung 24 in den Flüssigkeitsraum 13 fließen, wo es den unteren Kolben 14 beaufschlagt, so daß dieser das zu schweißende Metall über die untere Kolbenstange 16 kontaktiert und Druck auf es ausübt. Nachdem der Kontakt hergestellt ist, wird durch den Drucklufteinlaß 7 Druckluft eingeführt, die den Druckverstärkungskolben 8 zwingt, sich nach unten gegen den unteren Kolben 14 zu bewegen, so daß die Kolbenstange 10 das weitere Einfließen des hydraulischen Mediums unterbricht und von diesem Zeitpunkte ab einen zusätzlichen Druck auf das sich oberhalb des unteren Kolbens 14 befindliche Medium und infolgedessen auf die Kontaktstelle ausübt.
Die folgende Rechnung, die die obengenannten Ergebnisse bestatigen soll, ist lediglich beispielhaft und soll die Erfindung nicht auf die hier verwendeten Abmessungen beschränken.
Wenn sich der Druckverstärkungskolben 8 vorwärts bewegt, wird der Raum mit dem hydraulischen Medium abgedichtet und daraufhin wächst der innere Druck direkt proportional nach folgender Formel: Fläche des Kolbens 8 x Fläche des Kolbens 14 Fläche der Kolbenstange 10 Der Durchmesser des Druckverstärkungskolbens betrage 49 mm.
Dann ist seine Fläche 19,1 cm2.
Der Durchmesser des unteren Kolbens betrage 51 11L.
Dann ist seine Fläche 20,3 cm2.
Der Durchmesser der Kolbenstange des Druckverstärkerkolbens betrage 19 mm.
Dann ist seine Fläche 2,85 cm2.
Die Druckluftzufuhr betrage 7 at.
Nach Einsetzen dieser Zahlen in die obige Formel ergibt sich für die Kraft an dem Schweißpunkt 19,1 x 20,3 x 7 at = 952 kp.
2,85 Die Länge des Hochdruckhubes ist direkt proportional zu dem Weg des Druckverstärkungskolbens, nachdem der Flüssigkeitsraum abgedichtet worden ist, dividiert durch den FalLtor Fläche des Kolbens 14 = 20t3 = 7,1.
Fläche der Kolbenstange 10 2,85 Nimmt man an, daß der Weg nach Abdichtung des Flüssigkeitsraumes 38 mm betrage, so errechnet sich die Länge des Hochdruckhubes zu 38 = 5135 mm.
7,1 Die Rückbewegung beider Kolben in ihre Startposition geschieht im großen und ganzen durch eine übliche Einrichtung, die aus einem Vierwege-Luftventil in Kombination mit einem Zeitverzdgerungsventil besteht, die die Kammern über dem Druckverstärkungskolben und dem Zylinder 19 entlüften.
Außer dem Vorteil der kleinen Baugröße des Erfindungsgegenstandes und der Eliminierung von Hochdruckleitungen und der daraus folgenden hohen Kosten für Kontrolleinrichtungen und Wartung werden durch die Benutzung des Erfindungsgegenstandes weitere Vorteile gewonnen, wie beispielsweise die folgenden: a) der niedrige anfängliche Kontaktdruck auf die Elektrode im Vergleich zu dem hohen Enddruck führt zu einer beträchtlichen Verminderung der Gefahr, die durch das auftreten des sogenannten mushrooming verursacht wird.
b) Die geringe Höhe der Dichtungsreibung infolge der besonderen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes erlaubt eine sehr hohe Geschwindigkeit in der Druckbeaufschlagung.
c) Da das hydraulische Medium von Anfang an die Kolbenstange zu der Kontaktstelle bewegt, steht der voll verwendbare Hochdruckhub in jeder Position innerhalb des Weges der Stange zur Verfugung.
d) Bei Verwendung des Erfindungsgegenstandes werden Hochdruckleitungen vermieden, wodurch die Gefahrenmerkmale einer derartigen Einrichtung eliminiert werden und der erfindungsgemäße Zylinder einen wertvollen Sicherheitsfaktor für das Personal, das an oder in der Nähe der Hochdruckschweißapparatur arbeitet, darstellt.

Claims

A n s p r ü c ii e

f1. Kombinierter pneumatischer und hydraulischer Zylinder, gekennzeichnet durch einen Druckverstärkungskolben (8) mit einer Kolbenstange (10), auf die Druckluft einir:;t, und einen unteren Kolben (14) mit einer unteren Kolbenstange (16), auf die ein hydraulisches Medium einwirkt, wobei die Kolbenstange Druck auf eine eingeschlossene, auf den unteren Kolben drückende Flüssigkeitsmenge ausübt, um den Enddruck auf die untere Kolbenstange durch Hinzufügen des pneumatischen Druckes des Druckverstärkungskolbens zu verstärken.
2. Kombinierter pneumatischer und hydraulischer Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder ein zylindrisches Gehäuse (1) besitzt, dessen eines EndstUck durch einen ortsfesten Endstopfen (2) mit einem Drucklufteinlaß (7) verschlossen ist, daß der Druckverstärkungskolben (8), der eine ringförmige Dichtung (9) an seinem Umfang und eine zentrale Kolbenstange (10) aufweist, unterhalb des ortsfesten Endstopfens angeordnet ist, daß innerhalb des Gehäuses und räumlich von dem Endstopfen getrennt ein weiterer ortsfester Stopfen (3) vorgesehen ist, der eine zentrale Bohrung für den Durchtritt der Kolbenstange (10), eine Eintrittsöffnung (12) für ein hydraulisches Medium, die in einem Flüssigkeitsraum (13) endet, der an die zentrale Bohrung angrenzt und zu ihr hin offen ist, und eine weitere Eintrittsöffnung (25) fUr den Druck zur Rückbewegung des Druckverstärkungskolbens aufweist, daß ferner der untere Kolben (14), der eine ringförmige Dichtung (15) an seinem Umfang und eine zentrale untere Kolbenstange (16), die aus dem Gehäuse herausragt, aufweist, unterhalb des weiteren Stopfens (3) angeordnet ist, daß ein ortsfester Verschlußstopfen (4) mit einer zentralen Bohrung für den Durchtritt der unteren Kolbenstange (16) und mit ringförmigen Dichtungen (17 u. 18) an der Innenwandung der Bohrung und am Umfang des unteren Kolbens an dem anderen Endstück des Gehäuses (1) vorgesehen ist, daß die Wand des Gehäuses eine Lufteintrittsöffnung (26) für die Rückbewegung des unteren Kolbens aufweist und daß schließlich die vorgenannten Zylinderteile räumlich so zueinander angeordnet sind, daß der mit Druckluft beaufschlagte Druc1r-erstärlrungsirolben (8) tlach Beaufschlagung dei vlnteren Kolbens (14) mit hydraulischem Druck mittels seiner Kolbenstange (10) die DruckfUssigkeit oberhalb des unteren Kolbens absperrt und einschließt, so daß die kombinierten Drücke des pneumatischen Druckes auf den Druckverstärkungskolben und des hydraulischen Druckes auf den unteren Kolben den Enddruck des Zylinders bilden.
3. Kombinierter pneumatischer und hydraulischer Zylinder nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Korlbination mit einem Druckluftsystem, einem Druckflüssigkeitcystem, in welchem die Druckflüssigkeit durch Druckluft komprimiert wird, einer verzögertell Betriebsablaufsteuerung und einem Vierwege-Luftdruck-Streuerventil.