DE2232709A1

DE2232709A1 - Betaetigungs- oder kraftverstaerkungseinrichtung

Info

Publication number: DE2232709A1
Application number: DE2232709A
Authority: DE
Inventors: Roger Keith Taylor
Original assignee: TOURDELOS Ltd
Current assignee: TOURDELOS Ltd
Priority date: 1971-07-05
Filing date: 1972-07-04
Publication date: 1973-01-18
Also published as: DE2232709C2; ES404569A1; NO138227B; DD97730A5; NL7209402A; BR7204435D0; SU473374A3; EG11074A; NO138227C; GB1401963A; CA981151A; FI57652C; IL39813A; ZA724559B; AU4418172A; IT965883B; FI57652B; FR2144799A1; CH574575A5; SE386487B

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungs- oder Kraftverstärkungseinrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung dieser Art zu schaffen, welche die zuverläßige, einfache Verstärkung einer mechanischen Kraft ermöglicht, wobei insbesondere auch vorgesehen sein soll, daß die Kraft, die durch die Betätigungseinrichtung verstärkt abgegeben wird, nicht streng linear von der aufgebrachten Kraft abhängt, so daß es beispielsweise ermöglicht wird, in Schmiedegesenken auf einem Teil des Gesenkhubes mit geringem Verstärkungsgrad und auf dem anderen, die Verformung des Werkstückes bewirkenden Teil mit hohem Verstärkungsgrad zu arbeiten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Zylinder, einen in dem Zylinder gleitbeweglichen Kolben, eine

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Kolbenstange, und innerhalb des Zylinders angeordnete Einrichtungen zur Kraftverstärkung, welche zwischen dem Kolben und der Kolbenstange Kraft übertragen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Einrichtung zur Kraftverstärkung ein mechanisches Gestänge aufweisen, beispielsweise einen Scherenspreizer- oder Kniehebelmechanismus. Bei einem Kniehebelmechanismus kann das Ausmaß der mechanischen Verstärkung während des Kolbenhubes, also das mechanische Vorrücken, variieren. Dabei kann es vorgesehen sein, daß nur in einem bestimmten Abschnitt des Kolbenhubes eine positive, mechanische Kraftverstärkung stattfindet, während der Mechanismus an einem oder an beiden Enden des Kolbenhubes blockiert oder verriegelt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der verschiedene Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt, bzw. zeigen:

Fig. 1 eine erste Betätigungseinrichtung in seitlicher Schnittdarstellung;

Fig. 2 eine zweite Betätigungseinrichtung in\ seitlicher Schnittdarstellung;

Fig. 3 eine dritte Betätigungseinrichtung in seitlicher Schnittdarstellung;

Fig. 4A, 4B und 4C seitliche Schnittdarstellungen einer vierten Betätigungseinrichtung, bei denen der Kolben in seiner Hubbewegung oben, in der Mitte und unten gezeigt ist;

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Fig. 4D die vierte Betätigungseinrichtung in aufgeschnittener perspektivischer Darstellung;

Fig. 4E eine ähnliche Darstellung, wie in Fig. 4A, jedoch in vergrößertem Maßstab, wobei die Stellungen der Betätigungseinrichtungskomponenten während der Bewegung des Kolbens zu erkennen sind;

Fig. 4F eine Auftragung der Kolbenverschiebung χ gegen die Kolbenstangenverschiebung y in linearem Maßstab;

Fig* 5A und 5B seitliche Schnittdarstellungen einer fünften Betätigungseinrichtung; und

Fig. 6 eine sechste Betätigungseinrichtung in seitlicher Schnittdarstellung.

In der Beschreibung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Betätigungseinrichtung mit einem Kolben 1 in einem Zylinder 2, wobei der Kolben mittels einer an seiner Unterseite befindlichen öse 3 mit einem Ende eines Scherenspreizgestänges 4 verbunden ist. Der Scherenspreizer 4 weist zweieinhalb rhombische Abschnitte auf, wobei an den freien Enden Stifte angeordnet sind, die mit einer Nut 5 in einer Endplatte 6 des Zylinders in Gleiteingriff stehen. Eine Kolbenstange 7 der Betätigungseinrichtung geht durch die Endplatte 6 hindurch und steht mit dem Scherenspreizer 4 an seinem am weitesten unten gelegenen Schwenkpunkt in VerbindungΓ Der Zylinder 2 weist Bohrungen 8,9 für das Arbeitsfließmittel auf, welche zwischen den Grenzen des Hubweges des Kolbens 1 angeordnet sind.

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Wie Fig. 2 zeigt, weist das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung einen einfachwirkenden Kolben 1 auf, innerhalb dessen Schurz 10 ein Hilfskolben 11 gleitet, der an der Kolbenstange 7 befestigt ist. Die Kolbenstange geht durch eine Dichtung 12 im Kopf des Kolbens 1 hindurch. Ein Zwischenraum 13 zwischen dem Ende des Zylinders 2, dem ringförmigen Rand des Schurzes und dem Kopf des Kolbens 1 enthält hydraulisches Fließmittel. Ein Zwischenraum 14 zwischen dem anderen Ende des Zylinders 2 und dem Kopf des Kolbens 1 weist eine Bohrung 8 für Arbeitsfließmittel auf. Wegen der Flächendifferenz zwischen dem Kopf des Kolbens 11 und dem ringförmigen Rand des Schurzes bewirkt eine auf den Kopf des Kolbens 1 aufgebrachte Kraft eine wesentlich vergrößerte Kraft am Kopf des Kolbens 11, wodurch die auf die Kolbenstange 7 aufgebrachte Kraft verstärkt wird. Um zu ermöglichen, daß Luft aus dem Zwischenraum zwischen den Kolben entweicht, geht eine nicht gezeigte axiale Luftleitung durch die Kolbenstange 7 zur Außenseite des Zylinders. Eine Druckfeder (ebenfalls nicht dargestellt) ist axial zwischen den beiden Kolben angeordnet und trennt sie voneinander, wenn von der Bohrung 8 der Arbeitsdruck abgenommen wird.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung wird der Kolben 1 zwangsweise auf einem groben Sägeprofilgewinde auf der Kolbenstange 7 gleitend geführt, ohne daß er relativ zum Zylinder 2 rotiert. Die Kolbenstange steht mit der unteren Endplatte des Zylinders über ein Gewinde mit relativ geringer Steigung in Eingriff. Zwischen der Kolbenstange, dem Kolben und der unteren Endplatte sind die Dichtungen 12 vorgesehen. Der Zylinder 2 weist Bohrungen oder öffnungen für das Arbeitsfließmittel auf, welche außerhalb der Grenzen des Hubweges des Kolbens 1 angeordnet sind. Eine Drehung der Kolbenstange 7, welche durch den herunterkommenden Kolben 1 hervorgerufen wird, schraubt die Kolbenstange 7 durch die Endplatte nach außen. Der Gangunterschied zwischen den beiden

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Gewinden bewirkt, daß eine auf den Kolben aufgebrachte Kraft während der übertragung auf die Kolbenstange verstärkt wird. Die Steigung des Endplattengewindes wird üblicherweise so gewählt, daß eine Bewegung der Kolbenstange nur durch die Aufbringung eines Druckes auf den Kolben bewirkt werden kann.

Das in den Fig. 4A - 4D gezeigte vierte Auführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung zeichnet sich durch einen Kniehebelmechanismus aus, der so angeordnet ist, daß die Kraftverstärkung während des Hubes in der Weise geändert werden kann, daß die Kraftverstärkung nahe dem Ende . des Arbeitshubes, wenn der Kolben sich dem unteren Ende des , Zylinders nähert, groß ist, während die Kraftverstärkung wäh- * rend des ersten Abschnittes des Arbeitshubes klein oder sogar » negativ ist. Eine derartige Betätigungseinrichtung läßt sich ; beispielsweise bei einem Stempel verwenden, bei dem der obere

Teil des Hubes lediglich dazu dient, einen gewissen Spielraum j zu schaffen, um es zu ermöglichen, daß werkstücke in das Ge- : senk eingeführt und aus diesem herausgeführt werden können.

\ Wie die Fig. 4A - 4D zeigen, ist innerhalb des Zylinders

2 der Kolben 1 gleitbar angeordnet. Die untere Endplatte des Zylinders stützt gleitbeweglich die Kolbenstange 7 ab. Mit dem

oberen Ende der Kolbenstange 7 sind zwei Dreieckplatten 17

schwenkbeweglich verbunden, welche wiederum über eine Verbindungsstange 16 mit dem Kolben 1 und über zwei Schwinghebel 18 mit der unteren Endplatte 6 in Verbindung stehen.

Wie die Fig. 4E und 4F zeigen, ist die Verbindungsstange ^! 16 durch den Schwenkpunkt E mit dem Kolben 1 und durch den Schwenkpunkt D mit den Dreieckplatten 17 gekoppelt. Die Dreieckplatten 17 sind mit der Kolbenstange 7 durch den Schwenkpunkt B und mit den Schwinghebeln 18 durch den Schwenkpunkt A verbunden. Die

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Schwinghebel 18 sind an der Endplatte 6 mittels des Schwenkpunktes C angelenkt. Wenn der Kolben 1 herunterkommt, bewegt sich der Schwenkpunkt E in die Position E'. Dabei drehen sich die Dreieckplatim 17 in Uhrzeigerrichfeung, so daß der Schwenkpunkt D in die Position D¹ einer Bahn 19 folgt, die in Fig. 4E dargestellt ist. Der Schwenkpunkt A bewegt sich zuerst nach links und dann nach rechts, und zwar entlang einer Bahn 20 in die Position A¹. Dabei-bewegt sich der Schwenkpunkt B, das obere Ende der Kolbenstange 7, herunter in die Position B¹.

Es ist zu beachten, daß die Position A¹ eine Stellung bedeutet, bei der die Schwinghebel 18 sich nahezu quer zur Achse der Kolbenstange 7 bewegen. Würden sie dies tun, so würde die Kolbenstange natürlich durch eine überzentrierende Wirkung verriegelt. Es hat sich tatsächlich geneigt, daß sich dann, wenn bei der in den Fig. 4A - 4D beschriebenen Betätigungseinrichtung der Winkel θ kleiner als 10° ist, die Kolbenstange durch Reibung blockiert wird, ungeachtet dessen, daß eine überzentrierende Wirkung nicht tatsächlich stattfindet.

Es ist auch zu beachten, daß das obere Ende der Bahn 19 eine deutliche Abwärtswendung in Richtung auf einen nur wenig links vom Punkt D gelegenen Punkt ausführt. Um zu verhindern, daß die Betätigungseinrichtung in unerwünschter Weise dadurcH blockiert wird, daß der Schwenkpunkt D sich weiter nach links bewegt als es in Fig. 4E gezeigt ist, ist es erforderlich, einen Kolbenanscha/Lg vorzusehen, um die Bewegung des Kolbens zu begrenzen. Typischerweise dient als Kolbenanschlag eine Anschlagfläche an der oberen Endplatte des Zylinders 2.

Fig. 4Fzeigt eine diagrammartige Darstellung der Kolbenverschiebung χ gegen die Kolbenstangenverschiebung y für drei verschiedene Längen der Schwinghebel 18. Als Ursprungspunkt der

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graphischen Darstellung ist das obere Ende des Hubes gewählt. Wie zu erkennen ist, eigLbt sich aus allen drei Kurven, daß die Kolbenstange 7 sichfoährend des ersten Teiles eines Abwärtshubes des Kolbens schneller als der Kolben bewegt,, jedoch zum Ende des Kolbenhubes hin sich wesentlich langsamer bewegt als der Kolben, und daß eine große Kraftverstärkung erzielt wird« Dies zeigt sich auch aus den Relativstellungen des Kolbens und der Kolbenstange, wie sie in den Fig. 4A - 4C zu ersehen sind. Es ist klar, daß das Verhältnis AC:AB je nach den verschiedenen Anwendungszwecken der Betätigungseinrichtungen Variiert werden kann. Die Kurve Nr. 3 stellt einen Spezialfall dar, bei dem die zweite Hälfte des Kolbenhubes keine Kolbenstangenbewegung bewirkt.

In den Fig. 5A und 5B ist ein fünftes Äusführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung gezeigt, welches eine Modifikation des vierten Ausführungsbeispieles darstellt. Die Schwinghebel 18 sind von den Dreieckplätten 17 befreit, so daß während des größten Teiles des Kolbenhubes keine Kraftverstärkung stattfindet. Die Dreieckplatten 17 ruhen auf Schufcern 23, die an der Kolbenstange 7 ausgebildet sind. Eine Zugfeder 21 dient dazu, die Verbindungsstangen 16 und die Dreieckplatten

17 korrekt zu positionieren. Lediglich zum Ende des Kolbenhubes hin kommen Ausschnitte 24 in den Dreieckplatten 17 mit einem Stift in Eingriff, der durch die oberen Enden der Schwinghebel

18 getragen wird. Nachdem dieser Kontakt hergestellt ist, ist der restliche Teil des Abwärtshubes identisch mit den Verhältnissen, wie sie in Verbindung mit den Fig. 4E und 4 F beschrieben wurden. Wenn der Kolben zurückgezogen wird, kehrt der Kniehebelmechanismus zurück, bis die Ausschnitte 24 außer Eingriff kommen. Dann sorgt eine Feder 22 dafür, daß der Stift durch die Schwinghebel 18 mit der Kolbenstange 7 in Kontakt gehalten wird, um während des nächsten Abwärtshubesdes Kolbens wieder in Eingriff zu kommen.

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Die Stabilität des Kolbens kann in der Praxis entweder durch einen Kolbenschurz oder durch das Zusammenkoppeln zweier Kolben verbessert werden.

Bei einer weiteren Abwandlung (nicht dargestellt) der in den Fig. 4A - 4D beschriebenen Betätigiigseinrichtung sind in den Dreieckplatten 17 anstelle der Ausschnitte 24, die in Fig. 5A gezeigt sind, langgestreckte Schlitze vorgesehen.

In Fig. 6 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung gezeigt, welches eine weitere Abwandlung des vierten Ausführungsbeispieles darstellt und insbesondere für schwerere Belastungen geeignet ist. Das innere Ende der Kolbenstange 7 ist vergrößert, um einen Lagerzapfen 25 mit großem Durchmesser aufnehmen zu können. Der Lagerzapfen 25 trägt exzentrisch einen kleineren Zapfen 26, der als Schwenkpunkt für die oberen Enden der Schwinghebel 18 dient. Der Lagerzapfen 25 mit größerem Durchmesser ist starr mit zwei Zwischenhebeln 17 verbunden. Die Zwischenhebel 17 wiederum sind schwenkbeweglich mit der Verbindungsstange 16 gekoppelt. Wegen der sehr kleinen Versetzung des ZArums des Zapfens 26 vom Zentrum des Zapfens 25 ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine besonders große Kraftverstärkung gewährleistet. Die Schwinghebel 18 sind mit der unteren Endplatte des Zylinders 2 an einem Punkt verbunden, der relativ zur Kolbenstange 7 versetzt ist. Hierdurch ist es möglich, einen einzigen, durchgehenden Zapfen an diesem Punkt zu verwenden.

Wenn auch die beschriebenen sechs Ausführungsbeispiele ■

der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung in erster Linie _;

für pneumatischen Betrieb gedacht sind, so liegt es doch inner- j

halb des Erfindungsgedankens, die Betätigungseinrichtungen j

auch hydraulisch zu verwenden, insbesondere bei verhältnismäßig ! geringen hydraulischen Drücken.

209883/080? _ Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche

' i). Betätigungseinrichtung, gekennzeichnet durch einen Zylinder (2), einen in dem Zylinder gleitbeweglichen Kolben (1), eine Kolbenstange (7), und innerhalb des Zylinders angeordnete Einrichtungen zur Kraftverstärkung, welche zwischen dem Kolben und der Kolbenstange Kraft übertragen.
2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ! kennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kraftverstärkung ein me- ) chanisches Gestänge (4) aufweist.
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3. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge ein Scherenspreizer (4) ist.
i[ 4. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge-■ kennzeichnet, daß das Gestänge ein Kniehebelmechanismus ist, \ durch den während des Kolbenhubes die mechanische Kraftverstärkung variiert wird.
5. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge ein Kniehebelmechanismus ist, bei dem nur während eines Teiles des Kolbenhubes ein positives, mechanisches Vorrücken und damit eine positive, mechanische Verstärkung erfolgt.
6. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge ein Kniehebelmechanismus ist, der an einem oder an beiden Enden des Kolbenhubes blockiert.
7. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kraftverstärkung eine hydraulische Anordnung (1,11,13,14,10) mit unterschiedlichen Kolbenflächen aufweist, bei der ein v/eiterer Kolben (Ii) , der durch

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die Kolbenstange (7) getragen wird, innerhalb eines Schurzes (10) des Hauptkolbens (1) gleitbar angeordnet ist.
8. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kraftverstärkung zwei an der Kolbenstange (7) vorgesehene Gewinde mit unterschiedlicher Steigung aufweist, wobei ein Gewinde mit dem Kolben (1) und das andere Gewinde mit einem relativ zum Anker festgelegten Teil in Eingriff steht.

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