DE2311713A1

DE2311713A1 - Pneumatische schlag- oder stossvorrichtung

Info

Publication number: DE2311713A1
Application number: DE19732311713
Authority: DE
Inventors: Bertil Waldemar Sundin
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1972-03-10
Filing date: 1973-03-09
Publication date: 1973-09-20
Also published as: GB1418745A; JPS492173A; IT977540B; FR2175781B1; FR2175781A1; DE2311713C3; JPS5748290B2; DE2311713B2; SE354220B

Description

Dipl.-Ing, W. Beyer Dipl.-Wirtsch» Ing. B. Jochem

6 Frankfurt am Main Freiherr-vom-Stein-Str. 18

Anm. :

Atlas Copco Aktiebolag
Nacka / Schweden

Pneumatische Schlag- oder Stoßvorrichtung·

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Schlag- oder Stoßvorrichtung, bestehend aus einem Zylindergehäuse mit einem Vortriebszylinderraum und einer Kolbeneinheit, zu der ein darin hin- und hergehend geführter Antriebskolben sowie eine Kolbenstange gehört, wobei der Antriebskolben und die Kolbenstange relativ zueinander verschieblich, aber mit zusammenwirkenden, kraftübertragenden Anlageflächen versehen sind, über welche der ^Antriebskolben die Kolbenstange während des Arbeitshubs antreibt.

Derartige Vorrichtungen werden bei der Metallbearbeitung, z.B. beim Stanzen, Abscheren oder Schmieden gebraucht. Eine Vorrichtung der bezeichneten Art ist in dem> schwedischen Patent 159 289 beschrieben, welches dem britischen Patent 717 518 entspricht.

Bei Schlagvorrichtungen dieses Typs ist es erwünscht, die wirksame Fläche des Antriebskolbens zu vergrössern, um eine stärkere Antriebskraft und bessere Beschleunigung zu er-

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halten. Eine -schnellere Beschleunigung wiederum eröffnet die Möglichkeit, den Arbeitshub zu verkürzen. Daraus erwächst der Vorteil, daß einfachere Werkzeuge mit kürzeren Gleitflächen benutzt werden könnten. Bei Schlagvorrichtungen der genannten vorbekannten Art ist dies nicht möglich, weil dort der Antriebskolben bestimmungsgemäß nicht nur die Kolbenstange während des Rückhubs antreibt, sondern auch bei unbelastet ausgeführten Schlagen (Leerschlägen) kinetische Energie von der Kolbenstange auf das Zylindergehäuse übertragen muß. Wenn man unter diesen Voraussetzungen den Antriebskolben vergrösserte, würde er untragbaren Belastungen ausgesetzt werden·

Es ist außerdem erwünscht _t das Gewicht aller während des Arbeitshubs beschleunigten Teile zu verringern, um auch auf diese Weise eine schnellere Beschleunigung und einen kürzeren Hub zu erreichen. .

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schlagvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine größere wirksame Koibenfläche und ein geringeres Gesamtgewicht der hin- und hergehend angetriebenen Teile aufweist, wobei aber weder der Antriebskolben noch irgend ein anderes Teil unzulässig hohen Beanspruchungen ausgesetzt ist.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine im Schutzanspruch gekennzeichnete Vorrichtung gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Startstellung, also vor dem Arbeitshub; Fig.

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die Vorrichtung nach Fig. 1 während des Arbeitchubs, undzwar im Augenblick, bevor das Werkzeug auf das Werkstück trifft; Fig. 3 die Vorrichtung nach Fig. l'und 2 nach Beendigung des bezweckten Arbeitsvorganges und Einleitung des Rückhubs.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Zylindergehäuse 1 und einer Kolbeneinheit 2, die hin- und hergehend in dem Gehäuse geführt ist. Das Zylindergehäuse 1 umfasst einen Vortriebszylinderraum 3, einen Laderaum 4, einen Rücktriebszylinderraum 5 und einen Verzögerungsraum 6, welch letzterer die Aufgabe hat, am Ende des Arbeitshubs kinetische Energie der Kolbeneinheit 2 zu absorbieren.

Die Kolbeneinheit 2 besteht aus einem Antriebskolben 7, einer Kolbenstange 8 und einem Werkzeug 9. Dieses Werkzeug ist am vorderen Ende der Kolbenstange 8 fest angebracht. Die Kolbenstange und der Antriebskolben 7 sind in axialer Richtung relativ zueinander verschieblich. Zu diesem Zweck hat der Antriebskolben 7 eine zentrale Bohrung 2o, durch welche sich die Kolbenstange erstreckt. Um eine Vortriebskraft auf die Kolbenstange zu übertragen, hat der Antriebskolben 7 eine vordere Anlagefläche 12, welche mit einer hinteren Schulter 11 an der Kolbenstange zusammenwirkt. Wenn der Antriebskolben 7 durch Druckluft vorwärts bewegt wird, kommt die Fläche 12 zur Anlage an der Schulter 11 und trägt die Kolbenstange 8 und das Werkzeug 9 vorwärts in Richtung auf ein zu bearbeitendes Werkstück 13, z.B. ein Blech oder eine Plat-,ine. Durch die vorgesehene Zusammenwirkung über Anlagefläche 12 und Schulter 11 ist die Kolbenstange 8 relativ zum Antriebskolben frei verschieblich. (Zur Vereinfachung der Zeichnung sind das Werkzeug 9 und der Werkstückträger nur schematisch gezeichnet,)

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Ein im Durchmesser größerer Teil 14 der Kolbenstange 8 erstreckt sich von der Schulter 11 aus nach vorn in den Zylinderraum 5 für den Rückhub und bildet einen mit diesem Zylinderraum zusammenwirkenden Kolben, dessen wirksame Kolben· fläche durch eine vordere Verjüngung und eine dadurch gebildete ringförmige Schulterfläche gebildet wird. Der Rücktriebskolben 14 hat die Aufgabe, bei Beaufschlagung des Zylinderraums 5 mit Druckluft die Kolbeneinheit 2 zu ihrer* hinteren Endstellung hin zu drücken·

Mit dem Zylinderraum 5 für den Rücktrieb ist ein federnd vorbelastetes Ventil 17 verbunden, über welches der Zylinderraum mit einer nicht gezeigten Pressluftquelle oder alternativ mit der Außenatmosphäre in Verbindung gebracht werden kann- In der Ruhestellung des Ventils 17 (so in Fig, I) ist der Zylinderraum 5 mit der Preßiuftquelle verbunden.

Von der vorderen Kolbenfläche des Rucktrxebskolbens 14 aus erstreckt sich die Kolbenstange 8 nach vorn durch den bremsenden Raum 6. Auch im Bereich dieses Raums ist die Kolben« stange zum vorderen Ende hin verjüngend abgesetzt, so daß eine ringförmige Kolbenfläche oder mit anderen Worten ein Verzögerungskolben 18 gebildet ist.

Der zur Verzögerung der Kolbeneinheit vorgesehene Raum 6 hat an seinem vorderen Ende einen zylindrischen,schalenförmigen Bereich 19, dessen innerer Durchmesser den des Verzögerungskolbens 18 gerade um so viel übersteigt, daß ein enger Spalt bestehen bleibt, wenn der Verzögerungs" kolben am Ende des Arbeitshubs eindringt·

Durch Zusammenwirken der Teile 6, 19 soll, wie vorstehend angedeutet, die kinetische Energie absorbiert werden, welche die Kolbeneinheit 2 nach der verrichteten Arbeit noch hat.

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Am wichtigsten ist die Verzögerungseinrichtung 6, 19 jedoch deshalb, weil sie die gesamte kinetische Energie aufnehmen muß, wenn bei einem sogenannten Leerschlag oder Leerhub keine Arbeitsenergie anfällt. Zur Erfüllung der genannten Aufgaben befindet sich in dem Raum 6 eine Flüssigkeit, welche beim Eindringen des Verzögerungskolbens 18 in den schalenförmigen Teil 19 auf den Kolben eine Verzögerungskraft ausübt, während sie durch den erwähnten engen Spalt gedrückt wird. Der schalenförmige Teil 19 könnte auch in der Richtung leicht konisch sein, daß sich die Spaltweite bei zunehmend tiefer in den schalenförmigen Teil 19 eindringendem Kolben verringert. Dadurch wird eine zunehmend größere Bremskraft erhalten. Um einen Druckaufbau in dem Raum 6 zu vermeiden, steht der letztere über einen Entlüftungskanal 2o mit der Außenatmosphäre in Verbindung.

Der Zylinderraum 3 für den Vortrieb hat in seiner hinteren Endwand eine Einlaßöffnung 21 für Druckluft. Dieser Zylinderraum hat außerdem Auslaßöffnungen 22, welche so angeordnet sind, daß sie sich vor dem Antriebskolben 7 befinden, wenn dieser seine hintere Endstellung einnimmt, dagegen hinter dem Antriebskolben 7 liegen, wenn sich dieser in seiner vorderen Endstellung befindet. Das bedeutet, daß im vorderen Bereich des Zylinderraums 3 ein Luftkissen eingeschlossen wird, wenn der Antriebskolben während des Arbeitshubs die Auslaßöffnungen 22 passiert hat.

Die Einlaßöffnung 21 verbindet den Zylinderraum 3 für den Vortrieb mit dem Laderaum 4. Diese Verbindung ist unterbrochen, wenn sich der Antriebskolben 7 in seiner hinteren Endstellung befindet. Dann ragt nämlich ein dichtender hinterer Ansatz 23 am Antriebskolben 7 in die Einlaßöffnung hinein und schließt diese ab·

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Der Laderaum "4 erhält Druckluft von einer Druckluftquelle über eine Leitung 25, welche ständig an die Druckluftquelle angeschlossen ist, einen Einlaßkanal 24 und ein Einlaßventil 26. Das letztere ist in der hinteren Endwand des Laderaums 4 angeordnet und wird gebildet durch einen Raum 27, durch welchen hindurch sich das hintere Ende der Kolbenstange 7 erstreckt. Um die Kolbenstange durchführen zu können, ist der Raum 27 mit zwei gegenüberliegenden Öffnungen versehen, von denen die vordere eine Eindrehung 28 der Kolbenstange umgibt, wenn die letztere ihre hintere Endstellung einnimmt.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt;

Wenn die Leitung 25 und das Ventil 17 an die Preßluftquelle angeschlossen sind, befindet sich die Kolbeneinheit 2 in ihrer Ruhestellung, d.h. ihrer hinteren Endstellung gemäß Fig. 1, wenn gleichzeitig auch das Ventil 17 seine Ruhestellung einnimmt. In dieser Position ist sowohl der Rücktriebs zylinder raum 5 als auch der Laderaum 4 an die Druck— luftquelle angeschlossen, und zwar wegen der Stellung des Ventils 17 und der Lage der Eindrehung 28 der Kolbenstange 8, welche im Bereich der vorderen Öffnung der Ventilkammer 27 liegt. Es baut sich also im Laderaum 4 der volle Druck auf. In der Ausgangsstellung wirken auf die Kolbeneinheit zwei entgegengesetzt gerichtete Kräfte, von denen die eine rückwärts gerichtet ist und durch den Druck der Preßluft auf den Rücktriebskolben 14 zustande kommt,* während die andere, vorwärts gerichtete Kraft durch Druckbeaufschlagung des dichtenden hinteren Ansatzes 23 des Antriebskolbens 7 entsteht. Aufgrund der Tatsache, daß die wirksame Kolbenfläche des Rücktriebskolbens 14 größer ist als die des dichtenden Ansatzes 23, ergibt sich eine resultierende Kraft,

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die rückwärts gerichtet ist· Sie hat das Bestreben, die Kolbeneinheit 2 in die hintere Endstellung zu drücken und dort zu halten und übersteigt im Beispielsfall das Gewicht der Kolbeneinheit. In der Ausgangsposition nehmen also der Antriebskolben 7, der Rücktriebskolben 14 und der Verzögerung skolben 18 ihre hinteren Endstellungen ein, und die Anlagefläche 12 des Antriebskolbens 7 steht in Berührung mit der Schulter Il an der Kolbenstange 8.

Die Ruhestellung ist unter den angegebenen Voraussetzungen stabil und wird aufrechterhalten, bis das Ventil 17 umgestellt wird. Wenn dies geschieht, wird die Verbindung zwischen dem Rücktriebszylinderraum 5 und der Preßluftquelle unterbrochen· Stattdessen wird der Rücktriebszylinderraum mit der AußenatmoSphäre in Verbindung gebracht und dadurch vom Druck entlastet. Wenn dabei die auf den Rücktriebskolben 14 wirkende Kraft um ein bestimmtes Maß abgesunken ist, drückt die vorwärtsgerichtete Kraft,welche am dichtenden Ansatz 23 wirksam ist, die Kolbeneinheit 2 vorwärts, mit Bezug auf Fig. 1 bis 3 nach unten. Schon nach einem kurzen Weg wird die dichtende Anlage zwischen dem Ansatz 23 und der Einlaßöffnung 21 unterbrochen, so daß Druckluft in den Vortriebszylinderraum 4 eindringen und die gesamte wirksame Kolbenfläche des Antriebskolbens 7 beaufschlagen kann. Das Ergebnis ist eine plötzliche Vervielfachung der Vortriebs- ■ kraft, uÄd da der Rücktriebszylinderraum 5 vom Druck entlastet 1st, wird die Kolbeneinheit 2, ohne daß ein Widerstand entgegensteht, vorwärts beschleunigt*

Durch Zusammenwirken zwischen der Anlagefläche 12 und der Schulter 11 treibt der Antriebskolbens 7 die Kolbenstange 8 und das Werkzeug vorwärts auf das zu bearbeitende Werkstück 13 zu· Während des ersten Teils des Arbeitshubs kann

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die Luft, welche sich im Vortriebszylinderraum 3 vor dem ■■■ Antriebskolben 7 befindet,νdiesem Raum durch die Auslaßöffnungen 22 verdrängt werden. In der späteren Phase des Arbeitshubs passiert der Antriebskolben 7 die Auslaß- -Wi öffnung 22, wodurch ein Luftkissen im vorderen Bereich des. _v ^; Antriebszylinderraums 3 eingeschlossen wird· Bei weiterer _i;=i Vorwärtsbewegung der Kolbeneinheit 2 wird das eingeschlossene Luftkissen komprimiert und dadurch eine auf den Antriebskolben 7 verzögernd wirkende Kraft erzeugt. Dieser wird dadurch zunehmend abgebremst und angehalten.

Da die Kolbenstange 8 relativ zum Antriebskolben 7 nach vorn frei verschieblich ist, wird sie durch die Verzögerung des Antriebskolbens nicht beeinflusst, sondern setzt ihre Vorwärtsbewegung fort und führt die bezweckte Arbeit aus. Der Abstand zum Werkstück 13 ist so bemessen, daß der Antriebskolben 7 abgebremst ist, bevor das Werkzeug 9 auf das Werkstück trifft.

Nachdem das Werkzeug 9 am Werkstück 13 wirksam war und sich die Kolbenstange 8 noch ein wenig weiter bewegt hat, dringt der Verzögerungskolben 18 in den schalenförmigen Teif 19 des Verzögerungsraums 6 ein. Die Flüssigkeit vor dem Verzögerung skolben 18 wird dabei aus dem schalenförmigen Teil 19 durch den engen Spalt zwischen der Innenwand des schalenförmigen Teils 19 und dem Verzögerungskolben 18 verdrängt. Hierbei wird eine verzögernde Kraft auf den Verzögerungskolben 18 und die Kolbenstage 8 insgesamt ausgeübt.

Fast zur gleichen Zeit, wie die Dichtung zwischen dem Laderaum 4 und dem Antriebszylinderraum 3 zu Beginn des Arbeitshubs unterbrochen wird., wird auch, die Verbindung zwischen dem Laderaum 4 und der Druckluftquelle unterbrochen. Dies geschieht dadurch, daß die Eindrehung 28 der Kolbenstange 8

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sich aus der vorderen öffnung der Ventilkammer 27 herausbewegt. Die letztgenannte Verbindung muß aus zwei Gründen unterbrochen werden. Erstens würde nämlich andernfalls die Druckluft auch während des nachfolgenden Rückhubs auf die gesamte Fläche des Antriebskolbens 7 wirken, so daß dieser wegen der beträchtlich kleineren Kolbenfläche des Rücktriebskolbens 14 nicht zurückbewe.gt werden könnte· Zweitens würde die Druckluft geradewegs durch das Ventil 26 in das Zylindergehäuse 1 einströmen und dieses durch die Auslaßöffnungen 22 wieder verlassen, wenn sich der Antriebskolben 7 im Bereich seiner vorderen Endstellung befindet· Daraus würde ein unerwünschter Verlust an Druckluft resultieren.

Wenn ein Arbeitshub beendet ist, wird das Ventil 17 in die in Pig· 3 dargestellte Lage - das ist die Ruhelage - umgestellt, wodurch der Zylinderraum 5 für den Rücktrieb mit der Druckluftquelle verbunden wird. Sobald die Druckluft in den Zylinderraum 5 eindringt, beginnt auf den Rücktriebskolben 14 eine nach rückwärts gerichtete Kraft zu wirken, und die Kolbenstage 8 sowie der Antriebskolben 7 werden rückwärts zu ihrer hinteren Endstellung hin verschoben. Gerade bevor die Kolbeneinheit 2 ihre hintere Endstellung erreicht, unterbricht die Verbindung zwischen dem Laderaum 4 und den Zylinderraum 3, weil der dichtende Ansatz 23 am Antriebszylinder 7 die Öffnung 21 verschließt. Ungefähr gleichzeitig damit gelangt auch die Eindrehung 28 wieder in die vordere Öffnung der Kammer 27, wodurch der

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Laderaum 4mit der Preßluftqulle verbunden wird. Es baut sich also wieder ein Druck im Laderaum 4 auf, und die Vorrichtung ist für den nächsten Arbeitshub bereit.

Um zu vermeiden, daß während des Rückhubs am hinteren Ende des Vortriebszylinderraums 3 ein Luftkissen eingeschlossen wird, ist dieser Zylinderraum mit einer oder mehreren Ent-

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lüftungsöffnungen mit kleinem Durchmesser (nicht gezeigt) versehen. Diese Öffnungen müssen jedoch so klein sein, daß sie den Arbeitsdruck während des Arbeitshubs nicht beeinflussen.

Damit der Arbeitshub nicht beginnt, bevor der volle Druck im Vortriebszylinderraum 4 erreicht ist, kann die Vorrichtung mit einem auf einen bestimmten Druck ansprechenden Ventil (nicht gezeigt) versehen sein. Dieses Ventil müsste vom Druck in dem Laderaum abhängig sein und automatisch sicherstellen, daß der Zylinderraum 5 für den Rücktrieb nicht vom Druck entlastet wird, bis in dem Laderaum der volle Druck erreicht ist.

Bei der erfindungsgemäßen Schlagvorrichtung ist der An— triebskolben gegenüber schweren Beanspruchungen vollständig geschützt. Dies ist dadurch erreicht worden, daß die Kolbenstange 8 und der Antriebskolben relativ zueinander frei verschieblich sind. Die kinetische Energie der Kolbenstange 8 am Ende des Arbeitshubs ist nicht auf den Antriebskolben 7 übertragbar, was insbesondere bei ohne Belastung oder Gegenkraft ausgeführten Schlagen (Leerschlägen) wichtig ist. Es ist deshalb möglich, einen Antriebskolben mit beträchtlich größerem Durchmesser zu verwenden als bisher. Es ist weiterhin möglich, den Antriebs— kolben aus einem leichteren und nur geringer beanspruchbaren Material herzustellen, wie z.B. Kunststoff oder Holz. Schließlich besteht sogar die Möglichkeit, die Masse der gesamten Kolbeneinheit zu verringern, obgleich der Antriebskolben 7 einen größeren Durchmesser hat.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausbildung des Kolbens ermöglicht auch eine Verkürzung der Hublänge der Schlagvorrichtung, wobei jedoch am Ende des Arbeitshubs dieselbe

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Geschwindigkeit erreicht wird wie vorher. Dies wiederum macht es möglich, ein einfacheres und billigeres Stanzoder Hochgeschwindigkeitsscherwerkzeug zu verwenden·

P atentan Sprüche

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Claims

V^Iy Pneumatische Schlag- oder Stoßvorrichtung, bestehend nuo einem Zylinderßehüuoe mit einem Vortriebszylinderraum und einer Kolbeneinheib zu der ein darin hin-^und hergehend geführter Antriebskolben cowie eine Kolbenstange gehört, wobei der Antriebskolben und die Kolbenstange relativ zueinander verschieblich, aber mit^zusammenv;irkenden, kraftübertragenden Anlageflächen versehen sind, über welche der Antriebskolben die Kolbenstange während des Arbeitshubs■antreibt, dadurch gekennzeichnet , daß die Kolbenstange (8) relativ zum Antriebskolben (7) nach vorn frei verschieblieh ist und daß eine Rücktriebsvorrichtung (5, 14-) auf die Kolbenstange (8) wirkt, durch welche diese und der Antriebskolben (7) nach Beendigung eines Arbeitshubs in ihre Ausgangstellung zurückführbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Kolbenstange (8) durch eine öffnung (10) im Antriebskolben (7) erstreckt und daß die Kolbenstange mit einer rückirärts gerichteten Schulterfläche (11) versehen ist, welche die mit dem Antriebskolben (7) zusammenwirkende, kraftübertragende Anlagefläche bildet. -
3. Vorrichtung nach Anspruch 1"oder 2, "^:~d~"a' d u~~τΓΈ h g" e -" kennzeichnet , daß die Bücktriebsyorrichtung (5, 14·) aus einem die Kolbenstange (8) umgebenden, mit Druckluft beaufschlagbaren Zylinderraum (5) und einer ringförmigen Schulter "(14/18) an der Kolbenstange (8) besteht.
4-, Vorrichtung nach einem der Ansprüche Λ bis 3> dadurch g ek e η η ζ e i c h η e t , daß das Zylindergehäuse (1) einen Laderaum (4-) enthält, welcher sowohl mit einer Druckluftquelle als auch mit dem Vortriebszylinderraum (3) in Verbindung steht, und daß die Kolbeneinheit (7> 8) mit einem dichtenden Teil (23) ausgebildet ist, welcher in der hinteren Endstellung der Kolbeneinheit (7i 8) die Verbindung (21) zwischen dem Laderaum (4-)

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und dem Vortriebszylinderraum (3) unterbricht. λό\\ι\ό
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichne-t , daß der dichtende Teil (23) unmittelbar nach Beginn eines Arbeitshubs die Verbindung (21) zwischen dem Laderaum (4) und dem Vortriebszylinderraura (3) freigibt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß der dichtende Teil (23) durch einen hinteren Ansatz am Antriebskolben gebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Brems- oder Verzögerungseinrichtung (18, 19) zur Begrenzung der Bewegung der Kolbenstange (8) am Ende eines Arbeitshubs.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekenn zeichnet , daß die Bremseinrichtung (18, 19) aus einem eine Flüssigkeit enthaltenden Baum (6, 19) und einem durch einen ringförmigen Absatz an der Kolbenstange (8) gebildten Verzögerungskolben (18) besteht, wobei der Raum (6) mit einem schalenförmigen Bereich (19) ausgebildet ist, in welchen der Verzögerungskolben (18) am Ende des Arbeitshubs eindringt und welcher im Querschnitt so bemessen ist, daß zwischen seiner Innenwand und dem Verzögerungskolben (18) ein enger Spalt besteht.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskolben (7) aus einem leichten Material, wie z.B. Kunststoff oder Holz, besteht. *

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