DE2916191C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Krafteinheit als Arbeits­ organ, z. B. für Pressen zum Formgeben, Verdichten usw., gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus dem Hauptpatent 26 00 948 ist eine derartige Krafteinheit bekannt, bei der die auf das Werkstück zu übertragende Energie nur vom Verformungsgrad des Werkstückes abhängig ist, da die zu übertragende Kraft entsprechend der konstruktiven Gestaltung der Krafteinheit vorgegeben und damit konstant ist. Das bedeutet, daß bei einem sehr geringen oder schlagartig abfallenden Wider­ stand, z. B. beim Stanzen, die gesamte Restenergie in der Kraft­ einheit vernichtet werden muß. Ein damit verbundener harter An­ schlag des Arbeitskolbens bzw. der Kolbenstange auf das Gehäuse ist unvermeidbar.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorbekann­ te Krafteinheit so weiterzubilden, daß die freigesetzte, auf die Kolbenstange zu übertragende Energie vorbestimmbar und be­ grenzbar ist und somit auf den jeweiligen Einsatz der Kraftein­ heit abgestimmt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Krafteinheit gemäß dem Kenn­ zeichen des Patentanspruches 1 ausgebildet. Durch diese Ausbil­ dung kann die auf die Kolbenstange zu übertragende Energie vor­ gegeben und damit dem jeweiligen Einsatz der Krafteinheit ange­ paßt werden. Dies ermöglicht hohe Arbeitsfrequenzen der Kraft­ einheit. Das Anschlagen des Arbeitskolbens bzw. der Kolbenstange an das Gehäuse ist ausgeschlossen.

Weitere Merkmale der Krafteinheit gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 offenbart.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in einer Zeichnung dar­ gestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Krafteinheit gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Krafteinheit der Fig. 1 ent­ lang der Linie II-II,

Fig. 3 eine zum Ziehen ausgebildete Krafteinheit und

Fig. 4 eine zum Rammen ausgebildete Krafteinheit.

Die in der Fig. 1 der Zeichnung gezeigte Krafteinheit besteht aus einem Gehäuse 1, in dem ein Zylinder 2 ausgebildet ist. In dem Zylinder 2 ist ein Arbeitskolben 3 längsverschieblich und dichtend geführt. Dabei ist der Arbeitskolben 3 auf einer den Zylinder 2 zentrisch durchsetzenden Kolbenstange 4 verschieb­ bar gelagert. Die Kolbenstange 4 weist an einem äußeren, freien Ende eine Ringschulter 5 auf, zwischen der und einem Gehäuse­ deckel 6 in diesem Ausführungsbeispiel ein als Druckfeder 7 aus­ gebildeter Kraftspeicher angeordnet ist.

Mit Abstand von der Ringschulter 5 ist auf der Kolbenstange 4 ein Bund 8 vorgesehen, der ebenfalls einstückig mit der Kolben­ stange 4 verbunden ist. Beiderseits des Bundes 8 weist die Kol­ benstange 4 den gleichen Durchmesser auf. Die Kolbenstange 4 tritt auch mit ihrem der Ringschulter 5 entgegengesetzten Ende aus dem Gehäuse 1 heraus. An diesem Ende können geeignete, nicht dargestellte Kupplungsmittel zum Anordnen eines Werkzeuges oder dgl. vorgesehen sein. Es ist allerdings auch möglich, dieses freie Ende der Kolbenstange 4 selbst als Werkzeug auszubilden.

In dem Gehäuse 1 ist eine zylindrische Ausnehmung 9 eingearbei­ tet, die in den Zylinder 2 übergeht und in ihrem Durchmesser auf den Außendurchmesser des Bundes 8 abgestimmt ist. Diese Aus­ nehmung 9 dient zur Endlagendämpfung des Bundes 8 und damit der Kolbenstange 4.

Der Arbeitskolben 3 unterteilt den Zylinder 2 in einen Primär­ zylinderraum 10 und in einen Sekundärzylinderraum 11. Der Pri­ märzylinderraum 10 ist über einen Kanal 12 und eine Leitung 13 an einen Energiespeicher 14 angeschlossen. In die Leitung 13 mündet eine Zuführleitung 15, die von einer nicht dargestellten Druckmittelquelle mit Druckflüssigkeit versorgt wird. In dem Energiespeicher 14 ist ein Gaspolster 16 ausgebildet, welches auch durch eine Feder oder ein Gewicht ersetzt werden kann. Der Sekundärzylinderraum 11 ist über einen Kanal 17 an eine in Fig. 2 näher dargestellte Entspannungsvorrichtung angeschlossen. Über eine Leitung 18 ist der Primärzylinderraum 10 mit der Entspan­ nungsvorrichtung ebenfalls druckmittelleitend verbunden.

Wie die Fig. 2 erkennen läßt, ist die Entspannungsvorrichtung tangential zum Zylinder 2 angeordnet. Dabei weist die Entspan­ nungsvorrichtung zwei Buchsen 25, 26 auf, in denen jeweils ein Hilfskolben 27, 29 und ein Rückholkolben 28, 30 längsverschieb­ lich und dichtend geführt ist. Die Hilfskolben 27, 29 und die Rückholkolben 28, 30 sind koaxial zueinander angeordnet. Die bei­ den Hilfskolben 27, 29 sind zwischen den beiden außenliegenden Rückholkolben 28, 30 angeordnet und stützen sich stirnseitig über eine Ringschulter 31, 32 dichtend auf einem gehäusefesten Ventil­ sitz 33 ab. Die beiden Hilfskolben 27, 29 bilden dadurch mit dem gehäusefesten Ventilsitz 33 und ihren Ringschultern 31, 32 einen Aufsteuerraum 34, der über einen Kanal 35, eine Leitung 36 mit den den Hilfskolben 27, 29 abgekehrten und die Rückholkolben 28, 30 aufnehmenden Rückstellräumen 37, 38 druckmittelleitend verbunden ist. Die Rückstellräume 37, 38 der Rückholkolben 28, 30 sind durch Gehäusedeckel 39, 40 druckmitteldicht verschlossen und arretieren gleichzeitig die Buchsen 25, 26. Die Gehäusedeckel 39, 40 begren­ zen den Hub der Rückholkolben 28, 30 und damit den Weg der Hilfs­ kolben 27, 29. Die Gehäusedeckel 39, 40 sind austauschbar ausge­ bildet und können durch solche Gehäusedeckel 39, 40 ersetzt wer­ den, die mit einem längeren oder kürzeren Ansatz in die Buchsen 25, 26 ragen.

Die beiden Hilfskolben 27, 29 weisen zentrische Zylinderräume auf, in die jeweils ein kolbenartiger Ansatz 41, 42 der zugeord­ neten Rückholkolben 28, 30 einzutauchen vermag. Dabei ist der kolbenartige Ansatz 41, 42 jeweils einstückig mit dem Rückhol­ kolben 28, 30 verbunden bzw. ausgebildet. Die Fig. 2 läßt erken­ nen, daß jeder Hilfskolben 27, 29 eine als Ausnehmung ausgebil­ dete Endlagendämpfung 43, 44 besitzt, in die der zugeordnete kolbenartige Ansatz 41, 42 der Rückholkolben 28, 30 einzutauchen und das dort vorhandene Druckmittel zu verdrängen vermag.

Jeder Hilfskolben 27, 29 weist einen Hohlraum 45, 46 auf, der über mehrere die Umfangsfläche der Hilfskolben 27, 29 durchdringende Schlitze 47, 48 und einen Kanal 49, 50 über die bereits erwähnte Leitung 18 an den Primärzylinderraum 10 angeschlossen ist. An­ dererseits stehen diese Schlitze 47, 48 über mehrere Steuerschlitze 51, 52 und den Kanal 17 mit dem Sekundärzylinderraum 11 in druck­ mittelleitender Verbindung. Die dem Rückstellraum 37, 38 zugekehrte, druckwirksame Fläche jedes Rückholkolbens 28, 30 ist größer als die dem Ventilsitz 33 zugekehrte, druckwirksame Fläche des zu­ geordneten Hilfskolbens 27, 29. Dadurch sind die Rückholkolben 28, 30 in der Lage, die Hilfskolben 27, 29 an dem Ventilsitz 33 zur Anlage zu bringen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Raum der Differenzflächen über je einen Kanal 53, 54 an eine Leckageleitung 55 angeschlossen, so daß die jeweilige Diffe­ renzfläche nicht druckwirksam ist. Die Rückstellräume 37, 38 und der Aufsteuerraum 34 sind über ein als Dreiwegeventil ausgebil­ detes Magnetventil 56, je nach dessen Schaltstellung, an einen Tank 57 oder über eine Leitung 58 an den Sekundärzylinderraum 11 druckmittelleitend angeschlossen.

Für die Erläuterung der Arbeitsweise der vorbeschriebenen Kraft­ einheit wird nun davon ausgegangen, daß alle Räume in dem Gehäuse 1 und damit auch in der Entspannungsvorrichtung sowie alle Lei­ tungen mit Druckmittel gefüllt sind und daß der Arbeitskolben 3 und die Kolbenstange 4 ihre in Fig. 1 gezeichnete Lage einneh­ men. Durch die Verbindung von Primärzylinderraum 10 und Sekun­ därzylinderraum 11 sind die Druckmitteldrücke in diesen Zylin­ derräumen ausgeglichen. Wird nun das Dreiwegeventil (Fig. 2) erregt, werden die Rückstellräume 37, 38 und der Aufsteuerraum 34 druckentlastet. Dadurch bewegen sich die Rückholkolben 28, 30 nach außen, also voneinander weg, gegen die hubbegrenzenden Ge­ häusedeckel 39, 40, während die Hilfskolben 27, 29 unter Einwir­ kung der durch die kolbenartigen Ansätze 41, 42 gebildeten druck­ wirksamen Flächen am Ventilsitz 33 anliegen.

Bei der Abschaltung des Dreiwegeventils 56 werden die Rückstell­ räume 37, 38 und damit auch der Aufsteuerraum 34 unter Druckmit­ teldruck gesetzt. Dies hat einerseits zur Folge, daß die Hilfs­ kolben 27, 29 von dem Ventilsitz 33 schlagartig abheben und sich in Richtung auf den ihnen zugeordneten Rückholkolben 28, 30 be­ wegen. Gleichzeitig setzen sich aber auch die beiden Rückholkol­ ben 28, 30 durch die Druckmittelbeaufschlagung der Rückstellräume 37, 38 entgegengesetzt zur Bewegung der Hilfskolben 27, 29 in Be­ wegung und überwinden den jeweils zugeordneten Hilfskolben 27, 29 nach einem gedämpften Auftreffen und drücken den Hilfskolben 27, 29 wieder in die dichtende Endlage gemäß Fig. 2 zurück.

Durch das Aufsteuern der Hilfskolben 27, 29 wird das Volumen des Sekundärzylinderraumes 11 schlagartig innerhalb weniger Milli­ sekunden vergrößert. Dies hat zur Folge, daß sich der Arbeits­ kolben 3 ebenfalls schlagartig in Richtung X in Bewegung setzt und dabei die Kolbenstange 4 ebenfalls in Richtung X vorantreibt. Dies erfolgt jedoch nur so lange, bis das durch die Hilfskolben 27, 29 bereitgestellte Entspannungsvolumen aufgebraucht ist.

Dann bleibt der Arbeitskolben 3 stehen, während sich die Kol­ benstange 4 weiter in Richtung X bewegt und zwar so lange, bis die Energie am Werkstück aufgebraucht ist. Dadurch bedingt, daß die beiden Hilfskolben 27, 29 wieder in ihre gezeichnete Ausgangs­ lage gebracht wurden, sind der Primärzylinderraum 10 und der Sekundärzylinderraum 11 wieder miteinander verbunden, so daß die Druckfeder 7 die Kolbenstange 4 und damit den Arbeitskolben 3 wieder in Richtung Y in deren Ausgangsstellungen zurückbewegen kann.

Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Krafteinheit ist jeweils über eine Feder 87 an einem nicht dargestellten Kran oder dgl. aufgehängt. Gemäß der Fig. 3 ist die Aufhängung an Zusatzge­ wichten 88, 89 des Gehäuses 1 befestigt, während in Fig. 4 die Aufhängung an einem Spannkopf 90 erfolgt. Der schlagartige An­ trieb erfolgt über die Kolbenstange 4 in Richtung des eingezeich­ neten Pfeiles X. Die Reaktionskräfte werden durch die Zusatz­ gewichte 88, 89 aufgenommen. Beim Ziehen erfolgt dabei die Rück­ stellung über die Feder 87 durch den nicht dargestellten Kran oder dgl., während beim Rammen die Rückstellung durch die Erd­ beschleunigung (Gewicht) erfolgt. Im Zusatzgewicht 89 können der Energiespeicher 14 und die Entspannungsvorrichtung unter­ gebracht sein.

Claims (4)

1. Krafteinheit als Arbeitsorgan, mit einem in einem Zylinder verschiebbaren Arbeitskolben mit einer die Arbeitskraft auf das zu belastende Material übertragenden Kolbenstange, wobei der an die freie Fläche des Arbeitskolbens angrenzende, die Arbeitskraft liefernde Primärzylinderraum dauernd unter dem Druck eines Gaspolsters steht, welches vor jedem Arbeitshub komprimiert ist, während der auf der Gegenseite des Arbeits­ kolbens befindliche Sekundärzylinderraum mit einem vor Arbeits­ beginn den Kraftausgleich des Arbeitskolbens schaffenden, hydraulischen Druckmittel gefüllt ist, sowie mit einem kolben­ förmigen Steuerkörper, der in einem mit dem Sekundärzylinder­ raum in Fließverbindung stehenden Nebenraum aus einer Schließ­ stellung durch Beaufschlagen eines Aufsteuerraumes in eine Freigabestellung abgedichtet verschiebbar ist, in der er den Sekundärzylinderraum entlastet und das Abströmen des Druck­ mittels in einen Aufnahmeraum ermöglicht, wobei der Steuer­ körper als so großflächiger Hilfskolben ausgebildet ist, daß er durch seine Verschiebung aus der Schließstellung, in der er stirnseitig den druckentlasteten Aufsteuerraum dichtend vom Nebenraum abtrennt, in die Freigabestellung, in der er, vom Druckmittel aus dem Sekundärzylinderraum angetrieben, in einen unter relativ niedrigem Gas- und/oder Federdruck stehen­ den Rückstellraum eindringt, in dem im wesentlichen drossel­ frei mit dem Sekundärzylinderraum verbundenen Nebenraum den das Entspannungs- und Entleerungsvolumen aufnehmenden Neben­ raum freimacht und wobei die Kolbenstange verschiebbar und abgedichtet durch den Arbeitskolben hindurchgeführt und mit einem Anschlag versehen ist, auf dem sich der Arbeitskolben in Arbeitsrichtung abstützt und wobei das Entleerungsvolumen über ein Ventil einem Tank verzögert zugeführt wird, nach Patent 26 00 948, dadurch gekennzeichnet, daß bei während des Arbeitshubes geschlossenem Ventil (56) dem Hilfskolben (27, 29) ein Anschlag (39, 40) zur Begrenzung des Entspannungsvolumens des Sekundärzylinderraumes (11) zugeord­ net ist.

2. Krafteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (39, 40) einstellbar ausgebildet ist.

3. Krafteinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Entspannungsvolumen entsprechende Rückstell­ raum (37, 38) über das Ventil (56) mit dem Sekundärzylin­ derraum (11) verbindbar ist.

4. Krafteinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstellraum (37, 38) ständig über eine Leitung (35, 36) mit dem Aufsteuerraum (34) verbunden ist.