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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausüben schlagartiger
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Kräfte auf Werkstücke mit einer druckmittelbetätigten Zylinder -Kolben-Einheit,
deren Kolben in der Druckmittelkammer mit Spiel in deren Zylinder geführt ist, die
Kräfte über eine Kolbenstange auf das Werkstück überträgt, in dem Bereich der von
dem Werkstück abgewandten Endlage durch Zusammenwirken mit einer Gegenfläche druckentlastbar
und durch Verlassen dieses Bereiches in Arbeitshubrichtung schlagartig druckbelastbar
ist und in dem Bereich der dem Werkstück zugewandten Endlage mit einem Dämpfungsraum
zusammenwirkt, wobei ein Antrieb zum Rückführen des Kolbens aus der dem Werkstück
zugewandten Endlage in die von dem Werkstück abgewandte Endlage vorgesehen ist.
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Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art ( DE-OS 22 33 153 ) ist
der Weg, den der Kolben zwischen seinen beiden raumfest angeordneten Endlagen zurücklegen
kann, abgesehen davon fest vorgegeben, daß die Kolbenstange bei Vorhandensein eines
Werkstückes auf dieses auftreffen kann, bevor der Kolben in den Dämpfungsraum eintritt.
Damit ist bei gegebenem Druck des Druckmittels in der Druckmittelkammer die auf
das Werkstück ausübbare Schlagenergie ebenfalls unveränderlich vorgegeben. Weiter
weist die bekannte Vorrichtung mindestens eine weitere Zylinder-Kolben-Einheit auf,
die auf die Kolbenstange einwirkt und dazu dient, durch Bewegen in Arbeitshubrichtung
das Auslösen des Arbeitshubes zu ermöglichen und die Kolbenstange nach beendetem
Arbeitshub in die von dem Werkstück abgewandte Endlage rückzuführen. Das eigentliche
Auslösen des Arbeitshubes erfolgt dabei dadurch, daß der Bereich der Gegenfläche
zunächst über eine Drossel und danach schlagartig druckbelastet wird.
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Nachteilig ist an dieser bekannten Vorrichtung insbesondere, daß der
Weg des Kolbens und damit die Schlagenergie nicht einstellbar und wegen der weiteren
Zylinder-Kolben-Einheit eine vielteilige Ausführung und eine komplizierte Steuerung
erforderlich sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine
mit hoher Hubzahl wirtschaftlich betreibbare, vielseitig verwendbare Vorrichtung
in einfacher Ausführung zu schaffen.
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Diese Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art
dadurch gelöst, daß die Druckmittelkammer mit einer vorwählbaren Menge an Druckflüssigkeit
beaufschlagbar, mittels eines schaltbaren Ventiles mit einem der Gegenfläche zugeordneten
Steuerraum verbindbar und in Arbeitshubrichtung durch einen den Kolben umschließenden,
in dem Zylinder dichtend geführten Ringkolben begrenzt ist, dessen von der Druckmittelkammer
abgewandte Beaufschlagungsfläche in dem Zylinder eine Druckgaskammer begrenzt, deren
Volumen sich während eines Arbeitshubes unter Verminderung des Druckes des Druckgases
durch Bewegen des Ringkolbens entgegen der Arbeitshubrichtung vergrößert, und die
als Antrieb zum Rückführen des Kolbens und des Ringkolbens in die von dem Werkstück
abgewandte Endlage dient.
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Dabei ist der Weg des Kolbens und damit die auszuübende Schlagenergie
dadurch einstellbar, daß eine vorherbestimmte Menge an Druckflüssigkeit in die Druckmittelkammer
eingeführt wird, wobei der Kolben in seiner von dem Werkstück abgewandten Endlage
verbleibt und der Ringkolben um einen der eingeführten Menge an Druckflüssigkeit
entsprechenden Weg in Richtung auf das Werkstück entgegen dem Druck des Druckgases
in der Druckgaskammer verschoben wird. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß während
des folgenden Arbeitshubes, der durch Verbinden der Druckmittelkammer mit dem der
Gegenfläche zugeordneten Steuerraum ausgelöst wird, der Ringkolben um einen Weg
entgegengesetzt zur Arbeitshubrichtung verschoben wird, der sich daraus ergibt,
daß die gleichbleibende, in der Druckmittelkammer befindliche Menge an Druckflüssigkeit
aus dem den Kolben umgebenden Ringraum, den die Druckflüssigkeit bei in der von
dem Werkstück abgewandten Endlage stehendem Kolben einnimmt, in den an die Gegenfläche
anschließenden Zylinderraum verdrängt wird, den die Druckflüssigkeit bei in der
dem Werkstück zugewandten Endlage stehendem Kolben
einnimmt. Dieser
Zylinderraum ist ein glatter Zylinderraum mit dem Innendurchmesser des Ringkolbens,
wenn der Ringkolben bei dem Arbeitshub vollständig in die von dem Werkstück abgewandte
Endlage verschoben wird, oder ein abgestufter Zylinderraum, teilweise mit dem Innendurchmesser
des Zylinders und teilweise mit dem Innendurchmesser des Ringkolbens, wenn der Ringkolben
bei dem Arbeitshub nicht vollständig in die von dem Werkstück abgewandte Endlage
verschoben wird.
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Durch die Gegenläufigkeit der Bewegungen des Kolbens mit Kolbenstange
und des Ringkolbens ergibt sich zudem ein mindestens partieller Massenausgleich.
Am Ende des Weges des Kolbens in Arbeitshubrichtung taucht dieser, sofern nicht
zuvor die Kolbenstange mit einem daran befestigten Werkzeug auf ein Werkstück aufgeschlagen
hat, in den Dämpfungsraum ein, der in der die Druckgaskammer begrenzenden Stirnfläche
des Zylinders vorgesehen ist, so daß ein hartes Aufschlagen des Kolbens auf die
Stirnfläche nicht erfolgen kann. Um die Wirkung des Dämpfungsraumes zu verstärken,
kann sich in diesem, falls die zugehörige Stirnfläche des Zylinders die untere Stirnfläche
ist, eine geringe Menge an wenig kompressibler Dämpfungsflüssigkeit befinden. Andernfalls
muß der Dämpfungsraum eine so große Eintauchtiefe aufweisen, daß durch Kompression
des Druckgases eine genügende Dämpfung erzielt wird.
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Um ein Aufschlagen des Ringkolbens auf die die Druckmittelkammer begrenzende
Stirnfläche des Zylinders zu verhindern, kann in dieser - den Steuerraum ringförmig
umgebend - ein ringförmiger Dämpfungsraum vorgesehen sein, in den der Ringkolben
in der von dem Werkstück abgewandten Endlage eintauchen kann.
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Durch Druckentlastung der Druckmittelkammer kann nach Erreichen der
dem Werkstück zugewandten Endlage das Rückführen des Kolbens mit Kolbenstange und
ggf. des Ringkolbens in die von dem Werkstück abgewandte Endlage unverzüglich eingeleitet
werden, wobei der Druck des
Druckgases in der Druckgaskammer ein
schnelles Rückführen ermöglicht.
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Das Druckgas wirkt dabei auf die dem Werkstück zugewandte, die Kolbenstange
umschließende, ringförmige Stirnfläche des Kolbens und die dem Werkstück zugewandte,
ringförmige Stirnfläche des Ringkolbens.
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Zum Zufiihren der vorwählbaren Menge an Druckflüssigkeit zu der Druckmittelkammer
kann an diese ventillos die Zylinderkammer einer Dosier-Zylinder-Kolben-Einheit
angeschlossen sein. Das Einstellen der Menge erfolgt durch Begrenzung des Hubes
des Kolbens der Dosier-Zylinder-Kolben-Einheit.
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Alternativ kann die vorwählbare Menge an Druckflüssigkeit der Druckmittelkammer
über ein schaltbares Ventil aus einer Druckmittelquelle mit einstellbarem Druck
dadurch zuführbar sein, daß in der Druckgaskammer ein vorwählbarer Druck des Druckgases
einstellbar ist, der bei Erreichen der vorgewählten Menge an Druckflüssigkeit in
der Druckmittelkammer über den in der entsprechenden Stellung stehenden Ringkolben
dem Druck in der Druckmittelkammer das Gleichgewicht hält, worauf das Zuführen von
Druckflüssigkeit durch Schließen eines 'ventiles beendet wird.
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Der Druck des Druckgases auf die dem Werkstück zugewandte, die Kolbenstange
umschließende, ringförmige Stirnfläche des Kolbens bewirkt auch, daß nicht unerwünschterweise
bei dem Zuführen der Druckflüssigkeit zu der Druckmittelkammer der Kolben mit Kolbenstange
zusammen mit dem Ringkolben in Arbeitshubrichtung bewegt wird.
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In der Zeichnung sind in den Fig. 1 bis 3 und 4 bis 6 zwei Ausführungsbeispiele
für Vorrichtungen nach der Erfindung schematisch in je drei verschiedenen Stellungen
der Teile dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 und 4 die Stellungen vor dem Zuführen
der Druckflüssigkeit,
Fig. 2 und 5 die Stellungen nach beendetem
Zuführen der Druckflüssigkeit, Fig. 3 und 6 die Stellungen nach beendetem A rbeitshub.
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In einem Zylinder 1 ist ein an einer Kolbenstange 2 befestigter Kolben
3 mit Spiel gegenüber der Innenwand des Zylinders 1 zwischen einer oberen, von dem
Werkstück 4 abgewandten Endlage und einer unteren, dem Werkstück 4 zugewandten Endlage
bewegbar geführt, wobei ein den Kolben 3 dichtend umschließender und an der Innenwand
des Zylinders 1 dichtend geführter Ringkolben 5 schwimmend bewegbar ist, der den
Innenraum des Zylinders 1 in eine Druckmittelkammer 6 und eine Druckgaskammer 7
unterteilt. Die obere Stirnfläche des Kolbens 3 und die diesem als Gegenfläche gegenüberliegende,
obere, innere Stirnfläche des Zylinders 1 weisen je eine flache Ausnehmung auf,
so daß die beiden Ausnehmungen gemeinsam einen Steuerraum 8 bilden. Den Steuerraum
8 umschließend ist an einer der beiden Stirnflächen eine Dichtung vorgesehen, die
an der gegenüberliegenden Stirnfläche dichtend anliegen kann. In der die Druckgaskammer
7 begrenzenden Stirnfläche des Zylinders 1 ist als Dämpfungsraum 9 eine ringförmige
Ausnehmung vorgesehen, in die der Kolben 3 in seiner unteren Endlage eintauchen
kann.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1 bis 3 ) ist an die Druckmittelkammer
6 in dem Bereich der zu dem Steuerraum 8 gehörigen Ausnehmung und im oberen Endbereich
der Umfangswand des Zylinders 1 mit ihren beiden Enden eine Leitung 10 angeschlossen,
die ein erstes Ventil 11 enthält, mittels dessen die Leitung 10 wahlweise durchschaltbar
oder deren zu dem Steuerraum 8 führender
Zweig druckentlastbar
ist. An den anderen Zweig der Leitung 10 ist eine Zylinderkammer 12 einer Dos ie
r-Zylinder -Kolben -Einheit angeschlossen, in deren Zylinder 13 ein Kolben 14 mit
Kolbenstange 15 bewegbar geführt ist.
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Die Kolbenstange 15 trägt einen verstellbaren Hubbegrenzer 16, mittels
dessen die vorwählbare Menge an Druckflüssigkeit einstellbar ist. An den von der
Zylinderkammer 12 abgewandten Zylinderraum 17 ist über ein zweites Ventil 18 eine
Druclimittelquelle 19 angeschlossen, die dem Zuführen des Druckmittels zu der Druckmittelkammer
6 durch Verschieben des Kolbens 14 dient.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ( Fig. 4 bis 6 ) ist an die Druckmittelkammer
6 in dem Bereich der zu dem Steuerraum 8 gehörigen Ausnehmung und im oberen Endbereich
der Umfangswand des Zylinders 1 mit ihren beiden Enden eine Leitung 10 angeschlossen,
die ein erstes Ventil 11 enthält, mittels dessen die Leitung 10 wahlweise durchschaltbar
oder deren zu dem Steuerraum 8 führender Zweig druckentlastbar ist. An den anderen
Zweig der Leitung 10 ist eine Zuführleitung 20 für Druckflüssigkeit angeschlossen,
deren der Druckmittelkammer 6 zugewandter Zweig mittels eines zweiten Ventiles 21
wahlweise druckentlastbar (Fig. 4 ), an eine Druckmittelquelle 19 anschließbar (Fig.
5) und absperrbar (Fig. 6 ) ist. An den zu der Druckmittelquelle 19 führenden Zweig
der Zuführleitung 20 ist ein einstellbares Druckbegrenzungsventil 22 angeschlossen.
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Ferner ist an den der Druckmittelkammer 6 zugewandten Zweig der Zuführleitung
20 ein Druckanzeigegerät 23 angeschlossen. Ein weiteres Druckanzeigegerät 24 7 ist
an die Druckgaskammer angeschlossen. Durch passende - rechnerisch bestimmbare -
Wahl des Druckes des Druckgases, der in der Druckgaskammer 7 vor dem Beginn des
Einleitens von Druckflüssigkeit in die Druckmittelkammer 6 herrscht,und des an dem
Druckbegrenzungsventil 22 eingestellten Druckes, der während des Einleitens der
Druckflüssigkeit in die Druckmittelkammer 6 herrscht, läßt sich die Menge an Druckflüssigkeit
vorwählen, die in die Druckmittelkammer 6 eingeleitet wird. Das Einleiten der Druckflüssigkeit
in die Druckmittelkammer 6 endet bei Gleichgewicht der auf die beiden Beaufschlagungs
-flächen des Ringkolbens 5 wirkenden Kräfte.
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Zahlenbeispiel: Stellung gemäß Fig. 4 : Druckbegrenzungsventil 22
- 120 bar, Druckanzeigegerät 23 - 0 bar, Druckanzeigegerät 24 - 100 bar Stellung
gemäß Fig. 5: Druckbegrenzungsventil 22 - 120 bar, Druckanzeigegerät 23 - 120 bar,
Druckanzeigegerät 24 - 120 bar Stellung gemäß Fig. 6: Druckbegrenzungsventil 22
- 120 bar, Druckanzeigegerät 23 - 110 bar, Druckanzeigegerät 24 - 110 bar.
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Die zum Betreiben der Vorrichtung erforderlichen, weiteren Steuermittel,
Leitungen usw., wie Druckgaszuführung, Überdruckventile, elektrische Beschaltung,
sind in der Zeichnung nicht dargestellt.