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Antriebsaggregat für Druckmittelantriebe
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Die Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat für Druckmittelantriebe,
insbesondere in Pressen, mit einem den Drucksittelzylinder umgebenden Hüllrohr,
das an der Kolbenstange befestigt und verschiebbar in einer in deren Richtung verlaufenden
gestellfesten Führung gehalten ist.
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Während bei großen Pressen der vom Hydraulikzylinder angetriebene
Bauteil fast ausnahmslos in einer gesonderten maschinenfesten Führung sitzt, ist
der Aufwand bei kleinen Pressen für eine solche Führung meist zu groß. Selbst seitlich
längs des Zylinderaggregates angeordnete Führungen lassen sich aus Platzgründen
oft nicht anbringen, so daß man sich damit begnügt, eine den Druckmittelzylinder
umschließende Rohrführung Vorzusehen. Diese Ausführung ist preiswert und hat sich
auch durchaus bewährt, soweit keine sonderlichen Querkräfte auftreten. Wenn jedoch
die Kolbenstange mit dem Hüllrohr weit aus der gestellfesten Führung vorragt, kann
der Kolbenstangenkopf, der z. B.
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ein Werkzeug trägt, auch durch geringe seitliche Kräfte zur Auslenkung
gebracht werden, was dann große Anlagekräfte im Bereich der unteren Abstützung zwischen
Hüllrohr und gestellfester Führung zur Folge hat.
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An diesen Stellen wird dann das Material schnell angefressen,
und
das Seitenspiel vergrößert sich immer mehr. Dadurch wird auch die Abstützung zwischen
Kolben und Kolbenstange einerseits und dem Druckmittelzylinder stärker werdend auf
Biegung beansprucht, was wiederum erhöhten Verschleiß an den Gleitstellen zur Folge
hat und schnell die Druckmittelabdichtung so weit herabsetzt daß die benötigte Antriebskraft
nicht mehr aufgebracht werden kann oder die sich bildende Leckströmung so groß wird,
daß ein ordnungsgemäßer Pressenbetrieb nicht mehr möglich ist.
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Ausgehend von dem eingangs geschilderten Antriebsaggregat wird nun
die Aufgabe verfolgt, das Aggregat so weiterzubilden, daß Führungsgenauigkeit, Abdichtung
und Leistung auch nach längerer Betriebszeit weitgehend unverändert erhalten bleiben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß an Außen-und Innenfläche
des Hüllrohres gesonderte Zwischenglieder aus reibungsarmem Gleitstoff zur seitlichen
Abstützung des Druckmittel zylinders an der gestellfesten Führung vorgesehen.
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Auf diese Weise werden zunächst die Gleiteigenschaften an beiden Flächen
des Hüllrohres verbessert, und die Abstützung kann direkter und damit genauer erfolgen.
Durch diese größere Genauigkeit wird die;Belastung vergleichmäßigt, sie verteilt
sich auf größere Anlageflächen und wird spezifisch vermindert. Es müssen dann nur
an den höchstbeanspruchten Abstützstellen -Flächen und Werkstoffe so gewählt werden,
daß sie den auftretenden Beanspruchungen widerstehen können. Auf diese Weise läßt
sich grundsätzlich ein Ausweiten der Führung mit den bekannten Folgen verhindern.
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Nach einem weiteren Erfindungsvorschlag wird wenigstens in
der
Radialebene des Kolbens zwischen dem Druckmittelzylinder und dem Hüllrohr eine ringförmige
Abstützung aus Gleitwerkstoff, insbesondere ein Stützring angebracht.
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Damit ist in der Ebene des Kolbens die unmittelbare Abstützung vom
Kolben über die Zylinderwandung, den Stützring, das Hüllrohr und das Zwischenglied
in der gestellfesten Führung verwirklicht, so daß dort jedes Spiel weggenommen ist.
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Die praktisch gleichen Verhältnisse lassen sich mit axialem Abstand
vom Kolben zwischen der Kolbenstänge und der gestellfesten Führung auch dadurch
schaffen, daß eine zweite ringförmige Abstützung aus Gleitwerkstoff, insbesondere
ein zweiter Stützring, außerhalb des Druckmittelzylinders zwischen Hüllrohr und
Kolbenstange, diesen gegenüber längsverschiebbar angebracht ist. Dieser Stützring
kann in geeigneter Weise so angebracht sein, daß er innerhalb der gestellfesten
Führung verbleibt; am einfachsten geschieht dies dadurch, daß man ihn am Antriebsende
des Druckmittelzylinders festlegt. Dabei ändert sich zwar stets der Abstand zwischen
den beiden Stützringen bzw. den beiden vollgestützten Radialebenen und erreicht
einen Kleinstwert bei vollständig ausgefahrener Kolbenstange. Auch dann aber ist
der Abstand noch so groß, daß allein durch diese beiden Ebenen hinreichende Biegemomente
übertragen werden können. Die Abstützung ist zudem umso besser, je fester Kolben
und Hüllrohr an ihren Enden miteinander verbunden bzw. aneinander abgestützt sind.
Dadurch wird vor allem die Abstützung am unteren Ende der Führung mit zur Steigerung
des Stützmomentes herangezogen.
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Der zweite Stützring wird zweckmäßigerweise mit einem Zentriereingriff
am Druckmittelzylinder gehalten. Es wird dann auch dort der Druckmittelzylinder
in die radiale Abstützung eingebunden und dadurch das System ausgesteift,
obwohl
Gleitbewegungen an vier Anlageflächen ausgeführt werden.
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Sofern man preiswerten Gleitstoff, etwa minen Massenkunststoff verwendet,
so lassen sich auch beide Stützringe zu einer zwischen Hüllrohr und Druckmittelzylinder
angebrachten, diesen rings umschließenden Halsmanschette zusammenfassen, die sich
mit ihrem verengten Halsteil auf der Kolbenstange abstützt und wenigstens bis in
die hinterste Radialebene des Kolbens zurückreicht. Eine solche Halsmanschette kann
auf der Außenfläche des Druckmittelzylinders fest angeformt, z.B-. dort angeschäumt
sein. Auf diese Weise ist stets sichergestellt, daß sowohl in der Ebene des Kolbens
als auch zum Antriebsende des Druckmittelzylinders hin eine durchgehend radiale
Abstützung erfolgt.
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Sofern die Drehlage der Kolbenstange bzw. des von dieser angetriebenen
Bauteiles ohne Bedeutung ist, können alle Anlageflächen zylindrisch sein. Wenn jedoch
die Drehlage der Kolbenstange unverändert bleiben soll, wird zweckmäßigerweise ein
zylindrischer Druckmittelzylinder innerhalb einer das Hüllrohr haltenden Mehrkantführung,
insbesondere mit Quadratquerschnitt,angeordnet. Es können so auf engstem Raum Torsionsmomente
aufgenommen werden. Zwar können dabei die außerhalb des Hüllrohres angebrachten
Zwischenglieder als getrennt auswechselbare ebene Gleitplatten ausgebildet sein,.
die sich bei einem bestimmten Abnutzungsgrad leicht und schnell auswechseln lassen.
Bevorzugt wird jedoch ein sich zwischen Hüllrohr und Mehrkantführung wenigstens
annähernd über die ganze Länge der Führung erstreckendes rohrförmiges Zwischenglied,
das als gesonderter Buchsenteil ausgebildet sein kann, zweckmäßigerweise jedoch
fest in die Führung eingeformt, z.B. eingeschäumt wird. In welcher Ebene sich der
Kolben auch immer befindet, er wird stets radial in allen
Richtungen
zuverlässig in einem solchen Rohrelement abgestitzt.
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Der Mehrkantquerschnitt eröffnet ferner die Möglichkeit, eine vom
Halteende zum Antriebsende des Druckmittelzylinders geführte Druckmlttel-Anschlußleltng
durch eine in einer Ecke der Mehrkantführung im ersten Zwischenring bzw. in der
Halsmanschette angebrachte, insbesondere nach radial innen geöffnete Längsausnehmung
hindurchzuführen.
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Die Anschlußleitung kann dann schon bei der Vormontage fest am Druckmittelzylinder
angebracht werden und wird in die vorerwähnte Längsausnehmung eingeführt.
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Bei besonders großer Querbeanspruchung läßt sich am freien Ende der
gestelliesten Führung ein Zwischenglied aus hochwertigem Gleitwerkstoff, etwa aus
Keramik, Sinterwerkstoff u.dgl. anbringen. Wenigstens im übrigen Bereich kommt man
jedoch mit preiswertem selbstschmierenden Werkstoff, insbesondere Kunststoff aus.
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So kann wenigstens ein Zwischenglied aus Polyamid bestehen, das sich
seit Jahrzehnten für diese Zwecke bewährt hat.
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Größere Härte und Führungsgenauigkeit erreicht man meist durch Polyacetal,
und zur Aufnahme von Schlägen hat sich ein Zwischenglied aus einem Mischkunststoff
bewährt, der insbesondere Polytetrafluoräthylen (PTFE) aufweist.
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Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder, und
zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Antriebsaggregates
etwa nach der Linie I-I in Fig. 2, bei in der Einfahr-Endlage stehendem Kolben,
Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie II-II.in Fig. 1 und
Fig.
3 eine der Fig. 1 entsprechende Teildarstellung mit in der AUs-Cahr-Endstellung
stehendem Kolben.
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Nach der Zeichnung ist ein hydraulisches Antriebsaggregat 1 in einem
Rahmen 2 eines Maschinengestells eingebaut.
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Dieser Rahmen umfaßt eine untere Flanschplatte 3, zwei Seitenwände
4 und zwei zwischen diesen eingezogenen Zwischenwände 5, die eine quadratische Führung
6 begrenzen, in der ein wiederum quadratisches Hüllrohr 7 in Richtung der Antriebsachse
8 längsverschiebbar geführt ist und sich an der Führung 6 durch vier ebene rechteckförmige
Gleitplatten 9 abstützt.
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Diese Gleitplatten, die zweckmäßigerweise zu einem Führungsrohr einstückig
zusammengefaßt werden, bestehen aus ,einem Mischkunststoff mit Komponenten aus Polyamid
und.PTFE, sind zwar begrenzt elastisch verformbar, dämpfen aber auch starke Querschläge
zuverlässig ab. Die zum Durchtritt des Hüllrohres 7 in der Flanschplatte 3 vorgesehene
Durchbrechung 11 ist im Hinblick auf das Verformungsvermögen der Gleitplatten 9
so groß bemessen, daß auch bei stärkster Beanspruchung eine metallische Benhrung
mit der Außenfläche des Hüllrohres 7 ausgeschlossen, andererseits aber ein unterer
Längsanschlag 12 für die Gleitplatten 9 gebildet wird.
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Das zwischen das Antriebsaggregat 1 und den Rahmen 2-eingeschaltete
Hüllrohr 7 ist einstückig mit einer dicken Anschlußplatte 14 ausgeführt, die zum
Anschluß von Werkzeugen oder anderen Betätigungsorganen dient. Sie bildet mit dem
Hüllrohr 7 eine den Druckmittelzylinder 15 von der Seite der Kolbenstange 16 her
umschließende Kappe und ist durch eine in der Antriebsachse 8 angeordnete Schraube
17 mit dem freien Ende der Kolbenstange verbunden.
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Der Druckmittelzylinder 15 wird an seinem Anschußende 18
durch
einen Lagerbolzen 19 mit begrenztem Radialspiel schwenkeinstellbar in einem fest,
aber lösbar im oberen Teil der Führung 6 angebrachten Lagerring 10 gehalten und
ist zu seinem Antriebsende 21 hin stärker werdend durch die Anschlußplatte 14 zentriert.
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Eine unmittelbare Zentrierung erfolgt jedoch in der Radialebene des
Kolbens 22, denn in dieser Ebene ist auf der Innenseite des Hüllrohres 7 ein erster
Stützring 23 befestigt. Dieser außen quadratische Stützring sitzt mit. seiner zylindrischen
Innenfläche verschiebbar auf der Aussenfläche des Druckmittelzylinders 15. In einer
Ecke ist, wie vornehmlich aus Fig. 2 zu erkennen, eine nach innen geöffnete U-förmige
Ausnehmung 24 in den Stützring 23 ebenso eingeformt wie in den Lagerring 10. Durch
diese Ausnehmung hindurch verläuft eine Anschlußleitung 25, die von oben herab zu
dem unteren Antriebsende 21 des Druckmittelzylinders geführt ist. Der auf seiner
Außenfläche mit Klebstoff versehene Stützring 23 läßt sich über den Zylinder mit
fest montierter Anschlußleitung 25 aufschieben. Die andere Anschlußleitung 27 kann
dagegen innerhalb der Umrißlinien des Zylinders in dessen Oberseite direkt einmünden.
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Jedenfalls werden im Bereich des Kolbens 22 Querkräfte unmittelbar
radial über den Stützring 23 vom Zylinder 15 auf das Hüllrohr 7 und von diesem über
die Gleitplatten 9 auf die quadratische Führung 6 des Rahmens 2 übertragen.
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In ähnlicher-Weise wirkt ein zweiter Stützring 28, der verschiebbar
auf der Kolbenstange 16 und in dem Hüllrohr 7 sitzt und mit einem Ansatz 29 zentrisch
am Antriebsende 21 des Druckmittelzylinders 15 festgelegt ist.
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In der Einfahrstellung nach Fig. 1 reichen alle den Druckmittelzylinder
15 umgebende Teile bis zu dessen Anschlußende 18 bzw. zum Lagerring 10. Auch der
Stützring 23 ist
bis zu diesem Ende hin verlängert. Die Ausfahrstellung
Fig. 3 ist bestimmt durch die Anlage einer Schulter 20 des zwischen Kolben und Kolbenstange
vorgesehenen verdickten Ansatzes 31 an der mit einer Ringdichtung versehenen antriebsseitigen
Endwand 32 des Druckmittelzylinders 15.
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Auch in der Ausfahrstellung bleibt daher zwischen den beiden Kraftübertragungsebenen
im Kolben 22 und im Stützring 28 ein Hebelarm a, der sich bis zum hinteren Ende
des Hüllrohres 7 und des Stützringes 23 auf b vergrößert.
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Da auch der untere Stützring 28 dicht an der Ebene der Flanschplatte
3 liegt, können in aller Regel auch in der Ausfahrstellung die durch Querkräfte
auf die Kolbenstange 16 ausgeübten Biegemomente zuverlässig in den Rahmen 2 eingeleitet
werden.
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An besonders hochbeanspruchten Stellen, beispielsweise am unteren
Ende der Gleitplatten 9,kann u.U. ein Ringelement aus höherwertigem festem Kunststoff,
aus Sinterwerkstoff, Keramik o.dgl. eingesetzt werden. Nach Möglichkeit sollten
es jedoch stets selbstschmierende Werkstoffe sein.
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Kunststoffe werden schon des Preises wegen bevorzugt. Je größer die
Beanspruchung ist, um so härter sollen die einzelnen Stützringe und anderen Dämpfungselemente
ausgeführt sein. Schaumstoffe kommen demnach nur dort in Betracht, wo es weniger
um die Zentrizität der Führung der Anschlußplatte 14 als vielmehr um die Dämpfung
geht. Ist die Elastizität zu groß, kann man über den massiven Werkstoff Polyamid
etwa auf Polyacetal übergehen, um die Führungsgenauigkeit zu verbessern. Als besonders
geeignet hat sich ein Mischkunststoff mit Komponenten aus einem Polyamit und Polytetrafluoräthylen
erwiesen. Stets wird jedoch das Yersckleißverhalten zwischen Zylinder, Hüllrohr
7 und Führung 6 wesentlich verbessert und dadurch die Lebensdauer erheblich gesteigert.
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Ebenso wie man die Gleitplatten 9 zu einem einstückigen Führungsrohraus
Gleitwerkstoff zusammenfassen kann, gilt dies für die beiden Stützringe 23, 28,
die zweckmäßigerweise am Druckmittelzylinder 15 festgelegt, z.B. angeformt, aufgeschäunt
werden o.dgl.. Im Prinzip ist aber auch ein Festlegen auf der Innenseite des Hüllrohres
7 möglich, um ein sicheres Erfassen der beiden Radialebenen im Kolben 22 und am
Antriebsende 21 des Druckmittelzylinders zu gewährleisten.