DE3507090A1

DE3507090A1 - Stroemungsmittelfeder

Info

Publication number: DE3507090A1
Application number: DE19853507090
Authority: DE
Inventors: Bernard Joseph Dearborn Mich. Wallis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-01
Filing date: 1985-02-28
Publication date: 1985-09-05
Also published as: IT8547744A0; JPS60216933A; US4529181A; GB8505234D0; CA1208665A; FR2566861A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft Strömungsmittelzylinder, genauer gesagt Strömungsmittelfedern zwischen Formteilen einer Stanzpresse.

Bei spanloser Metallformung ist es üblich, der Bewegung bewegbarer Formteile einen elastischen Widerstand entgegenzusetzen, und zwar durch dazwischenliegende Strömungsmittel-

IQ federn in Form von Kolben/Zylinder-Einrichtungen, die auf einer Seite mit einem Reservoir mit Druckgas, wie z.B. Stickstoff, verbunden sind und auf der anderen Seite des Zylinders mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung stehen. Eine Anordnung dieser Art ist in den US-PSen 4 34 448, 4 154 434, 4 076 103, 4 044 859, 4 005 763 und 3 947 005 gezeigt.

Bei Betriebsarten der Presse, die nicht übermäßige Mengen an Schmiermittel für die Formeinrichtung erfordern, müssen nur Staub und Schmutz am Eintritt durch das stangenseitige Ende des Zylinders gehindert werden. Das kann, wie in einigen der oben genannten Patentschriften gezeigt, durch den Einsatz von Staubdichtungen, Luftfiltern usw. erreicht werden. Bei vielen Betriebsarten werden jedoch die Formeinrichtungen mit flüssigem Schmiermittel überflutet, das nach einiger Zeit in den Zylinder lecken und sich im Hochdruckgas-Reservoir allmählich ansammeln kann. Das Gasreservoir hat ein festgesetztes Volumen und bei Ansammlung von Flüssigkeit verringert sich das effektive Volumen. Wenn das

gO ^von der Kolbenstange berührte Formteil den Kolben zum Rückzug in den Zylinder zwingt, steigt der Druck im Reservoir folglich allmählich auf einen Wert an, der wesentlich größer als vorgesehen ist und nicht mit dem übereinstimmt, für den die Kolben/Zylinder-Einrichtung ausgelegt ist.

Ein übermäßig hoher Druck fördert ein Versagen der Dichtungen zwischen Kolben und Zylinder und führt manchmal zu einem Bruch der Sicherheitsüberlastscheiben auf dem Reservoir.

Es wurden zahlreiche Lösungen zur Überwindung dieses Problems vorgeschlagen, wie z.B. das Vorsehen eines Wischers am stangenseitigen Ende des Zylinders, um den Außenumfang der Kolbenstange bei Rückzug des Kolbens zu umgreifen. SoI-ehe Stangenwischer werden häufig zusammen mit Dichtungen am stangenseitigen Ende des Zylinders eingesetzt, um Gas am Austritt aus dem Zylinder in die umgebende Atmosphäre zu hindern. Diese Lösungen waren nicht völlig zufriedenstellend, weil die Ursache einer derartigen Flüssigkeitsleckage in das stangenseitige Ende des Zylinders bisher nicht völlig verstanden wurde.

Beim konventionellen Zylinder für Formeinrichtungen hat die Kolbenstange einen geringfügig kleineren Durchmesser als der Kolben und deshalb entsteht eine ringförmige Kammer zwischen der Kolbenstange und der Zylinderbohrung auf der einen Seite des Kolbens. Es wurde vorgeschlagen, den Kolben mit einer hohlen mittigen Kammer auszugestalten, die mit der ringförmigen Kammer in Verbindung steht. Wenn somit der Kolben zurückgezogen wird, wird Luft oder Gas aus der Kolbenkammer in die ringförmige Kammer verdrängt; wenn die Kolbenstange ausgefahren wird, wird Luft aus der ringförmigen Kammer in die Kolbenkammer verdrängt. Es wird angenommen, daß der Luft/Gas-Druck in der ringförmigen Kammer allzeit im wesentlichen gleich dem Luft/Gas-Druck in der Kolbenkammer ist. Weiters wurde angenommen, daß der Luft/Gas-Druck in der ringförmigen und der Kolben-Kammer mindestens geringfügig höher als Atmosphärendruck ist. Demzufolge wurde eine Dichtung für das stangenseitige Ende des Zylinders so ausgebildet, daß eine Leckage des Luft/Gasgemisches aus der ringförmigen Kammer nach außen in die umgebende Atmosphäre verhindert wird. Diese Annahmen treffen aber nicht in allen Fällen zu.

Viele konventionelle Pressen arbeiten mit einer Geschwindigkeit zwischen 50 und 100 Hüben pro Minute. Wenn eine Presse mit dieser Geschwindigkeit arbeitet,wird der Kolben im Zylinder sehr schnell eingefahren. Bei den meisten der-

artigen Zylindern wird der Druck in der Ringkammer zumindest vorübergehend auf einen Unterdruckwert abgesenkt, wenn der Kolben mit hoher Geschwindigkeit eingefahren und die ringförmige Kammer damit schnell an Größe zunimmt. Die FoI-ge dieses zumindest vorübergehenden Teilvakuums in der ringförmigen Kammer ist, daß flüssiges Schmiermittel an der Stangendichtung vorbei in die ringförmige Kammer leckt, weil die Stangendichtung eine Leckage von Gas aus der besagten Kammer in die umgebende Atmosphäre verhindern soll. Folglich sammelt sich flüssiges Schmiermittel für die Formeinrichtung im Zylinder und dem Hochdruck-Gasreservoir mit eingestelltem Volumen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Ansammeln von flüssigem Schmiermittel für die Formeinrichtung im Zylinder und dem Hochdruckgasreservoir zu verhindern. Weiters soll eine Dichtungsanordnung zwischen dem Zylinder und der Kolbenstange geschaffen werden, die den Eintritt von flüssigem Schmiermittel in den Zylinder wirkungsvoll verhindert. Weitere Ziele und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung.

Die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen gekennzeichnet. Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher beschriefen. Es zeigt:

Fig. 1 einen teilweisen Schnitt durch eine Formeinrichtung mir Zylinderanordnung und

Fig. 2 eine teilweisen Schnitt des Zylinders in vergrößertem Maßstab.

Fig. 1 zeigt eine Formeinrichtung 10 zur Befestigung in einer konventionellen Stanzpresse. Die Formeinrichtung weist eine Abstützplatte 12 auf, auf der eine untere Formhalte 14 befestigt ist, sowie eine obere Abstützplatte 16, auf der eine obere Formhälfte 18 befestigt ist. Die untere Formhälfte 14 weist ein zentrales fest angeordnetes Form teil 20 und ein äußeres bewegliches Formteil 22 auf, das

senkrecht gleitbar um das Teil 20 herum befestigt ist. Das obere Formteil 18 weist ein fest angeordnetes äußeres Formteil 24 und ein mittiges bewegliches Formteil 26 auf, das so angeordnet ist, daß es senkrecht im Formteil 24 gleitet. Das untere Formteil 22 wird von zwei Strömungsmittel-Kolbenzylindereinrichtungen 28 nach oben gedrückt. Das obere Formteil 26 wird von der Kolbenstange oder Kolbenstangenverlängerung 30 eines Zylinders für Formeinrichtungen ähnlich der Kolbenzylindereinrichtungen 28 nach unten vorgespannt.

Jede Kolbenzylindereinrichtung 28 umfaßt einen Zylinder 32, der wie bei 34 gezeigt in die Abstützplatte 12 eingeschraubt ist. Das offene untere Ende der Zylinderbohrung 36 steht mit einem Reservoir 38 in der Abstützplatte 12 in Verbindung. Das Reservoir 38 ist mit einer oder mehreren Öffnungen 40 versehen, die mit Ladestopfen oder Berstplatten verschlossen sind. Das Reservoir 38 weist ein yorbestimmtes festes Volumen auf und wird mit Gas, vorzugsweise Stickstoff, bis zu einem vorbestimmten Hochdruck, z.B. 1500-2000 psi (= ca. 105 bis 141 kg/cm²) geladen.

Innerhalb der Bohrung 36 des Zylinders 32 ist ein Kolben vorgesehen, dessen Kolbenstange 44 aus dem Ende des Zylinders gegenüber dem Reservoir 38 vorsteht. Die Kolbenstange 44 weist einen Durchmesser auf, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Zylinderbohrung 36, um dazwischen eine ringförmige Kammer 46 zu bilden. Der Kolben 4 2 und die Stange 44 sind mit einer mittigen Kammer 48 versehen, deren oberes Ende einen Öldocht 50 enthält und deren unteres Ende mit einem Stopfen 52 verschlossen ist. Die Kolbenkammer 48 steht mit der ringförmigen Kammer 46 über vier zueinander senkrechte Kanäle 54 in Verbindung.

Der Kolben 42 weist eine angeformte ringförmige Schulter auf, gegen die ein Faser-Kolbenring 58 anliegt. Unterhalb des Kolbenrings 58 ist um den Kolben herum eine becherförmige Hochdruck-Gasdichtung 60 angeordnet. Die Dichtung 60 be-

steht aus einer Guinmizusainmensetzung und weist zwei nach unten und außen verlaufende Lippen 62 auf, zwischen denen ein ringförmiger Gummi-O-Ring 64 angeordnet ist. Die Unterseite der Dichtung 60 ruht auf einer Druckbeilagscheibe Ein Sprengring 68 neben dem unteren Ende des Kolben 4 2 hält den Ring 58, die Dichtung 60 und die Druckbeilagscheibe lose montiert am Kolben fest. Ein Sprengring 70 neben dem unteren Ende des Zylinders 32 begrenzt den Rückhub des Kolbens innerhalb des Zylinders.

Ein Verschluß 72 ist bei 74 gezeigt über das obere Ende des Zylinders 32 aufgeschraubt. Der Verschluß 72 ist mit einer ringförmigen Ausnehmung 76 versehen, in der ein Stangenwischer 78 sitzt. Der Stangenwischer 78 hat im wesentlichen die Auslequng und Funktion wie der in der US-PS 4 beschriebene.

Das obere Ende des Zylinders 32 weist eine Gegenbohrung auf, deren unteres Ende von einer Schulter 82 gebildet wird, auf der eine ringförmige Dichtung 84 ruht, die so ausgelegt ist wie die Dichtung 60 am unteren Ende des Zylinders 32. Die Dichtung 84 ist jedoch so angeordnet, daß die sich nach außen konisch erweiternden Lippen 62 vom unteren Hauptabschnitt der Dichtung nach oben verlaufen. Die radial innere Lippe 62 der Dichtung 84 greift an dem Außenumfang der Kolbenstange 44 an; die radial äußere Lippe 62 der Dichtung greift in die Gegenbohrung 80. Zwischen der Dichtung 84 und dem Stangenwischer 78 befindet sich in der Gegenbohrung 80 eine Bronze-Hülse 86, die im Gleitsitz in der Gegenbohrung 80 und auch im Gleitsitz bezüglich des Außenumfangs der Kolbenstange 44 angeordnet ist. Der Innendurchmesser der Schulter 82 ist zumindest geringfügig größer als der Außendurchmesser der Kolbenstange 44, um einen ringförmigen Zwischenraum 88 bilden.

Wenn sich die beiden Formhälften 14,18 in der getrennten Stellung befinden, wird der Kolben 42 nach oben in eine Stellung gedrückt, in der die Kolbenstange 4 4 das Form-

teil 22 in die voll angehobene Stellung hebt (Fig. 2, strichpunktierte Linien). Wenn sich der senkende Pressenstempel (nicht gezeigt) dem unteren Ende seines Hubes nähert, verschiebt das äußere Formteil 24 die Kolbenstange 44 mit einer Geschwindigkeit nach unten, die der Absenkgeschwindigkeit des Pressenstempels und der Abstützplatte 16 entspricht. Bei einer Presse mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit wird die Kolbenstange 44 deshalb vergleichsweise schnell zurückgezogen, und zwar mit einer solchen Geschwindigkeit, daß der Druck in der ringförmigen Kammer 46 zumindest für eine kurze Zeitspanne auf einen Unterdruckwert abgesenkt wird, bis sich dieser Druck durch die Kanäle 54 dem Druck in der Kolbenkammer 48 angleicht. Wenn in der ringförmigen Kammer 46 ein Teilvakuum herrscht, dann ist der Druck an der Oberseite der Dichtung 84 größer als der Druck auf ihrer Unterseite. Diese Druckdifferenz über der Dichtung 84 verschiebt die Lippen 62 auf der Dichtung 84 radial nach außen gegen die Gegenbohrung 80 und radial nach innen gegen den Außenumfang der Kolbenstange 44, um so eine Leckage von Luft und Schmierflüssigkeit aus der umgebenden Atmosphäre in die ringförmige Kammer 46 zu verhindern.

Beim Aufwärtshub des Pressenstempels leckt das Luft/Gas-Gemisch über die Dichtung 84 in die umgebende Atmosphäre, wenn der Druck in den Kammern 46,48 aufgrund von Kompression oder geringfügiger Leckage über die Dichtung einen vorbestimmten Wert übersteigt. Beim Abwärtshub dagegen verhindert die Auslegung und Anordnung der Stangendichtung 84 jegliche Leckage in den Zylinder aus der umgebenden Atmosphäre.

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Claims

Patentansprüche

1. Strömungsmittelfeder für eine Formeinrichtung mit zwei beabstandeten Formhälften, die an Abstützungen befestigt sind, die zur Formung eines Werkstückes zwischen den Formhälften aufeinander zu und voneinander weg relativ beweglich geführt sind, wobei die Strömungsmittelfeder zwischen einem der Formteile und seiner Abstützung sich erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungsmittelzylinder an einem Ende an der Abstützung fe<5t angebracht ist und eine axiale Bohrung aufweist, in der ein mit einer Kolbenstange versehener Kolben im Gleitpaßsitz axial gleitend angeordnet ist, daß die Kolbenstange sich axial durch das andere Ende des Zylinders erstreckt und ihr Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Zylinderbohrung ist, so daß der Kolben den Zylinder in eine Arbeitskammer auf der einen Seite und eine ringförmige Kammer auf der gegenüberliegenden Seite unterteilt, die die Stange umgibt, daß die Arbeitskammer mit einem Reservoir mit festgesetztem Volumen verbunden ist, das Gas unter relativ hohem Druck enthält, um das freie Ende der KoI-benstange gegen das bewegliche Formteil vorzuspannen, daß der Kolben mit einer ringförmigen Dichtung versehen ist, um eine Leckage des Hochdruckgases aus der Arbeitskammer in die ringförmige Kammer zu verhindern, daß das stangenseitige Ende des Zylinders eine ringförmige becherförmige Hochdruckdichtung aufweist, die am Außenumfang der Stange angreift und am Zylinder angeordnet ist, wobei das offene Ende des Bechers von der ringförmigen Kammer axial weggerichtet ist, so daß bei Absinken des Druckes in der ringförmigen Kammer auf Unterdruck-Niveau das offene Ende des Bechers vom Differenzdruck über der Dichtung in feste abdichtende Anlage gegen den Zylinder und Kolben radial aufgeweitet wird, um zu verhindern, daß Luft und flüssige Verunreinigungen aus der den Zylinder umgebenden Atmosphäre an der Dichtung vorbei und in die ringförmige Kammer hinein lecken kann.

2. Strömungsmittelfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben eine Kammer aufweist und mit Kanälen zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Kolbenkammer und der ringförmigen Kammer versehen ist, so daß bei Bewegung des Kolbens in Richtung des stangenseitigen Endes des Zylinders die ringförmige Kammer verkleinert und darin befindliches Gas in die Kolbenkammer verdrängt wird und bei Bewegung des Kolbens in die entgegengesetzte Richtung die ringförmige Kammer vergrößert und Gas aus der Kolbenkammer in die ringförmige Kammer verdrängt wird.

3. Strömungsmittelfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle so dimensioniert sind, daß bei schnellem Rückzug des Kolbens die ringförmige Kammer einem Unterdruck ausgesetzt ist.

4. Strömungsmittelfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Kammer nur bei Leckage an der Dichtung vorbei mit der den Zylinder umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht.

5. Strömungsmittelfeder nach Anspruch 2, daß die Kolbenkammer gegen Eintritt von Luft und anderen Verunreinigungen abgedichtet ist, außer durch die Einrichtung zur Herstellung einer Verbindung mit der ringförmigen Kammer.

6. Strömungsmittelfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenkammer verschlossen ist, mit Ausnahme der Einrichtung zur Herstellung einer Verbindung mit der ringförmigen Kammer.

7. Strömungsmittelfeder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Stangenwischer auf dem Zylinder, der aixal außerhalb der Dichtung angeordnet ist.

8. Strömungsmittelfeder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das stangenseitige Ende des Zylinders eine

Gegenbohrung aufweist, wobei der Wischer und die Dichtung in der Gegenbohrung angeordnet sind.

9. Strömungsmittelfeder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung einen ringförmigen Hauptabschnitt aufweist, dessen Innendurchmesser größer als der Durchmesser der Kolbenstange ist und dessen Außendurchmesser kleiner als der Durchmesser der Gegenbohrung ist, daß der Hauptabschnitt zwei nachgiebige und radial entgegengesetzte Lippen aufweist, die sich vom Innen- und Außenumfang in entgegengesetzter Richtung zur ringförmigen Kammer axial erstrecken, daß sich die radial innere Lippe radial nach innen konisch erweitert und am Außenumfang der Kolbenstange anliegt und daß sich die radial äußere Lippe radial nach außen konisch erweitert und in die Gegenbohrung eingreift.

10. Strömungsmittelfeder nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen O-Ring in der Dichtung, der zwischen den Lippen angeordnet ist und die Lippen bei deren axialem Zusammendrücken radial ausdehnt.