DE4020776C2 - - Google Patents
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- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb
eines in axialer Richtung hin- und herbewegbaren Werkzeuges
nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.
Derartige Werkzeuge und Antriebe sind bekannt,
beispielsweise als Preßlufthämmer, Preßluftmesser und
dergleichen mehr, welche nach diesem Prinzip arbeiten.
Diese Antriebe verursachen selbst im Leerlauf sehr viel
Geräusch, auch wenn man nur eine geringfügige Kraft für den
Antrieb wünscht. Bei den bekannten Antrieben läßt ferner
das Gewicht und das Volumen des Werkzeuges im Verhältnis
zur Leistung zu wünschen übrig, und das Werkzeug erfordert
deshalb zu seiner Bedienung einen großen manuellen
Kraftaufwand.
Bei einem Antrieb gemäß der DE-OS 22 05 999 findet
eine Energieübertragung von einem Geberzylinder auf einen
Arbeitszylinder mit Hilfe eines flüssigen Mediums statt.
Der Kolben im Geberzylinder wird durch eine Kurvenscheibe
vorwärtsbewegt, ohne mit dieser kraftschlüssig verbunden zu
sein. Die Rückführung des Mediums erfolgt durch
Gegendruckfedern, welche sowohl auf den Kolben im
Geberzylinder, als auch auf den Kolben im Arbeitszylinder
wirken. Ein derartiger Antrieb arbeitet unrund, da sich
fast die gesamte Kraftübertragung von der Kurvenscheibe auf
den Arbeitszylinderkolben auf einen Quadranten der
Kurvenscheibe konzentriert. Das Übertragungsmedium wird
beim Rücklauf mit unterschiedlicher Geschwindigkeit
zurückgeschoben. Hierdurch bedingt entsteht eine
Blasenbildung im Medium, und es wird dadurch der
Wirkungsgrad erheblich beeinträchtigt. Außerdem treten
Kavitationserscheinungen auf.
Diese Blasenbildung wird bei der zum Stand der Technik
gehörenden Vorrichtung durch aufwendige technische
Maßnahmen beseitigt. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung
sollen die obengenannten Mängel gar nicht erst auftreten.
Die US-PS 35 48 594 zeigt einen ähnlichen Antrieb, bei
dem jedoch eine Vielzahl von in Geberzylindern angeordneten
Kolben vorgesehen sind, von denen jeder mit Hilfe eines
Übertragungsmediums einen Kolben in einem zugeordneten
Arbeitszylinder antreibt.
Auch hier werden die Geberzylinderkolben durch
Kurvenscheiben vorwärtsbewegt, ohne mit diesen
kraftschlüssig verbunden zu sein. Die Rückführung des
Übertragungsmediums erfolgt durch in den Arbeitszylindern
vorgesehene Gegendruckfedern. Die Wirkungsweise ist deshalb
ähnlich wie bei der Vorrichtung gemäß der vorgenannten
DE-OS 22 05 999 beschrieben, und sie zeigt dementsprechend
auch dieselben Nachteile.
Gemäß der DE-OS 34 25 134 A1 ist ein Antrieb für einen
Kolben vorgesehen, mit dem die Hubhöhe dieses Kolbens
während des Laufes der Einrichtung geändert werden kann.
Dies wird erreicht, indem zwei Antriebskolben während
der Vorwärtsbewegung Öl auf die eine Seite des
anzutreibenden Kolbens drücken und bei ihrem Rücklauf Öl
auf die andere Seite des anzutreibenden Kolbens. Die von
den Antriebskolben bewegten Ölsäulen addieren sich in ihrer
Menge. Die verdrängten Ölmengen bestimmen die Hubhöhe.
Gemäß dieser Einrichtung können die Antriebskolben
phasenverschoben laufen, beispielsweise derart, daß sich
der eine Kolben dann vorwärtsbewegt, wenn sich der andere
Kolben gerade rückwärtsbewegt. In diesem Fall wirkt der
eine Kolben mit seiner Ölsäule auf die eine Seite des
anzutreibenden Kolbens und der andere Kolben in gleichem
Maße mit seiner Ölsäule auf die andere Seite des
anzutreibenden Kolbens, das heißt, der anzutreibende Kolben
bleibt stehen. Bewegen sich die beiden Antriebskolben
zwischen diesen Extremstellungen, kann die Hubhöhe des
anzutreibenden Kolbens geeignet eingestellt werden.
Diese Einrichtung läßt sich nicht günstig für den
Antrieb eines Werkzeuges im Sinne der Erfindung verwenden,
weil dann der Abtriebskolben mit zwei Ölsäulen beaufschlagt
werden müßte, welche gegenläufig auf den Antriebskolben
wirken, was für den Antrieb eines Handgerätes zu aufwendig
ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antrieb mit
schnell oszillierender Hubfrequenz und hohem Wirkungsgrad
anzugeben, der so ausgestaltet ist, daß das angetriebene
Werkzeug als leichtes, volumenmäßig kleines, jedoch sehr
kraftvolles Handgerät vorteilhaft zu handhaben ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale
der Ansprüche 1 oder 2 gelöst.
Dadurch, daß der Kolben des Geberzylinders mit der
diesen antreibenden Exzenterscheibe kraftschlüssig
verbunden ist, wird dieser Kolben durch den Antriebsmotor
hin- und herbewegt. Er schiebt also die Flüssigkeitssäule
nicht nur vorwärts, sondern zieht sie auch rückwärts, wobei
die Rückwärtsbewegung durch die auf den Kolben des
Arbeitszylinders wirkende Gegendruckfeder gefördert wird,
außerdem durch den äußeren, auf diesen Kolben wirkenden
Luftdruck. Das Zurückführen der Ölsäule geschieht deshalb
gemäß der Erfindung nicht mehr wie nach dem Stand der
Technik allein durch die Gegendruckfeder oder die
Gegendruckfedern und gegebenenfalls den äußeren Luftdruck,
sondern durch gleichzeitiges kraftschlüssiges Zurückziehen
des Geberzylinderkolbens, da dieser an der Kurvenscheibe
angelenkt ist.
Das erfindungsgemäße System arbeitet damit "leichtgängig"
und ist deshalb geeignet, schnell oszillierende Frequenzen
zu übertragen, und zwar mit großem Wirkungsgrad, so daß der
werkzeugseitige Abtrieb trotz großer Kraftübertragung sehr
klein gehalten werden kann und sich insbesondere für die
Verwendung in Handgeräten eignet. Die Kavitation wird bei
der erfindungsgemäßen Ausbildung voll vermieden, weil die
Gegendruckfeder zum Beispiel nur auf den im Griff eines
Messers vorgesehenen Arbeitszylinderkolben wirkt und der in
einem entfernt liegenden Geberzylinder vorgesehene Kolben
beispielsweise mit dem Antrieb, wie eine Kurvenscheibe,
kraftschlüssig verbunden ist, so daß die kraftübertragende
Flüssigkeitssäule weich, aber unter einem gewissen
Mindesdruck hin- und herbewegt wird.
Für die Lösung dieser Aufgabe mußten folgende
Unteraufgaben mitgelöst werden:
- a) eine hohe Antriebskraft mit hohem Wirkungsgrad zu schaffen in Form einer axial oszillierenden schnellen Hubfrequenz,
- b) die Antriebskraft auf ein Handgerät zu übertragen ohne Übertragung des Gewichtes des Antriebes auf das Handgerät,
- c) beim Abtrieb ein besonders gutes Verhältnis zwischen Gewicht und Volumen und der freizusetzenden Kraft zu schaffen,
- d) die Kraftübertragung hindernden Kavitationen (Ausgasungen aus dem Medium) weitgehendst zu vermeiden.
Darüber hinaus sollte auch
- e) ein leichtes Auswechseln des Werkzeuges ermöglicht werden,
- f) ein nahezu geräuschloses Arbeiten des Antriebes und auch
- g) ein erschütterungsfreies Arbeiten.
Ferner sollte der Antrieb
- h) leicht zu reinigen sein, und er sollte
- i) auch unter Wasser benutzbar sein.
Auch diese Unteraufgaben löst der Antrieb gemäß den
Ansprüchen 1 oder 2.
Die Maßnahme a) ist Voraussetzung für einen
wirtschaftlich und ökonomisch sinnvollen Antrieb, der so
ausgestaltet werden kann, daß er mit größtmöglichstem
Wirkungsgrad arbeitet.
Die Maßnahme b) dient dazu, ein Handgerät antreiben zu
können, bei dem das Gewicht des Antriebes auf das Handgerät
nicht übertragen wird, so daß das Handgerät bei der
gewünschten Leistung nicht übermäßig schwer wird, und
in Verbindung mit
- c) das Werkzeug auch berufsmäßig, beispielsweise als Entbeinmesser benutzen zu können, und zwar über einen längeren, ununterbrochenen Arbeitszeitraum, ohne daß der Benutzer (Metzger) durch das Gewicht oder eine schlechte Griffigkeit eines solchen Werkzeuges (Messers) ermüdet.
Der erfindungsgemäße Antrieb soll gerade umgekehrt
bewirken, daß die Handhabung des Werkzeuges wesentlich
erleichtert wird.
Das Merkmal d) ist vorgesehen, weil einmal in jedem
hydraulischen Übertragungssystem Kavitationen vermieden
werden sollen und weil sich besonders bei dem
erfindungsgemäßen Antrieb Kavitationen leistungsmindernd
und zerstörend auf das Handgerät auswirken würden, was
nicht sein soll und darf.
Das Merkmal e) bewirkt ein schnelles und leichtes
Wechseln, beispielsweise der Schneidklinge eines
Metzgermessers, weil derartige Messer häufig
nachgeschliffen werden müssen und das Messer mit dem
eigentlichen Messerantrieb während dieser Zeit nicht dem
Arbeitsgang entzogen werden soll.
Das Merkmal f) dient dazu, eine Lärmbelästigung,
welche für den Benutzer störend und insbesondere
gesundheitschädlich ist, zu vermeiden, und das Merkmal
- g) bewirkt, eine Ermüdung verursachende Vibrationen, welche darüber hinaus als unangenehm empfunden werden, auf ein Mindestmaß herabzusenken.
Das Merkmal h) ist zweckmäßig, weil beispielsweise ein
Messer einschließlich des Antriebes gereinigt werden muß
und eine solche Reinigung zweckmäßig durch Eintauchen in
die Reinigungsflüssigkeit (Wasser) während des Laufes
vorgenommen wird.
Das Merkmal i) bewirkt schließlich, daß das Werkzeug
(Messer) auch unter Wasser benutzt werden kann, ohne daß
der Benutzer befürchten muß, einen elektrischen Stromschlag
zu erhalten.
Weitere, den Unteransprüchen zu entnehmende Merkmale
zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen zur Lösung von
Nebenaufgaben, wie die Hubfrequenz, die Hubhöhe und die
Kraft auch während des Betriebes des Werkzeuges (Messers)
einstellen zu können.
Insgesamt ist der Antrieb die Voraussetzung dafür, daß
ein schnell oszillierendes Handgerät mit hohem Wirkungsgrad
von wesentlicher wirtschaftlicher Bedeutung und besonderer
Benutzerfreundlichkeit geschaffen werden kann.
Ist für den Antrieb des Kolbens des Geberzylinders ein
Elektromotor vorgesehen, so wirkt dieser vorteilhaft auf
wenigstens eine Exzenterscheibe, um diese in Drehung zu
versetzen. Die Exzenterscheibe trägt dann auf ihrem Umfang
zweckmäßig ein Kugellager, dessen innere Schale mit der
Exzenterscheibe verbunden ist, vorteilhaft auf den Umfang
der Scheibe aufgeschrumpft ist, sich also mit der
Exzenterscheibe dreht, und dessen äußere Schale drehfest
ist, aber eine lineare Bewegung ausführen kann, derart, daß
der an ihr kraftschlüssig angelenkte Kolben des
Geberzylinders eine vom Elektromotor erzwungene sowohl Hin-
als auch Herbewegung ausführt.
Ist für den Antrieb ein Elektromagnet vorgesehen, so ist
dieser kraftschlüssig mit dem Kolben des Geberzylinders
verbunden.
Der erfindungsgemäße Antrieb hat den Vorteil, daß
sowohl die Kraft als auch die Frequenz und der Hub des
Kolbens des Arbeitszylinders leicht regelbar ist. Die
Frequenz wird durch die Drehzahl des Antriebsmotors oder
den Magnettakt bestimmt. Der maximale Hub wird durch die
Ausbildung der Exzenterscheibe oder durch die Hubhöhe des
Elektromagneten vorbestimmt. Eine genaue Regulierung und
Absenkung des Hubes ist durch die anhand der Zeichnung
beschriebenen Maßnahmen möglich. Die Kraft bestimmt
vornehmlich der Druck der verdrängten Flüssigkeit. Diese
Kraft ist durch ein Überdruckventil regelbar. Damit ist der
Antrieb äußerst vielseitig verwendbar. Einzelheiten hierzu
können den Unteransprüchen und der Beschreibung von
Ausführungsbeispielen entnommen werden.
Ein weiterer Vorteil ist, daß der Geberzylinder nicht
nur den Kolben eines Arbeitszylinders antreiben kann,
sondern durch Verzweigung der Übertragungsleitungen
gleichzeitig auch auf eine Vielzahl von Kolben wirken kann,
welche je ein Werkzeug antreiben.
Da bei hydraulischen Antrieben häufig ein Verlust des
Übertragungsmittels, nachfolgend der Einfachheit halber als
Öl bezeichnet, eintritt, ist zwischen Geberzylinder und
Arbeitszylinder oder mit dem Arbeitszylinder selbst
verbunden eine automatische Ölnachfülleinrichtung mit einer
Entlüftungseinrichtung vorgesehen.
Die Verbindungsschläuche zwischen Geberzylinder und
Arbeitszylinder sind zweckmäßig mit leicht lösbaren
Steckkupplungen für den jeweiligen gewünschten Anschluß
versehen, so daß ein Werkzeug ohne Ölverlust mit seinem
speziellen Antrieb leicht gegen ein anderes austauschbar
ist.
Jeder Arbeitskolben weist darüber hinaus wenigstens
eine Gegendruckfeder auf, welche dem Öldruck beim
Verschieben des Kolbens im Geberzylinder entgegenwirkt.
Darüber hinaus wirkt auf den Kolben des Arbeitszylinders
weiterhin der äußere Luftdruck und verstärkt die Wirkung
der Gegendruckfeder. Damit wird die Ölsäule zwischen dem
Kolben des Geberzylinders und dem Kolben des
Arbeitszylinders, ohne daß jemals während eines
Arbeitstaktes das Öl einen vorbestimmten Mindestdruck
unterschreitet und dadurch Kavitationserscheinungen
auftreten, hin- und hergeschoben. Diese Maßnahme trägt
wesentlich dazu bei, eine schnell oszillierende Frequenz
der Ölsäule zu ermöglichen.
Bei einstellbarem Öldruck (Kraft) und einstellbarer
Hubhöhe und Hubfrequenz läßt sich darüber hinaus eine
äußerst genaue Feineinstellung für die Hin- und Herbewegung
des angeschlossenen Werkzeuges gewährleisten.
Die Gegendruckfeder läßt sich darüber hinaus dazu benutzen,
beispielsweise das Werkzeug am Arbeitszylinderkolben
anzukuppeln, wodurch ein einfaches Auswechseln des
Werkzeuges ermöglicht wird.
Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 den schematischen Aufbau der Anlage;
Fig. 2 ein geändertes Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III
der Fig. 2;
Fig. 4 ein geändertes Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 ein geändertes Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 ein geändertes Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 ein geändertes Ausführungsbeispiel;
Fig. 8 ein geändertes Ausführungsbeispiel;
Fig. 9 ein geändertes Ausführungsbeispiel.
Gemäß Fig. 1 ist ein Elektromotor (1) vorgesehen, der
eine Welle (2) antreibt, welche in Kugellagern (3, 4)
läuft. Auf der Welle (2) ist eine Exzenterscheibe (5) fest
angeordnet, welche sich um die Antriebsachse (A-A) der
Welle dreht. Der Exzenter (5) trägt ein Kugellager (6),
dessen innere Schale (6a) vorteilhaft auf die
Exzenterscheibe (5) aufgeschrumpft ist. Die Kugeln laufen
zwischen der Schale (6a) und einer äußeren Schale (7),
welche nicht drehbar ist. Die Schale (7) ist jedoch in
Richtung der Linie (B-B) hin- und herbewegbar. Sie ist mit
einer Kolbenstange (7a) gelenkig verbunden. Die
Kolbenstange (7a) trägt einen Kolben (8) und bewegt diesen
in einem Geberzylinder (9) hin und her.
Im Arbeitsraum (10) hinter dem Kolben (8) befindet
sich als Übertragungsmittel Öl, das mit Hilfe einer
automatischen Ölnachfülleinrichtung (11) dem Arbeitsraum
(10) zugeführt worden ist und bei einem Ölverlust
selbsttätig nachfüllt. Außerdem weist die
Ölnachfülleinrichtung (11) in ihrem Deckel eine Be- und
Entlüftungseinrichtung (12) auf. Der Arbeitsraum (10) weist
ferner eine Austrittsöffnung (12a) für das Öl auf. Bei
Vorwärtsbewegung des Kolbens (8) (in Fig. 1 nach rechts)
wird das Öl über die Austrittsöffnung (12a) in eine
Schlauchleitung (14) gedrückt. Die Schlauchleitung (14) ist
biegsam, aber in ihrem Querschnitt und ihrer
Längsausdehnung fast unbeeinflußbar. Eine
Medienvordruckschraube (40) wirkt auf das Zylindervolumen,
um einen minimalen Druckverlust durch Dehnung des
Schlauches auszugleichen. Das Übertragungsmittel Öl wird
bei Vorwärtsbewegung des Kolbens (8) einem Arbeitszylinder
(20) zugeführt. In der Leitung (14) ist eine
Schnellkupplung (15) vorgesehen, um unterschiedliche
Verbindungen zu unterschiedlichen Arbeitswerkzeugen
herstellen zu können. Die Schnellkupplung ist
druckempfindlich und verhindert beim Auswechseln des
Anschlusses eines anderen Werkzeuges einen Ölverlust. Der
Arbeitszylinder (20) weist einen Kolben (22) auf, auf den
das Öl beim Vorlaufen des Kolbens (8) wirkt, derart, daß
der Kolben (22) sich in Richtung des Pfeiles (24) bewegt.
Bewegt sich der Kolben (8) im Geberzylinder (9) zurück, daß
heißt in Richtung auf den Exzenter zu, wird der Öldruck in
der Leitung (14) gemindert. Es entsteht ein Unterdruck im
Arbeitsraum (23) des Zylinders (20), so daß sich dieser
zurückbewegt, das heißt in Fig. 1 nach rechts. Am Kolben
(22) ist das zu bewegende Werkzeug (nicht dargestellt)
unter Zuhilfenahme einer Feder (25) befestigt. Damit die
Bewegung des Werkzeuges und damit des Kolbens (22) mit der
gewünschten Schnelligkeit erfolgt, wirkt die Feder
gleichzeitig als Gegendruckfeder auf den Arbeitskolben
(22). Durch Einstellen des Druckes in der Ölleitung (14),
zum Beispiel mit Hilfe eines Überdruckventiles, kann eine
äußerst genaue Regelung der Kraft des Werkzeuges bewirkt
werden. Die Kraft der Feder ist so bemessen, daß sie die
Vorwärtsbewegung des Kolbens und damit des Werkzeuges nicht
behindert, andererseits aber eine genügend schnelle
Rückführung des Kolbens (22) gewährleistet.
Mit Hilfe einer Stellschraube (40a) wird gleichzeitig
das Volumen des komprimierten Öles verändert, so daß eine
größere oder geringere Menge an Öl in die Leitung (14) bei
jeder Vorwärtsbewegung des Kolbens (8) gedrückt wird und
damit eine Hubregelung möglich ist.
Gemäß Fig. 2 ist der hin- und herbewegbare Kolben
(8) in Fig. 1 durch einen Kolben (41) ersetzt, welcher eine
Schrägfläche (42) aufweist. Bei dieser Ausbildung
verschließt der Kolben (41) die Einlaßöffnung (43) für die
Nachfülleinrichtung (11), je nach Neigung der Schrägfläche
früher oder später. Die Stellschraube (40a) ist zusätzlich
mit dem Kolben (41) verbunden, derart, daß der Kolben um
seine Achse (B-B) gedreht werden kann, so daß sich die
Neigung der Schrägfläche (42) zur Öleinlaßöffnung (43)
ändert. Das heißt, bei einer Hin- und Herbewegung des
Kolbens wird die Einlaßöffnung (43) in Abhängigkeit von der
Neigung der Schrägfläche geöffnet oder geschlossen. Gemäß
Fig. 3 weist die Stellschraube (40a) für die Einstellung
der Neigung der Schrägfläche zwei Nocken (50, 51) auf,
welche in entsprechenden Ausnehmungen des Kolbens liegen
und diesen beim Drehen der Schraube (40a) um die Achse
(B-B) verdrehen. In gewünschter Position wird die
Stellschraube arretiert.
In geänderter Ausführung können gemäß Fig. 7 mehrere
Einlaßöffnungen (43a, 43b, 43c) hintereinanderliegend
vorgesehen sein, welche der Kolben bei seiner Bewegung
nacheinander verschließt. Hierdurch kann die
Flüssigkeitsverdrängung und damit die Hubbewegung des
Arbeitskolbens (22) ebenfalls geregelt werden, indem die
Stellschraube nunmehr nacheinander eine oder mehrere der
Einlaßöffnungen verschließt. Die Schrägfläche des Kolbens
braucht hierzu nicht vorgesehen zu sein. In jedem Fall muß
aber eine der vorgesehenen Einlaßöffnungen stets geöffnet
sein.
Gemäß Fig. 4 ist die Anlage gleichzeitig für mehrere
Arbeitszylinder ausgelegt, beispielsweise für
Arbeitszylinder (31 bis 36), wie schematisch dargestellt,
indem die Verbindungsleitungen in den Punkten (52 bis 57)
verzweigt worden sind. Die Wirkungsweise ist dieselbe.
Gemäß Fig. 5 ist der Motorantrieb der Exzenterscheibe
durch einen Elektromagneten (60) ersetzt, dessen Kern (61)
in Abhängigkeit vom Stromdurchfluß in Richtung des Pfeiles
(62) hin- und herbewegt wird. Der Kern ist mit dem Kolben
(8) des Geberzylinders (9) verbunden. Die Wirkung ist
dieselbe wie in Fig. 1 beschrieben.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei
Geberzylinder (9 und 65) vorgesehen sind. Der Kolben (8)
des Geberzylinders (9) wird wiederum durch die
Exzenterscheibe (5) hin- und herbewegt. Der Kolben (66) des
Geberzylinders (65) wird von einer Exzenterscheibe (64)
entsprechend angetrieben. Die Scheibe (5) ist ebenso wie
die Scheibe (64) mit einem zugeordneten Kolben (8, 66)
verbunden. Die Exzenterscheiben (5 und 66) sind auf der
Welle (2) des Elektromotors (1) um 180° versetzt
angeordnet, so daß dann, wenn der Kolben (8) sich in der
rechten Stellung im Zylinder befindet, der Kolben (66) in
der linken Stellung des Zylinders (65) liegt, das heißt,
die Kolben (8 und 66) arbeiten gegenläufig. Der Kolben (8)
drückt Öl durch die Leitung (14) in den Arbeitsraum (23)
des Zylinders (27). Der Kolben (66) drückt Öl über die
Leitung (67) in den Raum (68) vor dem Kolben (22)
(komplementärer Arbeitsraum). Der gegenläufige Öldruck in
den Räumen (23 und 68) drückt jetzt den Kolben (22) hin und
zurück. Die Feder für die Rückführung des Kolbens kann
damit entfallen.
Fig. 8 zeigt ein geändertes Ausführungsbeispiel. Die
Geberzylinder (9 und 65) der Fig. 6 sind über die Leitungen
(14 und 67) mit zwei Arbeitszylindern (20 und 70)
verbunden. Je eine Leitung (14, 67) ist einem der
Arbeitszylinder (20, 70) zugeordnet. Die Kolben (22, 71)
der Arbeitszylinder (20, 70) wirken auf eine Platte (72)
oder einen Hebel, welcher um eine Achse (73) in Richtung
des Pfeiles (76) hin- und herbewegbar ist. Die Platte (72)
wirkt auf das Werkzeug (27), so daß dieses wieder die
oszillierende Bewegung ausführt. Diese Ausbildung hat den
Vorteil gegenüber der Ausbildung nach Fig. 6, welche
dasselbe bewirkt, daß die Ölzuleitungen auf der dem
Werkzeug abgewandten Seite in die Arbeitszylinder münden.
Gemäß Fig. 9 wirkt der Arbeitszylinder über die
Leitung (14) auf den Arbeitszylinder (20) unter
Zwischenschaltung eines druckempfindlichen Umschaltventiles
(75). Vom Ventil (75) geht als zweiter Weg eine Leitung
(74) ab, welche in die Nachfülleinrichtung (11) mündet. Die
Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende:
Bewegt sich der Kolben des Zylinders (9) nach rechts, dann
drückt er das aus dem Nachfüllbehälter (11) zugeströmte Öl
über die Leitung (14), das jetzt offene Ventil (75) in den
Zylinder (20) und bewegt dessen Kolben ebenfalls nach
rechts. Bewegt sich der Kolben im Zylinder (9) nach links,
entsteht in der Leitung (14) ein Unterdruck. Das Ventil
(75) verbindet jetzt den Zylinder (20) mit einer Leitung
(74), welche in den Ölnachfüllbehälter (11) mündet. Da der
Kolben des Zylinders (9) die Öffnung des
Ölnachfüllbehälters freigibt, saugt der Kolben aus dem
Nachfüllbehälter (11) Öl an, welches über die Leitung (74)
nachströmt, und zwar aus dem Arbeitsraum des Zylinders
(20). Bewegt sich der Kolben (9) nach rechts, schaltet das
Ventil (75) um, so daß die Verbindung der Leitungen (14)
zum Arbeitszylinder wieder gegeben ist. Bei dieser
Ausbildung befindet sich das Öl in einem Kreislauf und
nicht in einer ausschließlichen oszillierenden Bewegung.
Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß das Öl beispielsweise
gekühlt werden kann, indem es durch eine Kühleinrichtung
strömt.
Diese Ausbildung eignet sich ferner für eine genaue
Krafteinstellung für die Bewegung des Werkzeuges, wenn man
die Druckbeaufschlagung des Ventiles (75) geeignet wählt
oder einstellt.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in
folgenden Merkmalen gesehen:
Dadurch, daß der Kolben (10) des Geberzylinders an der
Kurvenscheibe (5) kraftschlüssig angelenkt ist, wird er vom
Antriebsmotor (1) oder vom entsprechenden Elektromagneten
hin- und herbewegt. Er schiebt demzufolge die Ölsäule in
der Leitung (14) entsprechend hin und her und drückt somit
einmal auf den Kolben (23) des Arbeitszylinders und saugt
zum anderen die Ölsäule wieder zurück und damit den Kolben
(23). Diese rückwärtige Bewegung wird durch die auf den
Kolben (22) wirkende Feder (25) wesentlich unterstützt,
außerdem durch den äußeren Luftdruck, welcher auf den
Kolben (22) wirkt.
Die erfindungsgemäße Ausbildung zeigt die weiteren
Vorteile:
Das Gewicht und das Volumen können aufgrund des
gewählten Antriebes in einem überaus günstigen Verhältnis
zur übertragenden Kraft stehen. Beträgt das Gewicht des
Arbeitszylinders mit Kolben etwa 40 Gramm bei einer
Hublänge von 12 bis 13 Millimetern und wird der Kolben mit
einer Frequenz von zehn Hertz bewegt, dann wird je Hub eine
Kraft von 100 Kilogramm erzeugt, und zwar durch den Antrieb
eines Elektromotors von 750 Watt.
Wie sich ebenfalls aus dem obigen Zahlenbeispiel
ergibt, arbeitet der Antrieb mit einem außergewöhnlich
hohen Wirkungsgrad. Dies ist dadurch begründet, daß die
Arbeitsleistung des Antriebmotors durch die kraftschlüssige
Übertragung der Drehbewegung der Motorwelle während einer
gesamten Umdrehung fast gleichmäßig sowohl als Vorwärts
als auch als Rückwärtsbewegung auf den Kolben des
Geberzylinders übertragen wird.
Der Antrieb arbeitet fast geräuschlos. Die Ankupplung
einer Arbeitseinheit ist leicht möglich durch die
Schnellkupplung (15) in der Übertragungsleitung (14). Die
Verbindung unterliegt so gut wie keiner Abnutzung. Durch
die Kupplung wird ermöglicht, das Arbeitsgerät schnell
gegen ein anderes Arbeitsgerät auszuwechseln.
Die Vibration in dem oszillierenden Arbeitsgerät, welche
sich normalerweise bei herkömmlichen Anlagen, zum Beispiel
bei einem Antrieb mit Preßluft stets auf das Arbeitsgerät
überträgt, wird hier durch die Öldrucksäule als
Antriebsmittel von der Arbeitseinheit abgeleitet. Dadurch
ist das Arbeitsgerät selbst fast vibrationsfrei.
Zu diesen Vorteilen trägt auch bei, daß der
eigentliche Antrieb, das heißt die Geberzylindereinheit und
die Arbeitszylindereinheit nicht starr, sondern durch einen
biegsamen Schlauch miteinander verbunden sind, so daß sich
die Belastungen und insbesondere das Gewicht der
Gebereinheit nicht auf die Arbeitseinheit überträgt.
Selbst für höchste Kraftübertragungen sind nur kleine
Schlauchquerschnitte für die Übertragungsleitung notwendig.
Bei dem oben angegebenen Kraftgewichtsbeispiel ist nur ein
Schlauch von fünf Millimetern Außendurchmesser
erforderlich. Durch das geringe Gewicht und den dünnen
flexiblen Zuleitungsschlauch ist eine hervorragende
Handhabung jeder Arbeitseinheit, wie oben bereits erwähnt,
möglich.
Da die Antriebseinheit dicht ist, kann sie auch bei Geräten
verwendet werden, die unter Wasser laufen oder zumindest
mit Flüssigkeit gereinigt werden.
Die gesamte Anlage ist fast wartungsfrei und hat eine sehr
hohe Lebenserwartung.
Die Anlage ist leicht herzustellen. Die Herstellungskosten
sind gering, und zwar wesentlich billiger als eine
Preßluftanlage oder dergleichen in gleicher Leistungsgröße.
Die Arbeitseinheit ist nicht direkt mit elektrischem
Strom verbunden, so daß auch ein Unterwasserbetrieb möglich
ist. Selbst bei hoher Kraftübertragung ist der
Arbeitszylinder, welcher mit dem Werkzeug unmittelbar
verbunden ist, immer noch sehr klein.
Ein weiterer Vorteil ist der, daß die Hubfrequenz, die
Hubhöhe und die Kraft der Werkzeugeinheit stufenlos und
unabhängig voneinander auch während des Betriebes geregelt
werden können.
Für einfache Anwendungen kann eine beliebige Flüssigkeit
als Übertragungsmittel Verwendung finden.
Bezugszahlen
1 Elektromotor
2 Welle
3 Kugellager
4 Kugellager
5 Exzenterscheibe
6 Kugellager
6a innere Schale
7 äußere Schale
7a Kolbenstange
8 Kolben
9 Geberzylinder
10 Arbeitszylinder
11 Ölnachfülleinrichtung
12 Be- und Entlüftungseinrichtung
12a Austrittsöffnung für das Öl
14 Schlauchleitung
15 Schnellkupplung
20 Arbeitszylinder
22 Kolben im Arbeitszylinder
23 Arbeitsraum
24 Pfeil
25 Feder
26 Gegendruckfeder
27 Werkzeug
28 Gelenkstück
29 Schlauchleitung
30 Schraubverbindung
31 Arbeitszylinder
32 Arbeitszylinder
33 Arbeitszylinder
34 Arbeitszylinder
35 Arbeitszylinder
36 Arbeitszylinder
40 Stellschraube
40a Stellschraube
41 Kolben des Geberzylinders
42 Schrägfläche (Stirnfläche) des Kolbens 41
43 Einlaßöffnung für das Übertragungsmittel (Öl)
43a Bohrung
43b Bohrung
43c Bohrung
44 Arretierschraube
50 Nocken
51 Nocken
52 Verzweigung der Ölübertragungsleitung
53 Verzweigung der Ölübertragungsleitung
54 Verzweigung der Ölübertragungsleitung
55 Verzweigung der Ölübertragungsleitung
56 Verzweigung der Ölübertragungsleitung
57 Verzweigung der Ölübertragungsleitung
60 Elektromagnet
61 Kern
62 Pfeil
64 zweite Exzenterscheibe
65 Zylinder
66 Kolben
67 Leitung
68 komplementärer Arbeitsraum
70 zweiter Arbeitszylinder
71 Kolben (Verlängerung)
72 Platte oder Hebel
73 Achse
74 zweite Schlauchleitung
75 Umschaltventil
76 Pfeil
A-A Achse des Elektromotors
B-B Achse des Geberzylinders
2 Welle
3 Kugellager
4 Kugellager
5 Exzenterscheibe
6 Kugellager
6a innere Schale
7 äußere Schale
7a Kolbenstange
8 Kolben
9 Geberzylinder
10 Arbeitszylinder
11 Ölnachfülleinrichtung
12 Be- und Entlüftungseinrichtung
12a Austrittsöffnung für das Öl
14 Schlauchleitung
15 Schnellkupplung
20 Arbeitszylinder
22 Kolben im Arbeitszylinder
23 Arbeitsraum
24 Pfeil
25 Feder
26 Gegendruckfeder
27 Werkzeug
28 Gelenkstück
29 Schlauchleitung
30 Schraubverbindung
31 Arbeitszylinder
32 Arbeitszylinder
33 Arbeitszylinder
34 Arbeitszylinder
35 Arbeitszylinder
36 Arbeitszylinder
40 Stellschraube
40a Stellschraube
41 Kolben des Geberzylinders
42 Schrägfläche (Stirnfläche) des Kolbens 41
43 Einlaßöffnung für das Übertragungsmittel (Öl)
43a Bohrung
43b Bohrung
43c Bohrung
44 Arretierschraube
50 Nocken
51 Nocken
52 Verzweigung der Ölübertragungsleitung
53 Verzweigung der Ölübertragungsleitung
54 Verzweigung der Ölübertragungsleitung
55 Verzweigung der Ölübertragungsleitung
56 Verzweigung der Ölübertragungsleitung
57 Verzweigung der Ölübertragungsleitung
60 Elektromagnet
61 Kern
62 Pfeil
64 zweite Exzenterscheibe
65 Zylinder
66 Kolben
67 Leitung
68 komplementärer Arbeitsraum
70 zweiter Arbeitszylinder
71 Kolben (Verlängerung)
72 Platte oder Hebel
73 Achse
74 zweite Schlauchleitung
75 Umschaltventil
76 Pfeil
A-A Achse des Elektromotors
B-B Achse des Geberzylinders
Claims (37)
1. Vorrichtung zum Antrieb eines in axialer Richtung
hin- und herbewegbaren Werkzeuges, bei der in einem
Geberzylinder ein hin- und herbewegbarer Kolben vorgesehen
ist, der ein flüssiges Medium verdrängt oder ansaugt, das
einen Kolben (22) in einem Arbeitszylinder (20) betätigt,
gekennzeichnet durch die Kombination
folgender Merkmale:
- a) Der Kolben (8) des Geberzylinders (9) ist mit einer Exzenterscheibe (5) reibungsarm, kraftschlüssig verbunden, welche den Kolben (8) vorwärts- und zurückbewegt,
- b) der Geberzylinder (9) ist zur Vermeidung einer Gewichtsübertragung räumlich getrennt vom Arbeitszylinder (20) angeordnet,
- c) Geberzylinder (9) und Arbeitszylinder (20) sind durch eine biegsame Schlauchleitung (29) oder Rohrleitung miteinander verbunden,
- d) der Kolben (22) des Arbeitszylinders (20) steht unter der Wirkung wenigstens einer Gegendruckfeder (26),
- e) der äußere Luftdruck dient zur Unterstützung der Rückführung des Arbeitszylinderkolbens (22),
- f) das Werkzeug (27) ist am Arbeitszylinderkolben (22) durch Zuhilfenahme der Gegendruckfeder (26) angekoppelt.
2. Vorrichtung zum Antrieb eines in axialer Richtung
hin- und herbewegbaren Werkzeuges, bei der in einem
Geberzylinder ein hin- und herbewegbarer Kolben vorgesehen
ist, der ein flüssiges Medium verdrängt oder ansaugt, das
einen Kolben (22) in einem Arbeitszylinder (20) betätigt,
gekennzeichnet durch die Kombination
folgender Merkmale:
- a) Der Kolben (8) des Geberzylinders (9) ist mit dem Kern (61) eines Elektromagneten (60) verbunden, welcher den Kolben (8) vorwärts- und zurückbewegt,
- b) der Geberzylinder (9) ist zur Vermeidung einer Gewichtsübertragung räumlich getrennt vom Arbeitszylinder (20) angeordnet,
- c) Geberzylinder (9) und Arbeitszylinder (20) sind durch eine biegsame Schlauchleitung (29) oder Rohrleitung miteinander verbunden,
- d) der Kolben (22) des Arbeitszylinders (20) steht unter der Wirkung wenigstens einer Gegendruckfeder (26),
- e) der äußere Luftdruck dient zur Unterstützung der Rückführung des Arbeitszylinderkolbens (22),
- f) das Werkzeug (27) ist am Arbeitszylinderkolben (22) durch Zuhilfenahme der Gegendruckfeder (26) angekoppelt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das benutzte flüssige Medium bei der
Bewegung des Werkzeuges ein oszillierende Hin- und
Herbewegung ausführt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet
durch die Ausbildung als ein in sich geschlossenes mit
Unter- und Überdruck arbeitendes System.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kolben (8) mit seiner Kolbenstange
(7a) seitlich an der Exzenterscheibe (5) angelenkt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß auf dem äußeren Durchmesser der
Exzenterscheibe (5) ein Kugellager (6) vorgesehen ist,
dessen innerer Ring (6a) sich mit der Exzenterscheibe (5)
dreht und dessen äußerer Ring (7) undrehbar, jedoch linear
hin- und herbewegbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der äußere Ring über ein Gelenkstück
(28) mit der Kolbenstange (7a) des Kolbens (8) des
Geberzylinders (9) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Exzenterscheibe (5) mit einem
Antriebsmotor (Elektromotor (1)) verbunden ist, dessen
Drehzahl regelbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hubhöhe des Kernes (61) des
Elektromagneten regelbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß durch gesteuertes Takten des
Elektromagneten (60) die Hubfrequenz der Arbeitseinheit
einstellbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß ein an der Werkzeugeinheit (20, 22, 26,
27) vorgesehener Schalter das Ein- und Ausschalten des
jeweils gewählten Antriebes (Motorantrieb oder
Elektromagnetantrieb) bewirkt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schalter über ein Kabel mit der
Antriebseinheit (1, 60) elektrisch verbunden ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kabel mit der Schlauch- (14) oder
Rohrleitung mitgeführt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß für die Hubfrequenzverstellung
(Motordrehzahländerung, Elektromagnettaktänderung) ein
Schalter an der Werkzeugeinheit vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß als Schalter ein Dimmer vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine automatische
Nachfülleinrichtung (11) für den Ausgleich eines Verlustes
an flüssigem Arbeitsmedium und für das Befüllen der Anlage
aufweist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine automatische Be
und Entlüftungseinheit (12) für das flüssige Medium
aufweist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Geberzylinder (9) und/oder der
Arbeitszylinder (20) eine in den Arbeitsraum des Zylinders
eindringende Stellschraube (40) für den Ausgleich von
Druckverlusten durch Volumenänderung der Schlauchleitung
(29) aufweist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Kolbens (41) des
Geberzylinders (9), in Bewegungsrichtung des Kolbens
gesehen, als Schrägfläche (42) ausgebildet ist, und die zur
Wirkung kommende Neigung der Schrägfläche (42) des Kolbens
(41) durch Drehen des Kolbens (41) um seine Achse
einstellbar und arretierbar ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einfüllöffnung (43) der
automatischen Nachfülleinrichtung (11) für das flüssige
Medium im Geberzylinder (9) als Längsschlitz oder in Form
von mehreren Bohrungen (43a, 43b, 43c) in Zylinderrichtung
hintereinanderliegend ausgebildet ist, so daß in
Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens (8, 41) dieser
längs seines Arbeitsweges eine oder mehrere dieser
Öffnungen oder den Längsschlitz früher oder später
verschließt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einfüllöffnungen (43a, 43b, 43c) in
der Zylinderwand des Geberzylinders (9) durch eine
arretierbare Stellschraube nacheinander bis auf mindestens
eine absperrbar sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schlauchleitung (14) zwischen dem
Geberzylinder (9) und dem Arbeitszylinder (20) flexibel,
jedoch im Querschnitt und in der Länge fast undehnbar ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schlauchleitung (14) spiralförmig
ausgebildet ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Geberzylinder (9) mit Hilfe
verzweigter Druckleitungen (29) auf mehrere Arbeitszylinder
(31 bis 36) gleichzeitig wirkt.
25. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Druckleitung (14) zwischen dem
Geberzylinder (9) und dem zugeordneten Arbeitszylinder (20)
mittels einer selbsttätig schließenden Schnellkupplung (15)
trennbar und zusammenschließbar ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kupplung in der Nähe des
Arbeitszylinders (20) vorgesehen ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Teil (29) der Schlauchleitung (14)
mit der Werkzeugeinheit verbunden (verschraubt (30)) ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (1) auf mehrere
Exzenterscheiben (5, 64) wirkt und jeder Exzenterscheibe
ein Geberzylinder mit wenigstens einem Arbeitszylinder
zugeordnet ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Geberzylinder (9) über ein
druckempfindliches Umschaltventil (75) mit dem
Arbeitskolben (20) über eine erste Leitung (14) verbunden
ist und vom Umschaltventil eine zweite Leitung (74) über
die Ölnachfülleinrichtung (11) zum Geberzylinder (9)
zurückführt.
30. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Kolben in dem ihm zugeordneten
Arbeitszylinder unter der Wirkung wenigstens einer von
Baugröße und Druck abhängigen, einen Gegendruck auf den
Kolben ausübenden Feder steht.
31. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das verwendete flüssige Medium ein
Hydrauliköl ist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch
gekennzeichnet, daß das flüssige Medium bei Einsatz der
Vorrichtung im Lebensmittelbereich ein
lebensmittelverträgliches Hydrauliköl ist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das verwendete flüssige Medium ein
unter Druck und entsprechender Temperatur verflüssigtes Gas
ist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einheit (Arbeitszylinder (20) mit
Schlauch (14)) gegen die äußere Umgebung so dicht ist, daß
sie in Flüssigkeiten (unter Wasser) arbeiten kann.
35. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Regelung der Kolbenkraft in dem
System ein regelbares Überdruckventil vorgesehen ist,
welches das unter Druck stehende flüssige Medium ab einem
vorbestimmten Druck in den Vorratsbehälter der
Nachfüllanlage (11) zur Kraftregulierung überströmen läßt.
36. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Vermeidung oder wenigstens
Minimierung von Vibrationen im Arbeitsgerät der
Arbeitszylinder in oder auf einem gummiartigen Belag
befestigt ist.
37. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Minimierung oder zur Vermeidung von
Vibrationen die Eigenresonanz der Gegendruckfeder (26) auf
die Arbeit des Arbeitszylinders abgestimmt ist.
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