DE4319436C1 - Doppelhubzylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Doppelhubzylinder entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei bekannten Doppelhubzylindern der gattungsgemäßen Art (siehe z. B. DE 38 09 461 A1) ist der Vorhubkolben an seiner anderen, nicht von der Kolbenstange des Arbeitskolbens durchdrungenen Stirnseite durch einen Deckel verschlossen, an dem der Arbeitskolben während des Vorschubs des Vorhub­ kolbens anliegt und der mit dem Arbeitskolben eine Arbeits­ kammer begrenzt, die zur Durchführung des Arbeitshubs des Arbeitskolbens mit Drucköl beaufschlagt wird. Ein derartiger Doppelhubzylinder ist für Anwendungsfälle geeignet, bei de­ nen relativ geringe Kräfte ausgeübt werden müssen, bei­ spielsweise beim Punktschweißen. Werden jedoch große Kräfte benötigt, wie dies beispielsweise beim Stanznieten oder bei der Herstellung von Druckfügeverbindungen der Fall ist, so sind diese bekannten Doppelhubzylinder wenig geeignet, da durch die Abstützung des hohen Arbeitsdruckes, der mehrere hundert bar betragen kann, auf den Vorhubkolben sich dieser unter Verdrängung der auf ihn mit wesentlich geringerem Druck wirkenden Druckflüssigkeit nach rückwärts bewegen kann, was zur Folge hat, daß die Kraft, mit der der Vorhub­ kolben die miteinander zu verbindende Bleche aneinander­ drückt, verringert, also ein sattes Anliegen nicht gewähr­ leistet ist. Dadurch wird auch die Ausgangsposition des Niet- oder Druckstempels verändert, so daß keine reprodu­ zierbaren Niet- oder Druckfügevorgänge erreicht werden kön­ nen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Doppelhubzy­ linder der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit dem große Kräfte ausgeübt werden können, ohne die Funktion des Vorhub­ zylinders zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag ist der Vorhubkolben von dem auf den Arbeitskolben wirkenden Arbeitsdruck vollständig entlastet, so daß die Druckbeaufschlagung des Vorhubkolbens, die insbesondere bei Niet- und Druckfügemaschine das Anein­ anderdrücken der miteinander zu verbindenden Bleche bewirkt, durch den auf den Arbeitskolben wirkenden Druck nicht teil­ weise aufgehoben wird. Da Vorschubkolben und Arbeitskolben voneinander vollkommen unabhängig mit Druck beaufschlagt werden, läßt sich für sie jeder gewünschte Druck verwirkli­ chen.

Um ein geschlossenes hydraulischen System zu schaffen und die Leckage von Hydrauliköl auf ein Mindestmaß zu reduzie­ ren, erfolgt die Entlüftung des Raumes zwischen der kolben­ stangenseitigen Stirnfläche des Arbeitskolbens und der ge­ genüberliegenden Stirnwand des Vorhubkolbens mittels eines Rohres, das sich von der anderen Seite des Arbeitskolbens in eine Längsbohrung in dem zylindrischen Körper erstreckt und an eine Entlüftungsleitung angeschlossen ist. Die Zuführung des Arbeitsmediums zu der Arbeitskammer erfolgt vorzugsweise über eine Längsbohrung in den zylindrischen Körper. Diese Längsbohrung dient während des Vorschubes des Vorhubkolbens zur Belüftung der Arbeitskammer.

Der Vorhubkolben kann einen rohrförmigen Ansatz aufweisen, durch den sich die Kolbenstange des Arbeitskolbens erstreckt und dessen Innenfläche mit mindestens einer Längsnut verse­ hen ist, in die ein an der Kolbenstange angebrachter Füh­ rungsstein eingreift, der einerseits eine Verdrehsicherung zwischen dem Vorhubkolben und dem Arbeitskolben bildet, und andererseits während des Vorhubs mit der Außenfläche der Stirnwand des Vorhubkolbens zusammenwirkt und die Mit­ nahme des Arbeitskolbens durch den Vorhubkolben bewirkt. Der Vorhubkolben selbst ist verdrehgesichert in bzw. an den Zyl­ indergehäuse geführt, beispielsweise mittels einer Stange, die sich außerhalb des Zylindergehäuse parallel zum Vorhub­ kolben erstreckt und mit diesem verbunden und in am Zylin­ dergehäuse angebrachten Führungen längsverschieblich geführt ist. Diese Stange kann gleichzeitig zur Betätigung von End­ schaltern dienen, welche die Druckölsteuerung zu dem Vorhub­ kolben bewirken.

Insbesondere wenn der erfindungsgemäße Doppelhubzylinder für eine Stanznietmaschine bestimmt ist, wobei die Kolbenstange direkt oder über einen Nietstempel auf ein Stanzniet ein­ wirkt, ist es zweckmäßig, eine hydraulische Steuerung für den Druck in der Arbeitskammer vorzusehen, die während des Vorhubs die Arbeitskammer belüftet, nach Beendigung des Vor­ hubes in der Arbeitskammer zunächst einen mäßigen Druckauf­ bau bewirkt, durch den die Kolbenstange bis zu Anlage des Stanzniets an dem Werkstück vorgeschoben wird, und nach Be­ endigung dieses Vorschubes den Arbeitskolben mit hohem Druck zwecks Durchführung des Stanznietsvorganges beaufschlagt. Um zu erkennen, ob in der Stanznietmaschine überhaupt ein Stanzniet vorhanden ist, und, wenn ja, ob dieser Stanzniet ordnungsgemäß in der Maschine liegt, kann in dem rohrförmi­ gen Ansatz ein elektrischer Wegaufnehmer angeordnet sein, der mit einem an der Kolbenstange angebrachten Sensor zusam­ menwirkt, um genau den Weg zu ermitteln, den die Kolbenstan­ ge bis zur Anlage des Stanzniets an dem Werkstück zurück­ legt. Diese gemessene Wegstrecke wird mit einer programmier­ ten Wegstrecke verglichen, die ermittelt wurde, wenn sich der Stanzniet in seiner richtigen Lage in der Stanzmaschine befindet, also nicht verkantet ist. Erst wenn festgestellt wurde, daß der Vordruck auf den Arbeitskolben in der festge­ legten Höhe vorhanden ist und wenn die von der Kolbenstange zurückgelegte Wegstrecke der programmierten Wegstrecke in­ nerhalb eines Toleranzbereiches entspricht, wird der volle Arbeitsdruck auf den Arbeitskolben gegeben und der Stanz­ nietvorgang durchgeführt. Andernfalls wird der Arbeitskolben in seine Ausgangsstellung zurückgeführt und ein Fehlersignal erzeugt. Vor der Verschiebung des Arbeitskolbens relativ zum Vorhubkolben wird, wie erwähnt, der Vorhubkolben unter Mit­ nahme des Arbeitskolbens verschoben, bis er mit einem vorbe­ stimmten Druck die miteinander zu verbindenden Teile, bei­ spielsweise Bleche, zusammendrückt. Der elektrische Wegauf­ nehmer kann von einem Linear-Potentiometer gebildet sein, dessen Schleifkontakt an der Kolbenstange angebracht ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Nietzange mit einem erfindungsgemäßen Doppelhub­ zylinder zur Verschiebung des Nietstempels, und

Fig. 2 den Nietkopf von Fig. 1 mit der Nietzuführung im Längsschnitt und in größerem Maßstab.

In Fig. 1 ist eine allgemein mit 1 bezeichnete Nietzange dargestellt, die einen Nietbügel 2 mit einer Matrize 3 und eine Aufnahme 4 für einen Doppelhubzylinder 5 aufweist. Der Doppelhubzylinder 5 hat ein Zylindergehäuse 6, in dem ein Vorhubkolben 7 verschiebbar angeordnet ist. Der Vorhubkolben 7 ist als Hohlzylinder ausgebildet und er wirkt über eine Dichtung 8 dichtend mit der Innenfläche des Zylindergehäuses 6 zusammen. Der Vorhubkolben 7 ist an seinem in Fig. 1 rech­ ten Ende durch eine Wand 9 abgeschlossen. In dem Vorhub­ kolben 7 ist ein Arbeitskolben 16 gelagert, der durch eine Dichtung 11 dichtend mit der Innenfläche des Vorhubkolbens zusammenwirkt. Von seiner in Fig. 1 rechten Stirnfläche 12 erstreckt sich eine Kolbenstange 13 durch die Stirnwand 9 des Vorhubkolbens 7. Von der anderen Stirnseite 14 des Vor­ hubkolbens 7 erstreckt sich in diesen ein zylindrischer Körper 15, der mit dem Zylindergehäuse 6 fest verbunden ist. Der Vorhubkolben 7 wirkt mittels einer Dichtung 16 dichtend mit der Außenfläche des zylindrischen Körpers 15 zusammen. Die in Fig. 1 rechte Stirnseite 17 des zylindrischen Körpers 15 begrenzt mit der linken Stirnseite 18 des Arbeitskolbens 10 eine Arbeitskammer 19, die durch eine Längsbohrung 20 in dem zylindrischen Körper 15 mit einem nicht dargestellten hydraulischen Steuergerät in Verbindung steht. Von der Stirnseite 18 des Arbeitskolbens 10 erstreckt sich ein Rohr 22 in eine Längsbohrung 23 in dem zylindrischen Körper 15, das durch eine Bohrung 24 im Arbeitskolben 10 mit dem Raum 25 zwischen der kolbenstangenseitigen Stirnfläche 12 des Arbeitskolbens 10 und der gegenüberliegenden Stirnwand 9 des Vorschubkolbens 7 in Verbindung steht. Durch das Rohr 22 wird der Raum 25 entlüftet, wenn die Arbeitskammer 19 mit Drucköl beaufschlagt wird.

An die Stirnwand 9 des Vorhubkolbens 7 ist ein rohrförmiger Ansatz 26 angebracht, in den sich die Kolbenstange 13 des Arbeitskolben 10 erstreckt. Der Ansatz 26 weist an seiner Innenfläche mindestens eine Längsnut 27 auf, in die ein an der Kolbenstange 13 angebrachter Führungsstein 28 eingreift, der während des Vorhubs mit der Außenfläche der Stirnwand 9 des Vorhubkolbens 7 zusammenwirkt. Durch die Führung des Steins 28 in der Nut 27 wird der Arbeitskolben drehfest mit dem Vorhubkolben 7 verbunden, und er wird beim Vorschub des Vorhubkolbens durch die Anlage der Wand 9 an dem Führungs­ stein 28 mitgenommen. Zur Verdrehsicherung des Vorhubkolbens 7 relativ zum Zylindergehäuse 6 ist außerhalb des Zylinder­ gehäuses eine Stange 30 vorgesehen, die sich parallel zum Vorhubzylinder 7 erstreckt und mit diesem durch einen Halter 31 verbunden ist und die in einer Führung 32 am Zylindergehäu­ se 6 längsverschieblich gelagert ist.

Mit der Kolbenstange 13 ist ein Nietstempel 33 verbunden. An der in Fig. 1 rechten Stirnfläche des rohrförmigen Ansatzes 26 ist eine Stanzniet-Aufnahme 34 angeschraubt, die ein Zu­ führrohr 34a zum pneumatischen Zuführen eines Stanznietes 35 nach dem anderen sowie fluchtend mit dem Nietstempel 33 eine Niethaltezange 36 aufweist, wie dies in Fig. 2 im ein­ zelnen dargestellt ist.

Die linke ringförmige Stirnfläche 14 des Vorhubkolbens 7 kann durch einen Kanal 37 in dem zylindrischen Körper 15 mit Drucköl beaufschlagt werden. Der Ringraum 38 zwischen der Außenfläche des Vorhubkolbens 7 und der Innenfläche des Zy­ lindergehäuses 6 kann durch einen Anschluß 39 entlüftet wer­ den.

Bei Druckbeaufschlagung des Vorhubkolbens 7 wird dieser in Fig. 1 nach rechts verschoben, bis das Mundstück 40 der Stanzniet-Aufnahme 34 an den miteinander zu verbindenden Blechen 41 und 42 anliegt und diese gegen die Matrize 3 drückt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Dabei wird der Arbeitskolben 10 durch die auf den Führungsstein 28 wirkende Stirnwand 9 des Vorhubkolbens 7 mitgenommen, wobei die Ar­ beitskammer 19 durch die Längsbohrung 20 belüftet wird. Nun wird durch das nicht dargestellte hydraulische Steuergerät die Arbeitskammer 19 mit Druck beaufschlagt, wodurch der Arbeitskolben 10 nach rechts verschoben wird und der mit seiner Kolbenstange 13 verbundene Nietstempel 33 das Niet 35 durch die Federzange 36 hindurch zur Anlage an dem Blech 41 bringt. Wenn dies geschehen ist, wird der Arbeitskolben mit hohem Druck beaufschlagt, und der Nietvorgang durchgeführt.

Um festzustellen, ob in der Stanznietaufnahme ein Niet ent­ halten ist, und, wenn ja, ob dieses Niet richtig, also nicht verkantet, in der Aufnahme 34 liegt, ist in dem rohrförmigen Ansatz 26 ein elektrischer Wegaufnehmer angeordnet, der im Ausführungsbeispiel aus einem Linear-Potentiometer besteht, mit einem flachen Widerstand 43 an der Innenfläche des An­ satzes 26 und einem Schleifkontakt 44 an der Kolbenstange 13. Die Wegstrecke, die die Kolbenstange 13 und der Niet­ stempel 33 zurücklegt, bis das Niet 35 an dem Blech 41 an­ liegt, wird gemessen und mit einem Sollwert verglichen, der vorher ermittelt wurde und erreicht wird, wenn ein Niet vor­ handen ist und dieses Niet in der richtigen Lage ist. Dann wird der Arbeitskolben 10 mit hohem Druck beaufschlagt und der Nietvorgang durchgeführt, wenn die gemessene Wegstrecke mit dem Sollwert innerhalb eines Toleranzfeldes überein­ stimmt. Damit ist sichergestellt, daß kein Nietvorgang durchgeführt wird, wenn kein Niet vorhanden ist oder wenn das Niet nicht mit dem Nietstempel fluchtend in der Stanz­ nietaufnahme 33 liegt.

Wie ersichtlich, sind die Druckbeaufschlagung des Vorhubkol­ bens 7 und des Arbeitskolbens 10 völlig unabhängig voneinan­ der, so daß der Vorhub und der Arbeitshub für sich gesteuert und durchgeführt werden.

Das Zylindergehäuse 6 ist mit der Aufnahme 4 der Nietzange 1 durch eine formschlüssige Nietverbindung und durch Schrauben 45 verbunden, die sich in entsprechende Gewindelöcher 46 im Zylindergehäuse 6 erstrecken. Um den Hub des Vorhubkolbens 7 an die Dicke der miteinander zu verbindenden Bleche anpassen zu können, sind in Längsrichtung des Vorhubzylinders 7 meh­ rere Gewindelöcher 46 hintereinander angeordnet, so daß das Zylindergehäuse 6 durch die Schrauben 45 in größerem oder kleinerem Abstand von der Matrize 3 an der Aufnahme 4 befe­ stigt werden kann.

Claims (10)

1. Doppelhubzylinder, insbesondere für eine Stanznietmaschi­ ne, mit

• - einem Zylindergehäuse (6)
• - einem Vorhubkolben (7), der verschiebbar im Zylinderge­ häuse (6) angeordnet und als Hohlzylinder ausgebildet ist, der an einem Ende durch eine Stirnwand (9) ver­ schlossen ist, und
• - einem Arbeitskolben (10), der in dem Vorhubkolben (7) gelagert ist und von diesem mitgenommen wird und zur Durchführung seines Arbeitshubes relativ zum Vorhubkol­ ben verschiebbar ist, und der eine Kolbenstange (13) aufweist, die sich von der einen Kolbenstirnfläche (12) durch die Stirnwand (9) des Vorhubkolbens (7) er­ streckt,

dadurch gekennzeichnet, daß sich in den Vorhubkolben (7) von seinem anderen Ende (14) her ein mit dem Zylindergehäuse (6) verbundender zylindrischer Körper (15) erstreckt, der mit der Innen­ fläche des Vorhubkolbens (7) dichtend zusammenwirkt und mit der anderen Stirnfläche (18) des Arbeitskolbens (10) eine Arbeitskammer (19) begrenzt, die während des Vor­ schubes des Vorhubkolbens (7) belüftbar und zur Durchfüh­ rung des Arbeitshubes mit einem Druckmittel beaufschlag­ bar ist unter gleichzeitiger Entlüftung des Raumes (25) zwischen der kolbenstangenseitigen Stirnfläche (12) des Arbeitskolbens (10) und der gegenüberliegenden Stirnwand (9) des Vorhubkolbens (7).

2. Doppelhubzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sich von der anderen Stirnfläche (18) des Ar­ beitskolbens (10) ein Rohr (22) erstreckt, das in einer Längsbohrung (23) in dem zylindrischen Körper (15) ge­ führt und mit dem Raum (25) zwischen der kolbenstangen­ seitigen Stirnfläche (12) des Arbeitskolbens (10) und der gegenüberliegenden Stirnwand (9) des Vorhubkolbens (7) verbunden ist.

3. Doppelhubzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem zylindrischen Körper (15) eine Längsboh­ rung (20) zur Verbindung der Arbeitskammer (19) mit einem hydraulischen Steuergerät vorgesehen ist.

4. Doppelhubzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Vorhubkolben (7) einen rohrförmigen Ansatz (26) aufweist, durch den sich die Kolbenstange (13) des Arbeitskolbens (10) erstreckt und dessen Innenfläche mit mindestens einer Längsnut (27) versehen ist, in die ein an der Kolbenstange (13) ange­ brachter Führungsstein (28) eingreift, der während des Vorhubes mit der Außenfläche der Stirnwand (9) des Vor­ hubkolbens (7) zusammenwirkt.

5. Doppelhubzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Vorhubkolben (7) verdrehge­ sichert in bzw. an dem Zylindergehäuse (6) geführt ist.

6. Doppelhubzylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verdrehsicherung von einer Stange (30) ge­ bildet ist, die sich außerhalb des Zylindergehäuses (6) parallel zum Vorhubkolben (7) erstreckt und mit diesem verbunden und in einer am Zylindergehäuse angebrachten Führung (32) längsverschieblich geführt ist.

7. Doppelhubzylinder nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem rohrförmigen Ansatz (26) ein elektrischer Wegaufnehmer (43) angeordnet ist, der mit einem an der Kolbenstange (13) angebrachten Weggeber (Schleifkontakt 44) zusammen­ wirkt.

8. Doppelhubzylinder nach den Ansprüchen 1 und 7, gekenn­ zeichnet durch seine Verwendung in einer Stanznietma­ schine, wobei die Kolbenstange (13) auf ein Stanzniet (35) wirkt, und wobei eine hydraulische Steuerung für den Druck in der Arbeitskammer (19) vorgesehen ist, die wäh­ rend des Vorhubes die Arbeitskammer belüftet, nach Been­ digung des Vorhubes in der Arbeitskammer einen mäßigen Druck aufbaut, durch den die Kolbenstange bis zur Anlage des Stanzniets (35) an einem Werkstück (41) vorgeschoben wird, und nach Beendigung dieses durch den elektrischen Wegaufnehmer (43) erkannten Vorschubs den Arbeitskolben mit hohem Druck beaufschlagt zwecks Durchführung des Stanznietvorganges.

9. Doppelhubzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß er an einer Nietzange (1) mittels Schrauben (45) angebracht ist, die sich durch eine Aufnahme (4) an der Nietzange in Bohrungen (46) in der Wand des Zylinderge­ häuses (6) erstrecken, und daß mehrere Bohrungen (46) in Längsrichtung des Zylindergehäuses hintereinander vorge­ sehen sind.