DE4427734C2 - Antriebszylinder für Pressen, Stanzen, Prägemaschinen oder dergleichen - Google Patents
Antriebszylinder für Pressen, Stanzen, Prägemaschinen oder dergleichenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Antriebszylinder für Pressen, Stanzen, Prägema
schinen oder dergleichen Vorrichtungen in der Form eines Arbeitshub-Zylin
ders, dessen Arbeitshub-Kolben das bewegliche Arbeitselement der Vorrich
tung während des Arbeitshubes betätigt, welcher Arbeitshub-Kolben seiner
seits den Zylinder für einen Vorhub-Kolben bildet, der über eine Kolbenstan
ge mit dem Arbeitselement verbunden und in der ausgefahrenen Stellung
durch eine Verriegelungseinrichtung verriegelbar ist.
Ein derartiger Zylinder ist aus dem Buch "Hydraulik, Fluidtechnik" von T.
Krist, 7. Aufl. 1991, Vogel Buchverlag Würzburg, S. 163, bekannt. Hydraulikzy
linder gestatten es zwar, bei entsprechenden Drücken und Kolbenflächen ho
he und sehr hohe Kräfte aufzubringen. Wenn jedoch gleichzeitig ein hoher
Druck und ein nicht unerheblicher Hub benötigt werden, haben Hydraulikzy
linder in der einfachen Form den Nachteil, daß eine relativ große Menge der
Hydraulikflüssigkeit ständig hin- und hergepumpt werden muß. Dies führt zu
hohen Reibungs- und Energieverlusten und begrenzt die erreichbare Arbeits
geschwindigkeit. Ferner ist eine relativ große Druckquelle mit Hydraulikbe
hälter, Pumpe, Steuerelektronik etc. erforderlich, die entsprechend schwer
und sperrig ist. Leckverluste sind nicht immer vollständig zu vermeiden, so
daß es zu einer Verschmutzung der Umgebung der Anlage kommen kann. Zur
Einsparung von Hydraulikflüssigkeit für den Fall, daß zugleich ein beträchtli
cher Hub zurückgelegt und ein hoher Druck aufgebracht werden muß, wird
daher in der zuvor genannten Druckschrift ein Arbeitskolben in Verbindung
mit einem in diesen eingebauten kleineren Eilgang-Kolben vorgeschlagen.
Nähere Einzelheiten werden nicht angegeben. Die DE-A1 36 12 502 zeigt je
doch eine ähnliche Lösung mit einem Pneumatikkolben mit relativ großer
Kolbenfläche und einem in den Pneumatikkolben eingefügten Eilgangkolben
kleineren Durchmessers. Diese Lösung ist als Antrieb für den Vor- und Ar
beitshub einer Schweißeinrichtung vorgesehen. Pneumatikzylinder haben den
grundsätzlichen Nachteil, daß wegen der Komprimierbarkeit des Mediums
Luft das Aufbauen höherer Drücke nicht möglich oder zumindest unwahr
scheinlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antriebszylinder der ein
gangs genannten Art zu schaffen, der es gestattet, mit einem relativ kleinen
Hydraulikaggregat und einer geringen Menge an Hydraulikfluid gleichzeitig
höhe Drücke und große Hubbewegungen zu realisieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Antriebszylinder der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß der Arbeitshub-Kolben ein Hydraulikzylin
der und der Vorhub-Zylinder ein Pneumatikzylinder ist, daß die Kolbenstange
einen im Durchmesser bis auf einen Zapfen reduzierten Abschnitt aufweist,
und daß die Verriegelungseinrichtung in Höhe des Zapfens reduzierten
Durchmessers einen quer zur Achse der Kolbenstange zwischen zwei Pneuma
tikzylindern angeordneten, durch diese hin- und hergehend verschiebbaren
Riegel umfaßt, der eine schlüssellochförmige Öffnung mit einem kreisförmi
gen Bereich größeren Durchmessers entsprechend dem Außendurchmesser
der Kolbenstange und einem mit diesem verbundenen kreisförmigen Bereich
geringeren Durchmessers entsprechend dem Außendurchmesser des Zap
fens aufweist, und daß der Riegel zur Verriegelung der Kolbenstange in dieje
nige Position verschiebbar ist, in der der Zapfen in dem kreisförmigen Be
reich geringeren Durchmessers des Riegels liegt.
Diese Zylinderanordnung bietet die Möglichkeit, zunächst den Pneumatikkol
ben auszufahren. Dadurch kann ein verhältnismäßig großer Hubweg rasch zu
rückgelegt werden. Dieser Hub wird dazu genutzt, das Arbeitselement aus ei
ner zurückgezogenen Position in die Arbeitsposition zu verschieben. Eine ho
he Kraft ist dabei nicht erforderlich, so daß als Antriebsmittel Luft oder auch
ein anderes Gas verwendet werden kann. Druckluft ist in Werkshallen zu
meist ohnehin verfügbar und Pneumatikantriebe sind verhältnismäßig preis
wert herzustellen und anspruchslos. Eine hermetische Abdichtung des Kol
bens ist nicht erforderlich, da Leckverluste nicht zu befürchten sind. In einer
vorgegebenen Position, zumeist der vollständig ausgefahrenen Position des
Pneumatikkolbens wird dieser in bezug auf den Pneumatikzylinder, der den
Hydraulikkolben bildet, verriegelt. Damit bilden der Hydraulikkolben, der
den Pneumatikzylinder darstellt, und der Pneumatikzylinder eine starr ver
bundene Einheit, über die das Arbeitselement bewegt werden kann, wenn
Hydraulikflüssigkelt in den Hydraulikzylinder eingeleitet oder aus diesem ab
gezogen wird. Auf diese Weise können sehr hohe Kräfte erzeugt werden, die
andererseits nur über einen verhältnismäßig geringen Weg zur Verfügung
stehen müssen, so daß geringe Mengen an Hydraulikflüssigkeit ausreichen.
Bei Ausübung der hohen Arbeitskräfte durch den Hydraulikteil ist eine Ver
riegelung des Pneumatikteils unerläßlich, da das Arbeitsmedium Luft kompri
mierbar ist.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen erfin
dungsgemäßen Arbeitszylinder;
Fig. 2 und 3 zeigen Einzelheiten zu der Verriegelungseinrichtung in
unterschiedlichen Positionen.
In Fig. 1 sind nur die wesentlichen Einzelheiten des erfindungsgemäßen Zy
linders ohne die Konstruktion einer zugehörigen Vorrichtung, wie etwa Pres
se, Schneidvorrichtung, Stanze etc., gezeigt.
Gemäß Fig. 1 ist ein Hydraulikzylinder 10 vorgesehen, in dem sich ein insgesamt
zylindrisches Bauteil mit mehreren Abstufungen befindet, das einerseits
die Funktion eines in dem Hydraulikzylinder 10 längsverschiebbaren Hydrau
likkolbens ausübt und andererseits einen Pneumatikzylinder für einen später
zu erläuternden Pneumatikantrieb darstellt. In dieser Doppelfunktion soll an
schließend der neutrale Begriff Zylinder für das Bauteil 12 verwendet wer
den.
Der Zylinder 12 läßt sich - leicht vereinfacht - in Längsrichtung in drei Ab
schnitte unterteilen, nämlich einen, bezogen auf die Längsrichtung, in der
Mitte liegenden, flanschförmig vorspringenden Kragen 14 sowie zu beiden
Seiten des Kragens 14 oder nach oben und unten in Fig. 1 gerichtete zylin
drische Verlängerungen 16, 18, deren Außendurchmesser geringer ist als der
des Kragens 14. Der Kragen 14 bildet den eigentlichen Hydraulikkolben, der
In einer ringförmigen Kammer 20 im Inneren des Hydraulikzylinders 10 in
dessen Längsrichtung verschiebbar ist. In Fig. 1 ist erkennbar, daß der Hub
des auf diese Weise gebildeten Hydraulikantriebs relativ gering ist.
Der Kragen 14 weist auf seinem äußeren Umfang Dichtungen 22, 24 zur Ab
dichtung gegenüber der Innenwand des Zylinders 10 auf. Von unten in Fig. 1
tritt Hydraulikflüssigkeit über einen Einlaß 26 in die ringförmige Kammer 20
ein. Durch Einleiten von Hydraulikflüssigkeit kann somit der Zylinder 12, der
den Hydraulikkolben bildet, angehoben werden. Das obere Ende des Hubes
wird bestimmt durch einen ringförmigen Deckel 28, der den Hydraulikzylin
der 10 nach oben abschließt und die obere Verlängerung 16 des Zylinders 12
ringförmig umgibt. Zur Abdichtung gegenüber der Verlängerung 16 sind auf
der umlaufenden Innenfläche des ringförmigen Deckels 28 Dichtungen 30, 32
vorgesehen. In den Deckel 28 ist ein Auslaß 34 eingearbeitet, der bei doppelt
wirkendem Betrieb des Hydraulikzylinders ebenfalls als Ein- und Auslaß für
Hydraulikflüssigkeit verwendet wird, jedoch lediglich die Funktion einer Ent
lüftungsbohrung hat, wenn der Hydraulikzylinder gemäß der Orientierung in
Fig. 1 nach oben gehoben und nach unten abgesenkt wird und dabei zum Ab
senken die Schwerkraft ausreicht.
Der mit 36 bezeichnete Boden des Hydraulikzylinders. 10 weist ebenfalls eine
nicht gezeigte Mittelbohrung auf, durch die sich die nach unten gerichtete
Verlängerung 18 des Zylinders 12 erstreckt. Konzentrisch zu dieser Verlän
gerung weist auch der Boden 36 des Hydraulikzylinders 10 eine nach unten
gerichtete, zylindrische Verlängerung 38 auf, in deren innerer Umfangsflä
che eine Dichtung 40 zur Abdichtung gegenüber der Verlängerung 18 des Zy
linders 12 eingelassen ist. Somit kann durch Ein- und Auslassen von Hydraulikflüssigkeit
in den Einlaß 26 des Hydraulikzylinders 10 oder durch wech
selseitiges Ein- und Auslassen von Hydraulikflüssigkeit in den Einlaß 26 und
den Auslaß 34 des Zylinders 12 hydraulisch angehoben und abgesenkt wer
den. Dabei ist erkennbar, daß der in der Kammer 20 verfügbare Hub gering
ist. Der Zylinder 12, der als Hydraulikkolben betrachtet werden kann, stellt
daher zugleich einen Pneumatikzylinder eines Pneumatikantriebs dar.
Im Inneren des Zylinders 12 tritt von unten in Fig. 1 über den Bereich der
unteren Verlängerung 18, des mittleren Kragens 14 und etwa die Hälfte der
oberen Verlängerung 16 eine Hülse 42 ein, in der durch einen verschiebba
ren Pneumatikkolben 44 und eine die Hülse nach unten verschließendes Fuß
stück 46 eine Luftkammer 48 gebildet wird. Das Fußstück tritt mit einem
ringförmigen, aufragenden Ansatz 50 in das untere Ende der Hülse 42 ein.
Der Ansatz 50 trägt auf dem Umfang eine umlaufende Dichtung 52 zur Ab
dichtung gegenüber dem Inneren der Hülse 42. Der Pneumatikkolben 44
weist zwei an dessen oberen und unteren Rand umlaufende Dichtungen 54, 56
auf. Ein nach unten gerichteter, zylindrischer Fortsatz 58 mit gegenüber dem
Pneumatikkolben 44 geringerem Durchmesser taucht in der vollständig abge
senkten Stellung des Pneumatikkolbens 44 in eine entsprechende zylindri
sche Ausnehmung 60 in dem Fußstück 46 ein, in deren Wand im oberen
Rand eine umlaufende Dichtung 62 eingelassen ist. Ein Drucklufteinlaß 64
mündet nicht direkt in die Kammer 48, sondern in diese Ausnehmung 60.
Sobald der Fortsatz 58 in die Ausnehmung 60 eintaucht, wird der restliche
Raum der Luftkammer 48 zwischen dem Boden der Luftkammer und dem
Pneumatikkolben 44 verschlossen. Sofern dieser Restraum über eine nicht
dargestellte Drossel mit der Umgebung verbunden wird, ergibt sich in be
kannter Weise eine Dämpfung am Anfang und am Ende der Kolbenbewegung.
Das Fußstück 46 ist mit Hilfe von auf dem Umfang verteilten Schrauben 66
mit dem unteren Ende der unteren Verlängerung 18 des Zylinders 12 ver
bunden. In Fig. 1 ist angedeutet, daß die Länge der Hülse 42 und damit die
der Schrauben 66 prinzipiell beliebig sein kann. Die Schrauben 66 spannen
das Fußstück 46 gegen gas untere Ende der Hülse 42.
In Fig. 1 steht der Pneumatikkolben 24 am oberen Ende der Hülse 42, die in
die nicht bezeichnete innere Bohrung des Zylinders 12 fest eingefügt ist. Die
Bohrung des Zylinders 12 verringert ihren Durchmesser oberhalb der Hülse
42, bildet hier also eine Stufe 68, die die in Fig. 1 gezeigte obere Endstellung
des Pneumatikkolbens 44 definiert. Oberhalb des Pneumatikkolbens 44 befindet
sich ein einstückig an diesen angeformter, zylindrischer, konzentrischer
Ansatz 70 geringeren Durchmessers, der in der oberen Endstellung durch ei
ne in die entsprechende Innenfläche der Bohrung des Zylinders 12 eingelas
sene Dichtung 72 umgeben ist. An diesen Ansatz 70 schließt nach oben in Fig.
1 ein weiter verjüngtes zylindrisches Teil an, das die Funktion einer Kolben
stange ausübt und daher als Kolbenstange bezeichnet werden soll. Diese Kol
benstange 74 ist in nicht gezeigter Weise mit einem Arbeitselement einer
eingangs genannten Vorrichtung, etwa mit dem Messerträger einer Schneid
vorrichtung verbunden.
Oberhalb des Zylinders 12 durchläuft die Kolbenstange 74 eine insgesamt mit
76 bezeichnete Verriegelungseinrichtung, die ein zylindrisches Gehäuse 78
aufweist, in dessen Unterseite eine konzentrische, zylindrische Ausnehmung
80 vorgesehen ist. Diese Ausnehmung 80 nimmt in der montierten Stellung
die obere Verlängerung 16 des Zylinders 12 der zuvor beschriebenen Ein
richtung auf, so daß die Verriegelungseinrichtung 76 auf dem Zylinder 12 be
festigt werden kann und sich mit diesem aufwärts und abwärts entsprechend
der Zufuhr und dem Abzug von Hydraulikflüssigkeit bewegt.
Die Kolbenstange 74 ist innerhalb des Gehäuses 78 mit einer ringförmigen,
umlaufenden Ausnehmung 82 versehen, die zur Folge hat, daß die Kolben
stange 74 in diesem Bereich bis auf einen verbleibenden Zapfen 84 ausge
dreht ist. In Höhe dieses Zapfens 84 ist an zwei gegenüberliegenden Außen
seiten des Gehäuses 78 jeweils ein Pneumatikzylinder 86,88 befestigt. Die
Achsen der beiden Pneumatikzylinder 86, 88 und dementsprechend der bei
den in diesen verschiebbaren Kolben 90, 92 fluchten miteinander. Beide
Pneumatikzylinder weisen Lufteinlaßöffnungen 94, 96 auf. Die Kolben 90, 92
sind mit einem stangenförmigen Riegel 98 an dessen beiden Enden verbun
den, der das Gehäuse 78 in waagerechter Richtung entlang der Achse der
beiden Kolben 90, 92 durchläuft.
Dieser Riegel 98 ist in Fig. 2 und 3 in einer schematischen Draufsicht darge
stellt. Er weist eine schlüssellochförmige Öffnung 100 auf, die einen kreisför
migen Bereich 102 größeren Durchmessers, der rechts in Fig. 2 gezeigt ist,
und einen mit diesem verbundenen kreisförmigen Bereich 104 geringeren
Durchmessers, der links in Fig. 3 dargestellt ist, umfaßt.
Sofern der Riegel 98 nach rechts in Fig. 1 verschoben ist, wie es in Fig. 1 und
2 gezeigt ist, nimmt die schlüsselförmige Öffnung 100 nur den Zapfen 84 auf,
während in der linken Stellung gemäß Fig. 3 die gesamte Kolbenstange 74
den Bereich 102 der Öffnung 100 passieren kann. Fig. 2 zeigt daher die Stel
lung, in dem der Pneumatikkolben in Längsrichtung verriegelt ist, während
der Kolben und damit die Kolbenstange 74 in der in Fig. 3 dargestellten Stel
lung in Längsrichtung verschiebbar ist.
Diese Zylinderanordnung arbeitet wie folgt:
Es soll angenommen werden, daß die Zylinderanordnung einen Hub durch
führen soll, der zunächst eine relativ große Strecke enthält, in der nur eine
geringe Kraft erforderlich ist, während im letzten Endabschnitt des Hubes
eine relativ hohe Kraft erforderlich ist.
Zu diesem Zweck wird zunächst Druckluft in den Drucklufteinlaß 64 des un
teren Fußstücks 46 eingelassen. Dadurch wird der Pneumatikkolben 44 in
die in Fig. 1 gezeigte obere Stellung angehoben. In dieser Stellung befindet
sich die Kolbenstange in einer solchen Position, daß der Zapfen 84 in Höhe
des Riegels 98 liegt. Es wird daher Druckluft in den links in Fig. 1 gezeigten
Pneumatikzylinder 86 eingelassen, während die Luft aus dem rechts in Fig. 1
dargestellten Pneumatikzylinder 88 abgelassen wird. Der Riegel 98 ver
schiebt sich nach rechts in Fig. 1 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung. Die Kol
benstange 74 ist in Längsrichtung verriegelt.
In nicht gezeigter Weise hat dabei das Arbeitselement, das mit der Kolben
stange 74 verbunden ist, eine relativ große Strecke rasch zurücklegen kön
nen. Es befindet sich nunmehr unmittelbar vor Beginn des mit größerer Kraft
auszuführenden Teils des Hubes.
Für diesem Hubabschnitt wird Hydraulikflüssigkeit in den Einlaß 26 des Hy
draulikzylinders 10 eingelassen. Dadurch wird der Kragen 14 und damit der
gesamte Zylinder 18, bezogen auf Fig. 1, angehoben. Da die Kolbenstange 74
des Pneumatikkolbens in bezug auf die Verriegelungseinrichtung 76 verrie
gelt ist und diese Verriegelungseinrichtung 76 sich auf dem Zylinder 12 ab
stützt, wird auch die Kolbenstange 74 mit der durch die Hydraulikflüssigkeit
erzeugten Kraft angehoben. Auf das Arbeitselement kann daher die erforderli
che Kraft ausgeübt werden.
Der Rückhub erfolgt entsprechend. Zunächst wird die Hydraulikflüssigkeit
aus dem Einlaß 26 des Hydraulikzylinders wieder abgelassen. Sobald der Zy
linder 12 die in Fig. 1 gezeigte untere Position erreicht hat, wird der Riegel
98 aus der in Fig. 2 in die in Fig. 3 gezeigte Stellung verschoben. In dieser
Stellung ist der Kolben zusammen mit der Kolbenstange 74 in senkrechter
Richtung verschiebbar. Die Luft in der Luftkammer 48 wird durch den Druck
lufteinlaß 64 abgelassen, und der Pneumatikkolben 74 kann in die in Fig. 1
untenliegende, nicht dargestellte Stellung zurückkehren.
Claims (1)
- Antriebszylinder für Pressen, Stanzen, Prägemaschinen oder dergleichen Vorrichtungen in der Form eines Arbeitshub-Zylinders, dessen Arbeitshub-Kol ben (12, 14) das bewegliche Arbeitselement der Vorrichtung während des Ar beitshubes betätigt, welcher Arbeitshub-Kolben (12, 14) seinerseits den Zylin der für einen Vorhub-Kolben (44) bildet, der über eine Kolbenstange (74) mit dem Arbeitselement verbunden und in der ausgefahrenen Stellung durch eine Verriegelungseinrichtung (76) verriegelbar ist; dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitshub-Kolben (12,14) ein Hydraulikzylinder und der Vorhub-Zylin der ein Pneumatikzylinder ist, daß die Kolbenstange (74) einen im Durch messer bis auf einen Zapfen (84) reduzierten Abschnitt aufweist, und daß die Verriegelungseinrichtung in Höhe des Zapfens (84) reduzierten Durchmes sers einen quer zur Achse der Kolbenstange zwischen zwei Pneumatikzylin dern (86, 88) angeordneten, durch diese hin- und hergehend verschiebbaren Riegel (98) umfaßt der eine schlüssellochförmige Öffnung (100) mit einem kreisförmigen Bereich (102) größeren Durchmessers entsprechend dem Au ßendurchmesser der Kolbenstange (74) und einem mit diesem verbundenen kreisförmigen Bereich (104) geringeren Durchmessers entsprechend dem Außendurchmesser des Zapfens (84) aufweist, und daß der Riegel zur Verrie gelung der Kolbenstange in diejenige Position verschiebbar ist, in der der Zapfen (84) in dem kreisförmigen Bereich (104) geringeren Durchmessers des Riegels liegt.
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