DE4427734C2 - Antriebszylinder für Pressen, Stanzen, Prägemaschinen oder dergleichen - Google Patents

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)

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.