DE60015486T2

DE60015486T2 - Gasfeder mit geringer Anschlagwirkung

Info

Publication number: DE60015486T2
Application number: DE60015486T
Authority: DE
Inventors: Sven Stenquist
Original assignee: Diebolt International Inc
Current assignee: Dadco Inc
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2020-12-16
Also published as: JP2001234966A; KR20010062834A; DE60015486D1; EP1113185B1; EP1113185A2; MXPA00012674A; US6491143B1; BR0006219A; EP1113185A3; CA2329588A1

Description

Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft im allgemeinen Gasfedern, die in Stempeln von Pressen für Metallblechstanzvorgänge verwendet werden, nach der Definition in dem Oberbegriff von Anspruch 1, und im besonderen eine solche Gasfeder, die zur Verminderung der Nettokraft durch einer Kolbenstangeneinheit der Feder während mindestens eines Abschnitts des Hubs der Kolbenstangeneinheit konstruiert ist. Solche Gasfedern sind wohlbekannt.
Hintergrund der Erfindung
Herkömmliche Gasfedern weisen eine Gaskammer auf, die ein unter Druck gesetztes Gas aufnehmen, das eine Kraft auf einen Kolben und eine Kolbenstange der Gasfeder ausübt, um diese in eine ausgefahrene Position vorzuspannen und der Bewegung von Kolben und Kolbenstange aus ihrer ausgefahrenen Position in eine zurückgezogene Position entgegenzuwirken. In der Gasfeder sind verschiedene Halter und Dichtungen vorgesehen, um Kolben und Kolbenstange in einem Gehäuse der Gasfeder zu halten und zu verhindern, daß unter Druck gesetztes Gas aus der Gaskammer austritt.
Typischerweise drückt eine Mehrzahl von Gasfedern nachgebend einen Spannring oder Klemmring der Stempeleinheit in Eingriff mit einem Werkstück aus Metallblech, wenn die Stempel durch die Presse geschlossen werden, um das Werkstück kalt zu formen. Typischerweise besitzt die Presse einen mechanischen Antriebsmechanismus mit einem Kniehebelsystem oder einer Kurbel oder kämmenden Zahnrädern zum Vorschieben und Zurückziehen eines Pressenkolbens relativ zu einem Bett, um die Stempel zu öffnen und zu schließen. In Pressen mit mechanischen Antriebsmechanismen ist der mechanische Vorteil des Mechanismus abhängig von der Position des Kolbens verschieden und nimmt sehr stark ab, wenn sich der Kolben der vollständig vorgeschobenen oder ausgefahrenen Position nähert, um die Stempel vollständig zu schließen und das Werkstück zu formen. Wenn sich der Kolben aus seiner Mittelhubposition vorschiebt, sind sein mechanischer Vorteil und die von der Presse erzeugte augenblickliche Maximalkraft verhältnismäßig gering.
Wenn sich der Kolben der Presse in seiner Mittelhubposition befindet, befinden sich Kolben und Stange der Gasfeder typischerweise in ihrer vollständig ausgefahrenen Position, und sie werden zuerst in Richtung auf ihre zurückgezogene Position bewegt, lange bevor der Kolben in seine vollständig ausgefahrene Position gelangt. Folglich üben die Gasfedern zu Anfang eine verhältnismäßig große Kraft oder Last auf den Antriebsmechanismus der Presse relativ zu der Maximalkraft aus, welche die Presse während ihrer anfänglichen Bewegung des Kolbens aus seiner vollständig zurückgezogenen Position in Richtung auf seine vorgeschobene, die Stempel schließende Position hin erzeugen kann. Außerdem wird, da der mechanische Antriebsmechanismus der Presse bereits begonnen hat, den Kolben und die an diesem befestigte Stempelhälfte zu bewegen und zu beschleunigen, bevor er die Gasfedern zu betätigen und den von den Gasfedern erzeugten Widerstand zu überwinden beginnt, durch den anfänglichen Aufprall oder die Betätigung der Gasfedern eine Impulskraftspitze von hoher Größe und kurzer Dauer an dem Antriebsmechanismus der Presse geschaffen, durch die sich über die Zeit die Nutzdauer der Presse sehr stark verkürzen kann, sich die Kosten für die Wartung und Reparatur der Presse sehr stark erhöhen können und in manchen Fällen sogar der Antriebsmechanismus der Presse ernstlich beschädigt werden kann.
In ähnlicher Weise üben die Gasfedern, während sich die geschlossenen Stempel nach der Formung eines Werkstücks öffnen, eine sehr starke Kraft auf den Antriebsmechanismus der Presse aus, die plötzlich beendet wird, wenn ihre Kolbenstangen vollständig ausgefahren werden, wodurch eine plötzliche Änderung in der auf den Antriebsmechanismus wirkenden Kraft erzeugt wird. Durch diese rasche Änderung der Kraft kann auch die Presse beschädigt werden, und zur gleichen Zeit wird durch die Trägheit des Stempelteils eine Vibration oder ein Rückprall des Spannrings bewirkt. Durch die Gasfeder wird die Größe des Rückpralls vermindert, nachdem ein Teil gefertigt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Gasfeder, die für Stempel von Pressen für Metallblechstanzvorgänge verwendet wird, und die eine gasdichte Dichtung aufweist, trennt während eines Abschnitts des Hubs einer Kolbenstangeneinheit der Gasfeder eine Sekundärgaskammer von einer Hauptgaskammer der Gasfeder, wenn der Kolben vollständig ausgefahren ist, um das Gas darin auf einen höheren Druck als den des Gases in der Hauptgaskammer zu komprimieren, um zumindest zeitweise die Nettokraft auf die Kolbenstangeneinheit relativ zu der Nettokraft auf die Kolbenstangeneinheit zu reduzieren, wenn die Sekundärgaskammer frei mit der Hauptgaskammer verbunden ist.
Mithin ist nur eine stark verminderte Kraft erforderlich, um die Kolbenstangeneinheit zu Anfang aus ihrer ausgefahrenen Position in Richtung auf ihre zurückgezogene Position zu bewegen. Dadurch wird der Anfangswiderstand gegen die Bewegung der Gasfeder und daher die bei einer anfänglichen Betätigung des Kolbenstange der Gasfeder auf einen Pressenkolben aufgebrachte Impuls- oder Aufprallkraft weitgehend vermindert. Nachdem die gasdichte Abdichtung beendet ist, funktioniert die Gasfeder im wesentlichen als herkömmliche Gasfeder mit einer einzigen Gaskammer, die ein unter Druck gesetztes Gas liefert, das auf den Kolben wirkt und die Kolbenstangeneinheit entgegen der Kraft des sie verschiebenden Pressenkolbens in Richtung auf ihre ausgefahrene Position hin vorspannt.
Erwünschterweise wird das Gas in der Sekundärgaskammer während des Rücklaufs und nach anfänglicher Ausbildung der Dichtung zwischen den Dichtungsflächen durch weitere Bewegung der Kolbenstangeneinheit in Richtung auf ihre ausgefahrene Position komprimiert, wodurch in der Sekundärgaskammer ein höherer Gasdruck im Vergleich zu der Hauptgaskammer erzeugt wird. Das Gas in der Sekundärgaskammer wirkt auf eine sehr viel kleinere Oberfläche als das Gas in der Hauptgaskammer, und deshalb liefert dieses einen höheren Druck aufweisende Gas in der Sekundärgaskammer eine höhere Kraft zum Reduzieren der auf die Kolbenstangeneinheit wirkenden Nettokraft.
Bei einer Ausführungsform ist vorzugsweise eine erste Dichtungsfläche in einem Halter gebildet, der eine Anschlagfläche aufweist, um die Kolbenstangeneinheit in einem Gehäuse der Gasfeder zu halten. Die zweite Dichtungsfläche wird von einer Hülse gebildet, welche von der Kolbenstangeneinheit getragen wird, und kann von einem ringförmigen Dichtungselement, beispielsweise einem O-Ring, gebildet werden, der von der Hülse getragen wird, um die gasdichte Dichtung zwischen den Dichtungsflächen bereitzustellen. Bei einer anderen Ausführungsform ist die erste Dichtungsfläche von der Innenseite des Gehäuses der Gasfeder gebildet. Als noch weitere Alternative kann die zweite Dichtungsfläche einstückig mit dem Kolben und/oder der Kolbenstange gebildet sein. Die Dichtungsflächen bilden, in welcher Form auch immer, eine gasdichte Dichtung, um die Sekundärgaskammer getrennt von der Hauptgaskammer zu bilden, und die an einer Stelle im Hub der Kolbenstangeneinheit zwischen ihrer ausgefahrenen und ihrer zurückgezogenen Position initiiert wird und sich bis in die ausgefahrene Position der Einheit fortsetzt. Erwünschterweise ist die Sekundärgaskammer verhältnismäßig klein im Vergleich zu der ersten Gaskammer, um das Gasvolumen zu vermindern, das komprimiert wird, nachdem die gasdichte Dichtung initiiert ist, um die Erhöhung in der Temperatur der Gasfeder zu begrenzen.
Bei einer anderen Ausführungsform sind zwei Dichtungsflächen vorgesehen, um dann, wenn die Dichtungsflächen miteinander in Eingriff gebracht werden, getrennte Gaskammern zu bilden, um die Geschwindigkeit der Kolbenstangeneinheit zu reduzieren, wenn sich diese benachbart zu und in Richtung auf ihre vollständig ausgefahrene Position bewegt. Durch diese langsamere Bewegung der Kolbenstangeneinheit wird für einen glatteren oder subtileren Übergang von der Bewegung der Kolbenstangeneinheit in Richtung auf ihre ausgefahrene Position zu einem gestoppten oder statischen Zustand der Kolbenstangeneinheit in ihrer vollständig ausgefahrenen Position gesorgt. Dadurch wird der Rückprall eines Spann- oder Klemmrings und des geformten Werkstücks an dem Spannring vermindert oder beseitigt, nachdem der Pressenkolben beim Rücklauf der Kolbenstangeneinheit von dem Spannring an der Kolbenstange entfernt wurde oder sich von diesem gelöst hat. Des weiteren werden dadurch stark die Geräusche vermindert, die von dem rückprallenden Spannring und dem Werkstück und dem Metal-Metall-Kontakt in der Gasfeder bewirkt werden, durch welche die Bewegung der Kolbenstangeneinheit beschränkt wird und die vollständig ausgefahrene Position der Kolbenstangeneinheit definiert wird. Weiter wird dadurch eine falsche Ausrichtung des geformten Werkstücks relativ zu dem Spannring vermindert oder beseitigt, die bisher durch den Rückprall des Spannrings und des Werkstücks verursacht wurde, um die nachfolgende Behandlung des geformten Werkstücks zu erleichtern.
Zu Aufgaben und Vorteilen der Erfindung gehört das Bereitstellen einer Gasfeder, die eine geringere Kraft erfordert, um zu Anfang eine Kolbenstangeneinheit aus ihrer ausgefahrenen Position zu verdrängen, die Geschwindigkeit der Kolbenstangeneinheit zumindest dann reduziert, wenn sie sich benachbart zu ihrer ausgefahrenen Position befindet und sich in Richtung auf diese bewegt, den Impuls oder die Aufprallkraft auf eine Presse vermindert, wenn diese zu Anfang mit der Gasfeder in Eingriff kommt, eine Beschädigung von Presse und Gasfeder vermindert, die Nutzungsdauer einer Presse und einer Gasfeder verlängert, die Geräusche der Presse bei Gebrauch vermindert, die Geräusche der Gasfeder bei Gebrauch vermindert, die Vibration und die falsche Ausrichtung von durch die Presse geformten Werkstücken vermindert, den Rückprall eines Spannrings und des Werkstücks nach dem Rücklauf der Kolbenstangeneinheit vermindert oder beseitigt, eine verhältnismäßig niedrige Betriebstemperatur der Gasfeder aufrechterhält, leicht zu warten und zu reparieren ist, dauerhaft und sicher ist und verhältnismäßig einfach konstruiert und ökonomisch hergestellt und eingebaut wird und eine lange und nützliche Betriebsdauer aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und der besten Ausführungsweise, den beigefügten Ansprüchen und den anliegenden Zeichnungen erkennbar, in denen:
1 eine Querschnittsansicht einer Gasfeder gemäß der vorliegenden Erfindung ist und eine Kolbenstangeneinheit in ihrer zurückgezogenen Position zeigt;
2 eine Querschnittsansicht der Gasfeder ist, welche die Kolbenstangeneinheit in einer Mittelposition zeigt;
3 eine Querschnittsansicht der Gasfeder ist, welche die Kolbenstangeneinheit in ihrer ausgefahrenen Position zeigt;
4 eine vergrößerte fragmentarische Schnittansicht des eingekreisten Abschnitts 4 gemäß 1 ist;
5 eine vergrößerte fragmentarische Schnittansicht ist, welche den Eingriff der Dichtungsflächen darstellt;
6 eine vergrößerte fragmentarische Schnittansicht einer anderen ersten Dichtungsfläche ist;
7 eine Seitenansicht einer anderen Kolbenstange gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
8 eine vergrößerte fragmentarische Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Gasfeder gemäß der Erfindung ist;
9 ein Diagramm der Kraft als Funktion des Laufs der Kolbenstangeneinheit ist;
10 ein Diagramm der Kraft als Funktion des Laufs der Kolbenstangeneinheit einer Gasfeder nach dem Stand der Technik ist;
11 ein Diagramm des Drucks als Funktion des Laufs der Kolbenstangeneinheit ist, die den Druck in den Gaskammern der Gasfeder darstellt;
12 eine Draufsicht auf die Kolbenstangeneinheit gemäß 1 ist;
13 eine Querschnittsansicht einer Gasfeder gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche die Kolbenstangeneinheit in ihrer ausgefahrenen Position darstellt;
14 eine Querschnittsansicht der Gasfeder gemäß 13 ist, welche die Kolbenstangeneinheit benachbart zu ihrer ausgefahrenen Position und in Wegbewegung aus dieser darstellt;
15 eine Querschnittsansicht der Gasfeder ist, welche die Kolbenstangeneinheit nach weiterer Bewegung in Richtung auf ihre ausgefahrene Position darstellt;
16 eine Querschnittsansicht der Gasfeder ist, welche die Kolbenstangeneinheit in ihrer vollständig ausgefahrenen Position darstellt;
17 eine Querschnittsansicht der Gasfeder ist, welche die Kolbenstangeneinheit während eines Abschnitts ihres Rücklaufs unter Rückbewegung zu ihrer ausgefahrenen Position darstellt;
18 eine vergrößerte fragmentarische Schnittansicht des eingekreisten Abschnitts 18 in 17 ist;
19 eine Querschnittsansicht der Gasfeder ist, welche die Kolbenstangeneinheit nach weiterer Bewegung in Richtung auf ihre ausgefahrene Position während des Rücklaufs darstellt, und wobei eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Kolbenstangeneinheit genutzt wird;
20 ein Diagramm der Kraft als Funktion des Laufs der Kolbenstangeneinheit ist, wobei eine Gasfeder nach dem Stand der Technik mit einer Gasfeder gemäß der vorliegenden Erfindung verglichen wird; und
21 eine Querschnittsansicht der Gasfeder gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nunmehr wird ausführlicher auf die Zeichnungen eingegangen, wobei 1 – 3 eine Gasfeder 10 darstellen, welche die Erfindung verkörpert und eine Kolbenstangeneinheit 12 aufweist, die zwecks Hin- und Herbewegung zwischen einer ausgefahrenen und einer zurückgezogenen Position in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 14 aufgenommen ist. Zwischen dem Gehäuse 14 und der Kolbenstangeneinheit 12 ist zum Teil eine Hauptgaskammer 16 gebildet und nimmt ein unter Druck gesetztes Gas auf, das auf die Kolbenstangeneinheit 12 wirkt, um diese nachgebend in Richtung auf ihre ausgefahrene Position vorzuspannen. Sowohl die zum anfänglichen Zurückziehen der Kolbenstange 18 erforderliche Kraft als auch die von der zurücklaufenden Kolbenstange unmittelbar im Anschluß an das Ende ihres Rücklaufs erzeugte Kraft werden sehr stark durch die Komprimierung von Gas in einer Sekundärgaskammer 20 (2 und 3) reduziert, die durch eine teleskopisch funktionierende Dichtungsanordnung 21 intermittierend und zyklisch von der Hauptgaskammer 16 abgedichtet wird.
In einer mechanischen Presse kann eine Mehrzahl von Gasfedern 10 derart angeordnet werden, daß eine Kolbenstange 18 jeder Gasfeder von einem Kolben der Presse betätigt wird, wenn sie vorgeschoben wird, um nachgebend einen Klemmring oder Spannring der Stempeleinheit in den Eingriff mit einem Metallblechrohling oder einem anderen von der Stempeleinheit und der Presse zu stanzenden oder zu formenden Werkstück schiebt. Die Presse kann beispielsweise eine Exzenterpresse, Kurbelpresse oder mechanische Kniehebelpresse sein. Erwünschterweise wird die Kraft, die bei der anfänglichen zurückziehenden Betätigung der Kolbenstange 18 und auch dann, wenn sich der Pressenkolben beim Rücklauf aus dem Eingriff mit der Kolbenstange 18 löst, auf den Pressenkolben ausgeübt wird, durch das Komprimieren von Gas in der Sekundärgaskammer 20 (2 und 3) in der Feder 10 reduziert, wodurch eine Kraft bereitgestellt wird, die der Vorspannkraft des Gases in der Hauptgaskammer 16 entgegenwirkt. Erwünschterweise wird während zumindest eines Abschnitts des Hubs der Kolbenstangeneinheit 12 die Sekundärgaskammer 20 durch die Dichtungsanordnung 21 von der Hauptgaskammer 16 abgedichtet.
Das Gehäuse 14 ist ein offenendiges rohrförmiges Element mit einer umlaufend kontinuierlichen Seitenwand 30 und einer Basis 32, die vorzugsweise einstückig mit der Seitenwand 30 ausgebildet ist und ein Ende des Gehäuse 14 verschließt. Eine Innenseite 34 des Gehäuse 14 weist eine Ringnut 36 auf, die eine Schulter oder Anschlagfläche für einen Halter 38 aus einem Drahtring bereitstellt. Damit Gas in die Hauptgaskammer 16 eintreten kann, ist ein Einfüllventil 39 in einem Kanal 40 in der Basis 32 oder anderswo in dem Gehäuse 14 aufgenommen. Um die Gasfeder 10 leichter anbringen und festlegen zu können, sind voneinander beabstandete umlaufende Nuten 41, 42 außen an der Gasfeder 10 ausgebildet.
Die Kolbenstangeneinheit 12 umfaßt eine langgestreckte, im wesentlichen zylindrische Kolbenstange 18, einen in einer Nut 48 in der Kolbenstange 18 aufgenommenen, geteilten Haltering 44 und eine ringförmige Hülse 46, die auf dem Ring 44 aufliegt und von der Kolbenstange 18 getragen wird, um damit zusammenzuwirken. Wie in 4 gezeigt ist, wird die Hülse 46 auf der Stange durch einen geteilten Ring 52 gehalten, der in einer Nut in der Kolbenstange 18 aufgenommen ist und auf einer Schulter 54 einer Ausnehmung in der Hülse 46 lagert. Die Kolbenstange 18 steht aus dem offenen Ende des Gehäuses 14 vor und ragt vorzugsweise selbst in ihrer vollständig zurückgezogenen Position in der in 1 gezeigten Weise etwas oberhalb oder über das offene Ende des Gehäuses 14 hinaus, damit der Pressenkolben oder der Klemmring nicht in das Gehäuse eingreifen.
Der Haltering 44 ist ein geteilter Rundring mit einer radial nach innen ragenden Schulter 56, die straff in der Nut 48 der Kolbenstange 18 aufgenommen werden kann, um den Ring 44 auf der Kolbenstange 18 zu halten. Eine um die Außenseite des Rings 44 herum umlaufende Nut 58 nimmt vorzugsweise ein ringförmiges Führungslager 60 auf, das verschieblich in die Innenseite 34 des Gehäuses 14 eingreift, um die Kolbenstangeneinheit 12 zwecks axialer Hin- und Herbewegung in dem Gehäuses 14 zu führen. Der Ring 44 weist vorzugsweise eine im wesentlichen flache Fläche 62 auf, auf welcher die Hülse 46 aufgenommen ist.
Die Hülse 46 ist vorzugsweise im wesentlichen ringförmig, wobei in ihrer im wesentlichen zylindrischen Seitenwand eine Nut 66 ausgebildet ist, die ein Dichtungselement 68, beispielsweise einen O-Ring, aufnehmen kann, um eine gasdichte Dichtung zwischen der Hülse 46 und der Kolbenstange 18 bereitzustellen. Ein Ende 70 der Hülse 46 mit kleinerem Durchmesser bildet eine radial nach außen ragende Schulter 72, die in den Halter 26 eingreifen kann, um die Bewegung der Kolbenstangeneinheit 12 zu begrenzen. In einer umlaufenden Nut 74, die in einer Basis 76 der Hülse 46 mit größerem Durchmesser ausgebildet ist, ist ein Dichtungselement 78 aufgenommen, beispielsweise ein O-Ring. Wie am besten in 12 gezeigt ist, weist ein Flansch 25 Vertiefungen 77 an mindestens einer Stelle und vorzugsweise mehreren Stellen auf, um ein Rückdichten des O-Rings 78 beim Rücklauf der Gasfeder zu verhindern. Der O-Ring 78 ragt vorzugsweise von der Außenseite der Basis 76 radial nach außen und bildet eine zweite Dichtungsfläche 24, die teleskopisch in die erste Dichtungsfläche 22 geschoben werden und darin eingreifen kann, um eine gasdichte Dichtung zwischen diesen zu bereitzustellen. Ein Sperrventil 80 ermöglicht selektiv einen Gasstrom durch einen Kanal 82 in der Hülse 46, so daß unter Druck gesetztes Gas in die Sekundärgaskammer 20 eintreten kann, wenn die Hauptgaskammer 16 zu Anfang mit unter Druck gesetztem Gas gefüllt wird und sich die Kolbenstangeneinheit 12 in ihre ausgefahrene Position bewegt, wodurch die gasdichte Dichtung zwischen den Dichtungsflächen 22, 24 geschaffen wird. Wenn unter Druck gesetztes Gas in die Sekundärgaskammer 20 strömen kann, kann während des anfänglichen Hubs der Kolbenstangeneinheit 12 in der Sekundärgaskammer 20 kein Gasdruck entstehen, der kleiner als der Gasdruck in der Hauptkammer 16 ist. Wenn die Kolbenstangeneinheit 12 mit dem unter Druck gesetzten Gas beaufschlagt wird, wenn sich die Kolbenstangeneinheit 12 in ihrer zurückgezogenen Position befindet, wird das Sperrventil 80 nicht benötigt, da die Dichtungsflächen 22, 24 nicht in Eingriff stehen und das Gas durch die gesamte Haupt- und die Sekundärgaskammer 16, 20 strömen kann.
Der Halter 26 weist eine Bohrung 84 auf, durch welche die Kolbenstange 18 aufgenommen wird, eine erste Senkbohrung 86, die zum Teil die Sekundärgaskammer 20 bildet, wenn die Dichtungsflächen 22, 24 die gasdichte Dichtung schaffen, eine zweite Senkbohrung 88, die einen Freiraum zum Aufnehmen des Endes 70 der Hülse 46 schafft, und eine dritte Senkbohrung 90, welche die umlaufende erste Dichtungsfläche 22 bildet, die mit der zweiten Dichtungsfläche 24 der Hülse 46 in Eingriff bringbar ist. Durch eine benachbarte, sich radial nach außen verjüngende oder aufweitende Fläche 91 wird für ein unbehindertes und gesteuertes Komprimieren und ein Eintreten der Dichtung 24 in die zylindrische Dichtungsfläche 22 und das Austreten aus dieser gesorgt. Ein Ende mit kleinerem Durchmesser 92, das an einem Ende des Halters 26 ausgebildet ist, stellt eine ringförmige, im wesentlichen radial nach außen ragende Schulter 94 bereit, die in den in der Nut 36 des Gehäuses 14 aufgenommenen geteilten Haltering 38 eingreifen kann, um den Halter 26 in dem Gehäuse 14 zu halten. In einer zweiten umlaufenden Nut 96 in der Außenseite des Halters ist ein Dichtungselement aufgenommen, beispielsweise ein O-Ring, um für eine gasdichte Dichtung zwischen dem Halter 26 und dem Gehäuse 14 zu sorgen.
Erwünschterweise ist eine ringförmige, umlaufend kontinuierliche Ringdichtung 100 in der ersten Senkbohrung 86 des Halters 26 aufgenommen und weist einen Innendurchmesser auf, der etwas kleiner als der Außendurchmesser der Kolbenstange 18 ist, um eine gasdichte Dichtung zwischen diesen zu schaffen. In einer anderen Senkbohrung 104 des Halters 26 ist von dem Dichtungselement 100 axial nach außen ein Lager 102 aufgenommen, um verschieblich in die Kolbenstange 18 einzugreifen und sie bei der Hin- und Herbewegung zu führen. In einer Ausnehmung außerhalb des Lagers 102 ist ein ringförmiger umlaufend kontinuierlicher Abstreifer 106 aufgenommen, um Verunreinigungen von der Kolbenstange 18 zu entfernen und dadurch zu verhindern, daß die Gasfedern 10 verschmutzen oder verunreinigt werden.
Bei Gebrauch ist typischerweise eine oder eine Mehrzahl von Gasfedern 10 in einer Stempeleinheit aufgenommen, wobei ein Spannring oder Klemmring für das Werkstück auf den Enden der ausgefahrenen Stangen 18 der Gasfedern aufliegt. Die Stempeleinheit ist in einer Presse aufgenommen, wobei ein Stempel an dem Bett befestigt ist und der andere Stempel an dem Kolben der Presse befestigt ist. Die Presse kann einen Kniehebel, einen Exzenter, eine Kurbel oder kämmende Zahnräder oder einen anderen den Kolben antreibenden mechanischen Mechanismus aufweisen. Wenn der Kolben aus seiner vollständig zurückgezogenen Position vorgeschoben wird, drücken die Gasfedern den Klemmring in den Eingriff mit einem zu formenden metallischen Rohling, und dann werden die Stangen der Gasfedern zurückgezogen, wenn die Stempel in Richtung auf ihre vollständig geschlossene Position bewegt werden, um den Rohling zu formen oder zu stanzen und ein Teil zu formen, wenn der Kolben in seine vollständig ausgefahrene Position bewegt wird.
Durch diese Bewegung des Pressenkolbens in seine vollständig ausgefahrene Position während seines Formungshubs wird die Kolbenstangeneinheit 12 in Richtung auf die Basis 32 des Gehäuses 14 entgegen der Kraft des unter Druck gesetzten Gases in der Hauptkammer 16 verdrängt, die auf die Kolbenstangeneinheit 12 wirkt. Erwünschterweise gelangt der Pressenkolben in seine vollständig ausgefahrene Position, bevor die Kolbenstangeneinheit 12 an dem Gehäuse 14 ihren Tiefpunkt erreicht, um eine Beschädigung der Gasfeder 10 zu verhindern. Wenn sich die Kolbenstangeneinheit 12 in der in 1 gezeigten Weise in ihrer vollständig zurückgezogenen Position befindet, stehen die Haupt- und die Sekundärkammer 16 und 20 miteinander in Verbindung, und das gesamte in der Gasfeder 10 enthaltene Gas befindet sich auf dem gleichen Druck, es ist effektiv nur eine Gaskammer vorhanden, und das Gas kann um die Hülse 46 herum und zwischen der Hülse 46 und dem Halter 26 strömen.
Wenn der Pressenkolben mit seinem Rücklauf beginnt, bewegt sich die Kolbenstangeneinheit 12 auf Grund der auf die Kolbenstangeneinheit 12 wirkenden Kraft des Gases in Richtung auf ihre ausgefahrene Position hin. Zu Anfang stehen in der in 11 gezeigten Weise die Haupt- und die Sekundärkammer 16 und 20, wenn sich die Kolbenstangeneinheit 12 in ihrer zurückgezogenen Position befindet und bis die Dichtung gebildet ist, miteinander in Verbindung, und deshalb besteht nur ein Gasdruck in der Gasfeder 10. An einer Stelle in dem Rücklauf der Kolbenstangeneinheit 12 wird der von der Hülse 46 getragene O-Ring 78 (der die zweite Dichtungsfläche 24 bildet), wenn sich die Kolbenstangeneinheit 12 aus ihrer zurückgezogenen Position in Richtung auf ihre vollständig ausgefahrene Position bewegt, teleskopartig in die zweite Dichtungsfläche 22 des Halters 26 bewegt und greift verschieblich in sie ein und dichtet mit ihr ab, um eine gasdichte Dichtung zwischen diesen zu schaffen. Die gasdichte Dichtung verschließt die Sekundärgaskammer 20 gegen die Hauptgaskammer 16. Zu Anfang befindet sich das Gas in jeder Kammer 16, 20 auf dem gleichen Druck, so daß keine Druckdifferenz durch die Dichtung 78 besteht. Das in der Sekundärgaskammer 20 eingeschlossene Gas wird komprimiert, wenn sich die Kolbenstangeneinheit 12 bewegt und sich weiter in Richtung auf ihre vollständig ausgefahrene Position vorbewegt, um dadurch den Druck des Gases in der Sekundärgaskammer 20 zu erhöhen.
Das Gas in der Sekundärgaskammer 20 wirkt auf eine sehr viel kleinere Oberfläche der Kolbenstangeneinheit 12 als auf ihre Oberfläche, auf der das Gas in der Hauptkammer 16 wirkt. Deshalb ist ein sehr viel größerer Gasdruck in der Sekundärgaskammer 20 vonnöten, um die auf die Kolbenstangeneinheit 12 wirkenden, einander entgegengesetzten Kräfte auszugleichen. Die Gasfeder 10 ist derart konstruiert, daß dann, wenn sich die Kolbenstangeneinheit 12 derart in ihrer ausgefahrenen Position befindet, daß die Sekundärgaskammer 20 ihr Minimalvolumen aufweist, der Gasdruck in der Sekundärgaskammer 20 größer als der Gasdruck in der Hauptgaskammer 16 ist. Erwünschterweise ist der Gasdruck in der Sekundärkammer 20 ausreichend größer als der Gasdruck in der Hauptgaskammer 16, so daß die von dem Gas in der abgedichteten Sekundärgaskammer 20 erzeugte, auf die Kolbenstangeneinheit 12 wirkende Kraft nur wenig kleiner als die von dem Gas in der Hauptkammer 16 erzeugte, auf die Kolbenstangeneinheit 12 wirkende Gegenkraft ist. Durch die entstandene, verhältnismäßig kleine Nettokraft wird die Kolbenstangeneinheit 12 in ihre ausgefahrene Position vorgespannt, so daß die Hülse 46 in den Halter 26 eingreift, um die vollständig ausgefahrene Position der Kolbenstange 18 genau und beständig festzulegen.
Wenn sich die Kolbenstangeneinheit 12 in ihrer vollständig ausgefahrenen Position befindet, kann durch diese verhältnismäßig kleine Kraft, die von dem komprimierten Gas in der abgedichteten Sekundärkammer 20 erzeugt wird, der Pressenkolben bei seiner anfänglichen Vorbewegung aus seiner vollständig zurückgezogenen Position zuerst die Kolbenstange mit einer verhältnismäßig kleinen Kraft aus ihrer vollständig ausgefahrenen Position in Richtung auf ihre zurückgezogene Position bewegen, wodurch die von den Gasfedern erzeugte Anfangseintragskraft oder -last an dem Kolben stark reduziert wird.
9 stellt die Nettokraft als Funktion der Verdrängung oder des Laufs der Kolbenstangeneinheit 12 einer praktischen Ausführungsform einer Gasfeder 10 dar. Durch Vergleich mit der Nettokraft gemäß 10 als Funktion des Laufs der Kolbenstange einer herkömmlichen Gasfeder nach dem Stand der Technik, welche die gleiche Maximalkraft erzeugt, wird die sehr große Differenz in der Nettokraftkurve und den Eigenschaften während der ersten und der letzten 5 mm des Laufs der Kolbenstange in ihrem Rückzug und Rücklauf dargestellt.
11 stellt den Druck des Gases in der Sekundärkammer 20 und der Hauptkammer 16 bei der praktischen Ausführungsform der Gasfeder 10 gemäß 9 als Funktion des Ausmaßes des Laufs oder der Verdrängung der Kolbenstangeneinheit aus ihrer vollständig ausgefahrenen Position dar. Der Maximaldruck des komprimierten Gases in der abgedichteten Sekundärkammer 20 beträgt annähernd 4100 psi, wenn sich die Kolbenstangeneinheit 12 in ihrer vollständig ausgefahrenen Position befindet, und der Gasdruck in der Hauptgaskammer 16 beträgt annähernd 2200 psi. Insbesondere ist dann, wenn die Dichtung zwischen den Flächen 22, 24 initiiert wird, und auch direkt vor ihrer Beendigung, der Gasdruck in den getrennten Gaskammern 16, 20 der gleiche, so daß keine Kraftdifferenz durch die Dichtung 78 besteht. Dadurch wird der Verschleiß gemindert und die Betriebsdauer der Gasfeder verlängert.
Erwünschterweise wird eine verhältnismäßig kleine Gasmenge in die abgedichtete Sekundärgaskammer 20 eingebracht und komprimiert, um die in der Gasfeder 10 erzeugte Wärme zu begrenzen. In jedem Fall vergrößert sich durch den nachfolgenden Hub der Kolbenstangeneinheit 12 in Richtung auf ihre zurückgezogene Position das Volumen der Sekundärgaskammer 20, und dadurch wird das Gas abgekühlt, das in die Sekundärgaskammer 20 eingebracht wurde. Deshalb erzeugt die Gasfeder 10 gemäß der Erfindung bei Gebrauch nicht sehr viel mehr Wärme als herkömmliche Gasfedern. Die Maximalwärme der Gasfeder 10 muß begrenzt werden, um die Schädigung der Dirchtungen der Gasfeder 10 zu vermeiden.
Wie in 9 gezeigt ist, ist für die reduzierte Nettokraft an der Kolbenstangeneinheit 12, wenn sie sich in ihrer ausgefahrenen Position befindet, eine Presse zur Erzeugung einer entsprechenden Minimalkraft erforderlich, um die Kolbenstangeneinheit 12 zu Anfang aus ihrer ausgefahrenen Position in Richtung auf ihre zrurückgezogene Position zu verdrängen. Durch Vergleich der 9 und 10 zeigt sich auch, daß die Nettokraft mehr allmählich über einen viel größeren Stangenhub oder Zeitraum als bei Gasfedern nach dem Stand der Technik zunimmt. Dadurch wird die große Aufprall- oder Impulskraft auf der Presse während des anfänglichen Eingriffs mit und der Lösung oder Freigabe von der Kolbenstange 18 stark reduziert oder beseitigt, um die Beschädigung der Presse oder der Gasfeder 10 durch diese Aufprall- oder Impulskraft auszuschließen. Ferner wird angenommen, daß sich durch die reduzierte Kraft, die auf die Presse ausgeübt wird, während sich die Presse bei dem Rücklauf der Presse von der Kolbenstange 18 löst, die Vibration oder das Rattern eines geformten Werkstücks an dem Stempel durch Verminderung der Vibration oder des Ratterbs eines Zugrings oder Spannrings zwischen dem Werkstück und der Kolbenstange 18 vermindert. Während der Bewegung der Kolbenstangeneinheit 12 aus ihrer ausgefahrenen Position in Richtung auf ihre zurückgezogene Position, und nachdem die Dichtung zwischen den Dichtungsflächen 22, 24 derart beendet ist, daß in der Gasfeder 10 ein einziger Gasdruck vorhanden ist, funktioniert die Gasfeder 10 für den Rest dieses Hubs und des Rücklaufs im wesentlichen als herkömmliche Gasfeder 10, bis die Dichtung erneut zwischen den Dichtungsflächen 22 und 24 initiiert wird.
In 6 ist eine andere Dichtungseinheitskonstruktion 21' gezeigt, die eine äußere Gleitdichtung 120 und einen inneren Vorspannring aufweist, beispielsweise einen O-Ring 122, der in der Nut 74 der Hülse 46 aufgenommen ist. Die Dichtung 120 kann aus einem geeigneten Urethanmaterial bestehen, und beim Abdichten wird der O-Ring komprimiert, um die Dichtung 120 radial nach außen in festen dichtenden Eingriff mit der Fläche 22 zu drücken. Als Alternative sind in der in 7 gezeigten Weise die Kolbenstange 18, die Hülse 46 und der Haltering 44 alle einstückig als einzige Einheit 124 ausgebildet. Als andere Alternative kann in der in
8 gezeigten Weise eine erste Dichtungsfläche 22 in dem Gehäuse 14 ausgebildet sein, anstatt wie bei der Gasfeder 10 gemäß der bevorzugten Ausführungsform ein Teil des Halters 26 zu sein. Es ist zu erkennen, daß für den Fachmann ohne weiteres noch weitere Alternativen und Ausführungsformen der Erfindung offensichtlich sind, die nicht vom Wesen und Umfang der Erfindung abweichen, wie die durch die folgenden Ansprüche definiert ist. Beispielsweise kann ein oder können mehrere Ventile verwendet werden, um die Sekundärgaskammer 20 während eines Abschnitts des Hubs der Gasfeder mit einem Ventilsitz, der die eine Dichtungsfläche bildet, und einem Ventilkopf zu schließen, der die andere Dichtungsfläche bildet.
Zweite Ausführungsform
Die 13 – 19 stellen eine zweite Ausführungsform einer Gasfeder 200 gemäß der vorliegenden Erfindung dar, die eine modifizierte Ringhülse 202 aufweist, jedoch ansonsten im wesentlichen mit der ersten Ausführungsform der Gasfeder 10 identisch ist, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Die Hülse 202 weist eine ringförmige Nut 204 auf, in der ein O-Ring 206 einer zweiten teleskopisch funktionierenden Dichtungsanordnung 208 aufgenommen ist. Eine oder zwei Öffnungen 210 ermöglichen einen gesteuerten Gasstrom durch sie hindurch, um die Druckdifferenz durch den O-Ring 206 bei Bedarf gesteuert zu vermindern. Auch sind ein oder mehrere Strömungskanäle 212 durch einen radial nach außen ragenden Abschnitt 213 der Hülse 202 ausgebildet, in welcher der O-Ring 206 aufgenommen ist, und durch diese Kanäle 212 hindurch wird selektiv ein Gasstrom zugelassen.
Wie in 14 gezeigt ist, wird der O-Ring 206, wenn die Kolbenstangeneinheit 12' aus ihrer ausgefahrenen Position in Richtung auf ihre zurückgezogene Position bewegt wird, von einem Einlaß 224 für jeden der Strömungskanäle 212 beabstandet, um einen verhältnismäßig freien Gasstrom durch die Kanäle 212 und durch die Dichtungsanordnung 208 zu ermöglichen, um jede Druckdifferenz durch die Dichtungsanordnung 208 während dieses Hubs der Kolbenstangeneinheit 12' zu vermindern oder zu beseitigen. Jedoch wird in der in
17 gezeigten Weise zumindest während eines Abschnitts des Rücklaufs der Kolbenstangeneinheit 12', während sie sich in Richtung auf ihre ausgefahrene Position zurückbewegt, der O-Ring 206 in seiner Nut 204 verschoben und sperrt oder dichtet den Einlaß 224 der Strömungskanäle 212 ab, um den Gasstrom durch die Dichtungsanordnung 208 zu verhindern, damit sich bei Bedarf eine Druckdifferenz durch die Dichtungsanordnung 208 entwickeln kann, um die Bewegungsgeschwindigkeit der Kolbenstangeneinheit 12' in ihre vollständig ausgefahrene Position zu steuern. Mithin wirkt der O-Ring 206 sowohl als Dichtung als auch als Ventil, das den Gasstrom zwischen den Gaskammern steuert. Wahlweise kann der O-Ring 206 nur eine Dichtung zwischen dem Halter 26' und der Seitenwand 30 des Gehäuses bereitstellen, während ein gesondert vorgesehenes Sperrventil, das in den Strömungskanälen 212 angeordnet ist und im wesentlichen jede Konstruktion einschließlich einer Anordnung mit vorgespannter Kugel aufweisen kann, den Strom hindurch in ähnlicher Weise steuert.
Der Halter 26' ist ebenfalls modifiziert und weist eine erste Senkbohrung 214 auf, in der die Ringdichtung 100 aufgenommen ist, damit kein Gas aus der Gasfeder 200 austreten kann, und eine zylindrische Dichtungsfläche 216 bildet, in die während eines Abschnitts der Bewegung der Kolbenstangeneinheit 12' der O-Ring 206 eingreift. Durch einen sich radial verjüngenden Rampenabschnitt 218 wird für eine glatte und gesteuerte Komprimierung und für den Eintritt des O-Rings 206 in die zylindrische Dichtungsfläche 216 und den Austritt aus dieser gesorgt, wie am besten in 17 und 18 zu sehen ist. Eine zweite Senkbohrung 220 bildet eine Schulter 222, in die eine entsprechende Schulter 72 der Hülse 202 eingreift, um die Bewegung der Kolbenstangeneinheit 12' zu begrenzen und die vollständig ausgefahrene Position der Kolbenstangeneinheit 12' zu definieren.
In der Gasfeder 200 ist die zweite teleskopisch funktionierende Dichtungseinheit 208 von der ersten teleskopisch funktionierenden Dichtungseinheit 21 beabstandet, um unter Druck gesetzte Gaskammern auf jeder Seite der zweiten Dichtungseinheit 208 zu bilden und dadurch die Bewegung der Kolbenstangeneinheit 12' zumindest dann zu steuern, wenn sie sich nahe an ihrer ausgefahrenen Position befindet und zu ihr zurückkehrt. Die zweiten Dichtungseinheit 208 umfaßt den O-Ring 206, der in der in der ringförmigen Hülse 202 ausgebildeten Nut 204 aufgenommen ist, und die Dichtungsfläche 216 des Halters 26', die bei Eingriff miteinander eine gasdichte Dichtung bereitstelen, die zumindest im wesentlichen das Gas in den Kammern auf einander gegenüberliegenden Seiten des O-Rings 206 trennt.
Wie in 13 gezeigt ist, trennt die erste Dichtungseinheit 21, wenn sich die Kolbenstangeneinheit 12' in ihrer vollständig ausgefahrenen Position in Ruhelage befindet, die Haupt- und die Sekundärgaskammer 16, 20 voneinander. In dieser Gasfeder 200 ist auf der gegenüberliegenden Seite der zweiten Dichtungseinheit 208 von der Sekundärgaskammer 20 her eine dritte Gaskammer 230 gebildet und steht durch die Strömungskanäle 212 und die Öffnungen 210 mit der Sekundärgaskammer 20 in Verbindung. Wie in 14 gezeigt ist, bleibt die Sekundärgaskammer 20, wenn die Kolbenstangeneinheit 12' in Richtung auf ihre zurückgezogene Position verdrängt wird, während zumindest eines Abschnitts dieses Hubs der Kolbenstangeneinheit 12' von der Hauptgaskammer 16 getrennt, und Gas in der Sekundärgaskammer 20 strömt verhältnismäßig frei durch die Strömungskanäle 212 in die dritte Gaskammer 230, um die zweite und die dritte Gaskammer 20, 230 auf dem gleichen Druck zu halten. Wie in 15 gezeigt ist, wird der O-Ring 78, wenn sich wenn die Kolbenstangeneinheit 12' weiter in Richtung auf ihre zurückgezogene Position bewegt, von seiner Dichtungsfläche 22 getrennt, so daß die Sekundärgaskammer 20 zu der Hauptgaskammer 16 hin geöffnet wird, um tatsächlich eine einzige Gaskammer zu bilden. Des weiteren bleiben die Strömungskanäle 212 selbst dann, wenn der O-Ring 206 mit seiner entsprechenden Dichtungsfläche 216 in Kontakt bleibt, derart offen, daß die dritte Gaskammer 230 ebenfalls mit der ersten wie auch der zweiten Gaskammer in Verbindung steht. Zuletzt wird in der in 16 gezeigten Weise dann, wenn die Kolbenstangeneinheit 12' in ihrer vollständig zurückgezogenen Position anlangt, der zweite O-Ring 206 von seiner entsprechenden Dichtungsfläche 22 getrennt, so daß in der Gasfeder 200 im wesentlichen eine einzige Gaskammer vorhanden ist, wobei sich das gesamte Gas darin auf dem gleichen Druck befindet.
Wenn sich der O-Ring 78 der ersten Dichtungseinheit 21 von seiner entsprechenden Dichtungsfläche 22 trennt, so daß sich das gesamte Gas in der Gasfeder 200 im wesentlichen auf dem gleichen Druck befindet, funktioniert die Gasfeder 200 im Rest ihrer Bewegung in Richtung auf ihre zurückgezogene Position und während des Anfangsabschnitts ihres Rücklaufs im wesentlichen als herkömmliche Gasfeder, bis der O-Ring 78 in ihre entsprechende Dichtungsfläche 22 eingreift. Deshalb funktioniert die Gasfeder 200 während des Rücklaufs der Kolbenstangeneinheit 12' aus ihrer ausgefahrenen Position in ihre zurückgezogene Position im wesentlichen genau so wie die Gasfeder 10, um die Kraft zu reduzieren, die zu Anfang erforderlich ist, um die Kolbenstangeneinheit 12' in Richtung auf ihre zurückgezogene Position zu verdrängen, wie unter Bezug auf die Gasfeder 10 beschrieben wurde.
Wie in 17 gezeigt ist, wird der O-Ring 206, wenn der O-Ring 206 der zweiten Dichtungseinheit 208 in seinen entsprechenden aufgeweiteten oder Rampenabschnitt 218 seiner Dichtungsfläche 216 eingreift, in seiner Nut 204 verschoben, um die Strömungskanäle 212 zu sperren. Die Dichtung zwischen dem O-Ring 206 und der Dichtungsfläche 216 bildet die dritte Gaskammer 230 und trennt Gas darin von dem übrigen Gas in der Gasfeder 200 mit der Ausnahme, daß die Öffnungen 210 offen bleiben, um für einen gesteuerten Ablauf oder Strom des Gases aus der dritten Gaskammer 230 in die zweite Gaskammer 20 zu sorgen. Der Gasstrom durch die Öffnungen 210 wird ausreichend gedrosselt, so daß durch die beständige Bewegung der Kolbenstangeneinheit 12' in Richtung auf ihre ausgefahrene Position in der in 19 gezeigten Weise das Gas in der dritten Gaskammer 230 komprimiert wird, wodurch sich der Druck in der dritten Gaskammer 230 und die entsprechende, auf die Hülse 202 der Kolbenstangeneinheit 12' wirkende Kraft vergrößern, um die Geschwindigkeit zu vermindern, mit der die Kolbenstangeneinheit 12' in ihre vollständig ausgefahrene Position zurückkehrt. Insbesondere wird das Volumen der Sekundärgaskammer 20 in dieser Gasfeder 200 festgelegt. Der Druck in der Sekundärgaskammer 20 nimmt zu, wenn das komprimierte Gas in der dritten Kammer 230, das sich auf einem höheren Druck befindet, wenn es während des Rücklaufs komprimiert wird, durch die Öffnungen 210 in der Sekundärgaskammer 20 in die Sekundärgaskammer 20 abgeführt wird.
Erwünschterweise kehrt die Kolbenstangeneinheit 12' langsamer in ihre vollständig ausgefahrene Position zurück als mit der Geschwindigkeit, mit der die Kraft des Pressenkolbens von dieser zurückgenommen wird, so daß sich der Spannring, das Werkstück an dem Spannring und die Kolbenstangeneinheit 12' von dem sich zurückziehenden Pressenkolben trennen und langsamer als dieser zurückkehren. Erwünschterweise wird dadurch der Rückprall des Spannrings und des Werkstücks vermindert oder beseitigt, wenn die Kolbenstangeneinheit 12' in ihrer vollständig ausgefahrenen Position anlangt. Weiterhin wird dadurch stark der Zusammenprall der Schulter der Hülse 202 mit der Schulter 72 des Halters 26' vermindert, um die Geräusche der Gasfeder 200 bei Gebrauch stark zu vermindern und auch die Betriebsdauer der Hülse 202, des Halters 26' und der Gasfeder 200 im allgemeinen durch Reduzierung der Kraft dieses Zusammenpralls zu verlängern.
Wenn die Kolbenstangeneinheit 12' ausreichend in Richtung auf ihre ausgefahrene Position gelaufen ist, greift der O-Ring 78 der ersten Dichtungseinheit 21 in seine entsprechende Dichtungsfläche 22 ein, um die zweite Gaskammer 20 von der Hauptgaskammer 16 in der gleichen Weise zu trennen, wie sie für die Gasfeder 10 beschrieben wurde. Nachdem die Kolbenstangeneinheit 12' in ihre vollständig ausgefahrene Position zurückgekehrt ist, kann der Gasdruck in der dritten Gaskammer 230 abhängig von Anzahl und Größe der Öffnungen 210 der gleiche wie der in der zweiten Gaskammer 20 sein, bevor der nächste Zyklus der Gasfeder 200 beginnt. In jedem Fall wird der O-Ring 206 bei der anfänglichen Bewegung der Kolbenstangeneinheit 12' in Richtung auf ihre zurückgezogene Position in seiner Nut 204 in der Hülse 202 verschoben, um die Strömungskanäle 212 zu öffnen, damit das Gas verhältnismäßig frei zwischen der zweiten und der dritten Gaskammer 20, 230 strömen kann, um den Gasdruck darin auszugleichen.
Wie in 20 gezeigt ist, ist bei einer herkömmlichen Gasfeder 250 eine hohe Kraft erforderlich, um die Kolbenstange der Gasfeder 250 zu Anfang zu verdrängen. Deshalb führt der anfängliche Eingriff des Pressenkolbens mit der Kolbenstange zu einem hohen Kraftaufprall oder einer Spitze 252, wie an Hand der Gasfeder 10 gemäß der Erfindung beschrieben wurde. Durch weiteres Verdrängen der Kolbenstange in Richtung auf ihre zurückgezogene Position hin wird die Kraft des auf die Kolbenstange wirkenden Gases in der an dem Linienabschnitt 254 gezeigten Weise erhöht. Durch anschließende Rückbewegung der Kolbenstange in Richtung auf ihre ausgefahrene Position wird in der bei 256 gezeigten Weise die auf die Stange wirkende Kraft des Gases reduziert, bis die Bewegung der Kolbenstange plötzlich durch Eingriff von Metall und Metall innerhalb der Gasfeder angehalten wird, was ein verhältnismäßig lautes und geräuschvolles Ereignis mit starkem Anprall ist. Dieser plötzliche Stopp führt dazu, daß der Spannring und das daran geformte Werkstück zurückprallen, wodurch das Werkstück beschädigt und falsch ausgerichtet werden kann. Die Kolbenstange kehrt so schnell zurück, wie der Pressenkolben unter der verhältnismäßig hohen Kraft des auf die Kolbenstange wirkenden Gases zurückgezogen wird. Die hohe Kraft in der Gasfeder, die auf die Kolbenstange wirkt, führt auch zu dem verhältnismäßig hohen Kraftaufprall bei der Metall-Metall-Kollision in der Gasfeder, durch den die Bewegung der Gasfeder angehalten wird und ihre ausgefahrene Position definiert wird.
Im Vergleich dazu ist auf Grund der verminderten Druckdifferenz durch die Kolbenstangeneinheit für die Gasfeder 200 eine verhältnismäßig geringe Kraft notwendig, um die Kolbenstangeneinheit 12' zu Anfang zu verdrängen, wie sehr ausführlich in Bezug auf die Gasfeder 10 beschrieben wurde. Durch den anfänglichen Lauf der Kolbenstangeneinheit wird die zum Verdrängen der Kolbenstangeneinheit erforderliche Kraft in der durch die Linie 258 gezeigten Weise allmählich rampenartig vergrößert, um jede Spitze oder jede schnelle Zunahme der Kraft wie bei einer herkömmlichen Gasfeder zu verhindern. Nachdem die von der ersten Dichtungseinheit 21 geschaffene Dichtung beendet ist, funktioniert die Gasfeder im wesentlichen in gleicher Weise wie die herkömmliche Gasfeder mit zunehmender Kraft über den beständigen Lauf der Kolbenstange in ihre vollständig zurückgezogene Position in der durch Linie 260 angegebenen Weise, und mit abnehmenden Kraft über den bei 262 gezeigten anfänglichen Rücklauf, bis die Dichtung der zweiten Dichtungseinheit 208 geschaffen wird, um dadurch im wesentlichen Gas in die dritte Gaskammer 230 einzubringen und dessen Druck bei weiterer Bewegung der Kolbenstangeneinheit 12' in Richtung auf ihre ausgefahrene Position in der an der Linie 264 gezeigten Weise zu erhöhen. Durch den zunehmenden Druck in der dritten Kammer 230, der ebenfalls in die zweite Kammer 20 abgelassen wird, wird über die Kolbenstangeneinheit 12' eine verminderte Nettokraft erzeugt. Durch die verminderte Nettokraft über die Kolbenstangeneinheit 12' vermindert sich die Laufgeschwindigkeit der Kolbenstangeneinheit 12' in Richtung auf ihre ausgefahrene Position hin als Funktion der Druckdifferenz über die Kolbenstangeneinheit 12'.
Deshalb sorgt gemäß dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung die Gasfeder 200 für eine geringere Geschwindigkeit des Rücklaufs der Kolbenstangeneinheit 12' während zumindest eines späteren Abschnitts des Rücklaufs und benötigt auch eine reduzierte Kraft, um die Kolbenstangeneinheit 12' anfänglich zu verdrängen. Dadurch werden die Geräusche der Presse und der Gasfeder 200 bei Gebrauch stark vermindert, wird die Betriebsdauer der Presse und der Gasfeder verlängert und werden Beschädigungen des Werkstücks und Handhabungsprobleme auf Grund von falscher Ausrichtung und des Rückpralls des Werkstücks nach Beendigung des Rücklaufs der Gasfeder vermieden.
Um einen verhältnismäßig schnellen Taktlauf der Gasfeder 200 zu erleichtern, ist der O-Ring vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, das gegen einen Abbau durch verhältnismäßig hohe Aufheizung bis auf und potentiell mehr als 130°C beständig ist. Das Dichtungsmaterial ist vorzugsweise aus einem Polyurethan-Material mit hoher Abriebfestigkeit und einer Härte von mindestens 90 auf der Shore-A-Skala ausgebildet. Durch diese Eigenschaften verlängert sich die Betriebsdauer der Dichtung und wird eine schnelle Taktgeschwindigkeit ermöglicht, es können jedoch auch Materialien mit anderen Eigenschaften verwendet werden.
Auch kann der O-Ring 206 so konstruiert werden, daß er den Strom in nur einer Richtung einschränkt oder verhindert, ohne in seiner Nut 204 verschoben zu werden, indem eine Klappe oder ein anderes Konstruktionsmerkmal eingebaut wird, die/das die Einlässe 224 schließt, wenn ein Nettogasdruck in der einen Richtung darauf einwirkt, und aus den Einlässen 224 verdrängt wird, um den Gasstrom hindurchzulassen, wenn ein Nettogasdruck in der anderen Richtung darauf einwirkt.
Eine gegenwärtig bevorzugte andere Ausführungsform ist in 19 gezeigt, um eine örtliche Aufheizung in der Gasfeder 200 angrenzend an und in dem O-Ring 206 zu steuern und einzuschränken, sind verbindende Überführungskanäle 280, 282 und 284 in der Kolbenstange 18 ausgebildet. Die Kanäle ermöglichen in der gleichen Weise wie die Öffnungen 210, daß Gas frei zwischen der zweiten und der dritten Gaskammer 20 strömen kann, und können zusätzlich zu oder mehr bevorzugt anstelle der Öffnungen 210 vorgesehen werden, wie in 19 gezeigt ist. Der Kanal 280 öffnet sich an einem Ende zwischen der Dichtung 100 und der Dichtungseinheit 208, um mit der dritten Gaskammer 230 in Verbindung zu treten, und öffnet sich an seinem anderen Ende zum Kanal 282. Erwünschterweise ist eine Einschnürung 286 zwischen diesen Kanälen 280, 282 vorgesehen, um den Gasstrom hindurch zu steuern und zu begrenzen.
Der leichteren Herstellbarkeit halber verläuft der Kanal 282 im wesentlichen quer zu dem Kanal 280 und verbindet Kanal 280 mit Kanal 284, der ebenfalls vorzugsweise quer zu dem Kanal 282 verläuft. Der Kanal 282 kann durch Ausbohren (oder ein anderes Verfahren) durch das Ende der Kolbenstange 18 hindurch ausgebildet werden, und das Ende des Kanals 282 wird von einem Stopfen 288 verschlossen, damit der Gasstrom nicht direkt zwischen dem Kanal 282 und der Hauptgaskammer 16 fließen kann. Der Kanal 284 kann vollständig durch die Kolbenstange 18 verlaufen und verbindet zwischen der ersten und der zweiten Abdichteinheit 21 und 208 über durch die Hülse 202 hindurch führende Löcher 290, um mit der zweiten Gaskammer 20 in Verbindung zu treten.
Demgemäß lassen die Kanäle 280, 282, 284 einen Gasstrom über die zweite Dichtungseinheit 208 zu, die von der Verengung 286 gesteuert wird. Mithin funktionieren die Kanäle 280, 282, 284 in der gleichen allgemeinen Weise wie die Öffnungen 210 und werden vorzugsweise anstelle der Öffnungen 210 verwendet. Erwünschterweise leiten die Kanäle den gesteuerten Gasstrom weg von den Bereichen der Hülse 202 mit dem O-Ring 206 darin weg, um die Wärmeentwicklung nahe dem O-Ring 206 einzuschränken. Durch diese verminderte oder begrenzte Temperatur an dem O-Ring 206 wird für die Gasfeder 200 eine schnellere Taktzeit ohne negative Auswirkung auf ihre Dichtungen möglich.
Ferner können in der in 19 gezeigten Weise ein oder mehrere Wärmerohre in komplementären Blindbohrungen in der Kolbenstange 18 angeordnet werden, um die Wärmeübertragung zum Oberteil der Kolbenstange und dann aus der Gasfeder 200 heraus zu verbessern. Erwünschterweise wird dadurch für die weitere Kühlung oder Beschränkung der Wärmeentwicklung gesorgt, um die Gasfeder 200 noch schneller takten zu können. Die Wärmerohre sind langgestreckte, im wesentlichen rohrförmige Stäbe, die aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit ausgebildet sind, an beiden Enden geschlossen sind enthalten eine Menge einer Arbeitsflüssigkeit mit einem gesteuerten Druck und einem mittigen Docht enthalten. Wenn die Flüssigkeit an einem Ende des Wärmerohres eine bestimmte Temperatur erreicht hat, verdampft sie und steigt in dem Wärmerohr nach oben. Das Wärmerohr ist derart konstruiert und positioniert, daß ein ausreichender Temperaturunterschied zwischen ihren Enden besteht, damit die verdampfte Arbeitsflüssigkeit an dem anderen Ende wieder kondensieren kann, um dadurch Wärme in dieser Phasenumwandlung abzuleiten. Das kondensierte Arbeitsfluid läuft durch den Docht zurück, um einen weiteren Takt zu beginnen. Ein geeignetes Wärmerohr ist im Handel von Thermacore, Inc. in Lancaster, PA, erhältlich.
Dritte Ausführungsform
Wie in 21 gezeigt ist, kann bei einer dritten Ausführungsform einer Gasfeder 300 nur die zweite Dichtungseinheit 208 vorgesehen sein, um die Geschwindigkeit der Kolbenstangeneinheit 12" zu vermindern, wenn sie sich nahe an und zu ihrer vollständig ausgefahrenen Position bewegt, ohne eine Abdichteinheit 21 zum Bereitstellen der reduzierten Nettokraft über die Kolbenstangeneinheit 12" bei deren vollständig ausgefahrener Position, wie sehr ausführlich in Bezug auf die Gasfeder 10 beschrieben wurde. Erwünschterweise wird der O-Ring 206, wie an Hand der Gasfeder 200 beschrieben, bei Eingriff mit seiner Dichtungsfläche 216 verdrängt, um die Strömungskanäle 212 abzusperren und eine Gaskammer 302 zu bilden, die von dem übrigen Gas in der Gasfeder 200 getrennt ist, um die Rücklaufgeschwindigkeit der Kolbenstangeneinheit 12" in ihre ausgefahrene Position zu steuern. Durch Öffnungen 210 wird das Gas unter hohem Druck mit einer gesteuerten Geschwindigkeit in die Hauptgaskammer 16 abgeführt. In jedem Falle wird der O-Ring 206 beim Abwärtslauf oder der Abwärtsbewegung der Kolbenstangeneinheit aus ihrer ausgefahrenen Position in Richtung auf ihre zurückgezogene Position hin verdrängt, um die Strömungskanäle 212 zu öffnen, so daß das gesamte Gas in der Gasfeder 300 im wesentlichen den gleichen Druck aufweist.
Deshalb kann die Gasfeder 300 derart konstruiert werden, daß sie eine reduzierte Kraft zum anfänglichen Verdrängen der Kolbenstangeneinheit 12 aus ihrer vollständig ausgefahrenen Position bereitstellt, oder sie kann derart konstruiert werden, daß sie nur eine verminderte Rücklaufgechwindigkeit der Kolbenstangeneinheit 12" über zumindest einen Abschnitt ihres Rücklaufs bereitstellt, oder sie kann derart konstruiert werden, daß sie beide dieser Merkmale und die sehr großen, damit zusammenhängenden Vorteile bereitstellt. Ferner besitzen die Gasfedern Standardgröße und können zu vielen Verwendungszwecken, beispielsweise zu mechanischen Kurvenschubsystemen oder überall dort verwendet werden, wo Gasfedern im allgemeinen verwendet werden können. Erwünschterweise können die Gasfedern in sich geschlossen sein, oder sie können mit einem Verzweigungssystem verwendet werden, um das zu jeder Gasfeder gelieferte Gas zu steuern.

Claims

Gasfeder (10) für die Stempel von Pressen für einen Metallblechstanzvorgang mit einem Gehäuse (14); einer Kolbenstangeneinheit (18), die zumindest teilweise vom Gehäuse (14) aufgenommen ist, um sich zwischen einer ausgefahrenen und zurückgezogenen Position hin- und herzubewegen; einer Hauptgaskammer (16), die zur Außenseite der Gasfeder in abgedichteter Weise geschlossen ist und zumindest teilweise vom Gehäuse (14) und der Kolbenstangeneinheit (18) gebildet wird, und einer Sekundärgaskammer (20), die in abgedichteter Weise zur Außenseite der Gasfeder geschlossen ist und frei mit der Hauptgaskammer (16) in Verbindung steht, wenn die Kolbenstangeneinheit (18) vollständig zurückgezogen ist, wobei jede Gaskammer Gas unter Druck enthält; dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung (21) zumindest im wesentlichen die Sekundärgaskammer (20) von der Hauptgaskammer (16) trennt, wenn die Kolbenstangeneinheit (18) voll ausgefahren ist, um darin befindliches Gas auf einen höheren Druck zu komprimieren als das Gas in der Hauptgaskammer und auf diese Weise zumindest zeitweise die Nettokraft auf die Kolbenstangeneinheit (18) relativ zur Nettokraft auf die Kolbenstangeneinheit (18), wenn die Sekundärgaskammer (20) frei mit der Hauptgaskammer (16) in Verbindung steht, zu reduzieren.
Gasfeder nach Anspruch 1, die ferner einen Halter (26) aufweist, der vom Gehäuse (14) getragen wird und mit der Kolbenstangeneinheit (18) in Eingriff bringbar ist, um mindestens einen Abschnitt der Kolbenstangeneinheit im Gehäuse zu halten, wobei die Dichtung (21) zwischen einer ersten Dichtungsfläche und einer zweiten Dichtungsfläche ausgebildet und die erste Dichtungsfläche (24) im Halter (26) gebildet ist.
Gasfeder nach Anspruch 2, die ferner eine Hülse (46) aufweist, die von der Kolbenstangeneinheit (18) getragen wird und die zweite Dichtungsfläche bildet.
Gasfeder nach Anspruch 3, die ferner ein Dichtungselement (28) aufweist, das von der Hülse (46) getragen wird und die zweite Dichtungsfläche bildet.
Gasfeder nach Anspruch 2, bei der die zweite Dichtungsfläche vom Kolben getragen wird.
Gasfeder nach Anspruch 2, bei der die erste und zweite Dichtungsfläche zusammenwirken, um anfangs die gasdichte Dichtung an einem Punkt im Hub der Kolbenstangeneinheit zwischen deren ausgefahrener und zurückgezogener Position auszubilden, und wobei die gasdichte Dichtung zwischen der vollständig ausgefahrenen Position der Kolbenstangeneinheit und diesem Punkt aufrechterhalten wird.
Gasfeder nach Anspruch 1, bei der der Gasdruck in der Sekundärgaskammer größer ist als der Gasdruck in der Hauptgaskammer, wenn sich die Kolbenstangeneinheit in ihrer ausgefahrenen Position befindet.
Gasfeder nach Anspruch 1, die ferner umfaßt: mindestens einen Kanal (82), der an einem Ende mit der Sekundärgaskammer und an seinem anderen Ende mit der Hauptgaskammer (16) in Verbindung steht; und ein Ventil (80), das mit dem mindestens einen Kanal in Verbindung steht und zwischen einer offenen Position, die einen im wesentlichen freien Gasstrom durch den mindestens einen Kanal ermöglicht, so daß sich Gas in der Sekundär- und Hauptgaskammer auf dem gleichen Druck befindet, und einer geschlossenen Position, in der der Gasstrom durch den mindestens einen Kanal mindestens im wesentlichen gedrosselt wird, um bei vorgesehener Dichtung eine Druckdifferenz zwischen der Sekundär- und Hauptgaskammer zu erzeugen, bewegbar ist.
Gasfeder nach Anspruch 8, bei der ein ringförmiges Dichtungselement, das von der Kolbenstangeneinheit getragen wird, sowohl die Dichtung als auch das Ventil bildet.
Gasfeder nach Anspruch 8, die ferner mindestens eine Öffnung aufweist, die die Sekundärgaskammer mit der Hauptgaskammer verbindet, um einen gesteuerten Gasstrom zwischen der Sekundär- und Hauptgaskammer zu ermöglichen.
Gasfeder nach Anspruch 8, bei der das Ventil so konstruiert ist, daß es während mindestens eines Abschnittes der Bewegung der Kolbenstangeneinheit von ihrer zurückgezogenen Position in ihre ausgefahrene Position schließt, so daß bei vorgesehener Dichtung Gas in der Sekundärgaskammer in Abhängigkeit von einer weiteren Bewegung der Kolbenstangeneinheit in ihre ausgefahrene Position komprimiert wird, um die Differenzkraft über die Kolbenstangeneinheit und dadurch die Geschwindigkeit, mit der sie sich in ihre vollständig ausgefahrene Position bewegt, zu verringern.
Gasfeder nach Anspruch 8, die ferner mindestens einen Überführungskanal aufweist, der die Sekundärgaskammer mit der Hauptgaskammer verbindet, um einen gesteuerten Gasstrom zwischen der Sekundär- und Hauptgaskammer zu ermöglichen.
Gasfeder (200) nach Anspruch 1, die ferner umfaßt: eine dritte Gaskammer (230), die in abgedichteter Weise zur Außenseite der Gasfeder (200) geschlossen ist und mit der Hauptgaskammer (16) sowie der Sekundärgaskammer (20) in Verbindung steht, wenn die Kolbenstangeneinheit vollständig zurückgezogen ist; eine zweite Dichtung (206), die im Abstand von der Dichtung (78) angeordnet ist und mindestens im wesentlichen die Sekundärgaskammer (20) von der Hauptgaskammer (16) trennt, wenn die Kolbenstangeneinheit (18) vollständig ausgefahren ist, wobei die zweite Dichtung (206) zwischen der dritten Gaskammer (230) und der Sekundärgaskammer (20) angeordnet ist, wenn sich die Kolbenstangeneinheit (18) benachbart zu ihrer vollständig ausgefahrenen Position und in dieser befindet, damit Gas in der dritten Gaskammer (230) während mindestens eines Abschnittes der Bewegung der Kolbenstangeneinheit komprimiert werden kann, wenn die zweite Dichtung (206) vorgesehen ist, um die Nettokraft auf die Kolbenstangeneinheit (18) relativ zur Nettokraft auf die Kolbenstangeneinheit (18), wenn die dritte Gaskammer (230) und die Sekundärgaskammer (20) mit der Hauptgaskammer (16) in Verbindung stehen, zu reduzieren; einen Kanal (212), der an einem Ende mit der Sekundärgaskammer (20) und an seinem anderen Ende mit der dritten Gaskammer (230) in Verbindung steht; und ein Ventil (206), das mit dem Kanal (212) in Verbindung steht und zwischen einer offenen Position, die einen im wesentlichen freien Gasstrom durch den Kanal (212) ermöglicht, so daß sich Gas in der Sekundärgaskammer (20) und der dritten Gaskammer (30) auf dem gleichen Druck befindet, und einer geschlossenen Position, in der zumindest im wesentlichen der Gasstrom durch den Kanal (212) gedrosselt wird, um bei vorgesehener zweiter Dichtung (206) die Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen der Sekundärgaskammer (20) und der dritten Gaskammer (230) zu ermöglichen, bewegbar ist.
Gasfeder nach Anspruch 13, die ferner mindestens eine Öffnung (210) aufweist, die die Sekundärgaskammer (20) mit der dritten Gaskammer (230) verbindet, wobei während der Bewegung der Kolbenstangeneinheit (18) in ihre ausgefahrene Position die zweite Dichtung (206) anfangs vorgesehen ist, um die dritte Gaskammer (230) zu trennen und zu ermöglichen, daß darin befindliches Gas bei einer weiteren Bewegung der Kolbenstangeneinheit (18) nach dem Vorsehen der zweiten Dichtung (206) komprimiert wird, und wobei die Dichtung (78), die die Sekundärgaskammer (20) von der Hauptgaskammer (16) trennt, wenn die Kolbenstangeneinheit (18) vollständig ausgefahren ist, dazu dient, die Sekundärgaskammer (20) von der Hauptgaskammer (16) zu trennen, um Gas, das durch die mindestens eine Öffnung strömt, innerhalb der Sekundärgaskammer zu halten und somit einen erhöhten Gasdruck innerhalb der Sekundärgaskammer relativ zur Hauptgaskammer vorzusehen.
Gasfeder nach Anspruch 14, die ferner mindestens einen Überführungskanal (284, 280) aufweist, der die Sekundärgaskammer (20) mit der dritten Gaskammer (16) verbindet, wobei während der Bewegung der Kolbenstangeneinheit (18) in Richtung auf ihre ausgefahrene Position die zweite Dichtung (206) anfangs vorgesehen ist, um die dritte Gaskammer (230) zu trennen und zu ermöglichen, daß das darin befindliche Gas bei einer weiteren Bewegung der Kolbenstangeneinheit nach dem Vorsehen der zweiten Dichtung komprimiert wird, und wobei bei einer weiteren Bewegung der Kolbenstangeneinheit nach dem Vorsehen der zweiten Dichtung (206) die Dichtung (278), die die Sekundärgaskammer (20) von der Hauptgaskammer (16) trennt, wenn die Kolbenstangeneinheit (18) vollständig ausgefahren ist, vorgesehen ist, um die Sekundärgaskammer von der Hauptgaskammer zu trennen und Gas, das durch den mindestens einen Überführungskanal strömt, innerhalb der Sekundärgaskammer zu halten, um auf diese Weise einen erhöhten Gasdruck innerhalb der Sekundärgaskammer relativ zur Hauptgaskammer vorzusehen.
Gasfeder nach Anspruch 13, bei der die Kolbenstangeneinheit eine Kolbenstange besitzt und mindestens ein Überführungskanal mindestens teilweise in der Kolbenstange ausgebildet ist und an einem Ende mit einer Sei te der zweiten Dichtung und seinem anderen Ende mit der anderen Seite der zweiten Dichtung in Verbindung steht.