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Zweiteiliger Druckkolben für hydraulische Pressen Die Erfindung betrifft
einen zweiteiligen Kolben für hydraulische Pressen, deren Zylinder, wie dies in
manchen Fällen, z. B. bei Wäschepressen für Haushaltszwecke, aus Preisrücksichten
erwünscht ist, in einfachster Weise aus Streifen dünnen Bleches mit einer Längsnaht
hergestellt sind, wobei es unmöglich ist, die sonst üblichen und notwendigen Grenzen
für die zulässigen Abweichungen des Zylinders von der theoretischen Zylinderform
auch nur angenähert einzuhalten. Der neuartige Kolben gewährleistet nicht nur auch
bei sehr mangelhaft ausgeführten Zylindern eine gute Ausnützung der aus dem hydraulischen
Druckmittel gewinnbaren Kräfte, sondern zeichnet sich darüber hinaus noch durch
folgende Eigenschaften aus: r. Vor Beginn eines jeden Druckhubes der Presse läßt
der Kolben in den in der Bewegungsrichtung vor ihm liegenden Zylinderraum eine gewisse
Menge des hydraulischen Druckmittels einströmen, die als Schmiermittel für die Stulpe
dient, die in bekannter Weise längs der Umfläche des Kolbens angeordnet ist, aus
elastischem Material (Gummi) besteht und die Abdichtung des Kolbens gegenüber der
Zylinderwand beim Druckhub zu übernehmen hat.
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2. Der Kolben bringt, nachdem er in einer bestimmten Stellung das
Überströmen des Druckmittels in den druckfreien Zylinderraum selbsttätig unterbrochen
hat, unter Einwirkung auf ein mechanisches Druckmittel die elastische Dichtungsstulpe
zum gleichmäßigen, flüssigkeitsdichten und drucksicheren Anliegen an der Zylinderwand
entlang deren ganzem Umfang. 3. Beim Entspannen des Druckraumes im Zylinder nach
Abschluß des Preßvorganges löst der Kolben selbsttätig die Dichtungsstulpe von der
Zylinderwand und ermöglicht so seine Überführung in die Ausgangsstellung ohne nennenswerten
Kraftaufwand.
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Diese Eigenschaften des Erfindungsgegenstandes vermitteln gleichzeitig
und ganz allgemein wesentliche technische Fortschritte gegenüber den bisher bekannten
Bauweisen artgleicher hydraulischer Pressen in folgenden Beziehungen.
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Man verwendet bei den Pressen zwar schon seit langem Stulpen aus nachgiebigen
Stoffen (Gummi, Leder) zur Abdichtung der Kolben in den Zylindern; diese erfüllen
aber ihre Aufgabe nur dann zuverlässig, wenn die sie umgebende Zylinderwand nicht
oder nur unwesentlich von der mathematisch genauen Zylinderform abweicht. Der Grund
hierfür ist, daß man die Dichtungsstulpen meist nur auf einer der ebenen Kolbenflächen
scheibenartig eingespannt-und den als eigentliche Dichtung dienenden, an die eingespannte
Scheibe im rechten Winkel ringförmig sich anschließenden Stulpenteil sich selbst
bzw. der Einwirkung der auftretenden Flüssigkeits- und Reibungskräfte überlassen
hat. Sobald in diesen Fällen die Kolbenführung nennenswerte Abweichungen von der
genauen Zylinderform aufweist, reichen die dem Stulpenring eigenen Federungskräfte
nicht mehr- aus, um auch an den Ausbauchungen des Zylinders einen genügenden Abschluß
zu sichern. Dieser Mangel wird auch nicht behoben,
wenn - wie bei
doppelt wirkenden Kolben ebenfalls schon vorgeschlagen worden ist -zwei Dichtungsstulpen
verwendet werden, deren ringförmige Dichtungsteile mit den freien Enden gegeneinandergekehrt
sind und, mit der Beaufschlagung des Kolbens wechselnd, jeweils einzeln durch die
unter Druck stehende Arbeitsflüssigkeit an die Zylinderwandung gepreßt werden sollen.
Die Druckflüssigkeit sucht sich beim Fließen stets den Weg mit kleinstem Widerstand;
sie wird also an den Stellen, an denen die natürlichen Federkräfte der Stulpe zur
Herstellung der Kolbendichtung nicht ausreichen, durch die offenen Spalten entweichen.
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In den Fällen, in denen man auch seither zum Anpressen der Stulpen_
an die Zylinderwände mechanische Hilfsmittel benutzt hat, wirken diese dauernd und
bilden damit eine Quelle für unerwünscht hohen Kraft- und Stoffverbrauch.
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Durch die Bauweise nach der Erfindung erhält man dagegen sowohl beim
Arbeitshub eine gute Dichtung des Kolbens auch in wenig sorgfältig hergestellten
Zylindern als auch beim Leerhub einen nahezu reibungslosen, freien Gang des Kolbens
infolge des Abhebens der Dichtungsstulpe von der Zylinderwand. Damit entfallen gleichzeitig
alle jene Mittel, die man seither anwenden mußte, um das Hängenbleiben des Kolbens
im Zylinder nach Abschluß des Preßhubes zu vermeiden, z. B. die Anwendung besonderer
Rückholfedern oder durch Druckluft betriebener Hilfskolben für die Überführung des
Arbeitskolbens aus der End- in seine Anfangsstellung.
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Der Erfindungsgegenstand ist auf der Zeichnung in Abb. i in einem
Schnitt nach Linie D-F der Abb. -- dargestellt, die einen Schnitt nach Linie A-C
der Abb. i zeigt.
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Der Kolben arbeitet in einem Zylinder a und besteht aus zwei plattenförmigen
Teilen b und c, die sowohl in der Ruhestellung der Presse als auch während des Druckhubes
in kraftschlüssiger Verbindung miteinander stehen, unmittelbar vor Beginn des Druckhubes
und bei der Entspannung des Druckraumes im Zylinder aber ihre Lage zueinander ändern.
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Der Durchmesser des Teiles c entspricht in grober Annäherung dem lichten
Zylinderdurchmesser, ist jedoch um so viel kleiner als dieser, daß die Platte c
trotz der voraussetzungsgemäß vorhandenen Unregelmäßigkeiten im Zylinderquerschnitt
an keiner Stelle desselben unmittelbar an der Zylinderwand anliegt. Als dichtendes
Zwischenglied ist vielmehr zwischen ihr und der Zylinderwand in bekannter Weise
eine Stulpe e angeordnet, die aus elastischem Material, zweckmäßig Gummi als einem
gegen Wasser praktisch unempfindlichen Stoff, besteht.
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Auf ihrer Innenseite wird die Stulpe e durch eine ringförmige Spiralfeder
d gestützt und durch deren einzelne, eng nebeneinanderliegende Windungen über den
ganzen Umfang des Zylinders und unbeschadet der möglicherweise vorhandenen Unregelmäßigkeiten
der Zylinderfläche vollkommen gleichmäßig in Anlage auf dieser gehalten. Die Feder
d wird ihrerseits in der vorgeschriebenen Lage gesichert und durch gewindegangähnliche
Rillen, die einerseits auf einer ebenen Ringfläche an der Unterseite des Kolbenteiles
c, andererseits auf einer schräg abwärts von innen nach außen geneigten ähnlichen
Fläche am Kolbenteil b vorgesehen sind.
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Solange die Presse drucklos ist, drückt die Feder d die Stulpe
e nur ganz leicht gegen die Zylinderwand, so daß der ganze Kolben in diesem
Zustand ohne nennenswerten Kraftaufwand und ohne ins Gewicht fallende Reibung zwischen
der Stulpe und der Zylinderwand verschoben werden kann.
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Die Platte b trägt auf ihrer Oberfläche einen scheibenförmigen Ansatz
i, dessen in der Zylinderachsenrichtung sich erstreckende Umfläche einen Kugelausschnitt
darstellt. Der Ansatz wird von einem ringförmigen Steg k am Kolbenteil c mit radialem
Spiel umschlossen. Auf seiner Oberfläche ist eine Platte g befestigt, die den Ringspalt
zwischen den Kolbenteilen b und c überdeckt, im, drucklosen Zustand der Presse durch
das Eigengewicht von b, unterstützt durch die (geringe) Druckwirkung der Feder
d, auf -der Oberfläche des Steges k
aufliegt und durch einen
Stift h in senkrechter Richtung geführt wird. An das Fußende des Ansatzes grenzt
auf der Platte b eine ebene Ringfläche 1, die sich auf die Unterseite des Steges
am Kolbenteil c auflegt, wenn die Platte b genügend hoch angehoben wird. In dieser
Stellung ist gleichzeitig der Ringspalt zwischen b und c nach unten vollständig
geschlossen.
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Die Wirkungsweise des Kolbens ist folgende: Die Ausgangsstellung ist
in der Abb. i dargestellt.
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Beim Einströmen des Druckwassers in der Pfeilrichtung wird zunächst
der ganze unter dem Kolbenteil c befindliche Zylinderraum gefüllt. Durch den Ringspalt
zwischen den Kolbenteilen b und c wirkt der Wasserdruck auch auf die Platte g. Diese
und mit ihr der Kolbenteil b wird angehoben und damit dem Druckwasser die Möglichkeit
des Überströmens in den über c liegenden Zylinderraum gegeben. Dort verteilt sich
das Wasser über den Zylinderquerschnitt und benetzt damit auch die Zylinderwandung
in der Nähe des oberen Randes der Dichtungsstulpe e. Sobald der Teil
b seine obere Grenzlage durch Auftreffen der Ringfläche 1 auf den
Steg k erreicht, wird das Überströmen des Wassers nach oben unterbunden, und der
Druckhub der beiden nun wieder kraftschlüssig miteinander verbundenen Kolbenteile
beginnt.
Gleichzeitig ist die Feder d durch die aus der Bewegung
der Platte b in senkrechter Richtung sich ergebende seitliche, von den geneigt liegenden
Führungsrillen herrührende Druckkomponente nach außen und oben gedrückt worden.
Hierbei preßt sie die Dichtungsstulpe c rings um den ganzen Zylinder a gleichmäßig
fest an die Zylinderwand, wobei der Flüssigkeitsdruck die Abdichtung noch unterstützt.
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Wird der Druckraum des Zylinders, nachdem der Kolben seine höchste
Stellung erreicht hat, wieder entspannt, so drückt die Feder d und das Eigengewicht
der Platte b diese in die Ausgangsstellung zurück, wobei der Reibungsschluß zwischen
der Stulpe e und der Zylinderwandung aufgehoben wird, so daß die Platte c dem Kolbenteil
b frei nachfolgt.