DE60303600T2 - Gesteuerter hydraulischer kolben mit gesteuertem eingebautem anschlag - Google Patents

Gesteuerter hydraulischer kolben mit gesteuertem eingebautem anschlag Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein zugeordnetes Verfahren zur Anwendung darin, das erste (Arbeits-) und zweite (Anschlags-) servogesteuerte hydraulische Kolben verwendet, wobei der zweite Kolben als ein gesteuerter mechanischer Anschlag für den ersten Kolben wirkt. Vorteilhaft kann die Vorrichtung gesteuert den ersten Kolben, welcher sich mit relativ hohen Geschwindigkeiten bewegt, in einer sehr kurzen Zeit und über eine sehr kurze Strecke anhalten, während gleichzeitig in vorteilhafter Weise nur eine sehr geringe, wenn überhaupt eine, elastische Dehnung in die Vorrichtung induziert wird.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Metallische Materialien spielen als wesentliche Komponenten einer enormen Anzahl unterschiedlicher Produkte eine unverzichtbare Rolle. Derartige Materialien werden typischerweise in großen Barren oder anderen Formen hergestellt und werden steuerbar, z.B. durch Walzen, Schmieden oder Extrudieren, in leicht verwendbare und herkömmliche Blech-, Platten-, Wickel- oder Drahtform für eine anschließende Bearbeitung oder Formung verformt.
  • Diese Umformungen erfolgen typischerweise auf einer wiederholten inkrementellen Basis, wie z.B. mittels eines Mehrfachwalzwerkes, in welchem die Materialien durch aufeinander folgende Walzenpaare wiederholt durchgeführt werden. Jede Durchführung komprimiert inkrementell, d.h., verformt, das Material in dünneres Lagermaterial. Typischerweise ist jedes Walzenpaar in einem gleichen Abstand von dem nächsten Paar angeordnet, weist jedoch einen kleineren Zwischenwalzenabstand ("Walzenangriff") als das nächste Paar auf. Somit wandert, wenn das Material dünner wird, dieses mit einer schnelleren Geschwindigkeit durch aufeinander folgende Walzenpaare und dieses verringert die während jeder Kompression stattfindende Zeit. Extrusions-, Schmiede- und Bremsoperationen beinhalten ebenfalls typischerweise inkrementelle Verformungen, bis das Material korrekte Maße hat.
  • In Produktionsumgebungen werden kleine inkrementelle Umformungen typischerweise bei hohen Geschwindigkeiten erzeugt. Jedoch kann die korrekte Konfiguration eines Walzwerkes, einer Schmiede oder Bremse, um korrekt Produktionslagermaterial umzuformen und dem Material eine gewünschten Anteil an Umformung zusammen mit anderen physikalischen/metallurgischen Eigenschaften zu geben, ein mühsamer, zeitaufwändiger und teurer Prozess sein – da insbesondere derartige Maschinen über längere Zeit aus dem produktiven Einsatz genommen werden müssen, um ihre Betriebsparameter korrekt einzustellen. Demzufolge werden zum Vermeiden der Notwendigkeit einer teueren Ausfallzeit thermodynamische Materialprüfsysteme verwendet, um Walz-, Extrusions-, Brems- und Schmiede-Prozesse an relativ kleinen Metallproben zu simulieren. Die sich ergebenden Simulationsdaten werden dann dazu genutzt, um verschiedene Betriebsparameter in der Produktionsanlage korrekt einzustellen, um dadurch deren nicht produktive Ausfallzeit zu minimieren. Beispielsimulatoren dieses Typs sind die "Gleeble-" und "Hydrawedge"-Systeme, welche von Dynamics Systems Inc. (DSI) of Poestenkill, New York hergestellt werden, welcher der Anmelder hiervon ist, wobei "Gleeble" und "Hydrawedge" eingetragene Warenzeichen von DSI sind.
  • Systeme, welche metallische Materialien umformen, insbesondere auch Materialprüfsysteme, verwenden oft eine Linearbewegung einer Kolben/Amboss-Kombination, die durch servogesteuerte Hydrauliksysteme erzeugt werden und insbesondere solche, welche Kolben mit sehr hohen Geschwindigkeiten beschleunigen und anhalten. Eine derartige Bewegung ist erforderlich, um dem beispielsweise zwischen einem Paar von Ambossen angeordneten Material einen gewünschten Umformungsbetrag bei einer gewünschten Umformungsrate und darüber hinaus eine so große wie möglich resultierende Umformung zu geben. In diesen Umgebungen werden Linearkolbensysteme, welche sich mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 m pro Sekunde bewegen, eingesetzt, wobei Geschwindigkeiten von 1 bis 2 m pro Sekunde ziemlich üblich sind.
  • Insbesondere entsteht in derartigen Testsystemen ein Grundproblem darin, dass ein Kolben, während er sich bei einer derart hohen Geschwindigkeit bewegt, oft in einer Weise angehalten werden muss, im wesentlichen sofort, durch die dessen Geschwindigkeit nicht gleichmäßig über eine kleine Strecke abnimmt, da ansonsten die auf die Probe ausgeübte Umformrate über eine Anhaltestrecke des Kolbens abnimmt. Ferner verwenden diese Systeme typischerweise mechanische Vorrichtungen der einen oder anderen Art, um den Kolben anzuhalten, welche während der Kolben angehalten wird, in nachteiliger Weise eine bestimmte elastische Verformung in die verschiedenen Strukturkomponenten des Systems selbst induzieren. Diese zusätzliche elastische Verformung durch effektive Kompression eines Systemgestells hat die Tendenz, die Anhaltestrecke et was zu verlängern und somit nachteilig die sich ergebende Umformung der Probe zu beeinträchtigen.
  • Ein weiterer Bereich, in welchem Hochgeschwindigkeitsumformung zunehmend wichtig wird, ist die Blechmetallverarbeitung. Hier erfordert eine Notwendigkeit die Produktionskosten zu reduzieren, dass zum Umformen von metallischem Material, d.h., Bandmetallblechen verwendete Abkantpressen bzw. Gesenkbiegemaschinen oder Abkantbremsen mit zunehmend höheren Geschwindigkeiten arbeiten. Herkömmliche Biegemaschinen haben einen Satz geformter Presstempel, in welchen das Material festgehalten und dann geformt oder gebogen wird. Die Presstempel sind in ziemlich großen, schweren Balkenstrukturen montiert. Üblicherweise ist ein Balken starr montiert, während der andere auf geradlinigen Gleitbahnen montiert ist. Herkömmliche Bremsen beruhen auf der Erzeugung einer linearen Bewegung für die Wege über ein großes Schwungrad und geeignete Verbindungs-/Schwenkarme, welche zwischen einem Balken und einem Schwungrad montiert sind. Relativ moderne Bremsen steuern die Bewegung der Stempels/Balkens unter Verwendung hydraulischer servogesteuerter Kolben/Zylinder-Systeme. Eine Genauigkeit, mit welcher das Material gebogen werden kann, hängt davon ab, wie schnell der Presstempel am unteren Ende seines Hubs (Wegs) angehalten werden kann. Sobald die Geschwindigkeit des Presstempels zunimmt, wird dessen Anhaltestrecke zunehmend unbestimmt. Demzufolge muss der Hub oft in nachteiliger Weise mit einer verringerten Geschwindigkeit ausgeführt werden, um den Presstempel gleichmäßig an einer vorbestimmten Stelle anzuhalten. Zusätzlich stellt das umzuformende Material oft eine variable Verformung für den Presstempel dar. Diese variable Verformung veranlasst das Steuersystem zu einer Kompensation, während die Presstempel an einer gewünschten Position angehalten werden, erfordert aber im Allgemeinen wiederum, dass reduzierte Geschwindigkeiten ver wendet werden, um genaue Biegungen in den zu verarbeitenden Teilen zu erhalten. Derartig verringerte Geschwindigkeiten reduzieren in nachteiliger Weise den Materialdurchsatz. Somit muss, um gleichmäßig Material bei relativ hohen Geschwindigkeiten umzuformen und um den Durchsatz zu erhöhen, der Hub genau sowohl hinsichtlich seiner Geschwindigkeit als auch seiner Hublänge sowie seiner Anhaltestrecke gesteuert werden.
  • In Situationen, sei es in Materialprüfsystemen oder in Produktionsanlagen, in welchen Material bei hohen Geschwindigkeiten umgeformt wird, werden oft mechanische Anschläge verwendet, um einen Hochgeschwindigkeitsamboss, Stempel oder Presstempel an einer genauen Position anzuhalten. Leider muss eine Position eines derartigen mechanischen Anschlags jedes Mal geändert werden, wenn der gewünschte Hub geändert wird.
  • Daher wird eine Vorrichtung zum Beenden der Bewegung beispielsweise eines Ambosses, eines Stempels oder eines Pressstempels in einer genauen Position selbst bei sehr hohen Geschwindigkeiten benötigt, um konsistente Ergebnisse zu erzeugen. Ein derartiger Anschlag sollte eine sehr geringe, wenn überhaupt eine Verformung in der Vorrichtung hervorrufen, so dass die Anschlagsposition unabhängig von Änderungen in einer Last die anschließend umgeformt wird, dieselbe bleibt. Dieses beinhaltet, dass ein Ende eines Hochgeschwindigkeitshubs genau gesteuert werden muss, sowie leicht und rasch veränderbar sein muss.
  • Das U.S. Patent 5,092,179 (erteilt an H.S. Ferguson am 3. März 1992), welches den Oberbegriff des Anspruches 1 beschreibt, beschreibt ein derartiges thermodynamisches Materialprüfsystem. Gemäß Darstellung in dessen 5 werden ein Hub eines Kolbens 509 und Wellen 540 und 545 durch eine Anschlagscheibe 543 angehalten. Eine Position eines umzuformenden Probenmaterials 570 wird durch einen Hydraulikzylinder 590, einen Kolben 592, eine Keilkombination 585, 582, eine Welle 575, eine Lastmessdose 574, Platte 568, Ambossbasis 565 und Amboss 560' vorgeschoben. Jedes Mal, wenn eine Probe 570 durch die Keilkombination nach links verschoben wird, wird der Amboss 560 zurückgezogen und dann schnell nach rechts vorgeschoben, um somit die Probe 570 zu verformen, bis die Anschlagplatte 543 auf einen Queranschlag 550 trifft. Ein in diesem System inhärenter Nachteil besteht darin, dass während jedes Auftreffens ein Verformungsanteil elastisch in einer gesamten Keilanordnung auftritt, die eine Last auf der rechten Seite der Probe (Lastmessdosenseite) unterstützt. Diese elastische Verformung ermöglicht dem Amboss 560, sich in der Verformungsrichtung zu bewegen und somit den Anteil der Verformung in der Probe zu verringern und leicht eine Enddicke der Probe nach jeder Verformung zu beeinträchtigen. Sobald das System zum Umformen einer speziellen Probe bei einer bestimmten Temperatur verwendet wurde, kann ein computergesteuerter Umformungsplan (Umformungsprogramm), der das System steuert, modifiziert werden, um es an einem erwarteten Verlust (verringerte Materialdicke) in der Umformung anzupassen, die sich aus der elastischen Verformung ergibt. Dieses ist jedoch eine passive Korrektur und niemals genau. Für mehrere Umformungen, welche drei oder mehr Schläge auf die Probe erfordern, werden geeignete Modifikationen an dem Programm zeitaufwändig und mühsam bestimmbar. Ferner wird jeder Schlag weniger genau, sobald die Anzahl der Schläge zunimmt. Daher ist ein Anschlagmechanismus zur Verwendung in einem thermodynamischen Materialprüfsystem erwünscht, der nur sehr gering, wenn überhaupt, eine Verformung in irgendwelche strukturellen Komponenten des Systems selbst während jedes Schlags zurücklässt.
  • Somit besteht in dem Fachgebiet ein Bedarf für einen Anschlagmechanismus zur Verwendung mit einem servogesteuerten Hydrauliksystem, wie z.B. einem, das in einem Materialprüfsy stem eingesetzt wird, in welchem ein Kolben aus einer sehr hohen Geschwindigkeit an einer genauen Stelle ohne Überweg und ohne erhebliche Reduzierung seiner Geschwindigkeit bis unmittelbar vor dem Moment seines Anhaltens angehalten werden kann. Das System sollte in der Lage sein, wiederholte Schläge mit jedem Endschlag an einer vorbestimmten Position unabhängig von der Geschwindigkeit des Kolbens auszuführen. Das Anschlagsystem sollte nur eine sehr geringe, wenn überhaupt eine, Verformung erzeugen.
  • Ein weiterer Beweis für die Notwendigkeit eines derartigen Anschlagmechanismus ist aus Folgendem zu ersehen. Ein modernes Hochgeschwindigkeitsservoventil kann von 80 Prozent seiner maximalen Öffnung aus typischerweise in 0,003 Sekunden geschlossen werden. Wenn ein durch dieses Ventil gesteuerter Kolben mit 1 m pro Sekunde bewegt wird, was oft in Produktionsanlagen und Materialprüfsystemen der Fall ist, wandert der Kolben etwa 1,5 mm während des Anhaltevorgangs. Dieser Weg ist natürlich inakzeptabel, wenn in Testsystemen und Hochgeschwindigkeitspressenbremsen auf weniger als 0,05 mm gesteuerte Strecken erwünscht sind. Gestänge, Wellen und Teile oft bestehender Anschlagmechanismen können Verformungen unter erwarteten Betriebsbelastungen von 0,3 oder 0,4 mm haben. Obwohl diese reduzierten Verformungen wesentlich besser sind, als die, welche sich ohne Verwendung irgendwelcher Anschlagmechanismen ergeben, ist ein Anschlagmechanismus, der weitaus weniger Verformung in dem Mechanismus selbst erzeugt, erforderlich.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung überwindet in vorteilhafter Weise die Nachteile in Verbindung mit der im Fachgebiet bekannten Hochgeschwindigkeitsanwendung von servogesteuerten Hydrauliksystemen, in welchen ein sehr schnelles Anhalten mit im Wesentlichen geringer, wenn überhaupt einer, in dem Anschlagmechanismus auftretenden Verformung erforderlich ist. Durch die Erfindung wird ein erster Hochgeschwindigkeits(Arbeits)-Kolben durch einen einstellbaren mechanischen Anschlag angehalten, der von einem zweiten (Anschlag)-Kolben gebildet wird, welcher koaxial zu dem Arbeitskolben angeordnet ist.
  • In vorteilhafter Weise ermöglicht die vorliegende Erfindung eine rasche Veränderung der Anschlagposition des Arbeitskolbens. Ferner ermöglicht die Erfindung aufgrund ihrer Anschlagseigenschaften und Induzierung einer minimalen resultierenden Verformung in dem Anschlagmechanismus dem Servosystem wiederholt und rasch den Arbeitskolben viele Male mit nahezu idealen Anschlagpositionen unabhängig von der Geschwindigkeit dieses Kolbens zu betätigen. Ein Hochgeschwindigkeits-Anhalten tritt über extrem kurze Anhaltestrecken auf, und erfolgt im Wesentlichen sofort.
  • Gemäß den Lehren der Erfindung werden der Arbeits- und Anschlagkolben durch getrennte servogesteuerte Hydrauliksysteme gesteuert und sind beide koaxial auf einer gemeinsamen Kolbenwelle für den Arbeitskolben angeordnet, wobei diese Kolben in Längsrichtung auf der Welle in Abstand angeordnet sind. Beide Kolben bewegen sich steuerbar innerhalb getrennter entsprechender Kolbenzylinder. Der Anschlagkolben gleitet auf der Kolbenstange, wobei sich die Kolbenstange durch eine zentrale in Längsrichtung ausgerichtete Bohrung auf dem Anschlagkolben erstreckt. Um eine weitere Bewegung des Arbeitskolbens zu beenden, kommt der Anschlagkolben über komplementäre Oberflächen mit einem sich radial erstreckenden runden Anschlagelement auf der Stange, z.B. einer Schulter, die sich nach außen und konzentrisch zu der Stange erstreckt, in Eingriff. Bevorzugt, und um eine aktive Anhaltewirkung zu erzeugen, ist der Anschlagkolben so bemessen und wird mit ausreichendem Hydraulikdruck so betrieben, dass er höhere Kräfte als der Arbeitskolben erzeugt. Beispielsweise kann der Arbeitskolben eine maximale Kraft von 40 Tonnen und der Anschlagkolben eine maximale Kraft von 80 Tonnen oder mehr erzeugen.
  • Im Betrieb wird der Anschlagkolben programmierbar durch eine geeignete Computersteuerung seines Servosteuerungs-Hydrauliksystems auf eine gewünschte Anschlagposition für den Arbeitskolben bewegt. Der Arbeitskolben wird (vor, gleichzeitig mit oder nach der Bewegung des Anschlagkolbens) zurückgezogen, und sobald der Anschlagkolben in der korrekten Position ist, dann mit hoher Geschwindigkeit ausgefahren. Der Anschlagkolben beendet dessen Ausfahren sobald eine Oberfläche des Anschlagelementes der Kolbenstange anliegend mit einer komplementären Oberfläche, die auf einer Oberseite des Anschlagkolbens angeordnet ist, in Eingriff kommt. Um die Anschlagposition zu verändern, wird der Anschlagkolben wiederum einfach über eine geeignete Steuerung über sein servogesteuertes Hydrauliksystem bewegt, und dieser Prozess usw. für mehrere Schläge wiederholt.
  • Der Anschlagmechanismus weist nur den Anschlagkolben und das zum Positionieren dieses Kolbens verwendeten Hydrauliköl auf. Es gibt keine Anschlaggestänge, Keile, Wellen oder andere mechanische Teile, welche ihre Dimension unter einer sich verändernden Last verändern könnten. Demzufolge wird der Verformungsbetrag, der in dem Anschlagmechanismus auftritt, erheblich reduziert.
  • Gemäß einem Merkmal der Erfindung können zwei Anschlagelemente (d.h., ein oberes und unteres Anschlagelement) auf der Kolbenstange mit einem entsprechenden Anschlagelement auf jeder Seite des Anschlagkolbens angeordnet sein. Auf diese Weise und mit an den Ober- und Unterseiten dieses Kolbens ausgebildeten komplementären Flächen kann der Anschlagkolben die Bewegung des Arbeitskolbens sowohl in dessen Aufwärtsals auch Abwärts (Einzugs- und Ausfahr)-Richtungen statt nur in einer Abwärtsrichtung beenden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Lehren der vorliegenden Erfindung können ohne weiteres durch Betrachten der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
  • 1 grafisch typische Kurven 101 und 105 darstellt, die einen Pfad eines Kolbens während eines relativ langsamen bzw. schnellen Hubs darstellen, wie sie in einer Abkantpresse oder in einem thermodynamischen Materialprüfsystem auftreten, wobei, wie dargestellt, die Hubgeschwindigkeit an einem Ende des Kolbenwegs verlangsamt wird, um eine korrekte Hubstrecke und Anschlagposition zu erhalten;
  • 2 grafisch eine Kurve 201 darstellt, die der in 1 dargestellten Kurve 101 entspricht, jedoch mit signifikant erhöhter Hubgeschwindigkeit und deutlich reduziertem Anschlagabstand, was beides durch die Verwendung des vorliegenden erfindungsgemäßen mechanischen Anschlags möglich ist;
  • 3 in einer Schnittansicht eine erste Ausführungsform 300 der vorliegenden Erfindung, hier für eine Anschlagbewegung des Arbeitskolbens 301 in dessen Abwärtsrichtung (Ausfahren) darstellt; und
  • 4 ebenfalls in einer Schnittansicht eine zweite Ausführungsform 400 der vorliegenden Erfindung, hier für eine Anschlagsbewegung des Arbeitskolbens 401 sowohl in dessen Aufwärts- als auch Abwärtsrichtungen (Ausfahren und Zurückziehen) darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Nach Betrachtung der nachstehenden Beschreibung wird der Fachmann auf diesem Gebiet deutlich erkennen, dass die allgemeinen Lehren der Erfindung ohne weiteres in Verbindung mit jeder von einer großen Vielfalt von Anwendungen angewendet werden kann, die auf einer Hochgeschwindigkeitsbewegung von Hydraulikkolben beruhen, bei denen ein Kolben zuverlässig, konsistent und genau innerhalb einer minimalen Strecke ohne Induzieren einer übermäßigen Verformung in einem Anschlagmechanismus (und über diesen z.B. in Bauelementen einer mechanischen Vorrichtung, die damit verbunden ist) angehalten werden muss. Derartige Anwendungen umfassen beispielsweise Hochdruckabkantpressen und thermodynamische Materialprüfsysteme, welche z.B. Walzwerke, Extruder und Hammerschmieden simulieren.
  • 1 stellt grafisch typische Kurven 101 und 105 dar, die einem Pfad eines (nicht speziell dargestellten) Kolbens während eines Hubs mit relativ niedriger oder hoher Geschwindigkeit darstellen, wie er typischerweise in einer Pressenbremse oder einem thermodynamischen Materialprüfsystem auftritt.
  • Gemäß Darstellung zeigt die Kurve 101 einen relativ langsamen Hubpfad (in Millimetern) eines servogesteuerten hydraulischen Kolbens als eine Funktion der Zeit (in Millisekunden). Gekrümmte Abschnitte 102 und 103 treten als Folge von Zeitintervallen auf, die erforderlich sind, um die Kolbenbewegung zu starten und diese anzuhalten. Start und Anhaltezeiten eines Servosystems sind von einer Reaktion eines Hydraulikservoventils, der Trägheit des Systems und der Abstimmung herkömmlicher PID-(Proportional-, Integral- und Differential)-Einstellungen einer innerhalb des Systems enthaltenen Servoregelschleife abhängig. Die PID-Einstellungen müssen oft angepasst werden, sobald eine Maximalgeschwindigkeit des Kolbens zunimmt.
  • Gestrichelte Linien 104 und 104a zeigen eine mögliche Anfangspositionsabweichung an, die für die Anschlagsposition des Kolbens erwartet wird. Insbesondere stellt die gestrichelte Linie 104 eine mögliche Positionsunterschreitung dar, während die Strichlinie 104a eine mögliche Positionsüberschreitung des Kolbens darstellt. Natürlich ist die Unterschreitung von geringerer Konsequenz in einem Umformungsprozess, solange der Kolben schließlich seine Position auf einen gewünschten Wert verändert. Die Genauigkeit, mit welcher der Kolben die genaue gewünschte Position erreicht, hängt von dem Wert des P (der Proportional- oder Systemverstärkung), und den Einstellungen der PID-Terme ab. Üblicherweise kommt, wenn der Wert des P-Terms zunimmt, die Endposition des Kolbens zu dem gewünschten Wert umso näher. Jedoch nimmt mit der Zunahme des Wertes von P auch eine Wahrscheinlichkeit zu, dass das Servosystem schwingt. Demzufolge ist die endgültige Einstellung des P-Terms üblicherweise ein Kompromiss. Somit und einerseits kann während eines Hubs mit relativ langsamer Geschwindigkeit eine Endkolbenposition extrem nahe an ihrem gewünschten Wert an einem Ende ihres programmierten Hubs kommen. Andererseits kann während eines Hubs mit hoher Geschwindigkeit die endgültige Kolbenposition sehr nahe an ihren endgültig programmierten Wert liegen, ist jedoch selten, wenn überhaupt, genau gleich mit diesem. Diesbezüglich ist während des Hubs mit hoher Geschwindigkeit ein relativ kleiner Zeitanteil und damit eine Strecke für den Kolben erforderlich, um die gewünschte Position zu erreichen, wobei jedoch aufgrund von mechanischen Verzögerungen und anderen mechanischen Reaktionseigenschaften des hydraulischen Servosystems der Kolben typischerweise seine gewünschten Endposition (gemäß Darstellung durch den gestrichelten Abschnitt 104a) überschreitet.
  • Die Kurve 105 stellt einen Hub mit relativ hoher Geschwindigkeit des servogesteuerten Kolbens als eine Funktion der Zeit dar. Eine Positionsunterschreitung 106 und eine Positionsüberschreitung 106a sind größer als die durch die Kurve für den Hub bei geringer Geschwindigkeit dargestellte, und die Überschreitung kann eine gewisse (ebenfalls nicht dargestellte, aber allgemein bekannte) Oszillation enthalten. Wenn der Kolben dazu verwendet wird, einen Stempel oder Amboss zu bewegen, um eine Probe komprimierend umzuformen, wie es in einem thermodynamischen Materialprüfsystem der Fall ist, bewirkt ein Überschreiten der Position eine unerwünschte Umformung der Proben und bewirkt in der Probe eine übermäßige plastische Verformung. Sollte der Kolben beispielsweise einen Pressstempel auf einer Hammerbremse bzw. -presse bewegen, würde das Überschreiten beim Biegen eines Blechmetalls das Metall überbiegen.
  • 2 stellt grafisch eine Kurve 201 dar, die der in 1 dargestellten Kurve 101 entspricht, jedoch mit einer deutlich erhöhten Bewegungsgeschwindigkeit und merklich verringerter Anhaltestrecke, welche beide durch die Verwendung des vorliegenden erfindungsgemäßen mechanischen Anschlags erreicht werden.
  • Hier stellt 2 einen Pfad 210 bei relativ hoher Geschwindigkeit (in Millimeter) als eine Funktion der Zeit (in Millisekunden) für den Kolben sowie eine rasche Anschlagsposition 202 dar, in welcher ein schneller (erster) Kolben auf einen durch einen zweiten (Anschlag)-Kolben implementierten mechanischen Aufschlag auftrifft, wie es durch die vorstehende Erfindung gelehrt wird. Die Servosteuerung des ersten Kolbens ist nach dem Erreichen der Position 202 nicht erforderlich, da der zweite Kolben den ersten Kolben an einem weiteren Hub hindert. Die PID-Einstellung des Servosystems, das die Bewegung des ersten Kolbens steuert, ist hier weitaus weniger wichtig, da das Servosystem nicht mehr diesen Kolben steuert, sobald dieser auf den zweiten Kolben auftrifft. Der zweite Kolben wirkt der Bewegung des ersten Kolbens entgegen und beendet für alle praktischen Zwecke unmittelbar dessen weitere Bewegung, da der zweite Kolben wesentlich höhere Kräfte als der erste Kolben liefert.
  • Durch die Bereitstellung, was effektiv ein sofortiger und abrupter (durch die Linie 202 dargestellter) Anschlag ist, ermöglicht die vorliegende Erfindung, dem ersten Kolben vorteilhaft mit einer erheblich vergrößerten Hubgeschwindigkeit (wie sie durch den nahezu vertikalen Abschnitt der Kurve 201 dargestellt ist) gegenüber der zugeordneten mit einem nach oben geneigten mittigen Abschnitt der in 1 dargestellten der Kurve 101 zu arbeiten.
  • 3 stellt zur Verdeutlichung in einer Schnittsansicht eine erste Ausführungsform 300 der vorliegenden Erfindung, hier für eine Anschlagsbewegung des Arbeitskolbens 301 in seiner Abwärtsrichtung (Ausfahren) dar. Das Gehäuse 340 enthält zwei hydraulische Zylinder 308 und 317, die in einer Reihen- bzw. Tandemkonfiguration ausgerichtet sind. Zur Vereinfachung wurden, obwohl das Gehäuse für jede der in 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen aus mehreren Bauteilen aufgebaut ist, die Befestigungselemente (welche für den Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres ersichtlich sind), die zum Zusammenhalten dieser Teile verwendet werden, zusammen mit allen entsprechenden Dichtungen absichtlich weggelassen.
  • Der erste (Arbeits)-Kolben 301 bewegt sich steuerbar in beiden Richtungen innerhalb des Zylinders 308 in den durch den Pfeil 330 dargestellten Richtungen (Ausfahren und Zurück ziehen). Dieser Kolben ist integral mit der Kolbenstange 312 ausgebildet, welche sich von Endstellen 302 zu 303 erstreckt. Die Stange 312 ist aus zwei (nicht speziell gekennzeichneten) Stücken zur leichten Montage ausgebildet. Diese zwei Teile werden über eine lange Schraube und ein Gewinde mit einem (nicht dargestellten) Ausrichtungsring an einer Verbindungslinie 302a zusammengebaut (insbesondere geschraubt). Eine Gewindeverlängerungsschraube 304, die aus der Stange 312 und insbesondere die Endstelle 303 hervorsteht, erstreckt sich zu einem (nicht dargestellten) geeigneten herkömmlichen Linearverschiebungs-Messwandler, um eine momentane Position des Kolbens 301 zu messen. Dieser Messwandler ist mit einer (üblichen und ebenfalls nicht dargestellten) Servosteuerung und Programmiereinrichtung verbunden. Da sowohl die Servosteuerung als auch die Programmiereinrichtung herkömmlich und im Fachgebiet allgemein bekannt sind, wird keine hierin nachstehend im Detail diskutiert. Ein Positionssignal aus dem Messwandler wird als ein Positionsrückkopplungssignal an die Servosteuerung geliefert, welche wiederum das Servoventil 305 steuert.
  • Das Ventil 305 leitet unter Druck stehendes hydraulisches Fluid (Hydrauliköl), das von einer geeigneten herkömmlichen (nicht dargestellten) hydraulischen Pumpe geliefert wird, über Leitungen 306 und 307 in einen der Zylinderbereiche 308a und 308b und aus dem anderen heraus. Gemäß Darstellung liegt innerhalb des Zylinders 308 der Bereich 308a über den Arbeitskolben 301, während der Zylinderbereich 308b darunter liegt. Der spezifische Bereich, der Fluid aufnehmen soll (und korrelativ dazu der Bereich, der Fluid abgeben soll) und somit die Strömungsrichtung des Fluids durch die Leitungen wird durch die Servosteuerung auf der Basis davon bestimmt, ob der Arbeitskolben 301 auszufahren ist (nach oben zu bewegen) oder einzuziehen ist (nach unten zu bewegen) ist. Die Öffnung des Ventils bestimmt eine Geschwindigkeit, mit der das Fluid in einen Zylinderbereich eintritt und den anderen verlässt und somit eine Geschwindigkeit, mit welcher sich der Arbeitskolben 301 bewegt. Die Zeit, während welcher das Ventil offen bleibt, bestimmt in Verbindung mit der Größe der Ventilöffnung die Endposition des Kolbens innerhalb des Zylinders. Der Zylinder 308 ist an beiden Enden über geeignete Dichtungen und Lager 309 und 310 (identische Dichtungen und Lager, die nicht speziell bezeichnet sind, werden ebenfalls an einem distalen Ende des Zylinders 317 verwendet) abgedichtet. Der Kolben 301 hat geeignete Dichtungen 311, um die Zylinderbereiche 308a und 308b voneinander zu trennen.
  • Der zweite (Anschlag)-Kolben 313 besitzt eine zentrale Längsbohrung 350, durch welche dieser Kolben koaxial auf der Kolbenstange 312 befestigt ist und sich steuerbar in einer durch einen Pfeil 332 angegeben Richtung daran bewegt (insbesondere gleitet). Dieser Kolben bewegt sich innerhalb des Zylinders 317, der zylindrische Bereiche 317a und 317b enthält. Gemäß Darstellung sind die Bereiche 317a bzw. 317b über bzw. unter dem Anschlagkolben 313 angeordnet. Lager 314 und Dichtungen 315 und 315a trennen die Zylinderbereiche 317a und 317b voneinander.
  • Die Zylinderbereiche 317a und 317b sind mit dem Servoventil 320 über Leitungen 319 bzw. 318 verbunden. Das Servoventil 320 ist auch mit einer geeigneten hydraulischen Pumpe und einer (nicht dargestellten) zweiten (Anschlagpositions-) Servosteuerung verbunden. Wie bei den Zylinderelementen 308a und 308b wird der spezifische Bereich 317a oder 317b, der Fluid aufnehmen soll, und korrelativ dazu der Bereich, der Fluid abgeben soll, und somit die Richtung des Fluidstroms durch die Leitungen durch die Anschlagpositions-Servosteuerung auf der Basis davon bestimmt, ob der Anschlagkolben 313 auszufahren (nach oben zu bewegen) oder einzuziehen ist (nach unten zu bewegen). Die Öffnung des Ventils 320 bestimmt eine Geschwindigkeit, mit der das Fluid in einen Zylinderbereich eintritt und den anderen verlässt und somit eine Geschwindigkeit, mit welcher sich der Anschlagkolben 313 bewegt. Die Zeit, während welcher das Ventil offen bleibt, bestimmt in Verbindung mit der Größe der Ventilöffnung die Endposition des Kolbens innerhalb des Zylinders.
  • Die mit dem Anschlagkolben 313 verbundene Stange 324 ist selbst über eine Gewindeverlängerungsschraube 325 mit einem geeigneten (zweiten, nicht dargestellten) Linearverschiebungs-Messwandler verbunden, der ein eine momentane Position des Anschlagkolbens 313 anzeigendes Rückkopplungssignal erzeugt. Diese Positionsinformation wird der zweiten (Anschlagpositions)-Steuerung/Programmiereinrichtung zugeführt, um die momentane Position des Anschlagkolbens 313 zu steuern.
  • Eine Last für eine Kompressionsarbeit, z.B. ein Stempel oder Amboss, ist an der Stange 312 an ihrem Ende 302 befestigt. Der Anschlagkolben 313 ist mit keinerlei externen Arbeit verbunden, und wird nur zum Anhalten der Kolbenstange 312 an einer vorbestimmten gewünschten Position verwendet, und erzeugt somit keine Ausgabearbeitskraft beispielsweise auf einen Amboss, Stempel oder eine ähnliche Vorrichtung. Der Anschlagkolben "schwimmt" im Wesentlichen im Zylinder 317.
  • Ein rund geformter koaxialer, radial sich erstreckender Abschnitt (Element) 321 (das hier eine Schulter ausbildet), mit einer Unterseite 322 ist starr und fest und integral auf der Stange 312 als ein Anschlagelement ausgebildet. Dieser Abschnitt ist absichtlich zu groß geformt, um durch die mittige Bohrung 350 des Anschlagkolbens 313 hindurchzutreten, und muss somit jedes Mal anhalten, wenn die Schulter 322 (welche hier eine Unterseite ist) des Elementes 321 an der Oberseite 323 des Anschlagkolbens 313 anliegt. Die Unterseite 322 und Oberseite 323 sind in einer komplementären Weise zueinander geformt. Der Anschlagkolben 313 hat üblicherweise eine größere Abmessung als der Kolben 301, um diesem mit größerer Kraft entgegenzuwirken und genau den Hub des Arbeitskolbens 301 und der Stange 312 zu begrenzen. Beispielsweise kann, wenn beide Zylinder 308 und 317 in gleicher Weise mit hydraulischem Fluid unter Druck gesetzt werden, der Arbeitskolben 301 eine maximale Kraft von 40 Tonnen erzeugen, während der Anschlagkolben 313, welcher den Hub des Arbeitskolbens 301 beendet, eine maximale Kraft von 80 oder mehr Tonnen erzeugen kann. Vorteilhaft ist, je größer die maximale Kraft des Anschlagkolbens 313 ist, der Anschlag umso steifer und demzufolge die Anschlagposition des Arbeitskolbens 301 umso genauer. Ferner trägt auch eine Menge des Hydrauliköls, das den Anschlagkolben 313 unterstützt, ebenfalls aufgrund der Kompressibilität des Öls zu einem Anschlagfehler bei. Somit sollte dieser Anteil minimiert werden. Jedoch kann, wie man nachstehend sehen wird, der Anschlagmechanismus leicht so eingestellt werden, dass er diesen Fehler kompensiert.
  • Da beide Kolben 301 und 313 einzeln bezüglich ihrer Positionen gesteuert werden, kann die Position des Anschlagkolbens 313 jederzeit verändert werden. Wenn der Arbeitskolben 301 zurückgezogen wird (sich nach oben in einer distalen Richtung von dem Kolben 313 bewegt), kann sich der Anschlagkolben 313 unabhängig von dem Arbeitskolben bewegen. Wenn der Arbeitskolben entlang der Flächen 322 und 323 mit dem Anschlagkolben in Anlagekontakt liegt, bewegt der sich nach oben bewegende Anschlagkolben 313 auch den Arbeitskolben 301 in derselben Weise und um denselben Betrag. Umgekehrt ist ein Versuch, den Arbeitskolben 301 nach unten zu bewegen, während der Anschlagkolben in seiner momentanen Position festgehalten wird, nicht möglich, da der Anschlagkolben 313, welcher grö ßer als der Arbeitskolben ist und demzufolge eine größere Kraft entwickelt, nicht durch den Arbeitskolben überwunden werden kann. Im normalen Betrieb würde der Arbeitskolben 301 von dem Anschlagkolben 313 zurückgezogen werden, bevor der letztere neu positioniert wird. Danach wird der Arbeitskolben 301 sich nach unten ausdehnend angetrieben, bis das Anschlagelement 321 direkt gegen den Anschlagkolben 313 läuft und die Flächen 322 und 323 in Eingriff kommen und aneinander anliegen, wobei an diesem Punkt jede weitere Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens 301 und der Stange 312 für alle praktischen Zwecke unmittelbar beendet ist.
  • Gemäß Darstellung hat die Fläche (Anschlagfläche) 322 des Anschlagelementes 321 vorteilhaft eine schräge Oberfläche an ihrer Anschlagfläche. Die Schräge vergrößert einen Oberflächenbereich (gegenüber einer Oberfläche, welche senkrecht zu einer Längsachse der Kolbenstange 312 ist), welche die Kontaktfläche (Anschlagoberfläche) 323 berührt, wobei die letztere identisch angeschrägt ist, um dieser Oberfläche 322 zu entsprechen. Die tatsächliche Schräge, d.h., die Winkelneigung dieser Anschlagoberflächen ist vorbestimmt, jedoch nicht kritisch, solange sie bei gegebenen beteiligten Aufprallkräften, ausreichend groß ist, um genügend Kontaktfläche bereitzustellen, um ausreichend den Kontaktdruck während des Anschlages auf einen Pegel zu reduzieren, der die Flächen nicht beschädigt und trotzdem eine effektive Anschlagwirkung erzeugt.
  • Gemäß Darstellung hat der Anschlagkolben 313 keine Kraftausgabe, da er keine Kolbenstange besitzt. Der Anschlagkolben muss somit dahingehend als "schwimmend" betrachtet werden, dass er sich lediglich unter der Steuerung in den Zylinderbereichen 317a und 317b bewegt, jedoch keinerlei Kraftausgabe erzeugt. Die Stange 324 wird nur über ein Schraubgewinde 325 mit einem (nicht dargestellten) Linearpositions-Messwandler verwendet, um ein entsprechendes Positionsrückkopplungssignal zu erzeugen und somit eine Modalität bereitzustellen, mittels welcher die momentane Position des Anschlagkolbens 313 gemessen werden kann.
  • Im Betrieb würde das Servoventil 320 durch seine entsprechende Servosteuerung und in einer programmierten Weise gesteuert werden, um den Anschlagkolben 313 zum Anhalten der Kolbenstange 312 an einer genauen gewünschten Position zu positionieren. Das unter der Steuerung einer entsprechenden Steuerungseinrichtung arbeitende Servoventil 305 würde dann programmierbar einen Abwärtshub des Arbeitskolbens 301 und der Kolbenstange 312 mit der gewünschten Geschwindigkeit bewirken, bis die Flächen 322 und 323 aneinander anliegen. Wenn der Arbeitskolben 301 so gesteuert wird, dass er sich mit relativ hoher Geschwindigkeit bewegt, d.h., mit einem oder mehreren Metern pro Sekunde, können die Aufprallkräfte der Flächen 322 und 323 groß sein.
  • Derzeitige kommerziell verfügbare Hochgeschwindigkeits-Servoventile können in 3 bis 6 Millisekunden arbeiten (d.h., die Position um 80 Prozent öffnend oder schließend verändern). Wenn sich der Kolben 312 mit 1 Meter pro Sekunde bewegen würde, wäre die Hubstrecke in lediglich 3 Millisekunden 3 Millimeter. Einige Anwendungen erfordern, dass ein Arbeitskolben, z.B. der Arbeitskolben 301 innerhalb eines kleinen Bruchteils eines Millimeters (oft 0,1 mm oder weniger) angehalten wird, während er sich mit einer Geschwindigkeit bei 1 Meter pro Sekunde oder mehr bewegt. Der relativ langsame Betrieb derartiger Hochgeschwindigkeits-Servoventile im Vergleich zu der Anforderung, genau den Kolbenweg bei einer derart hohen Geschwindigkeit innerhalb eines sehr kurzen Abstandes zu beenden, bringt die Notwendigkeit für den erfindungs gemäßen einstellbaren Anschlag mit sich. Der erfindungsgemäße Anschlagmechanismus erfüllt vorteilhaft diesen Bedarf. Ferner ist die Position des Anschlags, d.h., des Anschlagkolbens 313 vollständig unter Verwendung seiner entsprechenden Anschlagpositions-Servosteuerung einstellbar. Die Einstellung kann rasch unter Einsatz eines geeigneten Hochgeschwindigkeits-Servosteuersystems erreicht werden, um einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb beider Kolben 301 und 313 und insbesondere mehrere auf Anschlag gefahrene Rückzieh/Ausfahr-Zyklen des Arbeitskolbens 301 in einer relativ kurzen Zeit zu ermöglichen, (um somit beispielsweise einem Stempel oder Amboss, mit welchen das Ende 302 der Kolbenstange 312 typischerweise verbunden wäre, zu ermöglichen, in einem thermodynamischen Materialprüfsystem eine Reihe von rasch auftretenden Schlägen auf eine dann umgeformte Probe auszugeben).
  • 4 stellt in einer Querschnittsansicht eine zweite Ausführungsform 400 der vorliegenden Erfindung, hier für eine Anschlagbewegung des Arbeitskolbens 401 sowohl in seiner Aufwärts- als auch Abwärtsrichtung (Zurückziehen und Ausfahren) dar.
  • Um das Verständnis zu erleichtern, wurden ziemlich ähnliche Bezugszeichen mit nur einer Änderung in ihrer ersten Stelle in den 3 und 4 verwendet, um ähnliche, wenn nicht identische entsprechende Elemente in diesen zwei Figuren zu bezeichnen. Aufgrund der gegebenen Gemeinsamkeit zwischen den dargestellten Strukturen werden nur die Unterschiede dazwischen im Einzelnen diskutiert. Um einen zweidimensionalen Anschlag zu implementieren, wurden zwei getrennte Anschlagelemente in der Kolbenstange 412 ausgebildet: ein Element 421, das über dem Anschlagkolben 413 angeordnet ist, und ein Element 426, das darunter angeordnet ist. Beide Elemente sind als radial erweitere Abschnitte der Kolbenstange 412 mit ei nem ausreichend vergrößerten Radius gegenüber dem Abschnitt der Stange, welcher durch die zentrale Bohrung 450 des Anschlagkolbens 413 hindurchtritt, mit geneigten Flächen 422 bzw. 428 ausgebildet. Diese Flächen stehen, wenn sich der Arbeitskolben 401 in einer Abwärts- oder Aufwärtsrichtung bewegt mit komplementär geformten schrägen oberen und unteren Flächen 423 bzw. 427 des Anschlagkolbens 413 anliegend in Eingriff. Ähnlich wie die Stange 312 ist die Stange 412 in Teilen hergestellt und dann geeignet unter Verwendung geschraubter Abschnitte zusammengeschraubt.
  • Somit kann der Anschlagkolben 413 den Arbeitskolben 401 und die Kolbenstange 412 durch einen Anlagekontakt entlang beider Flächen 422 und 423 oder der Flächen 427 und 428 anhalten. Dieses ermöglicht ein schnelles Anhalten des Arbeitskolbens 401 und der Stange 402 in jeder Bewegungsrichtung.
  • Eine gewisse Kompression des Hydrauliköls in den Zylinderbereichen 417a und 417b tritt (abhängig von der Kraftrichtung des Weges des Arbeitskolbens 401) auf, wenn die Kraft des Arbeitskolbens 401 abrupt auf den Anschlagkolben 413 während eines Hochgeschwindigkeitsanschlags übertragen wird.
  • In beiden in 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen 300 und 400 kann unter bekannten Kraftbedingungen ein Kompressionsbetrag des Hydrauliköls und eine sich daraus in die Teile des Systems induzierte resultierende Verformung unter Last korrigiert werden, indem ein Verschiebungsbetrag in die entgegengesetzte Richtung zur Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens 301 oder 401 zu der Position des Anschlagkolbens 313 bzw. 413 programmiert wird, um diesen Effekt auszugleichen oder zu eliminieren.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung in Form der Verwendung nur eines einzelnen Anschlagkolbens beschrieben wurde, um den Arbeitskolben bidirektional anzuhalten, ist der erfindungsge mäße Anschlagmechanismus nicht darauf beschränkt. Diesbezüglich können zwei getrennt steuerbare obere und untere Anschlagkolben (wovon sich jeder in seinem eigenen Zylinder bewegt) und welche wiederum in Reihe angeordnet sind (und wovon jeder seinen eigenen Positionsrückkopplungs-Messwandler hat) einen in 4 dargestellten einzelnen Anschlagkolben 413 (und dessen Zylinder 417) ersetzen. Hier könnte ein oberes Anschlagelement über, d.h., außerhalb des oberen Anschlagkolbens (ähnlich der Lage der entweder in 3 oder 4 dargestellten Anschlagelemente 321 oder 421 in Bezug auf den Anschlagkolben 313 bzw. 413) angeordnet sein, und ein unteres Anschlagelement unterhalb (wiederum außerhalb) des unteren Anschlagkolbens (ähnlich zu der Lage des in 4 dargestellten Anschlagelementes 426 in Bezug auf den Anschlagkolben 413) angeordnet sein. Beide Anschlagkolben wären auf derselben Kolbenstange wie der Arbeitskolben angeordnet und entlang dieser beweglich. Eine derartige Anordnung ermöglicht, dass die Anschläge sowohl für das Zurückziehen als auch Ausfahren des Arbeitskolbens getrennt voneinander eingestellt werden. Alternativ können die Anschlagelemente in geeigneter Weise auf der Kolbenstange nach innen gerichtet: (d.h., dazwischen eingeschlossen sein), statt außerhalb von den zwei Anschlagkolben angeordnet sein. Abhängig von einer spezifischen Anwendung könnten weitere Orientierungen für die Zylinder als die für den Anschlag- und Arbeitskolben dargestellten und beschriebenen, wie z.B. nicht benachbarte, ebenso verwendet werden.
  • Ferner könnte für die in 3 dargestellte Ausführungsform nur ein Anschlagelement auf der Kolbenstange und unterhalb statt oberhalb des Kolbens angeordnet sein, um die Bewegung des Arbeitskolbens in seiner Aufwärtsbewegung (Einzug) zu beenden.
  • Zusätzlich ist, obwohl beide Ausführungsformen zur Vereinfachung eine gemeinsame Kolbenstange sowohl für den Arbeits- als auch Anschlagkolben verwenden, eine derartige gemeinsame Welle nicht erforderlich. Weitere Konfigurationen können angewendet werden, und tatsächlich kann die sich aus dem Arbeitskolben zu dem Anschlagkolben erstreckende Stange sich von der sich nach oben aus dem Arbeitskolben erstreckenden unterscheiden. Ferner muss die erstere Stange nicht nur eine durch eine zentrale Bohrung des Anschlagkolbens verlaufende Stange sein, sondern kann stattdessen aus einer oder mehreren Stangen ausgebildet sein, von welchen jede durch eine unterschiedliche Bohrung verläuft, vorausgesetzt, dass eine oder mehrere von diesen Stangen ein geeignetes Anschlagelement darauf angeordnet hat.
  • Obwohl verschiedene bevorzugte Ausführungsformen, welche die Lehren unserer vorliegenden Erfindung beinhalten, hierin sehr detailliert getrennt dargestellt und beschrieben wurde, kann sich der Fachmann auf diesem Gebiet viele weitere unterschiedliche Ausführungsformen ausdenken.

Claims (14)

  1. Vorrichtung (300; 400) zum Bereitstellen eines gesteuerten mechanischen Anschlags, der eine weitere Bewegung eines ersten hydraulischen Kolbens (301; 401) beendet, wobei die Vorrichtung aufweist: den ersten hydraulischen Kolben, der steuerbar in einem ersten Kolbenzylinder (308; 408) verschiebbar ist, wobei der erste Kolben eine an dem ersten Kolben und sich davon nach außen erstreckende Kolbenstange (312; 412) aufweist; gekennzeichnet durch: einen zweiten hydraulischen Kolben (313; 413), der steuerbar in einem zweiten Kolbenzylinder (317; 417) an einer gewünschten Anschlagsposition darin positionierbar ist, wobei der zweite Zylinder von dem ersten Kolbenzylinder getrennt ist und der zweite Kolben eine größere Kraft als der erste Kolben erzeugt; wobei sich die Stange in Längsrichtung durch eine Bohrung (350; 450) in dem zweiten Kolben so erstreckt, dass sich die Stange verschiebbar durch den zweiten Kolben hindurch bewegen kann; und durch ein Anschlagelement (321; 421), das auf der Stange so angeordnet ist, dass während der Bewegung des ersten Kolbens und der Stange in einer vordefinierten Richtung das Anschlagelement anliegend mit dem zweiten Kolben bei der Anschlagposition so in Eingriff kommt, dass der zweite Kolben einer weiteren Bewegung der Stange und des ersten Kolbens in der vordefinierten Richtung entgegenwirkt und diese beendet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Kolben eine Ausgangsarbeitskraft an eine an einem Ende (302; 402) der Stange angeordnete Vorrichtung abgibt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Stange sowohl für den ersten als auch zweiten Kolben gemeinsam ist und sich durch eine mittige Längsbohrung des zweiten Kolbens hindurch erstreckt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste und zweite Kolben koaxial auf der Stange angeordnet und voneinander beabstandet sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der erste und zweite Zylinder in Reihe auf der Stange mit dem ersten Zylinder über dem zweiten Zylinder angeordnet sind, und das Anschlagelement auf der Stange entweder zwischen dem ersten und zweiten Kolben oder unter dem zweiten Kolben angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Anschlagelement eine erste Anschlagfläche (323; 423, 427) mit einer vordefinierten Orientierung aufweist, und der zweite Kolben eine zweite Anschlagfläche (322; 422; 428) mit einer komplementären Orientierung zu der vorbestimmten Orientierung der ersten Anschlagoberfläche aufweist, wobei die erste und zweite Anschlagsflächen anliegend miteinander an der Anschlagposition ineinander greifen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die erste und zweite Anschlagfläche jeweils unter einer vorbestimmten Neigung in Bezug auf eine Längsachse der Stange angeschrägt sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vorrichtung ein Stempel, Amboss oder eine Form ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der erste und zweite Zylinder mit getrennten entsprechenden ersten und zweiten servohydraulischen Ventilen (305, 320; 405, 420) verbunden sind, wobei das erste und zweite Ventil mit getrennten ersten und zweiten entsprechenden Servosteuerungen verbunden sind und von diesen gesteuert werden, wobei: die zweite Servosteuerung das zweite Ventil so betätigt, dass der zweite Kolben bei der Anschlagposition positioniert wird und dann der zweiten Kolben an der Anschlagposition hält; und während der zweite Kolben so festgehalten wird, die erste Servosteuerung das erste Ventil betätigt, um steuernd den ersten Kolben mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bis zu einem Zeitpunkt auszufahren oder zurückzuziehen, an dem die erste Anschlagfläche anliegend mit der zweiten Anschlagfläche so in Eingriff kommt, dass der zweite Kolben einer fortgesetzte Bewegung des ersten Kolbens entgegenwirkt und dessen weitere Ausdehnungs- bzw. Rückziehbewegung beendet.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die erste und zweite Anschlagoberfläche mit einer vorbestimmten Neigung in Bezug auf eine Längsachse der Stange angeschrägt sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtung ein Stempel, Amboss oder eine Form ist.
  12. Verfahren zum Verwenden der Vorrichtung (300; 400) von Anspruch 1, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bewegen des zweiten Kolbens zu der Anschlagposition und danach Halten des zweiten Kolbens in der Anschlagposition; und dann Bewegen des ersten Kolbens mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit und in einer vorbestimmten Richtung bis zu einem solchen Zeitpunkt, bei dem die erste Anschlagfläche des Anschlagelementes anliegend mit dem zweiten Kolben so in Eingriff kommt, dass der zweite Kolben der fortgesetzten Bewegung des ersten Kolbens entgegenwirkt und dessen weitere Bewegung in der vordefinierten Richtung beendet.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der erste und zweite Zylinder mit getrennten entsprechenden ersten und zweiten servohydraulischen Ventilen (305, 320; 405, 420) verbunden sind, wobei das erste und zweite Ventil mit getrennten ersten und zweiten entsprechenden Servosteuerungen verbunden sind und von diesen gesteuert werden, wobei das Verfahren ferner die Schritte aufweist: Betätigen des zweiten Ventils über die Servosteuerung so, dass der zweite Kolben bei der Anschlagposition positioniert und dann der zweiten Kolben an der Anschlagposition gehalten wird; und während der zweite Kolben so festgehalten wird, Betätigen des ersten Ventils über die Servosteuerung, um steuernd den ersten Kolben mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bis zu einem Zeitpunkt auszufahren oder zurückzuziehen, an dem die erste Anschlagfläche anliegend mit der zweiten Anschlagfläche so in Eingriff kommt, dass der zweite Kolben einer fortgesetzte Bewegung des ersten Kolbens entgegenwirkt und dessen weitere Ausdehnungs- bzw. Rückziehbewegung beendet.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, welches ferner den Schritt der Abgabe einer Ausgangsarbeitskraft über die Bewegung des Kolbens an eine an einem Ende (302; 402) der Stange angeordnete Vorrichtung aufweist.
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