DE69503600T2

DE69503600T2 - Flüssigkeitsfeder für eine presse

Info

Publication number: DE69503600T2
Application number: DE69503600T
Authority: DE
Inventors: G. Gordon Millgrove Ontario Hall
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-01-25
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 1999-04-08
Anticipated expiration: 2015-01-25
Also published as: AU1451895A; EP0737278A1; CA2180749A1; CA2180749C; DE69503600D1; EP0737278B1; WO1995020111A1; US5549281A

Description

Diese Erfindung betrifft Metallbearbeitungspressen, insbesondere Einspanneinrichtungen zum Festhalten von Metallrohteilen, die während des Metallbearbeitungsvorganges geschnitten, gelocht, geformt, gestanzt werden.
Während des Metallbearbeitungsvorganges wird Metall gebogen, geformt, perforiert, geschnitten oder gestanzt, um das gewünschte End- oder Zwischenprodukt herzustellen. Während jedes der oben genannten Vorgänge, neigt das Rohteil, oder das bearbeitete Material dazu, sich auf die Stelle des jeweiligen Bearbeitungsvorganges zu zubewegen. Diese Bewegung wird durch das Biegen und Strecken des Metalls an der Stelle des Bearbeitungsvorganges infolge der Kraftanwendung auf das Rohteil verursacht. In vielen Situationen ist es wünschenswert, daß diese Bewegung gesteuert oder auf ein Minimum beschränkt wird, falls sie nicht völlig eliminiert werden kann, indem das Rohteil in einer festen Position in bezug auf den jeweiligen Preßstempel gehalten wird.
Um ein Rohteil so festzuspannen, daß es wieder freigegeben werden kann, muß genügend Kraft ausgeübt werden, um die Seitenkraft zu überwinden, die durch den Aufprall des Preßstempels auf das Rohteil ausgeübt wird. Dies wird normalerweise durch das Anwenden einer Spannkraft ungefähr senkrecht zur Ebene der Seitenkraft erreicht. Die Spannkraft muß stark genug sein, um eine laterale Reibungswiderstandskraft zu erzeugen, die wiederum stark genug sein muß, um die laterale Komponente der Kraft zur überwinden, die durch den Preßstempel angewandt wird.
Es ist üblich, zum Teil aufgrund der Tatsache, daß diese Kraft schnell und gleichmäßig angewandt werden muß, Federn irgendeiner Art zu benutzen, um zu versuchen das Rohteil festzuhalten. Gasfedern, Gummiblöcke und Spiralfedern sind zu diesem Zweck verschiedentlich benutzt worden, haben sich jedoch nicht bewährt. Die Hauptnachteile dieser Federn sind die begrenzte Höchstwiderstandskraft, die mit solchen Einrichtungen erzeugt werden kann, und die Tatsache, daß sie häufig gewartet werden müssen. Typischerweise werden Gasfedern anfangs auf 172 bar (2500 psi) unter Druck gesetzt. Die durch solch eine Gasfeder erzeugte Kraft beträgt nur 172 bar (200 psi) mal die Fläche der gewählten Kolbenstange. Typischerweise ist der Raum oder Platz in einem Preßstempel, wie jeder Fachmann weiß, sehr wertvoll, und jede Methode, die den Raum reduziert, den eine Spannfeder einnimmt, ist ein entscheidender Vorteil. Die bekannten Einrichtungen haben den Nachteil, daß sie bezeichnenderweise nicht ausreichend Kraft erzeugen können, um das Rohteil völlig und richtig einzuspannen, und gleichzeitig wertvollen Platz in dem Preßstempel einnehmen. Der Einsatz der hierin beschriebenen Flüssigkeitsfeder hat den Vorteil, daß sie eine sehr hohe Spannkraft erzeugt und gleichzeitig genauso viel oder weniger Raum einnimmt wie die bekannten Federeinrichtungen.
Der Einsatz von Federn verschiedener Art zur Dämpfung der Bewegung von Preßstempeln und anderen metallbearbeitenden Ausrüstungen ist ebenso bekannt. Gasfedern sind in verschiedenen Preßstempelbaugruppen eingesetzt worden, um nachgebende Widerstands-, Vorbelastungs- oder Abfederungskräfte auf Preßstempel anzuwenden, wie z. Bsp. das am 30. März, 1976 an Wallis erteilte US-Patent Nr. 3.947.005 gezeigt hat. Die Wallis-Einrichtung enthält eine Vielzahl an abfedernden Gasfedern in einer Preßstempelbaugruppe, die eingesetzt werden, um auf ein in einer Stanze benutztes Druckkissen nachgebende Widerstandskraft anzuwenden. In der Wallis-Einrichtung kommt ebenso eine Gasfeder zum Einsatz und zwar in einem Ausstoßmechanismus, der dazu vorgesehen ist, das gestanzte Werkstück aus dem Preßstempelteil zu entfernen sobald es fertig ist. Die Wallis-Federn werden mit einem Inertgas, wie z.B. Stickstoff, unter Druck gesetzt, das von einem Fluidspeicher über flexible Leitungen zugeführt werden kann. Der Oberbegriff von Anspruch 1 und 6 basiert auf dieser Patentschrift.
Der Einsatz einer mit Flüssigkeit gefüllten Einrichtung zum Ausstoßen von gestanztem Material aus einem Rohteil wird in dem an Taylor am 15. März, 1955 erteilten US-Patent Nr. 2.704.125 beschrieben. Die Zylinder/Plungerkolben- Kombination dieser Einrichtung ist zentral, innerhalb des Stanzpreßstempels angeordnet, um das Werkstück aus der Preßstempelbaugruppe zu stoßen, sobald es von dem Rohteil abgeschnitten worden ist.
Das am 27. April, 1965 an Heiser erteilte US-Patent Nr. 3.180.634 zeigt den Einsatz eines Hydraulikzylindersystems, um die Preßstempelbauteile abzufedern und gleichzeitig eine Vorbelastungskraft zu liefern, die ein Druckkissen gegen das Rohteil drückt. Das Hydraulikzylindersystem des Heiser-Patentes enthält eine Kolben- und Zylinderanordnung, bei der der Kolben nah an den Innendurchmesser des Zylindergehäuses angebracht ist. Das Flüssigkeitsvolumen in dem Zylinder wird durch ein extenres Hydrauliksystem unter Druck gesetzt, und daher ist der Hydraulikzylinder kein, wie hierin gezeigtes, unabhängiges, geschlossenes System. Solch eine Anordnung ist nicht wünschenswert, da der wiederholte Aufprallschock des herabfahrenden Preßstempels die Integrität der Hydraulikfittings in Hochdruckhydrauliksystemen beeinträchtigen wird, und bei solch einem System die Hydraulikschläuche, -fittings und andere Komponenten mit der Presse verbunden werden und sich daher ständig mit der Presse bewegen müssen. Bei solch einem Hydrauliksystem ist es auch schwer ausreichende Spann- und gegenwirkende Kraft von dem Hydraulikzylinder zu erhalten. Ferner kann es aufgrund seiner Komplexität sehr schwierig sein, den Preßstempel von einer Hydraulikdruckquelle aus zu speisen. Der Betrieb der Heiser-Einrichtung ist in keiner Weise auf die Kompressibilität ihrer Flüssigkeit angewiesen, da nur Standardhydraulikfluid benutzt wird. Daher kann die Heiser-Einrichtung die hohen Werte an gegenwirkender Kraft, die mit kompressiblen Flüssigkeiten erreicht werden können, nicht nutzen. Andere Zylindereinrichtungen sind bekannt, in denen kompressible Flüssigkeiten angewandt werden, jedoch in Anwendungen außerhalb des Bereichs der Metallbearbeitung.
Mit erhöhter, anfänglicher Druckbelastung wird die Kompressibilität von Flüssigkeiten und infolgedessen die gegenwirkende Kraft, die durch Federn erzeugt wird, die kompressible Flüssigkeit benutzen, drastisch erhöht. Es ist bisher nicht festgestellt worden, daß es möglich ist eine geschlossene, vorher unter Druck gesetzte Flüssigkeitsfeder zu benutzen, zu erwerben, oder zu konstruieren, die die zum Halten von Rohteilen benötigte Spannkräfte im Vergleich zu üblichen Gasfedern erheblich erhöhen kann.
Zum Beispiel, eine Gasfeder wird generell nicht auf über 172 bar (2500 psi) unter Druck gesetzt. Ein Druck von 172 bar (2.500 psi) ist oft der höchste Druck, der in Gasfedern benutzt wird, da dies der Druck ist, der generell von Gasflaschen und behältern erhältlich ist. Eine Flüssigkeitsfeder kann, falls erforderlich, vorher auf 1380 bar (20.000 psi) oder höher unter Druck gesetzt werden, je nach den gewünschten Eigenschaften. Daher wird eine Fläche von einem Quadratzoll in einer Gasfeder dieses Beispiels eine gegenwirkende Kraft von 11-10³ N (2500 lbs.) erzeugen, während eine Flüssigkeitsfeder eine anfängliche Kraft von 89-10³ N (20.000 lbs.), oder acht mal mehr Kraft erzeugen kann.
Ein Ziel der Erfindung ist, eine Metallbearbeitungspresse mit einer oder mehreren Flüssigkeitsfedern zu liefern, die eine kompressible, unter Druck gesetzte Flüssigkeit benutzen, und dazu geeignet sind ein Metallrohteil während des Metallbearbeitungsvorganges festzuhalten.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, eine Metallbearbeitungspresse mit zumindest einer verbesserten Flüssigkeitsfeder zu liefern, die in Reaktion auf eine bestimmte Druckkraft eine erheblich höhere gegenwirkende Kraft erzeugen kann, als es bisher durch konventionelle Gasfedern möglich war.
Ein Kennzeichen der Erfindung ist, daß die Metallbearbeitungspresse eine Preßform enthält: eine Werstückauflagefläche; eine an die Presse angebrachte Flüssigkeitsfedereinrichtung, die ein Zylindergehäuse enthält, mit einem durch eine Zylinderwand gebildeten Innenraum, einem ersten und zweiten Ende sowie einer Mittelachse, die zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende verläuft, einer im Innenraum enthaltenen Fluidmeng, einem Kolben mit einem Kolbenkopf, der sich in dem Innenraum bewegen läßt und eine vordere und eine hintere Fläche besitzt, und eine Umfangswand und eine an dem Kolbenkopf angebrachten Kolbenstange mit einem Innen-Ende nahe bei dem Kolbenkopf und einem sich außerhalb des Zylindergehäuses befindlichen Außen-Ende, wobei die Kolbenstange einen kleineren Durchmesser hat als der Kolbenkopf, wobei die Fluid enthaltende Einrichtung in der Presse montiert ist, um ein Werkstück während eines Bearbeitungsvorganges der Presse an dem Werkstück in einer gewünschten Position zu halten, wobei die Kolbenstange durch das zweite Ende verläuft, an welches es verschiebbar angebracht ist, wobei die vordere Fläche des Kolbenkopfes sich neben der Fluidmenge befindet und mit ihr Kontakt hat, wobei die Presse dadurch gekennzeichnet ist, daß die Federeinrichtung eine Flüssigkeitsfeder ist, welche einem hohen Flüssigkeitsdruck standhalten kann, daß die Fluidmenge eine unter Druck stehende, kompressible Flüssigkeitsmenge ist, welche während des Betriebes der Presse stets unter Druck steht, daß das erste und zweite Ende des Zylindergehäuses abgedichtet ist, daß das zweite Ende eine ringförmige Dichtung enthält, daß die Kolbenstange durch die ringförmige Dichtung verläuft, gegen die sie abgedichtet und verschiebbar gelagert ist, daß zwischen der Umfangswand des Kolbenkopfes und der Zylinderwand ein Abstand besteht, wodurch ein Spalt zwischen der Umfangswand und der Zylinderwand gebildet wird, daß der Spalt während des Betriebes der Feder ein freies Strömen der Flüssigkeit von einem Bereich des Innenraumes, der sich neben der vorderen Fläche befindet, zu einem Raum, der sich neben der hinteren Fläche des Kolbenkopfes befindet, ermöglicht.
Ein anderes Kennzeichen der Erfindung ist, daß die Metallbearbeitungspresse eine Preßform mit einer Werkstücksauflagefläche enthält, sowie eine Fluid enthaltende, an die Presse angebrachte Einrichtung mit einem Zylindergehäuse, das einen durch eine Zylinderwand gebildeten Innenraum, einem ersten und zweiten Ende sowie einer Mittelachse, die zwischen dem ersten und zweiten Ende verläuft, einem unter Druck stehenden Fluid, das sich in dem Innenraum befindet, einem Kolben, der einen Kolbenkopf besitzt, der sich in dem Innenraum befindet und eine vordere und hintere Fläche hat, und einer an den Kolbenkopf angebrachten Kolbenstange, wobei die Kolbenstange ein Innen-Ende besitzt, das sich nahe am Kolbenkopf befindet, sowie ein Außen-Ende, das sich außerhalb des Zylindergehäuses befindet, wobei die Fluid enthaltende Einrichtung in der Presse montiert ist, um ein Werkstück während der Bearbeitung des Werkstückes durch die Presse in einer gewünschten Position zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Ende abgedichtet ist, daß das zweite Ende eine ringförmige Dichtung besitzt, daß das Zylindergehäuse einem hohen Flüssigkeitsdruck standhalten kann, daß das Fluid eine kompressible Flüssigkeit ist, daß die Kolbenstange durch die ringförmige Dichtung verläuft, gegen die sie abgedichtet und verschiebbar gelagert ist, und daß eine Kolbenaussparungseinrichtung vorgesehen ist, die sich durch den Kolbenkopf erstreckt und mit seiner vorderen und hinteren Fläche in Verbindung steht, wobei die Aussparungseinrichtung zumindest eine freie Flüssigkeitsströmung von der vorderen Fläche zu der hinteren Fläche ermöglicht, wenn der Kolben in das Zylindergehäuse gedrückt wird, wobei die Fluid enthaltende Einrichtung eine Flüssigkeitsfeder bildet.
Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung ist, daß ein Verfahren zum Halten eines Werkstückes, das während des Metallbearbeitungsvorganges zu einem gewünschten Gegenstand bearbeitet werden soll, vorgesehen ist und folgende Schritte umfaßt:
Vorsehen einer Metallbearbeitungspresse mit einer Preßstempelbaugruppe und einer darin angebrachten Werkstückauflagefläche;
Montieren einer unter Druck stehendes Fluid enthaltenden Einrichtung in der Presse, wobei die Fluid enthaltende Einrichtung ein Zylindergehäuse mit einem durch eine Zylinderwand gebildeten Innenraum und
gegenüberliegenden Enden, einen im Innenraum befindlichen Kolbenkopf und eine vordere und hintere Fläche hat, und eine Kolbenstange mit einem kleineren Durchmesser als dem des Kolbenkopfes enthält, die an einem Ende starr mit dem Kolbenkopf verbunden ist, wobei das andere Ende der Stange durch eine Öffnung in einem der Enden verläuft;
Positionieren des zu bearbeitenden Werkstückes auf der Auflagefläche, so daß sich das Werkstück zwischen der Auflagefläche und dem anderen Ende der Stange befindet, wobei die Fluid enthaltende Einrichtung so positioniert wird, daß das Werkstück während der Bearbeitung des Werkstückes mit der Presse in einer gewünschten, festen Position gehalten werden kann;
Drücken der Fluid enthaltenden Einrichtung, die eine Flüssigkeitsfeder bildet, in Richtung des Werkstückes, um das Werkstück auf diese Weise zwischen dem anderen Ende der Stange und der Auflagefläche mit ausreichender Kraft festzuspannen, so daß verhindert wird, daß sich das Werkstück während der Bearbeitung des Werkstückes mit der Presse relativ zur Auflagefläche über eine Entfernung bewegen kann, die größer ist als die gewünschten Toleranzen;
und Drücken der Preßform gegen das festgespannte Werkstück, um das Werkstück auf diese Weise zu dem gewünschten Gegenstand zu formen;
wobei das besagte Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fluid enthaltende Einrichtung eine kompressible Flüssigkeit enthält, die die ganze Zeit unter Druck steht und einen Mindestbetriebsdruck von wenigstens 2000 psi besitzt, und eine Flüssigkeitsfeder bildet, und daß eine Kolbenaussparungseinrichtung durch den Kolbenkopf verläuft und mit seiner hinteren und vorderen Fläche in Verbindung steht, wobei die Aussparungseinrichtung zumindest eine freie Flüssigkeitsströmung von der vorderen Fläche zu der hinteren Fläche ermöglicht, wenn die Feder in Richtung des Werkstückes und der Kolbenkopf in das Zylindergehäuse gedrückt wird.
Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung ist, daß ein Verfahren zum Halten eines Werkstückes, das während des Metallbearbeitungsvorganges zu einem gewünschten Gegenstand bearbeitet werden soll, vorgesehen ist und folgende Schritte umfaßt:
Vorsehen einer Metallbearbeitungspresse mit einer Preßstempelbaugruppe und einer darin angebrachten Werkstückauflagefläche;
Montieren einer unter Druck stehendes Fluid enthaltenden Einrichtung in der Presse, wobei die Fluid enthaltende Einrichtung ein Zylindergehäuse mit einem durch eine Zylinderwand gebildeten Innenraum und
gegenüberliegenden Enden ist, einen im Innenraum befindlichen Kolbenkopf und eine vordere und hintere Fläche hat, und eine Kolbenstange mit einem kleineren Durchmesser als dem des Kolbenkopfes enthält, die an einem Ende starr mit dem Kolbenkopf verbunden ist, wobei das andere Ende der Stange durch eine Öffnung in einem der Enden verläuft;
Positionieren des zu bearbeitenden Werkstückes auf der Auflagefläche, so daß sich das Werkstück zwischen der Auflagefläche und dem anderen Ende der Stange befindet, wobei die Fluid enthaltende Einrichtung so positioniert wird, um das Werkstück während der Bearbeitung des Werkstückes mit der Presse in einer gewünschten festen Position zu halten;
Drücken der Fluid enthaltenden Einrichtung, die eine Flüssigkeitsfeder bildet, in Richtung des Werkstückes, um das Werkstück auf diese Weise zwischen deni anderen Ende der Stange und der Auflagefläche mit ausreichender Kraft festzuspannen, so daß verhindert wird, daß sich das Werkstück während der Bearbeitung des Werkstückes mit der Presse relativ zur Auflagefläche über eine Entfernung bewegt, die größer ist als die gewünschten Toleranzen; und
Drücken der Preßform gegen das festgespannte Werkstück, um das Werkstück auf diese Weise zu dem gewünschten Gegenstand zu formen; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fluid enthaltende Einrichtung eine kompressible Flüssigkeit enthält, die die ganze Zeit unter Druck steht und einen Mindestbetriebsdruck von wenigstens 138 bar (2000 psi) besitzt, und eine Flüssigkeitsfedei bildet, daß der Kolbenkopf eine Umfangswand hat, daß ein ringförmiger Spalt zwischen der Umfangswand des Kolbenkopfes und der Zylinderwand besteht, und daß die kompressible Flüssigkeit, wenn die Flüssigkeitsfeder in Richtung des Werkstückes gedrückt wird, um das Werkstück festzuspannen, frei von einem Raum vor dem Kolbenkopf zu einem Raum hinter dem Kolbenkopf durch den Spalt strömen kann.
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung, was sowohl ihren Betrieb als auch ihre Konstruktion und Vorteile betrifft, sind am besten verständlich, wenn man auf die folgende, ausführliche Beschreibung sowie die begleitenden Zeichnungen Bezug nimmt, wobei:
Abb. 1 eine Längsquerschnittsansicht der Flüssigkeitsfeder gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Abb. 2 eine Endansicht einer Kolbenausführung für eine Flüssigkeitsfeder gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Abb. 3 ein Längsquerschnitt des Kolbens der Abb. 2 ist;
Abb. 4 eine Längsquerschnittsansicht einer zweiten Flüssigkeitsfederausführung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Abb. 5 eine axiale Querschnittsansicht eines Stopfbüchsengehäuses für die zweite Ausführung der Flüssigkeitsfeder ist;
Abb. 6 eine Fragmentquerschnittsansicht einer Preßstempelanordnung in einer Presse ist, die die vorliegende Erfindung verwendet.
Abb. 7 eine Fragmentquerschnittsansicht einer anderen Preßstempelanordnung in einer Stanzpresse ist, die Flüssigkeitsfedern verwendet.
In der folgenden Beschreibung werden die selben Teile in der gesamten Patenschrift sowie in allen Zeichnungen mit den jeweilig entsprechenden Ziffern gekennzeichnet. Die Abbildungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht gezeichnet und die Proportionen bestimmter Teile sind zwecks größerer Klarheit verändert worden.
Auf Abb. 1 Bezug nehmend: eine Flüssigkeitsfeder, die für den Einsatz in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, wird generell mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet. Flüssigkeitsfeder 10 enthält Zylindergehäuse 20, in dem ein Kolben montiert ist, der generell mit der Bezugsziffer 12 gekennzeichnet ist. Kolben 12 enthält Kolbenkopf 14 und die daran angebrachte Kolbenstange 16. In dieser bevorzugten Ausführung ist die Kolbenstange 16 vorzugsweise konzentrisch auf Zylindergehäuse 20 und Kolbenkopf 14 ausgerichtet. Zylindergehäuse 20 hat eine Gehäusewand, die generell mit der Bezugsziffer 21 gekennzeichnet ist, und ein erstes, abgedichtetes Ende 44, ein zweites, abgedichtetes Ende 46 und eine Zylinderwand 84 hat. Zylindergehäuse 20 muß Innendruckwerten sicher standhalten können, die über den Höchstinnendruck, der in der Feder während ihres Betriebes erzeugt wird, hinausgehen. Bei den meisten Anwendungen zum Halten von Rohteilen in einer Metallbearbeitungspresse ist es wünschenswert, daß das Zylindergehäuse 20 mit einem geeigneten, vom Federhersteller gewählten Sicherheitsfaktor konstruiert wurde. Bei einigen Anwendungen der Erfindung kann der in der Feder erzeugte Höchstdruck 50.000 psi überschreiten.
Wie weiter unter genauer beschrieben wird, hat Kolbenstange 16 ein inneres Ende 50, welches sich unmittelbar neben Kolbenkopf 14 befindet, und ein äußeres Ende 48, welches sich außerhalb des Zylindergehäuses 20 befindet. Kolbenstange 16 erstreckt sich von Kolbenkopf 14 aus, welcher durch Endstopfen 26, der eine ringförmige Dichtungsbaugruppe 18 besitzt, innen im Zylindergehäuse 20 gehalten wird. Endstopfen 26 ist in Wirklichkeit ein Stopfbüchsengehäuse. Die Kolbenstange muß gemäß sehr genauer Toleranzen konstruiert sein und ihre zylindrische Oberfläche darf keine Kerben oder Kratzer haben, um zu verhindern, daß zwischen der Dichtung und der Stange eine undichte Stelle entsteht. Die Oberfläche der Stange sollte hoch poliert sein.
Innenraum 23 des Zylindergehäuses 20 enthält eine unter Druck stehende, kompressible Flüssigkeit 22, welche vorzugsweise eine auf Silikon basierende Flüssigkeit mit niedriger Viskosität ist, wie z. B. eine Polydimethylsiloxan-Flüssigkeit. In dieser Patentschrift umfaßt der Begriff kompressible Flüssigkeit geeignete kompressible Stoffe, außer Gas, und schließt verschiedene Flüssigkeiten und Elastomere ein. Kompressible Flüssigkeiten, die eine Viskosität zwischen 200 cst und 12.500 cst besitzen, haben sich zusammen mit anderen Stoffen als akzeptabel herausgestellt. Die Viskosität der zu wählenden Flüssigkeit kann, abhängig von einigen verschiedenen Faktoren und je nach der Anwendung, variieren. Eine Flüssigkeit mit höherer Viskosität läßt sich einfacher abdichten und kann für einige Zwecke der Erfindung besser geeignet sein. Eine Flüssigkeit mit sehr niedriger Viskosität neigt eher dazu auszuströmen. Eine Polydimethylsiloxan-Flüssigkeit, mit einer niedrigen Viskosität von 200 cst und von Dow Corning als Nr. 200 Silikon Basisfluid hergestellt, hat sich für einige Anwendungen der vorliegenden Erfindung als geeignet bewährt.
Kompressible Flüssigkeit 22 wird durch eine Ventilbaugruppe 24, die im ersten, abgedichteten Ende 44 montiert ist, in den Innenraum 23 des Zylindergehäuses 20 einer montierten Feder 10 gefüllt. Man wird feststellen, daß zu diesem Zweck eine Reihe von Ventilarten verwendet werden können. Ferner kann Ventilbaugruppe 24 an anderen Stellen in Zylindergehäuse 20 montiert werden, vorausgesetzt, daß dadurch der strukturelle Integritätsgrad des Zylindergehäuses 20, der für den sicheren Betrieb notwendig ist, nicht beeinträchtigt und die Bewegung von Kolben 12 nicht eingeschränkt wird. Die besondere Ventilbaugruppe, die in der in Abb. 1 gezeigten Ausführung der Erfindung vorzugsweise benutzt wird, enthält ein erstes Hydraulikdruckfitting 52, ein zweites Hyraulikfitting 38 (Stopfen) und eine Kugelventilbaugruppe, die dazwischen montiert ist, einschließlich eine Ventilkugel 34 und ein Ventilschlauch 36, dessen Größe und Form für die Kugel 34 geeignet sind. Das Fitting oder der Stopfen 38 wird in die Gewindeöffnung gedreht, nachdem die Feder unter Druck gesetzt worden ist, um die Gewinde in der Öffnung zu schützen und das Kugelventil zu verstärken. Unter einigen Umständen sind Ventilbaugruppe 24 und Fitting 38 nicht erforderlich, da der Zylinder vor der Montage der Feder mit Fluid gefüllt und dann gekühlt werden kann, um das Fluid zu schrumpfen. Die Feder wird dann montiert und mit zunehmender Erwärmung der Baugruppe dehnt sich das Fluid aus und setzt den Zylinder bis zu einer vorbestimmten Höhe unter Druck.
Das Zylindergehäuse 20 wird mit kompressibler Flüssigkeit 22 gefüllt bis der gewünschte, für die spezielle Anwendung erforderliche Mindestbetriebsdruckhöhe erreicht ist. Obwohl die anfänglich benutzte Druckhöhe von der spezifischen Anwendung abhängt, für die eine bestimmte Feder 10 verwendet werden soll, wird eine Anfangsdruckhöhe im Bereich von 2.000 psi bis zu 20.000 psi bevorzugt. Die Vorteile solcher Druckwerte werden weiter unten erläutert. Einem Fachmann wird es klar sein, daß der gewünschte Druck, der benutzt werden soll, gewisse spezifische Federkonstruktionseigenschaften für eine gemäß der Erfindung konstruierte Presse diktiert, um zu gewährleisten, daß solch eine Feder sicher hergestellt, unter Druck gesetzt und betrieben wird. Jede Flüssigkeitsfeder wird zwecks der Erfindung so konstruiert, daß sie dem Höchstflüssigkeitsdruck, der während des Stanzvorganges erzeugt wird, standhalten kann. Der Federkonstrukteur versucht den Druck, der auf die ausgewählten Materialien, die zur Herstellung der Feder verwendet werden, ausgeübt wird, auf ein Minimum zu beschränken. Die anfängliche Reaktionskraft der Feder ist gleich der transversalen Querschnittsfläche der Kolbenstange mal dem Anfangsdruck des Fluids: Wenn eine Kraft auf den Kolben angewandt wird, die über die voreingestellte Kraft hinausgeht, wird der Kolben in den Zylinder gedrückt und die Flüssigkeit komprimiert. Die Reaktionskraft der Feder wird im Verhältnis zu der Kompressibilität der Flüssigkeit und der Kraft, die auf die Feder ausgeübt wird, ansteigen. Das wichtigste Konstruktionskriterium für jede spezielle, in der Erfindung angewandte Feder ist der Höchstdruckbelastungspegel, dem die Feder ausgesetzt werden kann, um die erforderliche Spannkraft zu erreichen. In den meisten Flüssigkeitsfedern würde der Höchstbetriebsdruck für die Zwecke der vorliegenden Erfindung unter 7.000 psi liegen. Der höchste Anfangsdruckbelastungspegel für eine Feder, die in der Erfindung benutzt wird, liegt für praktische Zwecke bei ca. 20.000 psi. Dies hängt von der Ausrüstung ab, und zwar der Pumpe und den Fittings, die benutzt werden, um der Feder die unter Druck stehende Flüssigkeit zuzuführen. Wenn der erforderliche Druck über 20.000 läge, würde die Ausrüstung, die benötigt wird, um die Feder unter Druck zu setzen, sehr kostspielig sein. Falls es gewünscht wäre, gäbe es jedoch auch Wege um einen Anfangsdruck von über 20.000 zu erreichen, zum Beispiel, indem man einen speziellen Druckverstärker benutzt.
Um das Zylindergehäuse 20 am zweiten, abgedichteten Ende 46 abzudichten, wird Endstopfen oder Stopfbüchsengehäuse 26 abdichtbar in Zylindergehäuse 20 hineingedreht. Die Spezifikationen der ineinanderpassenden Außen- und Innengewindeteile 60 sind gemäß allgemein bekannten technischen Richtlinien konstruiert und sind kein Bestandteil dieser Erfindung. Die Konstruktion dieser Gewinde ist bekannt. Endstopfen 26 ist ringförmig konstruiert und enthält ringförmige Dichtungsbaugruppe 18, ringförmigen Wischer 30 und O-Ringnut 56.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Dichtungsgruppe 18 eine Nylondichtung oder eine gefüllte Teflon-Dichtung, deren Konstruktion bekannt ist und die genau angepaßt ist, um für 100%ige Dichtung um die Kolbenstange 16 herum zu sorgen und gleichzeitig zu ermöglichen, daß Kolbenstange 16 ohne Abnutzungserscheinungen frei durch die Dichtung gleiten kann. Eine Dichtungsbaugruppe, die in Kanada von Shamdan Canada Inc. unter dem Produktnamen VARISEAL vertrieben wird, hat sich als besonders geeignet bewährt. Gefüllte Teflon-Dichtungen, die von Double Seal Co., in Fort Worth, Texas, U.S.A. oder Kaydon in Baltimore, Maryland, U.S.A. hergestellt werden, haben sich ebenso als zufriedenstellend bewährt. In diesen Dichtungen werden Kohlenstoff- und Kupferlegierungen als Füllstoff verwendet. Man wird feststellen, daß, je nach der beabsichtigten Anwendung für die eine bestimmte Feder konstruiert worden ist, eine Vielfalt von Dichtungsbaugruppen zufriedenstellend benutzt werden kann.
Der ringförmige Wischer 30, dessen Konstruktion bekannt ist, verläuft um Stange 16. Einem Fachmann wird es klar sein, daß man eine Reihe unterschiedlicher Wischer benutzen kann, um Stange 16 und Dichtung 18 zu schützen. Die Konstruktion des Wischers an sich ist kein Bestandteil der vorliegenden Erfindung und wird daher nicht ausführlicher beschrieben.
O-Ringnut 56 ist inbezug auf vordere Stirnseite 58 des Endstopfens 26 nach hinten beabstandet, aber es ist ebenso in bezug auf Gewindeteil 60 nach vorn beabstandet. O-Ring 42 ist in Nut 56 eingepaßt, zusammen mit Verstärkungsring 32. Der O-Ring 42 hat die geeignete Größe und Konsistenz, um für Dichtung zwischen dem Endstopfen 26 und dem Zylindergehäuse 20, an welches Endstopfen 26 nah angepaßt ist, zu sorgen. Der O-Ring 42 ist eine statische Dichtung und für diesen Zweck können eine Reihe verschiedener Dichtungen benutzt werden.
Bezug nehmend auf Abb. 2 und Abb. 3, sowie die bereits besprochene Abb. 1: Es ist wünschenswert, daß der Kolbenkopf 14 eine zylindrische Form besitzt, mit einer vorderen Fläche 62, einer hinteren Fläche 64 und einer Umfangswand 70. Falls erwünscht, kann eine Flüssigkeitskammer 28 in Kolben 12 eingebaut werden. Die Flüssigkeitskammer 28 hat ein offenes Ende 66 und ein geschlossenes Ende 68. Das offene Ende 66 befindet sich an der vorderen Fläche 62, kann sich aber auch auf Kolbenkopf 14 befinden, und zwar in einer Reihe von Anordnungen außer der, die abgebildet ist, vorausgesetzt, daß für Platz gesorgt wird für die Verbindung von Kolbenstange 16 und den Einschluß des Führungsringes 40, der in die Umfangswand 70 vertieft ist. Flüssigkeitskammer 28 kann entweder nur teilweise in den Kolbenkopf 14 (nicht abgebildet) hineinreichen oder wesentlich weiter, ganz entlang der Stange 16, so daß das geschlossene Ende 68 an das äußere Ende 48 der Kolbenstange 16 angrenzt und durch dieses definiert wird. Der Einbau der Flüssigkeitskammer 28 in den Kolben 12 ermöglicht, daß die Feder 10 ein größeres Volumen an kompressibler Flüssigkeit 22 für eine bestimmte Größe des Zylindergehäuses 20 zur Verfügung hat, was dem Konstrukteur der Feder größere Flexibilität gestattet im Hinblick auf die Kraftkurve, die für die Feder benutzt werden kann. Flüssigkeitskammer 28 kann entweder in ihrer ganzen Länge (nicht abgebildet) eine zylindrische Form haben oder einen ausgedehnten Mund 72 besitzen, wie in Abb. 1 und Abb. 3 gezeigt wird. Zweck des ausgedehnten Mundes 72 ist das Flüssigkeitsvolumen in der Feder zu erhöhen, wodurch dem Federkonstrukteur wiederum mehr Flexibilität im Hinblick auf die erhältliche Kraftkurve gegeben wird. Ein Fachmann wird feststellen, daß die Abmessungen der Kammer 28 zum Teil durch die Mindestwanddicke bestimmt werden, die erforderlich ist, um die Konstruktionsintegrität und die wertvolle Stärke der Kolbenstange 16 aufrechtzuerhalten.
Kolbenkopf 14 hat eine oder mehrere Öffnungen 54, die von der vorderen Fläche 62 zur hinteren Fläche 64 verlaufen. Für die Zwecke dieser Patentschrift schließt die vordere Fläche 62 jede winklige Fläche ein, die den ausgedehnten Mund 72, falls dieser vorgesehen ist, definiert. Falls erwünscht, kann eine gleiche Anzahl von Öffnungen vorgesehen werden, und diese können in einander diametrisch gegenüberliegenden Paaren um Kolbenkopf 14 herum angeordnet sein. Zweck dieser Öffnungen ist, während des Betriebes der Feder ein freies Strömen der Flüssigkeit von einer Seite des Kopfes auf die andere Seite des Kopfes zu ermöglichen.
Während der Montage wird Feder 10 mit kompressibler Flüssigkeit 22 voraufgeladen, um den Innenraum 23 voll aufzufüllen und die Flüssigkeit unter einen Anfangsbetriebsdruck zu setzen. Wenn Kolben 12 eine Flüssigkeitskammer 28 enthält, die mit Innenraum 23 in Verbindung steht, müssen beide voll mit der gewünschten Flüssigkeit 22 aufgefüllt sein. Die kompressible Flüssigkeit 22 kann entweder durch Zuführungseinrichtungen, z.B. einem anderen Druckbehälter (nicht abgebildet) zugeführt, oder mittels einer Hochdruckhydraulikpumpe (nicht abgebildet) gepumpt werden. Die Konstruktion der Pumpe oder des äußeren Druckbehälters sind kein Bestandteil dieser Erfindung und werden hierin nicht näher beschrieben. Die Zuführungseinrichtung ist normalerweise mit Zylindergehäuse 20 durch Hydraulikschläuche (nicht abgebildet) verbunden, die mit geeigneten Druckfittings (nicht abgebildet) ausgestattet sind. Die Konstruktion der Hydraulikschläuche und Druckfittings ist bekannt. Bei der Feder von Abb. 1, wird das Fitting am Schlauchende mit der Gewindeöffnung 38 verbunden, wenn der Stopfen entfernt wird. Dadurch, daß Zylindergehäuse 20 unter Druck gesetzt wird, wird Kolbenkopf 14 gegen Endstopfen 26 zurückgedrückt, wodurch Stange 16 soweit wie möglich ausgefahren wird. Sobald Zylindergehäuse 20 bis zu dem gewünschten Druck aufgeladen ist, werden die Schläuche von Zylindergehäuse 20 gelöst, woraufhin die Ventilbaugruppe 24 durch den Innendruck des Zylindergehäuses 20 geschlossen wird. Das Entfernen der Schläuche bietet einen klaren Vorteil gegenüber Flüssigkeitsfedern, die an eine äußere Druckquelle angeschlossen sind, da die Rohre, Schläuche und Fittings, die erforderlich sind, um solche Federn mit der äußeren Druckquelle zu verbinden, kontinuierlich den Vibrationen und Aufprallschocks moderner Hochgeschwindigkeitspressen ausgesetzt sind, was zu höheren Ausfallzeiten und höherem Wartungsaufwand führt. Ferner können gewerblich erhältliche Rohre, Schläuche, Komponenten und Fittings generell nicht den hohen Betriebsdruckwerten (über 10.000 psi) standhalten, die durch die Flüssigkeitsfedern erzeugt werden. Daher sind die Flüssigkeitsfedern in der Presse dieser Erfindung völlig von externen Hydraulikteilen und -komponenten und einer äußeren Flüssigkeitszufuhr getrennt.
Je höher der gewählte Druckwert, desto stärker wird die Flüssigkeit komprimiert und desto höher ist die Reaktionskraft, die pro Kolbenhublängeneinheit erzeugt wird. Daher kann die Flüssigkeitsfeder 10, wenn sie während des Auffüllens unter sehr hohe Anfangsdruckwerte gesetzt wird, das heißt Druckwerte, die über 10.000 psi hinausgehen, sehr hohe Reaktionskräfte erzeugen, und zwar als Reaktion auf sehr kleine Bewegungen des Kolbens, der wiederum auf Kräfte reagiert, die auf das Rohteil während des Form- oder Stanzvorganges angewandt werden.
Zum Halten eines zu bearbeitenden Rohteiles wird eine Spannkraft angewandt, um die Feder 10 gegen das Rohteil zu drücken, wie in Abb. 7 gezeigt wird. Dadurch wird verhindert, daß sich das Rohteil bewegt. Man wird feststellen, daß das abgebildete Rohteil durch ein teilweise geformtes Werkstück ersetzt werden könnte, falls dies für die Anwendung erforderlich ist. Die auf die Feder 10 angewandte Spannkraft verursacht, daß der Kolbenkopf 14 eine komprimierende Kraft auf die Flüssigkeit 22 ausübt. Während die Flüssigkeit weiter komprimiert wird, wird durch die Flüssigkeit 22 eine erhebliche Reaktionskraft gegen den Kolbenkopf 14 ausgeübt. Infolgedessen wird das Rohteil (oder Werkstück) gegen den Preßstempel gedrückt und festgehalten, woraufhin das Rohteil durch die Reaktionskraft, die durch Feder 10 erzeugt wird, in Position gebracht wird. Mit abnehmendem Volumen in der Feder als Reaktion darauf, daß sich der Kolben während des Formvorganges in den Zylinder bewegt, erhöht sich die gegenwirkende Kraft, die durch Feder 10 erzeugt wird während die Flüssigkeit komprimiert wird, um das Rohteil immer stärker festzuhalten. Wenn die Spannkraft entzogen wird, wird der in der Feder 10 gespeicherte Druck freigegeben, wodurch der Kolben 12 wieder in seine ursprüngliche, ausgefahrene Position gebracht wird. Die Feder 10 wird von dem nun geformten Werkstück entfernt, wodurch es zum Auswurf oder zur Entfernung und zum Ersatz durch ein neues Rohteil, gemäß bekannter Verfahren, freigegeben wird. Man wird feststellen, daß die Feder 10 in Bezug auf das festgehaltene Rohteil ausgerichtet werden kann, so daß entweder die Kolbenstange 16 oder das erste abgedichtete Ende 44 des Zylindergehäuses 20 gegen das Rohteil oder gegen irgendein Zwischenstück oder irgendwelche Zwischenstücke gedrückt wird.
Auf Abb. 4 und Abb. 5 Bezug nehmend: Eine alternative Ausführung der Flüssigkeitsfeder, gemäß der vorliegenden Erfindung, wird generell mit der Bezugsziffer 11 gekennzeichnet. Flüssigkeitsfeder 11 enthält Zylindergehäuse 20 und den darin montierten Kolben 12. Zylindergehäuse 20 hat eine Umfangswand 84, ein erstes abgedichtetes Ende 44 und zweites abgedichtetes Ende 46. Das erste abgedichtete Ende 44 enthält eine Ventilbaugruppe, die im wesentlichen der obenbeschriebenen Ventilbaugruppe entspricht.
Das zweite abgedichtete Ende 46 umfaßt ringförmigen Gewindebund 82 und ringförmigen Gewindeendstopfen 74. Gewindebund 82 ist durchgehend mit Zylinderwand 84 verbunden und enthält Innengewindeteil 60 und Innenflansch 86, welcher sich zwischen Gewindeteil 60 und dem Innenraum 23 des Zylindergehäuses 20 befindet.
Endstopfen oder Stopfbüchsegehäuse 74 enthält ein Außengewindeteil (nicht abgebildet), dessen Größe und Form komplimentär zu Innengewinde 60, O-Ringnut 56, Stopfenschulter 90 und ringförmigem Kolbenbund 88 ist, welcher von Endstopfen 74 in den Innenraum 23 hineinreicht. Stopfenschulter 90 stößt gegen Innenbund 86 des Zylindergehäuses 20, um Endstopfen 74 in eine ideale Position in Bezug auf Gewindebund 82 zu bringen. Kolbenbund 88 enthält eine ringförmige Dichtungsgruppe 18, eine 100% dichte Dichtung, die im wesentlichen der obenbeschriebenen entspricht, und eine angemessen lange, ringförmige Führungsbuchse 80, die nah an Kolbenstange 16 angepaßt ist und für die erforderliche Führung der Kolbenbewegung sorgt. Führungsbuchse 80 ist ein eindrückbares Bronze-Fitting, dessen Konstruktion bekannt ist. Für einen Fachmann wird es jedoch offentsichtlich sein, daß eine Reihe von verschiedenen Buchsen benutzt werden können, die ähnlich effektiv sind.
Aus Dichtungszwecken werden O-Ring 42 und Verstärkungsring 32 in O- Ringnut 56 eingebaut. Beide Ringe, 32 und 42, werden abdichtbar gegen Innenbund 86 der Zylinderwand 84 gedrückt, um eine Dichtung zwischen Gewindeendstopfen 74 und Gewindebund 82 des Zylindergehäuses 20 herzustellen.
Die bevorzugte, in Abb. 4 und 5 gezeigte Ausführung funktioniert im wesentlichen auf ähnliche Weise wie die obenbeschriebene, erste bevorzugte Ausführung, hat jedoch eine Reihe von zusätzlichen Vorteilen im Vergleich zu der ersten, bevorzugten Ausführung und der bisher bekannten Technik. Insbesondere ist es völlig ausgeschlossen, daß Ablenkungen des Kolbenkopfes aufgrund von Vibrationen oder andere Ablenkungen dazu führen, daß die Zylinderwand 84 gerieben wird und dadurch Schaden entsteht. Da der Kolbenkopf nicht an die Zylinderwand 84 angepaßt werden muß, kann der Innenraum 23 jede gewünschte Form haben, vorausgesetzt, daß Zylindergehäuse 20 so konstruiert ist, daß es den Innendruckwerten standhalten kann, die während der beabsichtigten Anwendung entstehen.
Die zweite bevorzugte Ausführung kann unter Benutzung einer Reihe von verschiedenen Druckbehälterkonstruktionen, außer den konventionellen, symmetrischen Kolbenzylinderformen, konstruiert werden. Alle solche Druckbehälterformvarianten, die für den Einsatz in einer speziellen Anwendung dieser Erfindung stark genug sind, sollen in der Bedeutung der Begriffe "Zylinder" bzw. "Zylindergehäuse", wie sie hier in dieser Patentschrift gebraucht werden, eingeschlossen sein. Da unterschiedliche Zylindergehäuseformen benutzt werden können, können speziell angefertigte Zylinder so konstruiert werden, daß sie einen wie auch immer großen, zur Verfügung stehenden Raum in einer bestimmten Presse für den Einbau einer Feder, die die größtmöglichste gegenwirkende Kraft erzeugen und gleichzeitig in den besagten Raum passen soll, aufs vollste ausnutzen können.
Auf Abb. 6 Bezug nehmend: Eine einfache Preßstempelbaugruppe 96 ist abgebildet, die in einer nur teilweise abgebildeten, konventionellen Stanz- oder Metallbearbeitungspresse montiert ist. Die Metallbearbeitungspresse enthält eine Stützplatte 98, auf der eine untere Preßform montiert ist, und eine andere Stützplatte 100, auf der eine obere Preßform montiert ist. Vertikal verlaufende Führungsstifte (nicht abgebildet), die in einer dieser Stützplatten befestigt sind, reichen durch Öffnungen in die andere Stützplatte, so daß die bewegliche Platte gezwungen wird sich auf die unbewegliche Platte zuzubewegen und von ihr wegzubewegen, und zwar in einer geradlinigen Bahn, senkrecht zu den Flächen der zwei Platten, die den Preßstempel tragen. Die untere Preßform enthält eine Adapterplatte 102, die auf der unteren Platte 98 befestigt ist. Ein Preßstempel 104 ist unbeweglich auf Adapterplatte 102 angebracht. In der abgebildeten Anordnung wird ein Druckkissen 106 durch mehrere Flüssigkeitsfedern 10 auf der Adapterplatte 102 gestützt. Jede Flüssigkeitsfeder ist starr in der Adapterplatte 102 befestigt, z.B. mittels einer zylindrischen Öffnung 108, die so geformt ist, daß der Außenzylinder der Feder genau hineinpaßt.
Die obere Preßform enthält eine Adapterplatte 110, die starr auf der oberen Stützplatte 100 angebracht ist. Ein Preßstempelbauteilepaar 112 ist unbeweglich auf der Adapterplatte 110 angebracht, um vertikalen Kontakt mit den Druckkissen 106 auf der unteren Preßform zu machen. Zwischen den Bauteilen 112 kann sich ein Abstreiferpreßstempel 114 befinden, der zur vertikalen Bewegung von den Bauteilen 112 getragen wird. Die Schultern 116 verbinden die Bauteile 114 und 112 miteinander, um zu verhindern, daß sich der Abstreiferpreßstempel im Verhältnis zu den Bauteilen 112 über die in Abb. 6 gezeigte Position hinaus nach unten bewegt. Das Preßstempelbauteil wird durch eine oder mehrere Hydraulikzylinderbaugruppen 118, die gemäß bisher bekannter Technik konstruiert sein dürfen, nach unten vorbelastet. Die Adapterplatte 110 hat die Form einer Fluidsammelleitung, mit einem oder mehreren Durchlässen 120, wodurch sie mit den inneren Enden der Hydraulikzylinderbaugruppen 118, die nach zuvor bekannter Technik konstruiert sind, in Verbindung stehen und an einen unter Druck stehenden Fluidspeicher angeschlossen sind.
Beidem Betrieb der in Abb. 6 gezeigten Presse, liegt ein Blechschnitteil 122 auf den oberen Flächen der Kissen 106 auf. Die obere Stützplatte 100 der Preßform wird nach unten gefahren, so daß das Schnitteil um seine Kanten herum zwischen die Kissen 106 und die Bauteile 112 gespannt wird. Während die obere Platte 100 weiter nach unten gefahren wird, wird der Abwärtsbewegung der Kissen 106 durch die Flüssigkeitsfedern 10 nachgebend Widerstand geleistet. Der Aufwärtsbewegung des Preßstempelbauteils 114 wird ebenso bis zu einem vorbestimmten Maße nachgebend Widerstand geleistet, und zwar durch die Hydraulikzylindereinrichtung 118, die nach zuvor bekannter Technik konstruiert ist und in der oberen Adapterplatte 110 montiert ist. Auf diese Weise wird das Schnitteil 102 sicher festgehalten und geformt, indem es über den Preßstempel 104 gestreckt wird, um das Stanzteil 124 zu bilden, das durch den Abstreifer 114 ausgeworfen wird.
Nun zu der Ausführung, die in Abb. 7 gezeigt wird: In dieser Metallbearbeitungspresse sind die Flüssigkeitsfedern 10 der Erfindung so angeordnet, daß sie das Werkstück oder Rohteil direkt von oben ergreifen. In dieser Ausführung enthält die Preßstempelbaugruppe 130 eine Stützplatte 132, auf der die untere Preßform montiert ist und eine Stützplatte 134, auf der die obere Preßform montiert ist. Wieder sind vertikal verlaufende Führungsstifte (nicht abgebildet) auf der Platte 132 montiert, die durch Öffnungen in die Platte 134 hineinreichen, so daß sich die Platte 134 nur in einer geradlinigen Bahn auf die Platte 132 zubewegen und von ihr wegbewegen kann. Die untere Preßform enthält eine Adapterplatte 136, die auf der unteren Platte 132 befestigt ist. Die Bauteile 138 und 140 sind unbeweglich auf der Adapterplatte montiert. Bei dem Betrieb dieser Stanzpresse wird ein Rohteil oder Werkstück 142 auf die Preßstempelbauteile 140 gelegt und durch diese Bauteile von unten gestützt.
Die obere Preßform hat eine Adapterplatte 144, die starr auf der oberen Stützplatte 134 montiert ist. Ein Preßstempelbauteile- oder Stützblöckepaar 146 ist unbeweglich auf der Adapterplatte 144 montiert. Mehrere Flüssigkeitsfedern 10, die gemäß der Erfindung konstruiert sind, sind starr in diesen Stützblöcken 146 montiert. Zu diesem Zweck können eine Reihe unterschiedlicher Verbindungsmechanismen benutzt werden, einschließlich Bolzen oder Gewindebolzen, die durch Verbindungsflanschen oder -nasen führen, vorausgesetzt, daß die Verbindungsstücke den Kräften standhalten können, die durch den Stanzvorgang erzeugt werden. Zwischen den Blöcken 146 befindet sich ein oberes Preßstempelbauteil 148, das, wie abgebildet, tiefer als die Blöcke 146 reicht.
Bei dem Betrieb der Metallbearbeitungspresse von Abb. 7, wird das flache Metallrohteil 142, getragen durch die Preßstempelbauteile 140, zuerst durch die ausfahrenden Kolbenstangen 150 ergriffen, während die obere Platte 134 heruntergefahren wird. Auf diese Weise wird das Rohteil zwischen die unteren Enden der Kolbenstangen und die Preßstempelbauteile 140 eingespannt. Während die obere Platte 134 weiter herabfährt, wird das Rohteil durch das obere Preßstempelbauteil 148 ergriffen. Ein weiteres Herabfahren des Preßstempelbauteiles 148 in den Hohlraum 152 führt gewöhnlich dazu, daß die äußeren Abschnitte des Rohteiles 142 in Richtung des Preßformmittelpunktes gezogen werden. Dieser Zugkraft nach Innen wird durch die Flüssigkeitsfedern 10 starker Widerstand geleistet. Auf diese Weise wird das Rohteil 142 richtig geformt, indem es durch die Preßstempelbauteile gestreckt wird, um das gewünschte Stanzteil zu produzieren.
Ein Fachmann wird feststellen, daß die abgebildeten Preßstempel eine sehr einfache Konstruktion haben und nur zwecks einfacherer Abbildung benutzt worden sind. Metallbearbeitungsstempel in einer Presse können offensichtlich sehr komplex sein und die vorliegenden Flüssigkeitsfedern würden sich in solch einer komplexen Preßstempelkonstruktion befinden. Dies sollte die Wichtigkeit der Tatsache unterstreichen, daß diese Federn selbständig operieren, ohne angeschlossene Hydraulikrohre oder -schläuche.
Ein Fachmann wird feststellen, daß es sehr gut möglich ist, eine "Dämpfungs"- Eigenschaft in die beschriebenen Flüssigkeitsfedern einzubauen, obwohl dies in diesen Zeichnungen nicht gezeigt. Zum Beispiel könnte man in der Feder von Abb. 1, ein oder mehrere Reglerventile in die Öffnungen 54 einbauen, um eine Dämpfung ausschließlich während der Abwärts- (Außen-) Bewegung zu erreichen. Andere Arten der Strömungsregelung in den Öffnungen könnten ebenso zu diesem Zweck benutzt und können verstellbar gemacht werden. Es versteht sich ferner, daß die Flüssigkeitsfedern für den Einsatz in dieser Erfindung nicht ganz mit kompressibler Flüssigkeit aufgefüllt werden müssen. Bei einigen Anwendungen (abhängig von der speziellen Kraftkurve, die erforderlich ist) ist es zulässig, daß sich etwas Luft oder Gas im Innenraum der Feder befindet.
Der vorausgehende Text bezieht sich auf spezifische, bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung, wobei es sich versteht, daß andere Varianten und Ausführungen innerhalb des Rahmens dieser Erfindung möglich sind, die durch die folgenden Ansprüche definiert wird.

Claims

1. Metallbearbeitungspresse, mit einer Preßform (96, 104), die eine Werkstückauflagefläche (106) enthält, und einer an der Presse angebrachten Fluidfedereinrichtung, die ein Zylindergehäuse (20) mit einem durch eine Zylinderwand (84) gebildeten Innenraum, einem ersten und zweiten Ende (44, 46) sowie einer Mittelachse, die zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende verläuft, eine in dem Innenraum enthaltene Menge von Fluid, einen Kolben (12) mit einem Kolbenkopf (14), der in dem Innenraum bewegbar ist und eine vordere Fläche, eine hintere Fläche und eine Umfangswand hat, und eine Kolbenstange (16) enthält, die mit dem Kolbenkopf (14) verbunden ist und ein zu dem Kolbenkopf benachbartes Innen- Ende (14) und ein sich außerhalb des Zylindergehäuses (20) befindliches Außen-Ende (48) hat, wobei die Stange einen kleineren Durchmesser hat als der Kolbenkopf, wobei die Fluidfedereinrichtung in der Presse montiert ist, um ein Werkstück während eines Metallbearbeitungsvorgangs der Presse auf das Werkstück in einer gewünschten Position zu halten, wobei sich die Kolbenstange durch das zweite Ende erstreckt, in dem sie verschiebbar gelagert ist, wobei die vordere Fläche des Kolbenkopfes sich nahe zu und in Kontakt mit der Menge von Fluid befindet, wobei die Presse dadurch gekennzeichnet ist, daß die Federeinrichtung eine Flüssigkeitsfeder ist, die einem hohen Flüssigkeitsdruck standhalten kann, daß die Menge von Fluid eine Menge von unter Druck stehender, kompressibler Flüssigkeit (22) ist, die die gesamte Zeit während des Betriebes der Presse unter Druck steht, daß das erste und zweite Ende des Zylindergehäuses abgedichtet sind, das zweite Ende eine ringförmige Dichtung enthält und sich die Kolbenstange (16) durch die ringförmige Dichtung erstreckt, gegen die sie abgedichtet und verschiebbar gelagert ist, und daß die Umfangswand des Kolbenkopfes (14) von der Zylinderwand (84) beabstandet ist, wodurch ein Spalt zwischen der Umfangswand (70) und der Zylinderwand (84) gebildet ist, wobei es der Spalt ermöglicht, daß Flüssigkeit während des Betriebes der Feder frei von einem Bereich des Innenraums nahe der vorderen Fläche zu einem Bereich nahe der hinteren Fläche des Kolbenkopfes (14) strömen kann.

2. Presse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um die Flüssigkeitsfeder (11) in Richtung ihrer Mittelachse zur Auflagefläche zu drücken.

3. Presse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) eine Flüssigkeitskammer (28) enthält, die ein offenes Ende (66) und ein geschlossenes Ende (48) hat, wobei das offene Ende am Kolbenkopf mit dem Zylinder in Verbindung steht und das geschlossene Ende eine Vertiefung in dem Kolben ist.

4. Presse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Flüssigkeitskammer (23) durch den Kolbenkopf (14) und in die Kolbenstange (16) erstreckt.

5. Presse nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (11) gegenüber externen Hydraulikteilen und Komponenten sowie gegenüber der externen Flüssigkeitszuführung vollständig abgedichtet ist und daß sie nicht mit einem äußeren Druckbehältnis oder -pumpe verbunden ist.

6. Metallbearbeitungspresse, mit einer Preßform (96, 104), die eine Werkstückauflagefläche (106) enthält, und einer Fluid enthaltenden, an der Presse angebrachten Einrichtung, die ein Zylindergehäuse (20) mit einem durch eine Zylinderwand (84) gebildeten Innenraum (23), einem ersten und zweiten Ende sowie einer Mittelachse, die zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende verläuft, ein unter Druck stehendes Fluid (22), das in dem Innenraum enthalten ist, einen Kolben (12) mit einem Kolbenkopf (14), der in dem Innenraum ange ordnet ist und eine vordere Fläche und eine hintere Fläche hat, und eine an dem Kolbenkopf angebrachte Kolbenstange (16) enthält, wobei die Kolbenstange (16) ein zu dem Kolbenkopf (14) benachbartes Innen-Ende und ein sich außerhalb des Zylindergehäuses befindliches Außen-Ende (48) hat, wobei die Fluid enthaltende Einrichtung in der Presse montiert ist, um ein Werkstück während des Betriebes der Presse auf das Werkstück in einer gewünschten Position zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Ende (44, 46) abgedichtet sind, daß das zweite Ende eine ringförmige Dichtung enthält, daß das Zylindergehäuse einem hohen Flüssigkeitsdruck standhalten kann, daß das Fluid (22) eine kompressible Flüssigkeit ist, daß sich die Kolbenstange durch die ringförmige Dichtung erstreckt, gegen die sie abgedichtet und verschiebbar gelagert ist, und daß eine Kolbenaussparungseinrichtung (54) vorgesehen ist, die sich durch den Kolbenkopf erstreckt und mit der vorderen und der hinteren Fläche davon in Verbindung steht, wobei die Aussparungseinrichtung zumindest eine freie Flüssigkeitsströmung von der vorderen Fläche zu der hinteren Fläche ermöglicht, wenn der Kolben in das Zylindergehäuse gedrückt wird, wobei durch die Fluid enthaltende Einrichtung eine Flüssigkeitsfeder gebildet ist.

7. Presse nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um die Flüssigkeitsfeder in Richtung ihrer Mittelachse zur Auflagefläche zu drücken.

8. Presse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (22) einen minimalen Betriebsdruck von zumindest 207 bar (3000 psi) hat und die gesamte Zeit während des Betriebes der Presse unter Druck steht.

9. Presse nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben eine Flüssigkeitskammer (28) enthält, die ein offenes Ende, das mit dem Innenraum des Gehäuses in Verbindung steht, und ein geschlossenes Ende hat, wobei sich die Flüssigkeitskammer durch den Kolbenkopf und in die Kolbenstange erstreckt.

10. Presse nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskammer (23) des Gehäuses gegenüber externen Hydraulikteilen vollständig abgedichtet und nicht mit einem äußeren Druckbehältnis oder -pumpe verbunden ist.

11. Verfahren, um ein zu bearbeitendes Werkstück während eines Metallbearbeitungsvorgangs zu einem gewünschten Gegenstand an einer Stelle zu halten, mit den Schritten:

Vorsehen einer Metallbearbeitungspresse mit einer Preßformanordnung (130) und einer darin angebrachten Werkstückauflagefläche,

Anbringen einer Einrichtung, die unter Druck stehendes Fluid enthält, in der Presse, wobei die Fluid enthaltende Einrichtung ein Zylindergehäuse mit einem durch eine Zylinderwand gebildeten Innenraum und gegenüberliegenden Enden, einen Kolbenkopf, der in dem Innenraum angeordnet ist und eine vordere und eine hintere Fläche hat, und eine Kolbenstange mit einem kleineren Durchmesser als dem des Kolbenkopfes enthält, die an einem Ende starr mit dem Kolbenkopf verbunden ist, wobei sich das andere Ende der Stange durch eine Öffnung in einem der Enden erstreckt,

Anordnen des zu bearbeitenden Werkstückes auf der Auflagefläche (140), so daß sich das Werkstück zwischen der Auflagefläche und dem anderen Ende der Stange befindet, wobei die Fluid enthaltende Einrichtung angeordnet ist, um das Werkstück (142) während des Betriebes der Presse auf das Werkstück in einer gewünschten feststehenden Position zu halten,

Drücken der Fluid enthaltenden Einrichtung, durch die eine Fluidfeder (10) gebildet ist, in Richtung auf das Werkstück, um so das Werkstück (142) zwischen dem anderen Ende der Stange und der Auflagefläche mit ausreichender Kraft festzuspannen, um zu verhindern, daß sich das Werkstück während des Betriebes der Presse auf das Werkstück relativ zu der Auflagefläche über eine Entfernung bewegen kann, die größer ist als gewünschte Toleranzen, und

Drücken der Preßform gegen das festgespannte Werkstück, um so das Werkstück zu dem gewünschten Gegenstand zu formen,

wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fluid enthaltende Einrichtung eine kompressible Flüssigkeit enthält, die die ganze Zeit unter Druck steht und einen minimalen Betriebsdruck von zumindest 138 bar (2000 psi) hat, und eine Flüssigkeitsfeder (10) bildet, und daß sich eine Kolbenaussparungseinrichtung (54) durch den Kolbenkopf erstreckt und mit der vorderen und der hinteren Fläche davon in Verbindung steht, wobei die Aussparungseinrichtung zumindest eine freie Flüssigkeitsströmung von der vorderen Fläche zur hinteren Fläche ermöglicht, wenn die Feder (10) in Richtung auf das Werkstück gedrückt und der Kolbenkopf in das Zylindergehäuse gedrückt wird.

12. Verfahren zum Halten eines Werkstückes nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die kompressible Flüssigkeit (22) in der Feder einen minimalen Betriebsdruck von zumindest 207 bar (3000 psi) hat.

13. Verfahren zum Halten eines Werkstückes nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Abdichten der Feder (10) gegenüber einer externen Flüssigkeitszuführung, wodurch die Feder unabhängig von einem äußeren Druckbehältnis oder -pumpe arbeitet.

14. Verfahren, um ein zu bearbeitendes Werkstück während eines Metallbearbeitungsvorgangs zu einem gewünschten Gegenstand an einer Stelle zu halten, mit den Schritten:

Vorsehen einer Metallbearbeitungspresse mit einer Preßformanordnung (130) und einer darin angebrachten Werkstückauf lagefläche,

Anbringen einer Einrichtung, die unter Druck stehendes Fluid enthält, in die Presse, wobei die Fluid enthaltende Einrichtung ein Zylindergehäuse mit einem durch eine Zylinderwand gebildeten Innenraum und gegenüberliegenden Enden, einen Kolbenkopf, der in dem Innenraum angeordnet ist und eine vordere und eine hintere Fläche hat, und eine Kolbenstange mit einem kleineren Durchmesser als dem des Kolbenkopfes enthält, die an einem Ende starr mit dem Kolbenkopf verbunden ist, wobei sich das andere Ende der Stange durch eine Öffnung in einem der Enden erstreckt,

wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fluid enthaltende Einrichtung eine kompressible Flüssigkeit enthält, die die ganze Zeit unter Druck steht und einen minimalen Betriebsdruck von zumindest 138 bar (2000 psi) hat, und eine Flüssigkeitsfeder (10) bildet, daß der Kolbenkopf (14) eine Umfangswand (70) hat, daß sich ein ringförmiger Spalt zwischen der Umfangswand des Kolbenkopfes und der zylindrischen Wand (84) erstreckt, und daß die kompressible Flüssigkeit (22) von der Vorderseite des Kolbenkopfes durch diesen Spalt frei in einem Raum an der Rückseite des Kolbenkopfes strömen kann, wenn die Flüssigkeitsfeder in Richtung auf das Werkstück gedrückt wird, um so das Werkstück festzuspannen.