DE10115634A1 - Hydraulischer Druckübersetzer - Google Patents
Hydraulischer DruckübersetzerInfo
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Abstract
Es wird ein hydroelektrischer Druckübersetzer vorgeschlagen, bei dem der den Hochdruck bewirkende Tauchkolben 8 bzw. dessen Antriebsspindel 9 und/oder die Kolbenstange 3 des Arbeitskolbens 2 durch elektrische Mittel, insbesondere Elektromotoren, wie Linearmotoren 11 angetrieben werden.
Description
Die Erfindung geht aus von einem hydraulischen Druckübersetzer
nach Gattung des Hauptanspruchs. Bei einem bekannten
hydraulischen Druckübersetzer der gattungsgemäßen Art (DE-OS 42 23 411)
wird zur Erzeugung des Hochdrucks die Kolbenspindel
des Tauchkolbens über einen pneumatischen Antriebskolben
betätigt. Hierdurch besteht eine direkte Abhängigkeit von einer
pneumatischen Versorgung dieses Druckübersetzer, die in manchen
Fällen nicht gegeben ist, bzw. stets mit gewissen Umständen
verbunden ist und den Einsatz des Gerätes von einer solchen
Luftversorgung abhängig macht.
Der erfindungsgemäße hydraulische Druckübersetzer mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat
demgegenüber den Vorteil, von einer Druckluftversorgung
unabhängig zu sein und von einer stets zur Verfügung stehenden
Energie, nämlich dem elektrischen Strom, versorgt zu werden. Im
Gegensatz hierzu stehen solche Anlagen, wie auch oben genannte
zum Stand der Technik gehörende Anlagen, bei denen über Ventile
die Hydraulik oder Pneumatik gesteuert wird, die wiederum den
Druckübersetzer mit Medien, nämlich Druck und Hydrauliköl
eingegebener Energie versorgen (DE-OS 26 25 884). Auch hier
besteht der Nachteil der belastenden Abhängigkeit von derartigen
Energieversorgern im Gegensatz zur Erfindung, bei der die
Hydraulik lediglich innerhalb des Druckübersetzers zur Umsetzung
der mit verhältnismäßig geringer Kraft angetriebenen
Kolbenbewegung zu einem hydraulischen Hochdruck, mit
entsprechender Antriebskraft des Arbeitskolbens. Bereits geringe,
über elektrische Energie erzeugte, Hubkräfte genügen, um den
hydraulischen Hochdruck zu erzeugen. Hierbei ist durchaus
denkbar, dass auch die durch die elektrische Energie in den
elektrischen Arbeitsmitteln erzeugte Antriebskraft gesteuert wird,
beispielsweise indem für den Eilgang eine geringere Kraft erzeugt
wird und bei Eintauchen des Tauchkolbens in den Arbeitsraum und
aufgrund des dadurch dort gegebenen höheren Drucks, bzw.
mechanischen Vorgangs, eine elektrische Umschaltung erfolgt. Auch
dies ist ein zusätzlicher Vorteil der erfinderischen Lösung.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient als
Antriebsmittel ein Elektromotor, der in unterschiedlichster Weise
ausgestaltet sein kann, maßgebend ist, dass zumindest mittelbar
ein Hub, also eine Linearbewegung der Antriebsspindel, bzw. des
Tauchkolbens, und dann für den Arbeitshub, der Kolbenstange
erfolgt.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung dient als elektrisches Antriebsmittel ein
Kugelspindelmotor odgl. Auch hier gibt es außer Kugelspindeln und
Trapezspindeln die verschiedensten Ausführungen, bei denen durch
die Anordnung der Spindelwand und des Antriebsmittels die
Drehbewegung des Motors in eine Linearbewegung der
Antriebsspindel umgesetzt wird.
Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der
Elektromotor als Linearmotor ausgebildet, bei dem der Anker
mindestens mittelbar mit dem Tauchkolben oder der mit diesem
verbundenen Antriebsspindel und/oder der Kolbenstange des
Arbeitskolbens verbunden ist, so dass vor allem der Eilgang durch
die Linearkräfte erfolgen kann und wobei die Antriebsspindel als
Anker des Linearmotors dienen kann. Bei der Verwendung eines
solchen Linearmotors an der Kolbenstange können nach Eintauchen
des Tauchkolbens in den Arbeitsraum am Linearmotor gegebene
Haltekräfte, aufgrund der hohen Druckübersetzung, leicht
überwunden werden, wobei vor allem beim Eilgang und Rückhub
eine schnelle Verstellung möglich ist.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
wird der vor dem Arbeitshub liegende Eilgang und/oder nach dem
Arbeitshub liegende Rückhub mindestens teilweise hydraulisch
bewirkt.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung ist innerhalb des Gehäuses und um die Kolbenstange
sowie begrenzt durch den Arbeitskolben ein Ringraum zur
hydraulischen Steuerung vorhanden. Die hierdurch ermöglichte,
hydraulische Servofunktion lässt die Anwendung bekannter Mittel,
wie Servomotor und dergleichen zu.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung besteht zwischen Ringraum und Speicherraum eine
hydraulische Verbindung.
Nach einer diesbezüglichen zusätzlichen Ausgestaltung der
Erfindung ist um die Antriebsspindel ein zur Antriebsspindel und
zum Gehäuse hin abgedichteter Ringkolben axial verschiebbar
angeordnet, welcher einen, mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten,
Ausgleichsraum zum Speicherkolben hin begrenzt und welcher auf
der dem Speicherkolben abgewandten Seite durch eine den
Hydraulikniederdruck bestimmenden Feder belastet ist, und
welcher mit der hydraulischen Verbindung verbunden ist. Dieser
Ausgleichsraum 14 bewirkt aufgrund der Feder einen gleichmäßigen
Druck im Speicherraum und im Ringraum, zumindest während des
Rückhubs.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung ist in der hydraulischen Verbindung zwischen
Speicherraum und Ringraum, bzw. Ausgleichsraum jeweils ein
Steuerventil angeordnet, welches als Einwegventil in
Strömungsrichtung aus Ringraum oder Speicherraum heraus
sperrt, hingegen in Strömungsrichtung zu diesen Räumen drosselt.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist die Antriebsspindel, bzw. die Kolbenstange durch einen
Linearmotor antreibbar, wie oben bereits angedeutet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung und den
Ansprüchen entnehmbar.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein hydroelektrischer Druckübersetzer im Längsschnitt und
Fig. 2 stark vereinfacht ein entsprechendes Alternativbeispiel.
Die bei den beiden Ausführungsbeispielen vorhandenen gleichen
Bauteile oder Bauteile gleicher Funktion sind im Folgenden mit
derselben Bezugsziffer bezeichnet.
In einem Gehäuse 1 eines hydraulischen Druckübersetzers ist über
einen Arbeitskolben 2 eine Kolbenstange 3 angetrieben und ein
hydraulischer Arbeitsraum 4 vorgesehen. Außerdem ist ein
Speicherraum 5 vorgesehen, der mit dem Arbeitsraum 4 durch eine
Steuerbohrung 6 verbunden ist und durch einen Speicherkolben 7
begrenzt ist. Koaxial mit dem Speicherkolben 7 ist ein
Tauchkolben 8 vorgesehen, der mit einer Antriebsspindel 9
verbunden ist, der nach Zurücklegung eines bestimmten Hubes in
die Steuerbohrung 6 taucht, diese sperrt und bei Fortsetzung des
Hubes im Arbeitsraum 4 einen entsprechend dem
Durchmesserverhältnis von Tauchkolben 8 und Arbeitskolben 2
gegebenen Hochdruck erzeugt. Während eines ersten Hubes,
nämlich dem Eilgang, wird die Kolbenstange 3 an das Werkstück
herangefahren, wonach dann über den Tauchkolben 8 ein Krafthub
erzeugt wird zur Bearbeitung des Werkstücks, beispielsweise einer
Stanzung derselben.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit dem
Speicherkolben 7 in axialer Linie mit dem Tauchkolben 8 eine
Antriebsspindel 9 befestigt, die einen Linearmotor 11 durchdringt,
der außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet und an diesem befestigt
ist. Sobald die Kolbenstange 3 den Eilhub beendet hat und der
Tauchkolben 8 in die Steuerbohrung 6 getaucht ist, wird der Hub
dieses Tauchkolbens 8 über den Linearmotor fortgesetzt, zur
Erzeugung eines Hochdrucks im Arbeitsraum 4 und einem
entsprechenden Vorschub der Kolbenstange 3. Koaxial zur
Antriebsspindel 9 ist auf dieser ein Ringkolben 12 axial verschiebbar
angeordnet, der durch eine Feder 13 belastet ist und der auf jener
der Feder 13 abgewandten Seite einen Ausgleichsraum 14 begrenzt,
welcher andererseits durch den Speicherkolben 7 begrenzt ist.
Dieser Ausgleichsraum 14 ist über eine Leitung 15 sowohl mit dem
Speicherraum 5 als auch mit einem Ringraum 16 verbunden, der
zwischen Arbeitskolben 2, Gehäuse 1 und Kolbenstange 3 gebildet
ist. In den Leitungsabschnitten einmal zum Ringraum 16 als auch
zum Speicherraum 5 sind Steuerventile 17 angeordnet, die jeweils
zum Speicherraum 5 bzw. Ringraum 16 hin einen freien Durchfluß
zu diesen Räumen dem Rückhublauf der Einrichtung dient, tritt die
Drosselwirkung beim Eilgang bzw. Arbeitshub des Druckübersetzers
auf.
Bei dem in Fig. 2 nur sehr vereinfacht dargestellten
Ausführungsbeispiel ist auch die Kolbenstange 3 über einen nur
prinzipiell dargestellten Spindeltrieb 18 betätigbar, der insbesondere
als Linearmotor ausgebildet ist. Außerdem sind in Fig. 2 ein
Servomotor 19, ein zusätzlicher Speicher 21 für Hydraulikflüssigkeit
und ein Assynchronmotor 22 entnehmbar, welcher einen
Spindeltrieb 23 der Spindel 24 betätigt, die wiederum achsgleich mit
dem Tauchkolben 8 verbunden ist.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der
Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
1
Gehäuse
2
Arbeitskolben
3
Kolbenstange
4
Arbeitsraum
5
Speicherraum
6
Steuerbohrung
7
Speicherkolben
8
Tauchkolben
9
Antriebsspindel
10
-
11
Linearmotor
12
Ringkolben
13
Feder
14
Ausgleichsraum
15
Leitung
16
Ringraum
17
Steuerventil
18
Spindeltrieb
19
Servomotor
20
-
21
Speicher
22
Motor
23
Spindeltrieb
24
Spindel
Claims (10)
1. Hydraulischer Druckübersetzer
mit einem in einem Aggregatsgehäuse (1) angeordneten Arbeitsraum (4) für wechselnde Drücke, nämlich einem niederen Speicherdruck für einen Eilgangvorlauf und einem Rückhub sowie einem hohen Arbeitsdruck für einen Arbeitshub,
mit einem den Arbeitsraum (4) stirnseitig begrenzenden und durch den Arbeitsdruck im Arbeitsgehäuse (1) für den Arbeitshub betätigbaren Arbeitskolben (2), welcher durch eine Kolbenstange (3) nach außerhalb des Gehäuses (1) geführt ist,
mit einem mit dem Arbeitsraum (4) hydraulisch verbindbaren, in einem Zylinderraum des Gehäuses (1) angeordneten Speicherraum (5), aus dem während des Eilgangs Hydrauliköl unter Speicherdruck in den Arbeitsraum (4) strömt und beim Rückhub wieder zurück strömt,
mit einem als Hochdruckerzeuger betätigbaren nach dem Eilgang in den Arbeitsraum (4) tauchenden, eine Antriebsspindel (9) aufweisenden Tauchkolben (8) und
mit einem Antrieb des Tauchkolbens (8) auf der der Arbeitsraum (4) abgewandten Seite für den Eilgang als auch den Arbeitshub zur Erzeugung des hohen Arbeitsdrucks dadurch gekennzeichnet,
dass der Tauchkolben (8), bzw. die Antriebsspindel (9) mindestens für den Arbeitshub durch elektrische Arbeitsmittel (11, 18, 22, 23) angetrieben wird.
mit einem in einem Aggregatsgehäuse (1) angeordneten Arbeitsraum (4) für wechselnde Drücke, nämlich einem niederen Speicherdruck für einen Eilgangvorlauf und einem Rückhub sowie einem hohen Arbeitsdruck für einen Arbeitshub,
mit einem den Arbeitsraum (4) stirnseitig begrenzenden und durch den Arbeitsdruck im Arbeitsgehäuse (1) für den Arbeitshub betätigbaren Arbeitskolben (2), welcher durch eine Kolbenstange (3) nach außerhalb des Gehäuses (1) geführt ist,
mit einem mit dem Arbeitsraum (4) hydraulisch verbindbaren, in einem Zylinderraum des Gehäuses (1) angeordneten Speicherraum (5), aus dem während des Eilgangs Hydrauliköl unter Speicherdruck in den Arbeitsraum (4) strömt und beim Rückhub wieder zurück strömt,
mit einem als Hochdruckerzeuger betätigbaren nach dem Eilgang in den Arbeitsraum (4) tauchenden, eine Antriebsspindel (9) aufweisenden Tauchkolben (8) und
mit einem Antrieb des Tauchkolbens (8) auf der der Arbeitsraum (4) abgewandten Seite für den Eilgang als auch den Arbeitshub zur Erzeugung des hohen Arbeitsdrucks dadurch gekennzeichnet,
dass der Tauchkolben (8), bzw. die Antriebsspindel (9) mindestens für den Arbeitshub durch elektrische Arbeitsmittel (11, 18, 22, 23) angetrieben wird.
2. Druckübersetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass als Antriebsmittel ein Elektromotor (11, 18, 22) dient.
3. Druckübersetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass als elektrisches Antriebsmittel ein Kugelspindelmotor odgl. dient.
4. Druckübersetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der Elektromotor als Linearmotor (11) ausgebildet ist, bei dem
der Anker mindestens mittelbar mit dem Tauchkolben (8) und/oder
der Kolbenstange (3) des Arbeitskolbens (2) verbunden ist.
5. Druckübersetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der vor dem Arbeitshub liegende
Eilganghub und/oder der nach dem Arbeitshub liegende Rückhub
mindestens teilweise hydraulisch bewirkt wird.
6. Druckübersetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (1) und um die
Kolbenstange (3), sowie begrenzt durch den Arbeitskolben (2), ein
Ringraum (16) zur hydraulischen Steuerung, insbesondere für den
Rückhub vorhanden ist.
7. Druckübersetzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen Ringraum (16) und Speicherraum (5) eine hydraulische
Verbindung (15) besteht.
8. Druckübersetzer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass um die Antriebsspindel (9) ein zur Antriebsspindel und zum
Gehäuse (1) hin abgedichteter Ringkolben (12) axial verschiebbar
angeordnet ist, welcher einen, mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten,
Ausgleichsraum (14) zum Speicherkolben (7) hin begrenzt und welcher
auf der dem Speicherkolben (7) abgewandten Seite durch eine den
Hydraulikniederdruck bestimmenden Feder (13) belastet ist, und
welcher mit der hydraulischen Verbindung (15) verbunden ist.
9. Druckübersetzer nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, dass in der hydraulischen Verbindung zwischen
Speicherraum (5) und Ringraum (16), bzw. Ausgleichsraum (14) jeweils
ein Steuerventil (17) angeordnet ist, welches als Einwegventil in
Strömungsrichtung aus Ringraum (16) oder Speicherraum (5) sperrt,
hingegen in Strömungsrichtung zu diesen Räumen drosselt.
10. Druckübersetzer nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Antriebsspindel (9), bzw. die Kolbenstange (3)
durch einen Linearmotor antreibbar ist.
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