DE19853711C5

DE19853711C5 - Hydropneumatischer Druckübersetzer

Info

Publication number: DE19853711C5
Application number: DE19853711A
Authority: DE
Inventors: Kurt Farger
Original assignee: Farger & Joosten Maschb GmbH; Farger & Joosten Maschinenbau GmbH
Current assignee: Farger & Joosten Maschb GmbH; Farger & Joosten Maschinenbau GmbH
Priority date: 1997-11-24
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2018-11-21
Also published as: DE19853711B4; DE29720786U1; DE19853711A1

Abstract

Hydropneumatischer Druckübersetzer
– in Gestalt eines Zylinders (20) mit
– einem pneumatisch betätigbaren Übersetzungskolben (21) an dem ein Tauchkolben (22) angeordnet ist,
– einem Ölspeicherraum (4) für Hydraulikflüssigkeit, der durch einen Ölspeicherraumkolben (5) begrenzt ist,
– einem mit Hydraulikflüssigkeit gefülltem Arbeitsraum (3), in dem ein Arbeitskolben (7) beweglich angeordnet ist, der pneumatisch in einem Eilhub und nachfolgend hydraulisch in einem Krafthub betätigbar ist,
– einer hydraulischen Verbindung zwischen Ölspeicherraum (4) und Arbeitsraum (3), die vor dem Krafthub offen und beim Krafthub durch den Tauchkolben (22) verschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet,
– dass außerhalb des Zylinders (20) des Druckübersetzers ein Hydraulikflüssigkeit speichernder Ausgleichsspeicherraum (1) mit einem in seinem Inneren frei beweglichen, radial abgedichteten Ausgleichskolben (2) angeordnet ist,
– dass der Arbeitsraum (3) mit dem Ausgleichsspeicherraum (1) hydraulisch verbunden ist,
– dass vor dem Krafthub die Hydraulikflüssigkeit aus dem Ölspeicherraum (4) in den Arbeitsraum...

Description

Die Erfindung betrifft einen hydropneumatischen Druckübersetzer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Bei einem aus der DE 20 01 387 A1 bekannten hydraulischen Druckübersetzer ist eine Zylinderanordnung vorhanden, die insbesondere einen Arbeitskolben und einen Übersetzungskolben enthält.
Der Arbeitskolben ist in einem Arbeitszylinder geführt und kann über einen Ansatz eine erforderliche Arbeitskraft auf ein zu bearbeitendes Werkstück, beispielsweise zum Nieten, Richten, Spannen, Drücken, Schweißen, Abscheren oder Lochen, ausüben. Der Übersetzungskolben ist in einem Übersetzungszylinder geführt, der unter dem Einfluss eines Niederdrucksystems steht und seinerseits ein den Arbeitskolben betätigendes Hochdrucksystem beeinflusst, das mit einem inkompressiblen Medium und einem zugehörigen Speicher, z. B. einem Ölspeicherraum, versehen ist.
Bei diesem bekannten Druckübersetzer kann somit der eigentliche Arbeitszyklus in einen Eilhub und einen Krafthub aufgeteilt werden. Während des hier pneumatisch bewirkten Eilhubes wird der Arbeitskolben mittelbar bei relativ geringem Kraftbedarf an das zu bearbeitende Werkstück schnell herangeführt und während des hydraulisch bewirkten Krafthubes wird bei großem Kraftbedarf aber bei relativ kurzem Weg des Arbeitskolbens der eigentliche Bearbeitungsvorgang ausgeführt.
Ferner ist bei der bekannten Anordnung im Speicher für das Hydrauliköl des Hochdrucksystems ein Ölspeicherraumkolben über Dichtungsreibung in seiner Ausgangslage gehalten. Sobald der Arbeitskolben für einen Eilhub freigegeben wird, strömt Druckluft sowohl auf den im Eilhub pneumatisch betätigten Arbeitskolben als auch auf den Ölspeicherraumkolben. Die Hydraulikflüssigkeit strömt somit vom Ölspeicherraum in den sich vergrößernden Arbeitsraum und zwar unter dem anliegenden Luftdruck. Sobald während des Krafthubes ein mit dem Übersetzungskolben verbundener Tauchkolben angetrieben wird und in eine Tauchkolbendichtung radial dichtend eintaucht, wird im Arbeitsraum bei weiterem Vorschieben des Tauchkolbens in die Hydraulikflüssigkeit Hochdruck erzeugt, der den Arbeitskolben weiter vertreibt und somit keine Hydraulikflüssigkeit mehr vom Ölspeicherraum in den Arbeitsraum fließen kann.
Nachteilig ist bei dieser bekannten Anordnung, dass hierbei ein Unterdruck im Arbeitsraum entstehen kann, sofern sich der Arbeitskolben, beispielsweise durch Luftdruckschwankungen noch schneller, bezüglich der Volumeneinheiten, bewegt als der Tauchkolben. Dies kann zur Lösung von in der Hydraulikflüssigkeit gebundener Luft, bzw. zur Bildung von Vakuumblasen führen und damit zur Aufschäumung des Öls und zu einer Störung der Arbeitszyklen.
Ein vergleichbares Problem hat der in der DE 44 45 011 A1 beschriebene Gegenstand. Er ist ein Druckübersetzer mit einem Arbeitsraum und einem Ölspeicherraum. Der Ölspeicherraum befindet sich entweder als interner Raum im Zylinder oder als externer Raum außerhalb des Zylinders. Ab einem bestimmten Tauchkolbenhub wird die hydraulische Verbindung zwischen dem Ölspeicherraum und dem Arbeitsraum abgetrennt. Ein schnell bewegter Tauchkolben führt auch hier zu Vakuumblasen und einem Aufschäumen des Hydrauliköls.
Aus der EP 0 577 955 A1 ist ein Druckübersetzer bekannt, dessen Ölspeicherraum auch dann mit dem Arbeitsraum verbunden ist, wenn der Tauchkolben die Verbindung zwischen dem Ölspeicherraum und dem Arbeitsraum verschlossen hat, sofern der Hydraulikdruck im Ölspeicherraum größer ist als im Arbeitsraum. Dazu ist zwischen dem Ölspeicherraum und dem Arbeitsraum ein in Richtung des Ölspeicherraumes sperrendes Rückschlagventil angeordnet.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckübersetzer der eingangs angegebenen Art so fortzubilden, dass bei einfacher Montierbarkeit ein störungsfreier Betrieb gewährleistet ist.
Vorteile der Erfindung
Die Aufgabe wird bei einem hydraulischen Druckübersetzer nach der eingangs genannten gattungsgemäßen Art mit einem pneumatisch betätigbaren Übersetzungskolben, einem Arbeitskolben, der pneumatisch in einem Eilhub und hydraulisch in einem Krafthub betätigbar ist und mit einem Ölspeicherraum für Hydraulikflüssigkeit erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Nach der Erfindung ist vom Arbeitsraum eine Verbindung zu einem mit Hydraulikflüssigkeit gefülltem, außerhalb des Zylinders des Druckübersetzers liegenden, leicht zu montierenden Ausgleichsspeicherraum hergestellt, durch die die Hydraulikflüssigkeit – zur Herstellung eines Druckausgleiches im Arbeitsraum (3) – strömen kann.
Auf einfache Weise ist dadurch, dass ein Hydraulikflüssigkeitsvolumen mit einem im Inneren frei beweglichen Ausgleichskolben und mit dem Arbeitsraum verbunden ist, erreicht, dass bei einem im Arbeitsraum entstehendem Unterdruck sofort Hydraulikflüssigkeit aus diesem Ausgleichsspeicherraum in den Arbeitsraum fließt. Diese vorteilhafte Ausführungsform verhindert die oben anhand des Standes der Technik beschriebenen Nachteile.
Wenn der Tauchkolben des Druckübersetzers dem im Eilhub vorgeeilten Arbeitskolben nachfolgt und ein Hochdruck erzeugt wird, wird zunächst der erfindungsgemäße Ausgleichskolben in seine Endlage zurückgeschoben, so dass das im Arbeitsraum befindliche Hydraulikflüssigkeitsvolumen stets gleich bleibt und der Krafthub damit exakt bei jedem Hub denselben Weg macht.
Beim Rückhub des Tauchkolbens, wenn dieser dem Arbeitskolben vorauseilt, könnte ebenfalls ein Unterdruck im Arbeitsraum entstehen. Auch in diesem Fall strömt jedoch Hydraulikflüssigkeit vom Ausgleichsspeicherraum in den Arbeitsraum.
Der Krafthub des Arbeitskolbens kann in mehreren Schritten erfolgen, wobei bei der erfindungsgemäßen Lösung der Tauchkolben immer aus der Ringdichtung fahren muss, damit Hydraulikflüssigkeit aus dem Ölspeicherraum in den Arbeitsraum fließen kann und der Ausgleichskolben in die Ausgangslage zurückgedrückt wird.
Als weitere Sicherung für einen störungsfreien Betrieb kann außerdem der mit dem Arbeitsraum verbundene Ausgleichsspeicherraum eine Berstdrucksicherung enthalten.
Ausführungsbeispiel
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydropneumatischen Druckübersetzers wird anhand der Figuren der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen hydropneumatischen Druckübersetzer;
2 eine Prinzipdarstellung der Arbeitsschritte während der verschiedenen Hubphasen des Druckübersetzers.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein Schnitt durch einen hydropneumatischen Druckübersetzer gezeigt, der einen Zylinder 20 aufweist, in dem im oberen Teil ein pneumatisch betätigbarer Übersetzungskolben 21 mit einem Tauchkolben 22 angeordnet ist, wobei mit dem Tauchkolben 22 in einer aus dem Stand der Technik bekannten Art und Weise der Übergang von dem pneumatischen Eilhub zu einem hydraulischen Krafthub bewirkbar ist.
Rechts neben dem Zylinder 20 des Druckübersetzers ist schematisch ein Ausgleichsbehälter 8 gezeigt, der im wesentlichen aus einen Ausgleichsspeicherraum 1 besteht, in dem sich ein frei beweglicher und hydraulisch abgedichteter Ausgleichskolben 2 befindet. Die Hydraulikflüssigkeit des Ausgleichsspeicherraums 1 ist mit einem Arbeitsraum 3 über eine Verbindungsleitung verbunden, wobei hier innerhalb des Zylinders 20 wiederum eine Verbindung des Arbeitsraumes 3 mit einem Ölspeicherraum 4 vorhanden ist. Im Ölspeicherraum 4 ist ein Ölspeicherraumkolben 5 angeordnet, der den Ölspeicherraum 4 begrenzt.
In den Ölspeicherraum 4 ragt weiterhin das untere Ende 6 des Tauchkolbens 22 hinein, das in eine Tauchkolbendichtung 9 einführbar ist. Zur Ausführung des Krafthubes und zur Aufbringung einer Druckkraft auf ein hier nicht dargestelltes äußeres Werkstück ist ein Arbeitskolben 7 vorhanden, der während des Krafthubes hydraulisch bewegt wird.
In 2 sind die Arbeits- oder Hubphasen des Druckübersetzers gezeigt. Nach der Ausgangslage a) setzt der Eilhub b) ein, bei dem druckluftbetrieben der Arbeitskolben 7 und der Ölspeicherraumkolben 5 unter Mitnahme der inkompressiblen Hydraulikflüssigkeit herausgedrückt wird. Nach Anlage des Arbeitskolbens 7 am Werkstück am Ende des Eilhubes nach b) dringt der Tauchkolben 22 nach der Darstellung c) der 2 durch die Tauchkolbendichtung 9 und bewirkt den Krafthub des Arbeitskolbens 7 mit relativ kurzem Weg.
Wenn während des Krafthubes gemäß der Teildarstellung d) der Arbeitskolben durchbricht und weiter voran getrieben wird, kann zunächst aufgrund der verschlossenen Tauchkolbendichtung 9 keine Hydraulikflüssigkeit mehr vom Ölspeicherraum 4 in den Arbeitsraum 3 fließen. Dies kann zu einem Un terdruck im Arbeitsraum 3 führen, sofern der Arbeitskolben sich schneller bewegt als der Tauchkolben 22. Mit dem erfindungsgemäßen Ausgleichsspeicherraum 1 ist gewährleistet, dass nun ein Hydraulikflüssigkeitsvolumen aufgrund des Unterdrucks aus dem Ausgleichsspeicherraum 1 mit dem frei beweglichen Ausgleichskolben 2 nachfließt und einen Druckausgleich herstellt. Wenn nun der Tauchkolben 22 dem vorgeeilten Arbeitskolben 7 nachfolgt und somit wieder Hochdruck erzeugt wird, so wird zunächst der Ausgleichskolben 2 in seine Endlage zurückgeschoben, so dass das im Arbeitsraum 3 befindliche Hydraulikvolumen gleich bleibt.
Beim Rückhub des Tauchkolbens 22 nach der Teildarstellung e) aus der 2 wird, wenn dieser dem Arbeitskolben 7 wieder vorauseilen sollte, ebenfalls ein Unterdruck im Arbeitsraum 3 entstehen können. Auch jetzt strömt Hydraulikflüssigkeit vom Ausgleichsspeicherraum 1 in den Arbeitsraum 3. Der somit von seiner Endlage entfernte Ausgleichskolben 2 wird jedoch beim nächsten Arbeitszyklus wieder in seine Ausgangslage gebracht, sobald der Ölspeicherraumkolben 5 mit Druckluft beaufschlagt wird und bevor der Tauchkolben 22 mit seinem Ende 6 in die Ringdichtung 9 wieder eintaucht.

Claims

Hydropneumatischer Druckübersetzer – in Gestalt eines Zylinders (20) mit – einem pneumatisch betätigbaren Übersetzungskolben (21) an dem ein Tauchkolben (22) angeordnet ist, – einem Ölspeicherraum (4) für Hydraulikflüssigkeit, der durch einen Ölspeicherraumkolben (5) begrenzt ist, – einem mit Hydraulikflüssigkeit gefülltem Arbeitsraum (3), in dem ein Arbeitskolben (7) beweglich angeordnet ist, der pneumatisch in einem Eilhub und nachfolgend hydraulisch in einem Krafthub betätigbar ist, – einer hydraulischen Verbindung zwischen Ölspeicherraum (4) und Arbeitsraum (3), die vor dem Krafthub offen und beim Krafthub durch den Tauchkolben (22) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, – dass außerhalb des Zylinders (20) des Druckübersetzers ein Hydraulikflüssigkeit speichernder Ausgleichsspeicherraum (1) mit einem in seinem Inneren frei beweglichen, radial abgedichteten Ausgleichskolben (2) angeordnet ist, – dass der Arbeitsraum (3) mit dem Ausgleichsspeicherraum (1) hydraulisch verbunden ist, – dass vor dem Krafthub die Hydraulikflüssigkeit aus dem Ölspeicherraum (4) in den Arbeitsraum (3) strömt und der Ausgleichskolben (2) in die Endlage zurückgedrückt wird und – dass durch die zwischen dem Arbeitsraum (3) und dem Ausgleichsspeicherraum (1) bestehende Verbindung die Hydraulikflüssigkeit – zur Herstellung eines Druckausgleichs im Arbeitsraum (3) – strömen kann.
Hydropneumatischer Druckübersetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Arbeitsraum (3) verbundene Ausgleichsspeicherraum (1) eine Berstsicherung enthält.