DE2916191A1

DE2916191A1 - Krafteinheit als antriebsvorrichtung, z.b. zum umformen, verformen, verdichten, schlagen und antreiben

Info

Publication number: DE2916191A1
Application number: DE19792916191
Authority: DE
Inventors: Horst Knaebel
Original assignee: Individual
Current assignee: Joseph Voegele AG
Priority date: 1979-04-21
Filing date: 1979-04-21
Publication date: 1980-10-23
Also published as: DE2916191C2; GB2047794B; IT8048442A0; IT1128516B; BE882786A; ATA162080A; FR2454548B1; GB2047794A; AT368922B; SE8002791L; FR2454548A1

Description

Krafteinheit als Antriebsvorrichtung, ζ. B. zum Umformen, Verformen, Verdichten, Schlagen und Antreiben

Stand der Technik

Durch die DE-OS 26 00 948 ist eine Krafteinheit als Arbeitsorgan, z. B. für Pressen, zum Formgeben, Verdichten usw. mit einem in einem Zylinder verschiebbaren Arbeitskolben mit Kolbenstange bekannt, wobei ein die Arbeitskraft liefernder Primärzylinderraum dauernd unter dem Druck eines Gaspolsters steht, welches vor jedem Arbeitshub komprimiert ist, während der Zylinderraum auf der Gegenseite des Kolbens, der Skundärzylinderraum, mit einem Druckmittel gefüllt ist, welches vor Arbeitsbeginn den Kraftausgleich des Arbeitskolbens schafft, so-wie mit einem Steuerventil und Ventil körper zum Entlasten des Sekundärzylinderraumes. Der Ventilkörper ist bei dieser vorbekannten Krafteinheit als großflächiger Hilfskolben ausgebildet und in einem Zylinderraum dichtend verschiebbar, den er in einen dem Sekundärzylinderraum zugekehrten, gegenüber dem Durchmesser des Hilfskolbens vergrößerten Nebenraum und in einen zur Rückstellung und Führung seiner-selbst dienenden Raum teilt, wobei der Hilfskolben stirnseitig einen druckentlasteten Aufsteuerraum vom Nebenraum dichtend abtrennt. Der Hilfskolben ist zwecks Abheben von seiner stirnseitigen Dichtfläche durch eine Kraft vom Aufsteuerraum her auf steuerbar, wodurch das Druckmittel des Sekundärzylinders eine schlagartige, plötzliche Verschiebung des Hilfskolbens - innerhalb weniger Millisekunden oder Bruchteilen davon - und damit eine ebenso schnelle Entspannung des Sekundärzylinderraumes bewirkt.

Eine derartige, auf den Erfinder und Anmelder dieser Patentanmeldung zurückgehende Krafteinheit besitzt u. a. den Vorteil, daß die Krafteinwirkung, z. B. auf ein Werkstück, schlagartig, augenblicklich, also innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne, z. B. nach Berührungskontakt von Werkzeug und Werkstück, erfolgt, da die Strömungsquerschnitte

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zwischen Sekundärzylinderraum und dem vom Hilfskolben freigegebenen Raum praktisch beliebig groß ausgeführt werden können und auch die Kolbenfläche des Hilfskolbens im Verhältnis zum Arbeitskolben groß ausgebildet werden kann. Die vorbekannte Krafteinheit ist mit einfachen Mitteln steuerbar, ermöglicht die industrielle Nutzung der Vorteile der Hochleistungsumformung, bietet eine geringe Unfallgefahr und auch geringe Lärmentwicklung im Vergleich mit vorbekannten Vorrichtungen, insbesondere solchen nach dem sogenannten Dynapack-Verfahren, und zwar insbesondere dadurch, daß die Krafteinwirkung z. B. erst nach Berührung in einem geschlossenen System erfolgt. Außerdem ist die vorbekannte Krafteinheit unter anderem anwendbar zum Gesenkschmieden, Freiformschmieden, Fließpressen, Einsenken, Prägen, Tiefziehen, Scheren und Stanzen. Weiterhin läßt sie sich auch zum Verdichten feinkeramischer und metallurgischer Stoffe einsetzen. Dabei kann eine solche Vorrichtung auch in Verbindung mit hydraulischen oder mechanischen Pressen oder in Verbindung mit einem z. B. von einem Kurbeltrieb angetriebenen Gegenstempel für die genannten Anwendungsgebiete eingesetzt werden.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Krafteinheit entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart auszubilden, daß die freigesetzte, auf das Arbeitsorgan zu übertragende Energie vorwählbar, feinfühlig dosierbar und maximal begrenzbar ist, und daß das Arbeitsorgan nicht durch die Vorrichtung selbst an der übertragung der Energie auf das z. B. zu bearbeitende, zu belastende, umzuformende, anzutreibende und dergleichen Arbeitsmaterial (Werkstück, Werkstoff, Untergrund, Boden) gehindert wird.

Lösung
Die Aufgabe w-ird durch die im Anspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.

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Einige Vorteile

Eine erfindungsgemäße Krafteinheit läßt sich sowohl als Druck-, wie auch als Zug- und/oder Rotationseinheit verwenden. Dadurch ist es z. B. möglich, eine solche Krafteinheit nicht nur zum Umformen, sondern auch zum Rammen, zur Durchführung von Abbrucharbeiten, zum Bodenverdichten, Zertrümmern, Schlagschrauben und Bohren,ζ. B. Schlagbohren, zu verwenden.

Dabei ist es in allen Fällen möglich, sowohl fortschreitende als auch intermittierende Arbeitsbewegungen durchzuführen.

Durch die Trennung des Arbeitskolbens vom Arbeitsorgan ist eine erfindungsgemäße Krafteinheit überlast- und unfallsicher.

Die Energiezufuhr kann bei allen Arbeitsvorgängen feinfühlig dem jeweiligen Arbeitsprozeß angepaßt werden, wodurch kurze Wirkzeiten und hohe Arbeitsfrequenzen möglich sind.

Die Energiedosierung kann mechanisch oder zeitabhängig erfolgen.

Ein besonderer Vorteil einer erfindungsgemäßen Krafteinheit ist noch darin zu sehen, daß sie besonders geräuscharm arbeitet, was insbesondere bei Außenarbeiten, wie Rammen oder Abbrucharbeiten,von großer Bedeutung ist.

Weitere Ausführungsformen

Bei Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 kann sich das Arbeitsorgan so weit bewegen, bis die vom Arbeitskolben übertragene Energie aufgebraucht ist, und zwar unabhängig von dem dem Sekundärraum zur Verfügung gestellten Entspannungsvolumen. Dadurch führt ein Weiterbewegen des Arbeitsorganes zu keinen nennenswerten Druckspitzen im Sekundärzylinderraum.

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Eine Ausführungsform nach Anspruch 3 weist den Vorteil großer Variationsmöglichkeiten für die Auslegung von Anstell- und Bremskräften auf. Der Arbeitskolben wirkt beim Durchlauf als Sicherheitsventil.

Um die sich aus den druckwirksamen Differenzflächen am Arbeitsorgan und/oder Arbeitskolben ergebenden Differenzkräfte auszugleichen bzw. zu überwinden, werden bei der Ausführungsform nach Anspruch 4 Kolben und/oder Federn und/oder Gewichte zum Bewirken der Anstellbewegungen bzw. zur Herbeiführung der Ausgangsstellung herangezogen.

Wird eine Ausführungsform nach Anspruch 5 gewählt, so ist es trotz einseitigen Austritts eines als Kolbenstange ausgebildeten Arbeitsorganes möglich, auf beiden Seiten des Arbeitskolbens die druckwirksamen Flächen gleichzuhalten. Da durch wenigstens einen Hilfskolben konzentrisch zum Arbeitsorgan und zum Arbeitskolben anzuordnen und den Hilfskolben dichtend gegen das Arbeitsorgan oder den Arbeitskolben zur Anlage zu bringen ist, ergibt sich eine kompakte Bauform.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 6 braucht die Krafteinheit nicht notwendigerweise z. B. in einen Maschinenrahmen einer Presse o. dgl. installiert zu werden. Vielmehr ist es auch möglich, eine derartige Krafteinheit als separate Maschine, beispielsweise als von Hand führbare Maschine zum Verdichten von Böden o. dgl. einzusetzen. Grundsätzlich läßt sich damit eine solche Ausführungsform für alle denkbaren Möglichkeiten der Reaktionskraftabstützung ausgestalten.

Von besonderem Vorteil ist auch eine Krafteinheit nach Anspruch 7. Bei dieser können durch geeignete Einrichtungen, z. B. Federn, selbst große Reaktionswege mit kleiner Kraft zurückgestellt werden. Da die Aktionszeit sehr kurz ist und über die Dosiermöglichkeit beeinflußt werden kann, läßt sich eine solche Krafteinheit gut und gefahrlos handhaben.

Bei Ausgestaltung gemäß Anspruch 8 ergibt sich eine einfache Fertigung und funktionsgerechte Anordnung der Teile bei sehr einfacher Wartung.

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Schließlich ermöglicht diese Ausgestaltung eine kompakte Bauweise.

Wird eine Krafteinheit gemäß Anspruch 9 ausgestaltet, so ergeben sich gute und weitgehende Anpaßmöglichkeiten der Entlastungsgeschwindigkeit des Sekundärraumes. Außerdem ist diese Entlastungegeschwindigkeit abstimmbar auf die zwischen den beiden Hilfskolben wirksam werdende Trennkraft.

Wenn diese Trennkraft zwischen den Hilfskolben konstant gehalten werden soll j empfiehlt es sich, dies hydraulisch durchzuführen. Bei einer Gasdruckabstützung zwischen den beiden Hilfskolben ergibt/eine stark degressiv und stark progressiv verlaufende Kraft.

Dabei kann unter den beiden Hilfskolben ein nachfolgend noch beschriebener erster und zweiter Hilfskolben verstanden werden.

Bei Ausgestaltung gemäß Anspruch 11 ergibt sich eine sanfte und wirksame Anschlagdämpfung, und zwar sowohl _t wenn dies hydraulisch oder pneumatisch geschieht.

Durch die ständige Verbindung des Primär- und des Sekundärzylinderraumes und durch einen ggf. einstellbaren By-Pass wird ein rascher Druckausgleich zwischen den beiden Zylinderräumen nach der Arbeitsphase erreicht. Dieser Druckausgleich kann im Bedarfsfalle zeitlich, beispielsweise durch eine in den By-Pass eingeschaltete, einstellbare Drossel,beeinflußt werden.

Eine Krafteinheit gemäß Anspruch 13 läßt sich mit Vorteil z. B. als Bohrmaschine, z. B. zum Bohren in Beton, Metallen, als Streckenvortriebsmaschine oder zum Antreiben des Bohrgestänges bei Erdöl- oder der Erdgassuche verwenden. Dabei besteht durch die besondere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Krafteinheit die Möglichkeit, die die geradlinige Vorschubbewegung und die Drehbewegung bewirkenden Antriebsenergien optimal aufeinander abzustimmen und diese Bewegungen entsprechend dem Arbeitsverfahren zu steuern.

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Wird gemäß Anspruch 14 die die geradlinige Bewegung bewirkende Krafteinheit von der die rotierende Bewegung antreibende Krafteinheit getrennt, so können beide Arbeitsbewegungen zeitlich phasenverschoben ausgeführt werden, während bei der druckmittel leitenden Verbindung der Sekundärzylinderräume diese Bewegungsngleichzeitig erfolgen können. Besonders in letzterem Falle ergibt sich eine weitere Vereinfachung der Vorrichtung, z. B. dadurch, daß für die beiden Sekundärzylinderräume der Krafteinheiten für die geradlinige und rotierende Bewegung nur mindestens ein Hilfskolben vorgesehen zu werden braucht, der das erforderliche Entspannungsvolumen aufnimmt.

In der Zeichnung ist die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen - teils schematisch - veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 Einen Teillängsschnitt durch eine Krafteinheit gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform, ebenfalls im Teillängsschnitt;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III - III der Fig. 1 bzw. der Fig. 2;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform, ebenfalls im Teillängsschnitt;

Fig. 5 einen Teilquerschnitt durch abermals eine weitere Ausführungsform;

Fig. 6 eine als Ziehvorrichtung ausgebildete Krafteinheit in der Seitenansicht

Fig. 7 eine als Ramme eingesetzte Krafteinheit, gleichfalls in der Seitenansicht;

Fig. 8 zwei Ausschnitte aus zwei weiteren Ausführungsformen der und 9 Erfindung.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist bei sämtlichen aus der Zeichnung ersichtlichen Ausführungsformen ein Gehäuse bezeichnet, in dem ein Zylinder/angeordnet ist.

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Die Ausführungsformen nach den Figuren 8 und 9 besitzen u. a. den Vorteil, daß die Masse der abzubremsenden Arbeitskolben extrem geringgehalten werden kann_s so daß bei der auch bei allen anderen AusfUhrungsformen möglichen Energiedosierung keine Druckspitzen auftreten können. Bei diesen AusfUhrungsformen wird der noch bei der Ausführungsform nach Fig. 5 erforderliche Freilauf gespart.

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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist in dem Zylinder 2 ein Arbeitskolben 3 längsverschieblich und dichtend geführt. Der Arbeitskolben 3 ist auf einem den Zylinder 2 zentrisch durchsetzenden, als Kolbenstange ausgebildeten Arbeitsorgan 4 verschieblich gelagert. Das Arbeitsorgan 4 weist an seinem einen freien Ende eine Ringschulter 5 auf, zwischen der und einem Gehäusedeckel 6 ein bei der dargestellten Ausführungsform als Druckfeder ausgebildetes Federelement/eingespannt ist.

Im Abstand von der Schulter 5 ist ein Bund 8, und zwar ebenso wie die Schulter 5 mit der Kolbenstange 4 materialmäßig einstückig verbunden.

Die Kolbenstange 4 besitzt auf beiden Seiten des Bundes 8 den gleichen Durchmesser, d. h. d^ = O2.

Im übrigen läßt die Fig. 1 erkennen, daß die Kolbenstange 4 mit ihrem dem Bund 8 abgekehrten freien Ende aus dem Gehäuse 1 hervortritt. An dieser Seite können geeignete, nicht dargestellte Kupplungsmittel zum Anordnen eines Werkzeuges 0. dgl. vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, das freie Ende der Kolbenstange 4 selbst als Werkzeug auszubilden.

Mit 9 ist im Gehäuse 1 eine zylindrische Ausnehmung bezeichnet, die im Durchmesser auf den Außendurchmesser des Bundes 8 abgestimmt ist und zur Endlagendämpfung dient.

Das Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Primärzylinderraum, während 11 ein Sekundärzylinderraum ist.

Der Primärzylinderraum 10 ist über einen Kanal 12 und eine Leitung an einen Energiespeicher 14 angeschlossen. In die Leitung 13 mündet eine Zuführleitung/, die durch eine nicht näher dargestellte Druckmittelquelle mit Druckmittel, insbesondere einer geeigneten hydraulischen Druckflüssigkeit ,versorgt wird.

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16 ist ein Gaspolster im Energiespeicher. Stattdessen können auch Federspeicher oder Gewichtsspeicher verwendet werden.

Der Sekundärzylinderraum 11 ist ebenfalls über einen Kanal 17 an eine nachfolgend noch im einzelnen im Zusammenhang mit Fig. 3 zu beschreibende Entspannungsvorrichtung angeschlossen.

Ober die Leitung 18 ist der Primärzylinderraum 10 mit der Entspannungsvorrichtung ebenfalls druckmittel!ei tend verbunden (Fig.3).

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 sind für Teile gleicher Funktion die gleichen Bezugszeichen verwendet worden. Diese AusfUhrungsform unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, daß der Durchmesser d, größer ist als der Durchmesser d₂ der Kolbenstange 4. Dadurch ergibt sich eine druckwirksame Fläche, die in Richtung Y, also entgegengesetzt zur Arbeitsrichtung X, wirksam wird.

Das Bezugszeichen 19 bezeichnet einen Plunger, der in einem Zylinder längsverschieblich und dichtend geführt ist. Dieser Zylinder 20 ist über eine Leitung 21 an ein als Dreiwegeventil ausgebildetes Magnetventil 22 angeschlossen, das eine zu einem Tank 23 führende Leitung und eine an die Zuführleitung 15 angeschlossene Leitung 25a aufweist. In der aus Fig. 2 ersichtlichen Stellung ist der Zylinder 20 über das Dreiwegeventil 22 zum Tank 23 entlastet.

Zwischen Primär- und Sekundärraum 10 und 11 ist ein einstellbarer By-Pass vorgesehen, der die Räume 10 und 11 verbindet. Ein solcher By-Pass kann auch bei allen anderen im Rahmen des Erfindungsgedankens (Aufgabe und Lösung) liegenden Ausführungsformen vorgesehen sein.

Wie die Fig. 3 erkennen läßt, ist tangential zum Zylinder 2 die Entspannungsvorrichtung angeordnet. Diese Entspannungsvorrichtung weist zwei Buchsen 25 bzw. 26 auf. In jeder Buchse 25 bzw. 26 sind je ein erster und ein zweiter Hilfskolben 27, 28 bzw. 29, 30 längsverschieblich und dichtend geführt.

Sämtliche Hilfskolben sind koaxial-zueinander angeordnet.

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Die zwischen den beiden außenliegenden zweiten Hilfskolben 28 und 30 befindlichen ersten Hilfskolben 27 und 29 stützen sich stirnseitig dichtend über eine Ringschulter 31 bzw. 32 auf einen gehäusefesten Ventilsitz 33 ab. Sowohl der erste Hilfskolben 27 als auch der erste Hilfskolben 29 bilden dadurch mit dem gehäusefesten Ventilsitz und ihren Ringschultern einen Aufsteuerraum 34, der über einen Kanal 35, eine Leitung 36 mit den den ersten Hilfskolben jeweils abgekehrten Zylinderräumen 37 bzw. 38 druckmittel leitend verbunden ist, in denen die zweiten Hilfskolben 28 und 30 längsverschieblich und dichtend geführt sind.

Die Bezugszeichen 39 und 40 bezeichnen Gehäusedeckel, die diese Zylinderräume 37 bzw. 38 der zweiten Hilfskolben 28 bzw. 30 druckmittel dicht verschließen und die Buchsen 25 bzw. 26 arretieren.

Die beiden ersten Hilfskolben 27 und 29 weisen zentrische Zylinderräume auf, in die jeweils ein kolbenartiger Ansatz 41 bzw. 42 des zugeordneten zweiten Hilfskolbens 28 bzw. 30 einzutauchen vermag. Der kolbenartige Ansatz 41 bzw. 42 ist jeweils einstückig mit dem zugeordneten zweiten Hilfskolben 28 bzw. 30 verbunden. Wie die Fig. 3 erkennen läßt, weist jeder erster Hilfskolben 27 und 29 eine Endlagendämpfung 43 bzw. 44 in Form einer Ausnehmung auf, in die der zugeordnete kolbenartige Ansatz 41 bzw. 42 des betreffenden zweiten Hilfskolbens 28 bzw. 30 einzutauchen und das dort vorhandene Druckmittel zu verdrängen vermag.

Der jeweilige Hohlraum 45 bzw. 46 des ersten Hilfskolbens 27 bzw. 29 ist über mehrere seine Umfangsflache durchdringende Schlitze 47 bzw. einerseits und je einen Kanal 49 bzw. 50 über die Leitung 18 an den Primärzylinderraum 10 angeschlossen. Andererseits stehen diese Schlitze 47 bzw. 48 über mehrere Steuerschlitze 51 bzw. 52 und den Kanal 17 mit dem Sekundärzylinderraum 11 in druckmittelleitender Verbindung.

Die dem Zylinderraum 37 bzw. 38 zugekehrte, druckwirksame Fläche des betreffenden zweiten Hilfskolbens 28 bzw. 30 ist jeweils größer als die dem Ventilsitz zugekehrte, druckwirksame Fläche des zugeordneten

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ersten Hilfskolbens 27 bzw. 29. Dadurch sind die zweiten Hilfskolben 28 bzw. 30 in der Lage, den zugeordneten ersten Hilfskolben 27 bzw. zu überwinden und ihn gegen seinen Ventilsitz 33 anzulegen.

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Bei der dargestellten AusfUhrungsform ist die Differenz der Flächen Über je einen Kanal 53 bzw. 54 an eine Lekageleitung 55 angeschlossen, so daß die jeweilige Differenzfläche nicht druckwirksam ist.

Die Zylinderräume 37 und 38 und der Aufsteuerraum 34 sind über ein als Dreivegeventil ausgebildetes Magnetventil 56 je nach dessen Schaltstellung an einen Tank 57 oder über die Leitung 58 an den Sekundärzylinderraum 11 druckmittel!eitend angeschlossen.

Die Wirkungsweise der aus den Figuren 1 bis 3 ersichtlichen Ausführungsformen ist folgende:

Ausführungsform Fig. 1; Fig. 3:

Durch die Verbindung von Primär- und Sekundärzylinderraum 10 und 11 sind die Druckmitteldrücke in diesen Zylinderräumen ausgeglichen. Wird bei der aus Fig. 1 ersichtlichen Stellung der Teile das Dreiwegeventil 56 (Fig. 3) erregt, so werden die Zylinderräume 37 und 38 sowie der Aufsteuerraum 34 druckentlastet. Dadurch bewegen sich die zweiten Hilfskolben 28 und 30 nach außen, also voneinander weg, während die ersten Hilfskolben 27 und 29 unter Einwirkung der durch die kolbenartigen Ansätze 41 und 42 gebildeten druckwirksamen Fläche zur Anlage gegen den Ventilsitz 33 gehalten werden.

Wird das Dreiwegeventil 56 abgeschaltet, so werden die Zylinderräume 37 und 38 und auch Aufsteuerraum 34 unter Druckmitteldruck gesetzt. Dies hat einerseits zur Folge, daß die ersten Hilfskolben 27 und 29 von ihren Ventilsitzen schlagartig, plötzlich,abheben und sich in Richtung auf den jeweils zugeordneten.zweiten Hilfskolben zu-bewegen.

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Gleichzeitig setzen sich aber auch die beiden zweiten Hilfskolben 28 und durch die Druckmittelbeaufschlagung der Zylinderräume 37 und 38 entgegengesetzt zur Bewegung der/Hilfskolben in Bewegung und überwinden den jeweils zugeordneten ersten Hilfskolben 27 bzw. 29 nach einem gedämpften Auftreffen und drücken den jeweiligen ersten Hilfskolben wieder in seine aus Fig. 3 ersichtliche dichtende Endlage zurück.

Durch das Aufsteuern der ersten Hilfskolben 27 und 29 wird das Volumen des Sekundärzylinderraumes 11 schlagartig, plötzlich, praktisch innerhalb weniger Millisekunden,oder innerhalb von Bruchteilen davon,vergrößert. Dies hat zur Folge, daß der Arbeitskolben 3 sich ebenso schlagartig, plötzlich,in Richtung X in Bewegung setzt und das Arbeitsorgan, die Kolbenstange 4, in Richtung X vorantreibt, allerdings nur so lange, bis das durch die ersten Hilfskolben 27 und 29 bereitgestellte Entspannungsvolumen aufgebraucht ist. Dann bleibt der Arbeitskolben 3 stehen, während das Arbeitsorgan 4 sich weiter in Richtung X bewegt, und zwar bis die Energie am Werkstück aufgebraucht ist.

Dadurch, daß die ersten Hilfskolben 27 und 29 wieder in ihre Endlage gebracht worden sind, sind Primär- und Sekundärzylinderraum wieder miteinander verbunden, so daß die Druckfeder 7 das Arbeitsorgan und damit den Arbeitskolben wieder in Richtung Y in deren Ausgangsstellungen zurückbewegen kann.

Diese Arbeitsweise gilt grundsätzlich auch für die Ausführungsform nach Fig. 2, allerdings mit dem Unterschied, daß durch die durch die unterschiedlichen Durchmesser hervorgerufene Flächendifferenz nach Wiederanlage der ersten Hilfskolben 27 und 29 der Arbeitskolben 3 und das Arbeitsorgan 4 wieder in Richtung Y in deren Ausgangsstellung zurückbewegt werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist durch die druckwirksame Differenzfläche eine ständig in Richtung Y wirkende Kraft vorhanden, die durch den Plunger 19 für die Anstellung überwunden werden muß.

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Dies geschieht dadurch, daß das Dreiwegeventil 22 erregt wird, wodurch die Leitung 21 an die Druckmittelzufuhr angeschlossen wird. Der Zustellweg kann durch Endschalter oder durch Auflage auf das zu bearbeitende Werkstück bestimmt werden.

Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind für Teile gleicher Funktion die bereits bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen verwendeten Bezugszeichen verwendet worden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist im übrigen der Arbeitskolben 3 als Stufenkolben ausgebildet, so daß auch der Zylinder 2 Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern d₂ bzw. d₃ aufweist, während der Durchmesser des als Kolbenstange ausgebildeten Arbeitsorganes 4 mit dbezeichnet ist. Dadurch ergeben sich druckwirksame Flächen, die wie folgt definiert sind:

A₁ = (d₂ - (I₁)
A₂ =d₃

Diese druckwirksamen Flächen A₁ und A₂ sind gleich oder geringfügig unterschiedlich, so daß sich entsprechende Anstell- oder Rücklaufkräfte ergeben.

Koaxial zum Arbeitsorgan 4 bzw. zum Arbeitskolben 3 ist die Entspannungsvorrichtung, bestehend aus einem ersten Hilfskolben 59 und einem zweiten Hilfskolben 60 angeordnet. Letzterer taucht wiederum mit einem kolbenstangenförmigen Ansatz 61 in einen Hohlraum 62 des ersten Hilfskolbens 59 ein, wobei sowohl stirnseitig als auch radial Spiel zwischen dem kolbenstangenförmigen Ansatz des zweiten Hilfskolbens 60 vorhanden ist.

Der erste Hilfskolben 59 liegt bei der aus Fig. 4 ersichtlichen Lage der Teile mit einer Ringschulter 63 dichtend an dem als Ventilsitz ausgebildeten Bund 8 an und bildet mit diesem einen Aufsteuerraum 64.

Dieser Aufsteuerraum 64 ist durch eine koaxial in der Kolbenstange 4

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verlaufende Bohrung 65, einen Anschlußkanal 66, einen Ringraum 67 und eine Leitung 68 mit dem Zylinderraum 69 des zweiten Hilfskolbens 60 druckmittel!eitend verbunden. Dieser zweite Hilfskolben 60 stützt sich über eine Feder 70 gegen das Gehäuse 1 ab, die die Aufgabe hat, die gesamte Entspannungsvorrichtung bestehend aus erstem und zweitem Hilfskolben 59 und 60 zur dichtenden Anlage gegen den Bund 8 anzulegen.

Der erste und zweite Hilfskolben 59 und 60 haben gleiche druckwirksame Flächen.

Der Gasraum 16 des Energiespeichers 14 ist über eine Leitung 71 über eine Drossel 72 an einen Kanal 73 angeschlossen, der in einen Ringraum 74 des zweiten Hilfskolbens 60 ausmündet ,und dieser Ringraum 74 steht über mindestens eine Nut 75 mit dem Hohlraum 62 des ersten Hilfskolbens 59 in Verbindung.

Der Ringraum 76 des ersten Hilfskolbens 59 ist dagegen über einen Kanal 77 an eine Leitung 78 an den Energiespeicher 14 angeschlossen, wobei über mindestens einen Schlitz 79 eine druckmittel!eitende Verbindung zum Sekundärzylinderraum 11 hergestellt ist. Da der Primärzylinderraum 10 über die Leitung 80 ebenfalls mit dem Energiespeicher 14 und damit mit der Leitung 78 verbunden ist, sind auch der Ringraum 76 und der Sekundärzylinderraum 11 an den Primärzylinderraum 10 angeschlossen.

Das Bezugszeichen 81 bezeichnet eine Zuführleitung, die an eine nicht dargestellte Druckmittelquelle, insbesondere an eine Hydraulikpumpe, angeschlossen ist.

Das Bezugszeichen 82 bezeichnet wiederum ein Dreiwegemagnetventil, das einerseits über eine Leitung 83 eine Verbindung zu dem Zylinderraum 69 des zweiten Hilfskolbens 60 und andererseits über eine Leitung 84 eine Verbindung zum Sekundärzylinderraum 11 herzustellen vermag.

Wird das Magnetventil 82 erregt, so ist der Zylinderraum 69 des zweiten Hilfskolbens 60 über die Leitung 83 und das Ventil 82 zu einem Tank

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85 entlastet.

Hinsichtlich der Wirkungsweise der Entlastungsvorrichtung, gebildet aus erstem und zweitem' Hilfskolben,kann auf die Ausführungen im Zusammenhang mit den Ausführungsformen nach den Figuren 1 bis 3 verwiesen werden mit dem Unterschied, daß die wirksame Kraft zwischen dem ersten und zweiten Hilfskolben 59 und 60 nicht konstant, sondern durch das Vorhandensein eines komprimierbaren Gases gebildet ist.

In Fig. 5 sind für Teile gleicher Funktion die gleichen Bezugszeichen verwendet worden wie bei der Beschreibung der Ausführungsformen nach den Figuren 1 bis 3.

Bei dieser Ausführungsform ist der Arbeitskolben 3 als Rotor ausgebildet, der über einen Freilauf 86 mit dem als Antriebswelle ausgebildeten Arbeitsorgan 4 in einer Richtung - bei der dargestellten Ausführungsform in Richtung Z - gekuppelt ist. Die Rückstellung kann über ein nicht dargestelltes Federelement, beispielsweise über eine Torsionsfeder, erfolgen.

Der gleichfalls im einzelnen nicht veranschaulichte Freilauf kann als Nadel frei lauf ausgebildet sein.

Durch den auf diametral einander gegenüberliegenden Seiten sektorenförmig gestalteten Arbeitskolben (Rotor) 3 ergeben sich paarweise Primär- und Sekundärzylinderräume 10 bzw. 11. Dadurch gleichen sich radiale Kräfte in jeder Stellung des Rotors aus.

Durch Erregung des DreiWegeventils 56 werden die ersten und zweiten Hilfskolben 27, 28 bzw. 29, 30 in gleicher Weise wie im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert betätigt, wodurch die Sekundärzylinderräume 11 schlagartig, plötzlichund augenblicklich entspannt und dadurch über den Freilauf 86 das Arbeitsorgan 4 und ein damit ggf. gekuppeltes Werkzeug, z. B. ein Bohrer in Richtung Z unter Einwirkung der gespeicherten Energie mitgenommen werden. Die Energie

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wird bei dieser Ausführungsform aus zwei Energiespeichern 14 entnommen.

In den Figuren 6 und 7 ist eine Krafteinheit dargestellt, die einmal zum Ziehen (Fig. 6) und zum anderen zum Rammen (Fig. 7) verwendet wird.

Diese Krafteinheit ist jeweils über ein Federelement 87 an einen nicht dargestellten Kran o. dgl. aufgehängt. Diese Aufhängung erfolgt gemäß Fig. 6 beim Ziehen an Zusatzgewichten 88 bzw. 89 des Gehäuses 1, während beim Rammen die Aufhängung an einem Spannkopf 90 erfolgt.

Um die Krafteinheit gemäß Fig. 6 und 7 für unterschiedliche Anwendungszwecke einzusetzen, wird die Krafteinheit - wie dargestellt - lediglich um 180 Grad gedreht und an das Federelement 87 angehängt.

Der schlagartige Antrieb erfolgt Über das Arbeitsorgan 4 in Richtung des eingezeichneten Pfeiles.

Die Reaktionskräfte werden durch die Zusatzgewichte 88, 89 aufgenommen. Beim Ziehen erfolgt dabei die Rückstellung über Feder 87 durch den nicht dargestellten Kran o. dgl., während beim Rammen (Fig. 7) die Rückstellung durch die Erdbeschleunigung (Gewicht) erfolgt.

Wie die Figuren 6 und 7 erkennen lassen, sind im Zusatzgewicht 89 die Entspannungsvorrichtung und der Energiespeicher untergebracht.

Die Ausführungsform nach Fig. 1 stellt eine für die übertragung von Zug und/oder Druck geeignete Krafteinheit dar. Diese Krafteinheit kann angewendet werden für Kalt- und Warmumformung, Rammen, Abbrucharbeiten, Bodenverdichtungen, Zertrümmerungen, Scheren.

Die Fig. 2 veranschaulicht eine Krafteinheit, die sich zum Aufbringen von Drücken eignet. Diese läßt sich mit Vorteil anwenden zum Scheren, Prägen, Stauchen, Prüfen, insbesondere zum Durchführen von Innendruckprüfungen.

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Die Ausführungsform nach Fig. 4 eignet sich zum übertragen von Zugkräften; sie kann mit Vorteil angewendet werden zum Prüfen, Ziehen und Scheren.

Die in Fig. 5 dargestellte Krafteinheit kann als Torsionschlagelement Verwendung finden, z. B. für Schlagschrauber, Schlagbohren, Prüfen und Scheren, insbesondere Torsionsscheren.

Die in der Beschreibung und in den Patentansprüchen beschriebenen sowie in der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

In den Figuren 8 und 9 sind zwei verschiedene Alternativlösungen zu Fig. 5 dargestellt, so daß für Teile gleicher Funktion gleiche Bezugszeichen wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen verwendet wurden.

Bei der aus Fig. 8 ersichtlichen Ausführungsform ist das als Antriebswelle ausgearbeitete Arbeitsorgan mit zwei materialmäßig einstückig verbundenen, radial vorspringenden Mitnehmern versehen, die in getriebliche Verbindung mit zwei Segmenten gelangen können, die dem Arbeitskolben entsprechen.

Die Primär- und Sekundärzylinderräume sowie die verschiedenen Anschlußkanäle entsprechen hinsichtlich ihrer Anordnung und Wirkungsweise denjenigen der Ausführungsform nach Fig. 5.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 ist das ebenfalls als Antriebswelle ausgestaltete, hohle Arbeitsorgan 4 gleichfalls mit einstückig ausgestalteten, ebenfalls radial nach außen vorspringenden Mitnehmern versehen, wobei der Arbeitskolben aus zwei Roll kolben 3 besteht, die in getriebliche Verbindung mit den Mitnehmern 8 gelangen können.

Mit den Mitnehmern 8 ist je ein Federelement 91 fest, d. h. mitnehmbar und kraftbeanspruchbar verbunden. Jedes dieser Federelemente 91 kann

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ζ. B. eine Blattfeder sein. Jedes Federelement 91 hat die Tendenz, den zugeordneten Roll kolben 3 in der dargestellten Lage zu halten, d. h. ihn in seine aus Fig. 9 ersichtliche Ausgangsstellung zurückzuführen.

Im übrigen entsprechen auch bei dieser Ausführungsform die Anordnung und Funktion der Primär- und Skundärzylinderräume 10 und 11 und die Anschlußkanäle in ihrer Funktion und Anordnung der Ausführungsform nach Fig. 5.

Die beiden aus den Figuren 8 und 9 ersichtlichen Ausführungsformen können im Bedarfsfall für die gleichen Anwendungsgebiete in Betracht kommen wie die Ausführungsform nach Fig. 5.

Die Ausführungsform nach den Figuren 8 und 9 besitzen u. a. den Vorteil, daß die Masse der abzubremsenden Arbeitskolben extrem gering gehalten werden kann, so daß durch die - wie auch bei allen anderen Ausführungsformen - mögliche Energiedosierung keine Druckspitzen auftreten können. Bei diesen Ausführungsformen wird der noch bei der Ausführungsform nach Fig. 5 erforderliche Freilauf eingespart.

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~ ZZ 2816191

Li teraturverzei chni s

DE-OS 26 00 948

0300A3/0B57

2316191

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse

2 Zylinder

3 Arbeitskolben

4 Arbeitsorgan, Kolbenstange

5 Ringschulter

6 Gehäusedeckel

7 Druckfeder, Federelement

8 Bund

9 Ausnehmung

10 Primärzylinderraum

11 Sekundärzyli nderraum

12 Kanal

13 Leitung

14 Energiespeicher

15 Zuführleitung

16 Gaspolster

17 Kanal

18 Leitung

19 Plunger

20 Zylinder

21 Leitung

22 Dreiwegeventil

23 Tank

24 Leitung

25 Buchse, 25a Leitung 26

27 erster Hilfskolben

28 zweiter Hilfskolben

29 erster Hilfskolben

30 zweiter Hilfskolben

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2916131

31 Ringschulter 32

33 Ventilsitz

34 Aufsteuerraum

35 Kanal

36 Leitung

37 Zylinderraum 38 39 Gehäusedeckel 40

41 kolbenartiger Ansatz

42 " "

43 Endlagendämpfung 44 45 Hohlraum

47 Schlitz

49 Kanal

51 Steuerschlitz 52

53 Kanal

55 Leckageleitung

56 Dreiwegeventil

57 Tank

58 Leitung

59 erster Hilfskolben

60 zweiter Hilfskolben

61 kolbenstangenfönniger Ansatz

62 Hohlraum

63 Ringschulter

64 Aufsteuerraum

65 Bohrung

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66 Anschlußkanal

67 Ringraum

68 Leitung

69 Zylinderraum

70 Feder

71 Leitung

72 Drossel

73 Kanal

74 Ringraum

75 Nut

76 Ringraum

77 Kanal

78 Leitung

79 Schlitz

80 Leitung

81 Zuführkanal

82 Dreiwegeventil

83 Leitung

85 Tank

86 Freilauf

87 Federelement

88 Zusatzgewicht 89

90 Spannkopf

91 Federelement

030Ü43/OSS7

Leerseite

Claims

Patentanwalt

RUDI BRYER _fl Gneisenaustraße 1 ¹¹

D -4030 Ratirrgeo B (Htael) 2916191

ΤθΓ. O 21 02/60721

Horst Knäbel
Kantstraße 25

4005 Meerbusch 1 (BUdench)

Patentansprüche

( 1Λ Krafteinheit als Antriebsvorrichtung, z, B. zum Umformen, Verformen, Verdichten, Schlagen und Antreiben, usw., mit in einem Zylinder beweglichem Arbeitskolben mit einem Arbeitsorgan, wobei ein ständig mit dem die Antriebskraft erzeugenden Primärzylinderraum verbundener Energiespeicher vorhanden ist, der einen Druckmitteldruck im Primärzylinderraum aufrecht hält, während der Zylinderraum auf der Gegenseite des Arbeitskolbens, der Sekündärzylinderraum, mit einem Druckmittel gefüllt ist, welches vor Arbeitsbeginn den Kraftausgleich des Arbeitskolbens schafft, und mit einer Steuervorrichtung zum Entlasten des Sekundärzylinderraumes, unter Verwendung wenigstens eines Hilfskolbens, der jeweils in einem Zylinder beweglich und dichtend geführt ist und der schlagartig, plötzlich und augenblicklich - z. B. innerhalb weniger Millisekunden oder innerhalb von Bruchteilen von Millisekunden das Volumen des Sekundärzylinderraumes vergrößert und dadurch eine ebenso schnelle Entspannung des Sekundärzylinderraumes bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (3) und das Arbeitsorgan (4) getrennt bewegliche Bauteile sind, wobei der Arbeitskolben (3) ein Ringkolben in einem Hubzylinder (2) oder ein Rotor (3) in einem Drehzylinder (2), das Arbeitsorgan (4) eine Kolbenstange oder eine Antriebswelle, sind, wobei der Arbeitskolben (3)

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mit dem Arbeitsorgan (4) in Arbeitsrichtung (ζ. Β. X) zur übertragung der Antriebsenergie kuppelbar und entgegengesetzt dazu (Y) entkuppelbar ist, wobei die Kupplung über wenigstens einen Mitnehmer oder einen Freilauf zur übertragung intermittierender oder fortschreitender Bewegung erfolgt, und daß die Antriebsenergie durch das von dem Hilfskolben (z. B. 2.7) oder den Hilfskolben (27 bzw. 29) vorwahl bar bzw. einstellbar zur Verfugung gestellte Entspannungsvolumen für den Sekundärzylinderraum (11) dosierbar ist und daß die Energiedosierung über mindestens einen, ggf. einstellbaren, mechanischen Anschlag

erfolgt oder zeitabhängig einstellbar ist, wobei die Antriebsenergie durch den möglichen Gesamthub maximal begrenzbar ist.
2. Krafteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsorgan (4) beidseitig gleich große druckwirksame Flächen aufweist.
3. Krafteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsorgan (4) beidseitig verschieden große druckwirksame Flächen aufweist.
4. Krafteinheit nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstellung und/oder die Anstell bewegungen durch mindestens einen Kolben und/oder Feder, und/oder Gewichte, bewirkbar sind.
5. Krafteinheit nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die druckwirksamen Flächen am Arbeitskolben

(3) und/oder am Arbeitsorgan (4) im Primär- und Sekundärzylinderraum (10 bzw. 11) gleich oder unterschiedlich durch einen Stufenkolben (Fig. 4) ausgebildet sind.
6. Krafteinheit nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung der Reaktionskräfte des Zylinders (2) durch einen Maschinenrahmen, starr oder gefedert, durch ein Gewicht (Erdbeschleunigung) oder durch die Trägheit der Gehäuse- oder einer Zusatzmasse erfolgt.

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7. Krafteinheit nach Anspruch 6,₍dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse- oder Zusatzmasse hydraulisch, pneumatisch oder über Federn in ihre Ausgangsstellung bringbar sind.
8. Krafteinheit nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die der Entspannung des Sekundärzylinderraumes (11) dienende bzw. dienenden Hilfskolben (z. B. 29) tangential (Fig. 3) oder koaxial (Fig. 4) zum Arbeitskolben (3) bzw. zum Arbeitsorgan

(4) angeordnet ist bzw. sind.
9. Krafteinheit nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufquerschnitt zu den oder dem ersten Hilfskolben (z. B. 29) durch Schlitze gebildet ist, die auf die Entspannungsgeschwindigkeit des Sekundärzylinderraumes (11) abgestimmt sind.
10. Krafteinheit nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Kraft zwischen den Hilfskolben (z. B. 27, 28) durch eine mit Druckmitteldruck, insbesondere Hydraulikdruck, beaufschlagte Stangenfläche (Fig. 3) oder durch den mit dem Zurückweichen und Wiedervorschieben (Fig. 4) des zweiten Hilfskolbens

(60) sich verändernden Gasdruck. (Fig. 4) gebildet ist.
11. Krafteinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagdämpfung der beiden Hilfskolben (z. B. 59, 60) hydraulisch oder pneumatisch erfolgt.
12. Krafteinheit nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Primärzylinderraum und dem Sekundärzylinderraum (10 bzw. 11) ein ggf. einstellbarer By-Pass angeordnet ist, über den Primär- und Sekundärzylinderraum (10, 11) druckmittelleitend miteinander verbunden sind.
13. Krafteinheit nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Hubzylinder und ein als Drehzylinder ausgebildeter Arbeitszylinder derart miteinander verbunden sind, daß das Arbeitsorgan

(4) sowohl geradlinige als auch rotierende Bewegungen ausführt.

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14. Krafteinheit"tfach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Krafteinheit für die geradlinige und die rotierende Bewegungen getrennte Sekundärzylinderräume (11) aufweisen oder daß deren Sekundärzylinderräume (11) druckmittel!ei tend miteinander verbunden sind, wobei die Entspannung durch den oder die Hilfskolben (z. B. 27, 28) sowohl für die geradlinige als auch für die rotierende Bewegungen zeitlich phasenverschoben oder gleichzeitig erfolgt.
15. Krafteinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsorgan (4) mehrere Mitnehmer (8) aufweist, die mit entsprechend mehreren Segmenten als Arbeitskolben in getriebliche Verbindung bringbar sind.
16. Krafteinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente als Roll kolben (3) ausgebildet sind.
17. Krafteinheit nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment oder jeder RoI!kolben (3) durch wenigstens ein Federelement (91) an den betreffenden Mitnehmer (8) des Arbeitsorgans (4) rückführbar ist.

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