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Dokumentenidentifikation DE3942737C2 23.02.1995
Titel Gasfederzylinder für Tiefziehwerkzeuge
Anmelder NHK Spring Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa, JP
Erfinder Umetsu, Chiharu, Yokohama, JP
Vertreter Prüfer, L., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 81545 München
DE-Anmeldedatum 22.12.1989
DE-Aktenzeichen 3942737
Offenlegungstag 28.06.1990
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.02.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.02.1995
IPC-Hauptklasse B21D 24/02
IPC-Nebenklasse F16F 9/02   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Gasfederzylinder für den Blechhalter von Tiefziehwerkzeugen, wie sie an Pressen und ähnlichen Maschinen verwendet werden.

Es sind verschiedene Arten von Pressen zum Prägen oder Tiefziehen von Werkstücken bekannt. Normalerweise haben solche Pressen eine Matrize und einen Stempel zum Pressen des Werkstückes. Während des Tiefziehens wird ein Teil des Werkstückes durch den Stempel in die Öffnung der Matrize gezogen, so daß die seitlichen Teile des Materials in Umfangsrichtung einem Kompressionsdruck unterliegen und dadurch Falten bilden. Aus diesem Grund besitzen die Pressen einen Andruckstempel zur Vermeidung von Falten, der das außenseitige Material des Werkstückes gegen die Matrize preßt. Wenn die auf den Andruckstempel ausgeübte Kraft zur Vermeidung von Falten zu gering ist, weist das gezogene Teil Falten auf. Wenn diese Kraft zu groß ist, reißt das Werkstück während des Ziehvorganges. Deshalb muß, um ein einwandfrei gezogenes Teil zu erhalten, eine geeignete Kraft zur Vermeidung von Falten ausgeübt werden.

Normale Pressen besitzen Blechhaltervorrichtungen um die obenerwähnte Kraft zu erzeugen. Es sind Vorrichtungen für Werkzeuge bekannt, bei welchen die Kraft zur Vermeidung der Falten durch eine Spiralfeder oder eine ähnliche Feder erzeugt wird (vgl. bspw. DE-PS 9 51 147, DE-AS 11 65 532 oder DE 35 09 051 A1). Wenn eine solche Vorrichtung an einer Presse verwendet wird, die einen langen Preßhub zum Tiefziehen aufweist, wird eine groß dimensionierte Feder erforderlich, welche die ganze Vorrichtung sehr groß macht. Außerdem wird die Federkonstante der Vorrichtung entsprechend groß, welches natürlich die Falten vermeidende Kraft während des Preßhubes stark ändert, wodurch die Möglichkeit erhöht wird, daß das Werkstück reißt. Um diese Nachteile einer Vorrichtung mit einer Feder zu vermeiden, sind Vorrichtungen bekanntgeworden, bei welchen Gasdruck angewendet wird. Eine solche Vorrichtung weist einen Zylinder auf, in welchem Gas mit einem hohen Druck eingeschlossen ist, und einen im Zylinder beweglichen Kolben, der mit einem Druckstempel verbunden ist, der sich durch einen Teil des Zylinders erstreckt und der mit dem Andruckstempel verbunden ist. Der Gasdruck im Zylinder wirkt auf den Kolben, um den Druckstempel aus dem Zylinder zu drücken. Zwischen dem Druckstempel und dem Zylinder und zwischen dem Kolben und dem Zylinder ist eine Dichtung vorgesehen, die einen gleitenden Kontakt zwischen diesen Teilen erlaubt. Eine solche Vorrichtung ist bspw. aus der GB 21 86 050 A bekannt.

Mit einer solchen Vorrichtung, die mit Gasdruck arbeitet, kann die Falten vermeidende Kraft auf einen solchen Wert eingestellt werden, daß diese am Anfang des Ziehvorganges dem Gasdruck entspricht, und die Federkonstante einer solchen Vorrichtung kann dadurch verringert werden, daß das Volumen des Zylinders groß gemacht wird. Im Vergleich mit Vorrichtungen, die eine Spiralfeder oder ähnliches verwenden, kann deshalb die Änderung der Falten vermeidenden Kraft während des Ziehvorganges kleiner gemacht werden.

Da jedoch das unter hohem Druck stehende Gas im Zylinder direkt durch die Dichtungen an den Gleitstellen abgedichtet wird, ist es nicht vermeidbar, daß das Gas langsam durch die Dichtung entweicht. Dadurch wird die Falten vermeidende Kraft (oder Einstellkraft) innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit verringert, und es ist unmöglich, die vorgesehene Falten vermeidende Kraft konstant zu halten. Wenn mehrere Dämpfungsvorrichtungen auf den Andruckstempel wirken, kann der Gasverlust in den einzelnen Dämpfungsvorrichtungen unterschiedlich sein, wodurch es unmöglich wird, eine gleichmäßige Kraft auf die Oberfläche des Andruckstempels auszuüben.

Die vorliegende Erfindung hat deshalb die Aufgabe, die obenerwähnten Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine konstante Andruckskraft erzeugt.

Dies wird mit einem Gasfederzylinder gemäß Anspruch 1 erreicht.

Bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung wirkt der Druck des in der Gaskammer eingeschlossenen Gases auf die Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer durch den Metallbalg, so daß auf den Druckstempel eine Kraft ausgeübt wird, die diesen aus dem Zylinder drückt. Diese Kraft dient als Falten vermeidende Kraft während des Vorganges des Tiefziehens. Beim Ziehvorgang wird der Druckstempel in den Zylinder gedrückt, wodurch das Gas in der Gaskammer entsprechend der Bewegung des Druckstempels komprimiert wird, wobei der Balgen in Richtung der Achse des Zylinders deformiert wird. Auf diese Weise wird die Gegenkraft des Gases in der Gaskammer erhöht. Wenn sich der Druckstempel aus dem Zylinder während des Öffnens des Werkzeuges entfernt, wird das Volumen in der Gaskammer langsam größer, wodurch sich der Balgen in der anderen Richtung deformiert.

Der Druck des Gases in der Gaskammer wirkt auch auf die Flüssigkeitskammer. Deshalb wirkt der Gasdruck auf den Gleitteil zwischen der Durchgangsbohrung des Zylinders und dem Druckstempel durch die Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer. Da jedoch die vorgesehenen Dichtmittel am Gleitstück nur dazu dienen, die Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer abzudichten, kann dieser Zylinder mit größerer Sicherheit abgedichtet werden als wenn direkt Hochdruckgas durch diese Dichtmittel abgedichtet werden müßte. Die Gas- und die Flüssigkeitskammer sind durch den Metallbalgen getrennt, so daß kein Hochdruckgas der Gaskammer in die Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer durch diesen Balgen eindringen kann.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen teilweisen Schnitt einer Frontansicht einer Presse mit einem Gasfederzylinder entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein Schnitt durch den Gasfederzylinder;

Fig. 3 ist ein vergrößerter Teilausschnitt, der einen Teil des Zylinders zeigt;

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch zwei Gasfederzylinder;

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den Zylinder in anderer Stellung; und

Fig. 6 ist ein teilweiser Schnitt durch zwei Gasfederzylinder entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine mit einer Vorrichtung entsprechend der Erfindung ausgerüstete Presse. Die Presse weist eine Matritze 2 auf, die eine Öffnung 6 besitzt, und einen über der Matrize 2 angeordneten Stempel 4. Der Stempel 4 ist mit einer Führung 5 versehen und wird mit dieser durch einen nicht gezeigten Antriebsmechanismus nach oben und unten bewegt. Eine Dämpfungsvorrichtung mit mehreren, beispielsweise zwei Andruckstempeln 20 ist mit der Führung 5 verbunden. Eine ringförmige Andruckplatte 3 ist um den Stempel 4 vorgesehen und die Druckstempel 22 eines jeden Gasfederzylinders sind, wie später beschrieben wird, mit dieser Andruckplatte 3 verbunden. Während des Ziehvorganges bewegt sich der Andruckstempel 3, der als Falten vermeidendes Mittel wirkt, zusammen mit der Führung 5 nach unten, kontaktiert den außenseitigen Teil des Werkstückes 1 auf der Matrize 2 und drückt dieses mit einer vom Blechhalter vorbestimmten Kraft gegen die Matrize 2. Zur gleichen Zeit zieht der Stempel 4 das Werkstück in die Öffnung 6 der Matrize 2. Wenn der Abwärtsvorgang des Stempels 4 beendet ist, wird die Führung 5 nach oben bewegt und das gezogene oder geprägte Teil wird durch einen Auswerfer 7 aus der Öffnung 6 entfernt.

Im folgenden wird der Blechhalter im einzelnen erläutert. Die beiden Glasfederzylinder 20 sind identisch im Aufbau und es wird deshalb nur einer von beiden beschrieben.

Wie in Fig. 2 gezeigt, weist der Gasfederzylinder 20 einen hohlen Zylinder 21 und einen Druckstempel 22 auf. Das obere und das untere Ende des Zylinders 21 sind durch Wände begrenzt. Die obere Wand des Zylinders 21 ist mit einer Durchgangsbohrung 10 versehen, die sich koaxial zum Zylinder 21 erstreckt. Im Zylinder 21 befindet sich der Druckstempel 22, der sich gleitend in der Durchgangsbohrung 10 bewegen kann. Die innere Oberfläche des Zylinders 21 ist abgestuft, um Teile mit kleinerem und größerem Durchmesser 21a und 21b zu bilden, wobei eine Schulter 49 zwischen den Teilen 21a und 21b vorgesehen ist. In dem Abschnitt 21b des Zylinders 21 mit dem größeren Durchmesser ist eine innere Hülse 23 vorgesehen, die einen inneren Durchmesser aufweist, der ebensogroß ist wie der des Abschnittes 21a mit dem kleineren Durchmesser. Das obere Ende der inneren Hülse 23 ist an der Schulter 49 befestigt, wodurch sich die innere Hülse 23 koaxial mit dem Abschnitt 21a des Zylinders 21 erstreckt. Die untere Wand 24 der inneren Hülse ist mit einer Öffnung 25 versehen.

Der Druckstempel 22 ist in den Zylinder 21 eingeführt und in axialer Richtung des Zylinders 21 frei bewegbar. Am inneren, das heißt unteren Ende des Druckstempels 22 ist ein Kolben 30 ausgeformt. Der Kolben 30 gleitet auf der inneren Oberfläche des Abschnittes 21a mit dem kleineren Durchmesser und auf der inneren Hülse 23 über ein Gleitlager 31 an der äußeren Oberfläche des Kolbens.

Die Durchgangsbohrung 10, durch welche sich der Druckstempel 22 bewegt, ist an ihrer inneren Oberfläche mit Gleitlagern 34 und einem Abdichtteil 35 für den Druckstempel 22 versehen. Das Abdichtteil 35 weist eine Hochdruckdichtung 36 und eine Niederdruckdichtung 37 auf, die näher am Niederdruckteil des Zylinders, das heißt auf der Seite des atmosphärischen Druckes des Zylinders angeordnet ist, außerdem eine Staubdichtung 38. Ein ringförmiger Rückprallanschlag 39, der aus einem elastischen Material wie einem Urethanelastomer hergestellt ist, ist oben an dem Abschnitt 21a mit dem kleineren Durchmesser vorgesehen und definiert das Ende des Hubes des Druckstempels 22, wenn sich dieser in der Richtung A bewegt.

Im Abschnitt 21b des Zylinders 21 mit dem größeren Durchmesser ist der Metallbalgen 45 untergebracht. Der Metallbalgen 45 weist einen zylindrischen Balgenkörper 46 auf, der in axialer Richtung des Zylinders 21 ausziehbar ist, wobei eine Balgenkappe 47 ein Ende des Balgenkörpers 46 verschließt. Das andere Ende 48 des Balgenkörpers 46 ist an der Schulter 49 durch ein Verfahren befestigt, das eine sichere Dichtung gewährleistet. Auf diese Weise umgibt der Balgenkörper 46 die innere Hülse 23 und ist koaxial zum Zylinder 21 angeordnet. Der Balgenkörper 46 wird aus Edelstahl mit einer Dicke von ca. 0,1 bis 0,3 mm hergestellt. Er kann aber auch aus anderem Metall gefertigt sein und seine Dicke kann andere als die obenerwähnten Werte annehmen.

An der oberen Oberfläche der Balgenkappe 47 ist ein ringförmiges Ventil 50 vorgesehen. Das Ventil 50 ist aus einem elastischen Material wie Urethanelastomer oder einem Silikonharz hergestellt, und es liegt gegenüber dem Ventilsitz 51, der an der Öffnung 25 der inneren Hülse 23 ausgebildet ist. Das Ventil 50 und der Ventilsitz 51 bilden ein selbstdichtendes Mittel 52, um das Öl zwischen der inneren Hülse 23 und dem Balgenkörper 46 einzuschließen, wenn sich der Balgen 45 um mehr als einen vorbestimmten Wert zusammenzieht, wie später beschrieben wird.

Am äußeren Umfang des Balgenkörpers 46 sind ringförmige Balgenführungsglieder 55 und 56 befestigt. Sie dienen zur Herstellung eines bestimmten Abstandes zwischen dem Balgenkörper und dem Zylinder 21 und vermindern den Gleitwiderstand zwischen diesen. In jedem der Führungsglieder sind eine Mehrzahl von Luftöffnungen vorgesehen, die sich in axialer Richtung des Zylinders 21 erstrecken.

Der Raum im Zylinder 21 wird durch den Balgen 45 in eine Flüssigkeitskammer 60 und eine Gaskammer 80 unterteilt. Die Flüssigkeitskammer 60 ist auf der Seite des Abdichtteiles 35 durch die innere Oberfläche des Balgens 45 und dem Abschnitt 21a des Zylinders 21 definiert. Die Gaskammer 80 wird durch die äußere Oberfläche des Balgens 45 und die innere Oberfläche des Abschnittes 21b mit dem größeren Durchmesser gebildet. Die Flüssigkeitskammer 60 ist mit Öl gefüllt. Der Zylinder 21 ist mit einer Öleinflußöffnung 63 versehen, die in der Flüssigkeitskammer 60 endet und deren anderes Ende durch eine Kugel 61 und eine Schraube 62 verschlossen sind.

Die Flüssigkeitskammer 60 besteht aus einer ersten Flüssigkeitskammer 60a, gebildet vom inneren Raum der inneren Hülse 23 und dem Abschnitt 21a des Zylinders 21 mit dem kleineren Durchmesser, und einer zweiten Flüssigkeitskammer 60b, gebildet von der äußeren Oberfläche der inneren Hülse 23 und der inneren Oberfläche des Balgens 45. Die erste Flüssigkeitskammer 60a wird durch den Kolben 30 weiter unterteilt, und zwar in einen ersten Bereich 60c auf der Seite der Durchgangsbohrung 10 des Zylinders 21 und einem zweiten Bereich 60d auf der Seite der inneren Hülse 23. Der zweite Bereich 60d steht mit der zweiten Flüssigkeitskammer 60b über die im Endteil 24 der inneren Hülse 23 ausgebildete Öffnung 25 in Verbindung.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, ist der Druckstempel 22 mit einem System 70 zur Dämpfung der Kraft der Dämpfungsvorrichtung versehen, wenn sich der Druckstempel 22 auf- und abbewegt. Das System 70 besteht aus einer Ventilkammer 68 und ersten, zweiten und dritten Öffnungen 71, 72 und 73. Die erste Öffnung 71 erstreckt sich durch den Kolben 30 in axialer Richtung desselben und verbindet den ersten Bereich 60c und den zweiten Bereich 60d. Die zweite Öffnung 72 erstreckt sich in radialer Richtung des Stempels 22 und verbindet den ersten Bereich 60c mit der Ventilkammer 68. Die dritte Öffnung 73 erstreckt sich in axialer Richtung des Stempels 22 und verbindet den zweiten Bereich 60d mit der Ventilkammer 68.

Die dritte Öffnung 73 wird durch ein Einwegventil 75 (Schnüffelventil) in der Ventilkammer 68 geöffnet und geschlossen. Das Ventil 75 ist durch die Feder 76 in der Ventilkammer 68 in Richtung zum Verschließen der Öffnung 73 vorgespannt. Das Einwegventil 75 wird gegen die Kraft der Feder 76 geöffnet, wenn der Druck im zweiten Abschnitt 60d größer wird als im ersten Abschnitt 60c.

Das System 70 kann anstelle im Druckstempel 22 auch an der Öffnung 25 des Endteiles 24 der inneren Hülse 23 angeordnet sein. Mit anderen Worten, das System 70 kann in all diesen Abschnitten angeordnet werden, durch welche Öl oder andere Betriebsflüssigkeiten der Flüssigkeitskammer 60 fließt, wenn sich der Stempel 22 relativ zum Zylinder 21 bewegt. Das System 70 kann so ausgebildet sein, daß es die Dämpfungskraft der Dämpfungsvorrichtung in zwei Schritten oder kontinuierlich einstellt, wenn sich der Stempel 22 in Richtung A bewegt. Darüber hinaus kann das System 70 mehrere plattenförmige Ventile enthalten, so daß die Dämpfungskraft der Dämpfungsvorrichtung größer gemacht werden kann, wenn sich der Stempel 22 in Richtung A bewegt als wenn er sich in Richtung B bewegt. Außerdem kann, wenn das System 70 nicht erforderlich ist, dieses mit Ausnahme der Öffnung 71 weggelassen werden.

Ein inaktives Gas wie beispielsweise Stickstoff ist in der Gaskammer 80 eingeschlossen. Der Druck für dieses Gas in der Gaskammer 80 hängt von der Falten vermeidenden Kraft ab, welche die Dämpfungsvorrichtung 20 erzeugen soll. Der Ladedruck ist normalerweise höher als einige 10 kg/cm2. Dieser Gasdruck dient dazu, den Balgen 45 zusammenzudrücken oder den Stempel 22 in Richtung A zu drücken. Die Öffnung 22 für die Gasversorgung im Endstück 81 des Zylinders 21 ist durch eine Schraube 83 verschlossen. An geeigneter Stelle der Dämpfungsvorrichtung ist ein (nicht gezeigtes) Sicherheitsventil vorgesehen, um das Gas aus der Gaskammer 80 entweichen zu lassen, wenn der Druck über einen vorbestimmten Wert steigt.

Wie in Fig. 4 dargestellt, können die Gaskammern 80 eines Paares von Dämpfungsvorrichtungen entsprechend der oben beschriebenen Anordnungen über eine Verbindungsleitung 95 miteinander kommunizieren. Das Ende 95a der Leitung 95 ist geschlossen. Ein anderer Zylinder, Akkumulator oder eine Gasversorgungsleitung kann mit der Leitung 95, wenn notwendig, verbunden werden.

Das Gas wird in die Gaskammer durch folgendes Verfahren eingeleitet.

Wenn die Gaskammer 80 mit Gas gefüllt werden soll, wird die Flüssigkeitskammer 60 vorher mit Öl gefüllt. Die Öffnung 63 ist offen. Dann wird eine Gasversorgungsquelle 90 mit der Öffnung 82 verbunden, wie in Fig. 5 dargestellt. Zwischen der Gasversorgungsquelle 90 und der Versorgungsöffnung 82 ist ein Ventil 91 vorgesehen. Wenn das Ventil 91 geöffnet wird, wird Gas in die Gaskammer 80 eingefüllt. Wenn sich die Menge des Gases in der Gaskammer 80 erhöht, kontraktiert der Balgenkörper 46 in axialer Richtung des Zylinders 21. Auf diese Weise wird ein Teil des Öls in der Flüssigkeitskammer 60 durch die Einfüllöffnung 63 nach außen abgeleitet.

Das Gas wird in die Gaskammer 80 in zwei Schritten eingefüllt. Genauer gesagt, erst wird das Gas in die Gaskammer 80 mit geringem Druck eingefüllt. Wenn sich der Balgenkörper 46 um einen bestimmten Hub kontraktiert hat, kommt das Ventil 50 des selbstdichtenden Mittels 52 in engen Kontakt mit dem Ventilsitz 51, um die Öffnung 25 zu schließen. Auf diese Weise kann der Balgenkörper 46 nicht weiter in axialer Richtung des Zylinders 21 zusammengedrückt werden. Dann wird die Einfüllöffnung 63 durch die Kugel 61 und die Schraube 62 verschlossen, wodurch die mit Öl gefüllte Flüssigkeitskammer 60b verschlossen wird. Dann wird die Gaskammer 80 mit Hochdruckgas gefüllt.

Das Gas befindet sich weiter in der Gaskammer 80, auch nachdem das Ventil den Ventilsitz 51 berührt, so daß der Gasdruck in der Gaskammer 80 weiter steigt. Öl stellt eine im wesentlichen nicht kompressible Flüssigkeit dar. Deshalb wird die innere Oberfläche des Balgenkörpers 46 gleichförmig durch das Öl in der zweiten Flüssigkeitskammer 60b oder durch das Öl in dem Raum zwischen der äußeren Oberfläche und der inneren Hülse 23 und der inneren Oberfläche des Balgenkörpers 46 unterstützt. Entsprechend kann, auch wenn weiterhin Gas in die Gaskammer 80 mit hohem Druck eingeführt wird, der Balgenkörper 46 nicht übermäßig in radialer Richtung des Zylinders verformt werden. Auf diese Weise behält der Balgenkörper 46 seine zylindrische Form, und ein vorbestimmter Abstand zwischen dem Balgenkörper 46 und der äußeren Oberfläche der inneren Hülse 23 wird gewahrt. Wenn der Gasdruck in der Gaskammer 80 einen vorbestimmten Wert erreicht hat, wird die Zufuhr von Gas zur Gaskammer 80 gestoppt und die Zuführöffnung 82 durch den Stöpsel 83 verschlossen.

Die Dämpfungsvorrichtungen, deren Gaskammern 80 mit dem vorbestimmten Gasdruck, wie oben beschrieben, gefüllt sind, werden an der Führung 5 der Presse befestigt und mit der Andruckplatte 3 verbunden. Wenn sich der Stempel 4 mit der Führung 5 zum Ziehen eines Werkstückes nach unten bewegt, kommt die Andruckplatte 3 in Verbindung mit dem Außenbereich des Werkstückes 1, und der Stempel 22 wird in den Zylinder 21 gedrückt. Auf diese Weise expandiert der Balgen 45 in axialer Richtung des Zylinders 21, und die Gaskammer 80 wird zusammengedrückt, um den Druck darin zu erhöhen.

Wenn sich der Stempel 22 im Zylinder 21 bewegt, wird der Druck im zweiten Bereich 60d größer als der im ersten Bereich 60c. Wie in Fig. 3 dargestellt, öffnet sich deshalb das Einwegventil 75 und ein Teil des Öls im zweiten Bereich 60d fließt in den ersten Bereich 60c, wobei es die zweiten und dritten Öffnungen 72 und 73 passiert. Zur selben Zeit fließt ein Teil des Öls im zweiten Bereich 60d in den ersten Bereich 60c durch die erste Öffnung 71. Das meiste Öl im zweiten Bereich 60d fließt auch in die zweite Flüssigkeitskammer 60b durch die Verbindungsöffnung 25. Auf diese Weise dehnt sich der Balgenkörper 46 aus und komprimiert das Gas in der Gaskammer 80, wodurch sich dessen Druck erhöht. Der Gasdruck wird als Falten vermeidende Kraft verwendet, um den Stempel 22 über den Balgen 45 und das Öl zu drücken.

Wenn sich der Stempel 22 in Richtung B bewegt, öffnet sich das Einwegventil 75 und eine Mehrzahl von Durchflußöffnungen werden durch die erste, zweite und dritte Öffnung 71, 72 und 73 gebildet, um den ersten und den zweiten Bereich 60c und 60d miteinander zu verbinden. Auf diese Weise kann das Öl im zweiten Bereich 60d verhältnismäßig einfach in den ersten Bereich 60c fließen, was dazu dient, eine relativ geringe Dämpfungskraft am Stempel 22 zu erzeugen. Auf diese Weise kann der Stempel 22 schnell in den Zylinder 21 gezogen werden, so daß die Dämpfungsvorrichtung rasch ihre Falten vermeidende Kraft entwickeln kann.

Wenn die Führung 5 nach dem Preßvorgang gehoben wird, wird der Stempel 22 durch den Gasdruck in der Gaskammer 80 in Richtung A aus dem Zylinder 21 geschoben. Zu diesem Zeitpunkt wird der Druck im ersten Bereich 60c größer als der im zweiten Bereich 60d, wodurch das Einwegventil geschlossen wird. Deshalb fließt das Öl vom ersten Bereich 60c in den zweiten Bereich 60d nur durch die erste Öffnung 71, wodurch eine große Dämpfungskraft auf den Stempel 22 ausgeübt wird. Dadurch kann die Geschwindigkeit des Stempels 22 in Richtung A reduziert werden, was verhütet, daß die Andruckplatte 3 schnell angehoben wird. Als Ergebnis wird die Anhebegeschwindigkeit der Andruckplatte 3 geringer als die des Stempels 4. Dadurch wird vermieden, daß das gezogene Teil zusammen mit dem Stempel 4 angehoben wird, wodurch es mit Sicherheit vom Stempel 4 entfernt wird. Wenn sich der Stempel 22 in Richtung A bewegt, fließt das Öl in der zweiten Flüssigkeitskammer 60b in den zweiten Bereich 60d, entsprechend dem Ausmaß der Aufwärtsbewegung des Stempels 22, und der Balgen 45 kontraktiert in seine ursprüngliche Form durch den Gasdruck in der Gaskammer 80.

Das Gas in der Gaskammer 80 ist vom Öl in der Flüssigkeitskammer 60 durch den Metallbalgen 45 vollständig getrennt, selbst wenn dieser dünn ist, dient der Metallbalgen 45 als ausgezeichnete Gassperre. Es kann deshalb nicht vorkommen, daß Gas von der Gaskammer 80 in die Flüssigkeitskammer 60 gelangt. Außerdem hat die Gaskammer 80 kein Gleitkontaktteil, das sich in Verbindung mit der Atmosphäre befindet. Deshalb kann das Gas, selbst wenn sich der Stempel 22 mit hoher Geschwindigkeit hin- und herbewegt, nicht von der Gaskammer 80 direkt in die Atmosphäre entweichen. Der Dichtungsmechanismus 35 zum Abdichten des Gleitkontaktteiles des Stempels 22 ist auf der Seite der Flüssigkeitskammer 60 vorgesehen. Deshalb muß der Dichtungsmechanismus lediglich das Öl im Zylinder 21 abdichten. Öl mit seiner wesentlich höheren Viskosität als Gas kann relativ einfach und sicher im Zylinder 21 abgedichtet werden.

Wenn Öl aus dem Zylinder 21 durch die Durchgangsbohrung 10 durch irgendwelche unbekannte Ursachen entweicht, wird die Menge des Öls in der Flüssigkeitskammer 60 reduziert, während sich das Volumen der Gaskammer 80 entsprechend ausdehnt. Die Gaskammern 80 der beiden Dämpfungsvorrichtungen 20 stehen jedoch über die Verbindungsleitung 95 in Verbindung. Deshalb wird, auch wenn Öl aus einer der Dämpfungsvorrichtungen 20 entweicht oder die Menge des Öls, das von einer der Dämpfungsvorrichtungen entweicht, anders ist als die Menge von der anderen Vorrichtung, der Druck in beiden Gaskammern 80 auf einem gleichen Wert gehalten. Dadurch wird der Druck auf der Andruckplatte konstant gehalten.

Der Gasfederzylinder 20, wie oben beschrieben, ist mit einer selbstdichtenden Vorrichtung 52 zum Schließen der zweiten Flüssigkeitskammer 60b versehen, um das Öl innerhalb des Balgenkörpers 46 zu halten, wenn der Balgen 45 um mehr als einen vorbestimmten Hub kontraktiert. Deshalb wird beim Zusammenziehen des Balgens 45 in eine solche Stellung, daß das Ventil 50 auf dem Ventilsitz 51 aufsitzt, das Öl in der zweiten Flüssigkeitskammer 60b eingeschlossen, selbst wenn das Öl aus der Flüssigkeitskammer 60 durch unbekannte Ursachen entweicht und das Hochdruckgas den Balgen zusammendrückt. Der Balgenkörper 46 wird durch das eingeschlossene Öl von innen gleichmäßig unterstützt. Deshalb wird verhindert, daß der Balgenkörper 46 in radialer Richtung übermäßig verbogen wird, wodurch der Balgen 45 geschützt wird.

Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Flüssigkeitsversorgungsmittel, das heißt die hydraulische Leitung 101 mit den Flüssigkeitskammern 60 von einem Paar von Dämpfungsvorrichtungen 20 durch Flüssigkeitsleitungen 100 verbunden. Die hydraulische Leitung 101 weist ein erstes Druckeinstellventil 102, ein zweites Druckeinstellventil 103, einen Speicher 104, ein Überwachungsventil 105, eine Ölversorgungspumpe 106 und ein Reservoir 107 etc. auf. Der Druck in der Leitung nach der Pumpe 106 zum Druckeinstellventil 102 wird durch das zweite Druckeinstellventil 103 konstant gehalten. Die Verbindungsleitung 95 ist mit einem Ventil 108 und einem Meßgerät 109 ausgerüstet. Ein weiterer Zylinder, Speicher oder eine weitere Gasversorgungsquelle können mit der Verbindungsleitung 95 verbunden werden.

Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel bewirkt das Druckeinstellventil 102 die Versorgung von der hydraulischen Leitung zur Flüssigkeitskammer 60, um den Druck im Zylinder 21 zu sichern, wenn Öl aus der Flüssigkeitskammer 60 durch die Durchgangsbohrung 10 des Zylinders 21 nach außen leckt und so den Druck im Zylinder 21 verringert. Wenn der Druck im Zylinder 21 einen bestimmten Wert erreicht hat, schließt sich das Druckeinstellventil 102. Deshalb wird, selbst wenn ein Ölverlust auftritt, die Federkonstante und der eingestellte Druck (oder die Falten vermeidende Kraft) der Dämpfungsvorrichtung immer auf einem bestimmten Wert gehalten. Außerdem kann, selbst wenn der Ölverlust von den Dämpfungsvorrichtungen 20 unterschiedlich ist, der Druck in den Flüssigkeitskammern 60 schnell einander angeglichen werden. Dies ermöglicht einen gleichmäßigen Oberflächendruck auf dem Werkstück durch den Druckstempel. Die Pumpe 106 kann durch einen elektrischen Motor angetrieben werden. Wenn jedoch der Ölverlust durch die Dichtmittel 35 klein ist, kann auch eine handbetätigte Pumpe mit kleiner Kapazität anstelle der Pumpe 106 verwendet werden.

Die anderen Bestandteile der Vorrichtungen sind dieselben wie beim ersten Ausführungsbeispiel und es wird deshalb auf eine erneute Beschreibung verzichtet.

Es versteht sich von selbst, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern daß verschiedenartige Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen angegeben ist, abzuweichen.

So ist beispielsweise die Anzahl der Vorrichtungen nicht auf zwei beschränkt, sondern es können drei oder mehrere Vorrichtungen verwendet werden. Die Anzahl der Vorrichtungen kann auch nur eine sein. Außerdem kann die Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung an verschiedenartigen Pressen, wie beispielsweise Einzel- und Doppelhubpressen usw., eingesetzt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Gasfederzylinder (20) für den Blechhalter eines Tiefziehwerkzeugs, bestehend aus:

    einem Zylinder (21) mit einem geschlossenen Ende und einem Ende, das mit einer Durchgangsbohrung (10) versehen ist;

    einem Druckstempel (22), der sich durch die Durchgangsbohrung (10) in den Zylinder erstreckt und in diesem in axialer Richtung frei beweglich ist;

    einem Balgen (45) mit einem aus Metall bestehenden Balgenkörper (46) im Zylinder (21), der sich frei in axialer Richtung des Zylinders ausdehnen kann, wobei dieser Balgen das Innere des Zylinders in eine mit der Durchgangsbohrung (10) in Verbindung stehende und Teile des Druckstempels (22) aufnehmende Flüssigkeitskammer (60) und eine Gaskammer (80) aufteilt, die sich am geschlossenen Ende des Zylinders (21) befindet, und wobei in die Flüssigkeitskammer (60) Betriebsflüssigkeit eingefüllt ist und in die Gaskammer (80) eingefülltes Gas über den Balgen und die Betriebsflüssigkeit den Druckstempel in Richtung aus dem Zylinder drückt, sowie Mittel (35) zum Abdichten des Zylinders zwischen dem Druckstempel und der Durchgangsbohrung vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Balgens (45) an der Innenseite des Zylinders (21) befestigt ist, während das andere Ende durch eine Balgenkappe (47) verschlossen ist und daß der Balgen eine Mehrzahl von ringförmigen Balgenführungsgliedern (55) aufweist, die an der äußeren Oberfläche des Balgenkörprs (46) angeordnet sind und die an der inneren Oberfläche des Zylinders (21) gleiten, wobei die Flüssigkeitskammer (60) durch das Innere des Balgens gebildet ist, die Gaskammer (80) zwischen Außenseite des Balgens und Zylinder (21) liegt.
  2. 2. Gasfederzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (21) eine innere Hülse (23) aufweist, die koaxial zum Balgenkörper (46) angeordnet ist, wobei ein Ende der inneren Hülse an der inneren Oberfläche des Zylinders befestigt ist, während das andere Ende der Balgenkappe (47) des Balgens (45) gegenüberliegt und mit einer Verbindungsöffnung (25) versehen ist; und daß die Flüssigkeitskammer (60) durch die innere Hülse (23) in eine erste Flüssigkeitskammer (60a) und eine zweite Flüssigkeitskammer (60b) aufgeteilt wird, wobei die erste Flüssigkeitskammer auf der Innenseite der inneren Hülse, in welcher sich der Druckstempel (22) befindet, gebildet ist, während die zweite Flüssigkeitskammer (60b) zwischen der äußeren Oberfläche der inneren Hülse und der inneren Oberfläche des Balgens (45) ausgebildet ist und mit der ersten Flüssigkeitskammer über die Verbindungsöffnung kommuniziert.
  3. 3. Gasfederzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstempel (22) einen Kolben (30) aufweist, der an der inneren Oberfläche des Zylinders (21) und der inneren Hülse (23) gleitet, und daß die erste Flüssigkeitskammer (60a) durch den Kolben in einen ersten Bereich (60c) an der Seite der Durchgangsbohrung des Zylinders und einem zweiten Bereich (60d) aufgeteilt ist, der mit der zweiten Flüssigkeitskammer (60b) durch die Verbindungsöffnung (25) kommuniziert.
  4. 4. Gasfederzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem Mittel (70) zum Einstellen der Dämpfungskraft enthält, die so ausgebildet sind, daß die Dämpfungskraft der Betriebsflüssigkeit, welche auf den Druckstempel (22) wirkt, wenn sich dieser aus dem Zylinder (21) bewegt, größer ist als die Dämpfungskraft der Flüssigkeit, welche auf den Stempel wirkt, wenn sich dieser in den Zylinder hineinbewegt.
  5. 5. Gasfederzylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel (70) erste und zweite im Druckstempel (22) ausgebildete Verbindungsmittel aufweisen, die den ersten und den zweiten Bereich (60c, 60d) miteinander verbinden, und Ventilmittel zum Schließen der zweiten Verbindungsmittel, wenn sich der Druckstempel aus dem Zylinder (21) bewegt bzw. Öffnen derselben, wenn sich der Stempel in den Zylinder hineinbewegt.
  6. 6. Gasfederzylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Verbindungsmittel aus einer Mehrzahl von ersten Öffnungen (71) bestehen, die im Kolben (30) ausgebildet sind, daß die zweiten Verbindungsmittel eine Ventilkammer (68) aufweisen, die in dem Druckstempel ausgebildet sind, und eine Vielzahl von zweiten Öffnungen (72), die die Ventilkammer und den ersten Bereich (60c) miteinander verbinden, und eine dritte Öffnung (73), zum Verbinden der Ventilkammer und des zweiten Bereiches (60d) miteinander, wobei die Ventilmittel einen in der Ventilkammer angeordneten mit einer Druckfeder (76) beaufschlagten Ventilkörper (75) zum Öffnen und Schließen der dritten Öffnung aufweisen.
  7. 7. Gasfederzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Balgen (45) selbstabdichtende Mittel (52) zum Verhindern eines Zusammenziehens des Balgens über einen vorbestimmten Hub hinaus aufweisen und die die Verbindungsöffnung (25) der inneren Hülse (23) schließen, um die zweite Flüssigkeitskammer (60b) abzudichten, wenn sich der Balgen um den vorbestimmten Hub zusammenzieht.
  8. 8. Gasfederzylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die selbstabdichtenden Mittel (52) einen am anderen Ende (24) der inneren Hülse (23) ausgebildeten Ventilsitz (51) aufweisen, der sich um die Verbindungsöffnung (25) erstreckt und der Balgenkappe (47) des Balgens (45) gegenüberliegt, und daß ein ringförmiges Ventil (50) am anderen Ende des Balgens angeordnet ist, das den Ventilsitz kontaktiert, wenn sich der Balgenkörper (46) um den vorbestimmten Hub zusammenzieht.
  9. 9. Gasfederzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (21) eine innere Öffnung aufweist, welche aus einem Abschnitt (21a) mit kleinerem Durchmesser auf der Seite der Durchgangsbohrung des Zylinders und einem Abschnitt (21b) mit einem größeren Durchmesser an der geschlossenen Seite des Zylinders besteht;

    daß zwischen dem Abschnitt mit dem kleineren und mit dem größeren Durchmesser eine Schulter ausgebildet ist; und

    daß sich der Balgenkörper (46) in dem Abschnitt mit dem größeren Durchmesser befindet.
  10. 10. Gasfederzylinder nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß die innere Hülse (23) denselben Innendurchmesser aufweist wie der Abschnitt (21a) des Zylinders (21) mit dem kleineren Durchmesser, und daß der Druckstempel (22) einen Kolben (30) besitzt, der an den inneren Oberflächen des Abschnitts mit dem kleineren Durchmesser und der inneren Hülse gleitet.
  11. 11. Gasfederzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel (70) zum Einstellen der Dämpfungskraft der Betriebsflüssigkeit aufweist, die so wirken, daß die Dämpfungskraft, die auf den Druckstempel (22) wirkt, wenn sich dieser aus dem Zylinder herausbewegt, größer ist als die Dämpfungskraft, die auf den Druckstempel wirkt, wenn sich dieser in den Zylinder hineinbewegt.
  12. 12. Niederhalteeinrichtung (3) eines Tiefziehwerkzeugs mit einer Mehrzahl von Gasfederzylindern (20) nach einem der Ansprüche 1, 18 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung Mittel zum Verbinden der Gaskammer (80) aller Gasfederzylinder (20) miteinander aufweist, um einen einheitlichen Gasdruck in den Gaskammern (80) aufrechtzuerhalten, so daß der Blechhalter (3) von allen Gasfederzylindern (20) mit gleicher Kraft beaufschlagt wird.
  13. 13. Niederhalteeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese außerdem mit den Flüssigkeitskammer (60) der Gasfederzylinder (20) in Verbindung stehende Mittel aufweist, um Betriebsflüssigkeit zuzuführen, wenn der Druck in den Flüssigkeitskammern einen vorbestimmten Wert unterschreitet.






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