Hydraulische Druckübersetzereinheit, insbesondere für eine nach dem Innenhochdrucku formverfahren arbeitende Presse

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Druckübersetzer- einheit, die insbesondere an einer nach dem Innenhochdruckum¬ formverfahren arbeitenden Presse verwendet wird und die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.

Eine solche hydraulische Druckübersetzereinheit ist aus der DE 43 12 589 AI bekannt. Bei der Druckübersetzereinheit aus dieser Schrift ist der Primärkolben des Druckübersetzers in einem ersten Zylinderraum axial verschiebbar, während der Sekundär¬ kolben, der sich auf einer ersten Seite des Primärkolbens befindet, in einen Hochdruckraum eintaucht. Von der dem Sekun¬ därkolben gegenüberliegenden, zweiten Seite des Primärkolbens erstreckt sich eine Kolbenstange weg, die durch einen den ersten Zylinderraum verschließenden Gehäusekopf, einen vom ersten Zylinderraum getrennten zweiten Zylinderraum und durch einen den zweiten Zylinderraum verschließenden Deckel hindurchgeht und diesen überragt, über den zweiten Zylinderraum ist Druckflüssig- keit einem zentral durch die Kolbenstange, den Primärkolben und den Sekundärkolben des Druckübersetzers verlaufenden Axialkanal zuführbar, um damit den zu verformenden Rohling zu füllen. Der Axialkanal und der zweite Zylinderraum sind über eine Querboh¬ rung in der Kolbenstange miteinander verbunden. Damit diese Querbohrung nicht in den Bereich von Dichtungen zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinderraum gelangt, ist die Länge des zweiten Zylinderraums größer als der maximale Hub der Kolben¬ stange.

Primärkolben, Sekundärkolben und Kolbenstange des Drucküber- setzers können auch im Eilgang verfahren werden. Dazu ist bei einer der in der DE 43 12 589 AI gezeigten Ausführung ein völlig separater Eilgangzylinder mit einem Eilgangkolben und mit einer Eilgangkolbenstange vorgesehen, die mit der aus dem zweiten

Zylinderraum herausragenden Kolbenstange des Druckübersetzers verbunden ist. Bei einer anderen Ausführung aus der DE 43 12 589 AI bildet die Kolbenstange des Druckübersetzers selbst das Gehäuse des Eilgangzylinders, das relativ zu einem ortsfest angeordneten Eilgangkolben verschiebbar ist. Die bekannten hydraulischen Druckübersetzereinheiten mit Eilgangzylinder bauen axial relativ lang.

Mit der Erfindung wird das Ziel verfolgt, eine hydraulische Druckübersetzereinheit mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwickeln, daß kleinere axiale Abmessun¬ gen möglich sind.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß bei einer hydraulischen Druckübersetzereinheit mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gemäß dem kennezeichnenden Tei dieses Anspruchs der Eilgangkolben sich im zweiten Zylinderrau befindet und diesen in einen kolbenstangenseitigen Teilraum un in einen kolbenstangenabseitigen Teilraum aufteilt, daß in de kolbenstangenseitigen Teilraum ein erster Druckmittelkanal un in den kolbenstangenabseitigen Teilraum ein zweiter Druckmittel kanal mündet und daß der Axialkanal zum kolbenstangenseitige Teilraum hin offen ist. Auf diese Weise wird die auf den maxima len Hub des Druckübersetzers abgestimmte Länge des zweite Zylinderraums auch für den Hub des Eilgangkolbens genutzt, s daß gegenüber den bekannten hydraulischen Druckübersetzereinhei ten die axiale Baulänge wesentlich reduziert werden kann, ohn daß die Zufuhr von Druckmittel durch den Axialkanal vor di Stirnseite des Sekundärkolbens schwieriger würde. Von Vortei ist auch, daß die Kolbenstange des Druckübersetzers nicht meh aus dem zweiten Zylinderraum heraus nach außen geführt werde muß, was zusätzliche Dichtprobleme mit sich bringen würde.

Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen hydrauli schen Druckübersetzereinheit kann man den Unteransprüchen en nehmen.

Bei einer hydraulischen Druckübersetzereinheit der erfindungs¬ gemäßen Art wird als Druckmedium, mit dem der Primärkolben des Druckübersetzers beaufschlagt ist, ein Hydrauliköl verwendet. Als Druckmedium, in dem der zur Verformung eines Rohlings not- wendige Innenhochdruck erzeugt wird, wird eine Druckflüssigkeit auf Wasserbasis, eine sogenannte HFA Flüssigkeit verwendet. Vor¬ teilhafterweise sind nun gemäß Anspruch 2 die beiden Teilräume auf den beiden Seiten des Eilgangkolbens mit derselben Druck¬ flüssigkeit beaufschlagbar. Ist also eine HFA Flüssigkeit das Druckmedium, mit dem ein Rohling zur Verformung beaufschlagt wird, so wird der Eilgangkolben auch auf der der Kolbenstange abgewandten Seite mit dieser HFA Flüssigkeit beaufschlagt. Über den Eilgangkolben kann also keine HFA Flüssigkeit in das Hydrau¬ liköl und kein Hydrauliköl in die HFA Flüssigkeit gelangen.

Damit der Eilgangkolben eine große Kraft ausüben kann, ist es günstig, wenn gemäß Anspruch 3 der kolbenstangenseitge Teilraum während einer Druckbeaufschlagung des kolbenstangenabseitigen Teilraums von Druck entlastet ist.

Für den kolbenstangenseitigen Teilraum ist der maximale Druck auf einen Wert eingestellt, wie er sich für das Befüllen des umzuformenden Rohlings als günstig erwiesen hat. Dieser maximale Druck liegt im Bereich zwischen 30 und 70 bar. Gemäß Anspruch 4 ist der kolbenstangenabseitige Teilraum bevorzugt mit einem höheren Druck als der kolbenstangenseitige Druckraum beauf- schlagbar, um den Primärkolben und den Sekundärkolben des Druck¬ übersetzers weit im Eilgang verfahren zu können.

Ist ein Wegsensor vorhanden, mit dem der Hub des Drucküber¬ setzers überwacht werden soll, so wird die hydraulische Druck¬ übersetzereinheit vorteilhafterweise gemäß Anspruch 5 weiterge- bildet. Der Wegsensor ist dann so angeordnet, daß er die axialen Abmessungen der Druckübersetzereinheit nicht vergrößert.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydraulischen Druckübersetzereinheit ist in der Zeichnung schematisch darge- stellt. Anhand dieser Zeichnung wird die Erfindung nun näher erläutert.

Die gezeigte hydraulische Druckübersetzereinheit umfaßt einen Andockzylinder 10, einen Druckübersetzer 11 und einen Eilgang¬ zylinder 12 für den Druckübersetzer 11. Die hinsichtlich ihrer Funktion benannten Teile lassen sich örtlich nicht eindeutig voneinander trennen, sondern sind zu einer kompakten Einheit ineinander integriert. Zum Gehäuse 13 der Einheit gehört ein de Andockzylinder 10 und dem Druckübersetzer 11 gemeinsames, ein stückiges Gehäusemittelteil 14, das einen dritten Zylinderrau 15 und einen ersten Zylinderraum 16 aufweist. Die beiden Zylin derräume 15 und 16 sind nach entgegengesetzten Seiten hin offe und durch einen Boden 17 des Gehäusemittelteils 14 voneinande getrennt, von dem aus sich die Zylindermäntel 18 und 19 der bei den Zylinderräume nach entgegengesetzten Richtungen erstrecken Der dritte Zylinderraum 15 ist mit einem Gehäusekopf 20 und de erste Zylinderraum 16 mit einem Gehäusekopf 21 verschlossen.

Der dritte Zylinderraum 15 gehört zum Andockzylinder 10. In ih ist ein Andockkolben 25 axial verschiebbar, der nur einseiti eine an ihm befestigte Kolbenstange aufweist. Diese tritt al Andockkolbenstange 26 durch den Gehäusekopf 20 nach außen. A ihr freies Ende ist ein Flansch 27 angeschraubt, mit dem ei umzuformender rohrförmiger Rohling 37 verschlossen werden kan Eine zentrale Bohrung 28 erstreckt sich axial durch den Andoc kolben 25 und durch die Andockkolbenstange 26 hindurch, wob diese Bohrung einen Abschnitt 29 mit einem kleineren Durchmess und einen Abschnitt 30 mit einem größeren Durchmesser aufweis Letzterer reicht von der dem Flansch 27 zugekehrten Stirnsei der Andockkolbenstange 26 aus bis zu einer Radialschulter 3 die auch bei maximal eingezogener Andockkolbenstange 26 no einen axialen Abstand vom Gehäusekopf 20 hat.

Andockkolbenstange 26 und Gehäusekopf 20 sind mit Hilfe zweier axial beabstandeter Dichtungen 32 und 33 gegeneinander abgedich¬ tet, zwischen denen eine Leckleitung 34 abgeht.

Durch zwei Anschlüsse 35 und 36 durch den Zylindermantel 18 hin- durch kann ein Hydrauliköl in die beiden durch den Andockkolben 25 voneinander getrennten Teilräume 15a und 15b des Zylinder¬ raumes 15 hinein- oder daraus wegfließen.

In dem ersten Zylinderraum 16 ist der Primärkolben 40 des Druck¬ übersetzers 11, der den Zylinderraum 16 in die beiden Teilräume 16a und 16b teilt, verschiebbar. Der einen wesentlich kleineren Durchmesser als der Primärkolben 40 aufweisende Sekundärkolben 41 des Druckübersetzers 11 ragt wie eine Kolbenstange einseitig von dem Primärkolben 40 ab, tritt durch den Boden 17 des Gehäu¬ semittelteils 14 hindurch und taucht in die zentrale Bohrung 28 des Andockkolbens 25 und der Andockkolbenstange 26 bis in den Bohrungsabschnitt 30 reichend ein. Die Stufe 31 in der Bohrung 28 wird vom freien Ende der Andockkolbenstange 26 in keiner Phase eines Arbeitszyklusses der Druckübersetzereinheit überfah¬ ren. Das freie Ende des Sekundärkolbens 41 befindet sich also axial immer außerhalb des Gehäusekopfes 20.

Am Primärkolben 40 des Druckübersetzers 11 ist außer dem Sekun¬ därkolben 41 eine entgegengesetzt zum Sekundärkolben 41 abste¬ hende Kolbenstange 42 befestigt, die durch eine Bohrung 43 des Gehäusekopfes 21 hindurch in einen mit Hilfe dieses Gehäuse- kopfes und eines Gehäusetopfes 22 ausgebildeten zweiten Zylin¬ derraum 44 tritt und dort fest mit einem Eilgangkolben 45 ver¬ bunden ist. Der Eilgangkolben 45 teilt den Zylinderraum 44 in zwei Teilräume 44a und 44b auf, die jeweils über einen Kanal 47 bzw. 48 im Gehäusetopf 22 mit einer Druckflüssigkeit versorgt werden können. Vorgesehen ist dafür eine Druckflüssigkeit auf Wasserbasis (HFA Flüssigkeit). Durch die Kolbenstange 42, den Primärkolben 40 und den Sekundärkolben 41 des Druckübersetzers 11 führt zentral ein Kanal 49 hindurch, der durch eine Querboh¬ rung 50 mit dem über den Kanal 48 mit Druckflüssigkeit versorg-

ten Teilraum 44a des Zylinderraumes 44 verbunden ist und an dessen Mündung in den Abschnitt 30 der Bohrung 28 ein zum Kanal 48 hin sperrendes Rückschlagventil 51 sitzt.

Der Primärkolben 40 des Druckübersetzers 11 kann über die durch den Zylindermantel 19 gehenden Kanäle 52 und 53 wechselweise beidseitig mit Druck beaufschlagt werden. Als Druckmittel wird Hydrauliköl verwendet.

Zur Trennung der verschiedenen Druckräume und der verschiedenen Hydraulikflüssigkeiten voneinander sind eine Reihe von Dichtun- gen vorgesehen. In der Bohrung 43 sind zwischen dem Gehäusekopf 21 und der Kolbenstange 42 drei axial voneinander beabstandete Dichtungen 60, 61 und 62 angeordnet. Zwischen den Dichtungen 60 und 61 geht eine Leckleitung 63 ab, in der aus dem Teilraum 44a des Zylinderraums 44 über die Dichtung 60 leckende Hydraulik- flüssigkeit auf Wasserbasis abgeführt wird. Zwischen den Dich¬ tungen 61 und 62 geht eine Leckleitung 64 ab, über die aus de Teilraum 16a des Zylinderraumes 16 über die Dichtung 62 lecken des Hydrauliköl abgeführt wird.

Im Boden 17 des Gehäusemittelteils 14 sind zwischen dem Sekun därkolben 41 des Druckübersetzers und dem Boden in einem axiale Abstand voneinander zwei Dichtungen 65 und 66 angeordnet, zwi schen denen eine Leckleitung 67 abgeht, die wie bei einer Leck leitung üblich mit Tank verbunden ist und die eine gegenseitig Beeinflussung der Drücke in den beiden durch den Boden 17 von einander getrennten Teilräumen 15a und 16b der Zylinderräume 1 und 16 verhindert.

Zwischen dem über den Kanal 35 mit Hydrauliköl beaufschlagbare Teilraum 15a des Zylinderraums 15 und dem Abschnitt 30 der Boh rung 28, der mit Hydraulikflüssigkeit auf Wasserbasis beauf schlagbar ist, sind wiederum drei Dichtungen wirksam, die in de Abschnitt 29 der Bohrung 28 zwischen dem Andockkolben 25 und de Andockkolbenstange 26 einerseits und dem Sekundärkolben 4 andererseits relativ zum Andockkolben und zur Andockkolbenstan fest angeordnet sind. Die Dichtung 68 befindet sich unmittelb

hinter dem kolbenseitigen Beginn der Bohrung 28 im Andockkolben 25. Die beiden anderen Dichtungen 69 und 70 befinden sich knapp vor der Stufe 31 in Radialebenen, die auch bei ganz zurückgezo¬ gener Andockkolbenstange vor dem Gehäusekopf 20 verlaufen. Die in Figur 1 erkennbaren Dichtungen können jeweils aus mehreren, auch axial beabstandeten Dichtringen zusammengesetzt sein.

Zwischen den beiden Dichtungen 69 und 70 führt eine Leckleitung 71 für die hydraulische Flüssigkeit, die von dem Abschnitt 30 der Bohrung 28 aus über Dichtung 70 leckt, quer durch die An- dockkolbenstange 26 nach außen. Eine weitere Leckleitung 72 befindet sich ebenfalls noch in jeder Position der Andockkolben¬ stange 26 vor dem Gehäusekopf 20, geht quer durch die Andockkol¬ benstange 26 hindurch und mündet zwischen den beiden Dichtungen 68 und 69 in den Abschnitt 29 der Bohrung 28. Über sie wird Hydrauliköl abgeführt, das über die Dichtung 68 leckt.

Die HFA Flüssigkeit wird den beiden Kanälen 47 und 48 über einen Steuerblock 80 zugeführt, der einen mit einer Pumpe 79 verbun¬ denen Pumpenanschluß 81 und einen Tankanschluß 82 besitzt und an den verschiedene Ventile angebaut sind. Eines dieser Ventile ist ein 4/2-Wegeventil 83, das mit einem Ventilanschluß A mit dem Tankanschluß 82 und mit einem Ventilanschluß B mit dem Pumpenan¬ schluß 81 des Steuerblocks 80 verbunden ist. Von einem Ventilan¬ schluß P des Wegeventils 83 führt ein Kanal 85 zu einem Ausgang 86 des Steuerblocks 80, mit dem der Kanal 47 verbunden ist. Ein weiterer Anschluß T des Wegeventils 83 ist mit einem Anschluß A eines 3/2-Wegesitzventils 87 verbunden. In der in der Zeichnung gezeigten Schaltstellung des Wegeventils 83 sind dessen Anschlüsse A und P sowie B und T miteinander verbunden. In der anderen Schaltstellung besteht eine Verbindung zwischen den Anschlüssen A und T und den Anschlüssen B und P.

Das 3/2-Wegesitzventil 87 schaltet in der gezeigten Stellung den Anschluß A zu einem Anschluß T durch, der direkt mit dem Tank¬ anschluß 82 des Steuerblocks 80 sowie über ein zu ihm hin öffnendes Rückschlagventil 88 mit der Leckleitung 63 verbunden

ist. In der anderen Schaltstellung des 3/2-Wegesitzventils 87 ist der Anschluß A mit einem Anschluß P verbunden, der an einem Ausgang 89 des Steuerblocks 80 liegt, an den der Kanal 48 ange¬ schlossen ist.

Der maximale Druck am Anschluß P des 3/2-Wegesitzventils 87 ist durch ein Druckbegrenzungsventil 90 bestimmt, das auf einen Wert von etwa 50 bis 60 eingestellt sein möge. Der maximale Druck am Anschluß P des 4/2-Wegeventils 83 ist durch ein Druckbegren¬ zungsventil 91 bestimmt, das auf einen höheren Maximaldruck als das Druckbegrenzungsventil 90, beispielsweise auf 110 bar einge¬ stellt ist. Über Nachsaugventile 92 kann Druckflüssigkeit vom Tankanschluß 82 des Steuerblocks in die beiden Teilräume des Zylinderraumes 44 nachgesaugt werden.

In dem in der Zeichnung gezeigten Zustand wird die HFA-Flüssig- keit von der Pumpe 79 im Umlauf über den Pumpenanschluß 81 des Steuerblocks 80, das 4/2-Wegeventil 83, das 3/2-Wegesitzventil 87 und den Tankanschluß 82 des Steuerblocks 80 im Umlauf geför¬ dert. Zu Beginn eines Arbeitszyklus schiebt zunächst der Andock¬ kolben 25 den Flansch 27 nahe an den zu verformenden Rohling 37 heran. Das 3/2-Wegesitzventil wird umgeschaltet, so daß nun HFA- Flüssigkeit vom Pumpenanschluß 81 des Steuerblocks 80, über das Wegeventil 83, das 3/2-Wegeventil 87, den Kanal 48, den Teilrau 44a des Zylinderraums 44, die Querbohrung 50, die Längsbohrun 49, das Rückschlagventil 51, den Abschnitt 30 der Bohrung 28 un eine Bohrung 75 im Flansch 27 in den Rohling gefördert wird, wo bei die Luft aus dem Rohling durch einen Spalt zwischen Flansc und Rohling zusammen mit HFA-Flüssigkeit entweicht. Der Druck i Rohling steigt an. Bei dem am Druckbegrenzungsventil 90 einge stellten Druck gilt der Rohling als gefüllt und wird vom Andock Zylinder verschlossen. Nun werden die beiden Wegeventile 83 un 87 geschaltet. Dadurch wird einerseits der kolbenstangenseitig Teilraum 44a des Zylinderraums 44 zum Tank entlastet, wobei da Rückschlagventil 51 ein Rückfluß von Flüssigkeit aus dem Rohlin verhindert und andererseits der kolbenstangenabseitige Teilrau 44b des Zylinderraums 44 über das Wegeventil 83 mit dem Pumpen

anschluß 81 des Steuerblocks 80 verbunden. Der Eilgangkolben 45 schiebt den Sekundärkolben 41 des Druckübersetzers 11 tiefer in die Bohrung 28 hinein. Da der am Druckbegrenzungsventil 91 ein¬ gestellte Druck im kolbenstangenabseitigen Teilraum nicht über- schritten werden kann, ist mit Hilfe des Eilgangkolbens 45 eine Verschiebung des Sekundärkolbens 41 nur bis zu einer bestimmten Druckhöhe im umzuformenden Rohling möglich. Ab diesem Druck wird zusätzlich zum Eilgangkolben 45 der Primärkolben 40 des Druck¬ übersetzers 11 über den Kanal 52 mit Druck beaufschlagt.

Während der Verformung des Rohlings 37 kann der Andockkolben 25 weiterbewegt werden, um Material des Rohlings axial nachzuschie¬ ben.

Nach Beendigung des Umformvorganges wird zunächst durch einen Teilrückzug des Primärkolbens 40 und des Sekundärkolbens 41 des Druckübersetzers 11 mitsamt dem Eilgangkolben 45 die Flüssigkeit im umgeformten Rohling dekomprimiert und dann der Andockkolben 25 wieder in die in der Zeichnung dargestellte Ausgangslage gebracht.

Während eines Arbeitszyklus wird der Weg von Primärkolben 40 und Sekundärkolben 41 von einem Wegsensor 95 überwacht, der, ohne die Druckübersetzereinheit in ihren axialen Abmessungen zu ver¬ größern, dezentral im Bereich des Gehäusetopfes 22 und des Gehäusekopfes 21 angeordnet ist. Der Wegsensor ist stabförmig ausgebildet und besitzt ein ortsfest am Gehäusetopf 22 sitzen- des, erstes Teil 96 sowie eine am Primärkolben 40 befestigte dicht durch den Gehäusekopf 21 hindurchgeführte Stange 97 als zweites Teil. Die Stange trägt an ihrem freien Ende einen nicht näher dargestellten ringförmigen Permanentmagneten, der längs eines Stabes 98 des ersten Teils 96 verschoben wird, wenn sich der Primärkolben 40 bewegt. Je nach der Position des Permanent¬ magneten zum Stab 98 gibt der Wegsensor 95 ein anderes Signal ab.