Nietvorrichtung"

Stand der Technik

Hydropneumatische Vorrichtungen zur Druckübersetzung zum

Beispiel in der- Anwendung für Nietvorrichtungen sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bereits bekannt.

Derartige Vorrichtungen weisen einen Arbeitskolben und einen Übersetzerkolben zur Druckübersetzung auf den Arbeitskolben auf, wobei für die Bereitstellung einer Arbeitskraft durch den Arbeitskolben der pneumatisch beaufschlagte Übersetzerkolben in eine Hydraulikflüssigkeit eintaucht und nach dem

Verdrängerprinzip Hydraulikflüssigkeit verdrängt, wobei der Arbeitskolben in einem Krafthub mit einer Kraftübersetzung entsprechend- der wirksamen Kolbenflächen von der verdrängten Hydraulikflüssigkeit in eine Arbeitsrichtung bewegt wird.

Außerdem ist ein Speicherkolben vorgesehen, der vor dem

Krafthub eine schnelle Eilbewegung des Arbeitskolbens bei einem ersten Hub bzw. bei einem Eilhub das Nachfließen von Hydraulikflüssigkeit unterstützt .

Des Weiteren kann zwischen dem Übersetzerkolben und dem Speicherkolben ein pneumatischer Druck realisiert sein, der eine pneumatische Rückstellung des Übersetzerkolbens bewirkt, wenn auf den Übersetzerkolben kein Betriebsdruck mehr wirkt. Außerdem wird auch der Speicherkolben ständig mit einem pneumatischen Vordruck beaufschlagt, sodass das an dem

Speicherkolben anstehende Hydraulikflüssigkeitsvolumen in einem Speicherraum unter dem entsprechenden Druck bzw. einer Vorspannung steht.

Um den Übersetzerkolben rückzustellen wird ein zum

Betriebsdruck reduzierter pneumatischer Druck auf einer

Rückhubseite des Übersetzerkolbens vorgegeben, so dass mit dem Druck zwischen dem Speicher- und dem Übersetzerkolben, was auch als Luftfeder bezeichnet wird, die pneumatische

Rückstellung des Übersetzerkolbens erfolgt.

Der Luftfederdruck ist permanent auf Übersetzerkolben und Speicherkolben wirksam bzw. unabhängig vom Bewegungszustand der beaufschlagten Kolben immer konstant und liegt

beispielsweise bei ca. 0,6 bar.

Bei einer alternativ vorsehbaren mechanischen Feder, die zwischen dem Übersetzer- und dem Speicherkolben unter

Vorspannung wirksam ist, sind im Unterschied zur Luftfeder über die unterschiedlichen Betriebszustände immer

unterschiedliche Drücke bzw. Kräfte wirksam.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, hydropneumatische Vorrichtungen zur Druckübersetzung bzw. entsprechende

Nietvorrichtungen zu verbessern, insbesondere um eine optimal an veränderte Krafthuberfordernisse angepasste Positionierung eines Arbeitskolbens zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Varianten der Erfindung.

Die Erfindung geht zunächst aus von einer hydropneumatischen Vorrichtung zur Druckübersetzung mit einem Arbeitskolben und einem als doppelt wirkender Zylinder ausgebildeten

Übersetzerkolben zur Druckübersetzung auf den Arbeitskolben, wobei ein Arbeitshub des Arbeitskolbens in eine

Arbeitsrichtung einen ersten Hub und einen anschließenden zweiten Hub umfasst, wobei der erste Hub über eine

pneumatische Beaufschlagung des Arbeitskolbens und der zweite Hub über eine pneumatische Beaufschlagung des

Übersetzerkolbens kontrollierbar ist, und wobei

Hydraulikflüssigkeit vom Übersetzerkolben verdrängt wird und die verdrängte Hydraulikflüssigkeit den zweiten Hub des

Arbeitskolbens bewirkt. Der erste Hub des Arbeitskolbens in die Arbeitsrichtung kann insbesondere als Eilhub angesehen werden, an den sich der zweite Hub in die gleiche Richtung anschließt, welcher einem Krafthub entspricht. Nach dem

Arbeitshub bzw. nach dem Krafthub erfolgt eine pneumatische Rückstellung des Arbeitskolbens, wobei die dadurch verdrängte Hydraulikflüssigkeit auf den Übersetzerkolben derart wirkt, dass auch dieser rückgestellt wird.

Der Kern der Erfindung liegt darin, dass Regelungsmittel mit einer Stelleinrichtung für eine Regelung des pneumatischen Drucks auf beiden Seiten des doppelt wirkenden Zylinders des Übersetzerkolbens derart vorhanden sind, dass über die

Regelung der zweite Hub des Arbeitskolbens vorgebbar ist. Vorteilhafterweise lässt sich damit im Hochdruckzustand bzw. im zweiten Hub über eine pneumatisch geregelte Positionierung des Übersetzerkolbens die exakte Positionierung des

Arbeitskolbens realisieren, insbesondere servo-pneumatisch geregelt. Der Übersetzerkolben übernimmt die Krafterzeugung während des Krafthubes auf vorteilhafte Weise. Durch eine geregelte Positionierung kann der Krafthub bzw. die

Positionierung und Bewegung des Arbeitskolbens optimal an während des Verlaufs des Krafthubs ggf. veränderte Krafthub- Erfordernisse angepasst werden. Der Arbeitskolben lässt sich im Krafthub z. B. in kürzester Zeit abstoppen bzw. der Arbeitskolben kann in eine exakt vorgebbare Position zum Beispiel mit einem gewünschten

Bewegungsprofil bewegt werden.

Der Arbeitskolben ist als doppelt wirkender Zylinder

ausgebildet, wobei beide Seiten des doppelt wirkenden

Zylinders pneumatisch beaufschlagbar sind. Zudem taucht eine dem Speicherkolben zugewandte Seite des Arbeitskolbens in die Hydraulikflüssigkeit bzw. das Hydraulikflüssigkeitsvolumen ein .

Die Regelungsmittel können vorteilhaft z. B. ohne größere Umbaumaßnahmen an einer bekannten hydropneumatischen

Druckübersetzungsvorrichtung nachträglich vorgesehen werden, wobei die Regelungsmittel in die vorhandenen Systeme

problemlos integrierbar sind. Gegebenenfalls lassen sich damit bislang notwendige Bauteile einsparen, so dass insgesamt die hydropneumatische Druckübersetzungsvorrichtung mit Hilfe der Erfindung gegenüber bisherigen Druckübersetzungsvorrichtungen weniger Komponenten aufweisen bzw. kompakter aufgebaut sein kann .

Insbesondere ist ein in einem Kontrollraum bewegbarer und als doppelt wirkender Zylinder ausgebildeter Speicherkolben vorhanden, welcher im ersten Hub ein Verdrängen von

Hydraulikflüssigkeit unterstützt. Die Unterstützung erfolgt durch die Bewegung des Speicherkolbens. Die andere Seite des Speicherkolbens ist pneumatisch beaufschlagt, wobei z. B. ein Druckregler und ein Wechselventil in der betreffenden

Pneumatikleitung für die Eilhubunterstützung vorgesehen sein können .

Damit kann vorteilhafterweise der Eilhub des Arbeitskolbens mit einem vergleichsweise schnellen Heranfahren des

Arbeitskolbens aus einer Grundstellung an eine gewünschte Arbeitsposition erreicht werden. Der Speicherkolben verdrängt dabei vergleichsweise viel Hydraulikflüssigkeit, womit diese den Arbeitskolben vorwärts bewegt. Auch ist es vorteilhaft, dass ein den Übersetzerkolben aufnehmender Raum von einem einen Speicherkolben aufnehmenden Raum getrennt ist. Damit lassen sich die beiden Seiten des Übersetzerkolbens vorteilhafterweise pneumatisch geregelt beaufschlagen. Die pneumatische Beaufschlagung des

Speicherkolbens bleibt von der Pneumatikregelung des

Übersetzerkolbens unberührt. Die auf den Speicherkolben wirkende Luftfeder ist damit problemlos unabhängig

einrichtbar. Auch ist mit der Trennung des den

Übersetzerkolben aufnehmenden Raums von dem den Speicherkolben aufnehmenden Raum eine mechanische Feder als Alternative zur Luftfeder mit einer ohne Weiteres realisierbar. Die Trennung kann beispielsweise durch eine feste Trennwand bzw. einen Zwischenring am Gehäuse der hydropneumat ^' ischen Vorrichtung eingerichtet sein.

Vorteilhafterweise umfasst. die Stelleinrichtung der

Regelungsmittel ein Mehrwege-Ventil. Damit lassen sich

gewünschte unterschiedliche Schaltzustände und Regelungsstufen realisieren. Insbesondere kann eine Druckluftversorgung, die über eine Pneumatikleitung mit dem Mehrwege-Ventil verbunden ist, vorteilhaft die beiden Seiten des Übersetzerkolbens mit Druckluft bzw. pneumatisch beaufschlagen. Dabei ist jede Seite des doppelt wirkenden Zylinders des Übersetzerkolbens mit einer eigenen Leitung mit dem Mehrwege-Ventil verbunden.

Besonders vorteilhaft ist es, dass die Stelleinrichtung der Regelungsmittel genau ein Mehrwege-Proportional-Ventil , insbesondere ein 5/3 Wege-Proportional-Ventil umfasst. So kann vorteilhafterweise der Übersetzerkolben unabhängig vom

Arbeitskolben vorteilhaft geregelt werden.

Durch die nach dem Verdrängerprinzip verdrängte

Hydraulikflüssigkeit und den unterschiedlich großen

hydraulisch beaufschlagten Wirkflächen wird eine im Verhältnis große Kraft auf den Arbeitskolben ausgeübt. Durch die

Proportional-Regelung des Übersetzerkolbens mittels des 5/3 Wege-Proportional-Ventils, wobei der Übersetzerkolben in die Hydraulikflüssigkeit eintaucht, kann nun eine sehr genaue Position im Hochdruckraum angefahren werden. Dies erlaubt durch die Übersetzung eine indirekt sehr genaue Regelung des Arbeitskolbens auf einen eingestellten Wert bzw. Zielwert.

Alternativ kann es vorteilhaft sein, dass die Stelleinrichtung der Regelungsmittel mehrere zusammenwirkende Mehrwege-Ventile umfasst, insbesondere zwei 3/2 Wege-Proportional-Ventile . Dies ist insbesondere für vergleichsweise große Nenndurchmesser der hydropneumatischen Vorrichtung zur Druckübersetzung

vorteilhaft z. B. ab einem Nenndurchmesser von ^- oll und größer .

Auch ist es vorteilhaft, dass Sensormittel mit einer Sensorik bzw. Sensoren vorgesehen sind, über welche ein Wert bzw. eine physikalische Größe erfassbar und der Regelung bzw. einer übergeordneten Einheit der Reglung bereitstellbar ist. Die übergeordnete Einheit der Regelung ist z. B. einer Kontrollbzw. Computer- oder Rechnereinheit, mit welcher die Reglung realisiert ist.

Vorteilhafterweise sind Sensormittel mit einer Wegsensorik vorgesehen, über welche ein Weg erfassbar ist, wobei der Weg eine Regelgröße der Regelungsmittel ist. Damit kann

vorteilhaft eine wegabhängige Regelung des Arbeitskolbens realisiert werden. Der Weg ist vorteilhafterweise ein Hubweg des Arbeitskolbens insbesondere während des Krafthubs.

Auch ist es vorteilhaft, dass Sensormittel mit einer

Kraftsensorik vorgesehen sind, über welche eine Kraft

erfassbar ist, wobei die Kraft eine Regelgröße der

Regelungsmittel ist. Die erfassbare Kraft ist

vorteilhafterweise eine am Arbeitskolben erfasste Kraft oder eine Kraft, die in einem Kraftwirkungsbereich der vom

Arbeitskolben aufgebrachten Kraft liegt, z. B. an beim

Arbeitshub zum Arbeitskolben benachbarten Elementen

insbesondere im Nahbereich eines vorderen Endes des

Arbeitskolbens . In einer vorteilhaften Modifikation der Erfindung sind

Sensormittel mit einer Drucksensorik vorgesehen, über welche ein Druck erfassbar ist, wobei der Druck eine Regelgröße der Regelungsmittel ist. Vorteilhafterweise ist die Drucksensorik ausgebildet, einen Flüssigkeitsdruck in der

Hydraulikflüssigkeit zu erfassen und der Regelung

bereitzustellen. Für die Regelung wird der Flüssigkeits- bzw. Hydraulikdruck in der Hochdruckphase bzw. während des

Krafthubes herangezogen.

Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist die Seite des als doppelt wirkender Zylinder ausgebildeten

Speicherkolbens, welche pneumatisch beaufschlagt ist,

regelbar. Damit kann eine vorteilhafte Luftfeder eingerichtet werden, zum Beispiel über eine Regelung mit einem Druckregler und einem Wechselventil für die Eilhubunterstützung.

Auch kann es von Vorteil sein, wenn die Seite des als doppelt wirkender Zylinder ausgebildeten Speicherkolbens, welche pneumatisch beaufschlagt ist, über genau die Stellmittel regelbar ist, welche die Regelung des pneumatischen Drucks auf beiden Seiten des doppelt wirkenden Zylinders des

Übersetzerkolbens bewerkstelligen. Demgemäß wird auch die Luftfeder zwischen der Trennwand und dem Speicherkolben von den Stellmitteln bzw. dem betreffenden Mehrwegeventil

mitgeregelt. Dies ist im Hinblick auf einen reduzierten

Einsatz von Komponenten der Anordnung vorteilhaft, da ggf. Teile wie z. B. ein gesonderter Druckregler für die Luftfeder eingespart werden kann. Insbesondere kann ein 5/3 Wege- Proportional-Ventil sowohl die Regelung der beiden Seiten des Übersetzerkolbens als auch die Druckregelung des

Pneumatikraums am Übersetzerkolben übernehmen, ggf. unter Integration eines Wechselventils für die Eilhubunterstützung.

In einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Anordnung ist der Arbeitskolben in einem Arbeitskolben-Gehäuse einer ersten Baueinheit bewegbar untergebracht, welche separat von einer zweiten Baueinheit ist, mit einem Hilfskolben-Gehäuse, in welchem der Übersetzerkolben und der Speicherkolben untergebracht sind, wobei die erste und die zweite Baueinheit über einen Verbindungsabschnitt hydraulisch miteinander kommunizieren. Über den Verbindungsabschnitt ist ein den

Speicherkolben beaufschlagender Hydraulikraum mit einem den Arbeitskolben beaufschlagender Hydraulikraum verbunden. Somit können die beiden Baueinheiten, wenn diese in

unterschiedlichen Konfigurationen bzw. Auslegungen vorhanden sind, nahezu beliebig kombiniert werden. Auch können die beiden Baueinheiten an die äußeren Gegebenheiten besser angepasst werden, z. B. individuell positioniert bzw. auch entsprechend voneinander ggf. auch weiter voneinander

beabstandet sein. Der Verbindungsabschnitt bzw. die

hydraulische Verbindung der beiden Baueinheiten kann durch eine flexible Verbindung wie zum Beispiel ein

Hochdruckschlauch und/oder über eine feste bzw. rohrartige Hydraulikleitung realisiert sein.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Clinchen oder zum Nieten mit einem antreibbaren Arbeitskolben zum

Erstellen einer Clinchanordnung oder einer Nietanordnung mit einem Nietelement, wobei eine der oben genannten

erfindungsgemäßen hydropneumatischen Vorrichtungen vorgesehen ist. Damit lässt sich eine Clinch- oder Nietvorrichtung mit den oben genannten Vorteilen realisieren. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Clinchvorrichtung oder eine

Nietvorrichtung zum Verbinden von zwei oder mehr Bauteillagen, wobei die Nietvorrichtung insbesondere zum Nieten mit einem Halbhohl- oder Vollstanzniet ausgebildet ist.

Beim Nietvorgang wird ein Stempelelement über die

hydropneumatische Vorrichtung zur Druckübersetzung linear in Richtung der miteinander zu verbindenden Bauteillagen bewegt und ein Nietelement in die miteinander zu verbindenden

Bauteillagen unter einem Umform- und/oder Stanzvorgang

eingebracht .

Von der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Pressen,

Einpressen, Prägen, Verdichten, Einstanzen, Verstemmen,

Durchsetzfügen, Stanzen und/ode Lochen mit einem antreibb Arbeitskolben umfasst, wobei die Vorrichtung eine

hydropneumatische Vorrichtung gemäß einer der oben genannten Ausbildungen aufweist. Damit können bei den genannten

Vorrichtungen, die zum Beispiel als Press-, Stanz- oder

Durchsetzfügewerkzeug ausgebildet sein können, die erläuterten Vorteile erzielt werden.

Figurenbeschreibung :

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind anhand der in den Figuren dargestellten erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Im Einzelnen zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße hydropneumatische

Vorrichtung zur Druckübersetzung im

Schnitt ,

Figuren 2

bis 6 unterschiedliche Varianten einer stark

schematisiert dargestellten

erfindungsgemäßen hydropneumatisehen

Vorrichtung zur Druckübersetzung mit

Schaltplan und

Figur 7 eine schematische Prinzipdarstellung mit einem Regelkreis für eine erfindungsgemäße hydropneumatische Vorrichtung zur

Druckübersetzung .

In den Figuren sind für sich entsprechende Teile

unterschiedlicher Ausführungsbeispiele teils die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Figur 1 zeigt geschnitten eine erfindungsgemäße

hydropneumatische Vorrichtung 1 zur Druckübersetzung, nachfolgend auch als Druckübersetzer 1 bezeichnet. Der

Druckübersetzer 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in welchem ein Arbeitskolben 3 verschieblich und radial dichtend angeordnet ist. Der Arbeitskolben 3, der sich in Figur 1 in einer

Ausgangslage befindet, umfasst einen vorderen Abschnitt mit einer nach außen durch das Gehäuse 2 ragenden Kolbenstange 4 und einen weiteren Abschnitt mit einem Teilkolben 5, der integral mit der Kolbenstange 4 ausgebildet ist und welcher ebenfalls radial abgedichtet im Gehäuse 2 gemeinsam mit der Kolbenstange 4 bewegbar ist. Der Teilkolben 5 weist einen durchmessergrößeren scheibenförmigen Bereich und einen dazu durchmessergeringern und daran anschließenden rückwärtigen stangenförmigen Bereich auf.

Durch den Teilkolben 5 bzw. den scheibenförmigen Bereich werden zwei Pneumatikräume 6 und 7 voneinander getrennt. Bei einem entsprechenden Druck im rückwärtigen Pneumatikraum 6 wird der Arbeitskolben 3 nach unten in Richtung gemäß Pfeil P bzw. in Arbeitsrichtung geschoben.

Der Arbeitskolben 3 begrenzt radial abdichtend einen

Arbeitsraum 8, der mit einem oberhalb liegenden Speicherraum über eine Engstelle hydraulisch verbunden ist. Der mit

Hydraulikflüssigkeit gefüllte Speicherraum 9 wird durch einen verschieblich bewegbaren Speicherkolben 10 beaufschlagt. Der Speicherkolben 10 ist gegenüber einem Mantelrohr 11 radial abgedichtet und axial verschiebbar, wobei das Mantelrohr 11 einen oberhalb des Speicherkolbens 10 liegenden Steuerraum 12 umfänglich umschließt. Der Steuerraum 12 ist pneumatisch mit Druck beaufschlagbar. Um zwischen dem Steuerraum 12 und dem Speicherraum 9 eine Gas-Flüssigkeit-Trennung zu optimieren, ist auf der Mantelfläche des Speicherkolbens 10 eine Ringnut 10a und eine mit dieser verbundene weitere Ringnut 10b vorgesehen, die miteinander über eine Querbohrung verbunden sind. Die innere Ringnut 10b ist an einer Innenwandung einer durch den Speicherkolben 10 zentrisch verlaufenden

Innenbohrung ausgestaltet.

Das Mantelrohr 11 wird im Bereich des Speicherraums 9 von einem Gehäuseteil 13 des Gehäuses 2 und im Bereich des Steuerraums 12 von einer Trennwand 14 verschlossen. Zwischen dem Steuerraum 12 und einen weiteren Pneumatikraum 15, der durch ein weiteres Mantelrohr 16 umgegeben ist, ist die ortsfeste Trennwand 14 positioniert, durch welche ein

bewegbarer Tauchkolben 18 eines Antriebskolbens bzw.

Übersetzerkolbens 17 radial abgedichtet durchführt. Der

Tauchkolben 18 ist fest am Übersetzerkolben 17 zentrisch angeordnet und erstreckt sich von diesem einseitig nach unten, wobei der Tauchkolben 18 einen deutlich geringeren

Außendurchmesser als der Übersetzerkolben 17 aufweist. Der Tauchkolben 18 ist entgegen dem hydraulischen Druck im

Arbeitsraum 8 verschiebbar.

Der Tauchkolben 18 greift durch die Trennwand 14 und den

Speicherkolben 10 und ragt in der Ausgangslage gemäß Figur 1 mit seinem freien Ende in den Speicherraum 9. Der

Übersetzerkolben 17 bzw. damit der Tauchkolben 18 sind

pneumatisch über eine Vorhub-Leitung 28 durch

Druckbeaufschlagung eines an den Übersetzerkolben 17

angrenzenden Antriebsraumes 19 angetrieben bewegbar.

Der Übersetzerkolben 17 grenzt auf der dem Antriebsraum 19 gegenüberliegenden Raum an den Übersetzerkolben-Rückhubraum bzw. Pneumatikraum 15 an, der über eine Rückhub-Leitung 29 mit pneumatischem Druck beaufschlagbar ist.

Bei einem zweiten Hub des Arbeitskolbens bzw. einem

Hochdruckarbeitsgang kann der Antriebsraum 19 so

druckbeaufschlagt werden, dass der Tauchkolben 18 unter einer Hubbewegung in einen Verengungsabschnitt bzw. in eine vom Speicherraum 9 zum Arbeitsraum 8 führende Verbindungsbohrung 20 eintaucht. Durch Eintauchen des vorderen Abschnitts des Tauchkolbens 18 in die Verbindungsbohrung 20 wird mit Hilfe einer Radialdichtung 13a die Verbindung zwischen dem

Speicherraum 9 und dem Arbeitsraum 8 unterbrochen. Bei der weiteren Hubbewegung des Tauchkolben 18 in Richtung des Pfeils PI taucht der Tauchkolben 18 weiter in den Arbeitsraum 8 ein, womit aufgrund des relativ kleinen Tauchkolbendurchmessers ein vergleichsweise hoher Arbeitsdruck im Arbeitsraum 8 erzeugt wird. Dieser Druck entspricht dem Übersetzungsverhältnis der Arbeitsflächen des Übersetzerkolbens 17 zum Tauchkolben 18, ausgehend von dem auf den Übersetzerkolben 17 wirkenden pneumatischen Druck. Auf diese Weise kann mit dem Arbeitskolben 3 eine hohe Kraft an der Kolbenstange 4 erzeugt werden .

Für den Rückhub des Tauchkolbens 18 wird ein vergleichsweise abgebauter pneumatischer Druck im Antriebsraum 19 notwendig. Dadurch kann der Übersetzerkolben mit dem Tauchkolben 18 in die gemäß Figur 1 dargestellte Ausgangslage zurück gebracht werden. Dabei wird aus dem Arbeitsraum 8 Hydraulikflüssigkeit in dem Speicherraum 9 aufgrund der Rückbewegung des

Arbeitskolbens 3 verdrängt. Der Arbeitskolben 3 wird dabei ebenfalls angetrieben durch den Teilkolben 5 bzw. einen geeigneten herrschenden pneumatischen Druck im Pneumatikraum 7 ebenfalls in die Ausgangslage gemäß Figur 1 bewegt.

Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Anordnung an einer hydropneumatischen Vorrichtung zur Druckübersetzung mit baulich verbundenem Arbeits- und Übersetzerteil realisiert werden, wie dies Figur 1 zeigt, als auch an Systemen, bei denen die beiden Funktionen baulich getrennt bzw. durch

Hochdruckleitungen miteinander verbunden sind.

Für die Rückstellung des Übersetzerkolbens 17 kann die

notwendige Kraft durch einen in den Übersetzerkolben- Rückhubraum bzw. Pneumatikraum 15 eingeleiteten pneumatischen Druck realisiert werden. Dazu ist der Druckübersetzer mit einer Luftfeder versehen. Da für die Rückstellung des

Übersetzerkolbens 17 nicht der volle pneumatische

Betriebsdruck erforderlich ist, wird der pneumatische Druck im Pneumatikraum 15 bzw. ein sogenannter Luftfederdruck

reduziert .

Prinzipiell kann der gleiche pneumatische bzw. Luftfederdruck wie im Übersetzerkolben-Rückhubraum bzw. Pneumatikraum 15 auch auf den Speicherkolben 10 wirken, wodurch ein

Hydraulikspeicher bzw. die im Speicherraum 9 untergebrachte Hydraulikflüssigkeit unter reduzierter Vorspannung gehalten wird. Alternativ kann der Speicherkolben 10 auch mit vollem Betriebsdruck beaufschlagt und damit unter erhöhter

Vorspannung gehalten werden.

In Figur 1 sind schematisiert noch weitere Leitungen bzw.

Verbindungen dargestellt, welche eine den Pneumatikraum verbindende Vorhub-Leitung 23, eine den Pneumatikraum 7 verbindende Rückhub-Leitung 24, eine den Steuerraum 12

verbindende Leitung 31a und eine mit dem Arbeitsraum

hydraulisch verbindende Hydraulikleitung 33 umfassen. Deren Funktionen sind nachfolgend gemäß der Beschreibung zu den Figuren 2 bis 5 näher erläutert.

Die Figuren 2 bis 6 betreffen für unterschiedliche

Ausführungsformen der Erfindung jeweils einen Schaltplan für eine dazugehörige erfindungsgemäße hydropneumatische

Vorrichtung zur Druckübersetzung, die jeweils im Grundaufbau wie der Druckübersetzer 1 aus Figur 1 aufgebaut ist.

In den Figuren 2 bis 6 sind die zu Figur 1 gleichen

Bezugszeichen für sich entsprechende Bauteile der

erfindungsgemäßen Druckübersetzer verwendet, wobei der

Druckübersetzer in den Figuren 2 bis 6 mit dem Bezugszeichen 21 versehen ist.

Gemäß Figur 2 bis 6 ist der Druckübersetzer 21 stark

schematisch angedeutet, wobei verschiebbare Kolbenabschnitte bzw. radial außen liegende Bereich des Teilkolbens 5 bzw.

eines Kolbenabschnitts 5a, des Speicherkolbens 10 und des Übersetzerkolbens 17 vereinfacht bzw. nicht bis an

Innenwandungen eines Gehäuses des Druckübersetzers 21

heranreichend dargestellt sind.

Der Druckübersetzer 21 weist einen als doppelt wirkender

Zylinder ausgebildeten Arbeitskolben 3 auf, mit dem

Kolbenabschnitt 5a des Teilkolbens 5, der sich in den von Hydraulikflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum 8 erstreckt und damit hydraulisch beaufschlagt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Druckübersetzer 21 übernimmt der Übersetzerkolben 17 die Krafterzeugung während des Krafthubes. Durch eine geregelte Positionierung des Arbeitskolbens 3 durch die Regelung des Übersetzerkolbens 17 auf dessen beiden pneumatisch beaufschlagten Seiten gemäß des Pneumatikraums 15 und des Antriebsraums 19 kann der Arbeitskolben 3 optimal an seine Krafthub-Erfordernisse angepasst werden.

Zu Beginn eines Arbeitshubes des Arbeitskolbens 3 wird der Eilhub des Arbeitskolbens 3 ausgeführt. Der Arbeitskolben 3 ist mit seinen beidseitig des Teilkolbens 5 vorhandenen

Pneumatikräumen 6 und 7 an einem ein 5/2 Wegeventil 22

angeschlossen, wobei der Pneumatikraum 6 über die Vorhub- Leitung 23 und der Pneumatikraum 7 über die Rückhub-Leitung 24 mit z. B. Druckluft versorgbar ist. Das 5/2 Wegeventil 22 bildet hier eine Stelleinrichtung zur Eilhubsteuerung.

In der Vorhub-Leitung 23 und der Rückhub-Leitung 24 ist zwischen dem Druckübersetzer 21 und dem 5/2 Wegeventil 22 jeweils ein Drosselrückschlag-Ventil 25 bzw. 26 zur

Geschwindigkeitseinstellung des Arbeitskolbens 3 vorhanden.

Der Übersetzerkolben 17 ist intern durch die Trennwand 14 von dem Speicherkolben 10 getrennt. Der Übersetzerkolben 17 wird als doppelt wirkender Pneumatikzylinder beidseitig über den Pneumatikraum 15 und den Antriebsraum 19 mit einem 5/3 Wege- Proportional-Ventil 27 unabhängig vom Arbeitskolben 3

geregelt .

Dabei verbindet eine Vorhubleitung 28 das 5/3 Wege- Proportional-Ventil 27 mit dem Antriebsraum 19 und eine

Rückhub-Leitung 29 das 5/3 Wege-Proportional-Ventil 27 mit dem Pneumatikraum 15. Die Vorhub-Leitung 28 und die Rückhub- Leitung 29 sind dabei über getrennte Anschlüsse mit dem 5/3 Wege-Proportional-Ventil 27 verbunden. Außerdem ist das 5/3 Wege-Proportional-Ventil 27 über einen weiteren Anschluss mit einer Pneumatikleitung 38 zur Druckversorgung verbunden.

Im Steuerraum 12 ist eine Luftfeder realisiert, wobei der Steuerraum 12 über die Pneumatik-Leitung bzw. Leitung 31a mit einem Wechselventil 31 und dieses mit einem Schnellentlüfter 30 bzw. einem Schnellentlüfter-Ventil 30 bzw. mit der Vorhub- Leitung 23 verbunden ist. Alternativ (nicht dargestellt) kann anstelle der Luftfeder eine mechanische Feder eingesetzt werden.

Die Kontrolle bzw. Überwachung eines Öldrucks bzw.

Hydraulikflüssigkeitsdrucks im mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum 8 kann mittels eines Öldruckschalters 32 erfolgen, welcher über die Hydraulikleitung 33 mit dem

Arbeitsraum 8 verbunden ist. Für eine Messung eines Weges als Regelgröße der

Pneumatikregelung der beiden Seiten des Übersetzerkolbens 17 bzw. zum Beispiel eines Gesamthubes des Arbeitskolbens 3 kann ein Wegmesssystem 34, welches nur stark schematisiert

dargestellt ist, im Arbeitskolben 3 oder extern positioniert bzw. angebaut sein.

Für eine Erfassung bzw. Messung einer Kraft als Regelgröße kann beispielsweise ein Kraftaufnehmer 35 zum Beispiel am Arbeitskolben 3 angebaut sein oder extern positioniert bzw. vorhanden sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein

Hydraulikflüssigkeitsdruck bzw. Öldruck, wenn die

Hydraulikflüssigkeit ein Öl ist, über den Öldruckschalter 32 gemessen bzw. erfasst und als Regelgröße weiter verarbeitet werden .

Des Weiteren ist für die Pneumatikseite im Druckübersetzer 21 eine Pneumatikanordnung hier beispielsweise eine

Druckluftversorgung 36 ausgebildet. Die Druckluftversorgung 36 bzw. die bereitgestellte Druckluft führt über eine

Versorgungsdruckeinstellung 37 für die bereitgestellte

Druckluft in eine Versorgungs- bzw. Pneumatikleitung 38.

Außerdem ist aus sicherheitstechnischen Gründen ein

Sicherheitsventil 39 an der Pneumatikleitung 38 vorgesehen.

Die Einstellung über die Versorgungsdruckeinstellung 37 stellt beispielsweise einen minimalen Druck von ca. 3 bar sicher, welcher für das Schalten der betreffenden Ventile mindestens notwendig ist. Je nach Auslegung bzw. Dimensionierung des Druckübersetzers 21 wird über die Versorgungsdruckeinstellung 37 ein maximaler Versorgungsdruck zum Beispiel von maximal ca. 6 oder z. B. maximal ca. 10 bar eingestellt.

Das Sicherheitsventil 39 spricht beispielsweise bei einem maximal zulässigen Pneumatikdruck in der Pneumatikleitung 38 von ca. 7 bar bis ca. 11 bar an.

Die Funktionsweise des Druckübersetzers 21 ist wie folgt:

Das Auslösen bzw. die Ansteuerung des Eilhubes des

Druckübersetzers 21 erfolgt pneumatisch mit dem 5/2 Wegeventil 22.

Nach dem Eilhub erfolgt die Regelung auf Krafthub mit Hilfe des Übersetzerkolbens 10. Dies geschieht immer erst nach ausgefahrenem Eilhub des Arbeitskolbens 3 des Druckübersetzers 21, also z. B. wenn dessen vorderes Ende bzw. ein von diesem vorgeschobenes Nietelement auf einen Widerstand z. B. eine Bauteillage trifft. Für die Zuschaltung des Krafthubes wird der Übersetzerkolben 17 mit dem 5/3 Wege-Proportional-Ventil 27 pneumatisch unabhängig vom Arbeitskolben 3 geregelt. Durch das Verdrängerprinzip wird eine im Verhältnis große Kraft auf den Arbeitskolben 3 ausgeübt, wie oben zu Figur 1 erläutert.

Durch die proportionale pneumatische Regelung des

Übersetzerkolbens 17 z. B. weg-, kraft- oder

flüssigkeitsdruckabhängig kann eine sehr genaue Positionierung im Hochdruckraum für den Arbeitskolben 3 bereitgestellt werden. Der Arbeitskolben 3 kann im Krafthub eine vorgebbare Position sehr genau anfahren. Dabei ist es vorteilhaft zudem möglich, die realisierte Übersetzung im Druckübersetzer 21 für eine indirekte und sehr präzise Regelung des Arbeitskolbens 3 beispielsweise auf einen vorgebbaren bzw. eingestellten

Öldruck, eine vorgebbare Kraft oder eine vorgebbare Position bzw. vorgebbaren Weg des Arbeitskolbens 3 zu regeln.

Der in den Figuren 2 bis 6 gestrichelt angedeutete Bereich des Druckübersetzers 21 zeigt den Bereich, der beispielhaft für die erfindungsgemäße Ausführungsform gemäß Figur 1 dargestellt ist .

In den Figuren 3 bis 6 sind wesentliche Elemente entsprechend der Anordnung gemäß Figur 2 ausgebildet, sodass nachfolgend im Wesentlichen nur auf die Unterschiede der Ausführungsbeispiele gemäß Figur 3 bis 6 im Hinblick auf das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 abgehoben wird.

Demnach betrifft die erfindungsgemäße Ausführungsform gemäß Figur 3 einen Druckübersetzer 21, welcher im Unterschied zur Anordnung gemäß Figur 2 bei der Regelung des Übersetzerkolbens 17 die Regelung für vergleichsweise größere Nenndurchmesser beispielsweise ab einem Nenndurchmesser 3/4 Zoll eingerichtet ist. Dabei ist das gemäß Figur 2 für die Regelung vorgesehene 5/3 Wege-Proportional-Ventil 27 vorteilhaft durch zwei sich entsprechende 3/2 Wege-Proportional-Ventile 40 und 41 ersetzt.

Dabei ist das 3/2 Wege-Proportional-Ventil 40 an der Vorhub- Leitung 28 vorhanden und das 3/2 Wege-Proportional-Ventil 41 an der Rückhub-Leitung 29 vorhanden.

Ansonsten entspricht die Anordnung gemäß Figur 3 der Anordnung gemäß Figur 2 im Aufbau als auch in der Funktionsweise.

Der erfindungsgemäße Druckübersetzer 21 gemäß Figur 4

unterscheidet sich zu der Anordnung gemäß Figur 2 dadurch, dass der Übersetzerkolben 17 samt Speicherkolben 10 mit dem Gehäuse bzw. Mantelrohr 11 samt Gehäuseteil 13 separat vom Arbeitskolben 3 samt Gehäuse 2 vorhanden ist, also ein separat bereitstellbares Übersetzerbauteil 44 und ein separat

bereitstellbares Arbeitsbauteil 45, welche über eine

entsprechende hydraulische Verbindung 42 flexibel und/oder starr miteinander verbunden sind.

Eine weitere vorteilhafte Variante der Erfindung bzw. eines erfindungsgemäßen Druckübersetzers 21 zeigt Figur 5. Dabei wird der Speicherkolben 10 über ein 5/3 Wege-Proportional- Ventil 43 pneumatisch bewegt. Dabei übernimmt das 5/3 Wege- Proportional-Ventil 43 neben der Regelung des

Übersetzerkolbens 17, wie zu Figur 2 beschrieben, auch die pneumatische Versorgung des Steuerraums 12.

Dementsprechend entfällt das gemäß Figur 2 vorhandene

Schnellentlüftungsventil 30. Das Wechselventil 31 ist

entsprechend mit dem Pneumatikraum 15 verbunden und ermöglicht wahlweise eine Verbindung zur Rückhub-Leitung 29 und der

Vorhub-Leitung 23.

Der erfindungsgemäße Druckübersetzer 21 gemäß Figur 6, der eine weitere getrennte Lösung mit einem Übersetzerbauteil 44 und einem Arbeitsbauteil 45 zeigt, unterscheidet sich von dem Druckübersetzer 21 gemäß Figur 4 nur dadurch, dass im

Gehäuse 2 des Arbeitsbauteils 45 ein als doppelt wirkender Zylinder ausgebildeter Hydraulikzylinder 46 verschieblich untergebracht ist. Der Hydraulikzylinder 46 ist auf einer Seite allein hydraulisch beaufschlagt, mit der Hydraulikflüssigkeit, in welche auch der Speicherkolben 10 eintaucht. Demgemäß kommuniziert eine Seite des

Hydraulikzylinders 46 mit dem Speicherkolben 10, wobei die andere Seite des Hydraulikzylinders 46 über die Rückhub- Leitung 24 wie bei dem Druckübersetzer 21 nach Figur 4

pneumatisch beaufschlagbar ist.

Dementsprechend wird der Eilhub allein vom sich in Richtung PI bewegenden Speicherkolben 10 bewirkt. Der Rückhub erfolgt wie bei den anderen Varianten gemäß Figur 1 bis 5 pneumatisch, wobei Hydraulikflüssigkeit in Richtung Speicherkolben 10 verdrängt wird und dieser ebenfalls eine Rückstellung erfährt.

Figur 7 zeigt einen Regelkreis in Prinzipdarstellung für eine erfindungsgemäße hydropneumatische Vorrichtung zur

Druckübersetzung bzw. einen Druckübersetzer 21, der über eine gestrichelt umrandet dargestellte Regeleinrichtung 47 zum Beispiel mittels eines Mehrwege-Ventils 48 kontrolliert wird. Auf den Druckübersetzer 21 können im Praxisbetrieb Störgrößen 49 wie beispielsweise mechanische Größen wirken. Die

Störgrößen können z. B. durch Aufbiegung bzw. Stauchung von Material, durch Dichtungen oder aufgrund von Luft in der

Hydraulikflüssigkeit auftreten.

Mit Sensormitteln umfassend z. B. einen Weg-, Kraft- oder Öldrucksensor bzw. mit einer Sensorik 50 wird eine Regelgröße wie z. B. ein Hubweg des Arbeitskolbens analog erfasst und hier über einen Analog-Digital-Wandler 51 umgewandelt. Aus der digital bereitgestellten Regelgröße r und einer vorgebbaren Führungsgröße w wird eine Regeldifferenz e gebildet. Die

Regeldifferenz e wird mit der Regeleinrichtung 47, die hier beispielhaft einen Proportionalteil 52 und einen Integralteil

53 umfasst, verarbeitet und über einen Digital-Analog-Wandler

54 der Regeleinrichtung 47 in eine analoge Stellgröße y umgewandelt. Die Stellgröße y wirkt auf das Mehrwege- Ventil 48, über welches die Regelung des Druckübersetzer 21 erfolgt . Bezugs zeichenliste :

1 Druckübersetzer

2 Gehäuse

3 Arbeitskolben

4 Kolbenstange

5 Teilkolben

5a Kolbenabschnitt

6 Pneumatikraum

7 Pneumatikraum

8 Arbeitsraum

9 Speicherraum

10 Speicherkolben

10a Ringnut

10b Ringnut

11 Mantelrohr

12 Steuerraum

13 Gehäuseteil

13a Radialdichtung

14 Trennwand

15 Pneumatikraum

16 Mantelrohr

17 Übersetzerkolben

18 Tauchkolben

19 Antriebsraum

20 Verbindungsbohrung

21 Druckübersetzer

22 5/2 Wegeventil

23 Vorhub-Leitung

24 Rückhub-Leitung

25 Drosselrückschlag-Ventil

26 Drosselrückschlag-Ventil

27 5/3 Wege-Proportional-Ventil

28 Vorhub-Leitung

29 Rückhub-Leitung

30 Schnellentlüfter

31 Wechsel entil

31a Leitung

32 Öldruckschalter Hydraulikleitung

Wegmesssystem

Kraftaufnehmer

Druckluftversorgung

Versorgungsdruckeinstellung Pneumatikleitung

Sicherheitsventil

3/2 Wege-Proportional-Ventil 3/2 Wege-Proportional-Ventil Verbindung

5/3 Wege-Proportional-Ventil Übersetzerbauteil

Arbeitsbauteil

Hydraulikzylinder

Regeleinrichtung

Mehrwege-Ventil

Störgröße

Sensorik

Analog-Digital-Wandler Proportionalteil

Integralteil

Digital-Analog-Wandler