DE29521002U1

DE29521002U1 - Gaszylinderelement

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Publication number: DE29521002U1
Application number: DE29521002U
Authority: DE
Original assignee: ISKA WOLFGANG KATZ VERWALTUNGS
Current assignee: ISKA WOLFGANG KATZ VERWALTUNGS
Priority date: 1995-06-10
Filing date: 1995-06-10
Publication date: 1996-06-27
Anticipated expiration: 2005-06-11

Description

Gas zylindere1ement

Die Erfindung betrifft ein Gaszylinderelement gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Gaszylinderelemente werden beispielsweise dort verwendet, wo hohe Ruckstellkräfte auf kleinstem Raum zu realisieren sind. Je nach Einsatzzweck können dies entweder in sich abgeschlossene Einzelelemente sein, oder aber eine Vielzahl von Elementen, die in sogenannte Tankplatten eingesetzt sind, welche als gemeinsames Druckgasreservoir dienen. Wichtige Anwendungsgebiete in diesem Zusammenhang sind u. a. Werkzeugmaschinen oder Werkzeuge. Bei pressengetriebenen Fertigungseinheiten werden derartige Gaszylinderelemente als Kraftzylinder verwendet.

Solche Gaszylinderelemente bestehen im wesentlichen aus einem Zylinderblock, der eine Zylinderbohrung aufweist. Darin ist ein Kolben angeordnet, der in der Zylinderbohrung axial verschiebbar ist. Der gesamte, zur Verfugung stehende Verschiebeweg wird als Hub bezeichnet und ist durch die beiden Endpunkte, dem oberen Totpunkt und dem unteren Tot-

Postbank: Karlsruhe 76979-754 Bankkonto: Deutsche Bank AG Villingen {BLZ 69470039) 146332

V.A.T. No. DE142989261

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punkt definiert. Am Kolben ist eine Kolbenstange angebracht, die den Zylinderblock hochdruckabgedichtet durchdringt und zur Krafteinleitung dient. Unterhalb des Kolbens ist im Zylinderblock ein Arbeitsraum vorhanden, der zumindest zum Teil durch die Zylinderbohrung gebildet ist. Der Arbeitsraum ist mit Gas, meist Stickstoffgas, unter hohem Druck gefüllt.

Ausgehend von der oberen Totpunktlage wird infolge einer Beaufschlagung der Kolbenstange der Kolben axial verschoben. Da der Kolben hochdruckabgedichtet an der Innenwandung der Zylinderbohrung (Zylinderwand) geführt ist, bewirkt die Verschiebebewegung eine Druckerhöhung des Gases, so daß mit fortschreitender, nach unten gerichteter Verschiebung die hierfür erforderliche Kraft ansteigt und damit die gewünschte Federwirkung erzielt wird.

Ein derartiges Gaszylinderelement in Form eines Gasfederelements ist beispielsweise aus der DE 94 00 669 U bekannt geworden. Es handelt sich hierbei um ein in sich geschlossenes Gaszylinderelement, bei dem der Arbeitsraum mit Stickstoff gas von etwa 150 bar gefüllt ist. Der Druck im Arbeitsraum steigt proportional zum Verschiebeweg des Kolbens an und erreicht in der unteren Totpunktlage einen Wert von etwa 200 bar. Die Federcharakteristik, die sich in Form eines Kraft-Weg-Diagramms darstellen läßt, ist linear ansteigend und wird daher als "progessiv" bezeichnet.

Prinzipiell dieselbe Federcharakteristik besitzen auch die in Tankplatten eingesetzten Gaszylinderelemente, wobei lediglich das Gasvolumen für sämtliche, in die Tankplatte eingesetzten Gaszylinderelemente cfemeinsam ist. Auch läßt sich konstruktionsbedingt ein sehr viel größeres Gasvolumen in bezug auf das Hubvolumen des einzelnen Gaszylinderelements realisieren, so daß ein flacherer Kennlinienverlauf

möglich ist. Der Verlauf als solcher ist auch hier linear ansteigend, d. h. die Federkraft steigt bis zum Erreichen des unteren Totpunkts an.

Als weiteres wichtiges Einsatzgebiet derartiger Gaszylinderelemente hat sich die Verwendung in pressengetriebenen Werkzeugen herausgestellt. Dort dienen Gaszylinderlemente als sogenannte Kraftzylinder, die vom Stößel einer Presse beaufschlagt werden. Durch die infolge der Verschiebebewegung bewirkte Druckerhöhung im Arbeitsraum wird ein damit verbundener Arbeitszylinder betätigt, der beispielsweise eine Stanz- oder Ziehbewegung ausführt. Eine vergleichbare Konfiguration ist aus der DE 94 05 7 64 U bekannt geworden.

Bei solcher Art von Anwendung zeigen sich prinzipbedingt Nachteile der linear ansteigenden Federcharakteristik, da der Kraftverlauf einerseits nicht mit dem Kraftverlauf der Presse harmoniert, andererseits keine Abstimmung auf einen an sich als optimal angesehenen Kraftverlauf für die Bearbeitung möglich ist. Letzteres Problem zeigt sich u. a. besonders bei der spanlosen Formgebung, insbesondere bei Ziehvorgängen, bei denen es zu unerwünschter Faltenbildung kommen kann.

Der Erfindung lag daher das Problem zugrunde, ein Gaszylinderelement der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, das die geschilderten Nachteile nicht mehr aufweist. Insbesondere sollte ein Gaszylinderelement mit geänderter Federcharakteristik geschaffen werden, welche einen nicht mehr im wesentlichen rein linear progressiven Verlauf besitzt und damit besser an die Charakteristik der Krafteinleitung und/oder des Kräftebedarfs von der Werkzeugseite her angepaßt ist.

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Das Problem wird mit einem Gaszylinderelement gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.

Die Erfindung basiert auf der Idee, die Zylinderbohrung nach unten hin, d. h. in einem Axialabschnitt, der mit dem Hubende des Kolbens bis zum Erreichen des unteren Totpunktes korrespondiert, mit einem vergrößerten Durchmesser auszuführen, so daß der Kolben in diesem Axialabschnitt keine (dichtende) Berührung mit der Zylinderwand mehr hat. Dies bewirkt, daß zum Hubende hin der Kolben, und damit der Pressenstößel· entlastet wird.

Ausgehend von der Nullpunktlage, entsprechend der Position des Kolbens im oberen Totpunkt, steigt die Federkraft zunächst im wesentlichen linear (proportional) zum Verschiebeweg an, wie dies bei den Gaszylinderelementen aus dem Stand der Technik der Fall ist. Der entsprechende Abschnitt der Zylinderbohrung ist herkömmlich gestaltet, so daß der an der Zylinderwand entlanggeführte Kolben dichtend anliegt. Dieser Hubabschnitt ist demnach durch eine progressive Federcharakteristik gekennzeichnet.

Beim Übergang in den Axialabschnitt mit vergrößertem Durchmesser kommt der Kolben, und damit der Hochdruck-Dichtring am Kolbenumfang, frei, so daß über den dadurch entstehenden Ringspalt zwischen Kolben und Zylinderwand ein Druckausgleich zum oberhalb des Kolbens liegenden Ringraum erfolgen kann. Der bis zu diesem Punkt infolge der Verdrängungswirkung erzielte Druckaufbau bricht in sich zusammen und erreicht im wesentlichen den Ausgangswert (Fülldruck des Gases). Dieser Abbau des Überdrucks vollzieht sich innerhalb

kürzester Zeit, so da3 während des Resthubs bis zum Erreichen des unteren Totpunktes der Ausgangswert weitgehend erreicht wird. Die Federcharakteristik ist in diesem Bereich degressiv und geht in der Nähe des unteren Totpunktes in eine Horizontale über.

Es versteht sich von selbst, daß durch eine geeignete Abstimmung der konkrete Verlauf der Federkennlinie in weiten Grenzen variiert werden kann. Insbesondere kann durch Variation der Position des Übergangsbereichs auf den vergrößerten Durchmesser der Ort des maximalen Druckanstiegs, und damit der Beginn des degressiven Kennlinienastes, verschoben werden. In jedem Fall kann sichergestellt werden, da3 die Federkraft im unteren Totpunkt fast auf den Wert der Kraft im oberen Totpunkt abgesunken ist. Dies hat den Vorteil, daß beispielsweise der Pressenstößel enorm entlastet wird. Gegenüber einer vergleichbaren, rein progressiven Federcharakteristik ergibt sich eine Entlastung um etwa 75% im unteren Totpunkt. Dies kann einerseits zu einer erheblichen Steigerung der Lebensdauer der Presse und/oder zu einer Verringerung der Bauteildimensionierung genutzt werden.

Auch kann der Kennlinienverlauf auf die Krafteinleitungscharakteristik und/oder auf die werkzeugseitige Kraftanforderung abgestimmt werden.

Der Ablauf der Rückkehrbewegung, d. h. des Rücklaufs des Kolbens vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt erfolgt dergestalt, daß zunächst ausgehend vom unteren Totpunkt der Kolben den Axialabschnitt mit erweitertem Querschnitt berührungsfrei durchläuft, wobei infolge des Ringspalts zwischen dem Kolbenumfang und der Zylinderwand jederzeit ein Druckausgleich zwischen dem Raum unterhalb des Kolbens und demjenigen oberhalb des Kolbens erfolgen kann.

Bei Erreichen des darüberliegenden Zylinderabschnitts gelangt der Kolben bzw. der Hochdruck-Dichtring zur dichtenden Anlage an die Zylinderwand und wird dort bis zum Erreichen der oberen Totpunktlage entlanggeführt. In diesem Zusammenhang ist es für eine einwandfreie Funktion erforderlich, einen Druckausgleichskanal vorzusehen, der einen Druckausgleich zwischen dem nunmehr abgedichteten Ringraum oberhalb des Kolbens und dem Raum unterhalb des Kolbens (Arbeitsraum) ermöglicht. In den Druckausgleichskanal ist hierbei ein Rückschlagventil eingesetzt, das lediglich während des Rückhubs des Kolbens in diesem Axialabschnitt öffnet. Während des Abwärtshubs (Arbeitshubs) ist das Ventil jedoch geschlossen, um den Druckaufbau, und damit den progressiven Kraftverlauf im oberen Axialabschnitt zu ermöglichen.

Der Druckausgleichskanal kann bevorzugt die beiden Stirnseiten des Kolbens miteinander verbinden und im Kolben selbst, beispielsweise als axiale Durchgangsbohrung, integriert sein. Auch ist es möglich, den Druckausgleichskanal beispielsweise im Zylinderblock oder als extern verlaufende, separate Leitung anzuordnen, um eine kommunizierende Verbindung vom Ringraum oberhalb des Kolbens zum Arbeitsraum zu schaffen. Im Extremfall ist darunter auch eine Leitung zu verstehen, die unmittelbar von oben in die Zylinderbohrung mündet und mit dem Druckgasreservoir einer Tankplatte verbunden ist.

Hinsichtlich der Gestaltung der Zylinderbohrung im Bereich des Axialabschnitts mit erweitertem Durchmesser bestehen prinzipiell große Gestaltungsfreiheiten. Aus fertigungstechnischen Gründen ist es von Vorteil, wenn dieser Axialabschnitt ebenfalls einen konstanten Durchmesser aufweist. Dieser Abschnitt kann durch einfaches Aufbohren gestaltet

sein, so daß der Fertigungsaufwand äußerst gering gehalten werden kann. Besonders vorteilhaft ist es damit auch möglich, bereits vorhandene Gaszylinderelemente mit herkömmlicher, rein progressiver Federcharakteristik nachträglich umzuarbeiten.

Es hat sich als günstig erwiesen, den Übergang vom ersten zum zweiten Axialabschnitt konusförmig zu gestalten. Dies hat den Vorteil, daß beim Rückhub des Kolbens dieser bzw. der Hochdruck-Dichtring und ein an sich üblicher Führungsring besonders schonend jeweils zur Anlage an die Zylinderwand gebracht werden können. Damit läßt sich die Lebensdauer, insbesondere des sehr stark belasteten Hochdruck-Dichtrings, erhöhen.

Der konusförmige Übergangsbereich bildet damit einen weiteren Axialabschnitt, dessen axiale Erstreckung variiert werden kann. Besonders günstig in diesem Zusammenhang hat es sich erwiesen, einen Konuswinkel zwischen 2° und 10°, vorzugsweise von 5° zu wählen. Ein derartig gestalteter Konuswinkel stellt weiterhin sicher, daß der Übergang vom progressiven zum degressiven Kennlinienast (und umgekehrt) nicht abrupt, sondern kontinuierlich fließend erfolgt. Auch ergibt sich ein nicht zu starker Gradient der Kennlinie, vielmehr vollzieht sich der Übergang von der maximalen Federkraft zur Nennkraft so, daß keine schlagartige Kraftentlastung eintritt.

Eine besondere Bedeutung kommt auch der Führung der Kolbenstange zu, da diese im Bereich des unteren Totpunkts ausschließlich die Führungsfunktion inne hat. Vorteilhafterweise sind deshalb 2wei koaxial beabstandet angeordnete Führungsringe vorgesehen, die in entsprechende Nuten des Zylinderblocks eingesetzt sind.

Zur Erhöhung der Lebensdauer kann ein Vorratsraum zur Aufnahme von Schmiermittel für die Kolbenstange vorgesehen sein, so daß bei jedem Hub die Kolbenstange während des Vorbeigleitens mit Schmiermittel versorgt wird.

Eine besonders kompakte Bauweise kann dann erreicht werden, wenn Kolben und Kolbenstange zum Arbeitsraum hin weitgehend aufgebohrt sind. Hierdurch vergrößert sich das einzubringende Gasvolumen.

Zur Führung des Kolbens und zu seiner Abdichtung im Bereich des oberen Axialabschnitts kann der Kolben einen Führungsring und einen Hochdruck-Dichtring besitzen, welche jeweils in umlaufende Nuten eingesetzt sind.

Je nach Einsatzzweck kann der Zylinderblock entweder mit einem Deckel verschlossen oder aber in eine Tankplatte eingesetzt sein. Im ersteren Fall handelt es sich um ein in sich geschlossenes Gaszylinderelement, welches einfach zu fertigen ist. Der Deckel besitzt ein Außengewinde, mit dem er über ein korrespondierendes Innengewinde am Zylinderblock unter Zwischenlage eines Dichtrings hochdruckabgedichtet verschraubt ist.

Auch kann der Deckel mit einem Gasventil versehen sein, welches zur Erstbefüllung und zum Nachfüllen von Gas dient.

Ebenso kann der Zylinderblock in eine Tankplatte eingesetzt sein, so daß sich beispielsweise Mehrfachsysteme in an sich bekannter Weise realisieren lassen. In diesem Fall ist der Zylinderblock mit einem Außengewinde versehen, welches in ein korrespondierendes Innengewinde der Tankplatte eingreift.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Figur 1 Schnittdarstellung des Gaszylinderelements, Kolben in oberer Totpunktstellung,

Figur 2 Gaszylinderelement entsprechend Figur 1, Kolben in einer ersten Übergangsstellung,

Figur 3 Gaszylinderelement entsprechend Figur 1, Kolben in einer weiteren Übergangsstellung,

Figur 4 Gaszylinderelement entsprechend Figur 1, Kolben in unterer Totpunktstellung und

Figur 5 Kennlinienverlauf.

In den Figuren 1 bis 4 ist ein Gaszylinderelement 1 dargestellt. Es besteht im wesentlichen aus einem Zylinderblock 10 mit einer Zylinderbohrung 11, sowie einem mit einer Kolbenstange 30 versehenen Kolben 40, welcher in der Zylinderbohrung 11 axial verschiebbar angeordnet ist. Die Kolbenstange 30 durchdringt den Zylinderblock 10 an der Stirnseite 19 hochdruckabgedichtet. Zu diesem Zweck ist ein Hochdruck-Dichtring 63 vorgesehen, der in eine Nut 13 des Zylinderblocks 10 eingesetzt ist. Oberhalb sind zwei Führungsringe 64, 65 vorgesehen, die in entsprechende Nuten 14, 15 eingesetzt sind und die Aufgabe haben, die Kolbenstange 30 zu führen.

In der Nähe der Stirnseite 19 ist eine weitere Nut 16 vor-

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handen, die einen Abstreifring 66 aufnimmt. Der Abstreifring 66 dient dazu, an der Kolbenstange 30 anhaftendes Schmiermittel vor dem Austreten zu hindern.

Zwischen den beiden Nuten 14, 15 ist eine weitere Ausnehmung in Form eines Einstiches 17 vorhanden, die als Vorratsraum zur Aufnahme des Schmiermittels dient. Von der Stirnseite 19 ausgehend ist eine Zuführbohrung 18 vorhanden, die in den Vorratsraum 17 mündet und über die Schmiermittelvorrat auch während des Betriebs zugeführt werden kann. In die Zuführbohrung 18 ist ein an sich üblicher Schmiernippel 70 eingesetzt, der über eine mit einer Feder 72 beaufschlagte Kugel 71 verschlossen ist.

Der Kolben 40 besitzt zwei Nuten 43, 44, in die jeweils ein Hochdruck-Dichtring 53 und ein Führungsring 54 eingesetzt sind.

Am unteren Ende des Zylinderblocks 10 ist die Zylinderbohrung 11 mit einem Innengewinde 12 versehen, in welches ein korrespondierendes Außengewinde 22 eines Deckels 20 eingeschraubt ist. Der Deckel 20 ist gegenüber dem Zylinderblock 10 infolge des Dichtungsrings 90 hochdruckabgedichtet ausgeführt. Der Deckel 20 weist ferner eine Aufnahmebohrung 24 auf, in die (hier nicht dargestellt) ein Gasventil eingesetzt ist. Die Aufnahmebohrung 24 mündet in einen Gaszuführkanal 23, der seinerseits in eine Bohrung 21 mündet, die im Deckel 20 angbracht ist. Die Bohrung 21 steht in kommunizierender Verbindung mit der Zylinderbohrung 11 und ist damit Bestandteil des Arbeitsraums des Gaszylinderelements 1. Über das (nicht näher dargestellte) Gasventil ist Gas, nämlich Stickstoffgas, unter hohem Druck zuführbar. Im konkret vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Druck (Nenndruck) 150 bar.

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Weiterhin sind der Kolben 40 und die Kolbenstange 30 mit einer gemeinsamen Bohrung 31 versehen, die mit dem Arbeitsraum in kommunizierender Verbindung steht. Auf diese Weise wird der zur Verfügung stehende Raum zur Aufnahme des Gases optimal genutzt.

Ganz entscheidende Bedeutung im Hinblick auf den Kennlinienverlauf besitzt die Gestaltung der Zylinderbohrung 11 mit Axialabschnitten unterschiedlichen Durchmessers. Ein erster Axialabschnitt P im Bereich der oberen Totpunktlage besitzt einen ersten, konstanten Durchmesser DP, der so gewählt ist, da3 der Kolben 40 hochdruckabgedichtet an der Zylinderwand 11 geführt ist. Die Hochdruckabdichtung ist durch den Hochdruck-Dichtring 53 gewährleistet, der an der Zylinderwand 11' entlanggleitet.

Der Axialabschnitt P bewirkt, daß bei einer Axialverschiebung des Kolbens 40 aus der in Figur 1 dargestellten oberen Totpunktlage heraus nach unten ein weitgehend linear verlaufender Druckanstieg erfolgt und zwar so lange, bis der Kolben 40 die in Figur 2 dargestellt Position erreicht. Es ist dies eine Position, bei der der Hochdruck-Dichtring 53 das Ende des Axialabschnitts P erreicht hat und nunmehr in einen sich hieran anschließenden Axialabschnitt Ü eintritt. Der Axialabschnitt Ü ist konisch gestaltet und stellt den Übergang zu einem Axialabschnitt D dar. Der Axialabschnitt D besitzt gegenüber dem Axialabschnitt P einen vergrößerten Durchmesser DD, dessen Bedeutung nachstehend näher erläutert wird.

Durch die konische Erweiterung im dazwischenliegenden Axialabschnitt Ü löst sich der Hochdruck-Dichtring 53 bei fortschreitender Axialverschiebung von der Zylinderwand 11' und

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ist damit nicht mehr in der Lage, den oberhalb des Kolbens 40 entstandenen Ringraum vom unterhalb des Kolbens 40 befindlichen Arbeitsraum zu trennen. Als Folge davon erfolgt ein Druckausgleich zwischen den beiden Räumen, wobei ein Teilvolumen des unter hohem Druck stehenden Gases im Arbeitsraum durch den nunmehr entstandenen Ringspalt zwischen dem Hochdruck-Dichtring 53 und der ihm gegenüberliegenden Zylinderwand 11' hindurchströmt. Der Druckausgleich wird jedoch dadurch verzögert, daß der Führungsring 44 in der in Figur 2 gezeigten Position noch an der Zylinderwand 11' anliegt, so daß der Druckausgleich zunächst langsam einsetzt.

In der in Figur 3 gezeigten Position kommt auch der Führungsring 54 von der Zylinderwand 11' vollkommen frei, so daß nunmehr der Druckausgleich durch den nun vorhandenen großen Ringspalt ungehindert abläuft. Danach herrschen in beiden Teilräumen oberhalb und unterhalb des Kolbens 40 im wesentlichen die gleichen Druckverhältnisse.

Während des nun noch verbleibenden Resthubs bis zum Erreichen des unteren Totpunkts (gemäß Figur 4) erfolgt im wesentlichen keine Veränderung des Drucks mehr, da der Kolben 40 mit relativ großem radialen Spiel im Axialabschnitt D verschoben wird.

In Figur 5 ist nochmals zur Verdeutlichung der Kennlinienverlauf der Federcharakteristik in Form eines Kraft-Weg-Diagramms dargestellt. In der oberen Totpunktlage ergibt sich demnach eine Rückstellkraft in Höhe von 900 daN, die etwa bis auf einen Wert von ca. 3500 daN ansteigt, und zwar längs eines Verschiebewegs von 12,5 mm. Der Anstieg erfolgt linear. Über einen weiteren Teilhub von 5 mm bleibt der erreichte Spitzenwert von 35 00 daN mehr oder weniger konstant, um

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dann auf einen Wert etwas oberhalb des Ausgangswerts abzusinken. Dieser Wert wird bis zum Erreichen des unteren Totpunkts weitgehend konstant gehalten. Hieraus ergibt sich, daß bei einem Gesamthub von 25 mm ein als Arbeitsweg bezeichneter Teilhub von 17,5 mm zur Verfügung steht und der als Entlastungsweg bezeichnete Resthub von 7,5 mm zum Druckabbau dient. Der plateauartige Abschnitt der Kennlinie zwischen den Hubpositionen 12,5 mm und 17,5 mm stellt den Übergangsbereich dar, bei dem sich der Hochdruck-Dichtring 53 von der Zylinderwand 11' zu lösen beginnt, so daß einerseits ein weiterer Druckaufbau im Arbeitsraum nicht mehr stattfindet, andererseits ein rascher Druckausgleich noch nicht möglich ist. Weiterhin fällt der Druck bzw. die Federkraft nicht ganz auf den Ausgangswert zurück, da aufgrund der hochgradig instationären Vorgänge im Arbeitsraum ein vollkommener Druckausgleich nicht erfolgen kann.

Beim Rückhub des Kolbens 40 aus der in Figur 4 dargestellten unteren Totpunktlage wird zunächst der untere Axialabschnitt D durchquert. Dananch erreicht der Kolben 40 die in Figur 3 dargestellte Position, bei der sich der Führungsring 54 an die Zylinderwand 11' im Bereich des oberen Axialabschnitts P anlegt und ab dieser Position den Kolben 40 in der Zylinderbohrung 11 führt. Bei Erreichen der in Figur 2 dargestellten Position legt sich nunmehr auch der Hochdruck-Dichtring 53 an die Zylinderwand 11' an und dichtet den Arbeitsraum gegenüber dem oberhalb des Kolbens 40 befindlichen Zylinderraura ab. Spätestens in dieser Position muß nun ein Druckausgleich zwischen dem oberhalb des Kolbens 40 befindlichen Ringraum und dem Arbeitsraum erfolgen, da anderenfalls ein Druckanstieg in dem nunmehr abgedichteten Ringraum oberhalb des Kolbens 40 auftreten würde und eine weitere Rückkehrbewegung des Kolbens 40 ohne zusätzliche Maßnahmen nicht mehr möglich wäre. Zu diesem Zweck besitzt der Kolben 40 einen

Druckausgleichskanal 49, der die beiden Stirnseiten 41, 42 des Kolbens 40 miteinander verbindet. In den Druckausgleichskanal 49 ist ein Rückschlagventil 80 eingesetzt und mittels eines Sicherungsrings 85 fixiert. Das Rückschlagventil 80 umfaßt in an sich bekannter Weise einen von einer Feder 82 in geschlossener Stellung gehaltenen Ventilkegel 81. Der Öffnungsdruck des Rückschlagventils 80 ist so eingestellt, da(3 der sich während des Rückhubs aufbauende Überdruck im Ringraum oberhalb des Kolbens 40 unmittelbar wieder abbaut, so daß die Aufwärtsbewegung des Kolbens 40 im Axialabschnitt P bis zum Erreichen des oberen Totpunkts entsprechend Figur 1 nicht behindert wird.

Es versteht sich von selbst, daß diese Art des Druckausgleichs nicht die einzige Möglichkeit darstellt. Sie hat jedoch den Vorteil, daß sie sehr leicht zu realisieren ist und zudem keinen zusätzlichen Platzbedarf besitzt. So kann der Druckausgleichskanal 49 ohne Probleme im Kolben 40 angebracht werden.

Das Funktionsprinzip des Gaszylinderelements wurde am Beispiel eines in sich abgeschlossenen Gasfederelements erläutert. Es kann jedoch in übereinstimmender Funktionsweise auch auf Mehrfachanordnungen übertragen werden, bei denen mehrere solcher Gaszylinderelemente in eine Tankplatte eingesetzt sind. Ähnliches gilt für spezielle Fertigungswerkzeuge, bei denen ein solches Gaszylinderelement als Kraftzylinder zur Betätigung eines Werkzeugs dient. So haben Versuche bei einer Ziehanwendung ergeben, daß durch die neuartige Federcharakteristik ein besonders weicher Verformungsvorgang realisierbar ist, bei dem keinerlei Faltenbildung auftritt.

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Mit diesem Konzept eröffnen sich beinahe unbegrenzte Möglichkeiten, den Kraftverlauf individuell an verschiedenste Anforderungen anzupassen.

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BEZÜGSZEICHENLISTE

Gaszylinderelement

10	Zylinderblock
11	Bohrung
11'	Zylinderwand
12	Innengewinde
13	Nut
14	Nut
15	Nut
16	Nut
17	Vorratsraum
18	Zuführbohrung
19	Stirnseite

20 Deckel

21 Bohrung

22 Außengewinde

23 Gaszuführkanal

2 4 Aufnahmebohrung

30 Kolbenstange

31 Bohrung

40 Kolben

41 Stirnseite

42 Stirnseite

43 Nut

44 Nut

49 Druckausgleichskanal

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53 Hochdruck-Dichtring

54 Führungsring

63 Hochdruck-Dichtring

64 Führungsring

65 Führungsring

66 Abstreifring

70 Schmiernippel

71 Kugel

72 Feder

80 Rückschlagventil

81 Ventilkegel

82 Feder

85 Sicherungsring

90 Dichtungsring

D Axialabschnitt

P Axialabschnitt

Ü Axialabschnitt

DD Durchmesser

DP Durchmesser

K Konuswinkel

Claims

- einem Zylinderblock, der eine Zylinderbohrung aufweist,

- einem Kolben, der in der Zylinderbohrung zwischen einem oberen Totpunkt und einem unterem Totpunkt verschiebbar angeordnet ist,

- einer Kolbenstange, die am Kolben angebracht ist und den Zylinderblock an der Stirnseite hochdruckabgedichtet durchdringt, sowie

- einem Arbeitsraum, der zumindest teilweise durch einen Teil der Zylinderbohrung gebildet und mit Gas unter hohem Druck gefüllt ist,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Zylinderbohrung (11) zumindest zwei Axialabschnitte (P, D) unterschiedlichen Durchmessers (DP, DD) aufweist, nämlich

- einen ersten Axialabschnitt (P) mit einem ersten, konstanten Durchmesser (DP) derart, daß der Kolben (40) ausgehend vom oberen Totpunkt (OT) dichtend an der Zylinderwand (H') entlanggeführt ist, sowie

- einen zweiten Axialabschnitt (D) mit einem vergrößerten Durchmesser (DD) derart, daß der Kolben (40) bis zum Erreichen des unteren Totpunkts (UT) keine Berührung mit der Zylinderwand (H') hat, und

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- daß ein Druckausgleichskanal (49) vorgesehen ist, der den Arbeitsraum mit dem oberhalb des Kolbens (40) befindlichen Ringraum verbindet, und der mit einem Rückschlagventil versehen ist, das während der Aufwärtsbewegung des Kolbens (40) (Rückhub) im Bereich des ersten Axialabschnitts (P) geöffnet, im übrigen jedoch geschlossen ist.
2. Gaszylinderelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Axialabschnitt (D) einen konstanten Durchmesser (DD) aufweist.
3. Gaszylinderelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom ersten Axialabschnitt (P) zum zweiten Axialabschnitt (D) konusförmig unter Bildung eines weiteren Axialabschnitts (Ü) gestaltet ist.
4. Gaszylinderelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel (K) zwischen 2° Grad und 10° Grad, vorzugsweise 5° Grad beträgt.
5. Gaszylinderelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Führungsringe (64, 65) zur Führung der Kolbenstange (30), die in zwei koaxial beabstandete Nuten (14, 15) des Zylinderblocks (10) eingesetzt sind.
6. Gaszylinderelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Vorratsraum zur Aufnahme von Schmiermittel für die Kolbenstange (30) vorzugsweise in Form einer umlaufenden Nut (17) im Zylinderblock (10).
7. Gaszylinderelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da(3 der Kolben (40) und gegebenenfalls die Kolbenstange (30) zum Arbeitsraum hin weitgehend aufgebohrt sind.
8. Gaszylinderelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Hochdruck-Dichtring (53), der in eine umlaufende Nut (43) des Kolbens (40) eingesetzt ist.
9. Gaszylinderelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Führungsring (54), der in eine weitere umlaufende Nut (44) des Kolbens (40) eingesetzt ist.
10. Gaszylinderelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal als die beiden Stirnseiten (41, 42) des Kolbens (40) verbindende Bohrung (49) ausgeführt ist.
11. Gaszylinderelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Deckel (20), der mit dem Zylinderblock (10) hochdruckabgedichtet verbunden, vorzugsweise verschraubt ist.
12. Gaszylinderelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (20) mit einem Gasventil zum Zuführen und/oder Nachfüllen von Gas versehen ist.
13. Gaszylinderelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er in eine Tankplatte eingesetzt ist.