Kraftzylinder Positionsunabhängiger Kraftaufbau ohne Ventilschaltung

Herzstück des Kraftzylinders Speedpower ist ein pneumohydraulischer Druckübersetzer, der ohne Ventilschaltung einen sanften, ruckfreien, aber dynamischen Kraftaufbau ermöglicht. Dieser Zylinder, der bei einer bestimmten externen Gegenkraft automatisch in den Krafthub wechselt, sieht aus wie ein doppelt wirkender Pneumatikzylinder und wird wie ein solcher angesteuert.

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Geht es um den schnellen kraft- oder wegabhängigen Wechsel vom Eil- in den Krafthub, bietet sich der Linearantrieb Speedpower an (Bild 1). Diesen Zylinder hat die Specken-Drumag-Gruppe, Bad Säckingen, für die Erzeugung hoher Kräfte entwickelt – wie sie zum Beispiel in der Blechbearbeitung erforderlich sind: beim Stanzen, Pressen, Formen, Nieten, Punktschweißen, Prägen, Verdichten, Klemmen und Spannen.

Im Vergleich zu konventionellen hydropneumatischen Kraftzylindern schlägt das Werkzeug beim Pressen und Prägen weder wie ein Hammer auf das Metallwerkstück auf, noch „schießt“ es beim Stanzen mit voller Kraft durch das Blech hindurch. Außerdem sind keine Dämpfungen oder einstellbare und kontrollierte Geschwindigkeiten erforderlich, die zu einer Reduktion der Taktzahlen führen würden.

Verantwortlich dafür ist ein integrierter neuartiger pneumohydraulischer Druckübersetzer. Er erzeugt kraft- oder wegabhängig den Krafthub, ohne dass beim Wechsel ein zusätzliches Ventil als Schalter benötigt wird.

Bei konventionellen pneumohydraulischen Kraftzylindern löst ein Ventil intern die Schaltung vom Eil- in den Krafthub aus. Die Schaltdauer beträgt dabei bis zu 0,2 s. Außerdem verursacht jedes Umschalten ein lautes Entlüftungsgeräusch.

Im Gegensatz dazu ist beim Zylinder Speedpower der Wechsel vom Eil- in den Krafthub „unmerklich“: Das Werkzeug setzt mit niedriger Kraft auf das Werkstück auf. Sobald die externe Gegenkraft die pneumatische baugrößenabhängige Eilhubkraft des Zylinders übersteigt, entsteht automatisch der Krafthub.

Gleiche Ansteuerung wie bei doppelt wirkendem Zylinder

Das Funktionsprinzip basiert auf einer pneumatisch-hydraulischen Kombination. Der Eilgang ist pneumatisch, die Kraft wird hydraulisch mit Hilfe des neuartigen Druckübersetzers, der mit einem integrierten Öldruckspeicher kombiniert ist, erzeugt. Der Zylinder kann direkt vom Druckluftnetz über ein Pneumatikventil betrieben werden. Er ist wie ein doppelt wirkender Pneumatikzylinder aufgebaut und wird auch so angesteuert.

Der Unterschied liegt in der Zustellung des Kolbens und im Druckübersetzer (Bild 2). In der Zustellbewegung schiebt sich im Innern des Zylinders eine Hochdruckhülse über das Dichtungs- und Führungssystem des Arbeitskol-bens und schließt so eine Hochdruckkammer, um den Krafthub einzuleiten.

Dieser Vorgang dauert etwa 0,05 s. Der Zylinder hat die Kraftkennlinie eines Kniehebelsystems (Bild 3). Er ist unwesentlich schwerer als baugleiche konventionelle Pneumatikzylinder. Im Vergleich zu diesen Zylindern liefert er jedoch eine mehrfach höhere Kraft bei gleichem Luftverbrauch.

Ein herausragendes Merkmal des Zylinders Speedpower ist das positionsunabhängige automatische Umschalten in den Krafthub. Innerhalb des Arbeitsbereichs muss das zu bearbeitende Werkstück nicht punktgenau in der Höhe positioniert werden.

Zylinder schaltet automatisch vom Eil- in den Krafthub

Es kommt erst dann zum Krafthub, wenn der Arbeitskolben auf eine Gegenkraft trifft, die die baugrößenabhängige Eilhubkraft übersteigt. So kann der Wechsel vom Eil- in den Krafthub prinzipiell an jeder Stelle des Gesamthubs erfolgen (Bild 4).

Die Bearbeitung von Werkstücken mit unterschiedlicher Höhe ist jederzeit möglich. Darin liegt ein entscheidender Vorteil zu anderen Presskraft-Systemen. Der patentierte Zylinder kann nicht nur großvolumige pneumatische, sondern auch rein hydraulische oder mechanische Linearantriebe ersetzen.

Werkzeug setzt schonend auf dem Werkstück auf

Das Aufsetzen des Arbeitskolbens mit dem Werkzeug auf das Werkstück ist äußerst werkzeugschonend. Beim frei geführten Arbeitskolben wird nur die Fläche der Kolbenstange wirksam. So beträgt bei der Zylinder-Baugröße SPK 80 mit 20 mm Kolbenstangendurchmesser und 6 bar Nenndruck der zugeführten Druckluft die Aufsetzkraft nur 190 N. Das heißt: Der Wechsel vom Eil- in den Krafthub erfolgt bei einer externen Gegenkraft von 190 N. Er wird dann ausgelöst, wenn der Arbeitskolben auf diese Gegenkraft trifft.

Die Hochdruckhülse schiebt sich hydraulisch gedämpft und ruckfrei über den Arbeitskolben. Die Hochdruckkammer wird geschlossen, und der hydraulische Hochdruck steht unmittelbar zur Verfügung. In der nachfolgenden Krafthubbewegung wird das Hydrauliköl zur Druckübersetzung aus dem Ring- in den Arbeitsbereich des Kolbens verdrängt. Dieses strömungstechnisch optimierte Hydrauliksystem ermöglicht die Verwendung eines hochviskosen Öles. Aufgrund dieses hochviskosen Mediums wird die Ölleckage auf ein Minimum reduziert.

Automatisches Umschalten bei bestimmter Gegenkraft

In Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung wird der Zylinder als kraft- oder weggesteuerte Version ausgelegt. Die kraftgesteuerte Zylinderversion kommt dort zur Anwendung, wo eine hohe Dynamik in den Werkzeugbewegungen und ein großer Kraftbedarf erforderlich sind. Bei Aufbau einer bestimmten Gegenkraft wechselt der Antrieb an einer beliebigen Stelle des Gesamthubs automatisch vom Eil- in den Krafthub.

Im Gegensatz dazu kommt es bei der weggesteuerten Version auf eine hohe Reproduzierbarkeit hinsichtlich des positionsabhängigen Wechsels zum Krafthub an. Beim Erreichen einer fixen, frei wählbaren Wegposition wechselt der Antrieb automatisch vom Eil- in den Krafthub, sofern eine minimale Gegenkraft spürbar ist. Die weggesteuerte Krafterzeugung kommt beispielsweise bei Form- und Siegelstationen von Thermoformmaschinen sowie zum Schließen von Formwerkzeugen bei Spritzgießmaschinen zur Anwendung.

Heike Benois ist Produktmanagerin im Bereich Speedpower bei der Drumag GmbH in 79713 Bad Säckingen.

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