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Pneumatische Signiereinheit
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Die Erfindung betrifft eine pneumatische Signiereinheit, bestehend
aus einem Zylinder mit einem Deckel und einer Bodenplatte, der durch eine Einschnürung
in einen Druckluftspeicherraum und einen Kolbenführungsraum unterteilt ist, einem
in dem Kolbenführungsraum
des Zylinders axial verschiebbar gelagerten
Kolben, einem mit dem Kolben zusammenwirkenden Schlagbolzen, der in der Bodenplatte
des Zylinders axial verschiebbar geführt ist, einer im Bereich des Zylinderdeckels
in den Druckluftspeicherraum mündenden ersten Luftleitung, die über ein Ventil wahlweise
mit einer Druckluftquelle oder mit der Atmosphäre verbindbar ist, und einer im Bereich
der Bodenplatte des Zylinders in den Kolbenführungsraum mündenden zweiten Luftleitung,
die im Gegentakt zur ersten Luft mit leitung der Druckluftquelle oder der Atmosphäre
verbindbar ist.
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Bei einer bekannten pneumatischen Signiereinheit dieser Gattung ist
der Kolben mit dem Schlagbolzen einstückig verbunden. Damit der Kolben eine ausreichendê
Bewegungsenergie speichern kann, bevor der Schlagbolzen mit dem an seinem vorderen
Ende angeordneten Werkzeug auf das mit einer Signierung zu versehende Werkstück
auftrifft, muß das vordere Ende des Schlagbolzens ursprünglich in einem entsprechenden
Abstand von der Oberfläche des Werkstücks angeordnet sein. Dieses Erfordernis ist
aber in zweifacher Hinsicht nachteilhaft. Wegen dieses Abstandes ist es einerseits
schwierig, die.Signiereinheit so auf dem Werkstück zu positionieren, daß dieses
genau an der gewünschtenStelle signiert wird, und außerdem besteht eine erhebliche
Unfallgefahr, weshalb bei der herkömmlichen Signiereinheit eine Schutzvorrichtung
erforderlich ist, die den für den Vorlaufhub erforderlichen Raum zwischen -dem Werkstück
und dem Schlagbolzen abschirmt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Signiereinheit
dahingehend weiterzubilden, daß das vordere Ende des Schlagbolzens bzw. das an diesem
angeordnete Prägewerkzeug am Werkstück zur Anlage gebracht und der Signiervorgang
in diesem Zustand durch führt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schlagbolzen
ein vom Kolben getrenntes Bauteil und unabhängig von diesem in dem Zylinder bewegbar
ist, daß ein Gleitring an der Umfangsfläche des Schlagbolzens und an der Innenfläche
des Kolbenführungsraumes des Zylinders dichtend anliegt, daß die axiale Verschiebbarkeit
des Gleitringes auf dem Schlagbolzen durch zwei radiale Vorsprünge des Schlagbolzens
begrenzt ist, daß der Gleitring, der Kolben und der Zylinder auf der Rückseite des
Gleitringes eine. Kammer begrenzen, in die eine dritte Luftleitung einmündet, die
im Gegentakt zu der zweiten Luftleitung mit der Druckluftquelle oder mit der Atmosphäre
verbindbar ist.
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Wenn zur Durchführung eines Signiervorganges die dritte Luftleitung
mit der Druckluftquelle verbunden wird, während die zweite Luftleitung mit der Atmosphäre
verbunden ist, dann wird die Rückseite des Gleitringes mit einem höheren Druck beaufschlagt
als seine Vorderseite. Dieses Druckungleichgewicht hat zur Folge, daß der Gleitring
auf dem Schlagbolzen nach vorne verschoben wird, bis er am vorderen radialen Vorsprung
desselben zur Anlage gelangt und damit den Schlagbolzen mitnimmt und so weit nach
vorne bewegt, bis dieser mit seinem vorderen Ende oder dem daran befestigten Werkzeug
an der Oberfläche des zu signierenden Werkstücks zur Anlage gelangt. In diesem Zustand
kann die Relativstellung zwischen der Signiereinheit. und dem Werkzeug genau.
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eingestellt werden. Wenn sodann die erste Luftleitung mit der Druckluftquelle
verbunden wird, dann baut sich im Druckluftspeicherraum des Zylinders ein Druck
auf, mit der Folge, daß der Kolben nach unten beschleunigt wird und mit großer Wucht
auf den auf dem Werkzeug aufliegenden Schlagbolzen auftrifft. Eine Verletzungsgefahr
besteht
dabei offensichtlich nicht, weil der in das Werkstück eindringende Schlagbolzen
nur eine minimale Bewegung ausführt. Die erste Luftleitung wird jetzt mit der Atmosphäre
verbunden, so daß im Druckluf£speicherraum ebenso wie in der Kammer an der Rückseite
des Gleitrings, die bereits zuvor mit der Atmosphäre verbunden wurde, atmosphärischer
Druck herrscht. Wenn jetzt die zweite Luftleitung mit der Druckluftquelle verbunden
wird, dann.wird die Vorderseite des Gleitrings mit einem größeren Druck beaufschlagt
als seine Rückseite. Das hat zur Folge, daß der Gleitring auf dem Schlagbolzen nach
hinten verschoben wird, bis er am hinteren radialen Vorsprung des Schlagbolzens
zur Anlage gelangt und diesen mitnimmt. Im Verlauf der gemeinsamen Rücklaufbewegung
des Schlagbolzens und des Gleitringes gelangt eines dieser Teile am Kolben zur Änlage,
um diesen in die obere Totpunktlage zurückzuführen In der oberen Totpunktlage des
Gleitrings befindet sich die an seiner Rückseite angeordnete Kammer im Mündungsbereich
der dritten Luftleitung, so daß die Signiereinheit zur Wiederholung der vorstehend
beschriebenen Arbeitsvorgänge bereit ist.
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Um ein Verkanten des Schlagbolzens beim Aufprall des Kolbens zu verhinern,
ist vorgesehen, daß der Kolben eine Axialbohrung-aufweist, in der der hintere Bereich-des
Schlagbolzens verschiebbar geführt ist.
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Das vordere Ende des Kolbens ist vorzugsweise am Außenumfang mit
einer Eindrehung versehen, die mit dem Zylinder und dem Gleitring eine Ringkammer
begrenzt, in welche die dritte Luftleitung einmündet-.
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Damit die Bewegungsenergie des Kolbens nicht über den Gleitring auf
den Schlagbolzen, sondern unmittelbar auf diesen übertragen wird, ist vorgesehen,
daX der Abstand des vorderen radialen Vorsprungs des Schlagbolzens
vom
hinteren Ende desselben größer ist als die Tiefe der Axialbohrung des Kolbens.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß der Kolben am hinteren Ende einen in der Einschnürung des Zylinders
dichtend geführten Ansatz aufweist, der mit einer Bohrung versehen ist, die in der
hinteren Stirnfläche des Ansatzes und in der zwischen dem Kolben und dem Ansatz
gebildeten Ringfläche mündet, und daß in diese Bohrung ein zur hinteren Stirnfläche
des Ansatzes hin öffnendes Rückschlagventil eingesetzt ist. Wenn der Kolben nach
Durchführung eines Arbeitsvorganges in die obere Totpunktstellung zurückgeführt
wird, dann kann die in der Ringkammer vor der Einschnürung des Zylinders eingeschlossene
Luft durch die im Ansatz des Kolbens angeordnete Bohrung entweichen.
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Wenn der Druckluftspeicherraum des Zylinders über die erste Luftleitung
mit der Druckluftquelle verbunden wird, dann kann sich der Kolben nicht sofort nach
unten bewegen, weil wegen des Rückschlagventils auf die zwischen dem Kolben und
dem Ansatz gebildete Ringfläche ein Unterdruck einwirkt. Erst wenn sich im Druckluftspeicherraum
ein ausreichender Druck aufgebaut hat, dann wird der Kolben von der Einschnürung
des Zylinders schlagartig losgerissen und mit einer großen Beschleunigung nach unten
gegen den Schlagbolzen bewegt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt
dargestellt, das nachfolgend näher erläutert wird.
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Die gezeigte Signiereinheit besteht aus einem Zylinder mit einem
hinteren und einem vorderen Zylinderteil 10 und 12, die starr miteinander verbunden
sind. Das hintere Zylinderteil 10 bildet zugleich den Zylinderdeckel, während eine
gesonderte Bodenplatte 14 in das vordere
Zylinderteil 12 dicht eingesetzt
ist. Das hintere Zylinderteil 10 ist in seinem Verbindungsbereich mit dem vorderen
Zylinderteil 12 mit einer Einschnürung 16 versehen. Die zylindrische Innenfläche
der Einschnürung 16 ist mit einer Ringnut versehenj in die ein O-Ring.18 eingesetzt
ist. Im vorderen Zylinderteil 12. ist ein Kolben 20 verschiebbar geführt-, der an
seinem hinteren Ende mit einem Ansatz 22 versehen ist, der in def oberen Totpunktstellung
des Kolbens in die Einschnürung 16 des hinteren Zylinderteils 10 dichtend eingreift.
Der Kolben 20 ist im hinteren Bereich mit einer Ringnut verstehen, in die ein O-Ring
24 eingesetzt ist, der an der Innenfläche des vorderen Zylinderteils 12 dichtend
anliegt. Ein Schlagbolzen 26 ist in einer Bohrung 28 der Bodenplatte 14 axial verb'
schiebbar geführt. In der Bohrung 28 der Bodenplatte 14 sind ein Abstreifring 30
und ein O-Ring 32 angeordnet, die am Umfang des Schlagbolzens dichtend anliegen.
Der Kolben 20 ist mit einer Axialbohrung 34 versehen, in der das hintere Ende des
Schlagbolzens 26 Verschiebbar geführt ist. In der Axialbohrung 34 ist ein O-Ring
36- angeordnet, der am Umfang des Schlagbolzens 26-anliegt'.
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Der in der-Axialbohrung 34 des Kolbens 20 geführte hintere Teil des
Schlagbolzens 26 hat einen größeren Durchmesser als sein vorderer Teil, so daß eine.Ringschulter
38 gebildet wird. Auf den vorderen Teil des Schlagbolzens ist ein Gleitring 40 aufgeschoben.
Der Gleitring 40 ist mit einer inneren Ringnut 42 versehen,-in der ein O-Ring 44
angeordnet ist, der am Umfang des Schlagbolzens 26 dichtend anliegt. Der Gleitring
40 ist ferner mit einer äußeren Ringnut 46 versehen, in der ein O-Ring 48 angeordnet
ist, der an der Innenfläche des vorderen Zylinderteils 12 dichtend anliegt. Die
axiale Verschiebbarkeit des Gleitrings 40 auf den verjüngten vorderen Teil des Schlagbolzens
26 wird durch einen Anschlagring 50
begrenzt, der auf den Schlagbolzen
aufgeschrumpft ist.
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Das dem Gleitring 40 zugekehrte vordere Ende des Kolbens 20 ist am
Außenumfang mit einer Eindrehung 52 versehen1 die mit der Innenfläche des vorderen
Zylinderteils 12 eine Ringkammer bildet. Die Axialbohrung 34 des Kolbens 20 ist
im.vorderen Bereich 54 erweitert. Im satz 22 des Kolbens 20 ist eine Bohrung 56
angeordnet, die in der hinteren Stirnfläche und im vorderen Bereich der Umfungsfläche
des Ansatzes 22 mündet. Der vordere Bereich der Einschnürung 16 des hinteren Zylinderteils
lO ist erweitert, und diese Erweiterung begrenzt zusammenmit dem Ansatz 22 des Kolbens
20 eine Ringkammer- 58, in die die Bohrung 56 einmündet. In die Bohrung 56 ist ein
zur hinteren Stirnfläche des Ansatzes 22 hin öffnendes Rückschlagventil 60 eingesetzt.
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In der Zeichnung sind alle beweglichen Teile der Signiereinheit in
ihrer hinteren Totpunktlage dargestellt. Dabei liegt der Gleitring 40 einerseits
an der Ringschulter 38 des Schlagbolzens 26 und andererseits am vorderen Ende des
Kolbens 20 an. Das hintere Ende des Schlagbolzens 26 liegt am Boden der Axialbohrung
34 des Kolbens 20 an. Der Kolben 20 liegt seinerseits an der Einschnürung 16 des
hinteren Zylinderteils 10 an.
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Der vom hinteren Zylinderteil 10 gebildete zylinderdekkel ist mit
einer Bohrung 61 versehen, an die eine erste Luftleitung 62 angeschlossen ist. Eine
zweite Luftleitung 64 ist an die Bohrung 65 der Bodenplatte angeschlossen. Eine
dritte Luftleitung 66 ist an einen Anschlußring 68 angeschlossen, der äuf das vordere
Zylinderteil aufgeschoben ist. Die im Anschlußring 68 angeordnete Bohrung 70 fluchtet
mit einer im vorderen Zylinderteil 12 angeordneten Bohrung 72, der die Eindrehung
52 des Kolbens 20
gegenüberliegt, wenn sich dieser in der gezeigten
hinteren Totpunktstellung befindet. Die erste, zweite und dritte Luftleitung sind
jeweils über ein Ventil mit einer Druckluftquelle oder der Atmosphäre verbunden.
Diese (nicht gezeigten> Ventile sind über eine (gleichfalls nicht gezeigte) Steuereinrichtung
so verbunden, daß die zweite Luftleitung im Gegentakt zur ersten Luftleitung mit
der Druckluftquelle oder mit der Atmosphäre verbunden ist, und daß die dritte Luftleitung
im Gegentakt zur zweiten Luftleitung mit der Druckluftquelle oder mit der Atmosphäre
verbunden ist.
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Nachfolgend wird die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen pneumatischen
Signiereinheit erläutert.
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Im Ausgangszustand der Signiereinheit sind alle drei Luftleitungen
62, 64, 66 mit der Atmosphäre verbunden. Demzufolge herrscht in dem vom hinteren
Zylinderteil 10 und dem Kolben 20 begrenzten Druckluftspeicher raum, in dem vom
vorderen Zylinderteil 12, der Bodenplatte 14 und dem Gleitring 40 begrenzten Raum
und in dem vom vorderen Zylinderteil 12, dem Gleitring 40 und der Eindrehung 52
des Kolbens 20 begrenzten Ringraum Atmosphärendruck. Wenn jetzt die dritte Luftleitung
66 mit der Druckluftquelle verbunden wird, dann wird die Rückseite des Gleitrings
40 mit Druckluft beaufschlagt, so daß sich dieser auf dem Schlagbolzen 26 nach vorne
bewegt, bis er am Anschlagring 50 anschlägt. Daraufhin bewegt sich der Gleitring
40 zusammen mit dem Schlagbolzen 26 nach vorne, bis das vordere Ende des Schlagbolzens
oder ein an diesem befestigtes Werkzeug an dem zu signierenden Werkstück zur Anlage
gelangt. In diesem Zustand kann die Signiereinheit eingerichtet-werden, damit das
vordere Enae des Schlagbolzens die gewünschte Relativstellung zum Werkstück einnimmt.
Daraufhin wird die dritte Luftleitung 66 mit der Atmosphäre verbunden,
und
die erste Luftleitung 62 wird mit der Druckluftquelle verbunden. Das hat zur Folge,
daß sich in dem vom hinteren Zylinderteil 10 begrenzten Druckluftspeicherraum ein
Druck aufbaut. Wegen des in der Bohrung 56 des Ansatzes 22 angeordneten Rückschlagventils
60 kann sich dieser Druck nicht in die Ringkammer 58 fortpflanzen. Im Bereich der
Ringkammer 58 und der Ringfläche am Übergang des Kolbens 20 in den Ansatz 22 entsteht
daher ein Unterdruck, der den Kolben 20 zunächst festhält. Erst wenn der auf die
hintere Stirnfläche des Ansatzes 22 ausgeMbte Druck diesen Unterdruck überwindet,
dann wird der Kolben 20 schlagartig von. der Einschnürung 16 des hinteren Zylinderteils
10 losgerissen und mit großer Beschleunigung nach vorne bewegt. Diese Bewegung des
Kolbens 20 wird schlagartig beendet, wenn er mit dem Boden'seiner Axialbohrung 34
auf das hintere Ende des Schlagbolzens 26 auftrifft, wodurch dessen vorderes Ende
oder das daran angebrachte Werkzeug in das Werkstück eingetrieben wird. Die Bewegungsenergie
des Kolbens wird dabei in eine-Verformungsenergie des Werkzeugs umgewandelt. Jetzt
wird die erste Luftleitung 62 mit der Atmosphäre und die zweite Luftleitung 64 mit
der Druckluftquelle verbunden. Das hat zur Folge, daß die Vorderseite des Gleitrings
40 mit Druck beaufschlagt wird, so daß sich der Gleitring 40 auf dem Schlagbolzen
26 nach hinten bewegt, bis er an der Ringschulter 38 desselben zur Anlage gelangt.
Daraufhin bewegen sich der Gleitring 40 und der Schlagbolzen 26 gemeinsam nach hinten,
bis der Gleitring 40 bzw. der Schlagbolzen 26 am Kolben 20 zur Anlage gelangen und
diesen mitnehmen. Z.unächst kann die hinter dem Kolben 22 und im hinteren Zylinderteil
10 befindliche Luft durch die erste Luftleitung 62 frei entweichen. Sobald der Ansatz
22 des Kolbens 20 in die Einschnürung 16 eintritt, kann die in der dabei gebildeten
Ringkammer enthaltene Luft über die
Bohrung 56 in den hinteren
Zylinderteil 10 entweichen, weil das Rückschlagventil 60 in dieser Richtung eine
Strömung zuläßt. Sobald alle Teile die in der Zeichnung dargestellte hintere Totpunktstellung
erreicht haben, wird die erste Luftleitung 62 wieder mit der Atmosphäre verbunden,
und die Signiereinheit ist zu einem erneuten Arbeitsgang bereit.
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Pneumatische Signiereinheit Bezugszeichenaufstellung 10 hinteres Zylinderteil
i12 vorderes Zylinderteil 14 Bodenplatte 16 Einschnürung 18 Ring in 16 20 Kolben
22 Ansatz 24 O-Ring von 20 26 Schlagbolzen 28 Bohrung von 14 30 Abstreifring in
28 32 O-Ring in 28 34 Axialbohrung in 20 36 O-Ring in 34 38 Ringschulter von 26
40 Gleitring auf 26 42 innere Ringnut 44- O-Ring in 42 46 äußere Ringnut an 42 48
O-Ring 50 Anschlagring 52 Eindrehung von 20 54 Erweiterung von 34 56 Bohrung in
22 58 Ringkammer
60 Rückschlagventil in 56 61 Bohrung in 10 62
erste Luftleitung 64 zweite Luftleitung 66 dritte Luftleitung 68 Anschlußring 70
Bohrung in 68 72 Bohrung in 12