SE524879C2 - Gasfjäder - Google Patents

Description

_fi PL70073 SEOO 524 879 2 idag används till plåtformning. Dessa pressar klarar väsentligt högre presshastigheter än de pressar som fanns vid introduktionen av gasfjädern i plåtformningsindustrin.

En gasfjäder enligt känd teknik visas i figur 1 och innefattar ett cylindriskt rum som har en första vägg som utgörs av den ena av cylinderns basytor och en andra vägg som utgörs av den andra av cylinderns basytor. En kolv som axiellt kan löpa fram och åter i det cylindriska rummet avdelar det nämnda rummet i ett första utrymme A mellan kolven och den första väggen och ett andra utrymme B mellan kolven och den andra väggen.

Kolven är angjord vid en kolvstång som är axiellt rörlig i en kolvstångsstyrning i den första väggen. Därigenom kan gasfjädern dämpa en rörelse som åstadkommes av axiellt verkande krafter på kolvstången genom att det första utrymmet och det andra utrymmet är trycksatta medelst en gas som via kanaler som förbinder det första och det andra utrymmet strömmar från det utrymme som utsätts för en kompression till det utrymme som utsätts för en expansion vid kolvstångens axiella rörelse. Kolven är ringformad och är anordnad runt kolvstången.

En gasfjäder fungerar i korthet sålunda. De två utrymmena förladdas med exempelvis 150 bar av en gas, vanligen kvävgas, varvid vid drift hela gasfjäderns kolvstång kan tryckas in av en kraft som anbringas på kolvstången, varvid kvävgasen komprimeras i det utrymme som kolven tränger in i, varpå trycket stiger i nämnda utrymme. Hur mycket trycket stiger beror på gasfjäderns tryckuppbyggnad (dvs konfigurationen av volymer hos cylinder, kolv och utrymmen) och driftstemperatur. Efter ett fullt slag hos kolvstången återgår den till sitt obelastade utgångsläge, varpå en ny komprimering startar. Detta förfarande upprepas under hela gasfjäderns livslängd. Vid komprimeringen strömmar gasen från t. ex det andra utrymmet B till det första utrymmet A via en spalt som i gasfjädrar enligt känd teknik förekommer mellan två halvor som tillsammans utgör kolven. Vid kolvstångens rörelse åt det motsatta hållet blir naturligtvis ' '- :_ . f; :r.1.1.-<>4-zv§ß:~=f "r 25 PL70073SEOO 524 879 3 förloppet det omvända. I gängse teknik för gasfjädrar upptar arean för de genomströmningskanaler som är anordnade i kolven, t. ex. medelst den ovan nämnda spalten mellan kolvhalvorna, vanligen 2% till 3% av kolvens area, där kolvens area här definieras som skillnaden mellan det cylindriska rummets och kolvstångens tvärsnittsareor.

De idag allt snabbare pressförloppen medför att gasfjädern utsätts för högre belastning i form av att kolvens rörelse inuti gasfjädern sker snabbare och mer frekvent, vilket i sin tur leder till en ökad värmeutveckling inuti gasfjädern, varvid gasfjäderns driftstemperatur ökar. Temperaturökningen ger sig mest till känna på gasfjädrar innehållande kolvhalvor och kolvstång.

Huvudorsaken till värmeutvecklingen inuti gasfjädern är den tryckökning som uppkommer då gasen komprimeras i det ena av utrymmena A och B vid kolvstångens inåt- resp. utåtgående rörelse i cylindern, genom att gasflödeshastigheten mellan det andra och det första utrymmet inte är tillräckligt hög, varvid en tryckgradient uppstår mellan de två av kolven åtskilda utrymmena A och B i cylindern. Ju högre presshastigheten är desto större tryckgradient uppkommer. Värme genereras även på grund av friktion inuti gasfjädern, till exempel i kontakten mellan tätning och kolvstång och i kontakten mellan styrning och kolvstång under kolv och kolvstångens inåt- resp. utåtgående rörelse. Den höga värmeutvecklingen i gasfjädern medför högre påfrestning på existerande tätningar, vilket kan resultera i att dessa havererar och att gasfjädern upphör att fungera.

Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är att reducera den tryckgradient som uppkommer mellan de två utrymmena i gasfjädern, när den utsätts för frekventa fjäderkrafter.

' 'I "" 0 n ø . a . ». .. . » . - . . ~ - ... ø . - . . - . . , , _ _ _ u .- än el. . fi , ~ I -. -. . . .. - .. _ '2 :NN . 1- .. . . . - . . . n n u . n. u . . "= 25 so 524 879 4 PL70073SE00 BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN.

Enligt en aspekt av den föreliggande uppfinningen presenteras en anordning i form av den gasfjäder som karakteriseras av det oberoende anordningskravet.

Enligt ytterligare en aspekt av uppfinningen presenteras en metod för att minska den tryckgradient som uppträder mellan två trycksatta utrymmen i en gasfjäder när gasfjädern påverkas av fjäderkrafter enligt det oberoende metodkravet.

Fördelen med den visade lösningen är att minskad driftstemperatur uppnås genom att värmeutvecklingen i gasfjädern blir mindre vid stora fjäderkrafter och hög frekvens av fjäderslag. Härigenom medges snabbare pressförlopp t. ex. vid utnyttjande av den uppfinningsenliga fjädern i pressindustrin. Vidare ökas fjäderns livslängd, genom att påfrestningen på tätningar minskar på grund av den lägre arbetstemperaturen.

Företrädesvis utnyttjas enligt uppfinningsaspekten en area för genom- strömningskanalerna som är i storleksordningen 15% av kolvarean. Goda resultat i avsikt att reducera arbetstemperaturen åstadkommes även för kanalareor som uppgår till mellan 10% och 20% av kolvarean. Redan från en ökning av kanalarean till 5% av kolvarean erhålls en förbättring, men ej optimal, genom reducering av arbetstemperaturen för gasfjädern. Att öka kanalarean till över 25% av kolvarean tillför inte något mervärde hos uppfinningen.

Det centrala enligt uppfinningen är att minska den nämnda tryck- gradienten genom en ökning av arean hos kanalerna där gas kan strömma från det första till det andra utrymmet i gasfjädern. En ökning av kanalernas area kan göras på flera sätt. Detta kan åstadkommas medelst hål i kolven, urtag i kolven, större spaltbredd mellan kolvhalvor eller . . '0-0 n ' - - u . en »n a ' , I I a s. ° . . . . . __ _ _ ..._ .. . . ...

.. .. P2 :":'~ ;;- - p. u. n. n _.. ,,' " . _ "= 25 .nn-n ..._ 30 524 879 s PL70073 SEOO genom spalter mellan flera kolvdelar. Ytterligare sätt är naturligtvis att anordna kanaler vid sidan av kolven, t. ex. i cylinderväggarna, genom så kallade överströmningskanaler.

FIGURBESKRIVNING Fig. 1 visar schematiskt en sprängskiss av en gasfjäder utförd enligt känd teknik av den typ av gasfjäder som omfattas av uppfinningen.

Fig. 2 visar schematiskt en delvis snittad bild av en gasfjäder.

Fig. 3 illustrerar en kolv enligt känd teknik i form av två kolvringshalvor där genomströmningskanalerna utgörs av en spalt mellan kolvens halvor.

Fig. 4 visar ett alternativ till ökad genomströmningsarea enligt uppflnningen.

Fig. 5 återger ett annat alternativ till ökad genomströmningsarea enligt uppfinningen.

Fig. 6 visar ytterligare ett alternativ till ökad genomströmningsarea enligt uppfinningen.

Fig. 7 visar schematiskt en kombination av kolv med kolvstång enligt känd teknik i fig. 7a resp. enligt ett alternativ av uppfinningen i fig. 7a.

Fig. 8 återger i kurvform driftstemperaturen för en gasfjäder enligt konventionell utformning i den övre kurvan, medan den nedre kurvan visar kurvan över driftstemperaturen vid motsvarande belastning för en gasfjäder enligt uppfinningen. '= '-._ f' "ïf . 2": š.!.1.-°*.*-3993š=f '125 524 879 6 PL70073 SE00 UTFÖRANDEN Ett antal utföranden för uppfinningen beskrivs i det följande med stöd av de bifogade figurerna.

En gasfjäder av konventionell typ är avbildad i figur 1. Ett cylindriskt rör 1 utgör gasfjäderns cylindriska hölje och därigenom väggen i gasfjäderns cylindriska rum. Det cylindriska rummet avgränsas av två ändväggar, en första ändvägg 2 och en andra ändvägg 3. I det visade utförandet utgörs ändväggen 2 av en kolvstångsstyrning 4 som är införd och tätad mot en öppen ända av röret 1 medelst en statisk tätning 5 och vidare låst mot röret 1 medelst en låsring 6. Den andra ändväggen 3 utgörs av en med röret 1 fast förbunden sluten del. I kolvstångsstyrningen 4 löper en kolvstång 7 som är axiellt rörlig längs det cylindriska rummets axel och glidbart lagrad i kolvstångsstyrningen 4 och avtätad mot denna medelst en dynamiskt tätning 8. En avstrykare 9 vid kolvstångsstyrningens yttre del omger kolvstången och håller kolvstången fri från olja och smuts. En kolv 10 är anbringad på kolvstången 7 vid dess innersta del, i det visade fallet som två kolvhalvor 10a, 10b som tillsammans bildar en kolv i form av en ringformad kolv runt kolvstången 7. Kolven 10 avdelar gasfjäderns cylindriska rum i ett första utrymme A mellan kolven 10 och första änd- vägg 2 och ett andra utrymme B mellan kolven 10 och andra ändvägg 3 (Se fig. 2). Kolvhalvorna 10a, 10b är i exemplet åtskilda medelst en spalt 11, tydligare visad i figur 3. Denna spalt 11 utgör genomströmnings- kanaler för gas mellan det första och det andra utrymmet. Kolvhalvorna hålls samman med ett styrband 13, som utgör styrning för kolven 10 i röret 1.

En gasfjäder är förladdad med en gas, vilken vanligen utgörs av kvävgas, till ett tryck som kan uppgå till exempelvis 150 bar. Gasen tillföres det cylindriska rummet via den i den andra ändväggen visade ventilen 14.

I Ü I I IQ ~ n I I I l I I i ÜCI: 'Ql.: W I .. .,._g;--:--:--.. . '3 25 PL70073 S E00 524 879 7 Vid en fjädringsrörelse som åstadkommes genom att en kraft anbringas på kolvstångens 7 yttre del så att kolvstången 7 trycks inåt mot ändväggen 3 komprimeras gasen i det andra utrymmet B. En motfjädrande kraft på kolvstången 7 skapas härvid av den komprimerade gasen. Gas kan strömma genom kanalerna i form av spalten 11 till det första utrymmet A, varvid en motsvarande fjädring kan åstadkommas när kolvstången 7 rör sig i den motsatta riktningen. En tryckgradient uppkommer som tidigare nämnts mellan de båda utrymmena A och B när kolven rör sig i någon riktning. Vid snabba rörelser hos kolven och när belastningen är stor kan tryckgradienten bli hög, varvid den tidigare beskrivna ökningen av arbetstemperaturen uppträder. Konventionellt utförs genomströmningskanalerna med en area som utgör runt 2% av kolvarean.

En lösning på de problem som den ökade arbetstemperaturen för gasfiädern utgör består i att det på kolvhalvorna eller kolven appliceras hål eller urtag motsvarande en fördefinierad genomströmningsarea för gasen mellan de båda utrymmena A och B, vilket möjliggör en snabbare gasgenomströmning vid kolvens/kolvstångens inåt- respektive utåtgående rörelse. En ökad genomströmningsarea för gasen resulterar i en reducering av tryckgradienten mellan de två utrymmena A och B, både vid kolv/kolvstångens inåtgående och utåtgående rörelse, varigenom värmeutvecklingen inuti gasfjädern reduceras.

Ett antal varianter som anger alternativa sätt att genomföra en ökning av genomströmningskanalernas area visas i figurerna 4 till 6. I figur 4 är kanalernas area ökad genom att ett antal hål 15 är utförda längs en cirkel koncentrisk med kolvens periferi. I det visade exemplet utgör den visade spalten 11 en del av genomströmningskanalerna.

Enligt en annan variant av uppfinningen som visas i figur 5 har ett antal urtag 16 gjorts i kolvens 10 perifera yta. ÛÛI 0 O 4 I Q lo -. . . _ ,",; l. . fi- i- ' om -. ::.:'::-~:-- - ' '=zs eQ...- -_30 PL70073SEO0 524 s798 Ytterligare en variant illustreras i figur 6, där ett par långsträckta hål 17 genom kolven 10 sträcker sig utefter cirkelbågar koncentriska med kolvens periferi.

Ytterligare möjligheter för utformning av genomströmningskanalerna ges naturligtvis. Det väsentliga är att den önskade utökningen av genomströmníngsarean för gas åstadkommes.

Genomströmningskanalerna kan sålunda helt eller delvis utgöras av varje typ av cylindriskt hålrum som sträcker sig axiellt genom kolven, varigenom tvärsnittet i ett sådant hålrum kan utgöras av ett valfritt ytområde.

I figur 7 visas i den övre bilden (7a) en kombination av kolv och kolvstång enligt känd teknik och en motsvarande kombination av kolv och kolvstång i den nedre bilden (7b) enligt en variant av uppfinningen.

Diagrammen i figur 8 återger en första kurva över driftstemperaturens ökning med tiden vid en viss belastning och slagfrekvens för en konventionell gasfjäder. En andra kurva visar motsvarande diagram för en gasfjäder enligt en av uppfinningsvarianterna där gasfjädern är utförd med en area för genomströmningskanalerna som utgör runt 15% av kolvarean.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 524ås79 7 PATENTKRAV Gasfjäder för pressverktyg innefattande ett rör (1) som bildar en vägg i ett cyiindriskt rum med en första ändvägg (2) som utgör en första basyta och en andra ändvägg (3) som utgör en andra basyta i det cylindriska rummet, där en kolv (10) som axiellt kan löpa fram och åter i det cylindriska rummet avdelar nämnda rum i ett första utrymme (A) mellan kolven (10) och den första ändväggen (2) och ett andra utrymme (B) mellan kolven (10) och den andra ändväggen (3) och där kolven (10) är angjord vid en kolvstång (7) som är axiellt rörlig och glidbart lagrad i en kolvstångsstyrning (4) vid den första ändväggen (2), samt kanaler (11, 15, 16, 17) som förbinder det för- sta (A) och det andra utrymmet (B) vilka kanaler (11, 15, 16, 17) medger ett gasflöde från det utrymme som utsätts för en kompres- sion till det utrymme som utsätts för en expansion vid kolvstångens (7) axiella rörelse, varvid gasfjädern med en motriktad kraft motver- kar en rörelse som åstadkommes av axiellt verkande krafter på kolv- stången (7) genom att det första utrymmet (A) och det andra ut- rymmet (B) är trycksatta medelst en gas kännetecknad av att ka- nalerna (11, 15, 16, 17) som medger gasflödet mellan det första (A) och det andra utrymmet (B) upptar en area som utgör mellan 5% och 25% av kolvens (10) area, där kolvens area är differensen mellan det cylindriska rummets och kolvstångens tvärsnittsareor, för att minska värmeutveckling i gasfjädern. Gasfjäder enligt patentkrav 1, där kanalernas (11, 15, 16, 17) area utgör mellan 10% och 20% av kolvens area. Gasfjäder enligt patentkrav 2, där kanalernas area (11, 15, 16, 17) företrädesvis uppgår till storleksordningen 15% av kolvens area. 10 15 20 25 30 5 2 4 8 7 9 /o Gasfjäder enligt något av patentkraven 1 - 3, där kanalerna delvis utgörs av en mångfald öppningar (15) som i axiell led sträcker sig tvärs genom kolven (10). Gasfjäder enligt något av patentkraven 1 - 3, där kanalerna delvis utgörs av hålrum (15, 16, 17) som utgörs av varje typ av cylindriskt format utrymme och som i axiell led sträcker sig tvärs genom kolven ( 10). Gasfjäder enligt något av patentkraven 1 - 3, där kanalerna delvis utgörs av hålrum som utgörs av urtag (16) vid kolvens perifera yta och som i axiell led sträcker sig tvärs genom kolven (10). Gasfjäder enligt något av patentkraven 1 - 3, där kanalerna utgörs av spalter mellan ett flertal kolvdelar som tillsammans bildar kolven (10). Gasfjäder enligt något av patentkraven 1 - 3, där kanalerna delvis utgörs av förbindelser som förenar det första utrymmet (A) och det andra utrymmet (B) med varandra vid sidan av den ringformade kolven (10). Metod för att minska en tryckgradient som uppkommer mellan ett första (A) och ett andra utrymme (B) i en gasfjäder för pressverktyg som innefattar: ett rör (1) som bildar en vägg i ett cylindriskt rum med en första ändvägg (2) som utgör en första basyta och en andra ändvägg (3) som utgör en andra basyta i det cylindriska rummet och där en kolv (10) axiellt kan löpa fram och åter i det cylindriska rummet, varvid det första utrymmet (A) utgörs av ett rum som är bildat mellan kolven (10) och den första ändväggen (2) och det andra utrymmet (B) utgörs av ett rum som är bildat mellan kolven (10) och den andra 10 15 5 2 4 8 7 9 // ändväggen (3) och där kolven (10) är angjord vid en kolvstång (7) som är axiellt rörlig och glidbart lagrad i en kolvstångsstyrning (4) vid den första ändväggen (2), varvid gasfjädern med en motriktad kraft motverkar en rörelse som åstadkommes av axiellt verkande krafter på kolvstången (7) genom att det första utrymmet (A) och det andra utrymmet (B) är trycksatta medelst en gas, där det första (A) och det andra utrymmet (B) är förbundna via kanaler (11, 15, 16, 17), då gas strömmar via nämnda kanaler från det utrymme som utsätts för en kompression till det utrymme som utsätts för en expansion vid kolvstångens (7) axiella rörelse, där metoden kännetecknas av att de nämnda kanalerna (11, 15, 16, 17) som förbinder det första (A) och det andra utrymmet (B) förses med en sammanlagd tvärsnitts- area som uppgår till minst 5% och högst 25% av kolvens (10) area, varvid med kolvens area avses differensen mellan det cylindriska rummets och kolvstångens tvärsnittsareor.