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Hochgeschwindigkeitshammer
Die Erfindung betrifft einen Hochgeschwindigkeitshammer, der geeignet ist, eine Schlagmasse innerhalb einer sehr kurzen Wegstrecke auf eine extrem hohe Geschwindigkeit zu bringen, wie sie bei derartigen Einrichtungen noch nicht erreicht wurde, und dient zur Hochgeschwindigkeits-Massivumformung, die auch eine Umformung an sich schlecht verformbarer Metalle ermöglicht. Bekanntlich enthält eine Schlagmasse m mit der Geschwindigkeit v die Energie
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die bei der Umformung an das Werkstück abgegeben wird. Daraus folgt, dass nur 1/100 der Schlagmasse erforderlich ist, wenn man die Geschwindigkeit beispielsweise verzehnfacht. Dementsprechend ist es - ab- gesehen von der leichteren Verformbarkeit des Werkstückes - vorteilhaft, zugunsten einer geringen Schlagmasse höhere Umformgeschwindigkeiten anzustreben.
Um bei vertretbaren Abmessungen eine hohe Geschwindigkeit auf kürzesten Wegen zu erreichen, ist eine sehr hohe Beschleunigung erforderlich. Diese ist jedoch nur durch eine entsprechend grosse Kraft zu erzeugen.
Bekannt sind pneumatische Hochgeschwindigkeitshämmer, die auf dem Prinzip der mechanischen Ausnutzung der in komprimiertem Gas enthaltenen Energie beruhen. Hiebei wird ein Kolben durch die Expansion von Gas beschleunigt und gibt seine Energie über den Hammerbär an das Werkstück ab. Im allgemeinen werden die Kolben dieser Hämmer durch eine pneumatische Einrichtung wieder in ihre Ausgangsstellung gebracht.
Es sind jedoch auch pneumatische Hochgeschwindigkeitshämmer bekannt, bei welchen ein hydraulischer Antrieb dazu benutzt wird, den Kolben zu spannen, d. h. in seine Ausgangsstellung zu bringen.
Gegenstand einer bereits bekannten Erfindung ist u. a. die Beseitigung des den pneumatischen Hochgeschwindigkeitshämmern im allgemeinen anhaftenden Mangels, dass der Kolben in seiner Ausgangsstellung, d. h. während des Werkstückwechsels oder bei Arbeiten am Werkzeug, unter hohem Gasdruck steht. Hiebei handelt es sich um eine Einrichtung, die aus einem Tauchkolben oder einem Kolbenhaupt und einem Zylinder oder einer Ausnehmung besteht und im oberenGasdruckraum sowie am oberen Ende des Kolbens angeordnet ist.
Diese gesonderte Anordnung eines Auslöseraumes ermöglicht, den Kolben in seiner oberen Stellung durch den vorherrschenden Gasdruck im Gasdruckraum festzuhalten und darüber hinaus die Bewegung des Kolbens längs eines einleitenden Hubabschnittes herabzumindern, so dass die
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Bewegung des Kolbens aus einem einleitenden langsamen und einem die Stosswirkung ausübenden Ar- beitshub besteht.
Es wmde auch bereits vorgeschlagen, bei einem Oberdruck-Schmiedehammer mit an sich bekann- tem hydraulischen Antrieb zwischen Pumpe und Zylinderräumen einen ausschliesslich mit Flüssigkeit ! gefüllten Behälter, dessen Flüssigkeit ständig unter hohem Druck steht und als hydraulische Feder wirkt, einzuschalten, wobei die Eigenschwingungsdauer des Systems (Kolben - Bär - Flüssigkeit) im Bereich der
Fall-+ Hubzeit liegt. Bei diesem System fördert eine Pumpe mit konstanter Fördermenge in das Flüs- sigkeitsvolumen eines Flüssigkeitsraumes, sowohl beim Aufwärts- als auch beim Abwärtsgang des Bä- ren. Sie wird nur dann über eine Umlaufvorrichtung auf drucklosen Umlauf geschaltet, wenn der Bär stehen bleiben soll.
Der Kolben, an dessen Kolbenstange sich der Bär befindet, wird für den Abwärts- gang über die untere Kolbenringfläche von dem im Flüssigkeitsvolumen herrschenden Druck beauf- schlagt. Zwischen dem oberen Zylinderraum und dem Flüssigkeitsraum ist eine absperrbare Verbindung vorhanden. Ausserdem besteht noch eine absperrbare Verbindung zwischen dem oberen Zylinderraum und dem Sammelbehälter der Pumpe. Die Umschaltung der Hammerbewegung erfolgt durch Steueror- gane, die in Abhängigkeit von dem im Flüssigkeitsvolumen vorhandenen Druck und von der Bewegung des Hammerbären gesteuert werden.
Die Hochgeschwindigkeitshämmer, bei denen der Kolben durch eine hydraulische Einrichtung in seine Aus-Stellung gebracht wird, haben den Nachteil, dass diese sowohl mit einer pneumatischen als auch mit einer hydraulischen Anlage ausgestattet sein müssen.
Darüber hinaus sind pneumatische Hämmer in der Regel so ausgelegt, dass der Druck bei ausgefah- renem Kolben mindestens noch die Hälfte des Anfangsdruckes beträgt, so dass der Kolben auch in der ausgefahrenen Stellung nicht druckentlastet ist. Dieses ist deshalb erforderlich, weil sonst eine zu grosse
Verdichtungswärme beim Einfahren des Schlagkolbens entstehen würde und gegebenenfalls zwischenge- kühlt werden müsste. Weiterhin wäre bei grösserer Expansion das Arbeitsvermögen des Hammers zu ge- ring.
Oberdruckhämmer, bei denen die Oberdruckwirkung auf den Hammerbär durch einen mit unter
Druck stehender Flüssigkeit gefüllten Behälter, der als Flüssigkeitsfeder wirkt, erreicht wird, haben zwar den Vorteil, dass neben der hydraulischen Anlage eine pneumatische nicht mehr erforderlich ist, je- doch sind auch hier eine Reihe von Mängeln zu verzeichnen. Vor allem eignen sich diese, allein von der Konstruktion her, nicht als Hochgeschwindigkeitshammer. Da der Kolben des Hammerbären beim Abwärtsgang in einem Zylinder geführt wird, der nach unten mit dem unter Druck stehenden Flüssig- keitsvolumen in offener Verbindung steht, während die Kolbenfläche über eine absperrbare Leitung mit dem Druck des Flüssigkeitsvolumens beaufschlagt wird, ergibt sich nur eine relativ geringe Oberdruckwirkung.
Sie beträgt praktisch nur die Differenz, die sich aus der Beaufschlagung der Gesamtkolben- fläche der Oberseite und der gleichzeitigenBeaufschlagungder unteren Kolbenringfläche mit dem Druck des Flüssigkeitsvolumens ergibt. Hinzu kommt, dass die zwischen dem Raum des Flüssigkeitsvolumens und dem oberen Zylinderraum erforderliche Leitung mit entsprechendem Absperrorgan den Druck der Flüssigkeit erheblich drosselt, was sich negativ auf die angestrebte hohe Bärgeschwindigkeit auswirkt. Ausserdem ergeben sich aus der Notwendigkeit, ein grosses Flüssigkeitsvolumen durch Rohrleitungen und Absperrorgane zu bewegen, zwangsläufig grosse Abmessungen für den Hammer.
Ein weiterer Mangel dieses Hammers besteht noch darin, dass die Anlage nach dem Schlag nicht druckentspannt ist, woraus sich Gefahren während des Werkstückwechsels und bei erforderlichen Arbeiten am Werkzeug ergeben können.
Zweck der Erfindung ist es, die bestehenden technischen und ökonomischen Mängel der bekannten Hochgeschwindigkeitshämmer weitestgehend zu beseitigen. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Hochgeschwindigkeitshammer, insbesondere für Hochgeschwindigkeits-Massivumformung, mit geringsten Abmessungen bei bisher nicht erreichten Schlaggeschwindigkeiten zu schaffen, wobei das Gerät nur nach einem rein hydraulischen Antriebssystem arbeitet und ein gefahrloses Arbeiten am Werkzeug sowie Auswechseln der Werkstücke auch bei eingefahrenem Kolben gewährleistet ist.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Rückholvorrichtung für die Schlagmasse bzw. den Flüssigkeitskolben organisch mit dem Gehäuse des Hochgeschwindigkeitshammers zu verbinden, damit einerseits beim Zurückholen keine zusätzlichen Kräfte von aussen auf die Bärmasse bzw. den Flüssigkeitskolben wirken müssen und zum andern die Rückholung der Bärmasse nicht mehr von dessen Gestaltung und von der Ausführung des Maschinengestells beeinflusst wird.
Erfindungsgemässwird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein von einem Gehäuse umschlossener Flüssigkeitsdruckraum nach oben und unten durch je einen Deckel und eine entsprechende Dichtung ver-
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schlossen ist. Die Deckel sind durch entsprechende Überwurfmuttern mit dem Gehäuse des Flüssigkeits- druckraumes verschraubt. Im unteren Deckel wird in einer Büchse ein Flüssigkeitsfederkolben geführt, dessen Hubvolumen, bezogen auf das Ausgangsvolumen der Druckflüssigkeit, etwa gleich der Verdich- tung im Flüssigkeitsdruckraum ist, wobei die maximale Verdichtung der Druckflüssigkeit im Flüssigi keitsdruckraum etwa ICP/o beträgt. Das Einfahren des Flüssigkeitsfederkolbens geschieht drucklos und mittels eines an sich bekannten Arbeitszylinders.
Im oberen Deckel befindet sich ein an sich bekannter
Auslöseraum, der durch einen rohrförmigen Ansatz und eine Dichtung gebildet wird, sowie ein weiterer zylindrischer Raum, der durch eine Bohrung mit dem Flüssigkeitsdruckraum in Verbindung steht. Ausser- dem ist in dem oberen Deckel ein Zwischenstück eingeschraubt, welches den Arbeitszylinder trägt. Der Kolben desArbeitszylinders istmit einer hohlgebohrten Kolbenstange versehen, die durch das Zwischen- stück, den Raum im oberen Deckel, den Auslöseraum und den Flüssigkeitsdruckraum hindurchgeht, und mit Hilfe einer Anschlagmutter und einer durchbohrten Anschlagschraube, die sich in einer Grundboh- rung des Flüssigkeitsfederkolbens befindet, mit dem Flüssigkeitsfederkolben auf Anschlag verbunden.
Die Grundbohrung im Flüssigkeitsfederkolben ist durch eine Dichtung, die durch einen Gewindering gehalten wird, gegen den Flüssigkeitsdruckraum abgedichtet.
Das in den oberen Deckel eingeschraubte Zwischenstück ist mit einem Anschluss für eine Druck- und Rücklaufleitung einer Hydraulikanlage für den Arbeitszylinder sowie mit einer Zuleitung mit
Druckstutzen für die Druckflüssigkeit des Flüssigkeitsdruckraumes versehen. Die Zuleitung für die Druck- flüssigkeit ist über eine Bohrung mit dem Raum im oberen Deckel verbunden. Ausserdem ist im oberen
Raum des Arbeitszylinders ein weiterer Anschluss für eine Druck- und Rücklaufleitung der Hydraulikan- lage angeordnet.
Der Kolben des Arbeitszylinders, der mit der hohlgebohrten Kolbenstange verschraubt ist, trägt auf der oberen Seite ein Rückschlagventil, welches zum oberen Raum des Arbeitszylinders hin öffnet. Die hohlgebohrte Kolbenstange ist oberhalb der Anschlagmutter, die sich auf dieser befindet, mit Querboh- rungen versehen, welche die Längsbohrung der Kolbenstange mit dem Flüssigkeitsdruckraum verbinden.
Zwischen dem zylindrischen Raum im oberen Deckel und dem Auslöseraum ist, konzentrisch um die hohlgebohrte Kolbenstange, eine mit axialen Durchgangsbohrungen versehene Ventilführung angeord- net, in der ein Ventilkörper mit einer ringförmigen Dichtung gleitet und von einer Feder mit seiner
Dichtfläche gegen einen Sitz im rohrförmigen Ansatz des oberen Deckels gedrückt wird.
Die Bohrung des Ventilkörpers, in der die Kolbenstange des Arbeitszylinders geführt wird, ist mit durchgehenden axialen Nuten versehen. Oberhalb des Ventilkörpers ist die hohlgebohrte Kolbenstange des Arbeitszylinders, die durch den Ventilkörper und die Ventilführung hindurchgeht, mit einem ring- förmigen Anschlag versehen, welcher das aus Ventilführung, Ventilkörper und Sitz im rohrförmigen
Ansatz des oberen Deckels bestehende Ventil bei ausgefahrener Kolbenstange des Arbeitszylinders gegen die Kraft der Feder öffnet.
Über dem unteren Deckel ist im Flüssigkeitsdruckraum eine Ringscheibe angeordnet, deren Aus- drehung in Verbindung mit dem Bund am oberen Ende des Flüssigkeitsfederkolbens, bei Überschreitung des zulässigen Arbeitshubes, als Flüssigkeitsbremse wirkt.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Die Zeichnung zeigt das Schema des erfindungsgemässen Hochgeschwindigkeitshammers im Schnitt.
Die untere Kolbenringfläche des Kolbens --13-- im Arbeitszylinder --14- wird über den Anschluss - -15a-- mit Druckflüssigkeit einer nicht dargestellten Hydraulikanlage beaufschlagt. Dabei befindet sich der als Schlagmasse dienende Flüssigkeitsfederkolben --10- nach einem Schlagvorgang in seiner unteren Stellung. Der Flüssigkeitsdruckraum -6-- ist drucklos. Die über den Anschluss --15a-- zuge- führte Druckflüssigkeit bewegt den Kolben --13-- im Zylinder --14-- nach oben.
Gleichzeitig wird hiebei auch der Flussigkeitsfederkolben""10--, der über die hohlgebohrte Kolbenstange --11-- sowie
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men des Flüssigkeitsfederkolbens --10-- entsprechende Menge der im Flüssigkeitsdruckraum --6-- vor- handenen Druckflüssigkeit kann beim Einfahren des Flüssigkeitsfederkolbens --10-- über die Querboh- rungen und die Längsbohrung --llb-- der Kolbenstange --11-- sowie über das sich öffnende Rückschlagventil --13a-- und den im oberen Raum des Arbeitszylinders -14-- angeordneten Anschluss --14a-- in den nicht dargestellten Rücklauf der Hydraulikanlage abfliessen.
In seiner oberen Stellung ist das obere Ende des Flüssigkeitsfederkolbens --10-- in die Dichtung - des Auslöseraumes-16-- eingefahren. Da gleichzeitig der zwischen dem Auslöseraum --16-- und dem Raum --2c-- angeordnete Ventilkörper --18-- von der Feder --20-- mit seiner Dichtfläche
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den Raum --2c- und die Bohrung --2b-- durch einen nicht dargestellten Druckerzeuger Druckflüssigkeit zugeführt, bis der beabsichtigte Enddruck, der einstellbar sein kann, erreicht ist.
Bei der Drucksteigerung im Fliissigkeitsdruckraum --6-- wird der durch die Feder --20-- gegen den Sitz im rohrförmigen Ansatz --2a-- gedrückte Ventilkörper --18-- gegen die Kraft der Feder - von der Druckflüssigkeit beaufschlagt. Gleichzeitig gelangt die Druckflüssigkeit jedoch über entsprechende Nuten in der Bohrung des Ventilkörpers --18-- in den Raum zwischen Ventilführung - 17-und Ventilkörper-18-, wobei der Ventilkörper --18-- von unten, in Richtung der Kraft der Feder-20-, beaufschlagt wird.
Da die Fläche, auf die der Flüssigkeitsdruck von oben öffnend auf den Ventilkörper --18-- wirkt, kleiner ist als die untere Fläche des Ventilkörpers --18--, auf die der Flüssigkeitsdruck schliessend wirkt, bleibt das aus der Ventilführung --17--, dem Ventilkörper --18-- und dem Sitz im rohrförmigen Ansatz --2a- bestehende Ventil geschlossen.
Wenn der Druck im Flüssigkeitsdruckraum --6-- seinen eingestellten Wert erreicht hat, wird - vorzugsweise automatisch mittels eines Druckschalters - dem oberen Raum des Arbeitszylinders --14-- über den Anschluss --14a-- Druckflüssigkeit zugeführt. Dabei bewegt sich der Kolben-IS-mit dem jetzt geschlossenen Rückschlagventil --13a-- und der Kolbenstange --11-- nach untern, Die im unteren Raum des Arbeitszylinders --14-- vorhandene Druckflüssigkeit wird dabei über den Anschluss --15a-- in den Rücklauf der Hydraulikanlage abgeführt.
Bei der Abwärtsbewegung der Kolbenstange --11-- legt sich der auf dieser angeordnete ringförmige Anschloag --11d-- auf den Ventilkörper --18--, drückt diesen nach unten und öffnet einen Ringspalt zwischen der Dichtfläche --18a-- und dem Sitz im rohrförmigen Ansatz --2a--. Die im Flüssigkeitsdruckraum-6--, in der Bohrung --2b-- und im Raum --2c-- vor- handene und unter hohem Druck stehende Druckflüssigkeit kann jetzt über die in der Ventilführung - angeordneten axialen Drchgangsbohrungen --17a-- in den Auslöseraum --16-- treten und den Flüssigkeitsfederkolben --10-- beaufschlagen. Der Schlagvorgang ist ausgelöst, d.
h., der Flüssigkeits- federkolben --10-- wird von der Druckflüssigkeit aus dem Auslöseraum --16-- herausgedrückt. Sobald der Flüssigkeitsfederkolben --10-- aus dem Auslöseraum --16-- ausgegtreten ist, wirkt der gesamte im Flüssigkeitsdruckraum --6-- herrschende Druck direkt auf die obere Kolbenringfläche des Flüssigkeits- federkolbens-10--, währender zuvor durch die axialen Bohrungen --17 a-- in der Ventilführung --17-gedrosselt war. Nach Erreichen der höchsten Geschwindigkeit wird die Abwärtsbewegung des Flüssig- keitsfederkolbens --10- durch das zu verformende Werkstück bis zum Stillstand verzögert.
Zur Dämpfung der Geschwindigkeit des Flüssigkeitsfederkolbens --10-- in seiner unteren Endlage ist eine Flüssig- keitsbremse vorgesehen, die sich aus dem Zusammenwirken des oberen Bundes des Flüssigkeitsfederkolbens --10-- und einer entsprechenden Ausdrehung in der Ringscheibe --22--, die über dem unteren Deckel --3-- im Flüssigkeitsdruckraum --6-- angeordnet ist, ergibt.
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