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Die Erfindung bezieht sich auf das Druckumformen von Metallen und betrifft insbesondere eine Maschine zum stossweisen Druckumformen von Metallteilen.
Die Erfindung kann vorzugsweise zum Schneiden, Schmieden und Gesenkschmieden verwendet werden.
Die Fachleute, welche mit der Entwicklung der Ausrüstung für die Durchführung der genannten
Fertigungsvorgänge beim Umformen von Metallteilen beschäftigt sind, stehen vor einem Problem, das in der Bearbeitung von Teilen mit unterschiedlichen Eigenschaften an einer und derselben
Maschine besteht. Sehr oft stehen vor der Betriebspraxis z. B. solche Aufgaben, wie Schneiden von
Teilen unterschiedlicher Dicke oder Breite und Schmieden von unterschiedliche Grösse aufweisenden oder aus verschiedenen Stoffen bestehenden Teilen. Zu diesem Zweck soll die Maschine einen grossen
Regelungsbereich ihrer wirksamen Energie besitzen. Hier und weiter wird unter dem Begriff"wirk- same Energie einer Maschine" die gesamte kinetische Energie beweglicher Massen verstanden.
Es ist eine Maschine zum stossweisen Druckumformen von Metallen (UdSSR-Urheberschein
Nr. 441113) bekannt, welche eine Schabotte sowie einen Schlagbär mit einem Stempel enthält, der ein Werkzeug bzw. einen Werkzeugteil trägt und in einen Expansionszylinder eingreift, der mit der Brennkammer über ein Absperrventil verbunden ist. In der Brennkammer sind ein Einlassventil zur Zuführung des brennbaren Gemisches und eine Kerze zum Zünden des brennbaren Gemisches angeordnet. Die Brennkammer wird durch das Absperrventil luftdicht verschlossen, wozu im am genannten Ventil anliegenden Pufferraum eine Feder vorgesehen ist, welche das Absperrelement des Ventils an den Ventilsitz andrückt.
Die Maschine weist ferner eine Stossdämpfungseinheit auf, die einen Druckluftzylinder mit
Kolben und Kolbenstange darstellt, wobei der Druckluftzylinderraum mit einer Zwischenkammer ver- bunden ist. Durch die Stossdämpfungseinheit werden die während des Maschinenbetriebs auftretenden
Stossbelastungen gedämpft.
Die Brennkammer wird über das Einlassventil mit brennbarem Gas-Luft-Gemisch gefüllt. Dieses Gemisch wird durch die Kerze gezündet, wonach der Druck in der Brennkammer infolge der Gemischverbindung rasch aufgebaut wird. Nachdem der Druck einen gewissen vorberechneten Wert erreicht, werden die Verbrennungsgase über das Absperrventil unter den Stempel des Schlagbärs durchgelassen, wodurch der Stempel in Richtung des umzuformenden Metalls verschoben wird. Die Verbrennungsgase, die unter den Stempel des Schlagbärs gelangen, wirken auf das Gehäuse, in welchem die Brennkammer angeordnet ist, ein und das Gehäuse verstellt die Schabotte an den Säulenführungen in Richtung des umzuformenden Metalls. Durch die Bewegung des an der Stossdämpfungseinheit liegenden Gehäuses wird die im Druckluftzylinderraum und in der Zwischenkammer befindliche Luft zusammengedrängt.
Sobald sich die Werkzeuge dem umzuformenden Metall nähern, wird die Öffnung, durch welche der Druckluftzylinderraum und die Zwischenkammer verbunden sind, durch den Kolben verschlossen. Das Gehäuse wird stark gebremst, während sich die Schabotte mit Säulenführungen mit gleichbleibender Geschwindigkeit weiterbewegt und Federn zusammendrückt, die zwischen den Säulenführungen und dem Querbalken angeordnet sind, an welchem der Schlagbär mit dem Stempel befestigt ist. Während ihrer Bewegung überholt die Schabotte mit Säulenführungen das Gehäuse, so dass die Trägheitsbelastung durch die Stossdämpfungseinheit aufgenommen wird.
Da in der bekannten Maschine die Federn zwischen dem Querträger und den Säulenführungen eingesetzt sind, lässt sich der Regelungsbereich der wirksamen Energie der Maschine etwas erweitern, jedoch gilt das für die Fälle nicht, wenn diese Energie um das Mehrfache zu ändern ist.
Das ist oft der Fall, wenn sich die Bestimmungsgrössen der umzuformenden Teile um das Vielfache ändern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Maschine zum stossweisen Druckumformen von Metallteilen zu entwickeln, in welcher durch automatische Änderung der Abdichtungskraft der Brennkammer in Abhängigkeit von den Kenngrössen der umzuformenden Teile der Regelungsbereich der wirksamen Energie um das Vielfache erweitert und somit das Sortiment der umformbaren Teile vergrössert werden kann.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Maschine zum stossweisen Druckumformen von Metallteilen, welche ein Gehäuse, in welchem eine Brennkammer, die über ein Absperrventil mit einem Expansionszylinder verbunden ist, an dessen beweglicher Kolbenstange das Werkzeug
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befestigt ist, und ein Pufferraum untergebracht sind, ein Einlassventil zur Zuführung des brenn- baren Gemisches in die Brennkammer, ein Auslassventil, das die Brennkammer mit der Aussenluft verbindet, sowie eine Einrichtung zum Zünden des brennbaren Gemisches in der Brennkammer ent- hält, erfindungsgemäss mindestens einen Kanal aufweist, der die Brennkammer mit dem Pufferraum verbindet, der über das genannte Einlassventil mit der Brennstoffleitung verbunden ist.
Durch die beschriebene Gestaltung der Maschine lässt sich der Regelungsbereich der wirk- samen Energie der Maschine erweitern, da die Abdichtungskraft der Brennkammer entsprechend dem Druck des brennbaren Gemisches in der Brennkammer automatisch geändert wird.
Gestaltung-un fertigungstechnisch ist es am einfachsten, den Kanal, der die Brennkammer mit dem Pufferraum verbindet, im Gehäuse auszubilden.
Zur Verbesserung des Wärmezustands des Absperrelements des Absperrventils ist es sehr vor- teilhaft, die Kanäle, die die Brennkammer mit dem Pufferraum verbinden, durch Spalte zwischen dem Absperrelement und der Wandung der Öffnung zwischen den genannten Kammern zu bilden, in der sich das Absperrelement befindet.
Zu diesem Zweck ist es auch zweckmässig, die Kanäle, die die Brennkammer mit dem Puffer- raum verbinden, unmittelbar im Absperrelement auszuführen, das in der Öffnung zwischen den genannten Kammern angeordnet ist, wobei fluchtend mit dem Absperrelement eine Scheibe einge- setzt wird, die sich in der Brennkammer befindet und die genannten Kanäle durch Eigenschwerkraft verschliesst.
Nach einer der Ausführungsvarianten der Erfindung ist es zweckdienlich, ein Rückschlagventil im Kanal anzuordnen, der die Brennkammer mit dem Pufferraum verbindet.
Dadurch kann der Durchlassquerschnitt des Kanals vergrössert und die Dauer der Füllung der Brennkammer mit Brennstoff verkürzt werden.
Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Kanäle, welche die Brennkammer mit dem Pufferraum verbinden, einen solchen Gesamtquerschnitt haben, dass die Dauer des Druckausgleiches in der Brennkammer und im Pufferraum die Brennzeit des brennbaren Gemisches in der Brennkammer überschreitet.
Die Erfindung wird nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemässe Maschine in schematischer Darstellung ; Fig. 2 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Maschine ; Fig. 3 eine Ausführungsvariante des Absperrventils, Schnitt in der Ebene III-III der Fig. 2 ; Fig. 4 eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Maschine, in welcher eine andere Ausführungsvariante des Absperrventils verwendet ist und Fig. 5 noch eine andere Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Maschine.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält die erfindungsgemässe Maschine zum stossweisen Druckumformen von Metallteilen ein Gehäuse --1--, in welchem eine Brennkammer --2-- und ein Pufferraum - untergebracht sind, der über ein Einlassventil --5-- mit der Brennstoffleitung --4-- verbunden ist. Durch Positionen 6 und 7 sind elektropneumatische Ventile zur Fernsteuerung der Zuführung von entsprechend Gas und Luft gekennzeichnet. Das Absperrventil stellt ein Absperrelement --8-- dar, das in einer zylindrischen Bohrung--9-- angeordnet ist, welche die Brennkammer - mit dem Pufferraum --3-- verbindet, und durch eine Feder --10-- abgefedert ist. Über das Auslassventil --11-- ist die Brennkammer --2-- mit der Aussenluft verbunden.
Zum Zünden des brennbaren Gemisches ist in der Brennkammer --2-- eine Kerze --12-- vorgesehen.
Das Gehäuse-l-umschliesst auch einen Expansionszylinder --13-- mit Kolbenstange an welcher ein Werkzeug --15--, beispielsweise ein Stempel oder eine Matrize des Werkzeugs, befestigt ist. Der Expansionszylinder --13-- ist mit der Brennkammer --2-- über eine Öffnung --16-- mit einem Sitz --17-- für das Absperrelement --8-- verbunden. Wie auch in den bisher bekannten Maschinen, ist der zweite Teil des Werkzeuges am Gehäuse-l-angeordnet. Die Maschine ist auf Druckluftdämpfungszylindern --18-- aufgestellt.
Die Brennkammer --2-- ist mit dem Pufferraum --3-- erfindungsgemäss über einen im Gehäuse - ausgebildeten Kanal --19-- verbunden. Die Ausführungsvarianten des genannten Kanals bzw. mehrerer ähnlicher Kanäle sind nachstehend beschrieben. Der Querschnitt dieses Kanals wird so gewählt, dass die Dauer des Druckausgleiches in der Brennkammer --2-- und im Pufferraum --3-die Brennzeit des brennbaren Gemisches in der Brennkammer --2-- überschreitet.
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--8'-- inAbsperrelement --8'-- und der Leibung der zylindrischen Bohrung --9--. Das Absperrelement --81-- weist eine Stirnfläche, die sich beim Ansprechen des Absperrventils gegen den Sitz --17-- abstützt und eine Ausgleichsfläche --20-- auf, deren Bestimmungszweck aus der nachstehenden Be- schreibung der Wirkungsweise der Maschine ersichtlich ist.
Gemäss einer andern Ausführungsvariante der Erfindung (Fig. 4) ist das Absperrelement zylinderförmig ausgeführt, während Kanäle-19''-, die innerhalb des erwähnten Absperrelements verlaufen, als Kanäle --19- dienen. Am Absperrelement --8''-- und fluchtend mit diesem ist eine Scheibe --21-- angeordnet, die die Kanäle --19''-- durch Eigenschwerkraft ver- schliesst.
Gemäss einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Maschine ist im Kanal --19- (Fig. 5) ein Rückschlagventil --22-- angeordnet. Dadurch lässt sich der Durchlassquerschnitt des Kanals --19- vergrössern, so dass die Dauer der Füllung der Brennkammer --2-- mit brennbarem
Gemisch verkürzt werden kann.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Maschine besteht im folgenden. Vor dem Beginn des Arbeitszyklus ist das Auslassventil --11-- (Fig.1) geschlossen und das Absperrelement --8-- ist durch die Kraft der Feder --10-- an den Sitz --17-- angedrückt. Die Kraft der Feder --10-- reicht lediglich zum Abdichten der Brennkammer --2- zu Beginn der Füllung mit brennbarem Ge- misch aus.
Wenn das elektropneumatische Ventil --6-- öffnet, gelangt das Gas aus der Brennstoff- leitung --4-- über das Einlassventil --5--, in den Pufferraum --3-- und den Kanal --19-- in die
Brennkammer --2--. Nachdem die Brennkammer --2-- mit Gas gefüllt ist, schliesst das Ventil - -6-, öffnet das elektropneumatische Ventil --7-- und die Luft gelangt in die Brennkammer --2--. Während der Füllung der Brennkammer --2-- mit Gas und nachher mit Luft wird der Druck in der Brennkammer -2-- und im Pufferraum --3-- aufgebaut, wodurch die Andrückkraft, mit wel- cher das Absperrelement --8-- an den Sitz --17-- angedrückt wird, ebenfalls zunimmt, so dass eine zuverlässige Abdichtung der Brennkammer --2-- gesichert wird.
Nachdem die Brennkammer --2-- mit Luft gefüllt ist, schliessen das elektropneumatische Ventil - und das Einlassventil --5--. Das brennbare Gemisch in der Brennkammer --2-- wird durch die Kerze --12- gezündet.
Infolge der Verbrennung des brennbaren Gemisches steigt der Druck in der Brennkammer - stark an. Da der Brennvorgang schnell vor sich geht, ändert sich der Druck im Puffer- raum --3-- nur geringfügig (in dieser Ausführungsvariante der Maschine ist die Dauer des Ver- brennungsvorganges um das 50- bis 100fache kleiner als die Dauer der Füllung der Brennkammer - -2-) ; hiebei ist auch die Grösse des Querschnitts des Kanals --19-- von Bedeutung. Am Ende des
Brennvorgangs ist die Kraft, die die Verbrennungsgase auf das Absperrelement --6-- ausüben, grösser, als die durch die Luft im Pufferraum --3-- und die durch die Feder --10-- erzeugte Kraft.
Das Absperrelement --8-- wird vom Sitz --17- abgehoben und die Brennkammer --2-- mit dem
Expansionszylinder --13-- verbunden.
Die Verbrennungsgase gelangen in den Expansionszylinder - und verschieben die Kolbenstange --14-- und das Gehäuse-l-in entgegengesetzten Rich- tungen. Der Metallteil --23- wird durch den doppelseitigen Schlag des Werkzeuges --15-- umgeformt.
Nach Abschluss dieses Arbeitsganges öffnet das Auslassventil --11--. wodurch die Brenn- kammer --2-- mit der Aussenluft verbunden wird. Der Druck im Expansionszylinder --13--. in der
Brennkammer --2-- und im Pufferraum --3-- wird abgebaut. Die Kolbenstange --14-- und das Ge- häuse --1-- werden - die erste durch Eigenschwerkraft und das zweite unter Wirkung der Druck- luftzylinder --18-- in die Ausgangsstellung zurückgeführt. Das Absperrelement --8-- wird durch die Feder --10-- in die Ausgangsstellung gebracht und an den Sitz --17-- angedrückt. Die Maschine ist für den nächsten Arbeitszyklus vorbereitet.
Bei der Erläuterung der Wirkungsweise der Maschine, in welcher das Absperrelement in Form eines Prismas ausgeführt ist, ist hervorzuheben, dass die Luft, indem sie in den Pufferraum - einströmt, aus dem letzteren Gas über die Kanäle --19'-- verdrängt und in die Brennkammer
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- gelangt. Die Luft umströmt die Oberfläche des Absperrelements --8'-- und kühlt dieses ab. Die Luft, welche die zur Brennkammer --2-- gerichtete Oberfläche des Absperrelements --8'-- um- strömt, drängt ausserdem das Gas tiefer in die Brennkammer --2-- hinein. Dadurch wird an der
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die Grenzluftschicht vor unmittelbarer Einwirkung des brennbaren Gemisches geschützt und der vom Absperrelement --8'-- aufgenommene Wärmefluss wird dadurch wesentlich verringert.
Daraus resultiert eine langsamere Abnutzung des Absperrelements.
Beim Einsatz des in Fig. 4 gezeigten Absperrelements wird die Scheibe --21-- während der
Füllung der Brennkammer --2-- mit Gas und nachher mit Luft etwas angehoben und nach Ab- schluss der Füllung wieder gesenkt, und verschliesst die Kanäle --19''--. Beim Druckanstieg in der Brennkammer --2-- infolge der Verbrennung des brennbaren Gemisches verhindert die Scheibe - das Oberströmen der Verbrennungsgase in den Pufferraum --3--. Im folgenden bleiben die Kanäle --19''-- durch die Scheibe --21-- verschlossen, und die Wirkungsweise der Maschine stimmt mit der oben beschriebenen überein.
Nach beendetem Umformen des Teiles gelangt die Luft aus dem Pufferraum --3-- in die Brennkammer --2-- und verstellt die Scheibe --21-- aufwärts, wonach die Luft über das Auslassventil - ausgelassen wird. Die Rückstellung der Maschine in die Ausgangslage erfolgt auf die oben beschriebene Weise.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsvariante der Maschine kann der Durchlassquerschnitt des Kanals --19-- auf jeden beliebigen Wert vergrössert werden, wodurch die Dauer der Füllung der Brennkammer --2-- mit brennbarem Gemisch verkürzt wird. Während der Verbrennung des Gemisches wird der Kanal --19-- durch das Rückschlagventil --22-- gesperrt, so dass ein Überströmen der Verbrennungsgase aus der Brennkammer --2-- in den Pufferraum --3-- verhindert wird.
Oben sind nur einige Ausführungsvarianten der Erfindung ausgeführt, welche Änderungen und Ergänzungen zulassen, wobei der Erfindungsinhalt im Rahmen der Patentansprüche erhalten bleibt.
Beim Einsatz der erfindungsgemässen Maschine lassen sich also der Regelungsbereich der wirksamen Energie der Maschine wesentlich erweitern und der Wärmezustand des Absperrventils verbessern, was zur Erhöhung der Lebensdauer der Maschine beiträgt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Maschine zum stossweisen Druckumformen von Metallteilen, enthaltend ein Gehäuse, in welchem eine Brennkammer, die durch ein Absperrventil mit einem Expansionszylinder verbunden ist, an dessen beweglicher Kolbenstange ein Werkzeug befestigt ist, und ein Pufferraum untergebracht sind, ein Einlassventil zur Zuführung des brennbaren Gemisches in die Brennkammer, ein Auslassventil, das die Brennkammer mit der Aussenluft verbindet, sowie eine Einrichtung zum Zünden des brennbaren Gemisches in der Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Kanal (19) aufweist, der die Brennkammer (2) mit dem Pufferraum (3) verbindet, welcher über das genannte Einlassventil (5) mit der Brennstoffleitung (4) verbunden ist.
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