AT391822B - Mehr-stoessel-schmiedemaschine - Google Patents

Description

Nr. 391 822

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mehr-Stößel-Schmiedemaschine, bei der die Stößel austauschbare Schmiedewerkzeuge tragen, von denen zumindest zwei diametral gegenüberstehende Schmiedewerkzeuge zugleich auf das Schmiedewerkstück einwirken und die Stößel mit einer Kolben-Zylinder-Einheit versehen sind, bei der in dem Zylinder vor und hinter dem Kolben sich eine Kammer für das hydraulische Druckmedium befindet.

Schmiedemaschinen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Sie dienen zum Schmieden (Recken, Rundkneten) von langen achssymmetrischen Werkstückformen.

Bei den Schmiedemaschinen allgemeiner Art ist die Verwendung eines hydraulischen Antriebssystems bekannt. Bei diesen bekannten Antriebssystemen befinden sich die Schaltorgane für das hydraulische Steuerungssystem in üblicher Anordnung von den Kolben-Zylindereinheiten entfernt, und die hydraulischen Schaltorgane werden wie üblich elektromagnetisch geschaltet. Mit der elektromagnetischen Erregung bei jedem Schaltvorgang und der von der Kolben-Zylindereinheit entfernten Anordnung der Schaltorgane entstehen Schaltzeiten und Druckaufbauzeiten für jeden Bewegungsvorgang, die nachteiligerweise die ausführbaren Hubfrequenzen der bekannten Schmiedemaschinen auf niedrigem Niveau begrenzen. Außerdem wird bei einer solchen Ausführung das Schaltsystem und damit die ganze Maschine verhältnismäßig aufwendig.

Bei den bekannten hydraulischen Antriebssystemen geschieht die Festlegung des Arbeitshubes bzw. der jeweiligen Endstellungen des Kolbens gewöhnlich über feste mechanische Endanschläge oder gegebenenfalls mittels wegabhängiger Steuerungen. Mit einer derartigen Ausbildung ist zunächst allgemein der Nachteil verbunden, daß eine Einstellung bzw. Steuerung des Arbeitshubes des Arbeitskolbens sowohl bezüglich seiner Endlagen als auch bezüglich seiner Geschwindigkeit auf hydraulischem Wege nicht mit der erforderlichen Genauigkeit möglich ist.

Bei Mehr-Stößel-Schmiedemaschinen tritt das Problem einer Zusammenschaltung von mehreren Arbeitszylindem auf, welche abtriebsseitig in absolutem Gleichlauf und mit gleichem Hubmaß arbeiten sollen. Im Hinblick auf eine derartige Problemstellung tritt mit der bekannten Ausbildung von Arbeitszylindem der Nachteil in Erscheinung, daß insbesondere der Arbeitshub in den einzelnen Arbeitszylindern bei zusammengeschalteten Arbeitszylindem nicht einstellbar, insbesondere nicht auf ein bei mehreren Arbeitszylindem identisches Maß regelbar und bei der Ausführung des Hubes im Bewegungsmaß und Gleichlauf nicht mit der erforderlichen Regelgenauigkeit beeinflußbar ist.

Insbesondere bei großvolumigen Arbeitszylindern ist bisher kein Weg bekannt, mehrere großkalibrige Arbeitszylinder mit geschlossenen Positions- und/oder Geschwindigkeitsregelkreisen miteinander so zusammenzuschalten, daß eine Synchronität der dann erforderlichen mehreren Regelkreise gegeben ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mehr-Stößel-Schmiedemaschine zu schaffen, die hinsichtlich der hydraulischen Antriebsvonichtung einfach im Aufbau ist, geringen Aufwand erfordert, einfache Funktion hat und zuverlässig arbeitet und eine deutliche Steigerung der Hubfrequenz bei den erforderlichen großen Kolbenzylindereinheiten zuläßt, wobei insbesondere die Steuemng und Beeinflussung des Arbeitshubes der Zylinderkolben einstellbar und regelbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Steuemng des Arbeitszylinders so auszuführen, daß sich mehrere Arbeitszylinder in einfacher Weise geschwindigkeits- und hubsynchron zusammen betreiben lassen, ohne daß die dafür erforderliche Steuerung kompliziert wird.

Die Erfindung zeichnet sich hierzu dadurch aus, daß die Steuerung des für die Stößelbewegung benötigten Druckmediums unmittelbar in der Kolben-Zylinder-Einheit angeordnet ist und daß das für die Bewegungseinleitung des Arbeitskolbens benötigte Druckmedium nicht über elektro-magnetisch erregte Ventile gesteuert wird. Hierzu weist der Kolben an der dem Schmiedewerkzeug entgegengesetzten Seite ein Ventil auf, dessen den Ventilkegel tragende Ventilstange mit einem Stellantrieb z. B. einer Servo-Einheit, versehen ist Hinter dem Ventilsitz führt in dem Kolben eine Durchflußbohrung zu einer dritten Kammer in dem Zylinder. Dabei ist die erste Kammer vor dem Ventilsitz von dem Druckmedium beaufschlagt und die dritte Kammer durch eine Leitung drucklos mit dem Mediumbehälter für das Druckmedium verbunden. Die zweite mittlere Kammer mit geringerer für den Rückzug des Kolbens bestimmter Druckfläche ist mit einem unter einem vorbestimmten Druck stehenden Druckmedium beaufschlagt

Ein solches hydraulisches Antriebssystem weist eine außergewöhnliche Einfachheit auf. Die Hubbewegung sowie die Hublage des Arbeitskolbens werden unmittelbar mit nur einer Ventilkegelbewegung erreicht. Man erzielt eine unmittelbar und direkt von dem Stellantrieb abhängige Bewegungscharakteristik, also Weg und Geschwindigkeit der Arbeitskolbenbewegung. Es brauchen keine zusätzlichen Ventile für den Arbeitszylinder geschaltet werden. Damit ergibt sich eine sehr hohe Hubfrequenz, da praktisch keine Schaltzeiten vorhanden sind und die Druckaufbauzeiten nur noch abhängig von der an zentraler Stelle angeordneten Leistung der Druckerzeugungspumpe sind. Mit dieser einfachen Steuerungsvorrichtung wird auch die Betriebstüchtigkeit der Anlage erhöht.

Jeder Stößel kann eine eigene Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem elektronisch angesteuerten Stellantrieb als Servo-Einheit haben. Die Bewegungscharakteristik diametral gegenüberliegender Arbeitskolben wird mit Hilfe bekannter Wegmeßeinrichtungen der Arbeitsbewegung synchronisiert. Ebenso sind die Bewegungen aller vier Arbeitsstößel derart synchronisierbar, daß gleichzeitige Arbeitsbewegungen und auch abwechselnde, als paarweise nacheinander erfolgende synchronisierte Arbeitsbewegungen entstehen.

Mit der elektronischen Steuerung werden die Stellantriebe so gesteuert, daß gleichbleibende Hublängen unabhängig von der Eindringtiefe des Schmiedewerkzeugs entstehen. Die Hublängen sind den -2-

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Schmiedebedürfhissen entsprechend vorwählbar, insbesondere wenn Vorformarbeiten oder Schlichtarbeiten ausgeführt werden sollen. Darüber hinaus ist die Hublage veränderbar. Hiermit wird die Umkehr des Arbeitsstößels in vorderer Arbeitsstellung und zugleich die Werkstückdicke erreicht, also das beabsichtigte Schmiedemaß gesteuert.

Der Ventilsitz des einzigen Ventils der Kolben-Zylinder-Anordnung in einer Schmiedeeinheit ist vorteilhaft am Arbeitskolben befestigt. Der Ventilkegel wirkt dabei zweckmäßig unmittelbar mit dem Ventilsitz zusammen. Mit der zweiten als Ringraum ausgebildeten Kammer geringerer Druckfläche wird die Rückhaltung und die Rückzugsbewegung des Arbeitskolbens ungesteuert selbsttätig bewirkt

Vorteilhaft steht die mittlere Kammer unter einem konstanten Druck.

Nach einem weiteren Merkmal sind die Servo-Einheiten als Stellmotore für gleichzeitige Hubbewegung, gleichmäßige Hublänge und gleichmäßige und/oder paarweise Hublagenverstellung aller Zylindereinheiten ausgebildet. Vorzugsweise sind sie elektronisch ansteuerbar und programmierbar.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nachstehend erläutert

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Schmiedemaschine gemäß der Erfindung, zum Teil im Schnitt und zum Teil in Ansicht sowie im Schema.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht auf die Schmiedemaschine der Fig. 1.

Die dargestellte Schmiedemaschine (1) weist vier Schmiedeeinheiten (2,3, 4 und 5) auf, die in einem Rahmen (6) gelagert sind. Die Schmiedeeinheiten sind in gleicher Weise aufgebaut. Die weitere Erläuterung bezieht sich deshalb nur auf die in Schnittdarstellung veranschaulichte Schmiedeeinheit (2).

Die Schmiedeeinheiten (2 bis 5) sind radial um die Schmiedeachse, in der sich das Werkstück (8) befindet, gleichmäßig verteilt angeordnet, so daß je zwei Schmiedeeinheiten sich diametral gegenüberliegen. Jede Schmiedeeinheit besitzt einen Stößel (9), an dessen vorderem Ende ein austauschbares Schmiedewerkzeug (10) befestigt ist. Die Schmiedewerkzeuge (10) können zugleich auf das Werkstück (8) wirken oder wechselweise jeweils zwei gegenüberliegende Stößel nacheinander auf das Werkstück einwitken.

Die Schmiedeeinheit ist als Hydraulikzylinder (11) ausgelegt, in dem ein Kolben (12) gleitet, an dem der Stößel (9) befestigt sein kann. Vorteilhaft sind Kolben (12) und Stößel (9) einstückig ausgebildet. An der dem Werkzeug abgekehrten Seite des Hydraulikzylinders (11) befindet sich eine Kammer (14) für das Druckmedium. Unterhalb des Kolbens (12) ist eine weitere Kammer (15) angeordnet, die für den Rückzug des Kolbens (12) dient. Der Kolben (12) ist an der der Kammer (14) zugewandten Seite mit einem Ventilsitz (21) einer Ventilplatte (17) versehen, welcher in einer Halteplatte (18) vorgesehen ist, während die Ventüplatte (17) mit einer Ventilkegelstange (20) verbunden ist. Der Zylinder (11) ist durch einen Deckel (19) abgeschlossen, der mittels der Buchse (19a) eine Führung für die Ventilkegelstange (20) bildet. Die Ventilkegelstange (20) ist mit einem Stellantrieb (23) verbunden, der ein Linearantrieb sein kann und der die vorprogrammierte Hublagenstellung anfährt sowie die vorprogrammierte Hubbewegung im Kolbenraum ausführt.

Der Stellantrieb (23) ist auf einem Bock (24) des Maschinengehäuses (6) angeordnet.

Von dem Ventilsitz (21) führt im Inneren des Kolbens (12) eine Bohrung (25, 25a) zu zwei oder mehr Öffnungen (28) in einer ringförmigen Zwischenwand (27) und zu einem außenliegenden Ringraum (26).

Von einer (nicht dargestellten) hydraulischen Antriebseinheit führt eine Zuleitung (30) zu dem Zylinderraum (14) als Einlaufseite für das Druckmedium. Der Ringraum (26) ist mit einer oder mehreren Rohrleitungen (32) verbunden, die mit einem (nicht dargestellten) Tank als Auslauf des Druckmediums in Verbindung stehen. Das Medium fließt im Kreislauf durch die Schmiedeeinheit. Zu der mittleren Kammer (15) unterhalb des Kolbens (12) ist eine Leitung (31) vorgesehen, durch die ebenfalls das Druckmedium zugeführt wird, das unter einem konstanten Druck steht.

Um dem Kolben (12) bzw. dem Stößel (9) eine Vorwärtsbewegung zu geben, fährt die Ventilkegelstange (20) mit der Ventilplatte (17) aus der zurückgezogenen Anfangsstellung in Richtung Ventilsitz (21), wodurch ein freies Durchfließen des Druckmediums durch den Ventilsitz eingeschränkt wird, was einen Druckaufbau in dem Zylinderraum (14) zur Folge hat und den Kolben (12) nach vorne bewegt. Die Ventilplatte (17) erreicht erst den Ventilsitz (21), wenn ein zunehmender Widerstand (Eindringen des Schmiedewerkzeugs in das Schmiedegut) entsteht

Der Stößel (9) mit dem Kolben (12) fährt so lange vor, bis die Ventilplatte (17) nach Erreichen einer vorgewählten Vorwärtsposition zu einer vorgewählten Rückwärtsposition zurückgezogen wird. Hierbei hat das Druckmedium freien Lauf durch die Bohrung (25, 25a, 28) von der Kammer (14) zu dem Ringraum (26) zurück in den Mediumbehälter durch die Leitung (32). Der immer vorhandene Gegendruck in der mittleren Kammer (15) schiebt den Kolben (12) mit dem Stößel (9) automatisch zurück. Die Ventilkegelstange (20), welche durch den Zylinderdeckel (19) zurückgeführt ist, erhält ihre Bewegung mittels eines elektrohydraulischen Stellantriebes (23). Die Funktion des Stellantriebes besteht darin, die Ventilplatte (17) mit einer vorgewählten Geschwindigkeit in eine vorgewählte Vorwärts- und Rückwärtsposition vor- und zurückzufahren. Bedingt durch die Bewegung der Ventilplatte (21) fährt der Kolben (12, 9) denselben Bewegungsablauf und somit dieselbe Hublänge und Hublage an.

Der Funktionsablauf ist folgender: Die Ventilkegelstange (20) fährt eine vorbestimmte Position an. Die Verstellung der Ventilplatte erfolgt dabei mittels Stellantrieb (23). Durch den verminderten Durchfluß des Druckmediums durch den Ventilsitz (21) baut sich ein Druck auf, der gegen den Kolben (12) und damit den -3-

Claims (8)

1. Nr. 391 822 Stößel (9) drückt und diesen nach vom bewegt. Das am vorderen Ende des Stößels (9) befestigte Schmiedewerkzeug (10) dringt in das Werkstück (8) ein. Nach erreichter Eindringtiefe fährt die Ventilplatte (17) die vorgewählte Hublänge zurück. Das Druckmedium fließt aus der Kammer (14) durch den offenen Ventilsitz (21) und durch die Bohrung (25, 25a, 28) zu dem Ringraum (26) und zurück durch die Abflußleitung (32) in den Mediumbehälter. Der konstante Druck in der mittleren Kammer (15) veranlaßt die Rückbewegung des Kolbens (12) zusammen mit dem Stößel (9). Dieser Vorgang wiederholt sich mit jeder Hubbewegung. Durch eine Servo-Einheit (23), die eine Meß- und Regelfunktion hat, kann mit jeder Bewegung das Ist mit dem Soll verglichen und mittels Steuerung der Servo-Einheit (23) geregelt werden. Dieselben Ist-Soll-Vergleiche werden an allen vier Schmiedeeinheiten gleichzeitig für einen Synchronlauf aller Schmiedewerkzeuge bzw. von zwei Schmiedewerkzeugpaaren durchgeführt und geregelt. Die Ausbildung der Steuervorrichtungen kann auch in anderer Weise als vorstehend beschrieben, durchgeführt werden. Es kann die Rückzug-Druckeinrichtung auch als Feder, als Druck-Akku oder als hydraulische Druckregeleinheit ausgebildet sein. Auch kann der Stellantrieb (23) aus einer elektrischen oder pneumatischen Vorschubregelung für die Ventilkegelstange (20) mit entsprechender Anfangs- und Endlagenregelung bestehen. Von Bedeutung für alle Ausbildungen der Steuervorrichtung ist der Umstand, daß auch bei großkalibrigem Arbeitszylinder nur kleinste Steuerkräfte erforderlich sind, da die Ventilkegelstange (20) sich im Fließweg des hydraulischen Druckmediums befindet und die Stirnfläche der Ventilplatte (17) der Ventilkegelstange (20) nur von dem entspannten, zum Tank abfließenden Druckmedium beaufschlagt ist. Selbst bei hohen Drücken in der Kammer (14) kann deshalb die Ventilkegelstange (20) fast kraftlos bewegt werden, womit sie umso schneller und exakter den Regelsignalen folgen kann. Die beschriebene Arbeitsweise eignet sich besonders für die Verwirklichung von großkalibrigen Arbeitszylindern in einer Größenordnung von etwa mehr als vierhundert Millimeter Nennweite. Da die Bestimmung der Endlage des Kolbens beim Arbeitshub, welche auf ein definiertes Anhalten der bei großkalibrigen Arbeitszylindem trägen Kolbenbewegung hinausläuft, weder von einer Regelung der antriebsseitigen Pumpenleistung noch von einer Regelung der von der Rückzug-Druckeinrichtung abgegebenen Gegendruckkraft abhängig ist, können diese beiden Einflußgrößen nunmehr konstant gehalten werden, indem die Steuerung des Arbeitshubes allein durch die fast kraftlose Bewegung des mit der Abströmöffnung (25, 25a, 28) im Kolben (12) zusammenwirkenden Stellantriebs (23) vorgenommen wird. Beim Zusammenschalten der Arbeitszylinder bei der Mehr-Stößel-Schmiedemaschine ist lediglich die Synchronisation von Geschwindigkeit und Hub für eine synchrone Bewegung der fast drucklos laufenden Stellantriebe zwischen den festgelegten Anfangs- und Endlagen Sorge zu tragen, da Weg und Geschwindigkeit des Kolbenhubes im Arbeitszylinder nur von der Bewegungscharakteristik der Stellorgane und nicht durch den Förderstrom der Antriebspumpen bestimmt ist PATENTANSPRÜCHE 1. Mehr-Stößel-Schmiedemaschine, bei der die Stößel Schmiedewerkzeuge tragen, von denen mindestens zwei diametral gegenüberliegende Schmiedewerkzeuge zugleich auf das Schmiedewerkstück einwirken und die Stößel mit einer Kolben-Zylinder-Einheit versehen sind, bei der in dem Zylinder vor und hinter dem Kolben sich eine Kammer für ein hydraulisches Druckmedium befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) an der dem Schmiedewerkzeug (9,10) entgegengesetzten Seite ein Ventil aufweist, das sich aus einem Ventilsitz (21) und einer Ventilplatte (17) an einer Ventilkegelstange (20) zusammensetzt, daß die Ventilkegelstange (20) mit einem Stellantrieb (23), z. B. Servo-Einheit, versehen ist, daß hinter dem Ventilsitz (21) in dem Kolben (12) eine Durchflußbohrung (25, 25a) zu einer dritten Kammer (26) in dem Zylinder (11) führt und daß die erste Kammer (14) vor dem Ventilsitz (21) von dem Druckmedium beaufschlagt ist und die dritte Kammer (26) durch eine Leitung (32) drucklos mit dem Mediumbehälter für das Druckmedium verbunden ist und die zweite mittlere Kammer (15) mit geringerer für den Rückzug des Kolbens bestimmter Druckfläche mit einem unter einem vorbestimmten Druck stehenden Druckmedium beaufschlagt ist.
2. 2. Mehr-Stößel-Schmiedemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Kammer (15) stets unter einem konstanten Druck steht -4- Nr. 391 822
3. 3. Mehr-Stößel-Schmiedemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (21) in einer gesonderten Halteplatte (18) angeordnet ist.
4. 4. Mehr-Stößel-Schmiedemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (21) Teil des Kolbens (12) bildet
5. 5. Mehr-Stößel-Schmiedemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) und der Stößel (9) ein Stück bilden.
6. 6. Mehr-Stößel-Schmiedemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zylinder (11) eine Zwischenbuchse (27) angeordnet ist, die die Austrittsöffiiungen (28) für die Bohrung (25, 25a) aufweist.
7. 7. Mehr-Stößel-Schmiedemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Schmiedeweikzeugpaare gleichzeitig oder wechselweise dem Werkstück zugefuhrt werden.
8. 8. Mehr-Stößel-Schmiedemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Servo-Einheiten (23) als Stellmotor für gleichzeitige Hubbewegung, gleichmäßige Hublänge und gleichmäßige und/oder paarweise Hublagenverstellung aller Zylindereinheiten ausgebildet sind und daß die Stellmotore elektronisch ansteuerbar und programmierbar sind. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -5-