DE10030792C2 - Mehrstufenpresse, insbesondere Quertransportpresse, mit hydraulischer Schließvorrichtung - Google Patents

Mehrstufenpresse, insbesondere Quertransportpresse, mit hydraulischer Schließvorrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrstufenpresse, insbesondere in Form einer Quertransportpresse mit hydraulischer Schließvorrichtung nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, vorzugsweise zum Querfließpressen von Werkstücken, mit zwei relativ zueinander bewegbaren und miteinander verschließbaren Matrizenhälften und zwei mit gleichen Geschwindigkeiten relativ zu den verschlossenen Matrizenhälften bewegbaren Preßstempeln, wobei ein erster Hydraulikkolben, an dem die erste Matrizenhälfte angeordnet ist, in einem axial bewegbaren ersten Hydraulikzylinder, an dem der erste Preßsstempel angeordnet ist, und ein zweiter Hydraulikkolben in einem insbesondere raumfesten zweiten Druckmittelzylinder verschiebbar lagern.
Eine bekannte Mehrstufenpresse unter Einsatz von Schließvorrichtungen in jeder Stufe sowie der Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Vorrichtungen wird beschrieben in: Handbuch der Umformtechnik, Schuler GmbH, Berlin, Springer Verlag 1996, Seiten 485 bis 504. Eine Schließvorrichtung gemäß DE-28 19 167 A1 ist eine raumfeste untere Trägerplatte und obere Trägerplatte auf, die an einem vertikal beweglichen Pressenstößel angeordnet ist. An den Trägerplatten befinden sich gegeneinander gerichtete Stempel, zwischen denen ein Rohteil aufnehmbar ist. Auf den Stempeln lagern verschiebbare Ringkolben, die von trägerplattengebundenen Zylindern umgeben sind. Darin ausgebildete Druckkkammern führen an Membranspeicher, in denen Öl durch komprimiertes Gas unter Druck steht. Auf den Ringkolben sind Matrizenhälften angeordnet.
Nach dem Einsetzen des Rohlings wird die obere Trägerplatte mittels eines Pressenstößels ohne Kraft zunächst soweit nach unten gefahren, bis die Stempel an den Stirnseiten des Rohlings und die Matrizen aneinander anliegen. Danach fährt die obere Trägerplatte unter Kraft weiter nach unten, so daß das Rohteil axial gestaucht und radial in den durch die Matrizen gebildeten Hohlraum verdrängt wird. Gleichzeitig verdrängen die Ringkolben das in den Druckkammern befindliche Druckmittel in die Membranspeicher. Jeder der sich in gleicher Richtung bewegenden Kolben legt dabei den halben Weg der Trägerplatte mit deren halber Geschwindigkeit zurück. Im Ergebnis liegt ein symmetrisch verpreßtes Werkstück vor. Ein erster Nachteil besteht darin, daß sich die vertikale Lage der Entnahmeebene von der Beschickungsebene unterscheidet. Darüber hinaus ist neben einem großen Stößelweg auch ein hoher Energieaufwand erforderlich.
Schließlich bedarf es bei den bekannten Schließ­ vorrichtungen generell der separaten Einstellung der Schließkraft, was die Zuverlässigkeit negativ beeinflußt. Weiterhin ist das Einbringen von Napfungen oder Formelementen, die im wesentlichen rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Preßstempel liegen, bei diesen bekannten konstruktiven Ausführungen von Schließ­ vorrichtungen in Mehrstufenpresseen, insbesondere Quertransportpressen, nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Mehrstufenpresse, insbesondere in Form einer Quertransportpresse mit hydraulischer Schließvorrichtung zu schaffen, welches eine direkt von der Preßkraft abhängige Schließkraft gewährleistet und gleichzeitig das Erzeugen von Napfungen oder Formelementen rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Preßstempel ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Mehrstufenpresse, welche insbesondere in Form einer Quertransportpresse mit hydraulischer Schließvorrichtung (S1, S2) ausgebildet ist und vorzugsweise zum Querfließpressen von Werkstücken eingesetzt wird, besitzt zwei relativ zueinander bewegbare und miteinander verschließbare Matrizenhälften und zwei mit gleichen oder unterschiedlichen Geschwindigkeiten relativ zu den geschlossenen Matrizenhälften bewegbare Preßstempel, wobei ein erster Hydraulikkolben, an dem die erste Matrizenhälfte angeordnet ist, in einem axial bewegbaren ersten Hydraulikzylinder, an dem der erste Stempel angeordnet ist, und ein zweiter Hydraulikkolben in einem raumfesten zweiten Hydraulikzylinder verschiebbar lagern. Der zweite Preßstempel ist am zweiten Hydraulikkolben befestigt ist, welcher erfindungsgemäß beim Querfließpressen durch ein vom ersten Hydraulikkolben verdrängbares Druckmittel beaufschlagbar ist.
Beide Hydraulikkolben weisen gleiche oder unterschiedliche Kolbenflächen auf, je nach dem, ob gleiche oder unterschiedliche Hubgeschwindigkeiten erzeugt werden sollen.
Der erste Hydraulikzylinder ist an einem Pressenstößel, die zweite Matrize am zweiten Hydraulikzylinder angeordnet. Beide Hydraulikzylinder sind über eine Druckleitung zu einem mit Druckmittel speisbaren Drucksystem verbunden. Befindet sich der erste Preßstempel mit dem ersten Hydraulikzylinder, in dem der erste Hydraulikkolben und die erste Matrizenhälfte geführt sind, in einer vom zweiten Preßstempel und der zweiten Matrizenhälfte entfernten Einlegeposition, kann auf diesen bzw. in diese ein Rohteil eingelegt werden. Ist dies geschehen, wird der erste Hydraulikzylinder mittels Pressenstößel in Richtung des zweiten Hydraulikzylinders verfahren, bis der am ersten Hydraulikzylinder befestigte erste Preßstempel am Rohteil und die am ersten Hydraulikkolben des ersten Hydraulikzylinders angeordnete erste Matrizenhälfte an der raumfesten zweiten Matrizenhälfte anliegt. Daraufhin beginnt das eigentliche Querfließpressen, indem sich der erste Hydraulikzylinder unter dem Einfluß einer nunmehr aufgebrachten Preßkraft weiter in Richtung des zweiten Hydraulikzylinders bewegt, wobei
  • - der erste Preßstempel das Werkstück axial zu stauchen beginnt,
  • - die raumfeste zweite Matrizenhälfte gleichzeitig die am ersten Hydraulikkolben des ersten Hydraulikzylinders angeordnete zweite Matrizenhälfte unter Verdrängung eines unter Druck stehenden Druckmittels in den ersten Hydraulikzylinder hineinzuverdrängen beginnt, und
  • - das verdrängte Druckmittel gleichzeitig den am zweiten Hydraulikkolben angeordneten zweiten Preßstempel in Richtung des ersten Preßstempels zu bewegen beginnt.
Bei Aufrechterhaltung der Preßkraft setzt sich das Stauchen des Werkstückes von beiden Seiten her derart fort, daß dessen Werkstoff schließlich in den von beiden Matrizenhälften gebildeten Hohlraum ausweicht. Gleiche Kolbenflächen sichern einen symmetrischen Umformvorgang.
Der zweite Preßstempel bewegt sich in bezug auf die raumfeste zweite Matrizenhälfte mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der die am ersten Hydraulikkolben angeordnete erste Matrizenhälfte in bezug auf den am ersten Hydraulikzylinder angeordneten ersten Preßstempel verdrängt wird. Aufgrund des Aufeinanderzubewegens zweier beweglicher Preßstempel halbiert sich gegenüber dem Stand der Technik der Stößelweg. Der Systemdruck ist von dem Widerstand abhängig, den der zweite Preßstempel erfährt. Die aufgebrachte Schließkraft entspricht immer der erforderlichen Preßkraft. Ein unbeabsichtigtes Öffnen der Matrizenhälften während des Umformvorganges ist nicht möglich. Der Energiebedarf entspricht immer der für den Umformprozeß erforderlichen Energie. Energieverluste durch das Aufbringen der Schließkraft werden vermieden.
Die in der Quertransportpresse angeordnete Schließ­ vorrichtung kann erfindungsgemäß wenigstens ein eine Napfung oder ein Formelement erzeugendes Werkzeugelement aufweisen, welches im wesentlichen rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Preßstempel betätigbar ist. Dies kann durch ein Werkzeugelement erfolgen, welches beispielsweise an einem entgegen der Rückstellkraft einer Feder betätigbaren Querschieber befestigt ist, wobei der Querschieber beim Schließen der beiden Matritzenhälften betätigbar ist. Dazu kann der Querschieber eine Schräge aufweisen, gegen die beim Schließen der Schließvorrichtung ein Element ggf. mit einer weiteren Schräge verfahren wird. Anstelle einer Schräge ist auch eine kurvenförmige Gestaltung oder ein Radius möglich. Das Element kann sich gegen die Federkraft einer zweiten Feder abstützen, deren Federkraft größer ist als die Federkraft der ersten Feder. Vorteilhaft ist weiterhin die Verriegelung des Elements während des Umformvorganges, z. B. durch Eingreifen eines Vorsprunges in eine damit korrespondierende Ausnehmung.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Quertransportpresse mit einer Schließvorrichtung S1 ohne Querschieber und einer Schließvorrichtung S2 mit Querschieber,
Fig. 2 Schließvorrichtung S1 in geöffnetem Zustand,
Fig. 3 Schließvorrichtung S1 in geschlossenem Zustand,
Fig. 4 Schließvorrichtung S2 in geöffnetem Zustand,
Fig. 5 Schließvorrichtung S2 in geschlossenem Zustand,
Fig. 5a Einzelheit A gem. Fig. 5
In Fig. 1 wird eine fünfstufige Quertransportpresse mit Stationen a bis e dargestellt, bei welcher schematisch in den Stationen a und b Schließvorrichtungen integriert sind. Die Ausgestaltung der anderen Stationen wurde offengelassen.
Die Schließvorrichtung S1 wurde ohne Querschieber und die Schließvorrichtung S2 mit Querschieber gestaltet.
Die in Fig. 2 bis 5 dargestellte Schließvorrichtung weist eine vertikal bewegbare obere Werkzeughälfte 2 und eine raumfeste untere Werkzeughälfte 4 auf. In Fig. 2 und 4 ist die Schließvorrichtung geöffnet und in Fig. 3 und 5 geschlossen.
Den Kern der oberen Werkzeughälfte 2 bildet ein Druckmittelzylinder 6, der eine als Tragplatte 8 ausgebildete obere Stirnseite, einen sich von der Tragplatte 8 nach unten erstreckenden Mantel 10 und eine sich am unteren Ende nach innen erstreckende Ringschulter 12 besitzt. In der Zylinderachse A erstreckt sich ein an der Tragplatte 8 angeordneter Stempelträger 14, auf dem ein Ringkolben 16 verschiebbar geführt ist. Zwischen der Tragplatte 8 und dem auf der Ringschulter 12 aufliegenden Ringkolben 16 ist ein Druckraum 18 ausgebildet. An der freien Unterseite des Stempelträgers 12 ist ein nach unten gerichteter Stempel 20 angeordnet. An der Unterseite des Ringkolbens 16 sitzt eine ringförmige obere Matrizenhälfte 22. Die Tragplatte 8 ist an der Oberseite mit einem vertikal bewegbaren Pressenstößel 24 verbunden.
Den Kern der unteren Werkzeughälfte 4 bildet ein Druckmittelzylinder 26, der eine als Tragplatte 28 ausgebildete untere Stirnseite, einen sich von der Tragplatte 28 nach oben erstreckenden Mantel 30 und eine durchbrochene obere Stirnseite 32 besitzt. In der Zylinderachse B, die mit der Zylinderachse A fluchtet, erstreckt sich ein an der Tragplatte 28 angeordneter Auswerferzylinder 34, auf dem ein nach unten offener topfförmiger Kolben 36 verschiebbar geführt ist. Zwischen der Tragplatte 28 und dem Ringkolben 36 ist ein Druckraum 38 ausgebildet. An der geschlossenen Oberseite des Kolbens 36 ist ein sich in der Zylinderachse B erstreckender und durch die obere Stirnseite 32 hindurchreichender Stempelträger 38 angeordnet, der einen nach oben gerichteten Stempel 40 trägt. Koaxial zur Öffnung der oberen Stirnseite 32 trägt diese eine ringförmige Matrizenhälfte 42.
Die Druckräume 18 und 38 der beiden Hydraulikzylinder 6 und 26 sind durch eine starre Druckleitung 44 miteinander verbunden und durch eine gemeinsame Druckquelle 46 am Anfang vor Beginn des ersten Einsatzes der Vorrichtung mit Druckmittel befüllt. Anschließend arbeitet die hydraulische Schließvorrichtung als geschlossenes System autark und muß nicht mehr mit Druckmittel gespeist werden. Zwischen dem Stempel 40 der unteren Werkzeughälfte 4 und dem Stempel der oberen Werkzeughälfte 2 ist ein zylindrisches Rohteil 48 aufgenommen.
Die Wirkungsweise ist folgende:
Zum Querfließpressen des eingelegten Werkstückes 48 wird die obere Werkzeughälfte 2 durch den Pressenstößel 24 nach unten gefahren, so daß sich zunächst der Stempel 20 an das Werkstück 48 und die obere Matrizenhälfte 22 an die untere Matrizenhälfte 42 anlegen. Fährt das Werkzeug 2 weiter nach unten, drückt der obere Stempel 20 das Werkstück 48 gegen den unteren Stempel 40, während die raumfeste untere Matrizenhälfte 42 die obere Matrizenhälfte 22 von unten her an den Ringkolben 16 drückt, so daß sich der Druckraum 18 verkleinert, wodurch ein Teil des darin befindlichen Druckmittels über die Druckleitung 44 in den Druckraum 38 des Druckmittelzylinders 26 verdrängt wird. Dadurch wiederum bewegt sich der untere Stempel 40 mit der gleichen Geschwindigkeit nach oben, mit der sich der obere Stempel 20 nach unten bewegt. Durch den Gleichlauf der Stempel in bezug auf die in ihrer räumlichen Lage unveränderten Matrizenhälften erfährt das Werkstück eine symmetrische Umformung, die sich aus axialer Verdichtung und radialer Verdrängung in die von den Matrizenhälften gebildeten Hohlraum zusammensetzt. Nach abgeschlossenem Umformvorgang führt der Pressenstößel 24 die obere Werkzeughälfte 2 wieder nach oben, wobei sich der Ringkolben 16 wieder auf der Ringschulter 12 abstützt und der untere Stempel wieder nach unten fährt. Das Werkstück kann nun in der gleichen Ebene entnommen werden, in der es eingelegt worden ist. Dieser Vorteil kommt vor allem bei automatischer Werkstückhandhabung zum Tragen.
Bei der Schließvorrichtung 52 gem. Fig. 4 und 5 ist zum Erzeugen von Napfungen oder anderen Formelementen ein Formelement 50 (hier Querstempel) vorgesehen, welches entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 52 über einen Querschieber 54 betätigt wird. Der Querschieber 54 stützt sich auf einem Sockel 60 ab, der an der Stirnseite des zweiten Hydraulikzylinders befestigt ist. Am ersten Hydraulikzylinder ist ein Element 56 befestigt, welches in Richtung zum Querschieber 54 eine Schräge 56.1 oder einen Radius aufweist. Im geöffnetem Zustand gem. Fig. 4 ist die Feder 52 entspannt. Beim Schließen der Schließvorrichtung wirkt die Schräge 56.1 des Elements 56 gegen die Endseite 54.1 des Querschiebers 54, wodurch dieser, und somit das Formelement 52, in Richtung zur Werkzeuggravur bewegt werden. Das Element 56 taucht in eine entsprechende Ausnehmung 60.1 im Sockel 60 ein und ist somit während des Umformvorganges verriegelt. Nach dem vollständigen Schließen gem. Fig. 5 befindet sich das Formelement 52 im Arbeitsraum. Beim anschließenden Umformvorgang (Querfließpressen) bildet sich somit im Werkstück eine Napfung oder ein anderes Formelement.
Die Einzelheit gem. Fig. 5, jedoch mit umgeformten Werkstück zeigt Fig. 5a.
Beim Öffnen wird der Querschieber 54 durch die Rückstellkraft der Rückstellfeder 52 in seine Ausgangsposition überführt.
Der Einsatz dieser Schließvorrichtungen in Quertransport­ pressen ermöglicht überraschender Weise um ca. 2,5-fach höhere Schließkräfte als herkömmlichen Schließvorrichtungen bei welchen z. B. Blasenspeicher Anwendung finden. Dadurch kann das auf Quertransportpressen herstellbare Teile­ spektrum wesentlich erweitert werden. Es ist der Einsatz beim Kalt-, Halbwarm- und Warmumformen möglich. Die Außenmaße der Schließvorrichtungen sind den Einbaumaßen bekannter Quertransportpressen einfach anpaßbar. Dies sind z. B. 60, 80, 90, und 100 mm Durchmesser. Es wurden bei den jeweiligen Abmessungen die in der nachfolgenden Aufstellung dargestellten Schließkräfte erzielt:
Durchmesser (mm) Schließkraft (kN)
60 75
80 125
90 175
100 600
Der Platzbedarf kann z. B. durch den Einsatz ovaler, länglicher oder rechteckiger Kolben weiter verringert werden. Es können auch zwei Schließvorrichtungen einen gemeinsamen Kolben aufweisen.
Weiterhin werden durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Quertransportpressen mit Schließvorrichtung wesentlich höhere Genauigkeiten erzielt.
Da nur eine Stufe für die Schließvorrichtung benötigt wird, sind Loch-, Präge- und Kalibrierarbeiten auf den noch freien Stationen der Quertransportpressen möglich.
Mit der erfindungsgemäße Lösung wird ein sich selbst regelndes System bezüglich Gleichlauf und Pressenkraft bzw. Schließkraft geschaffen, welches in dieser Form bisher bei gattungsgemäßen Pressen nicht bekannt ist.

Claims (17)

1. Mehrstufenpresse, insbesondere Quertransportpresse, mit hydraulischer Schließvorrichtung (S1, S2) vorzugsweise zum Querfließpressen von Werkstücken,
wobei die Schließvorrichtung (S1, S2) zwei relativ zueinander bewegbare und miteinander verschließbare Matrizenhälften (22, 42) und
zwei relativ zu den geschlossenen Matrizenhälften (22, 42) bewegbare Preßstempel (20, 40) aufweist,
und ein erster Hydraulikkolben (16), an dem die erste Matrizenhälfte (22) angeordnet ist, in einem axial bewegbaren ersten Hydraulikzylinder (6), an dem der erste Preßstempel (20) angeordnet ist,
und ein zweiter Hydraulikkolben (36), an dem der zweite Preßstempel (40) angeordnet ist, in einem zweiten Hydraulikzylinder (26)
verschiebbar lagern,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Hydraulikkolben (36) beim Pressen des Werkstückes durch ein vom ersten Hydraulikkolben (16) verdrängbares Druckmittel beaufschlagbar ist.
2. Mehrstufenpresse, insbesondere Quertransportpresse, mit hydraulischer Schließvorrichtung (S1, S2), vorzugsweise zum Querfließpressen von Werkstücken,
wobei die Schließvorrichtung (S1, S2) zwei relativ zueinander bewegbare und miteinander verschließbare Matrizenhälften (22, 42) und
zwei relativ zu den geschlossenen Matrizenhälften (22, 42) bewegbare Preßstempel (20, 40) aufweist,
und ein erster Hydraulikkolben (16), an dem die erste Matrizenhälfte (22) angeordnet ist, in einem axial bewegbaren ersten Hydraulikzylinder (6), an dem der erste Preßstempel (20) angeordnet ist,
und ein zweiter Hydraulikkolben (36), an dem der zweite Preßstempel (40) angeordnet ist, in einem zweiten Hydraulikzylinder (26)
verschiebbar lagern,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schließvorrichtung (S2) wenigstens ein eine Napfung oder ein Formelement erzeugendes Werkzeugelement (50) aufweist, welches im wesentlichen rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Preßstempel betätigbar ist.
3. Mehrstufenpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hydraulikkolben (16, 36) identische, gleiche Hubgeschwindigkeiten gewähr­ leistende, Kolbenflächen aufweisen.
4. Mehrstufenpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hydraulikkolben (16, 36) verschiedene, unterschiedliche Hubgeschwindigkeiten gewährleistende, Kolbenflächen aufweisen.
5. Mehrstufenpresse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hydraulikzylinder (6) an einem Pressenstößel (24) angeordnet ist.
6. Mehrstufenpresse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Matrizenhälfte (42) am zweiten Hydraulikzylinder (26) angeordnet ist.
7. Mehrstufenpresse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Hydraulikzylinder (6, 26) über eine starre Druckleitung (44) zu einem mit Druckmittel speisbaren Drucksystem verbunden sind.
8. Mehrstufenpresse nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugelement (50) an einem entgegen der Rückstellkraft einer Feder (52) betätigbaren Querschieber (54) befestigt ist.
9. Mehrstufenpresse nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschieber (54) beim Schließen der beiden Matritzenhälften (22, 42) betätigbar ist.
10. Mehrstufenpresse nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschieber (54) durch ein am ersten Hydraulikzylinder befestigtes Element (56) betätigbar ist.
11. Mehrstufenpresse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (56) gegen eine Schräge (54.1) oder eine in einer Kurve verlaufende Fläche des Querschiebers (54) verfahrbar ist und dadurch den Querschieber (54) betätigt.
12. Mehrstufenpresse nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (56) eine Schräge (56.1) oder eine in einer Kurve verlaufende Fläche aufweist, die gegen die Endseite (54.1) des Querschiebers (54) verfahren wird.
13. Mehrstufenpresse nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (56) eine Kulissenführung aufweist, in welche das Werkzeugelement 54 eingreift und dieses dadurch zwangsläufig schließt und öffnet.
14. Mehrstufenpresse nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (56) während des Umformvorganges verriegelt wird.
15. Mehrstufenpresse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (56) zur Verriegelung in eine korrespondierende Ausnehmung des Werkzeuges eingreift.
16. Mehrstufenpresse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikkolben (16, 36) ovale, länglicher oder rechteckig ausgebildet sind.
17. Mehrstufenpresse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Schnließvorrichtungen einen gemeinsamen Hydraulikkolben (16) und/oder einen gemeinsamen Hydraulikkolben (36) aufweisen.
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