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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Presse mit einem Arbeitszylinder,
der über
einen Druckübersetzer
mit Druckmittel beaufschlagt ist.
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Derartige
hydraulische Pressen werden beispielsweise beim Gesenkschmieden
eingesetzt, wobei über
einen oder mehrere Arbeitszylinder zur Umformung des in ein oberes
und ein unteres Presswerkzeug eingelegtes Formteil erhebliche Presskräfte von
beispielsweise 35.000 to bei einem Arbeitsdruck bis zu 1000 bar
aufgebracht werden müssen. Derartige
hydraulisch betätigte
Schmiedepressen sind beispielsweise aus der
DE 89 11 804 , der
DE 103 20 182 A1 oder der
DE 198 22 436 A1 bekannt.
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Bei
diesen Pressen ist der Arbeitszylinder durch einen oder mehrere
Differentialzylinder ausgebildet, die über eine Hochdruckpumpenanordnung mit
Druckmittel versorgt werden, um einen beweglichen Teil des Presswerkzeuges, üblicherweise
das obere Presswerkzeug, auf einen feststehenden, den umzuformenden
Rohling aufnehmenden Teil des Presswerkzeugs – üblicherweise das untere Presswerkzeug – abzusenken.
Bei großen
Schmiedepressen, bei denen erhebliche Presskräfte aufgebracht werden müssen, kann
zwischen die Hochdruckpumpenanordnung und den Arbeitszlyinder ein
Druckübersetzer
geschaltet werden, über
den der Arbeitsdruck auf über
1000 bar erhöhbar
ist. Dabei wird der Arbeitsdruck eines Primärkreises über den oder die Druckübersetzer
in einen Hochdruck eines Sekundärkreises
umgesetzt, so dass das mit Hochdruck beaufschlagte Druckmittel im
Sekundärkreis
zum Betätigen
des Arbeitszylinders verwendet wird. Bei Großpressen müssen die Leitungsquerschnitte
des Sekundärkreises
groß genug
ausgelegt werden, um den für
eine schnelle Pressenbetätigung
erforderlichen Druckmittelvolumenstrom möglichst verlustfrei zu führen. Diese
Druckmittelvolumenströme
können selbst
in der Hochdruckphase, d.h. beim Aufbringen des maximalen Pressdruckes
noch im Bereich von 3000 l/min liegen, so dass für die Hochdruck-Verrohrung
erhebliche Nennweiten (NW 150 und mehr) erforderlich sind. Eine
derartige Verrohrung ist mit einem erheblichen vorrichtungstechnischen
Aufwand verbunden.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Presse zu
schaffen, bei der die Druckmittelführung im Hochdruckteil vereinfacht
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine hydraulische Presse mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße hydraulische
Presse ist mit einem Pressrahmen ausgeführt, der eine einen Arbeitszylinder
tragende Traverse hat. Die Betätigung
des Arbeitszylinders erfolgt über
einen Druckübersetzer,
dessen Sekundärkreis
hydraulisch mit dem Arbeitszylinder verbunden ist. Erfindungsgemäß ist der
Hochdruck-Druckmittelströmungspfad
zwischen der Hochdruckseite der Druckübersetzeranordnung und dem
Arbeitszylinder als Kanalanordnung in den Pressrahmen, vorzugsweise
in die Traverse integriert, so dass keine gesonderte Hochdruckverrohrung
erforderlich ist. Die Kanäle
lassen sich mit minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand mit den
erforderlichen Querschnitten und den erforderlichen Wandstärken ausbilden,
um den Arbeitsdrücken
im Sekundärkreis
(mehr als 1000 bar) standzuhalten.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist an einer oberen Stirnfläche
der Traverse der Arbeitszylinder und an einer gegenüberliegenden
unteren Stirnfläche
eine Steuerplatte angeflanscht, an der Druckmittelanschlüsse und/oder Steuerventile
angeordnet sind, wobei im Arbeitszylinder und in der Steuerplatte
weitere Kanäle
des Hochdruck-Druckmittelströmungspfads
ausgebildet sind, so dass auch in diesem Bereich keinerlei Verrohrung erforderlich
ist.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Druckübersetzeranordnung durch
eine Vielzahl von Druckübersetzern
gebildet, die an Seitenflächen
der Traverse befestigt sind. Dabei wird es bevorzugt, wenn eine
Kolbenstange der Druckübersetzer
in einen in der Traverse oder im Pressrahmen ausgebildeten Hochdruckraum
des Sekundärkreises
eintaucht.
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Bei
einem besonders kompakt ausgebildeten Ausführungsbeispiel sind je zwei
Druckübersetzer
der Druckübersetzeranordnung
diametral zueinander angeordnet, so dass deren Kolbenstangen gemeinsam
den zugeordneten Hochdruckraum begrenzen.
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Beispielsweise
zum Bereitstellen der erheblichen Druckmittelvolumenströme für Großschmiedepressen
können
mehrere Druckübersetzerpaare achsparallel
in der Traverse oder im Pressrahmen angeordnet werden.
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Die
Kanalführung
ist besonders einfach, wenn die Hochdruckräume über einen Mittelkanal mit dem
Hydraulikzylinder und der Steuerplatte verbunden sind.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Pressrahmen der hydraulischen Presse mit einem oder mehreren
O-förmigen
Rahmenteilen ausgebildet, die unter anderem über die Traverse miteinander
verbunden sind. Dieser Pressrahmen kann über den Arbeitszylinder – ähnlich wie bei
einer Unterflurpresse – relativ
zu einer feststehenden, ein unteres Presswerkzeug tragenden Tischplatte
verschiebbar sein, so dass die hohe Presskraft durch einen Hub des
Pressrahmens und die Öffnungs-
und Schließbewegung
des Werkzeugs sowie ein Teilhub des Presshubs über einen Hubzylinder erfolgt,
der eine ein oberes Presswerkzeug tragende Presswerkzeugplatte betätigt.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird es bevorzugt, wenn der Hubzylinder an einem Querjoch abgestützt ist
und mit einer Hubkolbenstange an einer die Presswerkzeugplatte tragende
Hubtraverse angreift, die im Pressrahmen verschiebbar geführt ist.
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Zur
Regelung der Parallellage der Presswerkzeugplatte und zur Unterstützung der Öffnungsbewegung
des Presswerkzeugs sind der Presswerkzeugplatte Rückzugzylinder
zugeordnet. Beim Aufbringen der hohen Presskraft über den
Arbeitszylinder kann die Presswerkzeugplatte mit Bezug zum Pressrahmen
verriegelt werden.
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Durch
die Verwendung einer Verstellpumpenanordnung mit einer Vielzahl
von Verstellpumpen können
auch hohe Druckmittelvolumenströme
sowie schnelle Presszyklen bewältigt
werden. Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn zumindest einige
der Verstellpumpen unabhängig
voneinander ansteuerbar sind, so dass die Hubgeschwindigkeiten auf
einfach Weise über
die Verstellpumpen einstellbar sind.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
mit dem in die Traverse integrierten Druckübersetzer läßt sich besonders vorteilhaft
bei einer Schmiedepresse anwenden.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
stark schematisierten Schaltplan einer Schmiedepresse;
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2 eine
Detaildarstellung der Schmiedepresse aus 1 und
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3 eine
Draufsicht auf das in 2 dargestellte Detail.
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1 zeigt
ein stark vereinfachtes Schaltbild einer Schmiedepresse 1,
die für
hohe Presskräfte
bei einem Arbeitsdruck von ca. 1000 bar und mehr ausgelegt ist.
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Die
Schmiedepresse 1 hat ein Fundament 2, in dem ein
Pressrahmen 4 derart gelagert ist, dass er einen Presshub
H durchführen
kann. Der Rahmen ist über
Federn 6 abgestützt.
Am Fundament 2 ist eine feststehende Tischplatte 8 befestigt,
auf der ein unteres Presswerkzeug 20 aufgespannt ist. Der
Pressrahmen 4 hat zwei mit Bezug zur Zeichenebene übereinanderliegende
Rahmenteile, die jeweils aus einem oberen Joch 12, einem
unteren Joch 14 und zwei diese verbindende Seitenteile 16, 18 gebildet sind.
Diese beiden Rahmenteile sind mittels einer sich zwischen den Seitenteilen 16, 18 erstreckenden Traverse 20 verbunden,
die einen Arbeitszylinder 22 trägt, der an der feststehenden
Tischplatte 8 abgestützt
ist. Ein Arbeitskolben 24 des Arbeitszylinders 22 begrenzt
einen Zylinderraum 28, der über eine Druckübersetzeranordnung 26 mit
Hochdruck beaufschlagbar ist, so dass der Pressrahmen 4 gegen
die Kraft der Federn 6 einen Presshub H ausführt. Dabei stützt sich
der Arbeitskolben 24 an der Tischplatte 8 ab,
so dass der Rahmen durch den sich vergrößernden Zylinderraum 28 in
Vertikalrichtung nach unten (Ansicht nach 1) verschoben
wird. An dem Pressrahmen 4 ist eine Presswerkzeugplatte 30 vertikal
verschiebbar geführt,
die ein oberes Presswerkzeug 32 trägt. Die Presswerkzeugplatte 30 ist
an einer am Pressrahmen 4 geführten Hubtraverse 34 befestigt,
die mittels eines Hubzylinders 36 in Vertikalrichtung verschiebbar
ist. Der Hubzylinder 36 ist an einem Querjoch 38 abgestützt. Eine
Hubkolbenstange 40 des Hubzylinders 36 ist an
der Hubtraverse 34 angelenkt, so dass diese durch Ausfahren
der Hubkolbenstange 40 in Schließrichtung bewegbar ist. Bei der
Darstellung gemäß 1 ist
lediglich ein Hubzylinder 36 dargestellt, prinzipiell können auch
mehrere mit Bezug zur Zeichenebene hintereinander liegende Hubzylinder 36 zu
einer Hubzylinderanordnung zusammengeschaltet sein.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die bewegliche
Presswerkzeugplatte 30 über
eine Verriegelung 42 zum Aufbringen des maximalen Pressdruckes
verriegelt werden. Der Presswerkzeugplatte 30 ist des Weiteren
noch eine Rückzugzylinderanördnung 44 zugeordnet,
deren Rückzugzylinder
an der Tischplatte 8 abgestützt sind und die mit ihren
Kolbenstangen an der Presswerkzeugplatte 30 angreift. Die
Querlage der Presswerkzeugplatte 30 läßt sich über eine Horizontalzylinderanordnung 46 einstellen.
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Die
Druckmittelversorgung der vorbeschriebenen hydraulischen Bauelemente
die über
eine nicht dargestellte Steuereinheit unabhängig voneinander ansteuerbar
sind erfolgt über
eine Verstellpumpenanordnung 48. Die Sauganschlüsse der
Verstellpumpenanordnung 48 sind über eine gemeinsame Saugleitung 50 und
eine Vorförderpumpe 52 mit
einem Tank T verbunden, wobei in der Saugleitung 50 über ein
Druckbegrenzungsventil 54 ein vorbestimmter Vorförderdruck
eingestellt ist. Die Druckanschlüsse
der Verstellpumpenanordnung 48 sind mit einer hydraulischen
Steuereinrichtung 56 verbunden, an deren Ausgangsanschlüsse Niederdruckleitungen 58 eines
Primärkreises
der Druckübersetzeranordnung 26 angeschlossen
sind.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht
diese Druckübersetzeranordnung 26 aus
vier Druckübersetzern,
wobei jeweils zwei Druckübersetzern
eine Verstellpumpenanordnung 48 mit jeweils 6 einzelnen
Verstellpumpen zugeordnet ist. Aufgrund des symmetrischen Aufbaus
der Druckmittelversorgung wird der Einfachheit halber nur auf den
in 1 rechts dargestellten Teil eingegangen.
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Ein
weiterer Ausgangsanschluss der Steuereinrichtung
56 ist über eine
Druckleitung
60 mit einer Hubventileinrichtung
62 verbunden, über die
der Hubzylinder
36 mit Druckmittel versorgbar ist. Die Hubventileinrichtung
62 hat
des Weiteren einen Tankanschluss, der über eine Tankleitung
64 mit
dem Tank T einerseits und mit einem Tankanschluss der Steuereinrichtung
56 andererseits
verbunden ist. Durch geeignete Ansteuerung der Hubventilanordnung
62 kann
der Kolben mit der Hubkolbenstange
40 des Hubzylinders
36 ausgefahren
werden, wobei im Druckmittelströmungspfad
zu einem Druckraum
66 des Hubzylinders
36 ein
entsperrbares Rückschlagventil
68 angeordnet
ist, dessen Funktion in der
DE 197 14 505 A1 erläutert ist.
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Wie
im Folgenden anhand der 2 und 3 ausgeführt wird,
ist der Sekundärkreis
der Druckübersetzeranordnung 26 in
die Traverse 20 integriert, so dass keine Hochdruckverrohrung
erforderlich ist. Die Druckmittelströmung in diesem Sekundärkreis wird
ebenfalls über
die Steuereinrichtung 56 gesteuert. Die Befüllung des
Sekundärkreises
erfolgt über
eine Füllpumpe 70 mit
dem gleichen Druckmittel, wie es im Sekundärkreis verwendet wird. In den
meisten Fällen
werden derartige Schmiedepressen mit Wasser als Druckmittel betätigt. Zwischen dem
Sekundärkreis
und der Füllpumpe 70 ist
ein Schaltventil 72 angeordnet, über das der Druckanschluss
der Füllpumpe 70 mit
der Saugleitung 50 des Primärkreises verbindbar ist.
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Wie
erwähnt,
sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
zwei Füllpumpen 70,
zwei Vorförderpumpen 52 sowie
insgesamt zwölf
Verstellpumpen vorgesehen, wobei jeweils sechs zu einer Gruppe zusammengfasst
sind.
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Zum
Schließen
des Presswerkzeugs mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit wird
durch geeignete Ansteuerung der Verstellpumpenanordnung 48 und
der Steuereinrichtung 56 und der Hubventileinrichtung 62 der
Hubzylinder 36 mit Druckmittel beaufschlagt, so dass die
Kolbenstange 40 ausfährt und
die Presswerkzeugplatte 30 des Presswerkzeugs abgesenkt
wird. Kurz vor dem Auftreffen des oberen Presswerkzeugs 32 auf
den im unteren Presswerkzeug 10 aufgenommenen Rohling wird
die Hubgeschwindigkeit durch Verstellung der Verstellpumpenanordnung 48 verringert
und anschliessend die Druckübersetzeranordnung 26 betätigt, um
die hohe Presskraft (35.000 to) aufzubringen und dabei den Pressrahmen 4 um
den Hub H gegen die Kraft der Federn 6 in Hubrichtung zu
verschieben, wobei die Verriegelung 42 und das Rückschlagventil 68 ein Ausweichen
der Presswerkzeugplatte 30 verhindern. Deren Parallellage
wird durch die Horizontalzylinderanordnung 46 und die Rückzugzylinderanordnung 44 kontrolliert.
Der Druckaufbau wird dabei durch geeignete Ansteuerung der Steuereinrichtung 56 geregelt. Nach
dem Umformen des Rohlings zum Formteil wird der Sekundärkreis der
Druckübersetzeranordnung 26 druckentlastet
und die Presswerkzeugplatte 30 über den Hubzylinder 36 und
die Rückzugzylinderanordnung 44 nach
oben verfahren, um das Presswerkzeug zu öffnen, so dass das Formteil
mittels eines Handlingsgeräts
entnommen und ein neuer Rohling eingelegt werden kann.
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Die 2 und 3 zeigen
noch schematisierte Darstellungen der Traverse 20, in die
die Druckübersetzeranordnung 26 integriert
ist. Diese Druckübersetzeranordnung 26 hat
vier Druckübersetzer 74, 76, 78, 80,
von denen jeweils zwei 74, 76 und 78, 80 diametral
zueinander an Seitenflächen 82, 84 der
Traverse angeflanscht sind. Der Arbeitszylinder 22 hat
ein Hochdruck-Zylindergehäuse 86,
das für
Drücke
von über
1000 bar ausgelegt ist. Im Zylindergehäuse 86 ist der Arbeitskolben 24 in
Vertikalrichtung (Ansicht nach 2) verschiebbar
gelagert, wobei die Abdichtung mittels Hochdruckdichtungen erfolgt.
Das Zylindergehäuse 36 ist
an eine obere Stirnfläche 88 der
Traverse 20 angeflanscht und hat einen im Zylinderraum 28 mündenden
Zylinderkanal 90, der mit einem koaxial dazu verlaufenden
Mittelkanal 92 verbunden ist. Im Übergangsbereich zwischen dem
Zylindergehäuse 36 und
der Traverse 20 ist wiederum eine Hochdruckdichtung 95 vorgesehen.
Der Mittelkanal 92 durchsetzt die Traverse 20 in
Vertikalrichtung (2). In diesen Mittelkanal 92 münden zwei
parallel zueinander angeordnete Querkanäle 94, 96,
die stirnseitig von Kolbenstangen 98, 100 bzw. 102, 104 der
Druckübersetzer 74, 76; 78, 80 begrenzt
sind. Die Druckübersetzer 74, 76, 78, 80 sind so
an die Seitenflächen 82, 84 angeflanscht,
dass die Kolbenstangen 98, 100, 102, 104 in
die Querkanäle 94, 96 eintauchen,
so dass diese praktisch die Hochdruckräume des Sekundärkreises
der Druckübersetzeranordnung 26 ausbilden.
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Die
bodenseitigen Räume 106, 108, 110, 112 sind über die
Niederdruckleitung 58 an die entsprechenden Ausgangsanschlüsse der
Steuereinrichtung 56 angeschlossen und somit Teil des Primärkreises der
Druckübersetzeranordnung 26.
Sämtliche
Druckübersetzer
sind noch mit einem Wegaufnehmer ausgeführt, um den Druckübersetzerhub
zu erfassen und bei der Regelung zu berücksichtigen.
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An
der in 2 unteren Stirnfläche 114 der Traverse 20 ist
eine Steuerplatte 116 befestigt, an der die Anschlüsse und
Ventilanordnungen der Steuereinrichtung 56 ausgebildet
sind, über
die die Druckmittelströmung
im Primär-
und Sekundärkreis
der Druckübersetzeranordnung 26 gesteuert
ist. Der Mittelkanal 92 geht in einen Steuerplattenkanal 118 über, der
an einen oder mehrere Ausgangsanschlüsse der in die Steuerplatte 116 integrierten
Steuereinrichtung 56 angeschlossen ist. Im Übergangsbereich zwischen
der Steuerplatte 116 und der Traverse 20 ist eine
weitere Hochdruckdichtung 95 vorgesehen. Wie aus der Darstellung
gemäß den 2 und 3 hervorgeht,
verbindet die Traverse 20 die beiden Rahmenteile des Pressrahmens 4 und
sitzt dabei jeweils auf dem unteren Joch 14 jedes Rahmenteils auf. 3 zeigt
eine um 90° verdrehte
Draufsicht auf die Darstellung gemäß 2 in der
lediglich die beiden Druckübersetzer 74, 76 sichtbar
sind, die beiden anderen Druckübersetzer 78, 80 liegen
in dieser Draufsicht unterhalb der zugeordneten Druckübersetzer 74, 76.
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Die
erfindungsgemäße Integration
der Druckübersetzeranordnung 26 in
eine Traverse 20 eines Pressrahmens 4 ist nicht
auf die vorbeschriebene Konstruktion beschränkt, sondern kann auch bei
herkömmlichen
Pressenkonstruktionen angewendet werden, bei denen sämtliche
Hübe der
beweglichen Presswerkzeugplatte durch eine Hubzylinderanordnung
oder einen Hubzylinder erfolgen, der mit der Druckübersetzeranordnung
in Wirkverbindung steht.
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Beim
vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist
die Druckübersetzeranordnung
in eine Traverse integriert. Prinzipiell können die mit Hochdruck beaufschlagten
Druckmittelströmungskanäle des Sekundärkreises
auch in anderer Weise in dem Pressrahmen 4 ausgebildet
werden.
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Offenbart
ist eine hydraulische Presse, insbesondere eine Schmiedepresse,
bei der zumindest ein Arbeitszylinder über eine Druckübersetzeranordnung
mit einem Hochdruck beaufschlagbar ist. Der Hochdruck-Druckmittelströmungspfad
eines Sekundärkreises
der Druckübersetzeranordnung
ist als Kanalanordnung in den Pressrahmen integriert.
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- 1
- Schmiedepresse
- 2
- Fundament
- 4
- Pressrahmen
- 6
- Federn
- 8
- Tischplatte
- 10
- unteres
Presswerkzeug
- 12
- oberes
Joch
- 14
- unteres
Joch
- 16
- Seitenteil
- 18
- Seitenteil
- 20
- Traverse
- 22
- Arbeitszylinder
- 24
- Arbeitskolben
- 26
- Druckübersetzeranordnung
- 28
- Zylinderraum
- 30
- Presswerkzeugplatte
- 32
- oberes
Presswerkzeug
- 34
- Hubtraverse
- 36
- Hubzylinder
- 38
- Querjoch
- 40
- Hubkolbenstange
- 42
- Verriegelung
- 44
- Rückzylinderanordnung
- 46
- Horizontalzylinderanordnung
- 48
- verstellpumpenanordnung
- 50
- Saugleitung
- 52
- Vorförderpumpe
- 54
- Druckbegrenzungsventil
- 56
- Steuereinrichtung
- 58
- Niederdruckleitung
- 60
- Druckleitung
- 62
- Hubventileinrichtung
- 64
- Tankleitung
- 66
- Druckraum
- 68
- Rückschlagventil
- 70
- Füllpumpe
- 72
- Schaltventil
- 74
- Druckübersetzer
- 76
- Druckübersetzer
- 78
- Druckübersetzer
- 80
- Druckübersetzer
- 82
- Seitenfläche
- 84
- Seitenfläche
- 86
- Zylindergehäuse
- 88
- obere
Stirnfläche
- 90
- Zylinderkanal
- 92
- Mittelkanal
- 94
- Querkanal
- 95
- Hochdruckdichtung
- 96
- Querkanal
- 98
- Kolbenstange
- 100
- Kolbenstange
- 102
- Kolbenstange
- 104
- Kolbenstange
- 106
- Raum
- 108
- Raum
- 110
- Raum
- 112
- Raum
- 114
- untere
Stirnfläche
- 116
- Steuerplatte
- 118
- Steuerplattenkanal