DE102007030328A1

DE102007030328A1 - Dämpfungseinrichtung für eine Schneideeinheit

Info

Publication number: DE102007030328A1
Application number: DE102007030328A
Authority: DE
Inventors: Helmut Schuster
Original assignee: Helmut Schuster
Current assignee: SCHUSTER MASCHINENBAU GMBH, 86920 DENKLINGEN, DE
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2009-01-02

Abstract

Dämpfungseinrichtung für eine Schneideeinheit (85) mit einem verschiebbar gelagerten Matrizenelement (87), wobei die Dämpfungseinrichtung aufweist: eine Grundeinheit (90, 125), einen in der Grundeinheit (90, 125) axial verschiebbar gelagerten Dämpfungskolben (95) zur Dämpfung der Auslenkung eines verschiebbar gelagerten Matrizenelementes (87), wobei der Dämpfungskolben (95) eine Fluidfläche aufweist, an der bei einem axialen Hub des Kolbens (95) ein Fluid zur Dämpfung des Kolbenhubs wirkt, einer zwischen der Grundeinheit (90, 125) und der Fluidfläche des Dämpfungskolbens (95) ausgebildeten Fluidkammer (112), und zumindest einen Auslass (104) mit einem Auslassquerschnitt zum Auslassen des Fluids aus der Fluidkammer (112) bei einem axialen Hub des Dämpfungskolbens (95).

Description

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung für eine Schneideeinheit, eine Schneideeinheit mit einer solchen Dämpfungseinrichtung und eine Schlagschneidevorrichtung mit einer Schneideeinheit und einer Dämpfungseinrichtung.
Beim Hochgeschwindigkeits-Schlagschneiden wird ein hoher Impuls auf eine bewegliche Matrize übertragen, die durch den Impuls lateral gegenüber einer starren Matrize verschoben wird. Zwischen den Matrizen ist in einem Durchgang durch die Matrizen das Werkstück eingespannt, wobei deren Querschnitt dem des zu trennenden Werkstücks entspricht. Die Beobachtungen zeigen, dass das zu schneidende Werkstück bei sehr kurz, aber heftig einwirkendem Impuls nahezu ohne plastische Verformung trennbar ist. Dabei wird die verschiebbare Matrize lediglich um wenige zehntel Millimeter gegenüber der starren Matrize versetzt. Problematisch ist hierbei die Impulsenergie, die nicht in Trennenergie umgewandelt wurde, so zu dämpfen, dass die Schlagschneidevorrichtung auch für den Dauereinsatz geeignet ist.
In der EP 1 520 649 A2 werden zur Dämpfung sog. Reibfedern verwendet, die aus ineinander verkeilten, geschlossenen Ringelementen bestehen. Die Verschiebung der Ringe wandelt die überschüssige Impulsenergie durch Reibung in Wärmeenergie um und bewirkt eine Dämpfung der beweglichen Matrize. Die Umwandlung der überschüssigen Impulsenergie durch Reibung verursacht bei häufiger Schlagwiederholung einen hohen Verschleiß. Zusätzlich muß die entstehende Wärme abgeleitet werden, damit die Reibfedern und die Dämpfungseinheit nicht überhitzen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Dämpfungseinrichtung mit einer Dämpfungscharakteristik vorzusehen, die eine hohe Standzeit bei häufiger Schlagwiederholung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 25 bzw. 26 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß Anspruch 1 wird eine Dämpfungseinrichtung für eine Schneideeinheit mit einem beweglich gelagerten Matrizenelement vorgeschlagen. Dabei weist die Dämpfungseinrichtung eine Grundeinheit mit einem axial verschiebbar gelagerten Dämpfungskolben zur Dämpfung der Auslenkung eines beweglich gelagerten Matrizenelements auf. Der Dämpfungskolben weist dabei eine Fluidfläche auf, an der bei einem axialen Hub des Kolbens ein Fluid zur Dämpfung des Kolbenhubs wirkt. Ein Fluid kann Luft, Gas oder eine Flüssigkeit sein, besonders bevorzugt ist Hydrauliköl.
Zwischen der Grundeinheit und der Fluidfläche des Dämpfungskolbens ist eine Fluidkammer ausgebildet, wobei die Fluidfläche einen Teil der die Fluidkammer begrenzenden Fläche ausbildet. Des weiteren weist die Dämpfungseinrichtung zumindest einen Auslass mit einem Auslassquerschnitt auf, um das Fluid bei einem axialen Hub des Dämpfungskolbens aus der Fluidkammer auszulassen. Beim axialen Hub zur Entfaltung der Dämpfungswirkung wird der Dämpfungskolben derart in axialer Richtung verschoben, dass das Volumen der Fluidkammer abnimmt. Vorteilhaft wird der Hub in Gegenrichtung, also bei zunehmendem Volumen der Fluidkammer, durch Einleiten von Fluid in die Fluidkammer bewirkt.
Die Dämpfungseinrichtung wirkt vorteilhaft auf eine Seite eines verschiebbar gelagerten Matrizenelements, die einer Schlagseite des verschiebbar gelagerten Matrizenelements gegenüberliegend angeordnet ist. Bei einem Schlag auf das verschiebbare Matrizenelement wird überschüssige Impulsenergie, die nicht zum Trennen des Werkstücks verbraucht wird, auf den axial verschiebbar gelagerten Dämpfungskolben übertragen. Der Dämpfungskolben wird axial verschoben und dabei Energie auf das Fluid in der Fluidkammer übertragen. Durch die Verschiebung des Kolbens baut sich im Fluid der Fluidkammer Druck auf. Dieser Druck wirkt auf die Fluidfläche des Dämpfungskolbens und wirkt daher der Bewegung des Kolbens entgegen. Die Verschiebung des Kolbens wird somit gedämpft.
Dadurch, dass während des Hubs des Kolbens das Fluid durch den Auslass ausströmt, nimmt der Gegendruck durch das Fluid bei Erreichen der Kompressibilitätsgrenze nicht schlagartig zu und die Hubbewegung des Dämpfungskolbens wird nicht abrupt abgebremst. Deswegen erfolgt die Dämpfung vergleichmäßigt und damit materialschonend durch den fehlenden Dämpfungsschock. Dies erhöht die Standzeit der Dämpfungseinrichtung. Zum Beispiel verhindert eine gleichmäßige Dämpfung ohne ruckartiges bzw. abruptes Abbremsen, dass der Hammer bzw. die Matrize nach dem Schlag nicht zurückgrellen. Dies ist besonders vorteilhaft in Bezug auf den materialschonenden Betrieb der Dämpfungseinrichtung sowie einer Schneideeinheit mit den Matrizenelementen bzw. die den Trennschlag ausführende Schlagschneidevorrichtung.
Versuche haben gezeigt, dass im Vergleich zu einer herkömmlichen Dämpfungseinrichtung die Standzeit bzw. Anzahl der Trennvorgänge der Dämpfungseinrichtung zumindest um den Faktor 10 erhöht ist, bevor die Dämpfungseinrichtung ausgewechselt oder gewartet werden muss.
Besonders vorteilhaft ist der Auslass zumindest teilweise oder zumindest einer der Auslässe zwischen der Grundeinheit und dem Dämpfungskolben angeordnet oder ausgebildet. Das abfließende Fluid führt dabei auch Wärme vom Dämpfungskolben ab.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Auslass ein zwischen der Grundeinheit und dem Dämpfungskolben ausgebildeter Spalt, insbesondere ein Ringspalt. Diese Ausgestaltung gewährleistet einen besonders gleichmäßiges Abfließen des Fluids aus der Fluidkammer und damit einen gleichmäßigen Abbau des aufgebauten Drucks im Fluid.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Auslassquerschnitt der Auslassöffnung oder zumindest einer der Auslassöffnungen mit dem axialen Hub des Dämpfungskolbens veränderbar. Durch den veränderbaren Auslassquerschnitt der Auslassöffnung kann die Dämpfung während des Hubs variiert und damit in vorgebbarer Weise eingestellt werden. Besonders vorteilhaft nimmt der Auslassquerschnitt mit zunehmendem Hub bzw. Auslenkung des Dämpfungskolbens aus einer Grundstellung zumindest über einen Teilbereich des Hubs ab. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung nimmt der Spaltquerschnitt eines Spaltes zwischen der Grundeinheit und dem Dämpfungskolben mit zunehmender Auslenkung aus der Grundstellung des Dämpfungskolbens ab.
Diese Ausgestaltungen sind besonders vorteilhaft für den gleichmäßigen Abbau des durch den Schlag auftretenden hohen Drucks im Fluid der Fluidkammer: Kurz nach dem Schlag treten hohe Impulskräfte auf, die eine starke Druckerhöhung im Fluid bewirken. Der Dämpfungskolben wird über die Auswirkung des Drucks im Fluid auf die Fluidflächen abgebremst bzw. gedämpft. Durch den Auslassquerschnitt kann der hohe Druck zu Beginn der Dämpfung rasch abgeführt werden. Im weiteren Verlauf der Auslenkung entsteht durch die bereits erfolgte Dämpfung bzw. Verzögerung der Geschwindigkeit des Kolbens ein geringerer Druck im Fluid. Durch den abnehmenden Auslassquerschnitt mit zunehmender Auslenkung des Kolbens wird weniger Fluid abgelassen und daher der Druckabbau verringert. Insgesamt wird so im Verlauf des Hubs durch den sich verringernden Auslassquerschnitt ein gleichbleibender oder möglichst gleichmäßiger Druck im Fluid gewährleistet.
Besonders vorteilhaft nimmt der Auslassquerschnitt zumindest über einen Teilbereich des Kolbenhubs linear oder ungefähr linear mit zunehmendem Kolbenhub ab.
Vorteilhaft wird bei der Auslenkung des Dämpfungskolbens zumindest über einen Teilbereich des Kolbenhubs der Druckverlust durch das Ausströmen des Fluid aus der Fluidkammer und die Druckzunahme durch das Verkleinern des Fluidkammervolumens beim Kolbenhub ausgeglichen oder ungefähr ausgeglichen.
Besonders vorteilhaft ist der Spalt einseitig durch eine Kante des Dämpfungskolbens, insbesondere durch eine abgeschrägte Kante ausgebildet. Weiter vorteilhaft ist der Spalt einseitig durch eine Seitenwand der Grundeinheit ausgebildet, insbesondere durch eine profilierte Seitenwand. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nimmt der Abstand zwischen einer Kante oder Seitenwand des Dämpfungskolbens und der Seitenwand oder Kante der Grundeinheit zumindest über einen Teilbereich des Kolbenhubs ab. Der Abstand ist dabei ein Maß für den Auslassquerschnitt des Auslasses. Jede Profilierung der Seitenwand der Grundeinheit kann gewählt werden, die eine Abnahme des Abstandes mit zunehmendem Hub gewährleistet. Dadurch werden die oben in Bezug auf den abnehmenden Auslassquerschnitt beschriebenen Vorteile erzielt.
Vorteilhaft ist zwischen dem Dämpfungskolben und der Grundeinheit ein Aktuator zur Rückstellung des Dämpfungskolbens in die Grundstellung angeordnet. In der Grundstellung ist der Dämpfungskolben in Bezug auf eine Oberfläche der Grundeinheit, die zum beweglichen Matrizenelement zeigt, bündig oder mit einem leichten Stufenversatz in die Grundeinheit zurückgezogen.
Besonders vorteilhaft ist der Aktuator ein Federelement oder schließt ein Federelement ein. Das Federelement kann eine Ringfeder oder ein anderes Element aufweisen mit ausreichender Rückstellkraft zur Rückstellung des Dämpfungskolbens. Zusätzlich oder alternativ wirkt bei einer Ausgestaltung das in der Fluidkammer unter Druck stehende Fluid und/oder das unter Druck zugeführte Fluid als Aktuator zur Rückstellung des Dämpfungskolbens. Der Grunddruck des Fluids in der Fluidkammer liegt vorteilhaft im Bereich von 0,2–30 bar über Umgebungsdruck und bevorzugt im Bereich von 2–15 bar, besonders bevorzugt um 6 bar, über Umgebungsdruck. Durch die Auswirkung des Drucks im Fluid auf die Fluidflächen des Dämpfungskolbens wird der Dämpfungskolben wieder in die Grundstellung zurückgestellt.
Die Fluidkammer ist vorteilhaft mit einem Überdruckventil verbunden, das ab einem vorgegebenen, vorteilhaft einstellbaren, Überdruck Fluid aus der Fluidkammer auslässt.
Insbesondere bei einem vorgegebenen Überdruck im Bereich von 200–1000 bar, bevorzugt im Bereich von 400–800 bar oder bevorzugt im Bereich von 500–600 bar. Durch das Überdruckventil wird gewährleistet, dass beim Auftreten von übergroßen Drücken im Fluid, z. B. durch eine Fehlfunktion in den Fluidzuleitungen oder durch eine zu hohe Überschussenergie beim Schlagschneidevorgang, der Druck abgelassen werden kann. Eine Beschädigung von einzelnen Bestandteilen der Dämpfungseinrichtung wird somit bei Auftreten von hohen Drücken vermieden. Besonders vorteilhaft ist der vorgegebene Überdruck einstellbar. Somit kann je nach Anforderung oder Belastung der Dämpfungseinrichtung der Auslösepunkt des Überdruckventils eingestellt werden, insbesondere in Abhängigkeit der zu erwartenden Überschussenergie beim Schlagschneidevorgang. Beispielsweise ist der vorgegebene Überdruck für dicke zu trennende Werkstücke (50 mm ∅ Edelstahl-Stangenmaterial) höher als für leicht zu trennende Werkstücke (20 mm ∅ Aluminium-Stangenmaterial).
Die Fluidkammer ist vorteilhaft mit einem Fluidzulauf verbunden. Dadurch kann das ausgelassene Fluid aus der Fluidkammer ersetzt werden. Zudem kann während der Rückstellung des Dämpfungskolbens in die Grundstellung die Fluidkammer wieder gefüllt werden.
Vorteilhaft ist im Fluidzulauf ein Rückschlagventil angeordnet. Mit dem Anstieg des Drucks in der Fluidkammer bei Beginn der Kolbenauslenkung aus der Grundstellung nach einem Schlag wird ein unerwünschter Rücklauf des Fluids in den Fluidzulauf verhindert.
Besonders vorteilhaft ist die Fluidkammer über den Auslass mit einer Sammelkammer verbunden. Dabei ist die Sammelkammer, insbesondere zumindest teilweise, zwischen der Grundeinheit und dem Dämpfungskolben angeordnet. Bei einer Ausgestaltung ist das Fluid aus der Sammelkammer durch einen Fluidauslauf abführbar.
Vorteilhaft ist dem Fluidauslauf eine Druckhalteeinrichtung zum Einstellen eines vorgegebenen oder veränderbaren Überdrucks zugeordnet, insbesondere ein Ventil, wie ein Sitzventil oder ein Überdruckventil. Durch die Einstellung des Überdrucks wird die Rückstellung des Dämpfungskolbens nach einem Schlag aus der ausgelenkten Stellung in die Grundstellung ermöglicht.
Besonders vorteilhaft ist der Dämpfungseinrichtung eine Fluidzuführeinrichtung, insbesondere eine Fluidpumpeinrichtung, zugeordnet, mittels der Fluid über den Fluidzulauf in die Fluidkammer zuführbar und/oder über den Fluidauslauf aus der Sammelkammer entnehmbar ist. Durch die Fluidpumpeinrichtung wird ein gleichmäßiger Druck im Fluid gewährleistet, indem ständig Fluid über den Fluidzulauf zur Verfügung steht und überschüssiges Fluid über den Fluidauslauf entnommen wird. Vorteilhaft erfolgt die Kühlung und/oder Schmierung der Dämpfungseinrichtung durch das umlaufende Fluid.
Vorteilhaft weist die Dämpfungseinrichtung eine Rückstelleinrichtung auf. Mit der Rückstelleinrichtung wird die ausgelenkte, bewegliche Matrize zurückgestellt. Dabei weist die Rückstelleinrichtung insbesondere einen Rückstellzylinder auf. Besonders vorteilhaft weist die Rückstelleinrichtung einen Stößel oder einen Kolben auf, der durch den Dämpfungskolben wirkt.
Gemäß Anspruch 25 ist eine Schneideeinheit für eine Schlagschneidevorrichtung mit zumindest einem ersten und einem zweiten Matrizenelement zum Aufnehmen eines zu bearbeitenden Werkstücks vorgesehen. Zumindest eines der Matrizenelemente ist relativ zu dem anderen Matrizenelement oder den anderen Matrizenelementen beweglich gelagert und die Auslenkung des zumindest einen beweglich gelagerten Matrizenelements ist mittels einer wie oben beschriebenen Dämpfungseinrichtung dämpfbar. Dadurch ergeben sich für die Schneideeinheit die oben genannten Vorteile durch eine erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung.
Gemäß Anspruch 26 wird eine Schlagschneidevorrichtung mit einer Schneideeinheit mit zumindest einer Dämpfungseinrichtung beansprucht. Durch die oben genannten Vorteile der Dämpfungseinrichtung erhöht sich die Betriebsdauer einer solchen Schlagschneidevorrichtung. Zudem treten weniger Wartungszeiten aufgrund von Ausfällen einer Dämpfungseinrichtung oder Materialschäden durch Zurückprellen des z. B. Hammers oder des Matrizenelements auf.
Anhand von Zeichnungen wird eine Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Vorderansicht einer Schlagschneidemaschine aus dem Stand der Technik,
2 eine Querschnittsansicht eines Matrizenblocks mit einer Dämpfungseinheit gemäß dem Stand der Technik,
3 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung,
4 eine teilgeschnittene Draufsicht der Dämpfungseinrichtung von 3,
5 eine Seitenansicht der Dämpfungseinrichtung von 3,
6, 7, 8 jeweils einen Ausschnitt des Querschnitts der Dämpfungseinrichtung von 3 mit unterschiedlich ausgelenkten Dämpfungskolben,
6A, 7A, 8A jeweils einen Teilausschnitt der 6, 7 und 8, und
8 ein Diagramm der Dämpfungscharakteristik einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung.
1 zeigt schematisch eine Vorderansicht des Aufbaus einer aus der EP 1 520 649 A2 bekannten Schlagschneidemaschine. Auf die Ausführungen in der EP 1 520 649 A2 bezüglich der Schlagschneidemaschine und der Schneideeinheit wird ausdrücklich verwiesen. Die vorliegende Erfindung baut hierauf auf. Das zu schneidende Werkstück wird in einen Matrizenblock 10 eingespannt und wird dort durch Ausübung von Schlägen mittels der Hammereinheit 20 geschnitten. Ein Prallhammer 21 der Hammereinheit 20 wird durch ein Beschleunigungsaggregat 30 beschleunigt. Der Matrizenblock 10 ruht auf einer Tragstruktur 31, an die auch eine Führung 22 der Hammereinheit 20 und das Beschleunigungsaggregat 30 angekoppelt sind. Teile der Tragstruktur 31 sind aus Mineralguß ausgebildet, der neben der hohen Trageigenschaft eine besonders gute Dämpfung gegen die Ausbreitung von Schwingungen und Schockwellen aufweist.
Beim Beschleunigungsaggregat 30 verläuft eine Kette 32 über ein oberes Antriebsrad 33 und ein unteres Umlenkrad 34. Das obere Antriebsrad 33 wird durch einen NC-gesteuerten Servomotor angetrieben, der kurzzeitige, sehr hohe Beschleunigungen ermöglicht. Die Kette 32 führt einspezielles Kettenschloß 38 mit, von dem ein Zapfen 36 als Mitnehmer hervorsteht, der wiederum in eine Ausnehmung 28 des Hammers 21 eingreift. Neben der Kette 32 verläuft eine hydraulisch betätigte Kettenführung 35. Die Kettenführung dämpft seitliche, senkrecht zur Zugrichtung auftretende Kettenausschläge, die während der Beschleunigungs- oder Abbremsphase auftreten können. Zum Einrasten des Mitnehmers 36 in die Ausnehmung 28 (wenn der Prallhammer 21 nach dem Schlag vom Beschleunigungsaggregat abgekoppelt ist) ist die Kettenführung 35 nach rechts zurückgezogen.
2 zeigt eine ebenfalls aus der EP 1 520 649 A2 bekannte Schneideeinheit 85. Über einem Grundkörper 90 sind eine starre Matrize 12 und eine bewegliche Matrize 13 angeordnet. Dabei sind die Matrizenelemente jeweils zweiteilig ausgeführt. Bei der vorliegenden Erfindung sind jedoch beide Matrizenelemente vorteilhaft einteilig ausgebildet. Auf einer der Schlagseite gegenüberliegenden Seite der beweglichen Matrize 13 ist eine Dämpfungseinheit 93 im Grundkörper 90 angeordnet. Bei einer Auslenkung des Dämpfungskolbens 95 wird die überschüssige Energie durch eine Dämpfungsringanordnung 98 gedämpft. Die Dämpfungsringanordnung dämpft durch Reibung zwischen den Elementen. Auf einer Trägerplatte 96, auf der auch Anordnung 98 lagert, ist auch ein Hydraulikzylinder 100 mit einem Rückstellkolben 101 angeordnet, um nach dem Schlag und der Auslenkung der beweglichen Matrize 13 und des Dämpfungskolbens 95 die bewegliche Matrize zurückzustellen. Dabei wirkt der Hydraulikzylinder 100 unabhängig vom Dämpfungskolben 95 durch separate Hydraulik-Ansteuerleitungen. Die Funktion der Rückstellung ist unten in Bezug auf Dämpfungseinheit 94 weiter erläutert.
3 zeigt einen Grundkörper 90 der erfindungsgemäßen Dämpfungseinheit 94. Gleiche oder gleichwirkende Elemente wie in 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen oder vom Prinzip-Aufbau her gesehen gleich dargestellt. Der Dämpfungskolben 95 ist im oberen Bereich der Dämpfungseinheit 94 axial in vertikale Richtung (wie in 3 dargestellt) verschiebbar angeordnet. Ein unterer Bereich des Dämpfungskolbens 95 grenzt an eine Fluidkammer 112 an. Über einen ringförmigen Auslass 104 ist die Fluidkammer 112 mit einer Sammelkammer 120 verbunden. Die Unterseite der Fläche des Dämpfungskolbens 95, die einem Fluid in der Fluidkammer 112 und der Sammelkammer 120 zugewandt ist, ist die Fluidfläche des Dämpfungskolbens 95, auf die der Gegendruck des Fluids wirkt. Bei der dargestellten Dimensionierung der Dämpfungseinheit 94 wird als Fluid Hydrauliköl verwendet, das eine geringe Kompressibilität aufweist.
Im Inneren des Dämpfungskolbens ist eine weitere Kammer 121 ausgebildet, die über im Dämpfungskolben radial verlaufende Bohrungen 119 mit der Sammelkammer 120 verbunden ist. Beim Auslenken des Dämpfungskolbens 95 nach oben oder unten wird das in der Kammer 121 vorhandene Fluid durch die Bohrung 119 in die Sammelkammer 120 angesaugt (Aufwärtsbewegung) oder ausgelassen (Abwärtsbewegung), wodurch sich im Vergleich zum Druckverlauf in der Fluidkammer 112 ein schneller Druckausgleich zwischen Sammelkammer 120 und Kammer 121 einstellt.
Die Fluidkammer 112 ist über ein Überdruckventil 114 mit der Außenseite der Dämpfungseinheit 94 verbunden, wobei der Schwellwert für das Offnen des Überdruckventils einstellbar ist. Im dargestellten Beispiel ist der Überdruck-Schwellwert durch Änderung der Vorspannung einer Schraubenfeder 114a mittels einer Stellschraube 114b veränderbar. Überschüssiges Fluid aus der Sammelkammer 120 wird über zwei Fluidausläufe 122 abgeleitet. In der Seitenansicht von 5 sind die vertikal übereinanderliegenden Fluidausläufe 122 zu erkennen, wobei in 3 der obere Auslauf 122 und in 4 der Auslauf in Höhe des Überdruckventils 114 dargestellt sind. Durch das Vorsehen mehrerer Fluidausläufe 122 bzw. eines Auslaufs mit großem Querschnitt (nicht dargestellt) wird gewährleistet, dass sich beim Dämpfungsvorgang in der Sammelkammer 120 kein hoher Druck aufbaut, also die Fluidströmung aus der Fluidkammer schnell abgeleitet werden kann. Über einen Fluidzulauf 116 wird der Fluidkammer 112 ständig ein geringer Strom von Fluid zugeführt.
Ein Rückstellzylinder 101 ist koaxial zum Dämpfungskolben 95 ausgerichtet und an dessen Unterseite an der Dämpfungseinheit 94 über eine Grundplatte 103 gelagert. Mit einem durch den Rückstellzylinder 101 betätigbaren Rückstellkolben 102 wird nach einer Auslenkung der beweglich gelagerten Matrize 13 (vgl. 2) und des die Auslenkung dämpfenden Dämpfungskolbens 95 die bewegliche Matrize 13 wieder in ihre Grundposition durch eine vertikale Auslenkung nach oben (wie in 3 dargestellt) zurückgestellt. In der in 3 dargestellten Grundstellung des Dämpfungskolbens 95 (bündig zur Oberseite der Dämpfungseinheit 94) vor der Ausführung eines Trennschlages auf die bewegliche Matrize 13 ist der Rückstellzylinder 101 in den Dämpfungskolben 95 zurückgezogen. In der Fluidkammer 112 ist zwischen dem Dämpfungskolben 95 und der Grundplatte 103 ein Federelement 110 angeordnet. Das Federelement 110 unterstützt die Rückstellung des Dämpfungskolbens 95 nach einem Dämpfungsvorgang in die Grundstellung.
4 zeigt eine teilgeschnittene Draufsicht der Dämpfungseinheit 94 von 3. Im Hydraulikrücklauf ist eine Druckhalteeinrichtung 124 dargestellt. Die Druckhalteeinrichtung 124 wirkt als Druckregler und staut das aus der Sammelkammer 120 durch die Fluidausläufe 122 auslaufende Fluid bis zum Erreichen eines vorgegebenen Druckwerts auf. Der vorgegebene Druckwert ist nur ein Bruchteil des mit dem Überdruckventil 114 einstellbaren Überdruck-Vorgabewerts. Durch den Aufbau eines geringen Überdrucks in der Sammelkammer 120 und in der weiteren Kammer 121 mittels der Druckhalteeinrichtung 124 wird zusätzlich zum Federelement 110 nach einem Dämpfungsvorgang die Rückstellung des Dämpfungskolbens 95 in die Grundstellung bewirkt. Die Druckhalteeinrichtung 124 unterstützt somit die Wirkung des Federelements 110.
Im Fluidzulauf 116 ist ein Rückschlagventil 118 angeordnet. Beim Ansteigen des Fluiddrucks in der Fluidkammer 112 während des Dämpfungsprozesses wird entweichen des Fluids durch den Fluidzulauf 116 verhindert.
5 zeigt eine Seitenansicht der Dämpfungseinrichtung von 3. Die beiden Fluidausläufe 122 sind seitlich neben dem Überdruckventil 114 angeordnet. In den 3 und 4 ist die Lage des Fluidzulaufs 116 korrekt wiedergegeben, während in 3 der Fluidzulauf 116 zur Veranschaulichung um 180° versetzt auf der rechten Seite dargestellt ist.
Die 6, 7 und 8 zeigen ein Ausschnitt des Querschnitts durch die Dämpfungseinheit 94 von 3 in einer Sequenz der Auslenkung des Dämpfungskolbens 95. 6 stellt die Grundstellung des Dämpfungskolbens 95 vor der Ausführung eines Trennschlags dar (vgl. 3). In 7 ist der Dämpfungskolben 95 durch die Verschiebung der beweglichen Matrize 13 kurz nach dem Auftreffen eines Schlages in eine Zwischenstellung nach unten verschoben. 8 zeigt den maximalen Hub bzw. die maximale Auslenkung des Dämpfungskolbens 95 nach einem Schlag, nachdem alle Überschussenergie des Schlagimpulses gedämpft ist. Es ist anzumerken, dass die maximale Auslenkung von der Größe der Überschussenergie und der Dimensionierung der Dämpfungseinheit 94, insbesondere von den Spaltmaßen des Auslassspaltes 104, abhängt. Die 6A, 7A und 8A zeigen die entsprechenden, vergrößerten Ausschnitte Z, Y und X aus den 6, 7 und 8 im Bereich des Auslassspalts 104.
6A zeigt den Dämpfungskolben 95 in Grundstellung. Der Dämpfungskolben 95 weist eine abgeschrägte Kante 106 auf, die einer Seitenwand 108 des Grundkörpers 90 gegenüberliegt. Der Auslass 104 weist in der Grundstellung einen relativ großen Querschnitt auf. Ausgehend von der Grundstellung kann mit dem Einsetzen der Auslenkung des Dämpfungskolbens nach einem Trennschlag eine genügend große Menge Fluid aus der Fluidkammer 112 durch den Auslassspalt 104 entweichen, so dass zu Beginn der Auslenkung nicht sofort ein sprunghafter Anstieg des Drucks in der Fluidkammer 112 erfolgt.
7A zeigt den axial ausgelenkten Dämpfungskolben 95 in einer mittleren Stellung des Auslenkungshubs. Durch die abgeschrägte Kante 106 des Dämpfungskolbens 95 und eine profilierte Seitenwand 108 des Grundkörpers 90 ist der Auslassquerschnitt des Spalts 104 gegenüber der Grundstellung (6A) verringert. Zu diesem Zeitpunkt ist bereits die überschüssige Impulsenergie teilweise abgedämpft. Hätte der Auslassquerschnitt zu diesem Zeitpunkt die gleiche Größe wie in der Grundstellung, würde aufgrund der bereits verlangsamten Auslenkung des Dämpfungskolbens ein schneller Druckabfall in der Fluidkammer 112 auftreten, was zu einer Abnahme der Dämpfungswirkung führen würde. Dies wird durch den sich verringernden Auslassquerschnitt mittels der abgeschrägten Kante des Dämpfungskolbens 95 und der profilierten Seitenwand 108 verhindert.
8A zeigt den Ausschnitt X mit dem Auslass 104 bei voll ausgelenktem Dämpfungskolben 95. Zwischen der in diesem Bereich nicht mehr abgeschrägten Seitenwand des Dämpfungskolbens 95 und der profilierten Seitenwand 108 ist nur noch ein minimaler Auslassquerschnitt vorhanden, der jedoch in den Figuren aufgrund der geringen Größe nicht mehr auflösbar und darstellbar ist. In dieser tiefsten Position hat die Dämpfungseinrichtung die überschüssige Impulsenergie komplett aufgenommen.
In 9 ist in einem Diagramm die Dämpfungscharakteristik der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung 94 exemplarisch und idealisiert dargestellt. Auf der Abszisse ist die Auslenkung des Dämpfungskolbens 95 aus der Grundstellung bei Abszisse 0 bis zum Maximalhub aufgetragen. In Abhängigkeit der Auslenkung sind die Geschwindigkeit des Dämpfungskolbens v, der Volumenstrom Q des Fluid und der Auslassquerschnitt A als normierter Wert aufgetragen, wobei v, Q und A proportional zueinander sind. Durch die Dimensionierung des Auslenkungs-abhängigen Querschnitts des Auslassspaltes 104 der Dämpfungseinheit 94 ergibt sich (idealerweise) ein linearer Abfall der Geschwindigkeit des Dämpfungskolbens, des Volumenstroms und des Auslassquerschnitt mit der Auslenkung des Dämpfungskolbens 95. Voraussetzung dazu ist ein konstant bleibender Druck oder ein möglichst konstant bleibender Druck über den Verlauf der Auslenkung des Dämpfungskolbens 95. Durch den konstanten Druck wird die Geschwindigkeit mit konstanter Verzögerung bis zum Stillstand des Dämpfungskolbens 95 gedrosselt.
Der Zusammenhang zwischen dem Druck p in der Fluidkammer, der Fluidgeschwindigkeit c des aus der Fluidkammer ausströmenden Fluids, dem Volumenstrom Q des ausströmenden Fluids und dem Auslassquerschnitt A ist dabei wie folgt: p ~ c2 (Gl. 1) Q = A·c (Gl. 2) √p ~ Q/A = konstant (Gl. 3)
Nachdem die überschüssige Schlagenergie vollständig absorbiert wurde und der Dämpfungskolben am unteren Umkehrpunkt angelangt ist, strömt durch den Kreislauf des Hydraulikfluids weiter Fluid über den Fluidzulauf 116 zu. Aufgrund des Rückstaus in der Sammelkammer 120 durch die Druckhalteeinrichtung 124, baut sich in der Fluidkammer 112 und in der weiteren Kammer 121 ein leichter Überdruck gegen Umgebungsdruck der Dämpfungseinheit 94 auf und der an der Unterseite des Dämpfungskolbens 95 wirkende Druck und das Federelement 110 wird der Dämpfungskolben in die in 6 dargestellte Grundstellung angehoben.
Die obere Stirnseite des Rückstellkolbens 102 des Rückstellzylinders 101 bleibt während der gesamten Dämpfungsphase unter die Oberfläche des Dämpfungskolbens 95 zurückgezogen. Nach der Dämpfung wird der Rückstellkolben 102 angehoben, um die auf der Oberseite des Dämpfungskolbens 95 ruhende verschiebbare Matrize 13 anzuheben, deren Grundstellung (die Stellung vor dem Schlag) so liegt, dass zwischen der Unterseite der verschiebbaren Matrize 13 und der Oberseite des Dämpfungskolbens ein Abstand vorhanden ist. Der Abstand bewirkt, dass unmittelbar mit dem Schlag auf die bewegliche Matrize 13 sich die Matrize zunächst ohne Dämpfung frei bewegen kann, so dass auf das in der Schneideeinheit 85 in den Matrizen 12 und 13 angeordnete Werkstück (nicht dargestellt) der Trennversatz wirken kann. Der Abstand zwischen Matrize 13 und Dämpfungskolben 95 beträgt in deren Grundstellungen vorggebbar mindestens 100 μm, vorzugsweise mindestens 1 mm, weiter bevorzugt mindestens 2 mm. Vorzugsweise ist der Abstand einstellbar oder vorgebbar in einem Bereich zwischen 1 mm bis 8 mm, bevorzugt zwischen 2 mm bis 6 mm, weiter bevorzugt von 4 mm bis 8 mm.
Zusätzlich zum Abstand zwischen Matrize 13 und Dämpfungskolben 95 in der Grundstellung ist ein Dämpfungsweg des Dämpfungskolbens 95 vorgesehen, der zwischen 1 mm bis 8 mm, bevorzugt zwischen 1 mm bis 5 mm liegt, abhängig vom Material, Form und/oder Querschnitt des Werkstücks. Bei einer maximalen Auslenkung des Dämpfungskolbens nach einem Schlag liegt ein Abstand zwischen der Unterseite der Matrize 13 (von deren Grundstellung aus betrachtet) und der Oberseite des Dämpfungskolbens 95 (in dessen maximal ausgelenkter Stellung) zwischen 2 mm bis 16 mm, bevorzugt zwischen 3 mm bis 14 mm, weiter bevorzugt liegt dieser um 10 mm. Nach dem Trennen eines Werkstücks ergibt sich durch den Abstand zwischen Matrize 13 und Dämpfungskolben 95 ein Versatz der getrennten Enden des Werkstücks. Wie z. B. in 3 dargestellt, ist in das Außenmaterial des Grundkörpers 90 ein zylinderförmiger Einsatz 125 eingesetzt, der den Dämpfungskolben 95 teilweise führt und Teile des Auslasses 104 und der Sammel- und Fluidkammern 112, 120 ausbildet. Der Einsatz 125 ist aus einem hochpräzis bearbeitbaren Edelstahl gefertigt und gewährleistet die Maßhaltigkeit insbesondere des Spaltes 104.

1: Schlagschneider
10: Matrizenblock
12: starre Matrize
13: verschiebbare Matrize
20: Hammereinheit
21: Prallhammer
22: Führung der Hammereinheit
28: Ausnehmung
30: Beschleunigungsaggregat
31: Tragstruktur
32: Kette
33: oberes Antriebsrad
34: unteres Umlenkrad
36: Mitnehmer
38: Kettenschloß
85: Schneideeinheit
90: Grundkörper
93: Dämpfungseinheit
94: Dämpfungseinheit
95: Dämpfungskolben
96: Trägerplatte
98: Dämpfungsringanordnung
100: Hydraulikzylinder
101: Rückstellzylinder
102: Rückstellkolben
103: Grundplatte
104: Auslass/Spalt
106: abgeschrägte Kante
108: profilierte Seitenwand
110: Federelement
112: Fluidkammer
114: Überdruckventil
114a: Schraubenfeder
114b: Einstellschraube
116: Fluidzulauf
118: Rückschlagventil
119: Bohrung
120: Sammelkammer
121: Kammer
122: Fluidauslauf
124: Druckhalteeinrichtung/Ventil
125: Zylindereinsatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1520649 A2 [0003, 0040, 0040, 0042]

Claims

Dämpfungseinrichtung (94) für eine Schneideeinheit (85) mit einem beweglich gelagerten Matrizenelement (87), wobei die Dämpfungseinrichtung (94) aufweist: eine Grundeinheit (90); einen in der Grundeinheit (90) axial verschiebbar gelagerten Dämpfungskolben (95) zur Dämpfung der Auslenkung eines beweglich gelagerten Matrizenelementes (87), wobei der Dämpfungskolben (95) eine Fluidfläche aufweist, an der bei einem axialen Hub des Kolbens (95) ein Fluid zur Dämpfung des Kolbenhubs wirkt; eine zwischen der Grundeinheit (90, 125) und der Fluidfläche des Dämpfungskolbens (95) ausgebildeten Fluidkammer (112); und zumindest einen Auslass (104) mit einem Auslassquerschnitt zum Auslassen des Fluids aus der Fluidkammer (112) bei einem axialen Hub des Dämpfungskolbens (95).
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Auslass (104) zumindest teilweise oder zumindest einer der Auslässe zwischen der Grundeinheit (90, 125) und dem Dämpfungskolben (95) angeordnet oder ausgebildet ist.
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Auslass (104) ein zwischen der Grundeinheit (90, 125) und dem Dämpfungskolben (95) ausgebildeter Spalt ist, insbesondere ein Ringspalt ist.
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Auslassquerschnitt der zumindest einen Auslassöffnung mit dem axialen Hub des Dämpfungskolbens (95) veränderbar ist und/oder der Auslassquerschnitt in Abhängigkeit der Hubstellung des Dämpfungskolbens (95) variiert.
Dämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Auslassquerschnitt mit zunehmendem Hub des Dämpfungskolbens (95) aus einer Grundstellung zumindest über einen Teilbereich des Hubs abnimmt.
Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei der Spaltquerschnitt des Spaltes zwischen der Grundeinheit und dem Dämpfungskolben (95) mit zunehmender Auslenkung aus der Grundstellung des Dämpfungskolbens (95) abnimmt.
Dämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Auslassquerschnitt zumindest über einen Teilbereich des Kolbenhubs linear oder ungefähr linear mit dem Kolbenhub abnimmt.
Dämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der hubabhängige Auslassquerschnitt so ausgebildet ist, dass sich bei der Auslenkung des Dämpfungskolbens (95) zumindest über einen Teilbereich des Kolbenhubs der Druckverlust durch das Ausströmen des Fluid aus der Fluidkammer (112) und die Druckzunahme durch das Verkleinern des Fluidkammervolumens beim Kolbenhub ausgleichen oder ungefähr ausgleichen.
Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der Spalt einseitig durch eine Kante, insbesondere durch eine abgeschrägte Kante (106), und/oder Seitenfläche, insbesondere profilierte Seitenfläche, des Dämpfungskolbens (95) ausgebildet ist.
Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei der Spalt einseitig durch eine Seitenwand (108) der Grundeinheit (90, 125) ausgebildet ist, insbesondere durch eine profilierte Seitenwand.
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Abstand zwischen einer Kante (106) oder Seitenwand des Dämpfungskolbens (95) und der Seitenwand (108) oder Kante der Grundeinheit (90, 125) zumindest über einen Teilbereich des Kolbenhubs abnimmt.
Dämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Dämpfungskolben (95) und der Grundeinheit (90, 125) ein Aktuator zur Rückstellung des Dämpfungskolbens (95) in eine Grundstellung angeordnet ist.
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 12, wobei der Aktuator ein Federelement (110) ist oder einschließt.
Dämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in der Fluidkammer (112) vorhandene Fluid unter Druck steht und als Aktuator zur Rückstellung des Dämpfungskolbens (95) wirkt, wobei der Druck insbesondere im Bereich von 0,2 bis 30 bar über Umgebungsdruck, bevorzugt im Bereich von 2 bis 15 bar über Umgebungsdruck liegt.
Dämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fluidkammer (112) mit einem Überdruckventil (114) verbunden ist, das ab einem vorgegebenen Überdruck Fluid aus der Fluidkammer (112) auslässt, insbesondere bei einem vorgegebenen Überdruck im Bereich von 200 bis 1000 bar, bevorzugt im Bereich von 400 bis 800 bar, oder bevorzugt im Bereich von 500 bis 600 bar.
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 15, wobei der vorgegebene Überdruck einstellbar ist, insbesondere über einen der in Anspruch 15 angegebenen Bereiche.
Dämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fluidkammer (112) mit einem Fluidzulauf (116) verbunden ist.
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 17, wobei im Fluidzulauf (116) ein Rückschlagventil (118) angeordnet ist.
Dämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Auslass (104) die Fluidkammer (112) mit einer Sammelkammer (120) verbindet, wobei die Sammelkammer (120) insbesondere zumindest teilweise zwischen der Grundeinheit (90, 125) und dem Dämpfungskolben (95) angeordnet ist.
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 19, wobei das Fluid aus der Sammelkammer (120) durch einen Fluidauslauf (122) abführbar ist.
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 20, wobei dem Fluidauslauf (122) eine Druckhalteeinrichtung (124) zugeordnet ist zum Einstellen eines vorgegebenen oder veränderbaren Überdrucks, insbesondere ein Ventil, Sitzventil oder Überdruckventil zugeordnet ist.
Dämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dämpfungseinrichtung (94) eine Fluidzuführeinrichtung, insbesondere eine Fluidpumpeinrichtung, zugeordnet ist, mittels der Fluid über den Fluidzulauf (116) in die Fluidkammer (112) zuführbar und/oder über den Fluidauslauf (122) aus der Sammelkammer (120) entnehmbar ist.
Dämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfungseinrichtung (94) weiterhin eine Rückstelleinrichtung (101, 102) zum Rückstellen einer ausgelenkten beweglichen Matrize (13) aufweist, insbesondere einen Rückstellzylinder (101) aufweist.
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 23, wobei die Rückstelleinrichtung (101, 102) einen Stößel oder einen Kolben (102) aufweist, der durch den Dämpfungskolben (95) wirkt und/oder hindurchgeführt ist.
Schneideeinheit (85) für eine Schlagschneidevorrichtung (1) mit zumindest einem ersten und einem zweiten Matrizenelement (12, 13) zum Aufnehmen eines zu bearbeitenden Werkstücks, wobei zumindest eines der Matrizenelemente (13) relativ zu dem anderen Matrizenelement (12) oder den anderen Matrizenelementen beweglich gelagert ist, und die Auslenkung des zumindest einen beweglich gelagerten Matrizenelements (13) mittels zumindest einer Dämpfungseinrichtung (94) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dämpfbar ist.
Schlagschneidevorrichtung (1) mit einer Schneideeinheit (85) und zumindest einer Dämpfungseinrichtung (94) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.