-
Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Presse. Diese sind aufgrund
ihres üblicherweise
großen Arbeitshubes
und der während
des gesamten Hubes verfügbaren
Schließkraft
vielseitig einsetzbar. Werden Pressen mit einem großen Arbeitshub
aber für Umformaufgaben
eingesetzt die nur einen kurzen Arbeitshub benötigen, wie z. B. dem Schneiden
oder Stanzen, so machen sich die Kompressibilität der Druckflüssigkeit
sowie die elastische Formänderung des
Pressenrahmens negativ bemerkbar, das zum Aufbau der erforderlichen
Umformkraft zusätzlich
benötigte
Druckflüssigkeitsvolumen
muss von der Pumpe zur Verfügung
gestellt werden und erhöht
so die Zykluszeit. Weiterhin bleibt die zusätzlich erforderliche Energie
für den
Umformvorgang ungenutzt, beim Platinenschneiden beispielsweise verursacht
diese den sogenannten Schnittschlag mit den bekannten negativen
Einflüssen
auf Werkzeug und Presse, bei anderen Umformverfahren wie dem Prägen muss diese
Energie vor dem Öffnen
der Presse durch Entspannung des im Stößelzylinders befindlichen Druckflüssigkeitsvolumens
gezielt abgebaut werden, um Entspannungsschläge im Hydrauliksystem der Presse
beim Öffnen
zu vermeiden, dies führt
zu einer zusätzlichen Erhöhung der
Zykluszeit und einer Verringerung der Effizienz. Aus den genannten
Gründen erfolgt
daher die Fertigung von Teilen die nur einen kurzen Arbeitshub erfordern üblicherweise
entweder auf speziellen hydraulischen Schneid- und Stanzpressen,
die nur über
einen relativ kurzen Stößelhub sowie über eine
entsprechend steifen Rahmen verfugen, oder aber auf mechanischen
Pressen. Bei hydraulischen Schneid- und Stanzpressen bewirkt der verfügbare kurze
Stößelhub allerdings
eine Begrenzung des zur Verfügung
stehenden Umformweges, eine schlechte Zugänglichkeit der Werkzeuge sowie einen
beschränkten
Bereich für
die zulässige
Einbauhöhe
der Werkzeuge, außerdem
ist die Effizienz und Zykluszeit von der effektiven Höhe der Druckflüssigkeitssäule im Stößelzylinder
und somit direkt von der Einbauhöhe
des Werkzeuges abhängig.
Bei mechanischen Pressen liegen die bekannten Nachteile unter anderen
in der begrenzten Steuerbarkeit der Stößelgeschwindigkeit und dem
begrenzten Arbeitsvermögens
pro Hub.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Presse zu
schaffen, bei der ein spezieller Hydraulikantrieb für relativ
kurze Umformwege (Kurzhub-Betrieb) die negativen Einflüsse der Kompressibilität der Druckflüssigkeit
im Stößelzylinder
und der elastischen Formänderungen
des Pressenrahmens weitestgehend kompensiert, wodurch bei entsprechender
Auslegung des Stößelhubes nicht
nur eine gute Zugänglichkeit
der Werkzeuge, ein weiter Bereich für die zulässige Einbauhöhe der Werkzeuge
sowie eine hohe, von der Einbauhöhe der
Werkzeuge weitestgehend unabhängige
Effizienz und Ausbringung gewährleistet
sind, sondern dieselbe Presse bei entsprechender Auslegung des Stößelhubes
und Ausrüstung
mit den erforderlichen Zusatzeinrichtungen zusätzlich auch für Umformverfahren
mit relativ langem Umformweg, wie z. B. dem Tiefziehen, genutzt
werden kann und somit universell einsetzbar ist.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
im Patentanspruch 1 beschriebene Presse gelöst. Der zur Erzeugung der Schließkraft dienende Stößelzylinder
mit einem vorzugsweise relativ langen Hub wird dabei während des
Kurzhub-Betriebes durch ein geeignetes hydraulisches System mit
einem während
des gesamten Hubes sowie zwischen mehreren aufeinanderfolgenden
Hüben konstanten oder
annähernd
konstanten Druck beaufschlagt, wodurch dieser auf dem im Pressenrahmen
beweglich geführten
Stößel eine
entsprechende Schließkraft ausübt, die
dabei mindestens so groß ist
wie die für den
Umformvorgang benötigte
Kraft.
-
Ebenfalls
am Pressenrahmen befindet sich ein oder mehrere Gegenhaltezylinder
mit vorzugsweise relativ kurzem Hub, deren Wirkrichtung der auf den
Stößel wirkenden
Schließkraft
entgegenwirkt. Zwischen dem Stößel oder
einem mit ihm verbundenen Bauteil und den Gegenhaltezylindern befinden sich
entsprechend drucksteif ausgeführte
kraftübertragende
Bauteile, die eine Einleitung der durch die Gegenhaltezylinder erzeugten
Gegenhaltekraft auf den Stößel ermöglichen
und die, durch einfachen Austausch oder durch form- und/oder kraftschlüssig wirkende
Verstelleinrichtungen, eine Anpassung an die Einbauhöhe des jeweiligen
Werkzeuges ermöglichen.
Theoretisch können
sich die Gegenhaltezylinder auch im Stößel befinden, wobei die von
ihnen erzeugte Gegenhaltekraft in diesem Falle mittels der kraftübertragenden
Bauteile in den Pressenrahmen eingeleitet würde, dies würde aber aufgrund der Verwendung
flexibler Druckmittelleitungen sowie der zusätzlichen Länge der Druckmittelleitungen
eine unnötige
Erhöhung
der Kompressionsvolumina verursachen. Die Druckräume von Stößelzylinder und Gegenhaltezylinder
sind nun jeweils über
möglichst
kurze Druckmittelleitungen mit möglichst
kleinem Querschnitt mit den Druckräumen einer hydraulischen Koppelvorrichtung
verbunden, die zumindest ein bewegliches Trennelement zur möglichst
leckagefreien Trennung der unterschiedlichen Druckräume enthält, und
dieses Trennelement mit zumindest einer geeigneten Vorrichtung zur
Einleitung einer äußeren Kraft verbunden
sind. Dabei sind die den beiden Druckräumen zugeordneten Wirkflächen des
beweglichen Trennelementes so bemessen das bei gleich hohen Schließ- und Gegenhaltekräften die
daraus resultierenden Drücke
in den beiden Druckräumen
gleich große
oder zumindest annähernd
gleich große,
aber entgegengesetzt wirkende Kräfte
oder Kraftkomponenten auf das bewegliche Trennelement und die damit
verbundene Vorrichtung zur Einleitung einer äußeren Kraft ausüben. Der
Anschluß der
Druckräume von
Stößel- und
Gegenhaltezylindern an die vorhandenen hydraulischen Koppelvorrichtungen
kann dabei einzeln oder in Gruppen erfolgen, so kann z. B. ein Stößelzylinder
mit den Druckräumen
mehrerer hydraulischer Koppelvorrichtungen verbunden sein, und jede
dieser hydraulischen Koppelvorrichtungen wiederum mit jeweils einem
Gegenhaltezylinder oder einer Gruppe von Gegenhaltezylinder verbunden sein,
oder bei Verwendung mehrerer Stößelzylinder kann
jedem eine eigene hydraulische Koppelvorrichtung zugeordnet sein,
beliebige Kombinationen sind hier möglich solange die den Flächenverhältnissen und
Drücken
entsprechenden Kräfte
auf die Trennelemente und damit die auf die Vorrichtungen zur Einleitung
einer äußeren Kraft
wirkenden Kräfte
bei gleich hohen Schließ-
und Gegenhaltekräften
sich zumindest annähernd
aufheben. Außerdem
müssen die
jeweiligen Druckräume
nicht unbedingt direkt miteinander verbunden sein, diese Verbindung
kann auch indirekt, z. B. über
zusätzliche
Druckübersetzer, erfolgen.
-
Im
Folgenden wird zur einfacheren Erklärung davon ausgegangen, das
die Wirkfläche
des Stößelzylinders
gleich der Summe der Wirkflächen
der beiden vorhandenen Gegenhaltezylinder ist, diese direkt mit
nur einer hydraulischen Koppelvorrichtung verbunden sind, wobei
das hierin befindliche bewegliche Trennelement in den beiden Druckräumen gleiche
Wirkflächen
besitzt, und die auf den Stößel wirkende
Gegenhaltekraft sich symmetrisch auf die beiden Gegenhaltezylinder
verteilt. Im Ruhezustand, d. h. bei fehlenden äußeren Kräften wie Umformkraft oder einer
Kraft auf die Vorrichtung zur Einleitung einer äußeren Kraft, sowie unter Vernachlässigung
anderer Kräfte
wie Gravitationskräfte
auf den Stößel, Reibungskräfte usw.,
wirkt der im Stößelzylinder
herrschende Druck über
die beweglichen Trennelemente auf die Kolben der Gegenhaltezylinder,
wobei der dadurch erzeugte Druck gleich dem Druck im Stößelzylinder
ist, und somit auf grund gleicher Wirkflächen die Gegenhaltekraft gleich
der Schließkraft
ist. Weiterhin befindet sich das bewegliche Trennelement aufgrund gleicher
Wirkflächen
und Drücke
in den beiden Druckräumen
kräftemäßig auch
im Gleichgewicht. Wird nun über
eine entsprechende Vorrichtung eine äußere in eine der Bewegungsrichtungen
wirkende Kraft auf das bewegliche Trennelement eingeleitet, so führt diese
Kraft entsprechend der wirksamen Fläche des beweglichen Trennelementes
zu einem Druckunterschied in den angeschlossenen Druckräumen und
somit, bei konstantem oder annähernd
konstantem Druck im Stößelzylinder,
zu einem der Größe und Richtung
der äußeren Kraft
entsprechenden Druckanstieg oder Druckabfall in den Druckräumen der
Gegenhaltezylinder. Entsprechend der Wirkflächen der Gegenhaltezylinder
führt diese
Druckänderung
zu einer Änderung
der auf den Stößel wirkenden Gegenhaltekraft,
Schließ-
und Gegenhaltekraft befinden sich nicht mehr im Gleichgewicht, und
es ergibt sich eine der Differenz der beiden Kräfte entsprechende resultierende
Kraft auf den Stößel. Überschreitet
diese die Summe der auf den Stößel wirkenden äußerer Kräfte, wie
z. B. Reibungs-, Gravitations- und Umformkräfte, bewirkt die in die hydraulischen
Koppelvorrichtungen eingeleitete äußere Kraft eine weitere Bewegung
des beweglichen Trennelementes und somit, durch die damit verbundene
Volumenänderung
in den angeschlossenen Druckräumen von
Stößel- und
Gegenhaltezylindern, eine entsprechende Bewegung des Stößels. Durch
den gegenüber
dem Stößelzylinder
relativ kurzen Hub der Gegenhaltezylinder und durch möglichst
geringes Volumen der damit verbundenen Druckräume sind somit die Kompressionsvolumina
während
des Kurzhub-Betriebes erheblich reduziert, aufgrund des konstanten
oder annähernd
konstanten Druckes im Stößelzylinder
hat die Kompressibilität
der darin befindlichen Druckflüssigkeit
keinen Einfluss auf die Effizienz und Zykluszeit der Presse. Befinden
sich die Gegenhaltezylinder außerdem
im Einbauraum des Umformwerkzeuges, z. B. im Pressentisch oder Pressenbett,
so wirkt während
des gesamten Hubes eine konstante oder zumindest annähernd konstante
Kraft auf den Pressenrahmen, wodurch elastische Formänderungen
des Pressenrahmens, insbesondere die Durchbiegung des Pressenhauptes
sowie die Dehnung der Seitenständer,
während
des Pressenzyklusses weitestgehend ausgeschaltet werden und dieser
dadurch weniger steif und kostengünstiger ausgelegt werden kann.
-
Bei
einer Presse gemäß der Erfindung
kann die Schließrichtung
des Stößelzylinders
beliebig gewählt
werden, so kann diese z. B. in vertikaler Richtung, und die Presse
dabei als Ober- oder Unterkolbenpresse ausgebildet sein, als auch
in horizontaler Richtung wirken.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Presse ergeben sich aus
den dem Anspruch 1 folgenden Unteransprüchen.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen
näher erklärt:
-
1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Presse bei der die für
die im Kurzhub-Betrieb
benötigte
Kraft auf die beweglichen Trennelemente hydraulisch erzeugt wird;
-
2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Presse bei der die für
die im Kurzhub-Betrieb
benötigte
Kraft auf die beweglichen Trennelemente mechanisch und/oder hydraulisch
erzeugt wird;
-
3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Presse bei der die für
die im Kurzhub-Betrieb
benötigte
Kraft auf die beweglichen Trennelemente hydraulisch erzeugt wird,
diese für
das Tiefziehen im Gegenzugverfahren verwendet wird und dabei die vom
Ziehstempel in den Stößel eingeleitete
Kraft durch die beweglichen Trennelemente kompensiert werden kann;
-
4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Presse bei der die schnelle Schließ- und Öffnungsbewegung des Stößels im
Kurzhub-Betrieb ohne Einleitung einer äußeren Kraft auf die hydraulischen
Koppelvorrichtungen erfolgen kann;
-
In
den folgenden Beschreibungen sind der Einfachheit halber gleiche
oder gleich wirkende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Die
in 1 dargestellte hydraulische Presse besteht aus
einem Pressenrahmen 1, einem in diesem beweglich geführten Stößel 2 sowie
einem mit diesem verbundenen, im Pressenhaupt befindlichen doppeltwirkendem
Stößelzylinder 6 mit
relativ langem Arbeitshub, der im konventionellen Betrieb die für die Schließ- und Öffnungsbewegung
sowie den Umformvorgang benötigten
Kräfte
erzeugt und in den Stößel 2 einleitet,
dabei erfolgt die Ansteuerung des Stößelzylinders 6 über eine
konventionelle hydraulische Pressensteuerung 7 in Verbindung
mit einer Hauptpumpe 8, diese Steuerung ist hier stark
vereinfacht dargestellt. Aufgrund des langen Arbeitshubes eignet
sich die hier dargestellte Presse grundsätzlich auch für Umformverfahren
mit langem Umformweg, wie z. B. dem Tiefziehen, die hierbei üblicherweise
an universell einsetzbaren hydraulischen Pressen vorhandenen Zusatzeinrichtungen
wie Zieheinrichtung, Auswerfer usw. sind aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht
dargestellt.
-
Für die Einleitung
des Kurzhub-Betriebes der erfindungsgemäßen Presse wird nun zunächst der Stößel 2,
z. B. mittels der konventionellen Pressensteuerung 7, soweit
abgesenkt bis er sich mittels der kraftübertragenden Bauteile 10 auf
den Kolbenstangen der beiden Gegenhaltezylindern 9 abstützt, wobei
sich diese hier im Pressenbett befinden und ihre Kolbenstangen durch
entsprechende Ausschnitte im Pressentisch hindurchragen. Eine Anpassung
an unterschiedliche Einbauhöhen
der Umformwerkzeuge 4 kann hierbei beispielsweise durch
einfachen Austausch oder kraft- und/oder form schlüssig wirkende Verstelleinrichtungen
der kraftübertragenden
Bauteile 10 erfolgen. Nachdem die konventionelle Pressensteuerung 7 vom
Stößelzylinder 6 getrennt
ist, was hier durch die gesperrte Mittelstellung dargestellt ist, erfolgt
die Öffnung
des Differential-Sperrventils 11 sowie des Haupt-Sperrventils 12.
Der Betrieb des Stößelzylinders 6 in
Differentialschaltung ist für
den Kurzhub-Betrieb nicht unbedingt notwendig und verursacht zwar
eine Reduzierung der Wirkfläche
zur Erzeugung der Schließkraft,
hat aber den Vorteil das bei schnellen Bewegungen des Stößels 2 Kavitationsschäden an den
Dichtungen des Ringraumes vermieden werden. Nach dem Öffnen der
Sperrventile 11, 12 erfolgt nun der Druckaufbau
im Stößelkreis 13 über die
Speisepumpe 14 und einer hier als Druckbegrenzungsventil
dargestellten Druckregeleinrichtung 15, je nach Auslegung
hält der
Druckspeicher 16 diesen Druck auch bei durch Druckänderungen
verursachte Änderungen
der Kompressionsvolumina in den Gegenhaltezylindern 9 und
den damit verbundenen Druckräumen,
Temperaturänderungen,
elastischen Verformungen von Bauteilen oder anderweitig verursachten
Volumenschwankungen der Druckflüssigkeit
im Stößelkreis 13 weitestgehend
konstant, ohne das hierbei dem Stößelkreis 13 Druckmittel
zugeführt
oder entnommen werden muss. Der im Stößelkreis 13 herrschende
Druck wirkt nun auf den in Differentialschaltung betriebenen Stößelzylinder 6, dieser
leitet die dadurch erzeugte Schließkraft auf den mit ihm verbundenen
Stößel 2 ein.
Weiterhin wirkt die durch den Stößelzylinder 6 erzeugte Schließkraft über die
kraftübertragenden
Bauteile 10 auf die Kolbenstangen der beiden hier als einfachwirkende Zylinder
mit Federrückstellung
dargestellten Gegenhaltezylinder 9.
-
Sowohl
der Druck im Stößelkreis 13 als
auch die Drücke
in den beiden Gegenhaltezylindern 9a, 9b wirken
nun auch auf die beiden mit ihnen verbundenen hydraulischen Koppelvorrichtungen 17a, 17b. Diese
hydraulischen Koppelvorrichtungen 17 bestehen hier aus
zwei aneinandergeflanschten Gleichgangzylindern, die über eine
gemeinsame Kolbenstange starr miteinander verbundenen Kolben gleicher
Ringflächen
dienen hierbei als bewegliche Trennelemente 18a, 18b,
weiterhin dient die gemeinsame Kolbenstange als Vorrichtung für die Einleitung einer äußeren Kraft 19 auf
diese beiden Trennelemente 18. Bei dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel
erfolgt die Erzeugung der äußeren Kraft
auf die beweglichen Trennelemente 18 durch einen hydraulischen
Antriebszylinder 20, dieser ist hier als Differentialzylinder
ausgeführt
und direkt an die beiden Koppelvorrichtungen 17 angeflanscht,
durch die Nutzung der gemeinsamen Kolbenstange 19 ergibt sich
somit eine vorteilhafte, äußerst kompakte
und steife Antriebseinheit. Die Ansteuerung des Antriebszylinders 20 erfolgt über ein
Regelventil 21, der hierfür benötigte Druckflüssigkeitsstrom
wird bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel von der für den konventionellen
Betrieb der Presse ohnehin vorhandenen Hauptpumpe 8 zur
Verfügung
gestellt. Zur weiteren Erklärung
soll nun zunächst
der Ruhezustand bei geöffnetem
Umformwerkzeug 4 und bei gesperrten Regelventil 21 für den Antriebszylinder 20 betrachtet
werden, Reibungskräfte werden
hierbei vernachlässigt.
Unter der Annahme, das die Krafteinleitung in die Gegenhaltezylinder 9 symmetrisch
erfolgt und die Summe der Wirkflächen
der Gegenhaltezylinder 9a, 9b gleich der Wirkfläche des
Stößelzylinders 6 ist,
verursacht der Druck im Stößelkreis 13 und
die dadurch vom Stößelzylinder 6 erzeugte
und in den Stößel 2 eingeleitete
Schließkraft
gleich hohe Drücke
in den beiden Gegenhaltezylindern 9. Weiterhin wirkt bei
der hier dargestellten Oberkolbenpresse noch die Gravitationskraft
auf den Stößel 2,
diese wird zusätzlich über die
kraftübertragenden
Bauteile 10 in die Gegenhaltezylinder 9 eingeleitet,
wodurch sich der Druck in den Gegenhaltezylindern 9 um
einen bestimmten Betrag gegenüber
dem Druck im Stößelkreis 13 erhöht. Die
Drücke
in den beiden Gegenhaltezylinder 9 wirken nun jeweils auf
eine Seite der beiden Kolben 18a, 18b, während der
Druck im Stößelkreis 13 auf
die entgegengesetzten Seiten wirkt. Durch den durch die Gravitationskraft
verursachten höheren
Druck in den Gegenhaltezylindern 9 ergibt sich somit eine
resultierende Kraft auf die gemeinsame Kolbenstange 19 in
Richtung d1, diese Kraft wirkt über
die gemeinsame Kolbenstange 19 auch auf den Kolben des
Antriebszylinders 20 und verursacht bei gesperrtem Regelventil 21 einem
entsprechenden Druck auf der Ringraumseite, der dieser Kraft entgegenwirkt.
Zum schnellen Schließen der
Presse ist es daher zunächst
ausreichend die Ringraumseite des Antriebszylinders 20 über das Regelventil 21 gegen
den Tank zu entlasten, die auf die gemeinsame Kolbenstange 19 wirkende
Kraft verschiebt diese in Richtung d1, durch die entstehende Volumenänderung
in den an geschlossenen Druckräumen
bewegt sich der Stößel 2 nach
unten bis die auf den Stößel 2 wirkende
Gravitationskraft über
das Werkzeugoberteil 4a, Werkstück 5 und Werkzeugunterteil 4b in
den Pressentisch 3 eingeleitet wird, das hierbei auf der
Kolbenseite des Antriebszylinders 20 benötigte Druckflüssigkeitsvolumen kann
dabei über
das Nachsaugventil 23 drucklos vom Tank entnommen werden.
Für einen
gegebenen Stößelhub entsprechen
dabei, bei der gegebenen Auslegung der Wirkflächen von Stößelzylinder 6, Gegenhaltezylindern 9 und
beweglichen Trennelementen 18, die durch die Bewegung der
beweglichen Trennelemente 18 den Gegenhaltezylindern 9 entnommenen
und dem Stößelkreis 13 zugeführten Druckflüssigkeitsvolumina
genau dem Produkt aus den jeweils angeschlossenen Wirkflächen und
diesem Hub, dem Druckspeicher 16 wird also weder Druckflüssigkeit entnommen
noch zugeführt.
Wird nun durch entsprechende Ansteuerung des Regelventils 21 vom
Antriebszylinder 20 eine in Richtung d1 wirkende Kraft auf
die gemeinsame Kolbenstange 19 ausgeübt, so führt diese Kraft zu einer Volumenvergrößerung und damit
zu einer Entspannung der Druckflüssigkeit
in den Gegenhaltezylindern 9 und den damit verbundenen
Druckräumen,
und somit zu einer Druckminderung, der Druckspeicher 16 hält dabei
den Druck im Stößelkreis 13 weiter
zumindest annähernd
konstant. Hierbei hängt
die Höhe
der Druckdifferenz von der Summe der Wirkflächen der Kolben 18a, 18b sowie der
vom Antriebszylinder 20 eingeleiteten Kraft ab, während die
auf das Umformwerkzeug 4 und damit auf das Werkstück 5 ausgeübte Kraft
von der Differenz zwischen Schließkraft und Gegenhaltekraft
und damit vom Produkt aus der er zeugten Druckdifferenz und den Wirkflächen der
Gegenhaltezylinder 9 abhängt. Überschreitet nun die auf das
Werkstück 5 ausgeübte Kraft
die benötigte
Umformkraft, so verschiebt die vom Antriebszylinder 20 erzeugte
Kraft die gemeinsame Kolbenstange 19 weiter in Richtung d1,
und der Stößel 2 führt den
Arbeitshub aus. Der Rückzug
des Stößels 2 erfolgt
nun durch entsprechende Umsteuerung des Regelventils 21,
durch Druckbeaufschlagung der Ringraumseite des Antriebszylinders 20 erzeugt
dieser eine in Richtung d2 wirkende Kraft auf die gemeinsame Kolbenstange 19,
was eine entsprechende Druckerhöhung
in den Gegenhaltezylindern 9 gegenüber dem Druck im Stößelkreis 13 zur
Folge hat. Überschreitet
die daraus resultierende gemeinsame Kraft der Gegenhaltezylinder 9 die
Summe aus der vom Stößelzylinder 6 erzeugten
Schließkraft,
Gewichtskraft des Stößels 2 sowie
eventuell benötigter
Abstreifkräfte
des Umformwerkzeuges 4, verschiebt sich die gemeinsame Kolbenstange 19 weiter
in Richtung d2 und der Öffnungshub
findet statt. Es sei hier noch einmal daraufhingewiesen das zwischen
den Wirkflächen
der beweglichen Trennelemente 18 sowie der Wirkflächen der
Gegenhaltezylinder 9 eine hydraulische Übersetzung besteht, somit kann
z. B. ein auf die hydraulischen Koppelvorrichtungen 17 einwirkende
geringe Kraft mit großem
Hub eine entsprechend große
Stößelkraft
bei kurzem Hub bewirken. Die auf das Umformwerkzeug 4 und
damit auf das Werkstück 5 ausgeübte Kraft
ist hierbei nur von dem hydraulischen Übersetzungsverhältnis sowie
der auf die beweglichen Trennelemente 18 ausgeübten Kraft
abhängig, eine
Regelung und Begrenzung der auf das Umformwerkzeug 4 ausgeübten Kraft
kann somit über eine entsprechende
Regelung der Kräfte
des Antriebszylinders 20 erfolgen, der Druck im Stößelkreis 13 und damit
die vom Stößelzylinder 6 erzeugte
Schließkraft hat
keinen Einfluss und kann somit auf einen konstanten, für den Umformvorgang
zumindest ausreichend hohen Wert gehalten werden, wodurch sich die
Auslegung des hydraulischen Systems wesentlich vereinfacht. Weiterhin
hängt bei
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
das Verhältnis
von Schließkraft
und Rückzugskraft
des Stößels 2 sowie der
erreichbaren Schließ-
und Öffnungsgeschwindigkeiten
bei gegebenen Volumenstrom im Kurzhub-Betrieb von dem Verhältnis von
Kolbenfläche
und Ringfläche
des Antriebszylinders 20 ab, diese sind somit von den Flächenverhältnissen
des Stößelzylinders 6 unabhängig und
lassen sich somit entsprechend der Anforderungen des Umformprozesses
optimieren, um so z. B. für
Schneidwerkzeuge die benötigten
Abstreifkräfte
zur Verfügung
zu stellen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des hier dargestellten
Ausführungsbeispiels
ist die Verwendung von zwei hydraulischen Koppelvorrichtungen 17 mit
starrer Kopplung und gemeinsamen Antrieb zur Erzeugung der äußeren Kraft sowie
die getrennte Zuordnung eines einzelnen Gegenhaltezylinders 9 bzw.
einer Gruppe von Gegenhaltezylindern zu jeder dieser hydraulischen
Koppelvorrichtungen 17, wobei diese Anordnung ein weitestgehend
paralleles Schließen
des Stößels 2 während des
Umformvorganges gewährleistet.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Presse
verfügt
diese dabei über
vier, jeweils in den Eckbereichen des Pressentisches befindliche
Gegenhaltezylinder 9, wobei die Druckräume von jeweils zwei Gegenhaltezylindern 9 mit
je einer hydraulischen Koppelvorrichtung 17 verbunden sind.
Zur Erklärung
soll der Fall betrachtet werden, das sich der Angriffspunkt der
Umformkraft aus der Stößelmitte
hin zu den Kolbenmitten der Zylindergruppe 9a verschiebt
und das Umformwerkzeug 4, z. B. ein Verbundwerkzeug, dabei
auf Block gefahren wird. Wird nun die gemeinsame Kolbenstange 19 soweit
in Richtung d1 verfahren bis der Druck in der Zylindergruppe 9a gerade
auf Null absinkt, so ist die auf die Zylindergruppe 9b wirkende
Kraft gleich der Differenz zwischen der auf den Stößel 2 wirkenden Schließkraft und
der in das Umformwerkzeug 4 eingeleiteten Umformkraft.
Unter der Annahme, das die gesamte Wirkfläche einer Zylindergruppe in
Gegenhalterichtung der Hälfte
der Wirkfläche
des Stößelzylinders 6 in
Schließrichtung
entspricht, beträgt
nun die durch den Antriebszylinder 20 erzeugte und der entsprechend
dem hydraulischen Übersetzungsverhältnisses
auf das Umformwerkzeug 4 wirkende Umformkraft die Hälfte der
durch den Stößelzylinder 6 erzeugten
Schließkraft,
die auf die gemeinsame Kolbenstange 19 wirkenden Kräfte sind
in diesem Fall, unter der Vernachlässigung von auf den Stößel 2 wirkenden
Gravitationskräften
usw., ausgeglichen, der Druck in der Zylindergruppe 9b ist
nun gleich dem Druck im Stößelkreis 13.
Die maximale Stößelkippung,
unter Vernachlässigung
elastischer Verformungen in den hydraulischen Koppelvorrichtungen 17, kraftübertragenden
Bauteilen usw. ergibt sich in diesem Fall aus der Distanz zwischen
den beiden Zylindergruppen 9a, 9b sowie der durch
den Druckunterschied in den beiden Zylindergruppen hervorgerufenen
Unterschied in der Kompressionshöhe
der Druckflüssigkeitssäulen, diese
Höhendifferenz
ist aber aufgrund des relativ kurzen Hubes der Gegenhaltezylinder 9 und
das geringe Volumen der mit diesen verbundenen Druckräumen relativ
gering. Gegenüber
einer erfindungsgemäßen Presse
mit zwei getrennten hydraulischen Koppelvorrichtungen 17 mit
jeweils eigenen Antrieben haben hierbei die Kompressionsvolumina
des Antriebszylinders 20 keinen Einfluss auf die Kippung
des Stößels 2.
Zwar verringert sich bei dieser passiven Form der Parallelregelung
die zur Verfügung
stehende Umformkraft in Abhängigkeit
von der Höhe
des durch die aussermittigen Belastungen verursachten Kippmomentes
auf den Stößel 2,
dafür benötigt diese
Form der Parallelregelung keine Mess- und Regelvorrichtungen, Regelventile
oder eine Druckflüssigkeitsversorgung, und
ist dadurch äußerst kostengünstig, schnell
und effizient. Außerdem
ist die in das Umformwerkzeug 4 und damit in das Werkstück 5 eingeleitete
Umformkraft weiterhin direkt der auf die beweglichen Trennelemente 18 eingeleiteten
Kraft proportional, da sich die aus der Parallelregelung resultierenden
Druckunterschiede in den Gegenhaltezylindern 9 über die starre
Koppelung der hydraulischen Koppelvorrichtungen 17a, 17b und
der darin enthaltenen beweglichen Trennelemente 18a, 18b kompensieren.
Für Anwendungen,
bei denen sich die durch die Kompressibilität der Druckflüssigkeit
verursachten Ungenauigkeiten dieser passiven Form der Parallelregelung
störend
auswirken, kann diese zusätzlich
durch eine aktive Parallelregelung unterstützt werden. Dies geschieht
bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
durch einen Kompensationszylinder 25 in Verbindung mit
einem Regelventil 26, die zu sätzlich benötigten Wegmesssysteme und Regelelektronik
sind aus Gründen
der Übersichtlichkeit
hier nicht dargestellt. Der Kompensationszylinder 25 besteht
hier aus zwei kolbenstangenseitig fest miteinander verbundenen Differentialzylindern
mit einer gemeinsamen Kolbenstange 25b, die beiden voneinander
abgedichteten Ringräume
sind dabei jeweils mit einer Gruppe von Gegenhaltezylindern verbunden,
während
die beiden kolbenseitigen Anschlüsse
auf die entsprechenden Anschlüsse
eines Regelventiles 26 geführt sind. Führt eine außermittige Belastung nun zu
unterschiedlichen Drücken
in den Gegenhaltezylindern 9a, 9b, so führt die
dadurch unterschiedliche Kompression der Druckflüssigkeitssäulen zu einer Stößelkippung.
Die Regelelektronik erfasst diese Stößelkippung und kompensiert
den durch den Druckunterschied entstandenen Volumenunterschied durch
eine entsprechende Verschiebung der über die gemeinsame Kolbenstange 25b des
Kompensationszylinders 25 verbundenen Kolben 25a.
Erhöht
sich aufgrund einer außermittigen
Belastung z. B. der Druck im rechten Gegenhaltezylinder 9b,
so erfolgt eine Verschiebung der Kolben 25a in Richtung
d2, dem rechten Gegenhaltezylinder 9b wird somit ein bestimmtes Druckflüssigkeitsvolumen
zugeführt,
während
dem linken Gegenhaltezylinder 9a gleichzeitig eine entsprechende
Menge entnommen wird, die durch den unterschiedlichen Druck in den
beiden Gegenhaltezylindern 9a, 9b hervorgerufene
Stößelkippung
wird somit kompensiert.
-
Dabei
muss die aktive Parallelregelung nur die in den Gegenhaltezylindern 9a, 9b und
den damit verbundenen Druckräumen
durch Kompression verursachten Volumen änderungen kompensieren, aufgrund
des ohnehin geringen Druckflüssigkeitsvolumens
werden dafür
nur geringe Ausgleichsvolumen benötigt, wodurch eine hochdynamische
Regelung ermöglicht
wird. Die Druckflüssigkeitsversorgung
für das
Regelventil 26 erfolgt bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
aus dem Stößelkreis 13,
durch das große
Kompressionsvolumen und den ohnehin vorhandenen Druckspeicher 16 unterstützt dies
die Dynamik des Regelvorganges, die Speisepumpe 14 führt hierbei
die bei dem Regelvorgang verbrauchte Druckflüssigkeitsmenge dem Stößelkreis 13 wieder zu.
Ein weiterer Vorteil der hier dargestellten erfindungsgemäßen Presse
liegt in der geringen, vom Hub des Stößelzylinders 6 unabhängigen Schnittschlagenergie
bei Schneid- oder Stanzvorgängen. So
wird bei dem hier schematisch dargestellten Umformwerkzeug 4 der
Stößel 2,
beispielsweise durch die auf den Stößel 2 wirkende Gravitationskraft,
so weit abgesenkt bis das Werkzeugoberteil 4a und der mit
im verbundene Schneidstempel auf dem Werkstück 5 aufsetzt. Über den
Antriebszylinder 20 wird nun durch Verringerung des Druckes
in den Gegenhaltezylinder 9 über den Stößel 2 eine Kraft in
das Werkzeugoberteil 4a eingeleitet, erreicht diese Kraft die
benötigte
Schneidkraft so dringt der Schneidstempel in das Werkstück 5 ein.
Beim anschließenden
Materialabriss erfolgt nun eine Beschleunigung des Stößels 2 in
Schließrichtung,
die dabei in den Stößel 2 eingeleitete
Schnittschlagenergie ist dabei gleich dem Integral der Kraftdifferenz
zwischen Stößelzylinder 6 und
Gegenhalte-zylindern 9 über
die wirksame Strecke dieser Kraftdifferenz. Aufgrund des geringen
Druckflüssigkeitsvolumens
in den Gegenhaltezylindern 9 erfolgt durch die schnelle
Komprimierung diese Volumens ein schneller Anstieg des Druckes und
somit der Kraft in den Gegenhaltezylindern 9, die Beschleunigung
erfolgt somit nur über eine
relativ kurze Strecke, wodurch sich eine geringe Schnittschlagenergie
ergibt. Besonders vorteilhaft ist es hierbei weiterhin wenn das
in den Gegenhaltezylindern 9 und den damit verbundenen
Druckräumen
vorhandene Druckflüssigkeitsvolumen
soweit verringert wird, das es gerade den für die jeweilige Umformaufgabe
benötigten
Hub gewährleistet,
somit kann das Kompressionsvolumen und die daraus resultierende
Schnittschlagenergie nochmals verringert werden. Bei dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel
erfolgt dies dadurch, das die gemeinsame Kolbenstange 19 durch
den Antriebszylinder 20 zunächst bis zum Anschlag in Richtung
d2 verfahren wird. Nach dem Öffnen
der Sperrventile 24 wird nun durch die auf den Stößel 2 wirkende
Gravitationskraft sowie die Federrückstellung die in den Gegenhaltezylindern 9 befindliche
Druckflüssigkeit
solange in den Tank verdrängt,
bis sich die Kolben am unteren Anschlag befinden. Wird nun, bei
weiterhin geöffneten
Sperrventilen 24, die gemeinsame Kolbenstange 19 durch
den Antriebszylinder 20 soweit in Richtung d1 verfahren,
wie dies für
den jeweils benötigten
Stößelhub erforderlich
ist, wird die dafür
benötigte
Druckflüssigkeitsmenge über die
geöffneten Sperrventile 24 aus
dem Tank nachgesaugt, nach dem Schließen der Sperrventile 24 befindet
sich somit eine definierte, für
den benötigten
Stößelhub gerade
ausreichende Druckflüssigkeitsmenge
in den Gegenhaltezylindern 9 und den damit verbundenen Druckräumen. Der
hierfür
erforderliche z. B. am An triebszylinder 20 befindliche
Wegaufnehmer sowie die entsprechende Regelelektronik zur Ansteuerung des
Regelventiles 21 sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Der Hub des Stößelzylinders 6 hat
hierbei keinen Einfluss auf die Schnittschlagenergie, weiterhin
wird aufgrund der konstanten, während
des gesamten Stößelhubes
auf den Pressenrahmen 1 wirkenden Schließkraft des Stößelzylinders 6 der
Einfluß von
elastischen Formänderungen,
z. B. in den Seitenständen
und dem Pressenhaupt, auf den Schnittschlag weitestgehend ausgeschlossen.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
kann der Antriebszylinder 20 weiterhin zu einem kontrollierten
Abbau der Schnittschlagenergie genutzt werden. Wird möglichst
umgehend nach erfolgtem Materialabriss, z. B. durch entsprechende, hier
nicht dargestellte Wegaufnehmer oder Beschleunigungssensoren, das
Regelventil 21 für
den Antriebszylinder 20 in die gesperrte Mittelstellung
gebracht, so erhöht
sich bei fortschreitender Verschiebung der gemeinsamen Kolbenstange 19 in
Richtung d1 der Druck auf der Ringraumseite des Antriebszylinders 20 bis
auf den am Druckbegrenzungsventil 22 eingestellten Druck,
während
gleichzeitig der Druck auf der Kolbenseite abfällt. Durch die dadurch in die gemeinsame
Kolbenstange 19 eingeleitete, in Richtung d2 wirkende Kraft
erfolgt eine der Flächenverhältnisse
entsprechende Erhöhung
des Druckes in den Gegenhaltezylinder 9 gegenüber dem
Stößelkreis 13,
die daraus resultierende Kraftdifferenz in Gegenhalterichtung kann
nun den Stößel 2 gezielt abbremsen,
die dabei frei werdende Energie wird als Wärmeenergie der Druckflüssigkeit
im Tank zugeführt.
-
Hierbei
ist die Verzögerung
der Stößelbewegung
von der Höhe
der Kraftdifferenz zwischen der vom Stößelzylinder 6 erzeugten
Schließkraft
sowie der in den Gegenhaltezylindern 9 wirkenden Gegenhaltekraft,
und somit von der Druckerhöhung
in den Gegenhaltezylindern 9 gegenüber dem Druck im Stößelkreis 13 abhängig. Es
ist somit vorteilhaft sowohl die hydraulischen Koppelvorrichtungen 17,
die Gegenhaltezylinder 9 als auch den Antriebszylinder 20 für einen
gegenüber
dem Druck im Stößelkreis 13 möglichst
hohen Betriebsdruck auszulegen, um damit eine möglichst hohe Kraftdifferenz
zur gezielten Verzögerung
der Stößelbewegung
zur Verfügung
zu haben.
-
Das
in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht weitestgehend
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Presse,
allerdings erfolgt hier die Einleitung der äußeren Kraft in die hydraulischen
Koppelvorrichtungen 17 nicht mittels eines Hydraulikzylinders,
sondern über
einen mechanischen Exzenterantrieb 28 sowie, wie später erläutert, den
aktiv betriebenen Kraftbegrenzungszylinder 29. Der Exzenterantrieb 28 ist
hier vereinfacht dargestellt, die anderen Bauteile wie z. B. Antriebsmotor,
Schwungrad, Kupplungs- und Bremseinheit sind aus Gründen der Übersichtlichkeit
hier nicht dargestellt, ebenso wie die in 1 dargestellte aktive
Parallelregelung 25, 26. Das ortsfest gelagerte Exzenterrad 28a ist über den
Pleuelzapfen 28b mit der Pleuelstange 28c verbunden,
diese leitet die durch die Drehbewegung des Exzenterrades verursachte
Bewegung über
einen Kreuzkopf 28d in die ge meinsame Kolbenstange 19 der
beiden hydraulischen Koppelvorrichtungen 17 ein, die hier
wieder aus zwei aneinandergeflanschten Gleichgangzylindern bestehen.
Das gemeinsame Gehäuse
der beiden hydraulischen Koppel Vorrichtungen 17 stützt sich
hier zudem auf der Kolbenstange 29a eines doppelt wirkenden,
ebenfalls ortsfest gelagertem und hier als Differentialzylinder
ausgeführten
Kraftbegrenzungszylinder 29 ab, wodurch eine zur gemeinsamen
Kolbenstange 19 axiale Verschiebung der hydraulischen Koppelvorrichtungen 17 ermöglicht wird. Die
vom Exzenterrad 28a verursachte Bewegung der gemeinsamen
Kolbenstange 19 wird nun von den beiden damit verbundenen
beweglichen Trennelementen 18 auf die Gegenhaltezylinder 9 und
damit auf den Stößel 2 übertragen,
das Weg-Zeit-Diagramm der Stößelbewegung,
die pro Hub verfügbare Energie
sowie die von der Position des Exzenterrades 28a abhängige am
Stößel 2 verfügbare Kraft
entsprechen somit einer mechanischen Exzenterpresse. Durch das hydraulische Übersetzungsverhältnis zwischen
den hydraulischen Koppelvorrichtungen 17 und den Gegenhaltezylindern 9 kann
hierbei ein günstiges
Verhältnis
zwischen der vom Exzenterantrieb 28 erzeugten und der am
Stößel 2 verfügbaren Kraft
erreicht werden, für
den Fall das der Exzenterantrieb 28 für einen großen Hub bei verhältnismäßig kleine
Kräften
ausgelegt ist kann dieser entsprechend kostengünstig ausgelegt werden, das
hydraulische Übersetzungsverhältnis erlaubt
trotzdem eine hohe Umformkraft bei entsprechend kürzeren Stößelhub.
Zur Begrenzung der in das Umformwerkzeug 4 eingeleiteten
Umformkraft sowie zum Schutz des Exzenterantriebes 28 vor Überlastung
dient hierbei der Kraftbegrenzungszylinder 29. Befindet
sich das im zu geordnete Wegeventil 32 in Mittelstellung,
so ist die Ringraumseite mit dem Tank verbunden, zur Kraftbegrenzung
wird dieser hier somit als einfach wirkender Zylinder betrieben.
Die über
die Pleuelstange 28c in die gemeinsame Kolbenstange 19 der beiden
hydraulischen Koppelvorrichtungen 17 eingeleitete Kraft
wirkt über
die dadurch an den beweglichen Trennelementen 18 verursachten
Druckunterschiede auch auf das gemeinsame Gehäuse und, über die mit diesem verbundene
Kolbenstange 29a, auch auf den Kolben des Kraftbegrenzungszylinders 29.
-
Überschreitet
diese Kraft das Produkt aus Kolbenfläche und dem am Druckbegrenzungsventil 30 eingestellten
Druck, so verdrängt
der Kolben die darin befindliche Druckflüssigkeit, und die Kolbenstange 29a bewegt
sich in Richtung d1. Erfolgt eine weitere Bewegung der durch die
Pleuelstange 28c angetriebenen gemeinsamen Kolbenstange 19 in Richtung
d1, so wird dadurch die Druckdifferenz an den beweglichen Trennelementen 18 und
somit die auf den Stößel 2 und
das Umformwerkzeug 4 wirkende Kraft entsprechend des hydraulischen Übersetzungsverhältnisses
auf ein konstanten Wert begrenzt, eine weitere Bewegung des Stößels 2 findet aufgrund
der fehlenden Relativbewegung zwischen den beweglichen Trennelementen 18 und
dem Gehäuse
der hydraulischen Koppelvorrichtung 17 nicht mehr statt.
Selbstverständlich
ist es hierbei auch möglich
vor Einleitung des Hubes die auf der Kolbenseite des Kraftbegrenzungszylinders 29 befindliche Druckflüssigkeit über eine
entsprechende hydraulische Vorrichtung auf einen bestimmten Druck
vorzuspannen, um so zu vermeiden das ein Teil des vom Exzenterantrieb 28 zur
Verfügung
gestellten Hubes zur Kompression der in dem Kraftbegrenzungszylinder 29 befindlichen
Druckflüssigkeit
benötigt
wird. Nach der Richtungsumkehr der Pleuelstange 28c findet
anschließend
eine Bewegung der gemeinsamen Kolbenstange 19 in Richtung
d2 statt, durch die auf den Stößel 2 wirkende
Gravitationskraft erhöht
sich nun der Druck in den Gegenhaltezylindern 9 gegenüber dem
Druck im Stößelkreis 13,
dadurch wirkt auf das Gehäuse
der hydraulischen Koppelvorrichtungen 17 eine Kraft in
Richtung d2. Diese Kraft wirkt nun über die Kolbenstange 29a auch
auf den Kolben des Kraftbegrenzungszylinders 29, dieser
wird dadurch in Richtung d2 bewegt und kann dabei z. B. über ein
Nachsaugventil 31 Druckflüssigkeit aus dem Tank entnehmen.
Erreicht der Kolben des Kraftbegrenzungszylinders 29 die
Endstellung in Richtung d2, so findet wieder eine Relativbewegung
zwischen den beweglichen Trennelementen 18 und den Gehäusen der
hydraulischen Koppelvorrichtungen 17 statt, durch die dadurch
verursachten Volumenänderungen
in den angeschlossenen Druckräumen
wird somit die Öffnungsbewegung
des Stößels 2 eingeleitet.
Dabei muss der Kraftbegrenzungszylinder 29 nur die entsprechend
dem hydraulischen Übersetzungsverhältnisses
zwischen den beweglichen Trennelementen 18 und den Gegenhaltezylindern 9 maximale an
der Pleuelstange 28c bzw. der gemeinsamen Kolbenstange 19 auftretende
Kraft ausgelegt werden, während
bei mechanischen Pressen diese Zylinder für die gesamte Schließkraft ausgelegt
werden müssen,
sich als bewegliche Teile im Antriebsstrang der Presse befinden
und üblicherweise
nur einen sehr begrenzten Hub bieten. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
der erfindungs gemäßen Presse lässt sich
dabei die Wirkung der Kraftbegrenzung auch besonders vorteilhaft
für bestimmte
Umformverfahren nutzen, so kann z. B. beim Prägen durch Anpassung der kraftübertragenden
Bauteile 10 eine Verschiebung des unter Totpunktes in Richtung
des geschlossenen Umformwerkzeuges 4 erreicht werden, dadurch
kann bei dem hier dargestellten Exzenterantrieb 28 das
Umformwerkzeug 4 für
eine bestimmbare Zeit mit einer konstanten Kraft geschlossen gehalten
werden. Die Begrenzung der vom Exzenterantrieb auf die hydraulische
Koppelvorrichtung 17 eingeleitete Kraft kann hierbei auch
anderweitig erfolgen, z. B. durch mechanische Rutschkupplungen.
Weiterhin ist es bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel besonders vorteilhaft
das sowohl für die
Steuerung des Stößelhubes
als auch für
die passive Parallelregelung vollkommen auf die Verwendung von hydraulischen
Schalt- oder Stetigventilen sowie entsprechenden Steuer- und Regeleinrichtungen
verzichtet werden kann, durch die dadurch entfallenen Schaltzeiten
und Strömungswiderstände kann
diese Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Presse
somit hohe Hubzahlen bei gleichzeitig hoher Effizienz erreichen.
Verfügt
der Exzenterantrieb 28 über
eine entsprechende Verstelleinrichtung zur Änderung der Exzentrizität, so kann
dadurch der Stößelhub an
den jeweils benötigten
Arbeitshub angepasst werden, dies ist hier durch die gestrichelt
gezeichneten Pleuelzapfen 28b und Pleuelstange 28c dargestellt.
Kann dabei weiterhin die Position eines der ortsfesten Lager 27a, 27b durch
eine entsprechende, hier nicht dargestellte Verstelleinrichtung
in axialer Richtung zur gemeinsamen Kolbenstange 19 verschoben
werden, so kann über
die Sperrventile 24 eine Anpassung des in den Gegenhaltezylindern 9 und
den damit verbundenen Druckräumen
befindlichen Druckflüssigkeitsvolumens
an den benötigten Stößelhub und
somit wiederum eine Erhöhung
der Effizienz sowie eine Verminderung der auftretenden Schnittschlagenergie
erreicht werden.
-
Ein
weiterer Vorteil des hier dargestellten Ausführungsbeipieles wird dadurch
erreicht, das der Kraftbegrenzungszylinder 29 durch Ansteuerung
des Wegeventils 32 aktiv betrieben wird, und somit praktisch
die Funktion des doppelt wirkenden Antriebszylinders 20 des
Ausführungsbeispieles
gemäß 1 übernimmt,
wobei hier die Einleitung der äußeren Kraft
in die hydraulische Koppelvorrichtungen 17 allerdings nicht über die
gemeinsame Kolbenstange 19, sondern über die miteinander verbundenen
Gehäuse
der hydraulischen Koppelvorrichtungen 17 erfolgt. Somit
kann zum einen eine Überlagerung
der Bewegungen von Exzenterantrieb 28 und Kraftbegrenzungszylinder 29 erreicht
werden, die Funktion ähnelt
somit den bekannten Hybridpressen, mit dem Unterschied das sich
der oder die Hydraulikzylinder zur Veränderung der Bewegungscharakteristik,
der Kraftbegrenzung sowie der Parallelregelung bei der erfindungsgemäßen Presse
nicht am Stößel oder
im Antriebsstrang befinden, und somit einen einfacheren und kostengünstigeren
Aufbau der Presse ermöglichen.
Zum anderen kann bei entsprechender Ansteuerung der beiden Antriebe 28, 29 auch
ein wahlweiser Antrieb des Stößels 2 erfolgen,
bei entsprechender Auslegung des Stößelhubes lässt sich die erfindungsgemäße Presse
somit beispielsweise beim Betrieb über die konventionelle Pressensteuerung 7 zum
Tiefziehen nutzen, während
im Kurzhub-Betrieb der Stößelantrieb
wahlweise über
den Exzenterantrieb 28 mit zusätzlicher Kraftbegrenzung, dem
Exzenterantrieb 28 mit überlagerter
Bewegung des aktiv betriebenen Kraftbegrenzungszylinders 29 oder,
bei Verfahren und Festsetzen des Exzenterrades 28a, z.
B. in der 180°-Position,
ausschließlich über den
aktiv betriebenen Kraftbegrenzungszylinders 29 erfolgen
kann. Hubzahl, Hub, Stößelkinematik
sowie die am Stößel 2 verfügbare Kraft
lassen sich somit optimal an die jeweilige Umformaufgabe anpassen
und ermöglichen
einen maximalen Ausstoß bei
gleichzeitig hoher Effizienz. Auch besteht hierbei die Möglichkeit
den Kraftbegrenzungszylinder 29 durch einen zweiten mechanischen
Antrieb zu ersetzten, wodurch die Stößelbewegung der überlagerten
Bewegung dieser beiden Antriebe entspricht, und somit z. B. eine
entsprechende Änderung
der Stößelkinematik
oder des Stößelhubes
erfolgen kann. Neben dem hier dargestellten Exzenterantrieb 28 lässt sich
die benötigte äußere Kraft
auch durch andere aus dem mechanischen Pressenbau bekannte Antriebsarten
in die beweglichen Trennelemente 18 einleiten, z. B. durch
Gelenkantriebe, Kniehebel- oder modifizierte Kniehebelantriebe usw.,
wodurch die Kinematik der Stößelbewegung
für die
jeweilige Umformaufgabe optimiert werden kann.
-
Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Presse kann dadurch erreicht
werden, dass das Verhältnis
der Wirkflächen
zwischen Stößelzylinder 6 und
Gegenhalte zylinder 9 verändert wird. Bei der hier dargestellten
Oberkolbenpresse wirkt neben der Schließkraft auch die Gravitationskraft
auf den Stößel 2 und
damit auf die Gegenhaltezylinder 9, was zu einer Druckerhöhung in
den Druckräumen
der Gegenhaltezylinder 9 fuhrt. Wie in der Beschreibung
des Ausfuhrungsbeispieles gemäß 1 erklärt fuhrt dies
bei entsprechenden Flächenverhältnissen
zu einer Kraft in Richtung d1 auf die gemeinsame Kolbenstange 19,
die zum schnellen Schließen
des Stößels 2 genutzt
werden kann. Werden aber die Wirkflächen der Gegenhaltezylinder 9 soweit
vergrößert, das
der durch die Schließkraft
und die Gravitationskraft in diesen erzeugte Druck genau dem Druck
im Stößelkreis 13 entspricht,
so sind die Kräfte
auf die beweglichen Trennelemente 18 bei gleichen Wirkflächen ausgeglichen,
eine schnelle Schließbewegung
findet ohne Einleitung einer äußeren Kraft
nicht mehr statt, der Stößel 2 verbleibt
in der geöffneten
Position ohne das der Exzenterantrieb 28 eine Kraft in
die hydraulischen Koppelvorrichtungen 17 einleiten muss.
Wird nun durch Einleitung einer äußeren Kraft
die gemeinsame Kolbenstange 19 in Richtung d1 verschoben, so
benötigen
die Gegenhaltezylinder 9 aufgrund der größeren Wirkflächen bei
gleichem Weg ein größeres Austauschvolumen
als der Stößelzylinder 6,
d. h. dem Stößelkreis 13 wird
mehr Druckflüssigkeit
zugeführt
als für
die Bewegung des Stößelzylinders 6 eigentlich
benötigt
wird, die überschüssige Druckflüssigkeitsmenge
wird hierbei dem Druckspeicher 16 zugeführt, je nach Auslegung des
Druckspeichers 16 erhöht
sich dadurch der Druck um Stößelkreis 13 um einen
entsprechenden Wert, wobei die Druckregeleinrichtung 15 hier
selbstver ständlich
so gestaltet sein muss das sie eine Druckerhöhung im Stößelkreis 13 erlaubt.
Wird nun, z. B. nach Beendigung der Schließbewegung, die äußere Kraft
von der gemeinsamen Kolbenstange 19 getrennt, so wirkt
der erhöhte
Druck im Stößelkreis 13 über die
beweglichen Trennelemente 18 auch auf die Gegenhaltezylinder 9,
aufgrund der größeren Wirkflächen übersteigt
die Kraft in diesen die Summe von Schließkraft des Stößelzylinders 6 sowie
der Gravitationskraft auf den Stößel 2 und
dieser bewegt sich somit in Öffnungsrichtung,
das von den Gegenhaltezylindern 9 benötigte zusätzliche Austauschvolumen wird
nun wieder dem Druckspeicher 16 entnommen. Fällt der
Druck im Stößelkreis 13 dadurch
wieder auf den ursprünglichen
Wert, befinden sich nun die auf den Stößel 2 wirkende Schließ- und Gravitationskraft
sowie die Gegenhaltekraft wieder im Gleichgewicht und die Stößelbewegung
kommt zum Stillstand, dadurch kann eine Öffnungsbewegung des Stößels 2 ohne Einleitung
einer äußeren Kraft
erreicht werden. Hierbei muss die Position des Gleichgewichtszustandes nicht
unbedingt vom Stößel 2 erreichbar
sein, liegt diese bei entsprechenden Verhältnissen der Wirkflächen oder
aufgrund des Druckes im Stößelkreis 13 außerhalb
des Verfahrbereiches so dienen, je nach Flächenverhältnissen sowie der in den Gegenhaltezylindern 9 und
den damit verbundenen Druckräumen
vorhandenen Druckflüssigkeitsmenge,
die voll ausgefahrenen Gegenhaltezylinder 9 oder die in Richtung
d2 am Anschlag befindlichen Kolben 18 als Begrenzung in Öffnungsrichtung,
sowie die voll eingefahrenen Gegenhaltezylinder 9 oder
in Richtung d1 am Anschlag befindlichen Kolben 18 als Begrenzung
in Schließ richtung,
wobei durch entsprechende Wahl von Druck im Stößelkreis sowie der Flächenverhältnisse
bewirkt werden kann das auch nach dem Erreichen der Anschlagpositionen
weiterhin eine resultierende Kraft auf den Stößel 2 wirkt und diese
Positionen somit sicher erreicht werden können. Die dem Hub entsprechende
Druckdifferenz im Stößelkreis 13 und
die daraus resultierende Kraft für die Öffnungsbewegung
kann dabei durch entsprechende Auslegung des Druckspeichers 16 erreicht werden, Änderungen
der Stößelmasse,
z. B. nach einem Wechsel des Umformwerkzeuges 4, können durch
eine entsprechende Änderung
des Druckes im Stößelkreis 13 kompensiert
werden, weiterhin verursacht diese Druckänderung bei konstanter Stößelmasse
eine Verschiebung der Gleichgewichtsposition. Der selbe Effekt lässt sich,
beispielsweise bei gleichen Wirkflächen von Stößelzylinder 6 und
Gegenhaltezylinder 9, auch durch einen entsprechenden Unterschied
der Wirkflächen
der beweglichen Trennelemente 18 erreichen.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Presse
ist in dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 dargestellt.
Diese ist hier mit einem Umformwerkzeug 4 für das kombinierte Schnitt-Zug-Verfahren ausgerüstet, die
Ziehmatrize 4c dient hierbei gleichzeitig als Schneidstempel, während das
Unterwerkzeug 4a die Funktion von Schneidmatrize und Blechhalter übernimmt.
Im Pressenbett befindet sich die Zieheinrichtung 33, welche hier
als Differentialzylinder dargestellt ist, wobei dieser über die
Kolbenstange mit dem Ziehstempel 34 verbunden ist, die
Ansteuerung erfolgt über
das zugeordnete Wege ventil 35, die in den anderen Ausführungsbeispielen
dargestellten Zusatzeinrichtungen wie aktive Parallelregelung 25, 26,
Sperrventile 24 für die
Gegenhaltezylinder 9 usw. sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt, dafür
aber eine zusätzliche
hydraulische Einrichtung zur Schnittschlagdämpfung, bestehend aus den beiden Schleichgangventilen 37 zur
Volumenstrombegrenzung und den zugeordneten Druckbegrenzungsventilen 38.
Im abgeschalteten Zustand ermöglichen
die Schleichgangventile 37 freien Volumenstrom in beide Richtungen
und haben keinen Einfluss auf den Betrieb. Werden diese aber, z.
B. vor der Einleitung des Schnittvorganges, eingeschaltet, so begrenzen
diese unabhängig
von der Druckdifferenz den Volumenstrom von den Gegenhaltezylindern 9 zu
den hydraulischen Koppelvorrichtungen 17 auf den eingestellten Wert,
der dabei möglichst
knapp über
dem für
die entsprechende Schnittgeschwindigkeit benötigten Volumenstrom liegen
sollte. Findet nun der Materialabriss statt, so führt die
Differenz zwischen Schließkraft
und Gegenhaltekraft zu einer Beschleunigung des Stößels 2 und
damit zu einer Erhöhung
des Volumenstromes von den Gegenhaltezylindern 9 zu den
hydraulischen Koppelvorrichtungen 17. Aufgrund der Volumenstrombegrenzung
durch die Schleichgangventile 37 erhöht sich nun der Druck in den
Gegenhaltezylindern 9 bis auf den an den Druckbegrenzungsventilen 38 eingestellten
Wert, liegt dieser bei den hier angenommenen Flächenverhältnissen über dem Druck im Stößelkreis 13 übersteigt
die Gegenhaltekraft die Schließkraft,
und der Stößel 2 wird
solange kontrolliert abgebremst bis der durch die Stößelgeschwindigkeit
verursachte Volumenstrom den an den Schleichgangventilen 37 eingestellten
Wert wieder unterschreitet. Hierbei haben die in den hydraulischen
Koppelvorrichtungen 17 sowie in den Druckmittelleitungen
zwischen den Ventilen 37, 38 und den hydraulischen
Koppelvorrichtungen 17 vorhandene Druckflüssigkeitsvolumina
keinen Einfluss auf die Höhe
der Schnittschlagenergie. Um die effektiven Kompressionsvolumina
so gering wie möglich zu
halten sollten dabei die Ventile 37, 38 über möglichst
kurze Druckmittelleitungen mit den Gegenhaltezylindern 9 verbunden
sein, vorzugsweise sollten daher jedem Gegenhaltezylinder 9a, 9b eigene
Ventile 37, 38 zugeordnet werden, der Druckaufbau
in den Gegenhaltezylindern 9 und damit die Verzögerung des
Stößels 2 geschieht
somit fast unmittelbar nach dem Materialabriss. Besonders vorteilhaft
ist diese Art der Schnittschlagdämpfung
wenn nach dem Schneiden noch weitere Umformvorgänge erfolgen sollen, wie z.
B. hier das Tiefziehen, oder wenn der benötigte Hub, z. B. aufgrund von
Transfervorgängen,
relativ lang ist und somit das in den Gegenhaltezylindern 9 und
den damit verbundenen Druckräumen
befindliche Druckflüssigkeitsvolumen
relativ groß ist,
der Schneidvorgang aber erst gegen Ende des Hubes stattfindet. Das
hier beschriebene System zur Schnittschlagdämpfung läßt sich dabei auch besonders
vorteilhaft in Verbindung mit dem im Ausführungsbeispiel gemäß 2 beschriebenen
mechanischen Antrieb 28 der erfindungsgemäßen Presse einsetzen.
-
Weiterhin
ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der kolbenseitige
Druckraum der Ziehein richtung 33 mit dem Ringraum der Vorrichtung
zur Kompensation der Stempelkraft 36 verbunden, diese ist
hier als Differentialzylinder ausgeführt wobei der Kolben 36a mit
der gemeinsamen Kolbenstange 19 der hydraulischen Koppelvorrichtungen 17 verbunden
ist, der kolbenseitige Druckraum der Vorrichtung zur Kompensation
der Stempelkraft 36 ist dabei mit der umgebenen Atmosphäre verbunden und
kann daher kräftemäßig vernachlässigt werden.
-
Gemäß der Darstellung
hat der Schneidvorgang mittels der Gegenhaltezylinder 9 bereits
stattgefunden, die ausgeschnittene Ronde 5a befindet sich
zwischen der Ziehmatrize 4c und dem als Blechhalter dienenden
Unterwerkzeug 4b. Zur einfacheren Erklärung wird hier davon ausgegangen,
das die Kolben 18a, 18b, 36a gleiche
Ringflächen
haben, die Summe der Wirkflächen
der Gegenhaltezylinder 9 in Gegenhalterichtung gleich der
Wirkfläche
des Stößelzylinders 6 in
Schließrichtung
ist, sowie das die Wirkfläche
der Zieheinrichtung 33 in Ziehrichtung gleich der Hälfte der
Wirkfläche
des Stößelzylinders 6 in
Schließrichtung
ist. Bei fehlenden äußeren Kräften auf
die gemeinsame Kolbenstange 19 wirkt nun der Druck im Stößelkreis 13 über die
beweglichen Trennelemente 18 auf die Gegenhaltezylinder 9 und verursacht
dadurch ein Gegenhaltekraft gleicher Größe, während die auf den Stößel 2 wirkende
Gravitationskraft über
die Ziehmatrize 4c und die Ronde 5a in das Unterwerkzeug 4b und
somit in den Pressentisch 3 eingeleitet wird. Wird nun
durch entsprechende Ansteuerung des Wegeventils 35 der
Ziehvorgang eingeleitet, so bewegt die Zieheinrichtung 33 den
Ziehstempel 34 gegen die Ronde 5a, die dabei auftretenden
Umformkräfte
verursachen eine entsprechende Druckerhöhung in dem kolbenseitigen Druckraum
der Zieheinrichtung 33. Dieser Druck wirkt nun auch auf
die Ringfläche
des Kolbens 36a und erzeugt damit in der gemeinsamen Kolbenstange 19 eine
Kraft in Richtung d1 welche, bei weiterhin fehlender Einleitung
einer äußeren Kraft,
einen Druckabfall in den Gegenhaltezylinder 9 und somit eine
Verminderung der Gegenhaltekraft verursacht. Steigt der durch den
Ziehvorgang verursachte Druck in der Zieheinrichtung 33 dabei
beispielsweise auf den Wert des Druckes im Stößelkreis 13, so sinkt
bei den gegebenen Wirkflächen
der Druck in den Gegenhaltezylindern 9 auf die Hälfte des
Druckes im Stößelkreis 13,
wodurch die Gegenhaltekraft genau um die von der Zieheinrichtung 33 erzeugte
Stempelkraft vermindert wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil das der
Antriebszylinder 20 nur die zur Erzeugung der Blechhaltekräfte benötigte Kraft
erzeugen muss, die von der Zieheinrichtung 33 in den Stößel 2 eingeleitete
Kraft kann durch die Kraft auf den Kolben 36a kompensiert
werden. Hierbei kann auch, beispielsweise durch Vergrößerung der
Ringfläche
des Kolbens 36a, erreicht werden, das die durch den Druck in
der Zieheinrichtung 33 verursachte Verminderung der Gegenhaltekraft
größer als
die von der Zieheinrichtung erzeugte Stempelkraft ist, dadurch übt der Stößel 2 während des
Ziehvorganges zusätzlich
eine der Stempelkraft proportionale Blechhaltekraft auf die Ronde 5a aus,
ohne das hierbei die Einleitung einer äußeren Kraft durch den Antriebszylinder 20 erforderlich
ist. Können
die gefertigten Teile aufgrund ihrer Geometrie durch die Ziehmatrize 4c durchgezogen
werden und erlaubt das verwendete Um formwerkzeug 4 die
seitliche Entnahme der fertiggezogenen Teile, wie hier durch den
Ausschnitt im Oberwerkzeug 4a angedeutet, so kann bei entsprechender
Auslegung des Hubes der Gegenhaltezylinder 9 der gesamte,
für den
Blechvorschub, den Schneidvorgang sowie den Aufbau der Blechhaltekraft
benötigte
Hub durch diese erfolgen, der Druck im Stößelzylinder 6 muss
somit zwischen den einzelnen Hüben nicht
ab- und aufgebaut werden, dadurch entfallen die sonst auftretenden
Kompressions- und Dekompressionszeiten sowie Energieverluste. Wird
weiterhin die im Ausführungsbeispiel
gemäß 1 dargestellte
aktive Parallelregelung 25, 26 verwendet, so kann diese
hier zur dazu verwendet werden die Drücke und damit die Blechhaltekräfte in einzelnen
Gegenhaltezylindern 9a, 9b bzw. Gruppen von Gegenhaltezylindern
gezielt zu verändern
und somit beispielsweise das Tiefziehen von asymmetrischen Teilen
zu ermöglichen.
Hierbei sind aufgrund der kleinen Kompressionsvolumina schnelle
Druckänderungen
bei kleinen Volumenströmen
möglich.
Die hier dargestellte Presse kann somit, bei entsprechender Auslegung
der hydraulischen Steuerung 35 für die Zieheinrichtung 33 und
des Hubes des Stößelzylinders 6,
sowohl für
das konventionelle Tiefziehen mit passivem Ziehkissen, dem Tiefziehen
im Gegenzugverfahren mit aktivem Ziehkissen, dem Tiefziehen im Schnitt-Zug-Verfahren,
sowie für
den Betrieb von Schneid-, Stanz-, Verbund-, Folgeverbundwerkzeugen
usw. verwendet werden, wobei sie in allen Anwendungsbereichen eine
hohe Effizienz, einen hohen Ausstoß, eine gute Zugänglichkeit
der Umformwerkzeuge 4 sowie eine hohe Flexibilität hinsichtlich der
zulässigen
Einbauhöhen
der Umformwerk zeuge 4 gewährleistet.
-
4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Presse bei der die schnelle Schließ- und Öffnungsbewegung des Stößels 2 ohne
Einleitung einer äußeren Kraft
auf die hydraulischen Koppelvorrichtungen 17 erfolgen kann.
Die Erzeugung der äußeren Kraft
erfolgt hier, wie bei den Ausführungsbeispielen
gemäß 1 und 3,
durch einen hydraulischen Antriebszylinder 20. Zusätzlich verfügt dieses
Ausführungsbeispiel
noch über
Hilfszylinder 39, die hier als einfach wirkende Zylinder
dargestellt sind und die eine der Schließkraft entgegenwirkende Kraft
in den Stößel 2 einleiten
können
und welche sich bevorzugter Weise in den Eckbereichen des Pressentisches befinden
sollten. Entspricht dabei der Hub der Hilfszylinder 39 dem
Hub des Stößelzylinders 6 können der
Kolbenstangen fest mit dem Stößel 2 verbunden werden,
im konventionellen Betrieb der Presse können diese dann auch die Funktion
der Ringraumseite des Stößelzylinders 6 übernehmen,
so das dieser dann als einfach wirkender Zylinder ausgeführt werden
kann. Weiterhin verfügt
das Ausführungsbeispiel über ein
zusätzliches
Nachsaugventil 41, welches mit der Ringraumseite des Antriebszylinders 20 verbunden
ist. Die beiden Nachsaugventile 23, 41 sind hierbei
hydraulisch entsperrbar, die Steueranschlüsse zur Entsperrung der Nachsaugventile 23, 41 sowie die
kolbenseitigen Druckräume
der Hilfszylinder 39 sind dabei mit einem zugeordneten
Wegeventil 40 verbunden. Im hier dargestellten Ruhezustand
befindet sich der Stößel 2 in
der geöffneten
Position, das Wegeventil 40 sowie das Regelventil 21 befinden sich
in der Mittelstellung, die Steueranschlüsse der Nachsaugventile 23, 41 sind
somit mit dem Tank verbunden, wodurch diese gesperrt sind. Die auf
den Stößel 2 wirkende
Gravitationskraft verursacht wieder eine Druckerhöhung in
den Gegenhaltezylindern 9, die dadurch auf die gemeinsame
Kolbenstange 19 ausgeübte
Kraft in Richtung d1 führt
zu einer entsprechenden Druckerhöhung
in der gesperrten Ringraumseite des Antriebszylinders 20,
der Stößel 2 wird
dadurch in der geöffneten
Position gehalten. Wird nun das Wegeventil 40 in Stellung
a gebracht, so wird der Steueranschluss des Nachsaugventils 41 mit
Druck beaufschlagt und dieses dadurch entsperrt. Die auf die gemeinsame
Kolbenstange 19 wirkende Kraft verschiebt diese nun in
Richtung d1, die Druckflüssigkeit
aus der Ringraumseite des Antriebszylinders 20 wird dabei über das
entsperrte Nachsaugventil 41 in den Tank verdrängt, während das
auf der Kolbenseite benötigte
Druckflüssigkeitsvolumen über das
Nachsaugventil 23 dem Tank entnommen wird, das aus den
Hilfszylindern 39 verdrängte
Druckflüssigkeitsvolumen
wird hierbei über
das Wegeventil 40 dem Tank zugeführt. Der Stößel 2 bewegt sich
nun solange in Schließrichtung
bis die auf ihn wirkende Gravitationskraft über das Umformwerkzeug 4 und das
Werkstück 5 in
den Pressentisch 3 eingeleitet wird. Anschließend kann
der Umformvorgang erfolgen, wobei durch entsprechende Ansteuerung
des Regelventils 21 der Antriebszylinder 20 die
für den Umformvorgang
benötigte
Kraft in Richtung d1 in die gemeinsame Kolbenstange 19 einleitet.
Zum schnellen Öffnen
wird nun das Wegeventil 40 in Stellung b gebracht, dadurch
werden sowohl die Hilfszylinder 39 als auch der Steueranschluss
des Nachsaugventils 23 mit Druck be aufschlagt, wodurch
dieses entsperrt wird. Die von den Hilfszylindern 39 in
den Stößel 2 eingeleitete
Kraft muss nun sowohl die auf den Stößel 2 wirkende Gravitationskraft,
die Reibungskraft der Stößelführungen
sowie eventuell benötigte Abstreifkräfte überwinden,
weiterhin muss diese noch zusätzlich
zu einem ausreichend hohen Druckabfall in den Gegenhaltezylinder 9 führen. Durch
die daraus entstehende Druckdifferenz an den beweglichen Trennelementen 18 leiten
diese eine in Richtung d2 wirkende Kraft in die gemeinsame Kolbenstange 19 ein,
bei der daraus resultierenden Verschiebung wird die auf der Kolbenseite
des Antriebszylinders 20 befindliche Druckflüssigkeit über das entsperrte
Nachsaugventil 23 in den Tank verdrängt, während das auf der Ringraumseite
benötigte
Druckflüssigkeitsvolumen über das
Nachsaugventil 41 dem Tank entnommen wird. Vorteilhaft
ist hierbei das bei einem gegebenen Volumenstrom die Öffnungsgeschwindigkeit
des Stößels nicht
von der Ringfläche des
Antriebszylinders 20 abhängt, und diese somit möglichst
groß ausgelegt
werden kann um beispielsweise eine möglichst hohe Kraft zur Schnittschlagdämpfung in
die gemeinsame Kolbenstange 19 einzuleiten, die Kolbenflächen der
Hilfszylinder 39 müssen
dabei nur für
die für
den Öffnungsvorgang benötigte Kraft
ausgelegt werden und ermöglichen so
eine hohe Öffnungsgeschwindigkeit.
Weiterhin kann die Öffnungsbewegung
wahlweise über
den Antriebszylinder 20 oder die Hilfszylinder 39 erfolgen, somit
kann die verfügbare
Rückzugskraft
des Stößels 2 an
den jeweiligen Umformprozess angepasst werden.
-
Grundsätzlich kann
hierbei die Funktion der Hilfs zylinder 39 auch von der
Ringraumseite des Stößelzylinders 6 übernommen
werden, wobei diese bei geschlossenen Differential-Sperrventil 11 mit
dem entsprechenden Anschluss des Wegeventils 40 verbunden
wird, wodurch sich ein einfacherer Aufbau der in diesem Ausführungsbeispiel
dargestellten erfindungsgemäßen Presse
erreichen lässt.
Allerdings verringert sich hierbei während des Öffnungsvorganges die von dem
Stoßelzylinder 6 in
den Stößel 2 eingeleitete
Schließkraft
um den Betrag der für
die Öffnungsbewegung
benötigten
Kraft, dadurch ändert sich
auch die auf den Pressenrahmen 1 wirkende Kraft, was zu
entsprechenden elastischen Formänderungen
des Pressenrahmens 1 führt.
-
Auch
andere als in den hier dargestellten Ausführungsbeispielen dargestellte
Antriebsarten können
zur Erzeugung der äußeren Kraft
genutzt werden, z. B. Linearmotoren, hierbei ist besonders das hydraulische Übersetzungsverhältnis zwischen den
beweglichen Trennelementen 18 und den Gegenhaltezylindern 9 von
Vorteil, wodurch z. B. auf die beweglichen Trennelemente 18 wirkende
kleine Kräfte
bei großem
Hub eine große
Umformkraft bei entsprechend kleinem Hub erzeugen können. Weiterhin kann
die Einleitung der äußeren Kraft
auf die beweglichen Trennelemente 18 nicht nur mechanisch,
sondern auch anderweitig, z. B. magnetisch oder elektromagnetisch,
erfolgen. Die für
die Stößelbewegung benötigten Volumenänderungen
in den mit der hydraulischen Koppelvorrichtung 17 verbundenen Druckräumen kann
dabei auch durch eine elastische Verformung des beweglichen Trennelementes 18,
z. B. einer druckfesten Membran, oder aber durch eine Drehbewegung,
z. B. einer Flügelzelle,
erreicht werden, im letzten Fall erfolgt dabei die Einleitung der äußeren Kraft
auf die beweglichen Trennelemente 18 durch Einleitung eines
Drehmomentes auf die Antriebswelle. Hierbei muss die für die Bewegung
des Stößels 2 benötigte Änderung
des Druckflüssigkeitsvolumens
in Stößelzylinder 6 und
Gegenhaltezylindern 9 nicht alleine auf einer entsprechenden
Volumenänderung
der Druckräume
in der hydraulischen Koppelvorrichtung 17 begründet sein,
dies kann auch durch einen Austausch von Druckflüssigkeit zwischen den Druckräumen erreicht
werden, hierbei kann die hydraulische Koppelvorrichtung 17 beispielsweise
als Zahnrad- oder Axialkolbenpumpe ausgeführt sein. Die erfindungsgemäße Presse
kann außerdem
anstelle von Flüssigkeiten
auch mit anderen Druckmitteln betrieben werden, z. B. mit Gasen oder
Gasgemischen. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich
hierbei, wenn der Antrieb des Stößelzylinders 6 pneumatisch
erfolgt, das in den Gegenhaltezylindern 9 und den damit
verbundenen Druckräumen
befindliche Druckmittel eine Flüssigkeit ist,
sowie der Erzeugung der äußeren Kraft
im Kurzhub-Betrieb über
einen mechanischen Antrieb 28 gemäß des in 2 dargestellten
Ausführungsbeispieles
erfolgt. Bei entsprechender Auslegung des Stößelzylinders 6 steht
somit ein großer
Verfahrweg für den
Stößel 2 zur
Verfügung,
wodurch sich eine gute Zugänglichkeit
der Umformwerkzeuge 4 sowie einen großer Bereich für die zulässige Einbauhöhe ergibt. Nach
dem Einleiten des Kurzhub-Betriebes und erfolgtem Druckaufbau im
Stößelkreis 13 wird
nun aufgrund der hermetisch abgeschlossenen Druckräume keine
weitere Druckmittel zufuhr benötigt,
der Stößelantrieb
kann dabei alleine durch den mechanischen Antrieb 28 erfolgen
ohne das hierbei pneumatische Ventile notwendig sind, eine Hydropumpe 8, 14 wird ebenfalls
nicht benötigt.
-
Aufgrund
der geringen Kompressibilität
der Druckflüssigkeit
in den Gegenhaltezylindern 9 und den damit verbundenen
Druckräumen
arbeitet die Presse dabei hocheffizient und kann mit hohen Hubzahlen
betrieben werden, weiterhin kann die im Ausführungsbeispiel gemäß 1 beschriebene
passive Parallelregelung zum Einsatz kommen. Die Erfindung ist nicht
auf die hier beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sie umfasst auch alle fachmännischen
Ausgestaltungen im Rahmen des geltenden Anspruches 1.
-
- 1
- Pressenrahmen
- 2
- Stößel
- 3
- Pressentisch
- 4
- Umformwerkzeug
- 4a
- Werkzeugoberteil
- 4b
- Werkzeugunterteil
- 4c
- Ziehmatrize
- 5
- Werkstück
- 5a
- Ronde
- 6
- Stößelzylinder
- 7
- konventionelle
hydraulische Pressensteuerung (vereinfacht)
- 8
- Hauptpumpe
- 9
- Gegenhaltezylinder
- 9a
- Gegenhaltezylinder
links
- 9b
- Gegenhaltezylinder
rechts
- 10
- Kraftübertragendes
Bauteil
- 11
- Differential-Sperrventil
- 12
- Haupt-Sperrventil
- 13
- Stößelkreis
- 14
- Speisepumpe
- 15
- Druckregeleinrichtung
- 16
- Druckspeicher
- 17
- hydraulische
Koppelvorrichtung (z. B. Hydraulikzylinder)
- 17a
- hydraulische
Koppelvorrichtung I
- 17b
- hydraulische
Koppelvorrichtung II
- 18
- bewegliches
Trennelement (z. B. Kolben)
- 18a
- bewegliches
Trennelement I
- 18b
- bewegliches
Trennelement II
- 19
- Vorrichtung
zur Einleitung einer äußeren Kraft
(z. B. gemeinsame Kolbenstange)
- 20
- Antriebszylinder
(hydraulischer Antrieb)
- 21
- Regelventil
Antriebszylinder
- 22
- Druckbegrenzungsventil
Antriebszylinder
- 23
- Nachsaugventil
Antriebszylinder (kolbenseitig)
- 24
- Sperrventil
Gegenhaltezylinder
- 25
- Kompensationszylinder
- 25a
- Kolben
Kompensationszylinder
- 25b
- Kolbenstange
Kompensationszylinder
- 26
- Regelventil
Kompensationszylinder
- 27
- ortsfestes
Lager
- 27a
- ortsfestes
Lager Exzenterrad
- 27b
- ortsfestes
Lager Kraftbegrenzungszylinder
- 28
- Exzenterantrieb
(mechanischer Antrieb)
- 28a
- Exzenterrad
- 28b
- Pleuelzapfen
- 28c
- Pleuelstange
- 28d
- Kreuzkopf
- 29
- Kraftbegrenzungszylinder
- 29a
- Kolbenstange
Kraftbegrenzungszylinder
- 30
- Druckbegrenzungsventil
Kraftbegrenzungszylinder
- 31
- Nachsaugventil
Kraftbegrenzungszylinder
- 32
- Wegeventil
Kraftbegrenzungszylinder
- 33
- Zieheinrichtung
- 34
- Ziehstempel
- 35
- Wegeventil
Zieheinrichtung
- 36
- Vorrichtung
zur Kompensation der Stempelkraft (z. B. Hydraulikzylinder)
- 36a
- Kolben
- 37
- Schleichgangventil
- 38
- Druckbegrenzungsventil
- 39
- Hilfszylinder
- 40
- Wegeventil
Hilfszylinder
- 41
- Nachsaugventil
Antriebszylinder (ringraumseitig)