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Die vorliegende Erfindung betrifft eine CNC-Stanzmaschine mit einem Maschinenrahmen, einer darauf angeordneten Werkstückaufnahme, einem zweiteiligen, ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug umfassenden Stanzwerkzeug, einer auf das Oberwerkzeug wirkenden elektrohydraulischen Antriebseinheit und einer auf die Antriebseinheit wirkenden numerischen Steuerung, wobei das Oberwerkzeug mittels der Antriebseinheit gemäß einem in der numerischen Steuerung hinterlegten Stanzprogramm längs der in z-Richtung verlaufenden Arbeitsachse auf und ab bewegbar ist.
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Stanzmaschinen der vorstehend angegebenen Art, bei denen es sich im Sinne eines breiten Verständnisses der vorliegend verwendeten Terminologie um Stanzmaschinen im weiteren Sinne, d. h. insbesondere einschließlich so genannter Nibbelmaschinen handeln kann, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Zum Stand der Technik, namentlich auch was die Ausführung der hydraulischen Antriebseinheit betrifft, wird insbesondere verwiesen auf die
DE 20122687 U1 , die
DE 3221758 A1 , die
DE 3535258 A1 , die
GB 2197814 A , die
DE 4127753 A1 und die
DE 3438600 C2 .
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Gegenüber Stanzmaschinen mit rein mechanischer Antriebseinheit (zum Beispiel mittels Exzenter) zeichnen sich CNC-Stanzmaschinen mit einer elektrohydraulischen Antriebseinheit insbesondere dadurch aus, dass der Hub des Oberwerkzeugs – und ggf. auch dessen Bewegungsablauf (Bewegungsgeschwindigkeit) – innerhalb maschinenspezifischer Grenzen frei programmierbar ist. Dies ist im Hinblick auf eine effiziente Bearbeitung von Blech- und sonstigen Werkstücken ein bedeutsamer Gesichtspunkt; denn hierdurch lassen sich ineffiziente Leerhübe vermeiden. Bei typischen elektrohydraulischen Antriebseinheiten gattungsgemäßer Stanzmaschinen ist dabei ein doppelt wirkender Hydraulikzylinder vorgesehen, dessen Beaufschlagung mit Hydraulikflüssigkeit durch ein sog. Kopierventil gesteuert wird. Das Kopierventil wird dabei durch ein separates Mehrwegeventil gebildet, welches seinerseits durch einen elektromechanischen Wandler (z. B. einen Elektromagneten) verstellt wird. Typischerweise ist dabei eine Regelung der Antriebseinheit mit einer einen Aufnehmer, welcher die Stellung des Kolbens des Hydraulikzylinders erfasst, umfassenden (insbesondere mechanischen) Signalrückführung vorgesehen.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten CNC-Stanzmaschinen genügen nur noch eingeschränkt den zunehmend steigenden Anforderungen der Anwender, die insbesondere Wert auf höchste Leistung (z. B. Stanzkräfte bis zu oder sogar über 30 t), Wirtschaftlichkeit und Fertigungsgenauigkeit (Reproduzierbarkeit) legen, wobei unter den Aspekt der Wirtschaftlichkeit diverse Gesichtspunkte wie insbesondere Anschaffungs- und Wartungsaufwand, Betriebskosten, Zuverlässigkeit und Fertigungsgeschwindigkeit (z. B. bis zu oder sogar mehr als 20 Arbeitstakte pro Sekunde) fallen.
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Gegenüber dem vorstehend dargelegten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Stanzmaschine bereitzustellen, die in besonderer Weise den bestehenden anwenderseitigen technischen Anforderungen genügt, indem sie sich insbesondere durch die Möglichkeit hoher Stanzkräfte bei einer gleichzeitig besonders hohen Dynamik auszeichnet, wobei zusätzlich die Antriebseinheit für das Oberwerkzeug vergleichsweise robust, einfach und zuverlässig aufgebaut sein und sich die Stanzprogramme mit höchster Präzision technisch umsetzen lassen sollen.
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Die vorstehend angegebene Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch eine CNC-Stanzmaschine gemäß Anspruch 1 bzw. eine solche gemäß Anspruch 3 gelöst. Zur Lösung trägt also bei, dass bei einer gattungsgemäßen CNC-Stanzmaschine die Antriebseinheit einen von der numerischen Steuerung angesteuerten elektrischen Linear-Direktantrieb mit in z-Richtung verlaufender Motorachse und eine zwischen den Läufer des elektrischen Linear-Direktantriebs und das Oberwerkzeug geschaltete, an eine Druckmittelversorgung angeschlossene, einen Zylinder und einen Kolben aufweisende hydromechanische Verstärkerstufe umfasst, wobei der Läufer des elektrischen Linear-Direktantriebs unmittelbar auf einen zumindest teilweise im Inneren des Kobens der hydromechanischen Verstärkerstufe angeordneten, in einer Führungsbohrung in z-Richtung verschiebbar geführten Steuerschieber wirkt, der zwei erste Steuerkanten aufweist, welche zur Ausbildung einer hydraulischen Folgeregelung mit korrespondierenden, an der Führungsbohrung ausgebildeten zweiten Steuerkanten zusammenwirken. Eines der für die erfindungsgemäße Stanzmaschine besonders charakteristischen Merkmale besteht somit darin, dass in Kombination miteinander zusammenwirkend, aufeinander abgestimmt eine hydromechanische Verstärkerstufe, deren Kolben auf das Oberwerkzeug wirkt, und eine Eingangsstufe in Form eines echten elektrischen Linear-Direktantriebs, d. h. eines echten Linearmotors, vorgesehen sind, dessen Läufer (Linearaktor bzw. Lineator) direkt auf einen zumindest teilweise im Inneren des Kobens der hydromechanischen Verstärkerstufe angeordneten, in einer Führungsbohrung in z-Richtung verschiebbar geführten Steuerschieber wirkt.
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Der Steuerschieber weist zwei erste Steuerkanten auf, welche mit an der Führungsbohrung ausgebildeten zweiten Steuerkanten zusammenwirken, wobei infolge des Zusammenwirkens der ersten und der zweiten Steuerkanten im Sinne einer hydraulischen Folgeregelung eine Verschiebung des Steuerschiebers in z-Richtung im Ergebnis – unmittelbar oder mittelbar (s. u.) – eine Verstellung des Kolbens der hydromechanischen Verstärkerstufe um den identischen Weg nach sich zieht. Die Verschiebung des Steuerschiebers mittels des elektrischen Linear-Direktantriebs längs der z-Richtung wird somit 1:1 in eine entsprechende, der Richtung und dem Betrag nach identische Bewegung des Kolbens der hydromechanischen Verstärkerstufe umgesetzt. Als Ergebnis hiervon zeichnen sich erfindungsgemäße Stanzmaschinen insbesondere durch einen vergleichsweise einfachen und robusten Aufbau und eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb aus. Zugleich können sie außerordentlich kompakt sein und besonders präzise arbeiten; denn insbesondere ist keinerlei Signalrückführung, die sich sowohl im Hinblick auf die Dynamik des möglichen Stanzprogramms als auch im Hinblick auf dessen Präzision nachteilig auswirken kann, erforderlich. Vielmehr wird das in der numerischen Steuerung hinterlegte Stanzprogramm unmittelbar, das heißt ohne eine Signalrückführung im Sinne eines Regelkreises, in eine Bewegung des Steuerschiebers und eine dieser 1:1 folgende Bewegung des Kolbens der hydromechanischen Verstärkerstufe umgesetzt.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kommen durchaus unterschiedliche Ausgestaltungen der hydromechanischen Verstärkerstufe in Betracht. Insbesondere kann die hydromechanische Verstärkerstufe einstufig (vgl. Anspruch 1) oder aber auch zweistufig (vgl. Anspruch 2) ausgeführt sein. Bei einer einstufigen Ausführung der hydromechanischen Verstärkerstufe sind, wie in Anspruch 1 dargelegt, die zweiten Steuerkanten kolbenfest angeordnet. Auf diese Weise folgt der Kolben der hydromechanischen Verstärkerstufe unmittelbar der Bewegung des Steuerschiebers. Weiterhin ist dabei die Führungsbohrung, in welcher der Steuerschieber geführt ist, zweiteilig ausgeführt mit einem zylinderfesten ersten Abschnitt und einem kolbenfesten zweiten Abschnitt. Verglichen mit einer einteiligen Führungsbohrung lässt sich auf diese Weise die Gesamtlänge der Führungsbohrung substantiell reduzieren. Dies führt gleichzeitig zu einer Verringerung der gesamten Abmessungen der hydromechanischen Verstärkerstufe und zu einer Reduktion der bewegten Massen. Weiterhin ergeben sich bedeutende fertigungstechnische Vorteile. Besonders günstig ist dabei, wenn der erste Abschnitt der Führungsbohrung in einer in den Zylinder eingesetzten Führungshülse ausgeführt ist, welche ggf. durch Veränderung ihrer Stellung zum Zylinderbauteil in einem begrenzten Maße betriebsbedingte Verformungen und/oder herstellungsbedingte Fertigungstoleranzen ausgleichen kann.
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Ist die hydromechanische Verstärkerstufe demgegenüber, wie in Anspruch 3 angegeben, zweistufig ausgeführt, so stellt der – von dem elektrischen Linear-Direktantrieb betätigte – Steuerschieber einen Vorsteuerschieber dar, und die zweiten Steuerkanten sind an einer in dem Kolben längs der Arbeitsachse verschiebbar geführten Steuerhülse ausgeführt, die ihrerseits zwei dritte Steuerkanten aufweist, welche zur Ausbildung einer hydraulischen Folgeregelung mit zwei korrespondierenden vierten Steuerkanten des Kolbens zusammenwirken. Bei dieser Ausgestaltung folgt der Kolben der hydromechanischen Verstärkerstufe der Bewegung des Steuerschiebers nur mittelbar, indem die Steuerhülse der Bewegung des Steuerschiebers folgt und der Kolben der Bewegung der Steuerhülse. Die miteinander zusammenwirkenden ersten und zweiten Steuerkanten steuern auf diese Weise nur einen vergleichsweise geringen Durchfluss an Hydraulikflüssigkeit, nämlich jenen Volumenstrom, der für die Verstellung der Steuerhülse erforderlich ist. Der zur Verstellung des Kolbens der hydromechanischen Verstärkerstufe dienende Volumenstrom wird demgegenüber durch die miteinander zusammenwirkenden dritten und vierten Steuerkanten gesteuert. Auch bei dieser Ausführungsform ist wiederum der Steuerschieber in einer zweiteiligen Führungsbohrung geführt, wobei hier ein erster zylinderfester Abschnitt und ein steuerhülsenfester zweiter Abschnitt vorgesehen sind. Der erste Abschnitt der Führungsbohrung kann wiederum bevorzugt in einer in den Zylinder eingesetzten Führungshülse ausgeführt sein.
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Eine erste bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Stanzmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass der Stator des elektrischen Linear-Direktantriebs fest mit einer Stirnwand des Zylinderbauteils der hydromechanischen Verstärkerstufe verbunden ist. Die besonderen Vorteile dieser Weiterbildung bestehen in einen besonders kompakten Aufbau und einer höchsten Präzision der Maschine; denn durch den unmittelbaren Anbau des Stators des elektrischen Linear-Direktantriebs an die Stirnwand des Zylinders der hydromechanischen Verstärkerstufe ergeben sich extrem kurze Lastwege und lassen sich Einflüsse, welche sich nachteilig auf die Präzision der Maschine auswirken könnten, weitgehend vermeiden. Dies gilt namentlich dann, wenn, gemäß einer abermals bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, der Läufer des elektrischen Linear-Direktantriebs über eine die Stirnwand des Zylinders durchdringende Koppelstange fest mit dem Steuerschieber verbunden ist.
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Die vorstehend beschriebene Koppelstange, welche den Läufer des elektrischen Linear-Direktantriebs mit dem Steuerschieber fest verbindet, durchsetzt dabei besonders bevorzugt einen im wesentlichen mit dem Rücklaufdruck beaufschlagten Niederdruckraum des Zylinders der hydromechanischen Verstärkerstufe. Auf diese Weise werden an die Abdichtung der Koppelstange gegenüber dem Zylinderbauteil nur vergleichsweise geringe Anforderungen gestellt.
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Dementsprechend wirken im Bereich der Abdichtung keine nennenswerten Reibungskräfte auf die Koppelstange, was sich sowohl im Hinblick auf die Dynamik der Stanzmaschine als auch im Hinblick auf deren Präzision (Reproduzierbarkeit) günstig auswirkt.
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Bei einer insoweit besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist im Bereich der Durchführung der Koppelstange durch die Stirnwand des Zylinders überhaupt keine Abdichtung vorgesehen. Vielmehr ist hier der Läufer des elektrischen Linear-Direktantriebs in einer mit dem Zylinderbauteil der hydromechanischen Verstärkerstufe dichtend verbundenen, den Stator des elektrischen Linear-Direktantriebs durchsetzenden Büchse aufgenommen, deren Innenraum an einen Hydraulikflüssigkeit enthaltenden Niederdruckraum der hydromechanischen Verstärkerstufe angeschlossen ist. Dabei entsteht ein – gegebenenfalls durch die oszillierende Bewegung der Koppelstange unterstützter – Austausch der Hydraulikflüssigkeit zwischen dem Niederdruckraum der hydromechanischen Verstärkerstufe und der genannten, den Läufer des elektrischen Linear-Direktantriebs umgebenden Büchse, wodurch sich eine wirksame Kühlung des elektrischen Linear-Direktantriebs durch die ständig erneuerte Hydraulikflüssigkeit bewirken lässt. Letzteres gilt insbesondere dann, wenn die genannte Büchse wärmeleitend in dem Stator des elektrischen Linear-Direktantriebs aufgenommen ist. Indem sich auf diese Weise Temperaturschwankungen bei dem elektrischen Linear-Direktantrieb auf ein Minimum reduzieren lassen, wird wiederum die Reproduzierbarkeit und somit die Präzision der Antriebseinheit der Stanzmaschine erhöht. Gleichzeitig lassen sich vergleichsweise kompakte Komponenten einsetzen, was nicht nur im Hinblick auf den benötigten Bauraum günstig ist, sondern vielmehr auch im Hinblick auf die Dynamik der Maschine, weil sich die bewegten Massen minimieren lassen. Ein ähnlicher Effekt lässt sich erreichen, wenn – statt (nur) den Läufer des elektrischen Linear-Direktantriebs in der vorstehend erläuterten Weise in einer mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Büchse aufzunehmen – der elektrische Linear-Direktantrieb insgesamt in einem mit dem Zylinderbauteil der hydromechanischen Verstärkerstufe dichtend verbundenen Gehäuse eingehaust ist, dessen Innenraum an einen Hydraulikflüssigkeit enthaltenden Niederdruckraum der hydromechanischen Verstärkerstufe angeschlossen ist.
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Gemäß einer abermals anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rücklauf-Anschluss der hydromechanischen Verstärkerstufe im Bereich der Stirnwand des Zylinderbauteils angeordnet ist, wobei der Steuerschieber der hydromechanischen Verstärkerstufe von deren Rücklaufstrom durchströmt ist. Die besonderen Vorteile dieser Gestaltung liegen einerseits in einer besonders geringen Bauhöhe der hydromechanischen Verstärkerstufe und den hierdurch minimierten bewegten Massen und andererseits darin, dass sich im Sinne der weiter oben erläuterten Gestaltung mit minimalem Aufwand realisieren lässt, dass die Koppelstange einen im wesentlichen mit dem Rücklaufdruck beaufschlagten Niederdruckraum des Zylinders der hydromechanischen Verstärkerstufe durchsetzt.
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Bei einer zweistufigen Ausführung der hydromechanischen Verstärkerstufe sind bevorzugt zwei Anschläge vorgesehen, welche die Bewegung der Steuerhülse relativ zum Kolben in Richtung der Arbeitsachse auf einen bestimmten Anteil des maximalen Arbeitshubes des Kolbens begrenzen. Solche Anschläge sind insoweit besonders vorteilhaft, als sie (bei einem vorgegeben maximalen Hub des Kolbens) eine kürzere Baulänge der hydromechanischen Verstärkerstufe ermöglichen, verglichen mit einer Ausführungsform ohne derartige Anschläge. Im Hinblick auf diese Funktion kann beispielsweise der gesamte Bewegungsbereich der Steuerhülse relativ zum Kolben auf einen Anteil von 5% bis 25%, besonders bevorzugt 10% bis 15% des vorgegebenen maximalen Hubes des Kolbens begrenzt werden, so dass beispielsweise bei einem auf 40 mm ausgelegten maximalen Kolbenhub die Steuerhülse aus einer Nullstellung, in welcher die dritten und vierten Steuerkanten idealerweise zueinander fluchten, heraus in beiden Richtungen um jeweils 2,5 mm (6,25% des Kolbenhubes) relativ zum Kolben bewegt werden kann. Im Bedarfsfalle kann auch eine asymmetrische Begrenzung der Bewegungsmöglichkeit der Steuerhülse relativ zum Kolben mittels der genannten Anschläge vorgesehen sein.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von vier in der Zeichnung veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen
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1 einen schematischen Schnitt durch eine gemäß einer ersten Ausführungsform ausgeführte Antriebseinheit einer erfindungsgemäßen Stanzmaschine,
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1a ein Detail-Ausschnitt der 1,
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2 das in 1 schematisch illustrierte Ausführungsbeispiel der Antriebseinheit einer Stanzmaschine mit weiteren konstruktiven Details,
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3 einen Schnitt durch eine gemäß einer zweiten Ausführungsform ausgeführte Antriebseinheit einer erfindungsgemäßen Stanzmaschine,
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4 einen Schnitt durch eine gemäß einer dritten Ausführungsform ausgeführte, eine zweistufige hydromechanische Verstärkerstufe aufweisende Antriebseinheit einer erfindungsgemäßen Stanzmaschine,
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4a und 4b Detail-Ausschnitte der 4 und
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5 einen Schnitt durch eine gemäß einer vierten Ausführungsform ausgeführte, eine zweistufige hydromechanische Verstärkerstufe aufweisende Antriebseinheit einer erfindungsgemäßen Stanzmaschine.
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Nachdem die erfindungsgemäße CNC-Stanzmaschine sich durch ihren auf das Oberwerkzeug wirkenden Antrieb auszeichnet, im übrigen indessen in als solches bekannter Weise konventionell ausgeführt sein kann, beschränkt sich die nachfolgende Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung auf diesen für die vorliegende Erfindung relevanten Bereich. Im Hinblick auf die weitergehenden Gesichtspunkte der jeweiligen Stanzmaschine, von der der Zeichnung somit nur das Oberwerkzeug 1 und das Unterwerkzeug 2 gezeigt sind, wird auf den hinlänglich bekannten Stand der Technik verwiesen.
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Um das (in die Werkzeugaufnahme 0 eingesetzte) Oberwerkzeug 1 – zur Bearbeitung des Werkstücks W – gemäß einem in der numerischen Steuerung 3 hinterlegten Stanzprogramm längs der in z-Richtung 4 verlaufenden Arbeitsachse 5 auf und ab zu bewegen, ist eine elektrohydraulische Antriebseinheit 6 vorgesehen, welche auf das Oberwerkzeug 1 wirkt und auf die ihrerseits die numerische Steuerung 3 wirkt. Die elektrohydraulische Antriebseinheit umfasst als Hauptkomponenten eine Eingangsstufe in Form eines elektrischen Linear-Direktantriebs 7 und eine einen (zweiteiligen) Zylinder 8 und einen Kolben 9 aufweisende hydromechanische Verstärkerstufe 10. Der elektrische Linear-Direktantrieb 7, dessen Motorachse 11 in z-Richtung verläuft, ist dergestalt direkt von der numerischen Steuerung 3 angesteuert, dass sein Läufer 12 entsprechend der jeweiligen Ansteuerung durch die numerische Steuerung 3 eine definierte Stellung in z-Richtung einnimmt.
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Die – zwischen den Läufer 12 des elektrischen Linear-Direktantriebs 7 und das Oberwerkzeug 1 geschaltete – hydromechanische Verstärkerstufe 10 ist an eine Druckmittelversorgung 13 angeschlossen, welche in als solches bekannter Weise einen Motor 14, eine durch diesen angetriebene, Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank 15 ansaugende Pumpe 16, ein Rückschlagventil 17 und einen Druckspeicher 18 umfasst. Zwischen dem Zylinder 8 und dem Kolben 9 der hydromechanischen Verstärkerstufe 10 sind zwei Arbeitsräume definiert, nämlich ein ringförmiger erster Arbeitsraum 19 und ein – ebenfalls ringförmiger – zweiter Arbeitsraum 20. Der Kolben ist dabei in dem Sinne als Differentialkolben ausgeführt, als die in z-Richtung ermittelte, den ersten Arbeitsraum 19 begrenzende Gesamt-Stirnfläche 21 des Kolbens 9 wesentlich geringer ist als die – ebenfalls in z-Richtung ermittelte – den zweiten Arbeitsraum 20 begrenzende Gesamt-Stirnfläche 22 des Kolbens 9.
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In dem ersten Arbeitsraum 19 herrscht ständig der Betriebsdruck der Druckmittelversorgung 13. Demgegenüber ist der zweite Arbeitsraum 20, um eine Bewegung des Kolbens 9 längs der z-Richtung zu bewirken, wie nachfolgend im Detail beschrieben gesteuert entweder strömungstechnisch an die Druckmittelversorgung 13 anschließbar, so dass in ihm der Betriebsdruck der Druckmittelversorgung herrscht und der Kolben 9 mitsamt dem Oberwerkzeug 1 nach unten bewegt wird, oder aber strömungstechnisch an den Tank 15 anschließbar, wodurch in ihm der Rücklaufdruck herrscht und der Kolben 9 mitsamt dem Oberwerkzeug 1 nach oben bewegt wird. Zu diesem Zweck ist ein Steuerschieber 23 vorgesehen, der im Inneren des Kolbens 9 der hydromechanischen Verstärkerstufe 10 angeordnet und längs der Arbeitsachse 5, d. h. in z-Richtung verschiebbar ist. Der Steuerschieber 23 ist dabei in einer Führungsbohrung geführt, und zwar mit einem oberen Bund 24 in einem oberen, ersten Abschnitt 25 der Führungsbohrung und mit einem unteren Bund 26 in einem unteren, zweiten Abschnitt 27 der Führungsbohrung. Der erste Abschnitt 25 der Führungsbohrung ist dabei zylinderfest ausgeführt, indem er durch die Innenfläche 28 einer in den Zylinder 8 eingesetzten Führungshülse 29 gebildet ist. Der zweite Abschnitt 27 der Führungsbohrung ist demgegenüber kolbenfest ausgeführt, indem er durch die untere Innenfläche 30 einer in dem Kolben 9 angeordneten stufenförmigen Sackbohrung 31 gebildet ist. Im Ergebnis liegt auf diese Weise eine zweiteilige Führungsbohrung für den Steuerschieber 23 vor. Die Außenfläche 32 der Führungshülse 29 liegt demgegenüber dichtend in der oberen Innenfläche 33 der stufenförmigen Sackbohrung 31 des Kolbens 9 an.
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Durch den oberen Bund 24 und den unteren Bund 26 des Steuerschiebers 23, dessen zwischen dem oberen und dem unteren Bund liegende Außenfläche 34, die zwischen dem oberen und dem unteren Bund liegenden Abschnitte der Innenfläche 28 der Führungshülse 29 und der oberen Innenfläche 33 und der unteren Innenfläche 30 der Sackbohrung 31 sowie die Stirnfläche 53 der Führungshülse 29 und den Absatz 35 der Sackbohrung 31 ist ein Hochdruckraum 36 definiert. Dieser ist über eine Mehrzahl von Radialbohrungen 37, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine dargestellt ist, ständig mit dem ersten Arbeitsraum 19 verbunden, so dass in ihm ständig der Betriebsdruck der Druckmittelversorgung 13 herrscht. Im Hinblick auf die weiter unten erläuterte Funktionsweise ist die Projektion in z-Richtung der durch den Absatz 35 definierten Fläche des Hochdruckraumes 36 dabei wesentlich keiner als die Projektion in z-Richtung der den ersten Arbeitsraum 19 begrenzenden Stirnfläche 21 des Kolbens 9.
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An dem unteren Bund 26 des Steuerschiebers sind zwei erste Steuerkanten 38, nämlich eine obere erste Steuerkante 38a und eine untere erste Steuerkante 38b ausgebildet. Diese wirken mit zu ihnen korrespondierenden zweiten Steuerkanten 39, nämlich einer oberen zweiten Steuerkante 39a und einer unteren zweiten Steuerkante 39b, zusammen, welche an einer im Bereich der unteren Innenfläche 30 der Sackbohrung 31 in dem Kolben angeordneten Ringnut 40 ausgeführt sind. Die Ringnut 40 steht über eine Mehrzahl von Axialbohrungen 41, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine dargestellt ist, ständig mit dem zweiten Arbeitsraum 20 in Verbindung.
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Ein insbesondere durch den oberen Bund 24 des Steuerschiebers 23 und den oberhalb des oberen Bundes 24 des Steuerschiebers liegenden Bereich der Innenfläche 28 der Führungshülse 29 begrenzter Hohlraum 42 der hydromechanischen Verstärkerstufe 10 steht über eine Radialbohrung 43 mit einem im Bereich der Stirnwand 44 des Zylinders 8 angeordneten, mit dem Tank 15 verbundenen Rücklauf-Anschluss 45 für die Hydraulikflüssigkeit in Verbindung. Er stellt somit einen oberen Niederdruckraum 46 dar, in dem im Wesentlichen der Rücklaufdruck herrscht. Der Steuerschieber 23 ist in Längsrichtung durchbohrt; die entsprechende Längsbohrung 47, die über Durchbrüche 54 an den oberen Niederdruckraum 46 angeschlossen ist, mündet am unteren Ende des Steuerschiebers 23 in einen unteren Niederdruckraum 48, welcher insbesondere durch den unteren Bund 26 des Steuerschiebers 23, den unterhalb des unteren Bundes des Steuerschiebers liegenden Bereich der unteren Innenfläche 30 der Sackbohrung 31 und die Stirnfläche 49 der Sackbohrung 31 begrenzt ist. Auch im unteren Niederdruckraum 48 herrscht somit im Wesentlichen der Rücklaufdruck.
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Der Stator 52 des elektrischen Linear-Direktantriebs 7 ist fest mit der Stirnwand 44 des Zylinders 8 der hydromechanischen Verstärkerstufe 10 verbunden. Der elektrische Linear-Direktantrieb 7 ist weiterhin von einem an den Zylinder 8 dichtend angeschlossenen Gehäuse 49 umgeben. Der Läufer 12 des elektrischen Linear-Direktantriebs 7 ist über eine Koppelstange 50, welche die Stirnwand 44 des Zylinders 8 und den oberen Niederdruckraum 46 durchsetzt, fest mit dem Steuerschieber verbunden. Die in der Stirnwand 44 des Zylinders 8 vorgesehene Bohrung 51, durch welche hindurch die Koppelstange 50 aus dem Zylinder heraustritt, ist so bemessen, dass ein Austausch von Hydraulikflüssigkeit zwischen dem oberen Niederdruckraum 46 und dem Inneren des Gehäuses 49 möglich ist.
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Wird der elektrische Linear-Direktantrieb 7 von der Steuerung 3 so angesteuert, dass der Läufer 12 um ein in dem hinterlegten Stanzprogramm bestimmtes Maß nach unten bewegt wird, so wird diese Bewegung über die Koppelstange 50 identisch auf den Steuerschieber 23 übertragen. Hierdurch entsteht zwischen der oberen ersten Steuerkante 38a und der oberen zweiten Steuerkante 39a ein Ringspalt, durch welchen die Ringnut 40 mit dem Hochdruckraum 36 verbunden wird. Dementsprechend strömt Hydraulikflüssigkeit von dem Hochdruckraum über die Ringnut 40 und die Axialbohrungen 41 in den zweiten Arbeitsraum 20, wodurch der Kolben 8 abwärts bewegt wird. Die Bewegung des Kolbens 8 stimmt dabei identisch mit jenem Maß überein, um das der Steuerschieber 23 verschoben wurde; denn die Abwärtsbewegung des Kolbens endet, wenn die obere erste Steuerkante 38a und die obere zweite Steuerkante 39a wieder zueinander fluchten und den vorstehend beschriebenen Ringspalt wieder verschließen.
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Umgekehrt gilt: Wird der elektrische Linear-Direktantrieb von der Steuerung 3 so angesteuert, dass der Läufer 12 um ein in dem hinterlegten Stanzprogramm bestimmtes Maß nach oben bewegt wird, so wird diese Bewegung über die Koppelstange 50 identisch auf den Steuerschieber 23 übertragen. Hierdurch entsteht zwischen der unteren ersten Steuerkante 38b und der unteren zweiten Steuerkante 39b ein Ringspalt, durch welchen die Ringnut 40 mit dem unteren Niederdruckraum 48 verbunden wird. Dementsprechend erfolgt über die Axialbohrungen 41, die Ringnut 40, den unteren Niederdruckraum 48, die Längsbohrung 47 des Steuerschiebers 23, den oberen Niederdruckraum 46 und die Radialbohrung 43 ein Druckausgleich zwischen dem zweiten Arbeitsraum 20 und dem Rücklauf-Anschluss 45, so dass im zweiten Arbeitsraum 20 der Rücklaufdruck herrscht. Der Kolben 8 wird infolge des im ersten Arbeitsraum 19 herrschenden Betriebsdrucks der Druckmittelversorgung 13 nach oben verschoben. Die Bewegung des Kolbens 8 stimmt dabei identisch mit jenem Maß überein, um das der Steuerschieber 23 nach oben verschoben wurde; denn die Aufwärtsbewegung des Kolbens endet, wenn die untere erste Steuerkante 38b und die untere zweite Steuerkante 39b wieder zueinander fluchten und den vorstehend beschriebenen Ringspalt wieder verschließen. Die bei der entsprechenden Aufwärtsbewegung des Kolbens 8 aus dem zweiten Arbeitsraum 20 verdrängte Hydraulikflüssigkeit fließt durch die Axialbohrungen 41, die Ringnut 40, den unteren Niederdruckraum 48, die Längsbohrung 47 des Steuerschiebers 23, den oberen Niederdruckraum 46 und die Radialbohrung 43 in den Tank 15 zurück. Zugleich strömt aus der Druckmittelversorgung 13 Hydraulikflüssigkeit in den ersten Arbeitsraum 19 nach.
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Für die in 2 veranschaulichte Ausführungsform gelten die Erläuterungen der 1 in entsprechender Weise. Daher wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Hervorzuheben sind insoweit lediglich drei Abwandlungen. Zum einen ist in 2 gezeigt, dass die Führungshülse 29 an ihrer Außenfläche nicht durchgehend zylindrisch ausgeführt ist, sondern vielmehr einen oberen Bund 55, einen unteren Bund 56 und dazwischen einen Bereich 57 mit einem reduzierten Außendurchmesser aufweist; hiermit sind sowohl fertigungstechnische als auch betriebstechnische Vorteile verbunden, die insbesondere aus reduzierten Anforderungen an die Fertigungstoleranz resultieren. Weiterhin ist der untere Abschnitt 27 der Führungsbohrung nicht direkt im Kolben 9 ausgeführt, sondern vielmehr in einer fest in den Kolben 9 eingepressten Kolbenhülse 58. Dementsprechend sind die zweiten Steuerkanten 39 bei dieser Ausführungsform nicht durch Kanten der Ringnut 40 gebildet; vielmehr weist die Hülse 58 radiale Durchbrüche 59 auf, wobei die oberen zweiten Steuerkanten 39a und die unteren zweiten Steuerkanten 39b durch entsprechende Kanten der Durchbrüche 59 gebildet sind. Auch hiermit sind wiederum fertigungstechnische Vorteile verbunden. Schließlich weist die Ausführungsform nach 2 im Bereich der Durchführung der Koppelstange 50 durch die Stirnwand 44 des Zylinders 8 einen gesonderten Einsatz E auf, der an die spezifischen Anforderungen betreffend eine mögliche Abdichtung und/oder Führung der Koppelstange 50 angepasst sein kann.
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Die Ausführungsform nach 3 entspricht wiederum im Wesentlichen der Ausführungsform nach 2. Insoweit wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Hervorzuheben sind im Hinblick auf 3 lediglich zwei nennenswerte Abwandlungen. Und zwar ist hier zum einen der Rücklauf-Anschluss 60 nicht im Bereich der Stirnwand 44 des Zylinders 8 angeordnet, sondern vielmehr im Bereich des unteren Endes des Zylinders 8. Dementsprechend ist der untere Niederdruckraum 48 hier über in dem Kolben 9 angeordnete Radialbohrungen 61, welche – bei jeder Stellung des Kolbens 9 relativ zu dem Zylinder 8 – strömungstechnisch mit einer in dem Zylinder angeordneten Ringnut 62 verbunden sind, mit dem in die Ringnut 62 mündenden Rücklauf-Anschluss 60 verbunden. Bei dieser Ausführungsform ist der Steuerschieber 23 nicht von dem bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 9 entstehenden Rücklaufstrom der Hydraulikflüssigkeit durchströmt. Vielmehr hat hier die den Steuerschieber durchsetzende Längsbohrung 63 allein die Aufgabe, für einen Druckausgleich zwischen dem unteren Niederdruckraum 48 und dem oberen Niederdruckraum 46 zu sorgen. Eine (Ausgleichs-)Strömung innerhalb der Längsbohrung 63 stellt sich nur entsprechend und während der Verschiebung des Steuerschiebers 23 in der Führungsbohrung ein.
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Weiterhin unterscheidet sich die Ausführungsform nach 3 von denjenigen nach den 1 und 2 insbesondere auch dadurch, dass nicht der elektrische Linear-Direktantrieb insgesamt in einem mit dem Zylinderbauteil der hydromechanischen Verstärkerstufe dichtend verbundenen Gehäuse eingehaust ist, dessen Innenraum an einen Hydraulikflüssigkeit enthaltenden Niederdruckraum der hydromechanischen Verstärkerstufe angeschlossen ist, sondern dass hier vielmehr (nur) den Läufer 12 des elektrischen Linear-Direktantriebs 7 in einer Büchse B aufgenommen ist, welche mit der Stirnwand 44 des Zylinderbauteils der hydromechanischen Verstärkerstufe dichtend verbunden ist und den Stator 52 des elektrischen Linear-Direktantriebs durchsetzt. Zwischen dem Innenraum der Büchse B und dem oberen Niederdruckraum 46 der hydromechanischen Verstärkerstufe findet ein ständiger Austausch der Hydraulikflüssigkeit statt. Im oberen Bereich der Büchse B ist ein balgförmiges Ausgleichsglied angedeutet, welches sich entsprechend der Bewegung des Läufers 12 verformen kann, so dass die Dynamik der Bewegung des Läufers durch die in der Büchse vorhandene Hydraulikflüssigkeit nicht beeinträchtigt wird.
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Was die in der 4 dargestellte Ausführungsform betrifft, so unterscheidet sich diese von der Ausführungsform nach 3 insbesondere dadurch, dass hier eine zweistufige hydromechanische Verstärkerstufe 110 vorgesehen ist. Im einzelnen stellt sich diese Ausführungsform, soweit ihre Komponenten und ihre Funktion sich nicht ohne weiteres aus den in entsprechender Weise geltenden Erläuterungen zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erschließen, zu welchem Zweck funktionsgleiche Teile mit einem gegenüber den 1 bis 3 um 100 erhöhten Bezugszeichen gekennzeichnet wurden, wie folgt dar:
Die zwischen den Läufer 112 des elektrischen Linear-Direktantriebs 107 und das Oberwerkzeug 101 geschaltete, an eine Druckmittelversorgung 113 angeschlossene hydromechanische Verstärkerstufe 110 umfasst einen Zylinder 108 und einen Kolben 109 mit der Werkzeugaufnahme 100. Zwischen dem Zylinder 108 und dem Kolben 109 sind zwei Arbeitsräume definiert, nämlich ein ringförmiger erster Arbeitsraum 119 und ein – ebenfalls ringförmiger – zweiter Arbeitsraum 120. In dem ersten Arbeitsraum 119 herrscht ständig der Betriebsdruck der Druckmittelversorgung 113. Demgegenüber ist der zweite Arbeitsraum 120, um eine Bewegung des Kolbens 109 längs der z-Richtung zu bewirken, wie nachfolgend im Detail beschrieben gesteuert entweder strömungstechnisch an die Druckmittelversorgung 113 anschließbar, so dass in ihm der Betriebsdruck der Druckmittelversorgung herrscht und der Kolben 109 mitsamt dem Oberwerkzeug 101 nach unten bewegt wird, oder aber strömungstechnisch an den Tank 115 anschließbar, wodurch in ihm der Rücklaufdruck herrscht und der Kolben 109 mitsamt dem Oberwerkzeug 101 nach oben bewegt wird. Zu diesem Zweck ist ein als Vorsteuerschieber ausgeführter Steuerschieber 123 vorgesehen, der längs der Arbeitsachse 105, d. h. in z-Richtung verschiebbar ist. Der Steuerschieber 123 ist dabei in einer Führungsbohrung geführt, und zwar mit einem oberen Bund 124 in einem oberen, ersten Abschnitt 125 der Führungsbohrung und mit einem unteren Bund 126 in einem unteren, zweiten Abschnitt 127 der Führungsbohrung. Der erste Abschnitt 125 der Führungsbohrung ist dabei zylinderfest ausgeführt, indem er durch die Innenfläche 128 einer in den Zylinder 108 eingesetzten Führungshülse 129 gebildet ist. Der zweite Abschnitt 127 der Führungsbohrung ist demgegenüber in z-Richtung verschiebbar ausgeführt, indem er durch die obere Innenfläche 170 einer Steuerhülse 171 gebildet ist, die ihrerseits längs der z-Richtung verschiebbar in einer in den Kolben 109 fest eingepressten Kolbenhülse 172 geführt ist. Im Ergebnis liegt auf diese Weise eine zweiteilige Führungsbohrung für den Steuerschieber 123 vor.
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Im Bereich des unteren Endes der Führungshülse 129 ist ein Wulst 173 ausgebildet, an welchem einerseits eine weitgehende Abdichtung der Führungshülse 129 gegenüber dem oberen Bereich der Außenfläche 187o der Steuerhülse 171 und andererseits eine weitgehende Abdichtung der Führungshülse 129 gegenüber der Innenfläche 175 der Kolbenhülse 172 erfolgt.
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Durch den oberen Bund 124 und den unteren Bund 126 des Steuerschiebers 123, dessen zwischen dem oberen und dem unteren Bund liegende Außenfläche 134, die zwischen dem oberen und dem unteren Bund liegenden Abschnitte der Innenfläche 128 der Führungshülse 129 und der oberen Innenfläche 170 der Steuerhülse 171 ist ein innerer oberer Hochdruckraum 176 definiert. Dieser ist über eine Bohrung 177 ständig mit dem Druckmittelanschluss 178 verbunden, so dass in ihm ständig der Betriebsdruck der Druckmittelversorgung 113 herrscht. Weiterhin herrscht der Betriebsdruck der Druckmittelversorgung 113 ständig in einem inneren unteren Hochdruckraum 179, der durch die untere Innenfläche 180 der Steuerhülse 171, einen oberen Stopfen 181, die untere Innenfläche 182 der Kolbenhülse 172, einen unteren Stopfen 183 und die Stirnfläche 184 der Steuerhülse 171 begrenzt ist. Hierzu ist der innere untere Hochdruckraum 179 über die Steuerhülse 171 durchsetzende Radialbohrungen 185 an einen ringförmigen äußeren Hochdruckraum 186 angeschlossen, der zwischen der Innenfläche 175 der Kolbenhülse 172 und dem zwischen einem oberen Bund 188 und einem mittleren Bund 189 der Steuerhülse 171 liegenden mittleren Bereich der Außenfläche 187m der Steuerhülse 171 ausgebildet ist und – bei jeder Stellung der Steuerhülse 171 relativ zur Kolbenhülse 172 – über die Kolbenhülse 172 und den Kolben 109 durchsetzende Radialbohrungen 190 an den ersten Arbeitsraum 119 angeschlossen ist.
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Oberhalb des oberen Stopfens 181 besteht innerhalb der Steuerhülse 171 ein innerer Niederdruckraum 191, der über die den Steuerschieber 123 durchsetzende Längsbohrung 147 an den oberen Niederdruckraum 146 angeschlossen ist, welcher seinerseits über eine Bohrung 192 mit dem Rücklauf-Anschluss 145 in Verbindung steht. Auf diese Weise herrscht im inneren Niederdruckraum 191 im Wesentlichen der Rücklaufdruck.
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Ebenfalls der Rücklaufdruck herrscht in dem ringförmigen unteren Niederdruckraum 148, der durch die Innenfläche 175 der Kolbenhülse 172, den mittleren Bund 189 und den unteren Bund 193 der Steuerhülse 171 sowie den zwischen dem mittleren Bund 189 und dem unteren Bund 193 liegenden unteren Bereich der Außenfläche 187u der Steuerhülse 171 begrenzt ist und über die Kolbenhülse 172 und den Kolben 109 durchsetzende Radialbohrungen 194 und eine Ringnut 195 an den Rücklauf-Anschluss 145 angeschlossen ist.
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Schließlich ist ein Steuerraum 196 vorgesehen, welcher durch die Innenfläche 175 der Kolbenhülse 172, den oberen Bund 188 der Steuerhülse 171, den oberhalb des oberen Bundes 188 liegenden oberen Bereich der Außenfläche 187o der Steuerhülse 171 und den Wulst 173 begrenzt ist und in welchen die Steuerhülse 171 radial durchsetzende innere Steuerdurchbrüche 197 münden.
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An dem unteren Bund 126 des Steuerschiebers 123 sind zwei erste Steuerkanten 138, nämlich eine obere erste Steuerkante 138a und eine untere erste Steuerkante 138b ausgebildet. Diese wirken mit zu ihnen korrespondierenden zweiten Steuerkanten 139, nämlich oberen zweiten Steuerkanten 139a und unteren zweiten Steuerkanten 139b, zusammen, welche an den inneren Steuerdurchbrüchen 197 der Steuerhülse 171 ausgeführt sind.
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An dem mittleren Bund 189 der Steuerhülse sind dritte Steuerkanten 198 ausgeführt, nämlich eine obere dritte Steuerkante 198a und eine untere dritte Steuerkante 198b. Diese wirken mit korrespondierenden vierten Steuerkanten 199, nämlich oberen vierten Steuerkanten 199a und unteren vierten Steuerkanten 199b, zusammen, die an äußeren Steuerdurchbrüchen 200 ausgebildet sind, welche die Kolbenhülse 172 durchsetzen und mit einer in dem Kolben 109 angeordneten Ringnut 140 kommunizieren, die ihrerseits über mehrere Axialbohrungen 141, von denen der Übersichtlichkeit wegen nur eine dargestellt ist, mit dem zweiten Arbeitsraum 120 in Verbindung steht.
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Wird der elektrische Linear-Direktantrieb 107 von der Steuerung 103 so angesteuert, dass der Läufer 112 um ein in dem hinterlegten Stanzprogramm bestimmtes Maß nach unten bewegt wird, so wird diese Bewegung über die Koppelstange 150 identisch auf den Steuerschieber 123 übertragen. Hierdurch entstehen zwischen der oberen ersten Steuerkante 138a und den oberen zweiten Steuerkanten 139a Öffnungen, durch welche der Steuerraum 196 mit dem oberen Hochdruckraum 176 verbunden wird. Dementsprechend strömt Hydraulikflüssigkeit von dem oberen Hochdruckraum 176 durch die inneren Steuerdurchbrüche 197 hindurch in den Steuerraum 196 und ruft auf diese Weise eine nach unten gerichtete Bewegung der Steuerhülse 171 hervor. Im Hinblick auf diese Funktion ist bedenken, dass im Sinne der auf die Steuerhülse wirkenden hydraulischen Kräfte die Projektion in z-Richtung der den unteren Hochdruckraum 179 begrenzenden Stirnfläche 184 der Steuerhülse 171 und des oberen Stopfens 181 entgegenwirkt der Projektion in z-Richtung der den oberen Hochdruckraum 176 begrenzenden Stirnfläche der Steuerhülse 171 sowie der den Steuerraum begrenzenden Ringfläche des oberen Bundes 188. Wesentlich für die Funktion ist somit, dass die Summe der an zweiter Stelle genannten Flächen größer ist als die Summe der an erster Stelle genannten Flächen, da ansonsten die Steuerhülse 171 nicht einer Bewegung des Steuerschiebers 123 nach unten folgen würde. Dies wird dadurch erreicht, dass der untere Bund 193 der Steuerhülse 171 einen geringeren Durchmesser aufweist als der mittlere und der obere Bund 189 bzw. 188, so dass die Bohrung der Kolbenhülse im Bereich des unteren Niederdruckraumes 148 einen Absatz aufweist.
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Die Bewegung, welche die Steuerhülse 171 insgesamt ausführt, stimmt dabei identisch mit jenem Maß überein, um das der Steuerschieber 123 verschoben wurde; denn die Abwärtsbewegung der Steuerhülse endet, wenn die obere erste Steuerkante 138a und die obere zweite Steuerkante 139a wieder zueinander fluchten und die vorstehend beschriebenen Öffnungen wieder verschließen. Durch die Verschiebung der Steuerhülse nach unten öffnen sich zwischen der oberen dritten Steuerkante 198a und den oberen vierten Steuerkanten 199a Öffnungen, durch welche der ringförmige äußere Hochdruckraum 186 über die äußeren Steuerdurchbrüche 200 mit der Ringnut 140 verbunden wird. Dementsprechend strömt Hydraulikflüssigkeit von dem ringförmigen äußeren Hochdruckraum 186 durch die äußeren Steuerdurchbrüche 200 hindurch über die Ringnut 140 und die Axialbohrungen 141 in den zweiten Arbeitsraum 120, wodurch der Kolben 108 abwärts bewegt wird. Die Bewegung des Kolbens 108 stimmt dabei identisch mit jenem Maß überein, um das der Steuerschieber 123 und dementsprechend die Steuerhülse 171 verschoben wurde; denn die Abwärtsbewegung des Kolbens endet, wenn die obere dritte Steuerkante 198a und die oberen vierten Steuerkanten 199a wieder zueinander fluchten und die vorstehend beschriebenen Öffnungen wieder verschließen.
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Umgekehrt gilt: Wird der elektrische Linear-Direktantrieb 107 von der Steuerung 103 so angesteuert, dass der Läufer 112 um ein in dem hinterlegten Stanzprogramm bestimmtes Maß nach oben bewegt wird, so wird diese Bewegung über die Koppelstange 150 identisch auf den Steuerschieber 123 übertragen. Hierdurch entstehen zwischen der unteren ersten Steuerkante 138b und den unteren zweiten Steuerkanten 139b Öffnungen, durch welche der Steuerraum 196 mit dem inneren Niederdruckraum 191 verbunden wird. Dementsprechend erfolgt über die inneren Steuerdurchbrüche 197, die Längsbohrung 147 des Steuerschiebers 123, den oberen Niederdruckraum 146 und die Bohrung 192 ein Druckausgleich zwischen dem Steuerraum 196 und dem Rücklauf-Anschluss 145, so dass im Steuerraum 196 der Rücklaufdruck herrscht. Die Steuerhülse 171 wird infolge des im inneren unteren Hochdruckraum 179 herrschenden Betriebsdrucks der Druckmittelversorgung 113 nach oben verschoben. Für diese Bewegung der Steuerhülse 171 nach oben (bei drucklosem Steuerraum 196) ist ausreichend, dass die Projektion in z-Richtung der den unteren Hochdruckraum 179 begrenzenden Stirnfläche 184 der Steuerhülse 171 und des oberen Stopfens 181 größer ist als die Projektion in z-Richtung der den oberen Hochdruckraum 176 begrenzenden Stirnfläche der Steuerhülse 171. Die Bewegung der Steuerhülse 171 stimmt dabei identisch mit jenem Maß überein, um das der Steuerschieber 123 nach oben verschoben wurde; denn die Aufwärtsbewegung der Steuerhülse 171 endet, wenn die untere erste Steuerkante 138b und die unteren zweiten Steuerkanten 139b wieder zueinander fluchten und die vorstehend beschriebenen Öffnungen wieder verschließen. Die bei der entsprechenden Aufwärtsbewegung der Steuerhülse 171 aus dem Steuerraum 196 verdrängte Hydraulikflüssigkeit fließt durch die Längsbohrung 147 des Steuerschiebers 123, den oberen Niederdruckraum 146 und die Bohrung 192 in den Tank 115 zurück. Zugleich strömt aus der Druckmittelversorgung 113 Hydraulikflüssigkeit in den inneren unteren Hochdruckraum 179 nach. Durch die Verschiebung der Steuerhülse 171 nach oben öffnen sich zwischen der unteren dritten Steuerkante 198b und den unteren vierten Steuerkanten 199b Öffnungen, durch welche der ringförmige untere Niederdruckraum 148 über die äußeren Steuerdurchbrüche 200 mit der Ringnut 140 verbunden wird. Dementsprechend erfolgt über die Axialbohrungen 141 ein Druckausgleich zwischen dem zweiten Arbeitsraum 120 und dem Rücklauf-Anschluss 145, so dass im zweiten Arbeitsraum 120 der Rücklaufdruck herrscht. Der Kolben 108 wird infolge des im ersten Arbeitsraum 119 herrschenden Betriebsdrucks der Druckmittelversorgung 113 noch oben verschoben. Die Bewegung des Kolbens 108 stimmt dabei identisch mit jenem Maß überein, um das der Steuerschieber 123 und dementsprechend die Steuerhülse 171 nach oben verschoben wurden; denn die Aufwärtsbewegung des Kolbens 108 endet, wenn die untere dritte Steuerkante 198b und die unteren vierten Steuerkanten 199b wieder zueinander fluchten und die vorstehend beschriebenen Öffnungen wieder verschließen. Die bei der entsprechenden Aufwärtsbewegung des Kolbens 108 aus dem zweiten Arbeitsraum 120 verdrängte Hydraulikflüssigkeit fließt durch die Axialbohrungen 141, die Ringnut 140, den unteren Niederdruckraum 148 und die Radialbohrungen 194 in den Tank 115 zurück. Zugleich strömt aus der Druckmittelversorgung 113 Hydraulikflüssigkeit in den ersten Arbeitsraum 119 nach.
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Zu erwähnen sind noch zwei Anschläge, welche die Bewegung der Steuerhülse 171 relativ zu der Kolbenhülse 172 nach oben und nach unten begrenzen. Hierzu ist, um die Bewegung der Steuerhülse nach oben zu begrenzen, einerseits ein Ring vorgesehen, der im Bereich des Steuerraumes 196 an der diesen Raum begrenzenden Innenfläche 175 der Kolbenhülse 172 fixiert ist und einen Anschlag für den oberen Bund 188 der Steuerhülse bildet. Nach unten wird die Bewegung der Steuerhülse 171 relativ zur Kolbenhülse 172 indessen durch ein Anschlagen der Stirnfläche 184 der Steuerhülse 171 an den unteren Stopfen 183 begrenzt. Wegen dieser Anschläge setzt die vorstehend erläuterte vollständige Bewegung der Steuerhülse 171 entsprechend dem Hub des Steuerschiebers 123 nach oben bzw. nach allerdings unter bestimmten Umständen, nämlich wenn der aktuelle Verstellhub des Steuerschiebers größer ist als die durch den betreffenden Anschlag definierte Bewegungsmöglichkeit der Steuerhülse relativ zur Kolbenhülse, voraus, dass der Kolben 109 mitsamt der Kolbenhülse 172 der Bewegung der Steuerhülse bereits teilweise nach oben bzw. nach unten gefolgt ist. Liegt (infolge eines entsprechend großen aktuellen Verstellhubes des Steuerschiebers 123) die Steuerhülse 171 an dem ihre Bewegung relativ zur Kolbenhülse 172 nach oben bzw. nach unten begrenzenden Anschlag an, führen die Steuerhülse 171 und der Kolben 109 einen Teil der nach oben bzw. nach unten gerichteten Bewegung gemeinsam aus.
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Das in 5 illustrierte Ausführungsbeispiel funktioniert, was die miteinander zusammenwirkenden Steuerkanten, d. h. die beiden ersten und zweiten Steuerkantenpaare sowie die beiden dritten und vierten Steuerkantenpaare betrifft, prinzipiell vergleichbar wie das Ausführungsbeispiel nach 4; näheres ergibt sich, soweit erforderlich, aus den weiter unten gegebenen Erläuterungen. Hervorzuheben sind zunächst, was die technisch-konstruktive Gestaltung der in 5 veranschaulichten elektrohydraulischen Antriebseinheit einer erfindungsgemäßen Stanzmaschine und deren Unterschiede zu der Ausführungsform nach 4 betrifft, die nachstehend im einzelnen aufgeführten, durchaus relevanten Gesichtspunkte:
Zum einen wird der innere obere Hochdruckraum 176 über mehrere die Steuerhülse 171 durchsetzende Axialbohrungen 201 vom ringförmigen äußeren Hochdruckraum 186 aus mit dem Betriebsdruck der Druckmittelversorgung 113 beaufschlagt. Hierdurch lässt sich die nach 4 vorgesehene, das Zylinderbauteil 108 durchsetzende Bohrung 177 vermeiden.
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Weiterhin ist – gegenüber der Ausführungsform nach 4 – die Steuerhülse 171 signifikant verkürzt, indem der untere Abschnitt der Steuerhülse entfällt. In der Terminologie der vorstehenden Erläuterung der 4 weist die Steuerhülse 171 nach 5 nur zwei Bunde auf, nämlich den oberen Bund 188 und den (die beiden dritten Steuerkanten aufweisenden) mittleren Bund 189. Der bei der Ausführungsform nach 4 unterhalb des mittleren Bundes 189 liegende Abschnitt der Steuerhülse ist somit bei der Ausführungsform nach 5 entfallen. Ebenfalls entfallen ist der untere innere Hochdruckraum 179 der Ausführungsform nach 4. Dies erlaubt zum einen eine besonders geringe Bauhöhe der hydromechanischen Verstärkerstufe und somit einen besonders kompakten Aufbau der elektrohydraulischen Antriebseinheit der Stanzmaschine, was sich – infolge der Verringerung der bewegten Massen – auch auf die erzielbare Dynamik der Stanzmaschine günstig auswirkt. Weiterhin gestattet diese Bauweise, den oberen Niederdruckraum 146 über die die Steuerhülse 171 über deren gesamte Länge durchsetzende Längsbohrung 202 und die Längsbohrung 147 des Steuerschiebers 123 hindurch an den unteren Niederdruckraum 148 anzuschließen. Auch die nach der Ausführungsform nach 4 vorgesehene Bohrung 192 kann auf diese Weise entfallen. Insgesamt ergeben sich hierdurch gegenüber der Ausführungsform nach 4 erkennbar signifikante konstruktive Vereinfachungen und die Möglichkeit eines besonders kompakten Aufbaus, ohne dass dies die Funktionsweise beeinträchtigen würde.
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Wenngleich sich aufgrund der bestehenden Parallelen aus den vorstehenden Erläuterungen zur 4 dem Fachmann grundsätzlich auch die Funktionsweise der Ausführungsform nach 5 erschließt, wird letztere speziell wie folgt erläutert:
Wird der elektrische Linear-Direktantrieb 107 von der Steuerung 103 so angesteuert, dass der Läufer 112 um ein in dem hinterlegten Stanzprogramm bestimmtes Maß nach unten bewegt wird, so wird diese Bewegung über die Koppelstange 150 identisch auf den Steuerschieber 123 übertragen. Hierdurch entstehen zwischen der oberen ersten Steuerkante des Steuerschiebers 123 und den oberen zweiten Steuerkanten der Steuerhülse 171 Öffnungen, durch welche der Steuerraum 196 mit dem oberen Hochdruckraum 176 verbunden wird. Dementsprechend strömt Hydraulikflüssigkeit von dem oberen Hochdruckraum 176 durch die inneren Steuerdurchbrüche 197 hindurch in den Steuerraum 196 und ruft auf diese Weise eine nach unten gerichtete Bewegung der Steuerhülse 171 hervor. Im Hinblick auf diese Funktion ist bedenken, dass im Sinne der auf die Steuerhülse 171 wirkenden hydraulischen Kräfte die Projektion in z-Richtung der – um die den ringförmigen äußeren Hochdruckraum 186 begrenzende Ringfläche des mittleren Bundes 189 verminderte – den ringförmigen äußeren Hochdruckraum 186 begrenzenden Ringfläche des oberen Bundes 188 der Steuerhülse 171 entgegenwirkt der Projektion in z-Richtung der den oberen Hochdruckraum 176 begrenzenden Stirnfläche der Steuerhülse 171 sowie der den Steuerraum begrenzenden Ringfläche des oberen Bundes 188 der Steuerhülse. Wesentlich für die Funktion ist somit, dass die Summe der an zweiter Stelle genannten Flächen größer ist als die Summe der an erster Stelle genannten Flächen, da ansonsten die Steuerhülse 171 nicht einer Bewegung des Steuerschiebers 123 nach unten folgen würde.
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Durch die Verschiebung der Steuerhülse nach unten öffnen sich zwischen der an dem mittleren Bund 189 der Steuerhülse 171 vorgesehenen oberen dritten Steuerkante und den an der Kolbenhülse 172 vorgesehenen oberen vierten Steuerkanten Öffnungen, durch welche der ringförmige äußere Hochdruckraum 186 über die äußeren Steuerdurchbrüche 200 mit der Ringnut 140 verbunden wird. Dementsprechend strömt Hydraulikflüssigkeit von dem ringförmigen äußeren Hochdruckraum 186 durch die äußeren Steuerdurchbrüche 200 hindurch über die Ringnut 140 und die Axialbohrungen 141 in den zweiten Arbeitsraum 120, wodurch der Kolben 108 abwärts bewegt wird. Die Bewegung des Kolbens 108 stimmt dabei identisch mit jenem Maß überein, um das der Steuerschieber 123 und dementsprechend die Steuerhülse 171 verschoben wurde; denn die Abwärtsbewegung des Kolbens endet, wenn die obere dritte Steuerkante und die oberen vierten Steuerkanten wieder zueinander fluchten und die vorstehend beschriebenen Öffnungen wieder verschließen.
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Umgekehrt gilt: Wird der elektrische Linear-Direktantrieb 107 von der Steuerung 103 so angesteuert, dass der Läufer 112 um ein in dem hinterlegten Stanzprogramm bestimmtes Maß nach oben bewegt wird, so wird diese Bewegung über die Koppelstange 150 identisch auf den Steuerschieber 123 übertragen. Hierdurch entstehen zwischen der an dem Steuerschieber 123 vorgesehenen unteren ersten Steuerkante und den an der Steuerhülse 171 vorgesehenen unteren zweiten Steuerkanten Öffnungen, durch welche der Steuerraum 196 über die Längsbohrung 202 der Steuerhülse 171 mit dem unteren Niederdruckraum 148 verbunden wird. Dementsprechend erfolgt über die inneren Steuerdurchbrüche 197 und die Längsbohrung 202 der Steuerhülse 171 ein Druckausgleich zwischen dem Steuerraum 196 und dem Rücklauf-Anschluss 145, so dass im Steuerraum 196 der Rücklaufdruck herrscht. Die Steuerhülse 171 wird infolge des im ringförmigen äußeren Hochdruckraum 186 herrschenden Betriebsdrucks der Druckmittelversorgung 113 noch oben verschoben. Für diese Bewegung der Steuerhülse 171 nach oben (bei drucklosem Steuerraum 196) ist ausreichend, dass die Projektion in z-Richtung der – um die den ringförmigen äußeren Hochdruckraum 186 begrenzende Ringfläche des mittleren Bundes 189 verminderte – den ringförmigen äußeren Hochdruckraum 186 begrenzenden Ringfläche des oberen Bundes 188 der Steuerhülse 171 größer ist als die Projektion in z-Richtung der den oberen Hochdruckraum 176 begrenzenden Stirnfläche der Steuerhülse 171. Dies wird durch den im Bereich des ringförmigen äußeren Hochdruckraumes 186 vorgesehenen Absatz in der Kolbenhülse 172 erreicht, aufgrund dessen der Durchmesser des oberen Bundes 188 der Steuerhülse deutlich größer ist als der Durchmesser des mittleren Bundes 189 der Steuerhülse.
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Die bei der entsprechenden Aufwärtsbewegung der Steuerhülse 171 aus dem Steuerraum 196 verdrängte Hydraulikflüssigkeit fließt durch die Längsbohrung 202 der Steuerhülse 171 und den unteren Niederdruckraum 148 in den Tank 115 zurück. Zugleich strömt aus der Druckmittelversorgung 113 Hydraulikflüssigkeit in ringförmigen äußeren Hochdruckraum 186 nach. Durch die Verschiebung der Steuerhülse 171 nach oben öffnen sich zwischen der unteren dritten Steuerkante und den unteren vierten Steuerkanten Öffnungen, durch welche der untere Niederdruckraum 148 über die äußeren Steuerdurchbrüche 200 mit der Ringnut 140 verbunden wird. Dementsprechend erfolgt über die Axialbohrungen 141 ein Druckausgleich zwischen dem zweiten Arbeitsraum 120 und dem Rücklauf-Anschluss 145, so dass im zweiten Arbeitsraum 120 der Rücklaufdruck herrscht. Der Kolben 108 wird infolge des im ersten Arbeitsraum 119 herrschenden Betriebsdrucks der Druckmittelversorgung 113 noch oben verschoben. Die bei der entsprechenden Aufwärtsbewegung des Kolbens 108 aus dem zweiten Arbeitsraum 120 verdrängte Hydraulikflüssigkeit fließt durch die Axialbohrungen 141, die Ringnut 140, den unteren Niederdruckraum 148 und die Radialbohrungen 194 in den Tank 115 zurück. Zugleich strömt aus der Druckmittelversorgung 113 Hydraulikflüssigkeit in den ersten Arbeitsraum 119 nach.
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Ebenfalls dargestellt sind in 5 zwei Anschläge, welche die Bewegung der Steuerhülse 171 relativ zur Kolbenhülse 172 in beiden Richtungen begrenzen, und zwar in jeder Richtung auf etwa 2% bis 3% des gesamten maximalen Arbeitshubes des Kolbens 109, was bei der Auslegung des Arbeitshubes auf 40 mm einer Bewegungsmöglichkeit der Steuerhülse 171 relativ zum Kolben 109 von jeweils 2 mm bis 3 mm aus der in der Zeichnung gezeigten Nullstellung des Steuerschiebers entspricht. Bei jenen Anschlägen handelt es sich um die beiden in dem unteren Abschnitt der Bohrung der Kolbenhülse fixierten Ringe, an denen der mittlere Bund 189 der Steuerhülse 171 anschlagen kann. Für die Funktion dieser Anschläge gelten die Erläuterungen zur 4 in entsprechender Weise. Eine andere Gestaltung bzw. Anordnung der Anschläge, die geeignet ist, die an dem mittleren Bund 189 angeordneten dritten Steuerkanten zu schonen, ist für den Fachmann erkennbar ebenfalls möglich.
