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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschinenpresse, insbesondere Abkantpresse, mit einer Maschinenstruktur, einem in fester räumlicher Beziehung zu der Maschinenstruktur angeordneten unteren Werkzeugträger, einem oberen Werkzeugträger, der relativ zu dem unteren Werkzeugträger um einen Betriebshub linear auf und ab verfahrbar ist, und einem auf den oberen Werkzeugträger wirkenden, die abwärts gerichtete Bewegung des oberen Werkzeugträgers bewirkenden geschlossenen hydraulischen Antriebssystem, welches mindestens eine hydraulische Antriebseinheit aufweist, welche ihrerseits mindestens eine hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit und mindestens ein diese beaufschlagendes, aus einem Vorratsbehälter versorgtes Hydraulikaggregat umfasst, wobei in dem Vorratsbehälter ständig ein über dem Umgebungsdruck liegender Basisdruck herrscht.
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Derartige Maschinenpressen sind in diversen Ausführungen und Ausgestaltungen bekannt und im Einsatz. Beispielsweise offenbart die
DE 102009052531 A1 eine Maschinenpresse der gattungsgemäßen Art.
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Bekannt ist darüber hinaus, nämlich aus der
DE 698 29 318 T2 , ein für eine Presse wie beispielsweise eine Ballenpresse bestimmtes hydraulisches System, bei dem einem Pressenstößel ein Haupt-Presszylinder mit einer Primärseite zum Erzeugen von Presskraft und eine Einrichtung zum Zurückführen des Pressenstößels zugeordnet sind. Die Einrichtung zum Zurückführen des Pressenstößels wird dabei aus einem (zweiten) offenen hydraulischen Kreislauf betrieben, aus welchem auch ein Druckverstärker betrieben wird, mittels dessen der mit der Primärseite des Haupt-Presszylinders in Verbindung stehende (erste) geschlossene hydraulische Kreislauf ständig unter einem Überdruck gehalten wird.
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Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eine hinsichtlich wesentlicher praxisrelevanter Aspekte optimierte Maschinenpresse der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, wobei es insoweit namentlich um Aspekte der Baugröße und des baulichen Aufwands – und somit auch der Herstellungskosten – geht.
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Gelöst wird die vorstehend bezeichnete Aufgabenstellung gemäß der vorliegenden Erfindung, indem bei einer Maschinenpresse der gattungsgemäßen Art der Vorratsbehälter als Zylinderspeicher mit einem durch einen Zylinder und einer darin verschiebbar geführten Kolbeneinheit begrenzten Hydraulikraum ausgeführt ist, wobei die Kolbeneinheit auf ihrer dem Hydraulikraum funktional gegenüber liegenden Seite von einem Druckfluidraum beaufschlagt wird, der seinerseits mit einem Hochdruck-Gasspeicher in Verbindung steht und dessen Wirkfläche an der Kolbeneinheit klein ist gegenüber der Wirkfläche des Hydraulikraumes an der Kolbeneinheit. Namentlich bei besonderes großen und leistungsfähigen Maschinenpressen lassen sich auf dieses Weise gegenüber dem Stand der Technik signifikante Vorteile erreichen; denn selbst bei Maschinenpressen mit einem vergleichsweise großen benötigten Wechselvolumen, welches bei erfindungsgemäßen Maschinenpressen durch die Differenz zwischen dem maximalen und dem minimalen Volumen des Hydraulikraums des Zylinderspeichers definiert ist, lässt sich mit einem vergleichsweise kleinen Hochdruck-Gasspeicher sicherstellen, dass in der mindestens einen hydraulischen Antriebseinheit ständig, d. h. über sämtliche Betriebsphasen der Maschinenpresse zuverlässig ein über dem Umgebungsdruck liegender Basisdruck herrscht. In diesem Sinne kann der nach der vorliegenden Erfindung vorgesehene Hochdruck-Gasspeicher mit einem Bruchteil jener Baugröße auskommen, die der gemäß der
DE 102009052531 A1 vorgesehene Druckspeicher aufweist. Selbst der Platzbedarf für den Zylinderspeicher und den Hochdruck-Gasspeicher zusammengenommen ist noch immer deutlich geringer als der Platzbedarf für den Druckspeicher der gattungsgemäßen Maschinenpresse, wobei als weiterer Vorteil hinzukommt, dass durch die im Rahmen der vorliegenden Erfindung mögliche räumliche Trennung von Zylinderspeicher und Hochdruck-Gasspeicher eine erhöhte Flexibilität hinsichtlich der Raumnutzung mit der Option besonders kompakt ausgeführter hydraulischer Antriebssysteme besteht. In konkreter Umsetzung der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise mit einem Hochdruck-Gasspeicher mit einem Volumen von etwa 0,3–0,5 l eine hydraulische Antriebseinheit mit einem Wechselvolumen in der Größenordnung von 10 l ständig unter einem Basisdruck zwischen 2 und 3 bar gehalten werden, wobei in einem solchen Falle typischerweise die Wirkfläche des Hydraulikraumes an der Kolbeneinheit um einen Faktor zwischen 50 und 150, besonders typischerweise um einen Faktor zwischen 75 und 100 größer ist als die Wirkfläche des Hochdruck-Gasspeichers an der Kolbeneinheit.
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In Abhängigkeit von den spezifischen Gegebenheiten lässt sich die vorliegende Erfindung in verschiedensten konstruktiven Ausführungsvarianten technisch umsetzen. In diesem Sinne zeichnet sich eine erste bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung dadurch aus, dass der Druckfluidraum – bevorzugt zentral – innerhalb der Kolbeneinheit angeordnet ist, und zwar dergestalt, dass er gegenüber der zylindrischen Außenfläche eines in ihn mehr oder weniger tief eindringenden Tauchrohres, das mit dem Hochdruck-Gasspeicher in Verbindung steht, abgedichtet ist. Der Hydraulikraum kann dabei insbesondere von der vollständigen Stirnfläche der Kolbeneinheit begrenzt werden. Gemäß einer Abwandlung kann der Druckfluidraum (als zylindrischer Hohlraum) innerhalb eines an der Kolbeneinheit vorgesehenen Vorsprungs, welcher in den Hydraulikraum hineinragt, vorgesehen sein, wobei der Druckfluidraum durch ein in dem besagten zylindrischen Hohlraum dichtend geführtes Kolbenelement begrenzt ist. Der Druckfluidraum kann dabei ggf. ringförmig ausgeführt sein.
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Weiterhin besteht insoweit ein erheblicher Gestaltungsspielraum, als das in dem Hochdruck-Gasspeicher komprimierte Gas entweder direkt auf die Kolbeneinheit wirken kann, oder aber – durch Zwischenschaltung eines flüssigen Wirkmediums – mittelbar. Mit anderen Worten, in dem Druckfluidraum des Zylinderspeichers kann sich als Druckfluid entweder das Gas des Hochdruck-Gasspeichers befinden oder aber ein flüssiges Druckfluid, welches der Übertragung des in dem Hochdruck-Gasspeicher herrschenden Drucks auf den Druckfluidraum und der entsprechenden Beaufschlagung der Kolbeneinheit dient.
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Die anspruchsgemäße Angabe, wonach der die Kolbeneinheit des Zylinderspeichers beaufschlagende Druckfluidraum mit einem Hochdruck-Gasspeicher in Verbindung steht, darf im Übrigen nicht dahingehend verstanden werden, dass es sich bei dem Druckfluidraum und dem Hochdruck-Gasspeicher um zwei räumlich abgegrenzte Volumina handelt. Vielmehr ist eine konstruktive Umsetzung der vorliegenden Erfindung durchaus auch dergestalt möglich, dass der Druckfluidraum innerhalb des Zylinderspeichers auf der funktional dem Hydraulikraum abgewandten Seite der Kolbeneinheit – ggf. in dieser räumlich untergebracht – vorgesehen ist und zugleich das Volumen des Hochdruck-Gasspeichers (oder zumindest einen Teil hiervon) bildet bzw. mit diesem einen gemeinsamen gasgefüllten Hohlraum bildet. Insoweit ist – wegen baulicher Details – auf die Erläuterung eines der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele zu verweisen.
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Gemäß einer wiederum anderen bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung bedient der Hochdruck-Gasspeicher noch eine weitere Funktion der erfindungsgemäßen Maschinenpresse, namentlich indem er mit einem Feder-Gasspeicher identisch ist, welcher einen Rückhub-Arbeitsraum der zugeordneten Antriebseinheit beaufschlagt. Durch eine solche Integration mehrerer Funktionen in eine einzige bauliche Komponente des Antriebssystems lässt sich nicht nur – im Sinne eines besonders kompakten Antriebssystems – der erforderliche Platzbedarf reduzieren; vielmehr lassen sich auf diese Weise auch Kosten einsparen.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von vier in der Zeichnung beispielhaft, mehr oder weniger schematisch veranschaulichten hydraulischen Antriebseinheiten, wie sie Bestandteil bevorzugter Ausführungsformen erfindungsgemäßer Maschinenpressen sein können, erläutert. Dabei zeigt
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1 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer solchen hydraulischen Antriebseinheit,
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2 ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer solchen hydraulischen Antriebseinheit,
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3 ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer solchen hydraulischen Antriebseinheit und
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4 ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer solchen hydraulischen Antriebseinheit.
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Die Zeichnung verzichtet darauf, die Maschinenpresse als ganzes abzubilden, und beschränkt sich auf die Widergabe der für die vorliegende Erfindung maßgeblichen, sich auf das jeweilige Antriebssystem beziehenden Aspekte. So können die Maschinenpressen, für die die nachstehend näher erläuterten Ausführungsbeispiele der Antriebssysteme bestimmt sind, hinsichtlich ihres grundsätzlichen Aufbaus insbesondere dem Stand der Technik (vgl. z. B.
DE 102009052531 A1 ) entsprechen.
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Das auf den oberen Werkzeugträger der Maschinenpresse, um dessen abwärts gerichtete Bewegung zu bewirken, wirkende geschlossene hydraulische Antriebssystem umfasst jeweils mindestens eine hydraulische Antriebseinheit 1. Typischerweise umfasst das betreffende Antriebssystem jeder Maschinenpresse jeweils zwei der veranschaulichten Antriebseinheiten, so dass in der folgenden Beschreibung hierauf abgestellt wird.
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Jede der beiden Antriebseinheiten 1 umfasst ihrerseits eine hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit 2 – es können ggf. auch mehrere Zylinder-Kolben-Einheiten 2 vorgesehen sein – mit einem Zylinder 3 und einem darin geführten Kolben 4, dessen Kolbenstange 5 mit dem oberen Werkzeugträger der Maschinenpresse fest verbunden ist, und ein die hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit 2 beaufschlagendes Hydraulikaggregat 6 mit einer durch einen (hinsichtlich der Drehrichtung umschaltbaren) Elektromotor 7 angetriebenen, als Reversierpumpe ausgeführten Hydraulikpumpe 8.
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Der obere Werkzeugträger ist mittels einer Federeinrichtung in seine obere Endlage vorgespannt. Die Federeinrichtung ist dergestalt in die hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheiten 2 der beiden Antriebseinheiten 1 integriert, dass jeweils der Kolbenstangenarbeitsraum 9 der hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheiten 2 hydraulisch mit einem zugeordneten, unter einer Gas-Vorspannung stehenden externen Druckspeicher 10 verbunden ist.
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Der Hydraulikantrieb der Maschinenpresse ist zwischen einem Eilgang und einem Pressgang umschaltbar. Dabei erfolgt – nachdem die aufwärts gerichtete Kraft der (vorstehend beschriebenen) Federeinrichtung ständig in einer solchen Höhe auf den oberen Werkzeugträger wirkt, dass dessen Gewicht und das aller mit ihm gekoppelten bewegbaren Komponenten der Maschinenpresse sowie die Schließkraft, welche durch den in den beiden hydraulischen Antriebseinheiten herrschenden Basisdruck impliziert wird (s. u.), überkompensiert und der obere Werkzeugträger in seine oberste Stellung vorgespannt wird – auch im Eilgang eine aktive Bewegung des oberen Werkzeugträgers durch den Hydraulikantrieb, nicht indessen eine freie Bewegung aufgrund der Schwerkraft. Erreicht wird dies, indem in die Kolben
4 der beiden hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheiten
2, nämlich jeweils eine darin eingebrachte Bohrung
11 jeweils ein Hilfskolben
12 eintaucht. Näheres hierzu ist der
AT 8633 U1 (
3 und
4 samt zugehörige Beschreibung) und der
DE 102009052531 A1 entnehmbar. Im Ergebnis wird von dem Hydraulikaggregat
6 im Eilgang eine vergleichsweise kleine erste wirksame Kolbenfläche
13 beaufschlagt, im Pressgang demgegenüber eine wesentlich größere zweite wirksame Kolbenfläche, die sich aus der ersten wirksamen Kolbenfläche
13 des Hilfsarbeitsraums
15 und der Ringfläche
16 des Kolbenarbeitsraums
17 zusammensetzt. Zur Umschaltung zwischen dem Eilgang und dem Pressgang dient das Ventil
18, das im Eilgang die Verbindung des Hydraulikaggregats
6 zum Kolbenarbeitsraum
17 sperrt, im Pressgang demgegenüber öffnet. Im Eilgang erfolgt ein Füllen des Kolbenarbeitsraums
17 über den über ein Rückschlagventil
14 abgesicherten Pfad des Nachsaugventils
19.
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Für den Pressgang wird das Ventil 18 umgeschaltet, so dass das Hydraulikaggregat 6 parallel den Kolbenarbeitsraum 17 und den Hilfsarbeitsraum 15 beaufschlagt. Am Ende der Schließbewegung, d. h. typischerweise wenn der obere Werkzeugträger eine vorgegebene Position erreicht, wird die Förderung des Hydraulikaggregats 6 heruntergefahren und gestoppt, so dass der obere Werkzeugträger anhält. Das Werkzeug hält dann kurze Zeit inne, bevor der sog. ”Dekompressionshub” einsetzt, d. h. das langsame, kontrollierte Abheben des oberen Werkzeugs und Öffnen der Presse über einen geringen Hub (z. B. 2–3 mm) durch Förderrichtungsumkehr des Hydraulikaggregats. Am Ende des Dekompressionshubes, d. h. wenn der hohe Druck in der Zylinder-Kolben-Einheit 2 zumindest im Wesentlichen abgebaut ist, werden das Ventil 18 und das Nachsaugventil 19 umgesteuert, so dass der Kolben 4 unter der Einwirkung der Federeinrichtung einfährt. Das Einfahren des Kolbens 4 erfolgt dabei im Eilgang kontrolliert (gebremst), indem der Hilfsarbeitsraum 15 über das weiterhin mit gegenüber dem Schließen der Presse umgekehrter Förderrichtung betriebene Hydraulikaggregat 6 kontrolliert und gesteuert entleert wird. Insoweit ist bei dieser hydraulischen Antriebseinheit die Förderleistung des Hydraulikaggregats 6 um- und einstellbar.
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Das Hydrauliksystem ist hermetisch abgeschlossen. Hierzu ist ein Vorratsbehälter 20 für die Hydraulikflüssigkeit vorgesehen, welcher einen volumenveränderlichen Hydraulikraum (Vorratsraum) 21 umfasst, wobei die maximale Volumendifferenz des Vorratsraumes 21 auf das Wechselvolumen der hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheit 2 abgestimmt ist.
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Die Hydraulikflüssigkeit ist in dem Hydrauliksystem dergestalt eingespannt, dass in diesem ständig und überall – und somit insbesondere in dem Vorratsraum 21 – zumindest ein über dem Umgebungsdruck liegender Basisdruck herrscht. Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen ist hierzu, in konstruktiver Umsetzung der vorliegenden Erfindung, der Vorratsbehälter 20 als Zylinderspeicher 22 mit einem durch einen Zylinder 23 und einer darin verschiebbar geführten Kolbeneinheit 24 begrenzten Vorratsraum (Hydraulikraum) 21 ausgeführt. Die Kolbeneinheit 24 wird auf ihrer dem Hydraulikraum 21 funktional gegenüberliegenden Seite von einem Druckfluidraum 25 beaufschlagt. Dieser steht seinerseits mit einem Hochdruck-Gasspeicher 26 in Verbindung. Die Wirkfläche 27 des Druckfluidraumes 25 an der Kolbeneinheit 24 ist klein gegenüber der Wirkfläche 28 des Hydraulikraumes 21 an der Kolbeneinheit 24.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Druckfluidraum 25 zentral innerhalb der Kolbeneinheit 24 angeordnet. Er ist gegenüber der zylindrischen Außenfläche 29 eines in ihn mehr oder weniger tief eindringenden Tauchrohres 30, das mit dem Hochdruck-Gasspeicher 26 in Verbindung steht, abgedichtet. Der Hochdruck-Gasspeicher 26 ist als Hydrospeicher ausgeführt, dessen Ölseite mit dem Druckfluidraum 25 verbunden ist. Auf der Rückseite der Kolbeneinheit 24 herrscht – über eine entsprechende Belüftungsöffnung 43 – Umgebungsdruck. Der Hydraulikraum 21 ist durch die vollständige Stirnfläche 28 der Kolbeneinheit 24 begrenzt.
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Gemäß 2 ist die in 1 veranschaulichte, vorstehend erläuterte hydraulische Antriebseinheit 1 dergestalt abgewandelt, dass ein einziger Hochdruck-Gasspeicher 31 vorgesehen ist, der die Funktionen der beiden nach dem Ausführungsbeispiel nach 1 vorgesehenen Hochdruck-Gasspeicher 10 und 26 in sich vereinigt. Der Hochdruck-Gasspeicher 31 ist somit nicht nur dem Vorratsbehälter 20 funktional zugeordnet, sondern auch Teil der – hydropneumatisch ausgeführten – Federeinrichtung, indem er auch den Kolbenstangenarbeitsraum (Rückhub-Arbeitsraum) 9 beaufschlagt.
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Gemäß 3 ist die in 2 veranschaulichte, vorstehend erläuterte hydraulische Antriebseinheit 1 hinsichtlich des Vorratsbehälters 20 dergestalt abgewandelt, dass der Druckfluidraum 25 als Hohlraum innerhalb eines an der Kolbeneinheit 24 vorgesehenen, diese verlängernden Vorsprungs 32 angeordnet ist. Der Vorsprung 32 ragt dabei in den Hydraulikraum 21, der seinerseits eine korrespondierende Verlängerung aufweist, hinein. Der Druckfluidraum 25 ist durch einen in dem besagten Hohlraum dichtend geführten Dichtkolben 33 begrenzt. Der Dichtkolben 33 ist hier stirnseitig an einem Tauchrohr 34 angeordnet, welches den (aus diesem Grunde ringförmigen) Druckfluidraum 25 durchsetzt und gegenüber dessen zylindrischer Außenfläche 35 der Vorsprung 32 der Kolbeneinheit 24 abgedichtet ist. Der Hochdruck-Gasspeicher 31 ist an das Tauchrohr 34 angeschlossen und beaufschlagt über dieses den Druckfluidraum 25.
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Gemäß 4 ist die in 1 veranschaulichte, weiter oben erläuterte hydraulische Antriebseinheit 1 hinsichtlich des Vorratsbehälters 20 dergestalt abgewandelt, dass der Hochdruck-Gasspeicher 36, aufgrund dessen Druckvorspannung dem Hydrauliksystem ständig ein zumindest über dem Umgebungsdruck liegender Basisdruck aufgeprägt wird, innerhalb des Zylinderspeichers 22, nämlich innerhalb der Kolbeneinheit 24 angeordnet ist. Der Druckfluidraum 25 und der Gasraum des Hochdruck-Gasspeichers 36 gehen somit ineinander über, d. h. sie bilden – als ein in der Kolbeneinheit 24 angeordneter Hohlraum – eine räumlich und funktional untrennbare Einheit. Ein mit dem Zylinder des Vorratsbehälters 20 fest verbundener Tauchzapfen 37 ragt – je nach der Stellung der Kolbeneinheit – mehr oder weniger tief in den Hohlraum ein, der gegenüber der zylindrischen Außenfläche 38 des Tauchzapfes 37 abgedichtet ist. Die Wirkfläche des Hochdruck-Gasspeichers 36 auf die Kolbeneinheit 24 entspricht bei dieser Ausführungsform dem der Stirnfläche 39 des Tauchzapfens 37 gegenüberliegenden Anteil der den Hohlraum begrenzenden Stirnwand 40 der Kolbeneinheit. In dem Tauchzapfen 37 ist ein Befüllkanal 41 mit einem Rückschlagventil 42 vorgesehen, um eine mögliche Leckage des in dem Hohlraum eingespannten Druckgases ausgleichen zu können.
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Es ist zur Klarstellung darauf hinzuweisen, dass aus der Veranschaulichung der vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele mit diversen Detailmerkmalen keinesfalls auf eine dementsprechend beschränkte Offenbarung der vorliegenden Erfindung geschlossen werden darf, und zwar schon gar nicht dergestalt, dass die jeweiligen Einzelmerkmale jeweils nur einer solchen Kombination miteinander offenbart seien. Vielmehr sind auch andere Detailmerkmale und/oder andere Merkmalskombinationen von der vorliegenden Erfindung erfasst. Beispielsweise ist die spezifische (hydropneumatische) Ausführung der Einrichtung für den Rückhub des oberen Werkzeugträgers in keiner Weise zwingend. Vielmehr können sämtliche bekannten sonstigen, beispielsweise hydraulisch, mechanisch, elektrisch pneumatisch oder auf sonstige Weise funktionierenden Rückhubeinrichtungen vorgesehen sein. Ebenso wenig ist zwingend, dass der obere Werkzeugträger der Maschinenpresse überhaupt mit zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten, d. h. in einem Eingang und einem Pressgang abgesenkt werden kann, und falls ja, dass hierfür ein kombinierter Hydraulikzylinder gemäß der veranschaulichten Bauweise dient. Diverse sonstige bekannte Ausgestaltungen, die eine zweistufige Absenkbewegung des oberen Werkzeugträgers zulassen, sind ersichtlich ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar.
