DE102014209685B3

DE102014209685B3 - Strangpresse mit Hydraulikantrieb

Info

Publication number: DE102014209685B3
Application number: DE102014209685.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wershofen-Crombach; Ewald Hagen; Stephan Frehe
Original assignee: SMS Meer GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2034-05-22
Also published as: WO2015177285A1; EP3145650A1; JP2017518189A; CN106457328A; US20170113256A1; TW201600192A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strang- und Rohrpresse Strang- und Rohrpresse zur Umformung metallischer Blöcke in Profile, Rohre, Stränge oder dergleichen, mit einem Stempel sowie einer Matrize, durch die hindurch ein metallischer Block mittels des Stempels pressbar ist, einem Blockaufnehmer, und einer Antriebseinrichtung mit wenigstens einem Hauptzylinder zur Aufbringung der Presskraft des Stempels auf den metallischen Block, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung wenigstens eine drehzahlgeregelte Innenzahnradpumpe zur Bereitstellung des Hydrauliköls zu dem wenigstens einen Hauptzylinder umfasst.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Strang- und Rohrpresse zur Umformung metallischer Blöcke in Profile, Rohre, Stränge oder dergleichen, mit einem Stempel sowie einer Matrize, durch die hindurch ein metallischer Block mittels des Stempels pressbar ist, einem Blockaufnehmer, und einer Antriebseinrichtung mit wenigstens einem Hauptzylinder zur Aufbringung der Presskraft des Stempels auf den metallischen Block.
2. Stand der Technik
Derartige Strang- und Rohrpressen sind seit Jahrzehnten aus dem Stand der Technik bekannt und dienen zur Herstellung unterschiedlichster Bauteile aus üblicherweise metallischen Werkstoffen, die durch eine Matrize gepresst eine Umformung mit hohem Umformgrad erfahren.
Hauptmerkmale konventioneller Strangpressen sind ein Blocklader zwischen dem Stempel und dem Blockaufnehmer sowie eine Presskrafterzeugung mittels eines Hauptzylinders und eines Vorschub-/Rückzugzylinders, wodurch alle Hilfsbewegungen, auch die Anstellung der Strangpresse auf unterschiedliche Blockformate und die Zufuhr des metallischen Blocks zur Matrize hin, von Hydraulikzylinder durchgeführt werden. Die Größe des Hydraulikantriebs wird durch die von der Strang- und Rohrpresse aufzubringende Presskraft sowie gegebenenfalls die für den gewünschten Umformvorgang erforderliche Pressgeschwindigkeit bestimmt.
In den letzten Jahrzehnten erfolgte die weitergehende Entwicklung der bekannten Strang- und Rohrpressen zu sogenannten Kurzhub-Strangpressen, bei deren unter Zunahme der Blocklänge der Hauptzylinderhub für eine bestimmte Blocklänge konstruiert wurde, insbesondere unter Bereitstellung eines kompakten Pressenrahmens. Hierbei wurde in einer sogenannten Frontlader-Konstruktion der Blocklader zwischen Matrizenblock und Stempel angeordnet und ein symmetrisches Blockstauchen durchgeführt. Die für die Bewegung der einzelnen Komponenten der Strang- und Rohrpresse sowie die Presskraftaufbringung erforderlichen Hydraulikantriebe und Hydrauliktanks wurden in der Peripherie der beweglichen Komponenten angeordnet.
Derartige Strangpressen bringen üblicherweise Presskräfte von ca. 10 bis mehr als 160 MN auf. Große Strangpressen mit Presskräften von 100 MN sind in der Lage, Blocklängen von mehr als 2.000 mm bei einem Blockdurchmesser von mehr als 1.000 mm umzuformen. Derartige Strangpressen sind beispielsweise aus der DE 10 227 488 B3 oder der EP 1 526 930 B1 bekannt.
Das Hydrauliköl wird im Stand der Technik unter Verwendung von Axialkolbenpumpen zu der hydraulischen Antriebseinrichtung und/oder dem Mittel zum Aufbringen der Presskraft zwischen Matrize und Stempel gefördert. Derartige Axialkolbenpumpen sind jedoch relativ teuer. Darüber hinaus weisen sie den Nachteil auf, dass sie insbesondere bei niedrigen Drehzahlen eine hohe Pulsation aufweisen, was schlussendlich nicht nur zu unerwünschten Vibrationen, sondern auch zu einem vergleichsweise hohen Geräuschpegel führt. Aus Arbeitsschutzerfordernissen weisen derartige Strang- und Rohrpressen daher üblicherweise einen nicht unaufwendigen Schallschutz auf.
Darüber hinaus ist aus der EP 2 316 639 A2 ein Antrieb von Ballenpressen zum Verdichten von losem Material bekannt, bei welcher einzelne in einem Hydraulikstrang hydraulisch betätigbare Aktuatoren der Ballenpresse von einer Hydraulikpumpe mit Hydrauliköl gespeist wird. Die Hydraulikpumpe kann beispielsweise auch als Innenzahnradpumpe ausgebildet sein. Die einzelnen Aktuatoren werden mittels Hydrauliksteuerventile gesteuert, mittels welchen die jeweils an einem Aktuator benötigten Ölstrome in dem Hydraulikstrang eingestellt werden.
Aus der EP 0 782 671 B1 ist eine Vorrichtung zum kontrollierten Antrieb einer hydraulischen Maschinenachse bekannt, wobei mindestens ein Aktuator über eine hydraulische Leitung mit einer hydraulischen Pumpe in Verbindung steht, und wobei die hydraulische Pumpe von einem drehzahlvariablen Antriebsmotor angetrieben wird. Die hydraulische Pumpe kann eine Innenzahnradpumpe sein.
Ferner ist in der DE 198 02 137 C1 eine Zahnradpumpe, insbesondere eine Innenzahnradpumpe, mit einem speziellen konstruktiven Aufbau beschrieben, mittels welchem das Gebiet der Mischreibung bei einem Anlauf der Zahnradpumpe rasch durchlaufen und während des regulären Betriebs vermeiden wird, so dass das Verschleißverhalten der Zahnradpumpe erheblich verbessert werden kann.
3. Aufgabe der Erfindung
Es war daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Strang- und Rohrpresse zur Umformung metallischer Blöcke zur Verfügung zu stellen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zur überwinden in der Lage ist. Diese Aufgabe wird im erfindungsgemäßen Sinne mit einer Strang- und Rohrpresse, umfassend die Merkmale des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
4. Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß weist die Antriebseinrichtung wenigstens eine drehzahlgeregelte Innenzahnradpumpe zur Bereitstellung des Hydrauliköls zu dem wenigstens einen Hauptzylinder auf, mittels welchem die Hauptpresskraftübertragung erfolgt, und wenigstens einen hydraulischen Vorschub- und/oder Rückzugszylinder zur Bewegung des Stempels relativ zur Matrize oder wenigstens einen elektrischen Antrieb zur Bewegung des Stempels relativ zur Matrize umfasst, um den Stempel in eine Position zu bewegen, in welcher die Hauptpresskraftübertragung einsetzt.
Hierdurch wird mit einfachen und auf dem Markt in einer Vielzahl bereits verfügbaren Einrichtungen erreicht, dass durch Abschalten der Pumpen geringere Verluste auftreten, als dies mit nicht drehzahlvariablem Antrieb und unter Verwendung von Axialkolbenpumpen möglich war.
Darüber hinaus ist ein häufiger Ein-Ausschaltbetrieb problemlos möglich und eine einfache Volumenstromverstellung durch Drehzahländerung erreichbar.
Schließlich sind derartige Innenzahnradpumpen wesentlich leiser als Axialkolbenpumpen, wodurch gegebenenfalls der bei Strang- und Rohrpressen üblicherweise verwendete Schallschutz gänzlich entfallen, zumindest jedoch deutlich einfacher und platzsparender realisiert werden kann.
Auch ermöglicht der Einsatz drehzahlgeregelter Innenzahnradpumpen einen einfachen und robusten Aufbau sämtlicher Komponenten und stellt ein wartungsfreundliches und einfach verständliches Antriebssystem zur Verfügung.
Derartige Innenzahnradpumpen, die aus dem Stand der Technik in einer Vielzahl von Ausführungsformen bereits bekannt sind, eignen sich besonders für den Einsatz mit drehzahlvariablem Antrieb und haben in internen Tests bereits ihre besondere Eignung bezüglich Lastwechseln und hinsichtlich des Energieverbrauchs erwiesen.
Es lässt sich somit im erfindungsgemäßen Sinne eine deutliche Minimierung der Anschaffungskosten, eine geringe Geräuschemission beim Betrieb der Anlagen, ein guter Wirkungsgrad mit energieeffizientem Antrieb und eine Minimierung der Pulsation bei niedrigen Drehzahlen erreichen.
Insbesondere erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung auch einen gänzlichen Stillstand der Pumpenantriebe, wenn kein Hydrauliköl unter Druck zur Verfügung gestellt werden muss. Dies führt zu einem Energieeinsparpotential gegenüber herkömmlichen Strangpressen von etwa 55%.
Vorteilhafterweise umfasst die Antriebseinrichtung Mittel zum Bewegen des Stempels und/oder des Blockaufnehmer und/oder der Matrize sowie Mittel zum Aufbringen einer Presskraft zwischen Matrize und Stempel.
Besonders vorteilhaft wird in diesem Zusammenhang wenigstens ein hydraulischer Vorschub- und/oder Rückzugszylinder zur Bewegung des Stempels relativ zu Matrize vorgesehen ist. Hierdurch wird erreicht, dass die Hauptpresskraftübertragung mittels eines oder mehrerer Hauptzylinder erfolgt, der Vorschub und der Rückzug des Stempels relativ zur Matrize in eine Position, in der die Presskraftübertragung einsetzen soll, und aus dieser heraus, jedoch mittels vorzugsweise kleinerer Vorschub- und/oder Rückzugszylinder. Hierdurch wird die Menge an zu förderndem Hydrauliköl über den Gesamtbetrieb der Strang- und Rohrpresse auf das bei derartigen Antriebskonzepten notwendige Minimum beschränkt.
Oder es wird alternativ zu dem wenigstens einen hydraulischen Vorschub- und/oder Rückzugszylinder wenigstens ein elektrischer Antrieb, vorzugsweise ein elektrischer Servoantrieb, zur Bewegung des Stempels relativ zur Matrize vorgesehen. Hierdurch wird ein Anlagenkonzept verwirklicht, das unter Verwendung moderner Hybrid-Technologie die Presskraftaufbringung im Wesentlichen hydraulisch bewirkt, sämtliche übrigen Bewegungen der Komponenten der Strang- und Rohrpresse jedoch elektrisch bewirken lässt, so beispielsweise das Anstellen des Pressstempels in eine Krafteinleitungsposition, die Bewegung des Blockladers, die Bewegung der Pressrestschere und dergleichen.
Schlussendlich lässt sich gegenüber dem konventionellen Hydraulikantrieb eine hohe Energieeffizienz dank des elektrohydraulischen Hybrid-Antriebskonzepts erreichen, bei dem Einsparungen bei der Hydraulik vorzugsweise durch eine geringere Pumpenkapazität, ein kleineres Behältervolumen für die Hydraulikflüssigkeit, vorzugsweise kürzere Rohrleitungen und geringere Ventilgrößen erreichbar sind. Energieeinsparungen lassen sich bei den elektrischen Servoantrieben vorzugsweise durch geeignete Mittel zur Energierückgewinnung erreichen.
Eine derartige Hybrid-Technologie bei Strang- und Rohrpressen ist beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 2013/064250 A1 offenbart.
Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang auch, wenn die Innenzahnradpumpe im Bereich des Anfahrens bis zum Bereitstellen des gewünschten Systemdrucks unter Mischreibung betreibbar ist. Dies reduziert die Pulsationen, die von der Pumpe insbesondere in niedrigen Drehzahlbereichen erzeugt werden, gegenüber den herkömmlichen Axialkolbenpumpen deutlich und auf das unvermeidliche Minimum.
Bevorzugt wird überdies, wenn die Antriebseinrichtung mit einer Steuereinheit verbunden ist, in der eine Kennlinie oder eine Mehrzahl von Kennlinien für die Innenzahnradpumpe und/oder deren Antriebsmotor oder -motoren hinterlegt sind. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln erreicht, dass die eingesetzten Motoren und Pumpen unter energetischen Gesichtspunkten im optimalen Betriebspunkt betreibbar sind. Die softwaremäßige Hinterlegung der Kennlinien in der Steuereinheit erlaubt diesbezüglich die direkte Steuerung der Pumpen und/oder Antriebsmotoren druckabhängig, um so die gewünschte Hydrauliköl-Fördermenge zu erhalten.
Besonders bevorzugt wird, wenn die Pulsation der Innenzahnradpumpe, insbesondere der bevorzugten Innenzahnradpumpe, vor allem bei niedrigen Drehzahlen geringer ist als bei Axialkolbenpumpen, vorzugsweise um ein Maß von wenigstens 20%, insbesondere bevorzugt von wenigstens 30% verglichen zur Pulsation herkömmlicher Axialkolbenpumpen.

Claims

Strang- und Rohrpresse zur Umformung metallischer Blöcke in Profile, Rohre, Stränge oder dergleichen, mit einem Stempel sowie einer Matrize, durch die hindurch ein metallischer Block mittels des Stempels pressbar ist, einem Blockaufnehmer, und einer Antriebseinrichtung mit wenigstens einem Hauptzylinder zur Aufbringung der Presskraft des Stempels auf den metallischen Block, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung wenigstens eine drehzahlgeregelte Innenzahnradpumpe zur Bereitstellung des Hydrauliköls zu dem wenigstens einen Hauptzylinder umfasst, mittels welchem die Hauptpresskraftübertragung erfolgt, und wenigstens einen hydraulischen Vorschub- und/oder Rückzugszylinder zur Bewegung des Stempels relativ zur Matrize oder wenigstens einen elektrischen Antrieb zur Bewegung des Stempels relativ zur Matrize umfasst, um den Stempel in eine Position zu bewegen, in welcher die Hauptpresskraftübertragung einsetzt.
Strang- und Rohrpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung Mittel zum Bewegen des Stempels und/oder des Blockaufnehmers und/oder der Matrize sowie Mittel zum Aufbringen einer Presskraft zwischen Matrize und Stempel umfasst.
Strang- und Rohrpresse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Antrieb ein elektrischer Servoantrieb zur Bewegung des Stempels relativ zur Matrize ist.
Strang- und Rohrpresse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenzahnradpumpe im Bereich des Anfahrens bis zum Bereitstellen des gewünschten Systemdrucks unter Mischreibung betreibbar ist.
Strang- und Rohrpresse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung mit einer Steuereinheit verbunden ist, in der eine Kennlinie für die Innenzahnradpumpe und/oder deren Antriebsmotor oder -motoren, vorzugsweise eine Vielzahl von Kennlinien, hinterlegt ist/sind.
Strang- und Rohrpresse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsation der Innenzahnradpumpe insbesondere bei niedrigen Drehzahlen geringer ist als bei Axialkolbenpumpen, vorzugsweise um wenigstens 20%, vorzugsweise um wenigstens 30%.