-
Hydraulische Kupplung für Pressen, Stanzen oder ähnliche Werkzeugmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Kupplung für Pressen, Stanzen oder
ähnliche Werkzeugmaschinen mit hin- und hergehendem Stempel oder Stößel, der, oben
offen, einen für die Hin- und Herbewegung dauernd angetriebenen, seinerseits oben
offenen Kolben führt und der mit Flüssigkeit gefüllt ist, die einen Raum zwischen
dem Stößel- und dem Kolbenboden und durch eine Öffnung im Kolbenboden auch teilweise
den Innenraum des Kolbens füllt, mit einem zum Schließen der Kupplung die Öffnung
schließenden Ventil.
-
Es ist bereits eine hydraulische Kupplung dieser Art bekannt, bei
der der Ventilschaft in einer Führungsbuchse am Kolben axial verschiebbar gelagert
ist. Es hat sich gezeigt, daß hierbei der Ventilschaft einer erheblichen Abnutzung
unterworfen ist, denn im Leerlauf muß der Ventilteller nämlich mittels eines Preßluftzylinders
über ein entsprechendes Gestänge gegen die Wirkung einer Druckfeder in seiner unteren
Endstellung gehalten werden, während der Kolben durch die Exzenterwelle hin- und
herbewegt wird. Auch hat sich herausgestellt, daß infolge Ventilundichtigkeiten
der Hub fortschreitend abnehmen kann und der Ventilteller im Leerlauf sich oftmals
nicht vollständig vom Ventilsitz abhebt und so unerwünschte kurze Arbeitshübe ausgeführt
werden.
-
Um diese Nachteile einer bekannten hydraulischen Kupplung dieser Art
zu vermeiden, wird, ausgehend von einer hydraulischen Kupplung der eingangs erwähnten
Art, erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Lagerung des Ventilschaftes im Boden des
Stößels vorzusehen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß zwischen Ventilschaft
und dem sich im Leerlauf bewegenden Kolben keine Berührung besteht und somit kein
Verschleiß auftreten kann. Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn im Inneren
des Kolbens ein Elektromagnet befestigt ist, dessen Anker zentral am Ventilteller
angreift. Ferner hat es sich noch als vorteilhaft erwiesen, wenn die am Ventilteller
bzw. an dessen Schaft angreifenden Hubbegrenzungsanschläge für die obere Stellung
des Ventiltellers und für dessen tiefste Stellung, d. h. Ruhestellung, am Boden
des Stößels bzw. in der Ventilschaftlagerung angebracht sind und der Ventilteller
durch die obere Hubbegrenzung trotz erregten Magneten vom Sitz im Kolben abgehoben
wird, bevor der Kolben seine höchste Stellung durchfährt und der Ventilteller in
seiner Ruhestellung tiefer steht, als die dem Ventilsitz entsprechende Öffnung im
Kolben bei dessen tiefster Stellung gelangen kann. Hierdurch wird erreicht, daß
der Ventilteller sich vor Beginn eines jeden Arbeitshubes im Bereich des oberen
Totpunktes des Kolbens abhebt und dadurch eventuell durch das Ventil hindurchgetretene
Flüssigkeit zurückgeleitet wird und andererseits auch in der Tiefststellung des
Kolbens das Ventil stets voll offen ist.
-
Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
-
F i g. 1 ist ein teilweise als Ansicht gezeichneter Längsschnitt durch
eine erfindungsgemäße Kupplung; F i g. 2 bis 5 zeigen die Arbeitsweise der Kupplung.
F i g. 1 zeigt eine hydraulische Kupplung für eine nicht näher gezeigte Stempelpresse,
die in bekannter Weise über eine Antriebswelle 12 und einen Exzenter 13 angetrieben
ist. Die Kurbelstange 14 des Exzenterantriebs ist über einen Bolzen 16 mit einem
hohlen offenen Kolben 17 über Flansche 18 verbunden.
-
In dem am Pressenrahmen befestigten Kupplungsgehäuse 20 ist eine Zylinderbohrung
21 für einen hin und her verschiebbaren becherförmigen Stößel 22 ausgebildet. Der
Stößel 22 hat eine zylindrische Bohrung 23, in der der Kolben 17 hin und her verschiebbar
ist. Der Stößel 22 ist an seinem unteren Ende durch einen Boden 24 abgeschlossen,
an welchem auf geeignete Weise eine Werkzeug- oder Stempelplatte 25 befestigt ist.
-
Im Stößelboden 24 ist eine Flüssigkeitskammer 26 ausgebildet. Auch
im hohlen Kolben 17 ist eine mit der Flüssigkeit 28 gefüllte und durch eine Füllöffnung
65 entlüftete Kammer 27 gebildet. Der Kolben 17 und somit die Kammer 27 haben unten
eine Öffnung 29. Hier ist der Kolben 17 mit einem der Kammer 26 zugewandten Ventilsitz
30 versehen.
An dem Stößel 22 ist radial ein Bolzen 33 befestigt,
der durch einen Schlitz-34 an der Innenseite des Gehäuses 20 hindurchragt und in
einer Bohrung 35 des Gehäuses verschiebbar ist. über eine Feder 36 wird so der Stößel
22 in Richtung seines Rückwärtshubes, d. h. nach oben; 9brgespannt. ' In der Flüssigkeitskämmer
26 ist ein mit dem Ventilsitz 30 zusammenwirkender Ventilteller 40 vorgesehen, der
erfindungsgemäß durch einen Elektromagneten 41 betätg$är-ist. Der Wicklungsteil
42 des Elektromagneten ist mit der Unterseite der oberen Stirnwand des Kolbens 17
verbunden. Der Ventilteller 40 ist an dem T-förmigen Anker 43 mittels einer - Schraube
-48--befestigt, die den Ventilschaft bildet.
-
Die Schraube 48 *eist zwischen Schaft 51 und Gewindeabschnitt 50.
ep.en Absatz 49 auf, so daß der Ventilteller 40 zwischen diesem und dem Anker 43
eingespannt ist. Die- innere Fläche 53 des Schraubenkopfes kann die Aufwärtsbewegung
des Ventiltellers 40 begrenzen. Im Boden 24 des Stößels 22 ist eine vorzugsweise
aus gehärtetem Material bestehende Führungsbuchse 55 mit Preßsitz eingebaut. Diese
Buchse 55 besitzt eine Bohrung 56 zum Führen des Kopfes 52 der Schraube
48. Das innere Ende 57 der Führungsbuchse 55. weist eine öffnung auf, durch die
der Schaft 51 der Halteschraube 48 gleitend geführt wird. Das Ende der Bohrung 56
ergibt eine Fläche 60, mit der die innere Fläche des Schraubenkopfes 52 zusammenarbeiten
kann, um die Aufwärtsbewegung des Ventiltellers 40 gegenüber dem Boden 24 des Stößels
22 zu begrenzen. -Die Führungsbuchse 55 besitzt ferner eine Ausgleichsquerbohrung
61. Der Boden 24 des Stößels 22 ist mit einem Dichtungsring 62 und einer Anschlagplatte
63 versehen. Entweder das ; obere Ende der Führungsbuchse 55 kann als Anschlag für
den Ventilteller 40 dienen, oder der Kopf 52 der Schraube 48 ist so bemessen, daß
seine Außenfläche 54 an die Anschlagplatte 63 anschlägt und so die Abwärtsbewegung
des Ventiltellers 40 begrenzt. Die auf den Anker 43, den Ventilteller 40 und die
Schraube 48 wirkende Schwerkraft öffnet das Ventil. Außerdem kann der Elektromagnet
41 eine entsprechende zusätzliche Vorspannkraft liefern, so daß mit Sicherheit ein
Hängenbleiben des Ventils vermieden und die Ansprechzeit verkürzt wird. Der Elektromagnet
41 kann in jedem gewünschten Zeitpunkt durch einen geeigneten Steuerstromkreis ein-
und ausgeschaltet werden.
-
Im folgenden wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Kupplung
an Hand der F i g. 2 bis 5 erläutert.
-
F i g. 2 zeigt die Leerlaufstellung, bei der sich die Welle 12 dreht,
so daß die Kurbelstange 14 den Kolben 17 ständig auf und ab bewegt. Während der
Kolben 17 daher unter dem Einfluß des Exzenters 13 steht, befindet sich der Stößel
22 unter dem Einfluß der in F i g. 1 gezeigten Federn 36, so daß er ständig nach
oben gedrückt, in Ruhe ist. Der Elektromagnet 41 ist ausgeschaltet, so daß mindestens
die auf den Ventilteller 40 wirkende Schwerkraft bewirkt, daß der Ventilteller seine
tiefste Stellung einnimmt, die durch den beschriebenen Anschlag bestimmt ist. Während
der Auf- und Abbewegung des Kolbens 17 bewegt sich auch der Wicklungsteil des Elektromagneten
42 mit, während der Anker 43 mit dem Ventilteller 40 in Ruhe bleibt. Unter diesen
Umständen bewegt sich der Kolben 17 in dem Stößel 22 senkrecht auf und ab und bewirkt,
daß die Flüssigkeit an dem Ventilteller vorbeiströmt. Während dieses Leerlaufbetriebes
ist stets ein Spielraum zwischen dem 5 Ventilteller und dem Ventilsitz vorhanden,
so daß ein ungehindertes Strömen des Strömungsmittels möglich ist. In F i g. 2 nimmt
der Kolben seine tiefste bzw. unterste Stellung in dem Stößel 22 ein, die der untersten
Stellung des Exzenters 13 entspricht.
-
Wenn der Stößel 22 einen Arbeitshub ausführen soll, wird der Elektromagnet
41 eingeschaltet, und zwar vorzugsweise dann, wenn die Teile im wesentlichen ihre
in F i g. 2 gezeigte Stellung einnehmen. Beim Einschalten des Elektromagneten wird
der Ventilteller 40 nach oben gezogen und bewegt sich zunächst mit dem Elektromagneten
nach oben.
-
Wenn sich der Ventilteller während dieser Aufwärtsbewegung an den
Sitz 30 angelegt hat, bevor der Exzenter den Kolben 17 in seine höchste Stellung
gebracht hat, greift der Kopf 52 der Schraube 48 an der Anschlagfläche 60 der Führungsbuchse
55 an, wie es in F i g. 3 gezeigt ist, so daß eine weitere Bewegung des Ventiltellers
verhindert wird.
-
Die Welle 12 dreht sich jedoch weiter, um die Kurbelstange 14 mit
Hilfe des Exzenters nach oben zu ziehen, so daß der Kolben 17 in der in F i g. 4
gezeigten Weise von dem Ventilteller 40 abgehoben wird. Diese Figur zeigt die Stellung
des Kolbens am oberen Ende seiner Hubstrecke. Es sei bemerkt, daß sich der Stößel
22 bis jetzt noch nicht bewegt hat. Wenn jetzt der Exzenter seine obere Totpunktstellung
durchläuft und seinen Abwärts- oder Arbeitshub beginnt, legt sich der Ventilsitz
30 kurz nach dem Beginn des Arbeitshubes wieder an den Ventilteller an, wie es aus
F i g. 3 hervorgeht. Hierdurch wird die Verbindung zwischen der Kammer 27 in dem
Kolben 17 und der Kammer 26 in dem Stößel 22 unterbrochen, so daß die Flüssigkeit
unterhalb des Ventiltellers in der Zylinderkammer 26 eingeschlossen ist. Da die
Flüssigkeit 28 im wesentlichen nicht zusammendrückbar ist und da die Dichtung 31
und der Ventilteller 40 das Entweichen von Flüssigkeit aus der Kammer 26 verhindert,
treibt der Kolben 17 unter Vermittlung durch die eingeschlossene Flüssigkeit in
der Kammer 26 den Stößel 22 so an, daß er sich gemäß F i g. 5 nach unten bewegt.
Dieser Arbeitshub setzt sich fort, bis die tiefste Stellung des Exzenters erreicht
ist. Nimmt man an, daß der Elektromagnet 41 eingeschaltet bleibt, wird die Beziehung
zwischen den Teilen aufrechterhalten, bis die Stellung nach F i g. 3 erneut erreicht
wird; an diesem Punkt wird die Aufwärtsbewegung des Stößels durch die in F i g.
1. gezeigten Anschlagbolzen 33 unterbrochen, und die Bewegung des Ventiltellers
40 hört auf, da dieser seine obere Hubbegrenzung erreicht hat. Wie schon erläutert,
setzt der Kolben 17 trotzdem seine Aufwärtsbewegung gegenüber seiner Stellung nach
F i g. 3 fort und überwindet im Zusammenwirken mit dem Stößel 22 die Kraft des Elektromagneten,
so daß das Ventil geöffnet wird, wie es in F i g. 4 gezeigt ist, damit die für den
nächsten Hub benötigte zusätzliche Flüssigkeit in die Kammer 26 eintreten kann.
Da somit in der Kammer 26 während eines Arbeitshubes stets die gleiche Flüssigkeitsmenge
vorhanden ist, wird die Länge der aufeinanderfolgenden Arbeitshübe konstant gehalten,
was besonders bei kontinuierlich durchlaufenden Arbeitsmaschinen wichtig ist.
Wenn
die Ausführung nur eines einzigen Arbeitshubes erwünscht ist, wird der Elektromagnet
41 danach wieder ausgeschaltet. Vorzugsweise erfolgt das Ausschalten des
Elektromagneten kurz nach dem Beginn des letzten Arbeitshubes. Die in die Kammer
26 eingeschlossene Flüssigkeit steht unter einem erheblichen Druck, der durch die
Reaktionskraft des Werkstücks hervorgerufen wird, dessen Bearbeitung mit Hilfe des
Stößels 22 erfolgt. Dieser Druck wirkt auf die Unterseite des Ventiltellers 40 und
hält das Ventil entgegen der Wirkung der Schwerkraft geschlossen, bis das untere
Ende der Hubstrecke erreicht ist. An diesem Punkt stellt sich ein Gleichgewichtszustand
ein, der es der Schwerkraft ermöglicht, den Ventilteller 40 nach unten zu
bewegen.
-
Zwar erfolgt die Betätigung des Elektromagneten synchron mit der Bewegung
des Kolbens 17, doch ist ersichtlich, daß keine zum Heben oder Senken des Ventiltellers
dienende Kraft unmittelbar von dem Kolben abgeleitet wird.