DE19521830C2 - Mechanische Presse mit einem auf Gleitlagern umflaufenden Schwungrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mechanische Presse mit einem auf Gleitlagern umlaufenden Schwungrad.

Schwungräder von mechanischen Pressen sind Beanspruchungen ausgesetzt, die auf die Pressenvibration, sowie auf Stöße und lange Zeitspannen zwischen dem einzelnen Preßvorgang zurückgehen.

Als mechanische Presse kommen Zweiständerpressen in Betracht, ferner Pressen zum Ausstanzen und Ziehen von Werkstücken. Derartige Pressen haben ein Pressenoberteil, ein Bett sowie einen Schlitten. Der letztere ist innerhalb eines Rahmens angeordnet und bewegt sich auf das Bett zu bzw. von diesem hinweg. Der Schlitten ist von einer Kurbelwelle angetrieben, mit einer am Schlitten angreifenden Pleuelstange. Am Schlitten ist ein oberes Werkzeug montiert, während sich das untere an einem sogenannten Bolster befindet, das seinerseits mit dem Bett verbunden ist. Derartige mechanische Pressen sind mit einer großen Zahl von Varianten bekannt.

Das Schwungrad einer solchen Presse dient dem Speichern mechanischer Energie. Es befindet sich zwischen dem Haupt-Antriebsmotor und der Kupplung. Schwungrad und Schwungradlager sind auf der Antriebswelle, der Kurbelwelle oder dem Pressenrahmen unter Anwendung einer Hohlachse gelagert. Der Haupt-Antriebsmotor ergänzt den Energieverlust, den das Schwungrad während des Pressenbetriebes erfährt, wenn die Kupplung das Schwungrad mit den anzutreibenden Teilen der Presse zusammenkoppelt. Während des Eingriffs der Kupplung wird das Schwungrad langsamer, und die Pressenantriebsteile werden auf Pressen-Betriebsgeschwindigkeit gebracht. Während des Eingriffs der Kupplung läuft das Schwungrad synchron mit der Kupplung um, während die Schwungradlager nicht relativ umlaufen, ausgenommen im Falle des Anwendens einer Hohlachse, wobei stets eine relative Umdrehung erfolgt.

Vorbekannte Pressen weisen eine Schwungradkonzeption auf, bei welcher das Schwungrad auf seiner Konsole mittels Wälzlagern gelagert ist. Lager dieser Art verlangen keine besondere Schmierung. Sie haben einen geringen viskosen Widerstand und eine statistisch relativ gut vorhersagbare Lebensdauer. Wälzlager sind aber besonders anfällig gegenüber Vibration und Stößen, was zu einem sogenannten Brinelling führen kann, einem falschen Brinelling, einer Freßkorrosion sowie einer Beschädigung der Lagerringe, der Nabenbohrungen und der Welle.

DE 42 34 905 A1 beschreibt ein Antriebsaggregat für Werkzeugmaschinen. Dabei geht dieses Antriebsaggregat von Kugellagern bzw. Wälzlagern aus. Nutzen sich die Lagerflächen im Laufe der Zeit durch Verschleiß ab, so besteht hierbei ein Problem darin, daß Hohlwelle und Schwungrad ausgebaut werden müssen. Auch ist die Schmierung der Lagerflächen von Buchse und Schwungrad einerseits sowie von Buchse und Hohlwelle andererseits nicht optimal. Insbesondere wird eine zuverlässige Kantenschmierung nicht erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schwungrad gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, daß diese Nachteile vermieden werden. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Bei einer während des Pressenbetriebes auftretenden stoßartigen Belastung fängt der erzeugte Ölfilm die Belastung mittels eines Quetsch-Film-Effektes ab. Da das Öl durch den sich verringernden Spaltraum während jener Zeitspanne, während welcher die Belastung wirkt, nicht entweichen kann, wird ein belastungstragender Druck erzeugt, der einer weiteren Verringerung der Ölfilmstärke entgegenwirkt. Die Belastung wird hierdurch aufgenommen, ohne daß das Lager und die Lagerflächen beschädigt werden. Hierdurch ist es möglich, daß die Buchse eine hohe Überlastkapazität aufweist und eine Vibrationsdämpfung erzeugt.

Die Lebensdauer des Schwungradlagers wird durch die Erfindung gesteigert bei voller Filmschmierung. Gleichzeitig ist die Lasttragekapazität in Bezug auf die Abmessungen des Lagers sehr gut. Wie bei hydrodynamischen Lagern bekannt, nimmt die Tragfähigkeit mit einem Anstieg der relativen Drehzahl zu.

Ein weiterer Vorteil des hydrostatischen/hydrodynamischen Schwungradlagers gemäß der Erfindung besteht darin, daß das hydrostatische Polster gemäß der Erfindung einen Metall- Metall-Kontakt unterbindet, jedoch ein hohes Maß an Steifigkeit einschließt, um die lasttragende Buchse positiv zentral um die Lagerflächen herum anzuordnen. Befindet sich der Antriebsriemen im Eingriff, so übt er eine ständig nach oben wirkende Last auf das Schwungrad aus. Das hydrostatische Polster verringert die hieraus folgenden ungünstigen Einflüsse.

Ferner verhindert das hydrodynamische/hydrostatische Schwungradlager gemäß der Erfindung eine Kantenbelastung der Lagerbuchse.

Durch die Erfindung erhält das Schwungrad zu jedem Zeitpunkt des Pressenbetriebes absolute Laufruhe.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 ist eine Aufrißansicht einer Presse, von vorn gesehen.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht des hydrodynamischen/hydrostatischen Schwungradlagers gemäß der Erfindung, und zwar in einer ersten Ausführungsform.

Fig. 3 ist eine fragmentarische stirnseitige Ansicht des hydrodynamischen/hydrostatischen Schwungradlagers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 4 ist ein Schnitt einer alternativen Ausführungsform der Hohlachse.

Fig. 5 ist eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform der Hohlachse.

Einander entsprechende Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die in Fig. 1 gezeigte mechanische Presse 10 weist ein Pressenoberteil 12 auf, ein Bett 14 mit einer hieran befestigten Bolstereinheit 16 sowie Ständer 18, die das Pressenoberteil 12 mit dem Bett 14 verbinden. Die Ständer 18 sind mit der Unterseite des Pressenoberteiles 12 verbunden oder mit diesem einteilig, ferner mit der Oberseite des Bettes 14. Ein Schlitten 20 befindet sich zwischen den Ständern 18, um hin- und hergehend zu arbeiten. Durch das Pressenoberteil 12 hindurch, durch die Ständer 18 sowie durch das Bett 14 hindurch sind hier nicht gezeigte Zugstangen geführt, die jeweils an ihren Enden mit nicht gezeigten Zugstangenmuttern befestigt sind. Bett 14 weist Fortsätze 24 auf, die unter Zwischenfügung von stoßdämpfenden Puffern 28 am Boden 26 der Maschinenhalle montiert sind. Ein Schwungrad 36 steht über einen Antriebsriemen 32 mit einem Antriebsmotor 30 in Triebverbindung. Am Pressenrahmen oder Pressenoberteil 12 ist mittels Schrauben 44 eine Hohlachse 42 befestigt - siehe die Fig. 2 bis 5. Das Schwungrad 36 ist um die Hohlachse 42 drehbar gelagert. Es ist an eine Kurbelwelle 46 durch eine herkömmliche Kupplungs-Brems-Einheit angeschlossen (hier nicht dargestellt). Die Kurbelwelle 46 der Presse läuft innerhalb der Hohlachse 42 um. Eine Kurbelwellendichtung 48 hält Öl innerhalb des Pressenoberteiles 12. Wie bei Pressen allgemein bekannt, greift die Kurbelwelle 46 am Schlitten an, und zwar über Pleuelstangen, um die Drehbewegung der Kurbelwelle 46 in eine hin- und hergehende Bewegung des Schlittens 20 umzusetzen. Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit 40, die sich auf der Hohlachse 42 befindet, auf welcher das Schwungrad 36 umläuft. Die Lagereinheit 40 umfaßt eine Lagerbuchse 54 aus Bronze zwischen Hohlachse 42 und einer Schwungradnabe 56. Die Schwungradnabe 56 ist an einer Schwungradrippe 58 des Schwungrades 56 durch hier nicht gezeigte Schrauben befestigt.

Alternativ hierzu könnte die Schwungradnabe mit der Schwungradrippe 58 oder mit dem gesamten Schwungrad 36 einteilig sein.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet die Anwendung von hydrostatischen Lagerpolster 60, die in die Mantelfläche 62 der Hohlachse 42 eingelassen sind. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, weist die Hohlachse 42 zwei Zeilen solcher hydrostatischer Lagerpolster 16 auf. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird Öl zur Schmierung zwischen bewegte Teile eingeführt; es können jedoch auch andere Flüssigkeiten oder fließfähige Medien verwendet werden. Öl wird durch Abschnitte 65 der Ölkanäle zugeführt, die in die Hohlachse 42 gebohrt sind. Aus Fig. 3 ergibt sich, daß diese Abschnitte 65 der Ölkanäle an einer Mehrzahl von Abschnitten 64, 66 externen Ölleitungen angeschlossen sind, die Öl über Anschlüsse 103 von einer Sammelleitung 68 erhalten. Sammelleitung 68 ist über eine Ölzufuhrleitung 70 an einen Öl-Vorratsbehälter 72 angeschlossen. Eine hydraulische Ölpumpe 34 dient dazu, das Öl (bzw. das fließfähige Medium) innerhalb des Öl-Vorratsbehälters 72 unter Druck zu setzen, so daß Drucköl durch die Ölzufuhrleitung 70, die Sammelleitung 68, die Anschlüsse 103 und durch die Ölleitung 66 fließt. Dieses Öl fließt sodann durch die Abschnitte 64, 66 der Ölkanäle innerhalb der Hohlachse 42. Die beiden Zeilen hydrostatischer Lagerpolster 60 können auf unterschiedliche Weise ausgerichtet werden, um die Lasttragekapazität der Lagereinheit 40 so groß wie möglich zu machen. Ein bevorzugtes Verfahren besteht darin, die hydrostatischen Polster gemäß Fig. 4 derart anzuordnen, daß diese Lagerpolster 60 unter etwa 40° gegen eine Vertikallinie 76 versetzt sind, die sowohl durch die Hohlachse 42 als auch durch die Kurbelwelle 46 verläuft. Weitere Lagerpolster 60 können ausgerichtet werden, wie in Fig. 5 gezeigt, und zwar unter etwa 50° gegen die Vertikallinie 76. Alternativ hierzu können andere Ausrichtungen der Lagerpolster 60 an Hohlachse 42 vorgenommen werden. Dies kann die Tragfähigkeit der Hohlachse und des hydrodynamischen Lagers beeinflussen.

Die Kombination einer genügend großen Menge von fließfähigem Medium wie Öl zwecks Erreichens einer Vollfilm-Schmierung, sowie der hydrostatischen Lagerpolster 60, die mit einem unter Druck stehenden Medium wie Öl angefüllt sind, zwischen Hohlachse 42 und Lagerbuchse 54, ergibt eine hydrostatische/hydrodynamische Lagereinheit 40 mit einer Tragfähigkeit, die mit der relativen Drehzahl zwischen der Hohlachse 42 und dem Schwungrad 36 zunimmt. Das Drucköl innerhalb der hydrostatischen Lagerpolster 60 steigert die Steifigkeit der Einheit, um die lasttragenden Elemente positiv zu positionieren, insbesondere Schwungrad 36 und Lagerbuchse 54 um Hohlachse 42 herum. Die hydrostatischen Lagerpolster 60 sowie eine genügende Menge fließfähigem Mediums wie Öl stellen sicher, daß kein Metall-Metall-Kontakt auftritt, wodurch der Verschleiß ausgeschlossen wird. Eine Pumpe 34 hoher Kapazität wie eine Parker H77AA2A Zahnradpumpe, stellt sicher, daß eine große Ölmenge bereitsteht, und zwar sowohl um hydrostatische Druckbereiche zwischen Hohlachse 42 und Lagerbuchse 54 zu schaffen, als auch den Zustand der Vollfilm-Schmierung (hydrodynamischer Effekt) zwischen den Teilen der Hohlachse 42.

Während des Betriebes ermöglicht es die Lagereinheit 40, daß das Schwungrad 46 um die nicht-umlaufende Hohlachse 42 umläuft. Pumpe 34 liefert unter Druck stehendes fließfähiges Medium in genügender Menge durch die Abschnitte 64 der Ölkanäle zu den hydrostatischen Lagerpolstern 60, um sowohl ein hydrostatisches Lager als auch ein hydrodynamisches Lager zwischen der Lagerbuchse 54 und der Hohlachse 42 zu schaffen. Dieses Öl, das dem hydrostatischen Lagerpolster 60 zugepumpt wird, strömt in axialer Richtung entlang der Mantelfläche der Hohlachse 42, sowie zu einem Ölablaß 78, der an einem Teil der Hohlachse 42 gegenüber der Schwungradrippe 58 befestigt ist. Eine rückwärtige Dichtungseinheit 80 umgibt Schwungradnabe 56 und Hohlachse 42 ringförmig. Diese Einheit dichtet das Öl ab gegen ein Austreten von der Innenfläche der Lagerbuchse 54 und der Hohlachse 42 in den Ölablaß 78. Eine rückwärtige Dichtungseinheit 80 weist einen ringförmigen Halter 82 auf, der nicht- umlaufend an der Hohlachse 42 befestigt ist. Eine rückwärtige Dichtung 84 ist zwischen Halter 82 und Schwungradnabe 56 eingepaßt, um Leckflüssigkeit aus dem hydrostatischen Lagerpolster 60 festzuhalten. Entlang der gegenüberliegenden Seite der Lagerbuchse 54 befindet sich ein ringförmiger Halter 92, der mittels Schrauben 94 an der Hohlachse 42 befestigt ist. Halter 92 sichert das Schwungrad 36 in radialer Richtung auf der Hohlachse 42. Eine Dichtung 96 ist eingepaßt zwischen Schwungradnabe 56 und Halter 92. Wie man aus Fig. 2 ferner erkennt, hindert Dichtung 96 fließfähiges Medium daran, zwischen dem nicht-umlaufenden Halter 92 und der umlaufenden Schwungradnabe 56 auszutreten. Zwischen der vorderen Stirnfläche 57 der Lagerbuchse 54 und der hinteren Stirnfläche 100 des Halters 92 befindet sich ein axialer Zwischenraum, in welchem sich Lecköl aus den hydrostatischen Lagerpolstern 60 ansammelt.

Die rückwärtige Stirnfläche 100 von Halter 92 weist eine Mehrzahl von Radialnuten auf, die hier nicht gezeigt sind. Diese Nuten dienen dazu, fließfähiges Medium in einen Sammelkanal 102 eintreten zu lassen, der sich innerhalb der Schwungradnabe 56 befindet, um einem Zwischenraum zwischen Lagerbuchse 54 und Halter 92 mit einem rückwärtigen Flüssigkeitsraum 88 leitend zu verbinden. Sammelkanal 102 ist unter einem Winkel zum Drehzentrum der Kurbelwelle 46 angeordnet. Hierdurch wird die Flüssigkeit, die in den vorderen Zwischenraum zwischen den Stirnflächen 57 und 100 eintritt, zurückgeleitet zum Flüssigkeitsraum 88 und in den Ölablaß 78. Durch den Ölablaß 78 strömende Flüssigkeit wird schließlich der Einlaufseite einer Pumpe 34 zugeführt, um wieder der Lagereinheit 40 zugeführt zu werden.

Die vordere Dichtung 96 und die rückwärtige Dichtung 84 sind nicht in derselben Ebene angeordnet, wie die Bronzebuchse 54 oder deren Zwischenraum mit der Hohlachse 42. Dies hat folgende Wirkung: wenn fließfähiges Medium aus einem Ende der Lagerbuchse 54 austritt, so liegen die Dichtungen 84 und 96 nicht unmittelbar auf dem Strömungswege dieser Flüssigkeit, so daß die Dichtungseigenschaften der Lagereinheit 40 verbessert werden.

Claims (6)

1. Mechanische Presse (10) mit einem auf Gleitlagern um­ laufenden Schwungrad (36), dessen Lager die folgenden Merkmale aufweist:

• 1. 1.1 eine Hohlachse (42), die mit der Presse drehstarr verbunden ist;
• 2. 1.2 eine mit der Schwungradeinheit verbundene Lager­ buchse (54), die eine Innenbohrung aufweist und eine spielbehaftete Lagerfläche für die Hohlachse (42) bildet;
• 3. 1.3 die Hohlachse (42) weist eine Mehrzahl hydrostatischer Lagerpolster (60) auf, die der Lagerfläche gegen­ über offen sind;
• 4. 1.4 die hydrostatischen Lagerpolster (60) sind be­ zogen auf die Mantellinie der Hohlachse (42) zur Vermeidung einer Kantenbelastung der Lagerbuchse (54) in zwei axial beabstandeten Reihen angeordnet;
• 5. 1.5 die Lagerbuchse (54) läuft beim Betrieb der Presse (10) relativ zur Hohlachse (42) um;
• 6. 1.6 eine mit den hydrostatischen Lagerpolstern (60) kommunizierende Pumpe (74) versorgt die Lager­ polster (60) mit unter Druck stehendem fließfähigem Medium;
• 7. 1.7 die Pumpe (74) Liefert ausreichend fließfähiges Medium, um sowohl ein hydrostatisches als auch ein hydro­ dynamisches Lager zwischen der Lagerbuchse (54) und der Hohlachse (42) zu gewährleisten.

2. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ölablaß (78) vorgesehen ist, und daß aus der Lagerbuchse austretendes fließfähiges Medium dem Ölablaß (78) zuströmt.

3. Presse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Dichtungen (84, 96) vorgesehen ist, die eine Abdichtung zwischen der Hohlachse (42) und dem Schwungrad (36) schafft, und die in anderen Ebenen als der Zwischenraum der Lagerbuchse angeordnet sind.

4. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Lagerpolstern (60) in gleichen gegenseitigen Abständen um die Hohlachse (42) herum angeordnet ist.

5. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Lagerpolster (60) unter einem Winkel von 40° gegen die Vertikale um die Hohlachse (42) herum angeordnet ist.

6. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Lagerpolstern (60) zwei Zeilen um die Hohlachse (42) herum angeordnet sind, die durch einen axialen Abstand voneinander getrennt sind, so daß eine Kantenbelastung der Lagerbuchse (54) vermieden wird.