DE19610757C1 - Antriebssystem für eine hydraulische Presse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für eine hydrau­ lische Presse, welches einen Arbeits-Diffe­ rentialzylinder mit Arbeitszylinderraum und Rückhubzylin­ derraum, eine Kolbenstange und einen an die Kolbenstange angeschlossenen Stößel aufweist, - mit Speicher für das hydraulische Druckmittel, zumindest einer Pumpe, elektromo­ torischem Antrieb für die Pumpe und Steuereinrichtung mit Steuerventilen, wobei zwischen Rückhubzylinderraum und Speicher ein Druckmittelleitungssystem vorgesehen ist, in dem die Pumpe angeordnet ist. Der Ausdruck Arbeits-Dif­ ferentialzylinder steht, pars pro toto, für das gesamte Aggregat aus Kolben und Zylinder. Das gilt auch, wenn im folgenden von Differentialzylindern gesprochen wird. Der Ausdruck Stößel umfaßt auch äquivalente Aggregate. Im Rahmen der Erfindung kann mit allen üblichen Pumpen gearbeitet werden, die selbstverständlich eine ausreichende Pumpenleistung aufweisen und mit ausreichend hohem Förder­ strom arbeiten müssen.

Bei dem aus der Praxis bekannten Antriebssystem, von dem die Erfindung ausgeht, führt eine Druckmittelleitung von dem Rückhubzylinderraum zu dem Speicher. In dieser Druck­ mittelleitung befindet sich die Pumpe mit ihrem elektro­ motorischen Antrieb. In dieser Druckmittelleitung finden sich außerdem die erforderlichen Steuerventile. Die Pumpe bestimmt die Stößelgeschwindigkeit aufwärts und abwärts. Die erforderliche Energie ist für die Senkbewegung aufzu­ bringen. Mit der Abwärtsbewegung schiebt die Pumpe das auf­ genommene Öl aus dem Rückhubzylinderraum in den Speicher, der dadurch einen höheren Druck annimmt. Die Druckdifferenz zwischen den beiden vorstehend behandelten Drücken bestimmt die gespeicherte Energie. Mit dieser kann der Stößelrückhub ohne zusätzliche Energie aus dem Elektromotor durchgeführt werden. Der höhere Druck im Speicher ist der Beschleuni­ gungsdruck für die Rückhubbewegung. Nachteilig bei diesem Antriebssystem ist, daß der volle Volumenstrom des Druck­ mittels vom Rückhubzylinderraum zum Speicher und umgekehrt mit Hilfe von einer oder mehreren Pumpen entsprechender Leistung bewegt werden muß, was aufwendig ist. Es ist auch eine servohydraulische Steuerung einer Presse bekannt, bei welcher der Pressenstößel durch ein Zylinder-Kolben-System mit doppelt wirkendem Antriebskolben angetrieben ist und bei welchem die Arbeitsfläche sowie die Rückhubzylinder­ fläche des Antriebskolbens gleichzeitig mit Druckflüssig­ keit beaufschlagbar sind (DE 27 47 548 C2). Zwecks Vermin­ derung des Ölverbrauchs für den Rückhub und des Energie­ verbrauchs für den Arbeitshub des Antriebskolbens ist dessen Rückhubzylinderfläche größer ausgelegt als für die Rückzugkraft erforderlich. Ein mit dem Antriebskolben verbundenes Kraftspeichersystem dient der Speicherung des bei der Rückhubbewegung des Antriebskolbens entstehenden Energieüberschusses. Neben einem ersten Zylinder-Kolben-Sy­ stem ist mindestens ein zweites Zylinder-Kolben-System vorgesehen, dessen Kolben vom Antriebskolben betätigbar und dessen Zylinder mit einem Druckspeicher verbunden ist.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Antriebssystem für eine hydraulische Presse zu schaffen, welches sich durch Einfachheit und gute Pumpenausnutzung auszeichnet.

Zur Lösung dieses technischen Problems ist Gegenstand der Erfindung ein Antriebssystem für eine hydraulische Presse, welches einen Arbeits-Differentialzylinder mit Arbeitszylinderraum und Rückhubzylinderraum, eine Kol­ benstange und einen an die Kolbenstange angeschlossenen Stößel aufweist, - mit Speicher für das hydraulische Druck­ mittel, zumindest einer Pumpe, elektromotorischem Antrieb für die Pumpe und Steuereinrichtung mit Steuerventilen, wobei zwischen Rückhubzylinderraum und Speicher ein Druck­ mittelleitungssystem vorgesehen ist, in dem die Pumpe angeordnet ist, - mit den Merkmalen

• 1.1) in dem Druckmittelleitungssystem befinden sich ein großer Differentialzylinder und ein kleiner Differentialzylinder, die jeweils einen Zylinderraum mit großer Kolbenfläche und dem­ gegenüber kleiner Ringraumkolbenfläche auf­ weisen,
• 1.2) die Kolbenstangen der beiden Differential-Zylinder gemäß Merkmal 1.1) sind miteinander verbunden,
• 1.3) der Zylinderraum mit der großen Kolbenfläche des großen Differentialzylinders ist mit dem Rückhubzylinderraum des Arbeits-Differential-Zylinders verbunden und der Zylinderraum mit der kleinen Ringraumkolbenfläche des großen Diffe­ rentialzylinders ist mit dem Speicher verbunden,
• 1.4) der Zylinderraum mit der großen Kolbenfläche des kleinen Differentialzylinders ist mit dem Speicher verbunden und der Zylinderraum mit der kleinen Ringraumkolbenfläche des kleinen Differentialzylinders ist mit der Pumpe verbunden, die ihrerseits an den Tank ange­ schlossen ist,

wobei der große Differentialzylinder und dessen Kolben­ fläche bzw. Ringraumkolbenfläche sowie der kleine Diffe­ rentialzylinder und dessen Kolbenfläche bzw. Ringraum­ kolbenfläche so abgestimmt sind, daß das Antriebssystem insgesamt als Stößelgewicht-Ausgleichssteuerung wirkt.

Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem kann die Pumpe zur Unterstützung des Hauptsteueraggregates herangezogen werden.

Im folgenden werden die Erfindung und die erreichten Vorteile anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schema eines erfindungsgemäßen Antriebssystems,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Gegenstand der Fig. 1 mit dem großen und dem kleinen Differentialzylinder,

Fig. 3 eine Abwandlung des Gegenstandes der Fig. 2 und

Fig. 4 eine weitere Abwandlung des Gegenstandes der Fig. 2.

Das in der Fig. 1 dargestellte Antriebssystem ist für eine hydraulische Presse bestimmt. Das Antriebssystem weist einen Arbeits-Differentialzylinder 1 mit Arbeitszylinder­ raum 2 und Rückhubzylinderraum 3, eine Kolbenstange 4 und einen an die Kolbenstange 4 angeschlossenen Stößel 5 auf. Im übrigen sind ein Speicher 6 für das hydraulische Druckmittel, eine Pumpe 7 oder deren mehrere und ein elektromotorischer Antrieb 8 für die Pumpe 7 vorgesehen. Zum Antriebssystem gehören fernerhin eine nicht gezeichnete Steuereinrichtung mit Steuerventilen 9.

Zwischen Rückhubzylinderraum 3 und Speicher 6 ist ein Druckmittelleitungssystem 10 vorgesehen, in dem die Pumpe 7 angeordnet ist.

In dem Druckmittelleitungssystem 10 befinden sich bei dem Gegenstand der Fig. 1 ein großer Differentialzylinder 11 und ein kleiner Differentialzylinder 12. Diese weisen jeweils einen Zylinderraum 11.1 bzw. 12.1 mit großer Kolbenfläche und demgegenüber kleiner Ringraumkolbenfläche 11.2 bzw. 12.2 auf. Die Kolbenstangen 11.3 bzw. 12.3 der beiden Differentialzylinder 11, 12 sind miteinander verbunden. Der Zylinderraum 11.1 mit der großen Kolben­ fläche des großen Differentialzylinders 11 ist mit dem Rückhubzylinderraum 3 des Arbeits-Differentialzylinders 1 verbunden. Der Zylinderraum mit der kleinen Ringraum­ kolbenfläche 11.2 des großen Differentialzylinders 11 ist mit dem Speicher 6 verbunden. Der Zylinderraum 12.1 mit der großen Kolbenfläche des kleinen Differentialzylinders 12 ist mit dem Speicher 6 verbunden. Der Zylinderraum mit der kleinen Ringraumkolbenfläche 12.2 des kleinen Differentialzylinders 12 ist mit der Pumpe 7 verbunden, die ihrerseits an den Tank 13 angeschlossen ist. Die Anordnung und Auslegung sind so getroffen, daß der große Differentialzylinder 11 und dessen Kolbenfläche bzw. Ringraumkolbenfläche 11.2 sowie der kleine Differential­ zylinder 12 und dessen Kolbenfläche bzw. Ringraumkolben­ fläche 12.2 so abgestimmt sind, daß das Antriebssystem insgesamt als Stößelgewicht-Ausgleichssteuerung wirkt. Die Pumpe 7 kann zur Unterstützung des Hauptsteueraggregates 14 herangezogen werden, wozu das Leitungssystem 15 und das Ventil 16 vorgesehen sind.

Im folgenden wird mit Hilfe der Fig. 1 die Stößel­ gewicht-Ausgleichsfunktion ausführlicher erläutert: Die Zylinderflächen mögen die Flächen A, A1, A2 und A3 aufweisen. Sie sind so dimensioniert, daß das aufgenommene Volumen des Druckmittels gleich dem abgegebenen Volumen ist. Das bedeutet, daß die Fläche A gleich der Summe der Flächen A1 plus A2 ist. Auf diese Weise kommt man zu einem Kräftegleichgewicht, was im folgenden erläutert wird: Der Rückhubzylinderraum 3 stehe in Verbindung mit der Fläche A. Die Flächen A1 und A2 stehen in Verbindung mit dem Speicher 6. Die Fläche A1 betrage 60% von der Fläche A. Die Fläche A2 betrage 40% von der Fläche A. Die Ringraumkolbenfläche A3 ist mit der Pumpe 7 verbunden.

Angenommen, der Stößel 5 stehe im oberen Totpunkt und der statische Druck Pstat im Rückhubzylinderraum 3 sei gleich dem Druck P1 im Speicher 6, dann kommt man zu dem folgenden Gleichungssystem Pstat × A = (0,6 + 0,4) A × P1 (x verdeutlicht die Multiplikation). Man erkennt, daß wegen Pstat gleich P1 ein Kräftegleichgewicht vorhanden ist. Bei der nun folgenden Senkbewegung des Stößels 5 wird die Pumpe 7, angetrieben von ihrem Antrieb 8, Druckmittel zur Fläche A3 fördern. Diese Fläche A3 steht zunächst unter geringem Druck, resultierend in der Kraft K, jedoch steigend, weil im Speicher 6 der Druck wieder auf den End­ druck P2 ansteigt. Berechnet man unter Berücksichtigung dieser Drücke und Flächen die Mengenströme, so kommt man zu dem Ergebnis, daß nur etwa ein Drittel des Volumens des Druckmittels, das sich vom Rückhubzylinderraum 3 zum Speicher 6 bewegt, als Förderleistung aus der Pumpe ent­ nommen worden ist. Die Pumpe 7 kann entsprechend kleiner ausgelegt werden. Wird mit mehreren parallel geschalteten Pumpen 7 gearbeitet, so kann deren Leistung reduziert werden.

In Fig. 2 erkennt man einen Ausschnitt aus der Fig. 1 mit dem großen Differentialzylinder 11 und dem kleinen Diffe­ rentialzylinder 12. Die schon erläuterten Bezugszeichen wurden eingetragen. Angedeutet wurde das Maschinengestell 17, an dem der große Differentialzylinder 11 und der kleine Differentialzylinder 12 befestigt sind.

In der Fig. 3 erkennt man den großen Differentialzylinder 11, der am Maschinengestell 17 befestigt ist, und ein Agg­ regat 18, 19. Dieses Aggregat besteht aus einem Zylinder 18, in den eine als Plungerkolben 19 eingesetzte Kolben­ stange des großen Differentialzylinders 11 eingeführt ist. Auf den Zylinderraum des Zylinders 18 arbeitet die schon beschriebene Pumpe 7, die von dem Elektromotor 8 ange­ trieben ist.

Bei der Fig. 4 wird ein solches Aggregat 18, 19 und zusätz­ lich ein entsprechendes Aggregat 20, 21 angeordnet. Die Pumpe 7 mit dem Elektromotor 8 arbeitet auf die beiden Agg­ regate 18, 19 und 20, 21 abwechselnd über ein entsprechend eingerichtetes Rohrleitungssystem 10. Die Zylinder 18 bzw. sind Bauteile, die an dem großen Differentialzylinder 11 angeschlossen sind. Besondere Richtarbeiten bei der Montage des Antriebssystems sind nicht erforderlich.

Das Aggregat nach Fig. 4 zeichnet sich dadurch aus, daß mit Zylinder 20 eine zusätzliche Kraftquelle entstanden ist, womit Ausreißkräfte, die öfters kurzzeitig bei der Aufwärtsbewegung von Stößel entstehen, überwunden werden können.

Claims (2)

1. Antriebssystem für eine hydraulische Presse, welches einen Arbeits-Differentialzylinder mit Arbeitszylinderraum und Rückhubzylinderraum, eine Kolben­ stange und einen an die Kolbenstange angeschlossenen Stößel aufweist, - mit Speicher für das hydraulischen Druckmittel, zumindest einer Pumpe, elektromotorischem Antrieb für die Pumpe und Steuereinrichtung mit Steuer­ ventilen, wobei zwischen Rückhubzylinderraum und Speicher ein Druckmittelleitungssystem vorgesehen ist, in dem die Pumpe angeordnet ist, - mit den Merkmalen

   • 1.1) in dem Druckmittelleitungssystem befinden sich ein großer Differentialzylinder und ein kleiner Differentialzylinder, die jeweils einen Zylinderraum mit großer Kolbenfläche und dem­ gegenüber kleiner Ringraumkolbenfläche auf­ weisen,
   • 1.2) die Kolbenstangen der beiden Differential­ zylinder gemäß Merkmal 1.1) sind miteinander, verbunden,
   • 1.3) der Zylinderraum mit der großen Kolbenfläche des großen Differentialzylinders ist mit dem Rückhubzylinderraum des Arbeits-Differential­ zylinders verbunden und der Zylinderraum mit der kleinen Ringraumkolbenfläche des großen Differentialzylinders ist mit dem Speicher verbunden,
   • 1.4) der Zylinderraum mit der großen Kolbenfläche des kleinen Differentialzylinders ist mit dem Speicher verbunden und der Zylinderraum mit der kleinen Ringraumkolbenfläche des kleinen Differentialzylinders ist mit der Pumpe ver­ bunden, die ihrerseits an den Tank ange­ schlossen ist,
2. wobei der große Differentialzylinder und dessen Kolben­ fläche bzw. Ringraumkolbenfläche sowie der kleine Diffe­ rentialzylinder und dessen Kolbenfläche bzw. Ringraum­ kolbenfläche so abgestimmt sind, daß das Antriebssystem insgesamt als Stößelgewicht-Ausgleichssteuerung wirkt.