DE19805519C1 - Überlastsicherung für mechanische Pressen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überlastsicherung für mechanische Pressen. Kon­ ventionelle Überlastsicherungen für mechanische Pressen, wie z. B. Umformpressen, be­ stehen aus einem Kolben und einem in dem Kolben aufgenommenen Zylinder, wobei in einem zwischen dem Kolben und dem Zylinder gebildeten Kolbenraum ein Fluid zur Über­ tragung der Umformkraft zwischen Kolben und Zylinder ausgebildet ist. Der Kolbenraum ist beispielsweise über ein Ventil mit einem Ausgleichsbehälter verbunden. Bei Überlast öffnet sich dieses Ventil, so daß der über die Überlastsicherung zwischen Kolben und Zylinder übertragene Kraftfluß unterbrochen wird. Durch das Verringern des Kolbenraumes und das Austreiben des Fluides findet eine Relativbewegung zwischen dem Kolben, der mit dem Pleuel der Presse verbunden ist und dem Zylinder (Druckpunktgehäuse), der im Stößel befestigt ist, statt. Dadurch wird verhindert, daß die Überlast über die beiden Werkzeughälf­ ten übertragen wird.

Eine Überlastsicherung der voranstehend genannten Art, die auch als hydraulische Über­ lastsicherung bekannt ist, ist lediglich bis zu einer Hubzahl von ca. 50 Hüben pro Minute wirksam. Bei höheren Hubzahlen ist die Trägheit der Überlastsicherung so hoch, daß die Überlastsicherung keinen wirksamen Schutz vor Überlastung der Presse gewährleistet.

Konventionelle Überlastsicherungen sind beispielsweise in der Zeitschrift "Blech, Rohre, Profile" 12/97, Seite 46 bis 53, im Artikel "Betriebsverhalten von Überlastsicherungen in Ka­ rosserie- und Mehrstößeltransferpressen" von Peter Bogen erwähnt. Die beschriebenen mechanischen Pressen sind mit hydraulischen Überlastsicherungen ausgerüstet. Die Überlastsicherungen weisen dabei hydraulische Kolbenzylindereinheiten mit sogenannten Druckpunkten und nachgeschalteter Ventiltechnik auf. Alle Druckpunkte der hydraulischen Überlastsicherungen sind prinzipiell so aufgebaut, daß zwischen Stößel und Pleuel in einem Druckraum ein vorgespanntes Ölpolster vorgesehen ist. Unter Last wird dieses Ölpolster komprimiert und bei Überlast schlagartig über entsprechende Ventile abgelassen, so daß keine Kraftübertragung zwischen Stößel und Pleuel möglich ist.

Aus der DE 40 36 470 A1 ist eine Überlastsicherung für eine mechanisch angetriebene Presse bekannt. Dabei weist die Überlastsicherung der genannten Druckschrift sogenannte Antriebsgarnituren mit Kraftübertragungskolben auf, die jeweils über eine Kolbenstange mit einem Exzenter-Pleuel des mechanischen Pressenantriebs verbunden sind. Der Kolben ist in einem Zylindergehäuse innerhalb des Pressenstößels angeordnet. Für die gewünschte hydraulische Kraftübertragung des Stößelantriebs über die Kolbenstange und den Kolben ist letzterer gegenüber dem Zylindergehäuse über ein hydraulisches Kissen verspannt. Je­ des hydraulische Kissen der Antriebsgarnituren ist über eine Druckleitung miteinander ver­ bunden. Der Vorspanndruck zur Erzeugung der auf den Kolben wirkenden Vorspannkraft wird über eine hydraulische Motorpumpe erzeugt, die das Hydraulikmedium über ein Druck­ regelventil und über eine Druckleitung an die Druckleitung zu den hydraulischen Kissen weiterleitet. Die hydraulischen Kissen sind über die Druckleitung und eine Zusatzleitung mit einem Drucküberlastungsventil verbunden. Gleichermaßen führt die Druckleitung über eine Abzweigung ebenfalls zum Drucküberlastungsventil. Das Drucküberlastungsventil besteht aus einem Stufenkolben mit unterer kleinerer Kolbenfläche und oberer größerer Kolbenflä­ che. An den beiden Kolbenflächen liegt der gleiche Druck an, wie er in den hydraulischen Kissen zunächst belastungsfrei ansteht. Durch die unterschiedlichen Kolbenflächen wird dieser nur dann nach oben gedrückt, wenn der Druck in den mit der unteren Kolbenfläche verbundenen Hydraulikkissen um einen Wert entsprechend der Flächenverhältnisse an­ steigt. In einem derartigen Überlastfall wird der Stufenkolben angehoben und die hydrauli­ schen Kissen mit einem Überstrombehälter verbunden. Dadurch sinkt der Druck in den hy­ draulischen Kissen und die Kraftübertragung wird unterbrochen.

Aus der Firmenschrift von Mannesmann Rexroth GmbH, Lohr am Main, mit dem Titel "Hydraulische Überlastsicherung für Exzenter- und Kurbelpressen Modul Typ S", sind Di­ mensionierungen und Einsatzbereiche von modular aufgebauten hydraulischen Überlastsi­ cherungen bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überlastsicherung für eine mechanische Presse mit einer sehr kurzen Ansprechzeit zu schaffen. Der vorliegenden Er­ findung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Überlastsicherung zu schaffen, die sich für Pressen eignet, die mit einer Hubzahl von 100 Hüben pro Minute und mehr betrie­ ben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Überlastsicherung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Überlastsicherung für mechanische Pressen vor­ geschlagen, die einen Kolben zur Übertragung der Umformkraft der Presse, einen den Kol­ ben aufnehmenden Zylinder sowie einen Kolbenraum umfaßt, der zwischen dem Kolben und dem Zylinder ausgebildet ist. Außerdem weist die erfindungsgemäße Überlastsicherung einen Ausgleichsbehälter auf, der mit dem Kolbenraum kommuniziert. Weiterhin ist eine Erfassungsvorrichtung zur Erfassung der Umformkraft vorgesehen. In dem Kolbenraum ist ein elektrorheologisches oder magnetorheologisches Fluid aufgenommen. Weiterhin umfaßt die Überlastsicherung ein von der Erfassungsvorrichtung bzw. einer Baugruppe zur Erfas­ sung, Bearbeitung und Verstärkung des Meßsignals geschaltetes Elektrodenpaar, zwischen dessen Elektroden Fluid eingeschlossen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Überlastsicherung wird zwischen den Elektroden des Elektro­ denpaares ein Feld aufgebaut. Durch dieses Feld wird das Fließverhalten des Fluides be­ einflußt. Sofern das Fluid ein elektrorheologisches Fluid ist, wird zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld aufgebaut. Ist das Fluid ein magnetorheologisches Fluid, so wird zwi­ schen den Elektroden ein magnetisches Feld aufgebaut.

Ein elektrorheologisches Fluid ist ein Fluid, dessen Viskosität durch Anlegen eines elektri­ schen Feldes ansteigt. Ein magnetorheologisches Fluid weist eine erhöhte Viskosität bei Anlegen eines magnetischen Feldes auf. Bei der erfindungsgemäßen Überlastsicherung wird dieses Verhalten eines elektrorheologischen bzw. magnetorheologischen Fluides ge­ nutzt, um den Kraftfluß bis zum Erreichen einer Überlast zwischen dem Kolben und dem Zylinder zu übertragen. Sofern das Feld zwischen den beiden Elektroden des Elektroden­ paares aufgebaut ist, wird ein Fließen des elektrorheologischen oder magnetorheologischen Fluides aufgrund der erhöhten Viskosität verhindert. Das Fluid tritt somit nicht aus dem Kol­ benraum aus, wenn die Umformkraft zwischen Kolben und Zylinder übertragen wird.

Die Anwendung eines elektrorheologischen bzw. magnetorheologischen Fluides in einer hydraulischen Überlastsicherung, wie sie mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird, ist nicht bekannt. Verschiedene Anwendungen elektrorheologischer bzw. magneto­ rheologischer Fluide sind im Stand der Technik beschrieben, beispielsweise in der US 5 ­ 678 460, der US 5 590 745, der US 5 522 481, der US 5 099 884 und der US 5 598 908.

Bei der Betätigung der Umformpresse wird die übertragene Umformkraft von der Erfas­ sungsvorrichtung erfaßt. Sofern die übertragene Umformkraft einen maximal zulässigen Wert übersteigt und somit eine Überlast vorliegt, löst die Erfassungsvorrichtung ein Signal aus. Die Erfassungsvorrichtung kann jede meßbare Größe, die die kraftmäßige Überlastung der Umformpresse erfaßt, überwachen. Das von der Erfassungsvorrichtung erzeugte Signal schaltet das Elektrodenpaar. Für den Fall einer Überlast bedeutet dies, daß das zwischen dem Elektrodenpaar angelegte Feld zusammenbricht. Infolge dessen sinkt die Viskosität des Fluids, so daß der Kolben sich relativ zu dem Zylinder unter Verdrängung des in dem Kolbenraum aufgenommenen Fluides bewegt. Das Fluid strömt in den Ausgleichsbehälter bzw. Ausgleichsraum.

Die Viskosität des elektrorheologischen bzw. des magnetorheologischen Fluids verändert sich prompt beim Zusammenbrechen des zwischen den Elektroden angelegten Feldes. Somit wird sichergestellt, daß die Überlastsicherung eine extrem kurze Ansprechzeit auf­ weist. Die erfindungsgemäße Überlastsicherung eignet sich somit insbesondere für solche Pressen, die mit einer hohen Zykluszahl von beispielsweise 100 Hüben pro Minuten betrie­ ben werden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Elektrodenpaar einer Ausgleichsleitung zuge­ ordnet, die sich zwischen dem Kolbenraum und dem Ausgleichsbehälter erstreckt. Die Ausgleichsleitung kann vorzugsweise einen geringen Querschnitt aufweisen, so daß die Viskosität des elektrorheologischen oder magnetorheologischen Fluides auf einfache Weise und zuverlässig durch ein Elektrodenpaar verändert werden kann, dessen Elektroden als Halbschalen an der Umfangsfläche der Ausgleichsleitung ausgebildet sind.

Bei einer kompakten bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Elek­ trode des Elektrodenpaares an dem Kolben und die andere Elektrode des Elektrodenpaares an der dem Kolben gegenüberliegenden Stirnseite des Zylinders ausgebildet. Besonders wirkungsvoll ist eine derartige Überlastsicherung, wenn sich die jeweilige Elektrode des Elektrodenpaares über die gesamte Stirnseite von Kolben und Zylinder erstreckt.

Bei einer besonders robusten bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Über­ lastsicherung ist eine Elektrode an der Umfangsfläche des Kolbens und die andere Elektro­ de an der dem Kolben gegenüberliegenden Umfangsfläche des Zylinders ausgebildet. Da­ bei dient ein zwischen Kolben und Zylinder sich in axialer Richtung erstreckender Schlitz als Strömungsdurchlaß für das Fluid zwischen dem Kolbenraum und einem Ausgleichsbehälter, der auf der dem Kolbenraum abgewandten Seite zwischen dem Kolben und dem Zylinder ausgebildet ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Überlastsicherung weist die­ se ein Rückstellmittel auf, durch das der Kolben in einer Richtung entgegen der Wirkungs­ richtung der Umformkraft rückstellbar ist. Durch das Rückstellmittel ist es möglich, im Überlastfall die Überlastsicherung auf einfache Weise in ihre Ursprungslage zurückzubrin­ gen.

Das Rückstellmittel ist auf einfache Weise durch einen Druckmittelwandler gebildet, dessen erste Kammer den Ausgleichsbehälter bildet und dessen zweite Kammer zur Rückstellung des Kolbens mit einem unter Druck stehenden Fluid beaufschlagbar ist. Das unter Druck stehende Fluid kann entweder Luft oder Hydrauliköl sein. Die zweite Kammer des Druckmit­ telwandlers kann beispielsweise ein Zwei-Wege-Ventil aufweisen, durch das es möglich ist, die zweite Kammer entweder drucklos zu schalten oder die Kammer mit dem Druck einer Druckquelle zu beaufschlagen. Dabei erfolgt diese Beaufschlagung der zweiten Kammer mit dem Druck einer Druckquelle nur dann, wenn der Kolben der Überlastsicherung in seine Ursprungslage zurückversetzt werden soll. Dadurch wird sichergestellt, daß im Fall einer Überlast die Veränderung der Viskosität durch Zusammenbrechen des angelegten Feldes unmittelbar zu einer Verkleinerung des Kolbenraumes und somit zu einer prompten Wirkung der Überlastsicherung führt.

Alternativ kann das Rückstellmittel einen zwischen Kolben und Zylinder wirkenden Plunger­ kolben umfassen. Ein derartiges Rückstellmittel ist besonders bei einer kompakten, gegen­ über Störungen wenig anfälligen Überlastsicherung zu bevorzugen. Eine besonders kom­ pakte Ausgestaltung der Überlastsicherung wird dadurch erzielt, daß der Plunger in einer in der Kolbenstange ausgebildeten Ausnehmung in Längsrichtung des Kolbens und des Zylin­ ders verschiebbar gehalten ist. Der Plunger kann durch unter Druck stehendes Hydrauliköl oder durch unter Druck stehende Luft betätigt werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus j der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeich­ nung. Zu dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfin­ dungsgemäßen Überlastsicherung,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer er­ findungsgemäßen Überlastsicherung,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfin­ dungsgemäßen Überlastsicherung, und

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfin­ dungsgemäßen Überlastsicherung.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Überlastsicherung dargestellt. Die Überlastsicherung umfaßt einen Kolben 1, der in einem Zylinder 2 aufge­ nommen ist. Zwischen dem Kalben 1 und der Stirnseite des Zylinders 2 erstreckt sich ein Kolbenraum 3. Der Kolbenraum 3 kommuniziert über eine Ausgleichsleitung 4 mit einem Ausgleichsbehälter 5. Ein Teilabschnitt der Ausgleichsleitung 4 ist von einem Elektroden­ paar 6a, 6b umfaßt. Jede Elektrode 6a, 6b ist elektrisch mit einer Versorgungs- und Steue­ rungseinrichtung 7 verbunden. Weiterhin weist das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Überlastsicherung eine Erfassungsvorrichtung 8 zur Erfassung der Umformkraft einer nicht dargestellten Umformpresse auf. Die Erfassungsvorrichtung 8 ist mit der Versorgungs- und Steuereinrichtung 7 gekoppelt.

In dem Kolbenraum 3, der Ausgleichsleitung 4 sowie dem Ausgleichsbehälter 5 befindet sich eine elektrorheologische Flüssigkeit. Der Ausgleichsbehälter 5 ist durch eine Kammer eines Druckmittelwandlers 9 gebildet, dessen zweite Kammer 10 mit Hydrauliköl gefüllt ist.

Die zweite Kammer 10 weist ein Zwei-Wege-Ventil 11 auf, das durch einen Elektromagne­ ten mit Rückholfeder betätigt wird. Bei der in Fig. 1 gezeigten Stellung des Ventils 11 kom­ muniziert die zweite Kammer 10 mit einem Reservoir 12 für das Hydrauliköl. In diesem Re­ servoir 12 ist das Hydrauliköl drucklos aufgenommen. Mithin entspricht auch der Innendruck der zweiten Kammer 10 dem Umgebungsdruck. Der zweite Weg des Zwei-Wege-Ventils 10 ist mit einer Druckquelle 13 gekoppelt.

Die in den Kraftfluß einer Umformpresse eingebaute Überlastsicherung wirkt wie folgt: Beim Umformpressen wird die Umformkraft von dem Kolben 1 über das in dem Kolbenraum 3 aufgenommene elektrorheologische Fluid auf den Zylinder 2 übertragen. Zwischen den bei­ den Elektroden 6a, 6b liegt ein elektrisches Feld an, so daß die Viskosität des Fluids in dem von den Elektroden 6a, 6b überstrichenen Bereich der Ausgleichsleitung 4 hoch ist. Der durch die Übertragung der Umformkraft zwischen dem Kolben 1 und dem Zylinder 2 in den Kolbenraum 3 bewirkte Innendruck führt somit nicht dazu, daß sich in der Ausgleichsleitung 4 eine Strömung des elektrorheologischen Fluides in Richtung auf den Ausgleichsbehälter 5 ergibt. Bei der Betätigung der Umformpresse ermittelt die Erfassungsvorrichtung 8 die je­ weils wirkende Kraft. Sofern diese Kraft eine in der Versorgungs- und Steuerungseinrich­ tung 7 überwachte maximale Kraft übersteigt, schaltet die Versorgungs- und Steuerungseinrichtung 7 die zur Erzeugung des elektrischen Feldes erforderliche Spannung ab. Das elektrische Feld bricht somit zusammen, was unmittelbar dazu führt, daß die Vis­ kosität des in dem von dem Elektrodenpaar 6a, 6b überstrichenen Bereich der Ausgleichs­ leitung 4 aufgenommenen Fluids abfällt. Das zwischen dem auf Umgebungsdruck befindli­ chen Ausgleichsbehälter 5 und dem Kolbenraum 3 wirkende Druckgefälle führt somit zu einer Strömung des elektrorheologischen Fluids von dem Kolbenraum 3 in den Ausgleichs­ behälter 5, so daß sich der Kolbenraum 3 verkleinert und sich der Kolben 1 dem Zylinder 2 zum Abbau der Überlast nähert.

Nachdem die Überlast in der voranstehend beschriebenen Weise abgebaut worden ist, wird der Kolben 1 in seine Ausgangslage zurückgestellt, damit die beiden Werkzeughälften der Umformpresse erneut in den für die Preßbearbeitung erforderlichen Abstand zueinander gebracht werden. Hierzu wird das Ventil 11 von der in Fig. 1 gezeigten drucklosen Stellung derart geschaltet, daß die zweite Kammer 10 mit der Druckquelle 13 kommuniziert. Ein zwi­ schen der zweiten Kammer 10 und dem Ausgleichsbehälter 5 angeordneter, die beiden Fluide voneinander trennender Kolben 14 bewegt sich somit in Richtung auf den Aus­ gleichsbehälter 5, sobald der Druck in dem Druckmittelwandler 9 den Druck in dem Kolben­ raum 3 übersteigt. Dementsprechend fließt das elektrorheologische Fluid von dem Aus­ gleichsbehälter 5 durch die Ausgleichsleitung 4 in den Kolbenraum 3, bis der Kolben 1 sei­ nen ursprünglichen Abstand zu dem Zylinder 2 wieder eingenommen hat. Diese Rückstel­ lung des Kolbens 1 in die ursprüngliche Lage kann beispielsweise durch die Erfassungsvor­ richtung 8, durch Endschalter sowie durch Bauelemente im elektromechanischen, hydrauli­ schen oder pneumatischen Antrieb überwacht werden. Dabei wird das Ventil 11 umgeschal­ tet, wenn die Erfassungsvorrichtung 8 eine bestimmte Kraft, die der mittleren zulässigen Umformkraft entspricht, erfaßt. Danach wird das elektrische Feld zwischen den Elektroden 6a, 6b wieder aufgebaut.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Überlastsicherung in einem schematischen Längsschnitt gezeigt. Gleiche Teile sind gegenüber der Darstellung in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbei­ spiel unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, daß die eine Elektrode 6a an dem Kolben 1 und die andere Elektrode 6b an dem Zylinder 2 aufgenommen sind. Die beiden Elektroden 6a, 6b sind scheibenförmig ausgebil­ det, so daß sich das von den Elektroden 6a, 6b erzeugte Feld über den gesamten Kolben­ raum 3 erstreckt. Dadurch ist es möglich, sehr hohe Umformkräfte zwischen dem Kolben 1 und dem Zylinder 2 zu übertragen, ohne daß das elektrorheologische Fluid durch die Über­ tragungsleitung 4 in den Ausgleichsbehälter 5 fließt.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Überlastsicherung gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine kompakte Ausgestaltung der Überlastsicherung. Auch hier sind gleiche Bauteile gegenüber den voranstehend be­ schriebenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Kolben 1 einen Außendurchmes­ ser auf, der geringer ist als der Innendurchmesser des Zylinders 2. Hierdurch ist zwischen dem Kolben 1 und dem Zylinder 2 ein ringförmiger Strömungsdurchlaß 15 gebildet. Im Be­ reich des Strömungsdurchlasses 15, d. h. entlang der gesamten axialen Erstreckung des Kolbens 1, weist dieser im Bereich seiner Umfangsfläche eine ringförmig umlaufende Elek­ trode 6a auf. Korrespondierend hierzu ist im Bereich der den Kolben 1 umgebenden Um­ fangsfläche des Zylinders 2 eine ringförmige Elektrode 6b ausgebildet.

Auf der dem Kolbenraum 3 abgewandten Seite des Kolbens 1 ist ein ringförmiger Aus­ gleichsbehälter 5 vorgesehen. An seiner Außenfläche wird der ringförmige Ausgleichsbehäl­ ter 5 durch den Zylinder 2 umfaßt. Die obere Stirnseite des Ausgleichsbehälters 5 wird durch einen mit dem Zylinder 2 verbundenen Deckel 16 gebildet. Die untere Stirnseite des ringförmigen Ausgleichsbehälters 5 wird durch die dem Kolbenraum 3 abgewandte Ringflä­ che des Zylinders 2 gebildet. An seiner inneren Umfangsfläche ist der ringförmige Aus­ gleichsbehälter 5 von einer Stange 1a des Kolbens 1 umfaßt. Koaxial zu dem Kolben 1 und der Kolbenstange 1a ist eine Ausnehmung 17 ausgebildet, in der ein Plungerkolben 18 auf­ genommen ist. Die Ausnehmung 17 ist mit einem Ventil 11 verbunden. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Plungerkolben 18 pneumatisch betätigt. Dement­ sprechend kann bei der in Fig. 3 gezeigten Stellung des Ventils 11 die zur Stellung des Plungerskolben 18 in der Ausnehmung 17 aufgenommene Luft in die Umgebung entwei­ chen. Als Druckquelle 13 ist eine pneumatische Druckquelle ausgebildet, die durch Schal­ ten des Ventils 11 mit der Ausnehmung 17 gekoppelt werden kann.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist in dem Kolbenraum 3 eine magnetor­ heologische Flüssigkeit aufgenommen. Zwischen der Elektrode 6a und der Elektrode 6b liegt in dem ringförmigen Strömungsdurchlaß 15 ein magnetisches Feld an. Dadurch wird bewirkt, daß die Viskosität des in dem ringförmigen Strömungsdurchlaß 15 aufgenomme­ nen Fluids hoch ist. Der in dem Kolbenraum 3 durch die Übertragung der Umformkraft zwi­ schen dem Kolben 1 und dem Zylinder 2 erzeugte Innendruck führt somit nicht dazu, daß magnetorheologisches Fluid von dem Kolbenraum 3 in den Ausgleichsbehälter 5 entweicht. Vielmehr bildet sich in dem ringförmigen Strömungsdurchlaß 15 ein entsprechender ring­ förmiger Pfropf aus einer magnetorheologischen Flüssigkeit hoher Viskosität aus.

Sobald die von der Erfassungsvorrichtung 8 erfaßte Kraft einen in der Versorgungs- und Steuereinrichtung 7 gespeicherten maximalen Wert übersteigt, schaltet die Versorgungs- und Steuereinrichtung 7 den Strom zur Erzeugung des magnetischen Feldes zwischen den Elektroden 6a, 6b ab. Dementsprechend bricht das zwischen den Elektroden 6a und 6b angelegte magnetische Feld zusammen. Dies führt zu einer prompten Verringerung der Viskosität des magnetorheologischen Fluids mit der Folge, daß das Fluid von dem Kolben­ raum 3 in den Ausgleichsbehälter 5 fließt. Dementsprechend verringert sich der Abstand zwischen dem Kolben 1 und dem Zylinder 2, wodurch die Überlast abgebaut wird.

Um den Kolben 1 nach diesem Überlastfall in seine Ausgangslage zurückzustellen, wird das Ventil 11 derart geschaltet, daß die Ausnehmung 17 mit der Druckluftquelle 13 kommuni­ ziert. Dies führt dazu, daß der Plungerkolben 18 gegen die Stirnseite des Zylinders gedrückt wird. Der sich in der Ausnehmung ausbildende Überdruck wirkt in axialer Richtung auf den Kolben 1, so daß dieser in seine Ausgangslage zurückgestellt wird. Danach wird das elek­ tromagnetische Feld wieder aufgebaut.

Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel ist besonders kompakt ausgestaltet, da der Ausgleichsbehälter 5 von dem Zylinder 2 umfaßt ist. Da eine Ausgleichsleitung zu einem Ausgleichsbehälter fehlt, eignet sich das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel insbesonde­ re für den Einsatz in solchen Umformpressen, bei denen starke Vibrationen und Erschütte­ rungen auf die Überlastsicherung wirken.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Überlastsicherung. Dieses Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen so ausgestaltet, wie das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel. Dementsprechend sind gleiche Bestandteile mit gleichen Bezugszei­ chen gekennzeichnet. Das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel im wesentlichen zum einen dadurch, daß die Elektroden an sich gegenüberliegenden Stirnseiten von Kolben 1 und Zylinder 2 angeordnet sind. Dabei erstreckt sich die an dem Kolben 1 ausgebildete Elektrode 6a über einen äuße­ ren Ringbereich. Bei einer derartigen Ausgestaltung wirkt das Feld zwischen den beiden Elektroden 6a und 6b lediglich auf das im äußeren Ringbereich des Kolbenraumes 3 ange­ ordnete Fluid. Dies ist ausreichend um zu verhindern, daß das Fluid bei angelegtem Feld durch den Ringspalt 15 in den Ausgleichsbehälter 5 fließt. Zum anderen unterscheidet sich das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel dadurch von dem in Fig. 3 gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel, daß zur Betätigung des den Kolben 1 zurückstellenden Plungerkolbens 18 eine Spindel 19 vorgesehen ist, die durch einen Elektromotor 20 antreibbar ist. Die Rück­ stellung des Kolbens im Anschluß an den Überlastfall erfolgt somit nicht wie bei den Aus­ führungsbeispielen 1 bis 3 pneumatisch bzw. hydraulisch, sondern elektromechanisch. Das in Fig. 4 dargestellte Rückstellmittel ist derart ausgestaltet, daß über die Spindel lediglich Druckkräfte übertragen werden können. Es kann angenommen werden, daß die in Fig. 4 gezeigte Stellung der Spindel 19 einem Zustand entspricht, bei dem die Rückstellung gera­ de erfolgt oder gerade beendet ist. Im Anschluß an die Rückstellung wird die Spindel 19 wieder zurückgezogen, so daß im Überlastfall der Kolben 1 unter Verdrängung des in dem Kolbenraum 3 aufgenommenen Fluides ungehindert bewegt werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele be­ schränkt. Beispielsweise ist es auch möglich, die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiele zu kombinieren. Dadurch wird es möglich, eine höhere Umformkraft mit der Überlastsicherung zu übertragen, ohne daß die Stärke des zwischen den Elektroden 6a, 6b angelegten Feldes erhöht werden muß. Bei hohen Umformkräften ist es selbstverständlich möglich, eine Vielzahl von Kolben und Zylindern, deren Kolbenraum mit einem zentralen Ausgleichsbehälter kommuniziert, zur Übertragung hoher Umformkräfte vorzusehen. Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel kann dahingehend abgewandelt werden, daß die Um­ fangsfläche des Kolbens ballig ausgebildet ist. Ferner ist es möglich, die Elektroden derart auszugestalten, daß die maximale Feldstärke an dem kleinsten Strömungsquerschnitt an­ liegt. Durch Erhöhung der Viskosität in einem Strömungsquerschnitt mit geringem effektiven Strömungsdurchmesser kann bei hohen Umformkräften ein hoher Innendruck in dem Kol­ benraum 3 gehalten werden, ohne daß hierzu besondere Ventile od. dgl., die zu einer Ver­ ringerung der Ansprechzeit der Überlastsicherung führen, erforderlich sind.

Alternative Ausführungsformen und Abwandlungen zu den gezeigten hydraulischen, pneu­ matischen und elektromechanischen Rückstellmitteln sind dem Fachmann ohne weiteres geläufig. So ist es alternativ auch möglich, als Rückstellmittel eine Zahnstange vorzusehen, die mit einem Zahnrad zusammenwirkt. Im übrigen lassen sich die zu den einzelnen Aus­ führungsbeispielen gezeigten Rückstellmittel in beliebiger Weise gegeneinander austau­ schen.

Es ergibt sich für den Fachmann, daß bei sämtlich gezeigten Ausführungsbeispielen elek­ trorheologische ebensogut wie magnetorheologische Fluide eingesetzt werden können.

Claims (7)

1. Überlastsicherung für mechanische Pressen mit

• 1. einem Kolben (1) zur Übertragung der Umformkraft der Presse;
• 2. einem den Kolben (1) aufnehmenden Zylinder (2);
• 3. einem die Umformkraft von dem Zylinder (2) auf den Kolben (1) übertragenden elektrorheologischen oder magnetorheologischen Fluid, das in einem zwischen dem Kolben (1) und dem Zylinder (2) gebildeten Kolbenraum (3) aufgenommen ist;
• 4. einem Ausgleichsbehälter (5), der mit dem Kolbenraum (3) kommuniziert;
• 5. einer Erfassungsvorrichtung (8) zur Erfassung der Umformkraft und
• 6. einem von der Erfassungsvorrichtung geschalteten Elektrodenpaar (6a, 6b) zwischen dessen Elektroden Fluid eingeschlossen ist.

2. Überlastsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenpaar (6a, 6b) einer sich zwischen dem Kolbenraum (3) und dem Ausgleichsbehälter (5) erstrec­ kenden Ausgleichsleitung (4) zugeordnet ist.

3. Überlastsicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elek­ trode des Elektrodenpaares (6a) an dem Kolben (1) und die andere Elektrode (6b) an der dem Kolben (1) gegenüberliegenden Stirnseite des Zylinders (2) ausgebildet ist.

4. Überlastsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (6a) an der Umfangsfläche des Kolbens (1) und die andere Elektrode (6b) an der dem Kolben (1) gegenüberliegenden Umfangsfläche des Zylinders (2) ausgebildet ist und daß der Aus­ gleichsbehälter (5) auf der dem Kolbenraum (3) abgewandten Seite des Kolbens (1) aus­ gebildet ist.

5. Überlastsicherung nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 4, ge­ kennzeichnet durch ein Rückstellmittel, durch das der Kolben (1) in einer Richtung entge­ gen der Wirkungsrichtung der Umformkraft rückstellbar ist.

6. Überlastsicherung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstellmittel durch einen Druckmittelwandler (9) gebildet ist, dessen erste Kammer den Ausgleichsbe­ hälter (5) bildet und dessen zweite Kammer (10) zur Rückstellung des Kolbens (1) mit ei­ nem unter Druck stehenden Fluid beaufschlagbar ist.

7. Überlastsicherung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstellmittel einen zwischen dem Kolben (1) und dem Zylinder (2) wirkenden Plungerkolben (18) um­ faßt.