DE19820010A1 - Spindelpresse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spindelpresse, deren mit einer Reibscheibe als Teil einer schaltbaren Reibungskupplung verbundene Spindel mit einer durchlaufen­ den, als Energiespeicher dienenden Schwungscheibe zur Ausführung eines Arbeits­ hubes kuppelbar und zur Beendigung des Arbeitshubes entkuppelbar ist, wobei die Reibungskupplung gegen Federkraft durch Druckmittelbeaufschlagung eines Kupp­ lungskolbens über eine Druckscheibe betätigbar ist.

Bei der Verwendung von Luft als Druckmittel sind dem verhältnismäßig geringen Druck entsprechend Kupplungskolben und -zylinder groß zu bemessen. Von entschei­ dendem Nachteil ist aber, daß infolge der hohen Kompressibilität der Luft beim Ab­ schaltvorgang die Druckluft nicht schnell genug abfließen kann, so daß sich der Luftdruck und damit der Reibungsdruck in der Reibungskupplung entsprechend lang­ sam abbaut, was die Schaltgenauigkeit beeinträchtigt und zu hoher Erwärmung und starkem Verschleiß an der Reibungskupplung führt.

Bevorzugt wird daher die Verwendung von Öl als Druckmittel, so daß höherer Druck anwendbar ist und Kupplungskolben und -zylinder geringer bemessen werden können. Von besonderem Vorteil ist aber, daß infolge der geringen Kompressibilität des Drucköls der Abschaltvorgang überaus schnell und genau erfolgt, wodurch Erwärmung und Verschleiß der Kupplung gering bleiben und eine hohe Präzision des Schmiedevorgangs erreichbar ist. Spindelpressen dieser Ausführung haben sich gut bewährt, jedoch ist der bauliche Aufwand nicht unerheblich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Spindelpressen der eingangs beschriebe­ nen Gattung baulich zu vereinfachen, was erfindungsgemäß dadurch erreicht wird, daß die Beaufschlagung des Kupplungskolbens mittels Drucköl in einer ersten Druckstufe aus einem Füllzylinder über einen auf der Gegenseite mit Druckluft beauf­ schlagten Trennkolben und in der zweiten Druckstufe, nach Schließung der Lei­ tungsverbindung zwischen Füllzylinder und dem den Kupplungskolben führenden Kupplungszylinder, über einen Druckübersetzer erfolgt, indem der auf seiner größeren Kolbenfläche mit Druckluft beaufschlagte Differentialkolben des Druckübersetzers mit seiner kleineren Kolbenfläche in die Druckölbeaufschlagung des Kupplungskolbens verdrängt. Der bauliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gegeben, daß die Verwendung von Öl als Druckmittel auf den unmittelbaren Bereich der Kupplung begrenzt ist und die übrigen Leitungs- und Steuerungsteile mit Luft als Druckmittel betrieben werden, dabei aber die Vorteile einer Beaufschlagung des Kupplungskolbens mit Öl, wie beschrieben, erhalten bleiben.

Die Erfindung ist anwendbar auf einen als "Kupplungs-Spindelpresse" bekanntgewor­ denen Typ (Prospekt P71313 "Kupplungs-Spindelpressen Bauart SPK", ausgegeben April 1985, von der SMS Hasenclever Maschinenfabrik GmbH), der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Spindel mit Reibscheibe durch die Reibungskupplung mit einer ständig umlaufenden Schwungscheibe verbunden wird, wobei unter einem Drehzahlabfall der Schwungscheibe von bis etwa 15% die für einen Arbeitshub benötigte Energie der Schwungscheibe entnommen wird und dann die Reibungs­ kupplung abhängig vom Weg des Schlittens, der aufgebrachten Kraft oder einem an der Reibungskupplung auftretenden Schlupf gesteuert gelüftet wird, um nach Rückführung des Schlittens unter Rückdrehung der Spindel zu einem weiteren Arbeitshub wieder geschlossen zu werden, wobei während der Zeit zwischen zwei Arbeitshüben die Schwungscheibe wieder ihre volle Drehzahl erreicht.

Die Erfindung ist des weiteren abwendbar auf eine Abwandlung eines als "Rutschrad-Spindelpresse" bekanntgewordenen Typ, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Spindel mit einer Arbeitsschwungscheibe verbunden ist, deren gespeicherte Energie bei jedem Arbeitshub bis zum Stillstand der Arbeitsschwungscheibe verfügbar ist und die nach Rückführung des Schlittens unter Rückdrehung der Spindel zum folgenden Arbeitshub mit einer durchlaufenden Speicherschwungscheibe bis zur Erreichung einer vorgewählten, den Energieinhalt der Arbeitsschwungscheibe bestim­ menden Drehzahl reibschlüssig kuppelbar ist, wobei zwischen der Spindel und der Arbeitsschwungscheibe eine Rutschkupplung als Überlastsicherung vorgesehen ist. Die Abwandlung besteht darin, daß gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die mit der Spindel verbundene Reibscheibe Teil einer schaltbaren Reibungskupplung ist, die die Spindel zu einem Arbeitshub mit der Arbeitsschwungscheibe verbindet. Diese schaltbare Reibungskupplung erfüllt die Funktion einer Überlastsicherung wie die Rutschkupplung einer herkömmlichen Rutschradpresse, bietet aber darüber hinaus den Vorteile, daß die Arbeitsschwungscheibe für die Zeit der Rückführung des Schlittens unter Rückdrehung der Spindel von der Spindel abkuppelbar ist und von deren Rückdrehung ausgenommen bleibt.

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt das erste Ausführungsbeispiel im Schnitt längs der senkrechten Mittenebene, von der in

Fig. 2 ein Ausschnitt in größerem Maßstab dargestellt ist.

Fig. 3 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel im Schnitt längs der senkrechten Mittenebene, von der in

Fig. 4 ein Ausschnitt in größerem Maßstab dargestellt ist.

Mit 1 ist ein Pressengestell bezeichnet, in welchem ein Schlitten 2 senkrecht geführt und beweglich ist. Bewegt wird der Schlitten 2 durch die Drehung einer Spindel 3, die mit ihrem Gewindezapfen 4 in eine im Schlitten 2 befestigte Gewindemutter 5 greift. Das Gewicht des Schlittens 2 ist ausgeglichen durch Kolben-Zylinder-Einheiten 6, deren Kolbenstangen 7 über Jochstücke 8 an dem Schlitten 2 angreifen und deren Kolben mit Druckluft aufwärts gerichtet beaufschlagbar sind. Die Spindel 2 ist im Oberjoch 9 des Pressengestells 1 drehbar und axialfixiert gelagert.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist im Oberjoch 9 eine Schwungscheibe 10 als Energiespeicher drehbar gelagert. Diese Schwungscheibe 10 wird von einem Motor 11 durch einen Riementrieb 12 durchlaufend angetrieben. An ihrer Oberseite ist die Schwungscheibe 10 mit einer Ausnehmung 13 versehen, die mit ihrem Boden eine ringförmige Reibfläche 14 bildet. Ein Deckel 15 trägt eine Druckscheibe 16 und ist mit einer ringförmigen, einen Zylinderraum 17 für die Aufnahme eines Ringkolbens 18 bildenden Ausnehmung versehen. Durch Beauf­ schlagung des Ringkolbens 18 ist die Druckscheibe 16 gegen die Kraft von Federn 19, die über Zuganker 20 auf die Druckscheibe 16 wirken, beweglich. Die Spindel 3 ist an ihrem oberen Ende mit einer Reibscheibe 21 verbunden, die in Ausnehmungen mit Reibklötzen 22 versehen ist. Durch Beaufschlagung des Ringkolbens 18 werden von der Druckscheibe 16 die Reibklötze 22 und damit die Reibscheibe 21 der Spindel 3 mit der Schwungscheibe 10 reibschlüssig verbunden. Durch die Drehung der Spindel 3 wird der Schlitten 2 abwärts bewegt bei zunehmender Winkelgeschwindigkeit der Spindel 3 und zunehmender Geschwindigkeit des Schlittens 2. Am Ende der kurzen Anlaufstrecke erreicht der Schlitten 2 seine volle Geschwindigkeit. Je nach Arbeitsausführung wird der Reibschluß durch Entlastung des Ringkolbens 18 durch eine weg- oder kraftabhängige Schaltung gelöst, wobei die Preßkraft durch Steuerung des auf den Ringkolben 18 wirkenden Drucks einstellbar ist. Mit der Beendigung des Arbeitshubes und Aufhebung des Reibschlusses zwischen der Schwungscheibe 10 und der Reibscheibe 21 wird der Schlitten 2 zurückbewegt unter gleichzeitiger Rückdrehung der Spindel 3, was durch einen auf die Spindel 3 wirkenden Rückdreh­ antrieb oder - wie im Ausführungsbeispiel vorgesehen - durch eine Beaufschlagung der Kolben in den für den Gewichtsausgleich vorgesehenen Kolben-Zylinder-Ein­ heiten 6 mit erhöhtem Druck, wie im Ausführungsbeispiel vorgesehen, oder durch Beaufschlagung von Kolben in getrennten, zusätzlich angeordneten Kolben-Zylin­ der-Einheiten.

Von erheblicher Bedeutung für die Präzision der Arbeitsausführung, für die Wärme­ beanspruchung und den Verschleiß der Bauteile der Reibungskupplung ist die zeitgenaue und schnelle Aufhebung des Drucks am Ringkolben 18, die durch eine Beaufschlagung des Ringkolbens 18 mittels Öl sichergestellt ist, wobei die Anwen­ dung der Ölhydraulik aber erfindungsgemäß auf den Ringkolben 18 beschränkt ist und die Steuerung des Öldrucks über den Differentialkolben 23 eines Druck­ übersetzers 24 erfolgt, der mit seiner kleineren Kolbenfläche aus einem Innenzylinder 25 in die Druckölbeaufschlagung des Ringkolbens 18 verdrängt, indem die größere Kolbenfläche des Differentialkolbens 23 über eine Rohrleitung 26 mit Druckluft beaufschlagt ist. Indem die Rohrleitung 26 von der Druckluftquelle abgeschaltet und drucklos geschaltet ist, fällt der Luftdruck auf die größere Kolbenfläche des Differentialkolbens 23 ab und es genügt ein sehr geringer Hub des Differentialkolbens 23 um den Abfall des Öldrucks am Ringkolben 18 zu bewirken. Das weitere Lüften der Reibungskupplung, bei dem sich die Druckscheibe 16 von den Reibklötzen 22 abhebt, geschieht unter der Kraft der Federn 19.

Um ein zeitgenaues Schließen der Reibungskupplung sicherzustellen ist es erfor­ derlich, den gewünschten, die Preßkraft bestimmenden Enddruck am Ringkolben 18 bei stets gleichem Hub des Differentialkolbens 23 zu erreichen. Verschleiß an den Reibteilen (Reibklötze 22, Druckscheibe 16, Reibfläche 14) und eventuelle Leck­ verluste im ölhydraulischen Bereich werden dadurch ausgeglichen, daß vor der Beaufschlagung des Differentialkolbens 23 aus einem Füllzylinder 27 in den den Ringkolben 18 führenden Zylinderraum 17 Öl nachgeführt wird, indem ein Trennkolben 28 an seiner dem Öl entgegengesetzten Seite über eine Rohrleitung 29 so beaufschlagt wird, daß unter Überwindung der Kraft der Federn 19 die Druckscheibe 16 mit minimalem Druck zur Anlage an den Reibklötzen 22 gelangt. Sodann erfolgt die Beaufschlagung des Differentialkolbens 23, dessen kleinerer Kolben mit Eintreten in den Innenzylinder 25 zunächst die Zylinderräume des Füllzylinders 27 und des Innenzylinders 25 voneinander trennt und sodann den gewünschten Enddruck am Ringkolben 18 aufbaut.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 weicht von dem nach den Fig. 1 und 2 dadurch ab, daß im Oberjoch 9 eine Speicherschwungscheibe 30 und dreh- sowie axialbeweglich eingesetzt in diese eine Arbeitsschwungscheibe 31 vorgesehen ist, wobei die Arbeitsschwungscheibe 31 die für einen Arbeitshub benötigte Energie speichert und die Arbeitsschwungscheibe 31 am Ende des Arbeitshubes zum Stillstand oder nahezu zum Stillstand kommt.

Die Arbeitsschwungscheibe 31 ist mit einem hohlen Lagerzapfen 32 versehen, mit dem sie in der Bohrung der Speicherschwungscheibe 30 radial gelagert ist und über den sie sich axial auf einer Lagerscheibe im Oberjoch 9 abstützt. Gegen Drehung kann die Arbeitsschwungscheibe 31 von Backenbremsen 33 festgelegt werden, deren Backen einen Flansch 34 der Arbeitsschwungscheibe 31 greifen und einen geringen axialen Versatz der Arbeitsschwungscheibe 31 zulassen. Ferner ist die Arbeits­ schwungscheibe 31 mit mehreren auf einem Kreis angeordneten Zylinderbohrungen 35 und darin eingesetzten Kolben 36 versehen, die an ihrer freien Stirnfläche mit Reibbelägen 37 versehen sind. Durch Beaufschlagung der Kolben 36 in den Zylinderbohrungen 35 über die Rohrleitung 38 wird der Auflagedruck der Arbeitsschwungscheibe 31 in ihrem Axiallager aufgehoben, wenn - wie im Ausführungsbeispiel vorgesehen ist - die Arbeitsschwungscheibe 31 in ihrem Axiallager lediglich abgestützt ist. Die Reibkraft ist hierbei begrenzt durch das Gewicht der Arbeitsschwungscheibe 31. Eine größere Reibkraft ist - wenn erforderlich - bei axialer Festlegung der Arbeitsschwungscheibe 31 in der Speicherschwungscheibe 30 möglich, oder es können anstatt axial wirkender radial wirkende Reibkörper vorgesehen werden. Durch den über die Reibbeläge 37 hergestellten Reibkontakt zwischen der Speicherschwungscheibe 30 und der Arbeitsschwungscheibe 31 wird die Arbeitsschwungscheibe 31 von der Speicherschwungscheibe 30 in Drehung versetzt, wenn die Backenbremsen 33 gelüftet sind. Wie die Schwungscheibe 10 mit der Reibscheibe 16 zur Spindel 3 im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist die Arbeitsschwungscheibe 31 mit einer Reibscheibe 51 zur Spindel 3 im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 kuppelbar. Die Bauteile Deckel 45, Druckscheibe 46, Zylinderraum 47, Ringzylinder 48, Federn 49, Zuganker 50, Reibscheibe 51, Reibklötze 52, Differentialkolben 53, Druckübersetzer 54, Innenzylinder 55, Rohrleitung 56, Füllzylinder 57, Trennkolben 58, Rohrleitung 59 entsprechen den nämlichen im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2.

Der Arbeitsablauf ist bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 wie folgt:
In der Ausgangsstellung ist die Arbeitsschwungscheibe 31 in Ruhe und durch die an ihrem Flansch 34 angreifenden, geschlossenen Backenbremsen 33 gegen Drehung gesichert. Über die Rohrleitung 59 ist der Trennkolben 58 mit Druckluft beaufschlagt, so daß das Öl im Füllzylinder 59 und über den Innenzylinder 55 im Zylinderraum 47 unter gleichem Druck steht und den Ringkolben 48 beaufschlagt. Dieser Druck ist so bemessen, daß die Druckscheibe 46 gegen die Kraft der Federn 49 die Reibscheibe 51 mit ihren Reibklötzen 52 reibschlüssig eingespannt und damit die Spindel 3 gegen Drehung sichert und damit zugleich den Schlitten 2 in der oberen Stellung festhält.

Zum Arbeitshub werden die Backenbremsen 33 gelüftet, die Kolben 36 über die Rohrleitung 38 und der Differentialkolben 53 über die Rohrleitung 56 beaufschlagt, während der Trennkolben 58 über die Leitung 59 gedrosselt entlüftet wird, so daß der Differentialkolben 53 mit seiner kleineren Kolbenfläche in den Innenzylinder 55 eintritt, dessen Zylinderraum von dem des Füllzylinders 57 trennt und das Öl im Innenzylinder 55 und dem Zylinder 47 komprimiert, womit der Ringkolben 48 mit dem übersetzten Druck beaufschlagt wird und das zur Energieübertragung von der Arbeitsschwung­ scheibe 31 auf die Spindel 3 notwendige Kupplungsmoment erreicht ist. Sobald die Arbeitsschwungscheibe 31 eine vorgewählte Drehzahl erreicht hat, wird die Leitung 38 mit den Zylinderräumen 35 drucklos geschaltet und damit der Reibschluß zwischen der Arbeitsschwungscheibe 31 und der Speicherschwungscheibe 30 abgebaut. Beim Aufprall des von dem Schlitten 2 getragenen Werkzeugs auf das Werkstück wird die Rotationsenergie der Arbeitsschwungscheibe 31 umgewandelt in Umformenergie, Federarbeit im Pressengestell und Reibenergie. Kurz vor Erreichen des unteren Umkehrpunktes in der Bewegung des Schlittens 2 werden die Kolben in den Kolben-Zylinder-Einheiten 6 für den Gewichtsausgleich mit erhöhtem Druck (wie im Ausführungsbeispiel) oder es werden Kolben in getrennten, zusätzlich angeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten für den Rückhub des Schlittens 2 beaufschlagt. Kurz bevor die Arbeitsschwungscheibe 31 zum Stillstand kommt, wird die Rohrleitung 56 drucklos geschaltet und über den Differentialkolben 53 der Ringkolben 48 entlastet, so daß für den Rückhub des Schlittens 2 und die Rückdrehung der Spindel 3 die mit der Spindel 3 verbundene Reibscheibe 51 keinen Reibschluß mehr mit der Arbeitsschwungscheibe 31 hat. Die Arbeitsschwungscheibe 31 mit ihrem Flansch 34 wird von den Backenbremsen 33 vollends zum Stillstand abgebremst und in der Ruhelage gehalten. Wenn auch die Rückdrehung der Spindel 3 beendet ist, wird über die Rohrleitung 59 der Trennkolben 58 wieder beaufschlagt, womit wieder die Ausgangsstellung erreicht ist.

Während in den Ausführungsbeispielen Füllzylinder 28 bzw. 58 und Druckübersetzer 24 bzw. 54 zusammengefaßt sind, können diese auch getrennt ausgebildet sein, wobei anstelle des kleineren Kolbens eines Differentialkolbens ein Ventilstößel vorgesehen ist, der die Verbindung des Füllzylinders 28 bzw. 58 zum Zylinderraum 17 bzw. 47 abschließt und ein getrennter Druckübersetzer vorgesehen ist.

Claims (2)

1. Spindelpresse, deren mit einer Reibscheibe (21) als Teil einer schaltbaren Reibungskupplung verbundene Spindel (3) mit einer durchlaufenden, als Energiespeicher dienenden Schwungscheibe (10) zur Ausführung eines Arbeitshubes kuppelbar und zur Beendigung des Arbeitshubes entkuppel­ bar ist, wobei die Reibungskupplung gegen Federkraft (19) durch Druck­ mittelbeaufschlagung eines Kupplungskolbens (18) über eine Druckscheibe (16) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung des Kupplungskolbens (18) mittels Drucköl in einer ersten Druckstufe aus einem Füllzylinder (27) über einen auf der Gegenseite mit Druckluft beaufschlagten Trennkolben (28) und in der zweiten Druckstufe, nach Schließung der Leitungsverbindung zwischen Füllzylinder (27) und dem den Kupplungskolben (18) führenden Kupp­ lungszylinder (17) über einen Druckübersetzer (24) erfolgt, indem der auf seiner größeren Kolbenfläche mit Druckluft beaufschlagte Differentialkolben (23) des Druckübersetzers (24) mit seiner kleineren Kolbenfläche in die Druckölbeaufschlagung des Kupplungskolbens (18) verdrängt.

2. Spindelpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß deren mit der Spindel (3) verbundene Reibscheibe (51) Teil einer schaltbaren Reibungskupplung ist, die die Spindel (3) zu einem Arbeitshub mit einer Arbeitsschwungscheibe (31) verbindet, deren gespeicherte Ener­ gie bei jedem Arbeitshub bis zum Stillstand der Arbeitsschwungscheibe (31) verfügbar ist und die nach Rückführung des Schlittens (2) unter Rückdrehung der Spindel (3) zum folgenden Arbeitshub mit einer durchlau­ fenden Speicherschwungscheibe (30) bis zur Erreichung einer vorgewähl­ ten, den Energieinhalt der Arbeitsschwungscheibe (31) bestimmenden Drehzahl reibschlüssig kuppelbar ist.