DE2022812C3

DE2022812C3 - Antrieb einer hydraulischen Gesenkschmiedepresse für extrem kurze Spitzenbelastungszeiten

Info

Publication number: DE2022812C3
Application number: DE19702022812
Authority: DE
Inventors: Harald 8630 Coburg Hassel
Original assignee: Langenstein & Schemann Ag 8630 Coburg
Current assignee: Langenstein & Schemann Ag 8630 Coburg
Priority date: 1970-05-09
Filing date: 1970-05-09
Publication date: 1975-06-12
Also published as: DE2022812B2; DE2022812A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb einer hydraulischen Gesenkschmiedepresse für extrem kurze Spitzenbelastungszeiten, mit einem in einem Preßzylinderraum mit Druckmittel beaufschlagten Preßkolben, unter konstantem Druck stehendem hydraulischen Rückzug und einer Kolbenpumpe, die eine, ein als Energiespeicher dienendes Schwungrad tragende Exzenterwelle aufweist und deren jeder Pumpenzylinderraum einerseits mit einem Sammelbehälter über eine zum Ansaugen geöffnete Ventileinriehtung und andererseits mit dem Preßzylinderraum über eine zum Drücken geöffnete Ventileinriehtung verbindbar ist, wobei die Ventileinrichtungen wie üblich als Saug- und Druckventile ausgebildet sind, die durch den Sog und Druck des Flüssigkeitsstromes geöffnet bzw. geschlossen werden.

Ein großer Vorteil mechanischer Gesenkschmiede-

pressen ist Sam %φ& Schlagfcä^e^hJ verbünden =

er äußerst #§HBggn GesenJ^söWiwejt. Bedingt kberiairzeit muß die ArbeitseDergie in extren» ragzsr I^abpgebejjtsseiden föa- »en. Daraus nssgltS»rt' ein sefir fpöBes ifeAäfcois γρ. β Arbeitsleistung zu Spitzenleistung,. 4as in der Größenordnung von über 1:100 B<igt Wegea mancher Nachteile mechanischer Gesenksduniedepressen hat man verschiedentlich versucht, hydraulische Gesenkschmiedepressen mit einer den mechanischen Pressen vergleichbaren Arbeitscharakteristik zu entwickeln, bisher jedoch ohne durchgreifenden Erfolg.
* Eine Schwierigkeit Hegt darin, daß die erforderliche hydraulische Leistung nicht der Durchschnittsleistung

sondern der Spitzenleistung der Presse entsprechen muß. Da ferner der Motor, entsprechend wie bei den mechanischen Pressen, weniger als 1% der Spitzenleistung liefern soll, sind die üblichen Leerhubverluste der hydraulischen Pressen von mehreren Prozent der Spit-

zenleistung für den vorliegenden Fall undiskutabeL Normale Pumpen mit erforderlichen Spitzenleistung haben bauliche Abmessungen, die ein Vielfaches dessen betragen, was für eine derartige Maschine zu verkraften ist.

Es ist ein Antrieb etwa gemäß der anfangs genannten Art oekannt (US-PS 2 188 956), der jedoch nicht als Antrieb für eine hydraulische Gesenkschmiedepresse für extrem kurze Spitzenbelastungszeiten sondern für eine »Kleinpresse« geeignet ist und bei dem die Ventileinrichtungen von Schiebern gebildet sind, die an die Exzenterwelle angelenkt sind. Auch arbeitet bei dieser Presse die Kolbenpumpe sowohl während des Preßhubes als auch während des Aufwärtshubes und Stillstandes als Kolbenpumpe, wobei zur Umsteuerung des Preßkolbens eine Einrichtung vorgesehen ist, auf Grund derer die von der Kolbenpumpe geförderte Flüssigkeit über ein besonderes zusätzliches Ventil in den Sammelbehälter abgeleitet wird. Die Pumpenzylinder mit den Pumpenkolben sind nebeneinander auf der gleichen Seite der Exzenterwelle angeordnet. Neben dieser Anordnung der Pumpenzylinder und -kolben sind Dimensionierungsangaben und die Zulässigkeit einer mechanischen Feder als unter konstantem Druck stehender Rückzug deutliche Hinweise, daß dieser Antrieb nicht für eine hydraulische Gesenkschmiedepresse für extrem kurze Spitzenbelastungszeiten konzipiert und geeignet ist.

Weiterhin ist folgendes zu beachten: Da die erforderliche hydraulische Leistung der Spitzenleistung der Presse entsprechen muß, müssen Ventil- und Leitungsquerschniite und damit auch die Strömungsverluste das Hundertfache dessen betragen, was für die Durchschnittsleistung erforderlich wäre. Ein Leerhubverlust von z. B. 5% der Spitzenleistung bedeutet einen Verlust von 500% der Nutzleistung, was nicht tragbar ist. Die Hauptströmungsverluste treten bei hydraulischen Pressen in den Ventilen auf. Hinsichtlich der Verluste ist es gleichgültig, ob man eine Pumpe mit einem Saug- und einem Druckventil baut oder eine Pumpe mit zehn Saug- und zehn Druckventilen, von denen jedes V10 des Querschnittes der ersten Pumpe hat. Die Anzahl an sich ist nicht entscheidend. Dagegen steigen die Verluste etwa proportional der Anzahl der Ventile, wenn diese im Strömungskreislauf hintereinander liegen.

Es zeigt sich also, daß die bekannte »Kleinpresse« (US-PS 2 188 956) nicht als Gesenkschmiedepresse für extrem kurze Spitzenbelastungen geeignet ist. Während des Aufwärtshubes des Preßkolbens fördert die

Kolbenpumpe nämlich Immer weiter, und zwar durch die Schieber und durch den diesem nachfolgenden

des Pumpenkolbenantriebs, infolge der außerordeRthcb

ä, „ , > Aufgabe der Erfindung ist es djaher,eine Presse der ψ anfangs genannten Art t'^Mngehend weiterzubilden, daß sie als Gesenkschmiedepresse für extrem kurze V Spi&eabelastujngszeilen brauchbar ist Und zwar sollen

hierzu vornehmlich die Leerhubierlusts,- in Form von Ströniungsverlusten vermieden werden. Dabei ist zu beachten, daß zur Erhaltung einer der mechanischen Gesenkschmiedepresse entsprechenden Arbeitscharakteristik eine um ein Vielfaches erhöhte Pumpenfördermenge anfällt und die baulichen Abmessungen des Antriebes reduziert sein sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe trägt eine bekannte (GB-PS 889489) Presse für elastische Gegenstände nichts bei, deren Ausbildung es ermöglicht auf Grund der Elastizität der Gegenstände und des Pressenrahmens beim Aufwärtshub der Presse Energie zuröckzu- : gewinnen, wobei eine Pumpe als Hydromotor arbeitet

: Diese Presse für elastische Gegenstände weist für ein

: Umschalten von Arbeitshub zum Aufwärtshub bzw.

umgekehrt eine Ventileinrichtung auf, die für den Fall, daß die Pumpe eine Kolbenpumpe mit Saug- und Druckventilen sein sollte, zusätzlich zu den Saug- und Druckventilen vorgesehen ist Die Vermiedung von Leerhubverlusten in Form von Strömungsverlusten wird bei dieser Presse für elastische Gegenstände nicht angestrebt Für diese Presse sind StrOmungsverluste auch ohne Bedeutung.

Die Erfindung sieht einen Antrieb der anfangs genannten Art vor, der dadurch gekennzeichnet ist daß den Druck- und Saugventilen je eine Anhebeeinrichtung zugeordnet ist die für den Aufwärtshub der Presse mit der Exzenterwelle gekoppelt ist und dadurch die Wirkungsweise der Ventile derart ändert daß beim Saughub des Pumpenkolbens das Druckventil geöffnet und das Saugventil geschlossen ist und beim Druckhub des Pumpenkolbens das Saugventil geöffnet und das Druckventil geschlossen ist, wobei eine die Wellenzapfen der Exzenterwelle entlastende Anordnung der Pumpenzylinder vorgesehen ist

Die hier erwähnte, die Wellenzapfen der Exzenterwelle entlastende Anordnut e der Pumpenzylinder weist darauf hin, daß es sich bei dem erfindungsgemäßen Antrieb um einen Antrieb für eine Gesenkschmiedepresse handelt Die Kolbenpumpe mit Saug- und Druckventilen, worunter Ventile zu verstehen sind, die durch den von den Pumpenkolben bewirkten wechselnden Flüssigkeitsstrom wechselweise geöffnet und geschlossen werden, ist erforderlich, um die um ein Vielfaches erhöhte Pumpenfördermenge im Sinne der gestellten Aufgabe bewerkstelligen zu können. Das entscheidende Merkmal der Erfindung ist jedoch in der besonderen Steuerungsweise der Druck- und Saugventile der Kolbenpumpe zu sehen, welche die Strömungsverluste ganz erheblich vermindert weil beim Aufwärtshub des Preßkolbens die Flüssigkeit kein zusätzliches Umlaufventil und keine zusätzliche Hauptsteuerung zu durchstörmen hat und die vom Preßkolben verdrängte Druckflüssigkeitsmenge nicht aus dem Sammelbehälter zur Pumpe strömen muß. Auch ein Füllventil, wie es bei hydraulischen Schmiedepressen üblich ist, ist bei dem erfindungsgemäßen Antrieb nicht vorhanden.

Ansatzpunkt für die Erfindung ist der Umstand, daß das erforderliche Pumpenaggregat zwar hydraulisch einer normalen Pumpe entsprechen muß, hinsichtlich ders gestaltet werden feaat Ferner ist- fs. möglich, .die JPumpe derart als integrierende» Bestandteil la die.

-5 Presse einzubauen, daß die sonst stents vorhandene zusätzliche Pressensteuerung sowie dje-sons* stets, vorhandene zusätzliche Umlaufeinrichtung ejntfallen können. Bei einem erfindtmgsgemäßen Antrieb wird, von geringfügigen mechnischen Verlusten und' Druekflüs-

ip sigkeitsverlusten abgesehen, weitgehend jeglicher Energieverlust vermieden.

In der Zeichnung: ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, und es zeigt
F i g. 1 schematisch eine Gesamtanordnung einer hy-

is draulischen Presse mit Antrieb und

F i g. 2 einen Schnitt gemäß Linie U-II in F i g. 1.
Im Pressengestell 1 ist der Preßkolben 2 mit dem Laufholm 3 und den Rückzugskolben 4 auf- und niedergehend angeordnet Die Rückzugskolben 4 werden über die Zylinderräume 5, die Leitung 6, die Leitungen 7 und 8 und den Hilfszylinder 9 konstant durch den Druck des Akkumulators 10 beaufschlagt Jede Pumpenzylindergruppen besteht bei dem gezeichneten Beispiel des Erfindungsgegenstandes aus drei Pumpenkolben, z. B. 11,12 und 13 oder 14,15 und 16 in F i g. 2. Die Pumpenkolben 12 und 13 haben zusammen den gleichen Querschnitt wie der Pumpenkolben U allein. Selbstverständlich kann der Pumpenkolben U auch durch zwei nebeneinanderliegende Kolben der gleichen Größe wie Pumpenkolben 12 oder 13 ersetzt werden, was jedoch mehr Raum beansprucht jede Pumpenzy-Hndergruppe ist mit einer Pumpenventilgruppe 17 über eine Leitung 18 verbunden. Jede Pumpenventilgruppe enthält ein Druckventil 19 und ein Saugventil 20 mit den dazugehörigen Steuerantrieben 21 und 22. Jeder Steueranteil 21, 22 weist einen Steuerkolben 49,50 auf. Diese Anordnung bewirkt eine vollständige Entlastung der Wellenzapfen 23 und 24 der das Schwungrad 48 tragenden Exzenterwelle 25 von den hydraulischen Pumpendruckkräften. Das gezeichnete Beispiel hat je 6 Kolben in drei Ebenen also insgesamt 18 Pumpenkolben. Hierzu gehören 6 Pumpenventilgruppen. Der Übersichtlichkeit halber ist von diesen nur eine gezeichnet. Selbstverständlich können auch andere KoI-ben- und Ventilgruppenzahlen gewählt werden. Die Pumpenkolben gleiten jeweils in einem Pumpenzylinderraum 51.

Die Pumpenventilgruppen stehen über die Leitungen 26 und 27 mit dem Hauptzylinderraum 28 in Verbindung. Ferner besteht die Verbindung 29 zum Sammelbehälter 30 und die Verbindung 31 zum Zylinderraum 32 der Überhubeinrichtung 33. In der Überhubeinrichtung 33 befindet sich der Kolben 34, der über den Zylinderraum 35 und die Leitung 8 unter konstantem Akku-

druck steht. Der Zylinderraum 36 steht über die Leitung 52 mit dem Sammelbehälter 30 in Verbindung. Im Kolben 34 befindet sich im Raum 37 das federbelastete Rückschlagsicherheitsventil 38. Der Raum 37 steht mit dem Zylinderraum 32 über die Bohrung 39 in offener Verbindung. Oberhalb des Sicherheitsventils 38 befindet sich die Bohrung 40, in die der feststehende Zapfen 41 hineinragt.

Im Hilfszylinder 9 befindet sich der Kolben 42, der das im Akkumulator 10 und im Zylinderraum 43 befindliehe gasförmige Medium vom flüssigen Medium im Zylinderraum 44 trennt. Das Druckventil 45, das Saugventil 46 und das federbelastete Kölbchen 47 dienen der Ergänzung von Leckflüssigkeitsverlusten in den Zy-

linderräumen 5 und 44. Die Ergänzungsflüssigkeit wird über die Leitung 53 und das Saugventil 46 angesaugt und über das Druckventil 45 und die Leitung 6 in die Zylinderräume 44 und 5 gedrückt. Das Kölbchen 47 bewegt sich in dem Zylinderraum 54, der über die Leitung 55 einerseits über das Saugventil 46 und die Leitung 53 mit dem Sammelbehälter 30 und andererseits über das Druckventil 45 und die Leitung 6 mit den Zylinderräumen 5 und 44 in Verbindung steht

Die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes ist wie folgt:

Im Stillstand wird der Laufholm 3 durch die unter konstantem Flüssigkeitsdruck stehenden Rückzugskolben 4 in seiner oberen Stellung gehalten. Das Saugventil 20 wird mittels des Steuerkolbens 50 des Steuerantriebs 22 offengehalten. Dadurch pendelt die Druckflüssigkeit zwischen dem Pumpenzylinderraum 51 und dem in seiner unmittelbaren Nähe befindlichen Sammelbehälter 30 drucklos hin und her. Wird jetzt der Steuerkolben 50 abgesenkt so schließt das Saugventil 20 während des Druckhubs des Pumpenkolbens U und öffnet während seines Saughubes, d.h., die Pumpe arbeitet wie eine normale Druckpumpe und fördert in den Kauptzylinderraum 28. Der Laufholm 3 wird gegen den Druck in den Zylinderräumen 5 nach unten gedrückt und der Arbeitshub ausgeführt.

Für die Aufwärtsbewegung des Laufholms 3 werden jetzt mittels deer Steuerantriebe 21 und 22 Druckventil 1*1 und Saugventil 20 so gesteuert daß die Pumpe als Hydromotor arbeitet d. h, daß die Kompressionsenergie im Hauptzylinderraum 28, die statische Druckenergie des Kolbens 34, falls dieser während des Arbeitshubes angehoben wurde und die nicht zum Anheben der Teile 2, 3 und 4 benutzte Druckkraft in den Zylinderräumen 5 jetzt die Pumpenkolben antreiben und damit zusätzlich zur Motorenenergie Energie an das Schwungrand 48 liefern. Die Steuerbewegung der Steuerkolben 49 und 50 muß in exakter Abhängigkeit von der Stellung der Exzenterwelle 25 erfolgen. Die Koppelung dieser Steuerbewegung mit dem zugehörigen Drehwinkel der Exzenterwelle kann entweder mechanisch über Steuerexzenter oder Nockenwellen oder elektronisch über durch die Exzenterwelle betätigte Kontakte bzw. berührungslose Schalter hergestellt werden. Nach dem heutigen Stand der Technik ist die elektronische Lösung vorzuziehen.

Im einzelnen verläuft der Vorgang wie folgt:

Da die Druckventile 19 und Saugventil 20 nicht gegen Druck geöffnet werden können, kann der Steuerkolben 49 das Druckventil 19 nur offen halten, wenn es vorher infolge der Bewegung des Pumpenkolbens 11 ^VOQ. ,links, nach rechts ,aufgestoßen wurde und der ^teuetjccäben 50 kann*das -Saugventil220 nur: öffnen. Dktil 19 gescWossgn jstund der Pumhh|hkA

11 sich voji 3rechts.na6h|hnicp>ewegt
ich der numpeöJcolben.Klno Moment des s^eradejvonJinks aadijej&ts. so erhält der 49 Steuerdruck,, da.in-djesem Falle das 19 offen; stehfc^/ährjendtder anschließendes Kolb£t« Il jvonLtechts nach links gesteuert und das Druckventil 19 schließt. Dies muß so spät erfolgen, daß der noch in Bewegung von rechts nach links befindliche Pumpenkolben 11 den Raum über dem Saugventil 20 gerade noch so weit von Druck

S entlasten kann, daß der jetzt unter Steuerdruck stehende Steuerkolben 50 das Saugventil 20 aufstoßen kann. Während der anschließenden Bewegung des Kolbens 11 von links nach rechts bleibt jetzt das Saugventil 20 offen und die Druckflüssigkeit aus dem Pumpenzylinderraum 51 wird drucklos.über die Leitung 18 und die Verbindung 29 in den Sammelbehälter 30 geschoben. Während dieses Hubes erhält der Steuerkolben 49 wieder Steuerdruck; er kann das Druckventil 19 aber vorerst nicht öffnen, da über dem Ventil Druck lastet und der Raum unter dem Ventil druckentlastet ist. Kurz vor dem Ende der Bewegung des Pumpenkolbens U von links nach rechts geht der Steuerkolben 50 zurück und Ventil 20 schließt Dies erfolgt so spät daß das Druckventil 19 durch die Bewegung des Kolbens 11 gerade noch aufgestoßen wird. Während der anschließenden Bewegung des Kolbens It von rechts nach links bleibt jetzt Ventil 19 offen usw.

Führt der betreffende Kolben im Moment des Umschalten« gerade einen Saughub aus, so verläuft der Vorgang genau so. nur daß jetzt zuerst das Saugventil 20 offengehalten wird. Nach dem Umschalten wird noch eine gewisse Flüssigkeitsmenge in den Zylinderraum 28 gefördert Dies kann man verhindern, indem man entsprechend vor Ende des Arbeitshubes umschaltet.

Wird zu spät umgeschaltet so spricht die Oberhubvorrichtung 33 an. Der Kolben 34 ist durch die Akkudruckbelastung im Zylinderraum 35 auf den maximal im Hauptzylinderraum 28 zulässigen Druck eingestellt.

Wird dieser Druck überschritten, so weicht der Kolben 34 nach oben aus. Die dabei aufgewendete Energie wird nach dem Umschalten, wie oben gezeigt wieder zurückgewonnen. Wird der vorgesehene zulässige Hub des Kolbens 34 überschritten, so wird durch den Zapfen 41 das Sicherheitsventil 38 geöffnet und die Druckflüssigkeit entweicht durch die Bohrungen 39 und 40 und die Leitung 52 in den Sammelbehälter 30.

In den in offener Verbindung miteinander stehenden Zyiinderräumen 5 und 44 können Leckverluste auftreten. Dadurch sinkt der trennende Kolben 42 so weit ab daß er im Takt der Bewegung des Laufholmes 3 das Kölbchen 47 bewegt. Dieses wirkt dann wie ein Pumpenkolben und fördert mittels des Saugventils 46 und des Druckventils 45 über die Leitung 6 Ergänzungsflüssigkeit in die Zylinderräume 5 und 44.

Die Überhubvorrichtung 33 hat folgende Bedeutung Infolge von unvermeidlichen Schaltzeittoleranzen-unc Temperature und Abinessängstolefahzenl* '^
schmiedenden^Stüekes ist esiskaum Jmo^licli|d

wäJtsbewegungdeS'Pr^ßkolbens 2¹
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bewegt tritt keine Druckentlastung im Preßzylinderraum 28 auf, dagegen wird eine Steigerung des Druckes über das zulässige Maß verhindert. Das Sicherheitsventil 38 soll im Betrieb nicht ansprechen. Es hat den Zweck, bei Störungen an der Steuereinrichtung der Presse Schäden an der Presse zu verhüten.

Die Trennung des flüssigen vom gasförmigen Medium durch den Kolben 42 gestattet die Verwendung von Luft auch dan, wenn als flüssiges Medium öl verwendet wird. Wäre der Trennkolben 42 nicht vorhanden, so

müßte ferner der Flüssigkeitsspiegel, da sich Verluste nicht vermeiden lassen, auf eine wesentlich kompliziertere Weise gesteuert werden. Die Teile 45 bis 47 könnten entfallen, wenn das Flüssigkeitsvolumen in den Räumen 5 und 44 konstant gehalten werden könnte. Es muß aber im Laufe der Zeit mit Leckverlusten an den Manschetten der Zylinder 5 gerechnet werden. In diesem Falle treten dann gemäß Beschreibung die Teile 45 bis 47 in Tätigkeit.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

109 024/132

Claims

Patentansprüche:

lg%itrieb einer hydraulischen Gesenkschaiiede- ^T jpr^fe iftr extrem kurae Spitzenbelastungszehen, '^?,'"^igptein te eineaä Preßzylinderraum mit Druck- ~ ^J * ~"' ι beaufschlagten PreßkoJben, unter konstanstehendetn hydraulischen Rückzug und Kolbenpumpe, die eine, ein als Energiespeicher dienendes Schwungrad tragende «Exzenterwelle iiufwejst und deren jeder Pumpenzylinderraum eintiEseitsmiteinenrSammelbehälter über eine zum .An-augen geöffnete Ventileinriehtung und anderer_jtieu% mit dem Preßzylinderraum über eine zum '"Drücken geöffnete Ventileinriohtung verbindbar ist, w«, Bei die Ventileinrichtungen wie üblich afc Saugmund Druckventile ausgebildet sind, die durch den Sog und Druck des FJüssigkeitsstromes geöffnet bzw. geschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß den Druck- und Saugventilen (19, 20) je eine Anhebeeinrichtung (21, 22) zugeordnet ist, die für den Aufwärtshub der Presse mit der Exzenterwelle (25) gekoppelt ist und dadurch die Wirkungsweise der Ventile derart ändert, daß beim Saughub des Pumpenkolbens (U) das Druckventil (19) geöffnet und das Saugventil (20) geschlossen ist und beim Druckhub des Pumpenkolbens das Saugventil (20) geöffnet und das Druckventil (19) geschlossen ist, wobei eine die Wellenzapfen (23, 24) der Exzenterwelle (25) entlastende Anordnung der Pumpenzylinder (51) vorgesehen ist
2. Antrieb einer hydraulischen Gesenkschmiedepresse nach Anspruch 1, mit einer Überlasteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Preßzylinderraum (28) verbundene Überhubvorrichtung (33), bei der ein Zylinderraum (32) einen durch gasförmiges Medium belastenden Kolben (34) enthält, der beim Überschreiten eines bestimmten Druckes im Preßzylinderraum (28) gegen den Druck des gasförmigen Mediums ausweicht, angewendet ist.
3. Antrieb einer hydraulischen Gesenkschmiedepresse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Überhubvorrichtung (33) ein feststehender Zapfen (41) angeordnet ist, der ein Sicherheitsventil (38) öffnet, wenn der Kolben (34) seinen zulässigen Hub überschreitet.