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"Steuereinrichtung für hydraulische P>essen insbesondere Freiform-Scbmiedepressen"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für hydraulische Pressen,
insbesondere Freiform-Schmiedepressen, mit einem oder mehreren Arbeitszylindern
und mindestens einem Rückzugzylinder.
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Hydraulische Pressen, insbesondere F:reiformScKmiedepres sen, müssen
sehr schnell arbeiten, damit durch die Berührung von Werkzeug und Werkstück keine
allzu große Abkühlung eintritte Es sind daher in der Regel hohe Arbeitsgeschwindigkeiten
und kurze Umsteuerzeiten erforderlich, um den im Arbeitszylinder verschieblich gelagerten
Arbeitskolben mit dem daran befestigten Werkzeug rasch hin- und herbewegen zu können.
Das dazu erforderliche hydraulische Umsteuern des Arbeitszylinders ist mit erheblichen
Schwierigkeiten verbunden, da das im Arbeitszylinder verdichtete Druckmittel innerhalb
einer mog7ichst kurzen Zeit entspannt werden muß, damit andernfalls auftretende
Schaltstöße möglichst vermieden werden.
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Aus diesem Grunde werden daher derartige Pressen normalerweise mit
Vier-Ventil-Steuerun0en oder Vier-Wege-Eolbenschiebern ausgerüstet, wobei zusätzliche
Fullventile zum Vorfüllen der Zylinder bei der Leerabwärtsbewegung und zum
schnellen
Entleeren der Zylinder bei der Rückzugbewegung vorgesehen sind. Es sind außerdem
Entspannventile vorhanden, da vor dem Umschalten der Kolbenventile am Ende des Pressenhubes
die Zylinder entspannt werden müssen. Während hydraulische Steuerungen mit Sitzventilen
und Füllventilen bei starkem Verschleiß sehr störanfällig sind und das harte Arbeiten
der Füllventile nachteilig ist, haben Vier-Wege-Kolbenschieber-Steuerungen eine
durch die Bauform des Schiebers bedingte Abhängigkeit der Öffnungs- und Schließwege
der einzelnen Ventilkammern, so daß diese nicht auf die günstigste Schaltweise einstellbar
sind. Außerdem ermöglichen beide Steuerungssysteme nur verhältnismäßig wenige Variationen
für den Arbeitsablauf.
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Die der Erfindung zugrundeSliegende Aufgabe besteht daher darin, für
hydraulische Fressen, insbesondere für Freiform-Schmiedepressen, mit einem oder
mehreren Arbeitszylindern und mindestens einem Rückzugzylinder, eine geeignete Steuereinrichtung
zu schaffen, die es bei einfachem Aufbau erlaubt, mehrere SteuerungsmöglicTieiten
in der günstigsten Weise einzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
ein die Funktion eines Fullventils übernehmendes Kolbenventil für die Druckseite
des Arbeitszylinders, ein unabhängig vom Kolbenventil des Arbeitszylinders zu betätigendes
Kolbenventil für den oder die Rückzugzylinder und ein zu diesem Kolbenventil hydraulisch
parallel geschaltetes Bremsventil gelöst. Für die Erfindung ist somit wesentlich,
daß für die Druckseite und die Rückzugseite der Pressenzylinder getrennt voneinander
angeordnete und unabhängig voneinander zu beatigende Kolbenventile verwendet werden,
die störunanfällig und nur einem geringen Verschleiß ausgesetzt sind; Die unabhänglge
Betätigung der Kolbenventile für den Arbeitszylinder und die Rückzugzylinder, und
zwar in Verbindung mit einem dem Kolbenventil für die Rückzugzylinder hydraulisch
parallel geschalteten Bremsventil, ergibt
eine große Anzahl von
Steuerungsmöglichkeiten.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist das Bremsventil hydraulisch
betätigbar.
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Um die Ausströmgeschwindigkeit des in den Rückzugzylindern befindlichen
Druckmittels steuern zu können, weist das Bremsventil vorzugsweise einen einstellbaren
Durchfluß querschnitt auf.
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Ferner ist das federbelastete Bremsventil zweckmäßigerweise als bei
Uberschreiten eines bestimmten Höchstdruckes in den Rückzugzylindern öffnendes Überdruckventil
ausgebildet.
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Bei einer Steuereinrichtung für eine Presse mit drei Arbeitszylindern
und zwei Rückzugzylindern, ist erfindungsgemäß dem mittleren der nebeneinander liegenden
Arbeitszylinder ein Kolbenventil und den beiden atiSenliegenden Arbeitszylindern
ein gemeinsames Kolbenventil zugeordnet0 Durch dieses gemeinsame Kolbenventil kann
somit eine zu sätzliche Druckbeaufschlagung der Arbeitszylinder erreicht werden,
so daß die erfindungsgemäße Steuerung eine Presse zu verwirklichen erlaubtt die
durch sechs verschiedene Preßkraft- und Geschwindigkeitsstufen gekennzeichnet ist
und sich somit, insbesondere bei einer Freiform-Schmiedepresse, durch eine optimale
7tirtungsweise auszeichnet.
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Es ist natürlich auch möglich, bei mehreren Arbeitszylindern jedem
ein eigenes Kolbenventil zuzuordnen. Auch in diesem Fall sind bei einer dreistufigen
Presse sechs verschiedene Preßkraft- und Geschwindigkeitsstufen erreichbar.
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Von besonderer Bedeutung ist, daß das oder die Eolbenvenutile in der
Nähe des oder der Arbeitszylinder angeordnet sind. Hierdurch kann die Anzahl der
zu der Arbeitszylindern
führenden Hochdruckleitungen auf eine einzige
Leitung reduziert werden. Außerdem ergibt sich in den Umsteuerphasen wegen des vergleichsweise
geringen Kompressionsvolumens auch eine wesentlich kürzere Entspannzeit für das
verdichtete Druckmedium. Ein weiterer Vorteil ergibt sich insofern, als bei der
Umsteuerung auf den Preßvorgang die Druckleitung bis zu den Ventilen und damit unmittelbar
bis in die Nähe der Arbeitszylinder schon unter Hochdruck stehen kann, so daß eine
wesentlich kürzere Zeit zum Druckaufbau erforderlich ist. Schließlich ergibt sich
bei kurz aufeinanderfolgenden Pressenhüben auch ein wesentlich besserer Austausch
des Druckmediums in den Hauptzylindern, da das Druckmittel über eine separate Hochdruckleitung
bis in die Nähe der Arbeitszylinder gebracht und bei jedem Rückzughub der Presse
über eine andere separate Rückführleitung zum Tank zurückgeführt werden kann. Dadurch
werden die sonst bei herkömmlichen Pressen infolge der Pendelbewegungen des Druckmittels
auftretenden örtlichen Erwärmungen des Druckmittels in den Rohrleitungen und Zylindern
vermieden.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen in jeweils schematischer
Darstellung: Fig,~1 ein erstes Ausführungsbeispiel der hydraulischen Steuereinrichtung;
Fig 2 eine zweite Ausführungsform der hydraulischen Steuereinrichtung, und Fi. 3
eire abgewandelte Ausführungsform der in Fig. 2 dargestellten Steuereinrichtung.
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Eine Druckflüssigkeitspumpe 1 steht über eine Saugleitung 2 mit einem
unter Fülldruck stehenden Druckmittelbehälter
3 in Verbindung. In
der Pumpendruckleitung 4 befindet sich ein Rückschlagventil 5; zwischen diesem und
der Pumpe 1 ist ein Uberdruckventil 6 angeschlossen. In die Pumpendruckleitung 4
ist ein in zwei Positionen verstellbares Entspannventil 7 eingebaut, das über die
Saugleitung 2 mit dem Druckmittelbehälter 3 in Verbindung gebracht werden kann,
Ferner sind in die Pumpendruckleitung 4 mechanisch getrennt voneinander angeordnete
und unabhängig voneinander zu betätigende Kolbenventile 8 und 9 eingebaut. Beide
Kolbenventile lassen sich in eine Stellung "a" und eine Stellung b bringen. Das
Kolbenventil 8 steht über eine Verbindungsleitung 11 mit der Druckseite 12 eines
Arbeitszylinders 13 in Verbindung, der sich in einem das Werkzeug 14 tragenden Maschinenteil
15 befindet0 Relativ zum Arbeitszylinder 13 ist ein Arbeitskolben 16 axial verschiebbar.
Seitlich neben dem als Hauptzylinder ausgebildeten Arbeitszylinder 13 befinden sich
Rückzugzylinder 17, 18, die zusammen mit Kolben 19, 21 Rückzugkammern 22, 23 bilden.
Auf der Rückzugseite 22, 23 der Rückzugzylinder 17, 18 ist eine Ablaufleitung 24
angeschlossen, in der ein als Überdruckventil ausgebildetes Bremsventil 25 sitzt,
dessen Auslaß ebenfalls über die Saugleitung 2 mit dem Druckmittelbehälter 3 in
Verbindung steht. Das federbelastete und in seinem Durchströmquerschnitt einstellbare
Bremsventil 25 kann durch eine nicht dargestellte hydraulische Vorsteuerung in Öffnungsstellung
gebracht werden. Das Entspannventil 7 kann zum Entspannen des Arbeitszylinders 13
unabhängig von den Kolbenventilen 8 und 9 vor deren Umsteuerung geschaltet werden.
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Mit der in Fig. 1 dargestellten Steuereinrichtung ergeben sich folgende
Betriebsmöglichkeiten der Presse: Zum Absenken der Presse mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit
befindet sich das Uberdruckventil 6 in seiner Offenstellung, und das Bremsventil
25 wird durch die hydraulische Vorsteuerung in seine Offenstellung gebracht. Das
Kolbenventil 8
nimmt seine Schaltstellung b und das Kolbenventil
9 die Schaltstellung a ein. In diesen Stellungen der einzelnen Ventile strömt das
Druckmittel der Rückzugzylinder 17, 18 über das Bremsventil 25 in den Druckmittelbehälter
3, während die Druckseite 12 des Hauptarbeitszylinders 13 über das Kolbenventil
8 mit unter Niederdruck stehendem Betriebs mittel aus dem Druckmittelbehälter 3
gefüllt wird. Die Absenkgeschwindigkeit der Presse wird durch den am Bremsventil
25 eingestellten Öffnungsquerschnitt bestimmt.
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Beim Pressen mit reduzierter Preßkraft und hoher Arbeitsgeschwindigkeit
werden das Bremsventil 25 und das Überdruckventil 6 geschlossen. Das Kolbenventil
8 befindet sich in seiner Schaltstellung ??a??, während das Kolbenventil 9 seine
Schaltstellung b einnimmt. Es kann somit Druckmittel von der Druckflüssigkeitspumpe
1 über die Druckleitung 4 und das zur Verbindungsleitung 11 geöffnete Kolbenventil
8 in die Druckseite 12 des Arbeitszylinders 13 einströmen.
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Bei der dabei erfolgenden Arbeitsbewegung der Presse wird aus den
Rückzugseiten 22, 23 der Rückzugzylinder 17, 18 Flüssigkeit verdrängt, die über
die Ablaufleitung 24 und das einen Durchfluß gestattende Kolbenventil 9 ebenfalls
über das Kolbenventil 8 in den Hauptarbeitszylinder 13 einströmt und damit die Arbeitsgeschwindigkeit
entsprechend dem Verhältnis der Kolbenflächen zueinander erhöht, wobei sich die
größtmögliche Preßkraft aus der Differenz der wirksamen Flächen des Hauptarbeitszylinders
13 und der Rückzugzylinder 17 und 18 ergibt0 Bei Pressen mit voller Preßkraft und
reduzierter Arbeitsgeschwindigkeit ist das Uberdruckventil 6 geschlossen, das Bremsventil
25 geöffnet, während das Kolbenventil 8 und das Kolbenventil 9 sich in ihren Schaltstellungen
a befinden. In diesem Fall fördert die Druckmittelpumpe 1 Druckflüssigkeit über
das Kolbenventil 8 und die Verbindungsleitung
11 in die Druckseite
12 des Hauptarbeitszylinders 13. Da die Verbindung zwischen der Pumpendruckleitung
4 und der Ablaufleitung 24 durch das Kolbenventil 9 gesperrt ist, hingegen eine
Verbindung der Ablaufleitung 24 mit der Saugleitung 2 über das Bremsventil 25 besteht,
strömt Flüssigkeit aus den Rückzugzylindern 17, 18 über die genannte Verbindung
in den Druckmittelbehälter 3 zurück.
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Beim Rückzug des Arbeitszylinders sind das überdruckventil 6 und das
Bremsventil 25 geschlossen; die Kolbenventile 8 und 9 befinden sich in ihren Schaltstellungen
"b". In -diesem Fall fördert die Druckmittelpumpe 1 über das geöffnete Kolbenventil
9 und die Ablaufleitung 24 Druckflüssigkeit in die Rückzugseite 22, 23 der Rückzugzylinder
17g 18, während dabei Druckmittel von der Druckseite 12 des Hauptarbeitszylinders
13 über die Verbindungsleitung 11 und das Kolbenventil 8 in die Saugleitung 2 strömt
und damit in den Druckmittelbehälter 3 ausgestoßen wird.
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Die in Fig. 2 dargestellte hydraulische Steuereinrichtung entspricht
im Prinzip der in Fig. 1 erläuterten Einrichtung, so daß für gleiche Teile gleiche
Bezugszeichen benutzt werden. Ein wesentlicher Unterschied gegenüber der ersten
Ausführungsform besteht darin, daß an die Pumpendruckleitung 4 ein weiteres, dem
Kolbenventil 8 entsprechendes Kolbenventil 26 angeschlossen ist, das über eine Zylinderleitung
27 mit durch die Kolben 19, 21 von den Rückzugseiten 22, 23 getrennten Druckseiten
28, 29 der Rückzugzylinder 17, 18 in Verbindung steht. Auf diese Weise wird eine
Presse mit drei Arbeitszylindern und zwei Rückzugzylindern 17, 18 geschaffen. Der
im Durchmesser größere Hauptarbeitszylinder 13 liegt in der Mitte, während sich
die beiden im Durchmesser kleineren Arbeitszylinder 28, 29 seitlich davon befinden.
Der Einfachheit
halber werden im folgenden der mittlere Arbeitszylinder
als Hauptarbeitszylinder und die Druckseiten 28, 29 der Rückzugzylinder 17, 18 als
Arbeitszylinder bezeichnet.
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Bei einer solchen dreistufigen Presse sind auf Grund der erfindungsgemäßen
hydraulischen Steuereinrichtung folgende sechs verschiedene Preßkraft- und Geschwindigkeitsstufen
erzielbar: Beim Pressen in der ersten Stufe sind das Uberdruckventil 6 und das Bremsvenbil
25 geschlossen, während die Kolbenventile 8 und 9 ihre Schaltstellungen nb" und
das Kolbenventil 26 seine Schaltstelung na" einnehmen. In diesem Fall strömt das
von der Druckmittelpumpe 1 geförderte Druckmittel über die Pumpendruckleitung 4
und das Kolbenventil 26 sowie die Zylinderleitung 27 in die beiden außenliegenden
Arbeitszylinder 28, 29. Zusammen damit strömt über das in Offenstellung befindliche
Kolbenventil 9 das aus den Rückzugseiten 22, 23 der RUckzugzylinder 17* 18 verdrängte
Druckmittel ebenfalls über das Kolbenventil 26 und die Zylinderleitung 27 in die
Arbeitszylinder 28, 29.
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Preßkraft und Arbeitsgeschwindigkeit werden somit durch die Fördermenge
der Pumpe 1 und die wirksame Fläche in den beiden Rückzugzylindern 17 und 18 bestimmt.
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Beim Pressen in Stufe zwei ist das Uberdruckventil 6 geschlossen,
hingegen das Bremsventil 25 geöffnet, während sich das Ventil 8 in seiner Schaltstellung
"b" und die beiden Kolbenventile 9 und 26 in ihren Schaltstellungen na" befinden.
Die von der Pumpe geförderte Flüssigkeitsmenge strömt somit über die Pumpendruckleitung
4 über das geöffnete Kolbenventil 26 in die Arbeitazylinder 28, 29, während gleichzeitig
die dabei verdrängte Flüssigkeit aus den Rückzugseiten 22, 23 der Ruckzugzylinder
17, 18 über die Ablaufleitung 24 und das geöffnete Bremsventil 25 in den Behälter
3 abströmt. Die Presse arbeitet daher mit geringer
Geschwindigkeit
aber hoher Preßkraft, die durch die wirksamen Flächen in den Arbeitszylindern 28
und 29 bestimmt wird.
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Beim Pressen in Stufe drei sind das überdruckventil 6 und das Bremsventil
25 geschlossen;' die Kolbenventile 9 und 26 befinden sich in ihren Schaltstellungen
b, während das Kolbenventil 8 seine Schaltstellung a einnimmt. In diesem Fall kann
Druckmittel von der Druckmittelpumpe 1 über die Pumpendruckleitung 4 sowohl über
das Kolbenventil 8 und die Verbindungsleitung 11 in die Druckseite 12 des Hauptarbeitszylinders
13, als auch gleichzeitig über das Kolbenventil 9 und die Ablaufleitung 24 in die
Rückzugseiten 22, 23 der Rückzugzylinder 17, 18 eintreten. Preßkraft und Arbeitsgeschwindigkeit
der Presse entsprechen daher der wirksamen Fläche am Hauptarbeitszylinder 13 abzüglich
der Ringflächen in den Rückzugzylindern 17, 18.
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Beim Pressen in der Stufe vier ist das ttberdruckventil 6 geschlossen,
das Bremsventil 10 geöffnet; die Kolbenventile 8 und 9 befinden sich in ihrer Schaltstellung
"a", während das Kolbenventil 26 seine Schaltstellung-'b" einnimmt. Die gesamte
von der Pumpe 1 geförderte Druckflüssigkeit strömt somit über die Pumpendruckleitung
4, das Kolbenventil 8 und die Verbindungsleitung 11 in die Druckseite 12 des Hauptarbeitszylinders
13. Die Kolbenventile 9 und 26 sind abgesperrt, so daß die Preßkraft und die Arbeitsgeschwindigkeit
ausschließlich von der Pumpenfördermenge und der Zylinderfläche des Arbeitszylinders
13 abhängen.
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In der fünften Preßstufe sind das Uberdruckventil 6 und das Bremsventil
25 geschlossen, das Kolbenventil 8 nimmt seine Schaltstellung a, das Kolbenventil
9 seine Schaltstellung "b" und das Kolbenventil 26 seine Schaltstellung a ein.
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Damit sind alle Kolbenventile 8, 9, 26 für den Durchfluß geöffnet,
so daß sich die Preßkraft und die Arbeitsgeschwindigkeit aus den wirksamen Flächen
am linder 13, zuzüglich der Flächen an den Arbeitszylindern 28 und 29, abzüglich
der Flächen an den Rückzugzylindern 17 und 18, ergeben.
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Beim Pressen in der Stufe sechs ist das überdruckventil 6 geschlossen,
das Bremsventil 25 geöffnet, und alle drei Kolbenventile 8, 9 und 26 nehmen ihre
Schaltstellung a ein. Es ist somit das Kolbenventil 9 abgesperrt, hingegen sind
die Kolbenventile 8 und 26 für einen Durchfluß geöffnet, so daß sich bei geringster
Arbeitsgeschwindigkeit die größte Preßkraft durch die wirksamen Kolbenflächen am
Arbeitszylinder 13, zuzüglich der Flächen an den Arbeitszylindern 28 und 29 ergibt.
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Die in Fig. 3 dargestellte Ausführung entspricht grundsätzlich der
Ausführung nach Fig. 2, lediglich mit dem Unterschied, daß die Kolbenventile 8 und
26 in der Nähe der Arbeitszylinder 13, 28, 29 angeordnet sind; die Wirkungsweise
bleibt gleich. Durch diese Anordnung ergeben sich jedoch wesentliche Vorteile bei
der Druckbeaufschlagung hinsichtlich der Erwärmung des Druckmittels und einer zügigen
Betriebsweise. Diese Vorteile sind eingangs näher erläutert worden. Die Verbindungsleitung
11 und die Zylinderleitung 27 können damit erheblich verkürzt werden, wodurch sich
nicht nur ein baulicher Vorteil ergibt, sondern beim Umsteuern auf Pressen kann
darüber hinaus die Druckleitung 4 schon bis kurz vor die Arbeitszylinder unter Druck
gebracht werden; dadurch läßt sich die Druckaufbauzeit wesentlich verkürzen.