DE2319436A1 - Profilpress- und feinschnittvorrichtung mit einem druckverstaerker - Google Patents

Description

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Profilpress- und Feinschnittvorrichtung mit einem Druckverstärker

Die Erfindung bezieht sich auf eine Profilpress- und Feinschnittvorrichtung mit einem zwei Kolben verschiedenen Durchmessers aufweisenden Druckverstärker, der Luftdruck in Öldruck umsetzt, und der hydraulisch mit einem Kolben verbunden ist, welcher mit dem Werkzeug starr, jedoch lösbar, verbunden ist.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, gewichtsmäßig leichte, raumsparende Werkzeugmaschinen und Handgeräte zu ermöglichen, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet sind, daß sie mittels Druckverstärker mit mehreren gemeinsam wirkenden Luft- und ölzylinderkolben eine beliebig erzeugte mechanische Kraft direkt auf auswechselbare, vorzugsweise Feinschnittwerkzeuge, übertragen, welche durch achsgenaue gemeinsame Führung über einer getrennten Auflagerfläche Einzelfeinschnitte oder automatische Folgeschnitte mit grösster Genauigkeit ausführen. Es können auch Profilierungs- oder anderen Zwecken dienende Werkzeuge eingesetzt werden.

Bei bekanntgewordenen Stanzmaschinen und Schnittpressen wird der in vertikaler Richtung bewegbar geführte Schnittstempel äußerst genau auf die Schnittplatte geführt, die achsgleich am Maschinenrahmen im Verhältnis zum Stempel befestigt ist.

Der Schneidspalt zwischen Stempel und Schnittplatte richtet sich nach Werkstoff und Schnittart. Für Freischnitte ohne Führungen beträgt er etwa + 150 my, bei Folgeschnitten etwa + 80 my und

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bei Feinschnitten + 30 my. Zu deren Gewährleistung sind im Hinblick auf die auftretenden Kräfte äußerst starre und daher schwere Pressenkörper erforderlich, um elastische Deformationen und Achsverschiebungen zu vermeiden. Zur Einhaltung der engen Toleranzen werden z.B. auch sogenannte Säulenführungen angeordnet, die den beweglichen Schnittstempel relativ zu der am'Maschinenrahmen befestigten Schnittplatte führen. Wollte man zwecks Gewichtseinsparung den Maschinenrahmen kleiner und leichter bauen, käme es schon bei geringen Seitenkräften zu elastischen Deformationen des verkleinerten Maschinenrahmens und auch der Führungssäulen. Die engen Schneidspalttoleranzen würden überschritten, was eine sofortige Zerstörung der Schnittwerkzeuge und andere Folgeschäden nach sich ziehen würde. '.'.·.

In Fig. 1 ist der Stand der Technik veranschaulicht.

Eine Schnittplatte 1 ist mit Befestigungsschrauben 2 an einem angedeuteten Maschinenrahmen 3 befestigt. In der Schnittplatte 1 sind Führungssäulen 4 fest eingesetzt, welche in Bohrungen 5 einer Halterung 6 eines Schnittstempels 7 achsial verschiebbar eingreifen und somit den Schnittstempel 7 in Richtung der Lochachse 8 führen.

Auch bei anderen Ausführungen ändert sich dieser Grundsatz nicht, daß die Schnittplatte 1, auch Matritze genannt, fest mit dem Maschinenrahmen etc. verbunden ist.

Bei bekanntgewordenen Pressen, Stanzen, Richtmaschinen usf. werden zur Erzeugung hoher hydraulischer oder mechanischer Drücke vorzugsweise bekannte Hochdruckpumpen eingesetzt.

Durch die DT-PS 1.805.984 ist ein Kolbendruckverstärker in einer Schnittpresse bekannt geworden, welcher mittels zweier verschieden großer und hintereinander angeordneter Zylinderkolben, durch eine gemeinsame Kolbenstange fest miteinander verbunden, den auf den ersten Kolben wirkenden Luftdruck über den zweiten Kolben in einen höheren Öldruck umsetzen. Durch hohen Verschleiß der Kolben-^; dichtungen treten an solchen und anderen Druckverstärkern Betriebsstörungen bis zur baldigen Unbrauchbarkeit ein. Es ist auch nicht

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möglich, mit dem bekanntgewordenen Druckverstärker beispielsweise unter pneumatischer Druckbeaufschlagung von 6 bis IO atü einen mechanischen Druck von beispielsweise 100 Mp über den Öldruckkolben zu erzeugen bzw. für höhere Drücke in radial geringen Baumassen bei Verwendung nur eines Druckverstärkers z~u bleiben. Der verursachende Mangel für die vorerwähnte schnelle Abnutzung der Kolbendichtungen liegt hauptsächlich, darin, daß die Kolbendichtung als Führungsfläche des Druckverstärkers in der betriebstechnischen Praxis keine mathematisch exakte Parallelführung zur Zylinderachse ermöglicht, wodurch Verkantungsmomente M auftreten.

In Fig. 1 wird veranschaulicht, wie die Verkantungsmomente M vom Kräftepaar P.a. aufgehoben werden. Weil dabei die Stabilisierungskräfte P unmittelbar auf die Dichtungsflächen der Kolben wirken, vergrößert sich das Verkantungsmoment M immer mehr. Dies führt zu einem raschen Undichtwerden und schließlich zur Zerstörung der Dichtungsringe. Je grosser aber zwecks Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses der Durchmesser des Druckluftzylinders ist, umso grosser wird auch das Verkantungsmoment M, gepaart mit dem weiteren Nachteil radial grösseren Baumasses.

Die Erfindung beseitigt die technischen und wirtschaftlichen Nachteile' in einfacher Weise. Sie besteht im wesentlichen darin, daß mittels eines vorzugsweise mit Luft-Öl betriebenen Mehrfachzylinderkolben-Druckverstärkers beliebig regelbare hohe mechanische Drücke über den letzten ölkolben direkt auf das Werkzeug übertragen werden und der somit fest mit diesem ölkolben verbundene Schnittstempel mittels an ihm befestigter Führungselemente eine frei bewegliche Schnittplatte achsgenau haltert, welche sich auf einer senkrecht zur Schnittstempelachse fest angeordneten Auflagerfläche lose abstützt.

Die technische Neuheit in Verbindung mit den Werkzeugen besteht darin, daß die richtige Zentrierung der Schnittplatte zum Schnittstempel durch Führungselemente, z.B. durch mit dem Körper des beweglichen Schnittstempels fest verbundene Führungsbolzen dadurch erzwungen wird, daß die .Schnittplatte auf ihrer Rahmen-

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unterlage im Gegensatz zur Fixierung nach dem Stand der Technik nunmehr lose verschiebbar angeordnet ist. Kommt es nun zu einer ansonsten unzulässigen elastischen Deformation des Geräterahraens und- damit verbundenen Verlagerungen der Auflagerfläche, so bleiben diese Verschiebungen ohne Einfluß .auf die genau einjustierte Lage der Schnittplatte.

In Fig. 2 ist dies schematisch dargestellt.

Die Schnittplatte 9 liegt lose auf einer Grundplatte 10 des Maschinenrahmens. Bei unkontrollierbarer Krafteinwirkung P quer zur Stempelachse 11 kann es zwar, infolge der angestrebten leichten und raumsparenden Konstruktion des Rahmens zu Verschiebungen der Grundplatte 10 kommen, was jedoch ohne Einfluß auf die richtige Lage der Schnittplatte 9 bleibt, da diese über eine am Schnittstempel befestigte Halterung 12 mit fest eingefügten Führungselementen 13, die in öffnungen 14 der Schnittplatte 9 längsverschiebbar eingreifen, zum Stempel achsgleich gehalten wird.

Einem bekanntgewordenen Luft-Öl-Druckverstärker haftet in Verbindung mit Feindruckpressen u.a. der grosse Nachteil an, daß seine· Leistung zu gering ist und daher mehrere solche Druckverstärker separat anzuordnen sind. Ein grosses Bauvolumen und eine Vielfalt von Zu- und Ableitungen mit entsprechenden Steuerorganen verkomplizieren die Steuerung des Arbeitsprozesses bzw. machen die Feinschnittpresse sehr teuer (vgl. DT-PS 1.805,984).

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, besteht der bekannte Druckverstärker im wesentlichen aus einem Luftzylinder 14, in welchem ein Arbeitskolben 15 durch Luftbeaufschlagung seiner oberen Kolbenfläche 16 auf einen mit ihm einstückig verbundenen Plungerkolben wirkt. Das Druckübersetzungsverhältnis der beiden Medien (hier Luft und öl) errechnet sich somit zu ü = ρ 2 = F 16

pi F 17

Das Drucköl 18* beaufschlagt die Fläche 18 des Kolbens eines Pressenzylinders 18 a.

Der Pressendruck P errechnet sich somit zu

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= ρ . F16 . F18 kp ι fT7

Um eine möglichst große Pressenkraft P zu erhalten, muß auch das Übersetzungsverhältnis im Druckverstärker erhöht werden, waa bei einem konstruktiv bedingt kleinsten Plungerkolben-Durchmesser bekanntermassen einer Vergrößerung des Luftkolbens entspricht.

Um eine erfindungsgemäß angestrebte Gewichts- und Volumensenkung zu erzielen, bzw. eine so einfache konstruktive Funktionslösung, daß selbst Handgeräte mit Feinschnittwerkzeugen genau arbeiten, müssen hohe Drücke erzeugende Druckverstärker möglichst als ein Gebilde zusammengefügt in Form radial schlanker Bauteile ' herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Kolbenstange des Druckverstärkers mehrere, mit Abstand voneinander angeordnete, mit Druckluft beaufschlagbare Kolben angeordnet sind, und daß der den einen Kolben mit dem Werkzeug verbindende Stempel mit gegen Verdrehen gesichert geführten Führungsmitteln versehen ist, die eine auf einer Unterlage frei verschiebbare Werkzeug-Gegenplatte geführt durchgreifen.

Dabei können die den mechanischen Druck ergebenden Zylinderkolben über bekannte Steuerorgane auch einzeln oder gruppenweise aus-geschaltet werden, je nach dem vorbestimmten Druckerfordernis für den betreffenden Arbeitsprozeß.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung dieses kombinierten Luft-öl-Druckverstärkers mit vier luftbeaufschlagten Antriebskolben 19, die mit einem Kolben 23 verbunden sind, und einem Arbeitskolben 20 mit festverbundenem Werkzeug 21, in Fig. 5 eine Kombination von beispielsweise zwei Pneumatikkolben 19 mit Kolben 23 und drei Arbeitskolben 20 mit festverbundenem Werkzeug 21.

Durch Bedienung der Wegeventile 22 kann die aufgebrachte Kraft stufenweise reguliert werden.

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Die mit diesem erfindungsgemäßen Luft-Öl-Druckverstärker erzielte Stempelkraft P errechnet sich zu

P = p__l

F . £F. . <F_ kp .

2 Es bedeuten: p. Aufgebrachter Luftdruck in kp/cm

^F₁ Summe aller luftbeaufschlagten Kolbenflächen (19) in cm²

•£Fp Summe aller ölbeaufschlagten Kolbenflächen (20) in cm

F Fläche des öldruckerzeugenden Kolbens

.2

in cm . . ,

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird eine schmale Bauform erreicht, indem man mit relativ kleinem Kolbendurchmesser grosse Druckübersetzungen und grosse mechanische Kräfte in Werkzeug erzeugt. Mit der vorteilhaften Bauform verbindet sich eine Gewichtsersparnis, da mit grosser Annäherung das Gewicht der Anordnung zwar linear mit der Verlängerung in Achsrichtung wächst, jedoch quadratisch zur Verkleinerung der Durchmesser abnimmt und beträchtliches Zubehör bei getrennten Druckverstärkern wegfällt. Außerdem verkleinert sich je Kolbenzylinder das Verkantungsmoment M derart, daß eine erhebliche längere Lebensdauer der Kolbendichtungen und des Druckverstärkers erzielt wird.

Von den zahlreichen Anwendungs- und Ausführungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Profilpress- und Feinschnittvorrichtung wird ein Ausführungsbeispiel in Fig. 6 und Fig. 7 dargestellt. Dieses Hand-Schnittwerkzeug, mittels Mehrfachkolben-Druckverstärker betätigbar bringt der Feinschnitt-Werkzeugtechnik einen neuen grossen Anwendungsbereich im Bauwesen und eignet sich besonders für die übersichtliche Darstellung aller technischen Neuerungen und wirtschaftlichen Vorteile der Erfindung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein händisch zu bedienendes Lochschnittgerät, das z.B. anstelle von Handbohrmaschinen, bis 80 % Arbeitszeit sparend,· eingesetzt werden kann. _;

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Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt, Fig. 7 einen Teilschnitt nach der Linie I-I der Fig. 6. . .

Das schematisch gezeigte Ausführungsbeispiel besteht nach Fig. 6 aus einer druckerzeugenden Zylindergruppe 24, 25, 26, 27, einem druckempfangenden Zylinder 28 und aus einer Werkzeughalterung 29, die zu einer konstruktiven Einheit mittels Zugschrauben 30, 31 zusammengeschlossen sind.

Drei Druckluftkolben 32 wirken über eine gemeinsame Kolbenstange und einen Plungerkolben 34. Der so erzeugte hydraulische Druck im öl 35 wirkt auf einen Arbeitskolben 36, an dessen Kolbenstange 37 das Schnittwerkzeug 38 und die Halterung 39 der Führungsbolzen 40 befestigt sind.

Die an den Deckeln des Hydraulikzylinders biegesteif, mittels Schrauben angeschlossene Werkzeughalterung 29 trägt eine Grundplatte 40 a, auf der eine Werkzeugmatritze (Schnittplatte) 41 frei beweglich gelagert ist und durch Führungsbolzen 40 achsrichtig gehaltert wird.

Damit das Werkstück (z.B. ein Winkelstahl 42) beim Rückholen des Schnittstempels nach erfolgtem Schnitt nicht mitgenommen wird, ist nach Fig. 7 ein hydraulisch oder pneumatisch wirkender Niederhalter angeordnet. Die Kolben 43 zweier Hydraulik- oder Pneumatikzylinder 44 sind mit einer Brücke 45 verbunden, die das Schnittwerkzeug umgreift (vgl. Fig. 6) und während des Schneidvorganges und dem nachfolgenden Rückholen des Schnittwerkzeuges 38/39 das Werkstück 42 auf der Schnittplatte (Matritze) 41 niederdrückt.

Die erforderlichen Rohrleitungen und Steuerorgane für Druckluft und öl sind der Deutlichkeit halber in Fig. 7 nicht dargestellt. Sie werden wenigstens im Bereich der Pneumatikzylinder von einer Schutzhülle 46 verdeckt.

Man könnte die Schutzhülle auch zylindrisch über alles anordnen und nur die Werkstoffbringung und Abgabe, sowie den Druckanschluss freilassen uaf. 409844/0183

Die Betätigung der erfindungsgemäßen Profilpress- und Feinschnittvorrichtung erfolgt vorzugsweise mit Druckluft, welche meist zur Verfügung steht, oder durch fahrbare Kompressoranlagen erzeugt werden kann, oder in Druckluftflaschen auf die Montagestelle mitgenommen wird. Der Verbrauch an Luftvolumen ist gering.

Für das spezielle Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist in den Figuren 8, 9 und 10 die Verrohrung und die Funktion schematisch dargestellt, wobei als erforderliches Handsteuergerät ein bekanntes Mehrwegsteuerorgan benutzt wird. Bei der dargestellten Lösung werden z.B. zwei voneinander getrennte Rohrnetze verwendet. Das eine System bringt beim Arbeitshub (Fig. 8) die Druckluft p, an die Oberseite der drei Ahtriebskolben 32, wodurch der erforderliche Schnittdruck über die hydraulische Druckübersetzung (Kolben 34 und 36) im Werkzeug 38 (Fig. 6) erzeugt wird. Beim Rückholen des Werkzeuges (Fig. 9) erfolgt die Druckbeaufschlagung an der Unteren Kolbenseite des Hydraulikkolbens 36 und der Pneumatikkolben 32.

Das zweite System dient zur Betätigung der beispielsweise Pneumatik*· zylinder 44 zwecks Niederhaltung des Werkstückes 42. Durch das Handsteuergerät wird erreicht, daß der Druck zur Niederhaltung des Werkstückes gleichzeitig mit Beginn des Schnittvorganges zu wirken beginnt und erst nach Rückholung des Werkzeuges endet.

Das Rückholen der Brücke 45 erfolgt anschliessend entweder - wie in Fig. 10 dargestellt - mit Druckbeaufschlagung der Kolben unterseits oder durch Rückzugfedern in den Druckluftzylindern 43.

Im einzelnen werden nach Fig. 8, 9 und 10 vier Arbeitsphasen wie folgt beschrieben:

Fig. 8 1. Phase (Arbeitshub)

Die Kolben 43 der beiden Zylinder 44 werden mit P₁ luftbeaufschlagt und pressen über die Brücke 45 das Werkstück 42 auf die Werkzeuggegenplatte 41.

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2. Phase

Die drei Pneumatikkolben werden luftbeaufschlagt und führen über den Hydraulikzylinderkolben 36 den Lochschnitt durch.

Fig. 9 3. Phase (Rückholung)

Die drei Pneumatikkolben 32 und der Hydraulikkolben 36 werden von unten her mit p, druckbeaufschlagt.

Durch Beaufschlagung des Hydraulikkolbens 36 mit (P, + 1) atü wird das Werkzeug hochgezogen.

Die Kolben 43 bleiben von oben her druckbeaufschlagt und pressen nach wie vor das Werkstück 42 nieder.

Fig. 10 4. Phase

Pneumatikkolben 32 und Hydraulikkolben 36 sind mit Werkzeug hochgefahren.

Pneumatikkolben 43 werden von unten beaufschlagt und sind mit Brücke 45 hochgefahren.

Das Gerät ist zum nächsten Lochschnitt bereit.

Die Erfindung ist eine wesentliche technische Neuerung, welche dem Werkzeugmaschinen- und Handgeräte-bau durch äußerst wirtschaftliche Anschaffungs- und Betriebskosten, sowie durch um ein Vielfaches niedrigere Werkzeugkosten gegenüber voluminösen Feinschnittpressen eine grosse Erweiterung des Anwendungsbereiches schafft und der spanlosen Werkzeugbearbeitung durch den rationellen Arbeitsprozeß eine Märkte erschliesst.

In Fig. 11 ist eine ortsfeste Anlage dargestellt, in der z.B. drei Arbeitskolben, die mit verschiedenen Schnittwerkzeugen bestückt sind nacheinander, aber aucn gleichzeitig, betätigt werden können. Diese Anordnung erlaubt z.B. die Herstellung komplizierter Schnitt-

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und/oder Verformungsdetails, die mit einem Hub allein nicht herstellbar sind und ansonsten ein Umrüsten (Werkzeugtausch) einer Schnittpresse zur Folge haben, (Wodurch sich ein recht erheblicher Zeitgewinn erzielen lässt).

In einem tischförmigen Grundrahmen 46 sind sowohl ein oder mehrere Druckverstärker 47 und ein oder mehrere Arbeitszylinder 48, ein oder mehrere Druckwindkessel 49, Verbindungsleitungen 50, 51 für das Drucköl und für die Pressluft und alle erforderlichen Steuerorgane 52 untergebracht. Arbeitszylinder sind hier in einer Tischplatte 53 und Matritzen 54 im Joch 55 angeordnet. Es können aber auch umgekehrt die Arbeitszylinder am Joch und die Matritzen in der Tischplatte angeordnet sein..

Die Verbindunsleitungen v/erden vorteilhafterweise als flexible Schläuche ausgeführt, wodurch ein horizontales Verschieben der einzelnen Werkzeuge (Pfeil 56) ermöglicht wird.

Infolge des erforderlichen Ölvolumens der Arbeitszylinder und zum Zweck der voneinander unabhängigen Tätigkeit der Arbeitszylinder ist ein entsprechend grosser Druckwindkessel 49 erforderlich, der z.B. vom Druckverstärker 47 aufgepumpt wird. Der durch ein automatisches Steuerorgan auf der Druckluftseite (nicht dargestellt, da käufliche Einheit) in Bewegung gehaltene Druckverstärker bezieht das erforderliche Öl über ein Rückschlagventil 57 von einem Ölbehälter 58, der ebenfalls innerhalb des Grundrahmens angeordnet sein kann.

In Fig. 12 sind die Arbeitszylinder mit je beispielsweise drei Hydraulikkolben 59, die durch eine gemeinsame Kolbenstange 60 verbunden sind, versehen. Regelorgane 61 gestatten die partielle Druckbeaufschlagung der einzelnen Zylinderkolben.

Durch die in Fig. 11 u. 12 dargestellte Aggregation sind Mehrfachmaschinen möglich, so kann man z.B. bei einer ortsfest angeordneten Maschine in Verbindung mit der Werkzeuggegenplatte 41 einen an sich bekannten Ringzackentisch anordnen.

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Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE

   / 1.yProfilpress- und Feinschnittvorrichtung mit einem zwei Kolben verschiedenen Durchmessers aufweisenden Druckverstärker, der Luftdruck in Öldruck umsetzt, und der hydraulisch mit einem Kolben verbunden ist, welcher mit dem Werkzeug starr, jedoch lösbar, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kolbenstange (33) des Druckverstärkers mehrere, mit Abstand voneinander angeordnete, mit Druckluft beaufschlagbare Kolben (32) angeordnet sind, und daß der den einen Kolben (36) mit dem Werkzeug (3 8) verbindende Stempel (37) mit gegen Verdrehen gesichert geführten Führungsmitteln (39, 40) versehen ist, die eine auf einer Unterlage frei verschiebbare Werkzeug-Gegenplatte (41) geführt durchgreifen'.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurc h gekennzeichnet , daß das Antriebsmedium als Druckluft über einen Windkessel der Vorrichtung zuführbar ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß diese Vorrichtung als ortsfeste Stabilanlage ausgeführt ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet , daß diese Vorrichtung als Handwerkzeug ausgebildet ist, wobei die druckverstärkende Zylindergruppe und die Werkzeughalterungen eine konstruktive Einheit bilden.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die druckerzeugenden Zylinder einerseits und die druckempfangenden Zylinder mit den Werkzeughalterungen andererseits zwei voneinander getrennte konstruk-

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   tive Einheiten bilden und durch Druckschläuche verbunden sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Werkzeuggruppe durch elektrische selbsttätige Steuerorgane so beeinflußbar ist. daß sie in Schnelltaktfolge mit wenigstens sechzig Takten pro Minute arbeitet.
7. 7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ihr mehrere Druckverstärker (47) mit mehreren Kolben und/oder mehrere Werkzeuge mit mehreren Arbeitskolben (59) zugeordnet sind.

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