DE2349351A1

DE2349351A1 - Hydraulische presse und verfahren zu ihrem betrieb

Info

Publication number: DE2349351A1
Application number: DE19732349351
Authority: DE
Inventors: Fritz Thumm
Original assignee: WEPUKO HYDRAULIK GmbH
Current assignee: WEPUKO HYDRAULIK GmbH
Priority date: 1973-10-02
Filing date: 1973-10-02
Publication date: 1975-04-03
Also published as: DE2349351B2; DE2349351C3

Description

PATENTANWALT Dip!.-!ng. Rudo<f Mobus

741 Reutlingen / Wörtt.

Hindenburgstr. 65 - Te.efon 1*7\B 2349351

P 2234

Anmelder; iirma Wepuko-Hydraulik GmbH

7418 Metzingen

Max-Eyth-Str. 31

Hydraul is olie Presse und Verfahren zu ihrem Betrieb

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer hydraulischen Presse mit einem beidseitig "beaofsohlagbaren Pressekolben sowie eine hydraulische Presse zur Durchführung dieses Verfahrens, wobei der Preßgylinder an umsteuerbare Pumpen mit stufenlos regelbarer fördermenge angeschlossen ist und der PressenkoiJben auf den beiden Kolbenseiten unterschiedliche Druckflächen. aufweist.

Bisher werden Hydraulikpressen nach drei unterschiedlichen Verfahren betrieben; entweder nach dem Praapeaakkumulatorverfahren, mit direktem Pumpenantrieb mit Steuerventilen im Hauptkreis oder mit direktem Pumpenantrieb mit umsteuerbaren Pumpen.

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Bei dem Pumpenakkumulatorverfahren wird der Druckmittelpraape ein auf den maximalen Betriebsdruck ausgelegter Druekmittelspeicher parallel geschaltet. Die Pumpenleistung der Druckmittelpmüpe kann dadurch verhältnismäßig klein gehalten werden, doch hat dieser Antrieb einen schlechten G-esamtwirkungsgrad, weil eine Abstimmung der Antriebseinrichtung auf den jeweils erforderlichen Betriebsdruck nicht möglich ist und das vorhandene Druckgefälle zwischen dem Druckmitteispeicher und dem Pressenzylinder swangsläufig zu Energieverlusten führt. Durch den beim Entspannen dss PreBsensyliadere auftretenden Eoiupressionsverlust wird ti leser Wirkungsgrad noch weiter verringert,

Beiss direkten PaaEpenaatrisb mit S.teueriTsntilea im Hfifiptlrrele ai?1i@iten di'i Pumpen alt konstanter !order— stroaariohtuiig. .Die RiclitungsiiEksli?? des Pressenkcrbens wird duroh üteSOfealtvsatile gesteuert. Die ArbeitsgesclawiMigkeit s?@r Px^e^een richtet sich nach der Förderleistung der Puaspe. Der Aufbau das Betriebsdrucks im Pr-essenzjlinder erfolgt in Abhängigkeit TQm Arbeitßwiäerßtansl der Presse, Zwar ist der Wirkungsgrad bei diesem Presffenantrieb "besser als "beim. PmcpenalckuiBUlatorverf&lirenc. doch ist die Energie, die zur Einpressten äes BruckiEittelß iis Pressenzylinder aufgewendet wird, nicht zurückgewinnbar»

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Bei dess dritten "bekannten Verfahren werden stufenlos regelbare Pumpen eingesetst, deren Eäräerriehtung umsteuerbar ist. Bei einer Presse, die gleiche Kolbendruckflächen für die Pressbewegung und für die Rüek·» stellbewegung aufweist, könnte durch die Verwendung der umsteuerbaren Pumpen theoretisch auf Steuerventils verzichtet werden. Praktisch ist dies gedooli nicht möglich, da dem Pressesizyliacier zusätzlich Kompres-= eioneöl in einer vom ArbeitBwiderstanö äer Presse abhängigen Ausmaß zugeführt werden muß. Der äaclurch erforderlich werdende Voluusenausgleich erfordert den Einbau von Nachsaugventilen zum Druckaufbau nuß. toh Dek^inpressionsventilen zum Druclcabbau. Dieser lachteil wird Tob! Pressen, die mit unterschiedliche grolsa Arbeits- nsd Rückstelldruokflachen arbeiten, noch dadurch vergrößert, daß suaätzliehe lüllpumpen uaä Süll™ veutile erforderlich werden,

Alle bekannten Antriebsverfahren für Hydraulikpressen setzen also eine relativ aufwendige Einrichtung voraus. Da "bei allen die Kompreaeicmsenergie nicht zurückgewonnen werden kann, weisen sie im Vergleich zu meclia- aisohBn Pressenantrieben einen relativ schlechten Wirkungsgrad auf» Zur Schonung und Beruhigung des Druckmittels sind große Behälteranlagen und Ventileinriohtungen erforderlich. Auch müssen besondere Vorkehrungen sism Abbau von Satspannungadruckstößen getroffen werden. Bicht Ternachlässigbar ist auch der Druckmittelverlust and öer

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Ventilverschleiß bei den bekannten Einrichtungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, mit welchen eine hydraulische Presse mit Hilfe Hinsteuerbarer, stufenlos regelbarer Pumpen mit einem besseren Wirkungsgrad hydraulisch betrieben werden kann als bisher, und wobei die Einrichtung einen relativ einfachen und verschleißarmen Aufbau hat.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgeaäß dadurch gelöst, daß zwei stufenlos regelbare und umsteuerbare Hydraulikpumpen beim Preßhub gemeinsam in die erste Kammer des Preßzylinders fördern, wobei gleichzeitig eine der Pumpen Medium aus der zweiten Kammer des Preßzylinders ansaugt, und daß beim Rückhub der Presse nur eine der Pumpen in die zweite Kammer des Preßzylinders fördert, beide Pumpen jedoch Medium aus der ersten Kammer ansaugen. Durch das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich die Kompressionsenergie zurückgewinnen und dadurch der Wirkungsgrad des Pressenantriebs entscheidend verbessern.

Das Verfahren läßt sich bei einer hydraulischen Presse der eingangs genannten Art dadurch durchführen, daß die beiden stufenlos regelbaren Pumpen unterschiedliche Mengenleistung aufweisen, deren Fördermengenverhältnis gleich dem Verhältnis der wirksamen Druckflächen der

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beiden Kolbenseiten.ist, daß die beiden Pumpen gemeinsam angetrieben sind und daß der eine Anschluß der beiden Pumpen gemeinsam mit der ersten Zylinderkammer verbunden ist, während der andere Anschluß der größeren Pumpe direkt mit dem Druckmedium-Sammelbehälter der Anlage und der andere Anschluß der kleineren Pumpe direkt mit der zweiten Zylinderkammer verbunden ist.. Der gemeinsame Antriebsmotor für die beiden Pumpen wird zweckmäßig mit einer Schwungmasse gekoppelt.

Der eine und gemeinsam mit der ersten Kammer dee Pressenzylinders verbundene Anschluß der beiden Pumpen kann zweckmäßig über mindestens ein in Richtung der Pumpen öffnendes Rückschlagventil mit dem Sammelbehälter verbunden sein. Auch der andere Anschluß der kleineren Pumpe kann zusätzlich über ein in Pumpenrichtung öffnendes Einwegventil mit dem Sammelbehälter verbunden werden. Dadurch lassen sich Fördermengenungleichheiten der beiden Pumpen ausgleichen und fehlende Fördermengenbruchteile aus dem Druckmedium-Sammelbehälter entnehmen.

Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten hydraulischen Presse wird also die Preßbewegung des Kolbens mit Hilfe beider Pumpen durchgeführt, während die Rück stellbewegung des Pressenkolbens von der kleineren ' Pumpe allein bewirkt wird. Bei der Umsteuerung des

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Pressenkolbens wird die Verstellbewegung der kleineren Pumpe vorteilhaft erweise in Abhängigkeit vom Druck in der ersten Zylinderkammer solange verzögert, bis die umgesteuerte größere Pumpe eine Entspannung in der ersten Zylinderkammer bewirkt hat. Die kleinere Pumpe beginnt also verzögert mit der Förderung in die zweite Zylinderkammer zur Rückführung des Kolbens in seine Ausgangslage.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete hydraulische Presse mit ihrer hydraulischen Antriebseinrichtung wird nachfolgend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt den Hydraulikzylinder 10 einer Presse, dessen Kolben 11 mit dem Pressenstempel 12 verbunden ist. Der Pressenstempel 12 führt eine Vorlauf- und Arbeitsbewegung in Richtung des eingetragenen Pfeiles 13 aus. Seine Rücklaufbewegung erfolgt in Richtung des eingetragenen Pfeiles 14*

Der beidseitig beaufschlagbare Kolben 11 teilt den Zylinder 10 in zwei Zylinderkammern 15 und 16. Auf seiner der Zylinderkammer 15 zugekehrten Seite ist die gesamte Stirnseite des Kolbens 11 als Druckfläche 17 wirksam, während auf der entgegengesetzten Kolbenseite, auf welcher der Pressenstempel 15 angesetzt lit, nur eine kleinere Außenringfläche als Druckfläche 18

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wirksam ist.

Pur den Pressenantrieb ist ein Pumpenaggregat vorgesehen, das aus einer größeren Pumpe 19 und einer kleineren Pumpe 20 "besteht. In beiden Fällen handelt es sich um Pumpen, vorzugsweise Radialkolbenpumpen, deren Fördermenge stufenlos regelbar ist. Der Unterschied der Pumpen liegt in ihrer unterschiedlichen Förderleistung. Beide Pumpen 19 und 20 sind umsteuerbar, d.h., daß der eine ihrer beiden Anschlüsse 191 and oder 201 und 202 im einen Fall als Förderanschluß und im umgesteuerten Zustand als Sauganschluß oder umgekehrt wirksam ist. Beide Pumpen 19 und 20 werden gemeinsam von einem Elektromotor 22 angetrieben, auf dessen Antriebswelle außerdem eine Schwungmasse 23 angeordnet ist.

Die einen Anschlüsse 191 und 201 der beiden Pumpen 19 und 20 sind über die beiden Anschlußleitungen 24 und 25 und einen Verteilerpunkt 26 beide mit der Vorlaufleitung 27 verbunden, die in die erste Zylinder kammer 15 führt. Der andere Anschluß 192 der größeren Pumpe 19 ist über eine Verbindungsleitung 28 mit dem Ölsanaelbehälter 29 der Hydraulikanlage verbunden. Der andere Anschluß 202 der kleineren Pumpe 20 ist Bit der Rückalufleitung 30 verbunden, die in die Zylinderkammer 16 führt. Der andere Anschluß 202 der kleineren Pumpe 20 ist außerdem über ein in Pumpen-

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richtung öffnendes Rückschlagventil 31 und eine Saugleitung 32 mit dem Ölsammelbehälter 29 verbunden. Vom Verteilerpunkt 26 führt eine Überbrückungsleitung 33 über ein ebenfalls in Pumpenrichtung öffnendes Rückschlagventil 34 in den ölsammelbehälter 29.

Beide Pumpen 19 und 20 sind mit hydraulischen Verstelleinrichtungen 193 und 203 versehen, die eine willkürliche, von z.B. einem Programmwerk gesteuerte Pumpenverstellung gewährleisten und zusätzlich in Abhängigkeit von dem in der Anlage herrschenden Druck die fördermenge der beiden Pumpen beeinflussen, also beim Überschreiten eines zulässigen Maximaldrucke die Fördermengen der Pumpen reduzieren können.

Die Wirkungsweise der hydraulischen Presse ist folgende: zur Erzielung der Vorlaufbewegung des Pressenkolbens 12 fördert die größere Pumpe 19 über den ersten Anschluß 191 Öl in die Vorlauf leitung der Presse, das über die Verbindungeleitung 28 aus dem Öl-Sammelbehälter 29 am anderen Anschluß 192 der Pumpe 19 angesaugt wird. Gleichzeitig wird das durch die Bewegung des Kolbens 11 in Richtung des Pfeiles 13 aus der zweiten Zylinderkammer 16 verdrängte öl über die Rücklauf leitung 30 und den anderen Anschluß 202 von der Pumpe 20 aufgenommen und über deren ersten

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Anschluß 201 in die Verbindungsleitung 25 und weiter in die Vorlaufleitung 27 der Presse gefördert. Es fördern also beide Pumpen 19 und 20 Drucköl in die erste Zylinderkammer 15.

Trifft der Pressenstempel 12 bei seiner Vorlauf- und Arbeitsbewegung auf ein Werkstück, wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Pressenstempels und damit des Kolbens 11 abgebremst, da in der ersten Zylinderkammer 15 das Drucköl für den weiteren Druckaufbau komprimiert werden muß. Diese zusätzliche Ölmenge wird von den beiden Pumpen 19 und 20 gemeinsam aufgebracht, wobei die kleinere Pumpe 20 einen Seil ihrer Ansaugmenge über das Rückschlagventil 31 aus dem Öl-Sammelbehälter 29 bezieht, da ihre volle Ansaugmenge durch die verminderte Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 11 nicht mehr durch das aus der zweiten Zylinderkammer 16 verdrängte Öl gedeckt werden kann.

Zur Bewegung des Pressenstempels 12 in seiner Rücklaufrichtung 14 werden beide Pumpen 19 und 20 über nicht dargestellte und an sich bekannte Servosteuereinrichtungen über ihre Null-Förderungsstellung hinweg in die umgekehrte Arbeitsrichtung umgesteuert. Dabei wird die Umsteuerbewegung der kleineren Pumpe 20 mittels einer entsprechend ausgebildeten Umsteuervorrichtung oder Programmwerk gegenüber der Umsteuerbewegung der größeren Pumpe 19 etwas verzögert, so daß zunächst die größere

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Pumpe 19 beginnt, das komprimierte Öl aus der ersten Zylinderkammer 15 abzupumpen. Dabei arbeitet die Pumpe 19 als Ölmotor und setzt die Energie des in der Zylinderkammer 15 komprimierten ölvolumens zur Beschleunigung der Schwungmasse 23 ein. Sobald in der ersten Zylinderkammer 15 eine Druckentspannung eingetreten ist, ist auch der Umsteuervorgang der kleineren Pumpe 20 beendet, und die kleinere Pumpe 20 beteiligt sich am Abpumpen des Öles aus der ersten Zylinderkammer 15· Das von ifrr über die Yerb indungsle itung 25 am ersten Anschluß 201 angesaugte Öl wird über ihren anderen Anschluß 202 und die Rücklaufleitung 30 in die zweite Zylinderkammer 16 des Zylinders 10 gefördert. Die größere Pumpe 19 fordert dagegen das Öl über die Verbindungsleitung 18 in den Ölsammelbehälter. Die Rücklaufbewegung des Kolbens 11 mit dem Pressenstempel 12 in Richtung des Pfeiles 14 wird also allein durch die kleinere Pumpe 20 bewirkt.

Die unterschiedlichen fördermengen der beiden Pumpen 19 und 20 sind aufeinander so abgestimmt, daß die kleinere Pumpe 20 nur die für die Rücklaufbewegung des Kolbens erforderliche ölmenge fördern kann. !Treten dabei geringe förderaengendifferenzen im Antriebsystem auf, kann die kleinere Pumpe 20 über die Verbindungsleitung 25, den Yersweigungspunkt 26 und die Überbrückungsleitung 33 und über das Rückschlagventil 34 Öl aus dem ölsammelbehälter 29 nachsaugen. Da auch die Bewegungsgeschwin-

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digkeit der Presse vom Verhältnis der "beiden Druckflächen 17 und 18 des Kolbens 11 abhängig ist, wird für die unterschiedlichen Fördermengen Q der beiden Pumpen 19 und 20 das Verhältnis gewählt

°-19^:Q20⁼ i^Fi7"^Ji8^^iF18»

wobei mit P die beiden Druckflächen der Kolben 11 bezeichnet sind.

Die Leistung des Antriebsmotors 7 wird in bekannter Weise auf den aus dem Arbeitsrhythmus der Presse errechneten Durchschnittsleistungsbedarf abgestimmt, während die Spitzenleistung durch die im Schwungrad 8 gespeicherte Energie gedeckt wird. Die größere Pumpe 19 beschleunigt bei der Rücklaufbewegung des Kolbens 11 durch die direkte Ölförderung zurück in den Ölsammelraum 29 das mit dem gemeinsamen Antriebsmotor 22 verbundene Schwungrad 23.

Wie die Zeichnung zeigt, erfordert die hydraulische Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung einen relativ geringen Aufwand. Die Hydraulikleitungen können klein dimensioniert werden, da sie nicht durch Steuerungeeinrichtungen verengt werden und da in ihnen alle Strömungsvorgänge unter Druck ablaufen. Das Leitungsvolunen ist also gegenüber dem Zylindervoluaen auf einen geringstmöglichen Wert reduziert. Dies wiederum ergibt

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ein geringes Kompressionsvolumen und dadurch kurze Druckaufbauzeiten. Beim Entspannen des Pressenzylinders nach Beendigung des Arbeitshubes wird die Kompressionsenergie dem Pressenantrieb wieder zugeführt, ist also nicht verloren, so daß sich ein sehr günstiger Gesamtwirkungsgrad der Anlage ergibt. Wie bedeutend diese Eompre β β ions energie ist, geht aus den Meßwerten von Pressen hervor. So muß beispielsweise beim Antrieb einer 2000 Mp - Freiform-Schmiede-Presse bei einer Pumpenleistung von ca. 2000 kW eine Dauerkühlleistung von 500-600 kW aufgebracht werden, um Eompressionsverluste auszugleichen. Bei der hydraulischen Presse gemäß der Erfindung sind dagegen nur Energieverluste auszugleichen, die durch mechanische und hydraulische Reibung entstehen. Da Dekompressionsyentile, die zu einer starken Erwärmung und Alterung des Öles führen, entfallen, kann in der Anlage mit einem erheblich kleineren Ölvolumen als sonst üblich gearbeitet werden.

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Claims

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Patent an s τ r ü c Ii e

Verfahren zum Betrieb einer hydraulischen Presse mit einem "beidseitig beaufschlagten Pressenkorben, dadurch gekennzeichnet, daß zwei stufenlos regelbare und umsteuerbare Hydraulikpumpen (19,20) beim Preßstempelvorlauf gemeinsam in die erste Kammer (15) des Preßzylinders (10) fördern, wobei gleichzeitig eine der Pumpen (20) Medium aus der zweiten Kammer (16) des Preßzylinders (10) ansaugt, und daß beim Preßstempelrücklauf nur eine (20) der Pumpen (19,20) in die zweite Kammer (16) des Preßzylinders (10) fördert, beide Pumpen (19,20) jedoch Medium aus der ersten Kammer (15) entnehmen.
2. Hydraulische Presse zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, deren Preßzylinder an umsteuerbare Pumpen mit stufenlos regelbarer fördermenge angeschlossen ist und deren Kolben auf den beiden Kolbenseiten unterschiedliche Druckflächen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden stufenlos regelbaren Pumpen (19,20) unterschiedliche Mengenleistung aufweisen, deren Fördermengenverhältnis gleich dem Verhältnis der wirksamen Druckflächen (17,18) der beiden Kolbenseiten ist, daß die beiden Pumpen (19,20) gemeinsam angetrieben sind, und daß der eine Anschluß

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(191,201) der beiden Pumpen (19,20) gemeinsam mit der ersten Zylinderkammer (15) verbunden ist, während der andere Anschluß der größeren Pumpe (19) direkt mit dem Druckmedium-Sammelbehälter (29) der Anlage und der andere Anschluß (202) der ' kleineren Pumpe (20) direkt mit der zweiten Zylinderkammer (16) verbunden ist.
3. Hydraulische Presse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Antriebsmotor (22) für die beiden Pumpen (19,20) mit einer Schwungnasse (23) gekoppelt ist,
4· Hydraulische Presse nach Anspruch 2 und/oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine und gemeinsam mit der ersten Kammer (15) des Preßzylinders (10) verbundene Anschluß (191,201) der beiden Pumpen (19,20) über mindestens ein in Richtung der Pumpen öffnendes Rückschlagventil (34) alt dem Sammelbehälter (29) verbunden ist.
5. Hydraulische Presse nach, einem der Ansprüche 2-4» dadurch gekennzeichnet, daß der andere Anschluß (202) der kleineren Pumpe (20) zusätzlich über ein in Pumpenrichtung öffnendes Einwegventil (31) mit dem Sammelbehälter verbunden ist.
6. Hydraulische Presse nach einem der Ansprüche 2-5,

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dadurch, gekennzeichnet, daß beide Pumpen (19,20) mit einer Überlagerungs-Yerstelleinriehtung zur arbeitsdruckabhängigen Verminderung der Fördermenge versehen sind. .
7. Hydraulische Presse nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinere Pumpe (20) mit einer Umsteuervorrichtung versehen ist, die mindestens in einer Umsteuervorrichtung in Abhängigkeit von dem in der ersten Zylinderkammer (15) herrschenden Druck wirksam ist.

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