DE2824176C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Presse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, hydraulische Pressen zum Scherschneiden mit Schlagdämpfern auszurüsten, um die beim Schnittschlag auftretenden Schwingungen, den damit verbundenen Lärm und erhöhten Werkzeugverschleiß zu vermeiden. Neuere Entwick­ lungen führen zu gattungsgemäßen Pressen, bei denen der Stößelweg genau einer vorgegebenen Funktion folgt (Zeit­ schrift TR Nr. 7 vom 14. Februar 1978, Seite 12, 13). Dabei werden die Elastizität von Pressenrahmen und Hydrau­ liksystemen regeltechnisch kompensiert. Um ein stabiles Verhalten der Presse auch dann zu erreichen, wenn die in der Presse gespeicherte Energie nach Erreichen der Maximal­ kraft in sehr kurzer Zeit frei wird, muß die in der Presse gespeicherte Energie möglichst klein sein. Probleme erge­ ben sich jedoch bei Pressen mit großem Stößelhub, weil diese wegen der verhältnismäßig großen Höhe einerseits des Pressenrahmens und andererseits der Hydraulikflüssig­ keitssäule eine so große Elastizität besitzen, daß die technologisch wünschenswerte Kraft-Zeit-Funktion nicht verwirklicht werden kann.

Ferner ist eine Presse bekannt (DE-AS 26 53 714), bei der eine Schnittschlagdämpfungseinrichtung mit einem im Stößel angeordneten Gegendruckzylinder vorgesehen ist. Die Regelung für den Antrieb des Stößels einerseits und für den Gegendruckzylinder andererseits sind voneinander unabhängig, so daß der Gegendruckzylinder erst dann als Schnittschlagdämpfer wirksam wird, wenn nach plötzlicher Materialabtrennung während des Arbeitshubes durch die im System gespeicherte Energie der Druck im Gegendruckzylin­ der plötzlich ansteigt.

Schließlich ist es zur Schnittschlagdämpfung auch be­ kannt, den oder die Gegendruckzylinder im Pressentisch anzuordnen (Zeitschrift "Maschinenmarkt", Würzburg 83 (1977), Seite 1375, 1376, insbesondere Bild 2).

Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorteile des servo­ hydraulisch geregelten Antriebes auch bei Pressen zu nutzen, die wegen der Werkstückform oder -größe oder im Hinblick nach möglichst universeller Einsetzbarkeit ei­ nen großen Stößelhub und/oder große Stößelabmessungen erfordern.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Presse ist der Pressenstößel während seines Arbeitshubes bzw. wenigstens während der letzten Phase seiner Bewegung, z. B. während des Trenn­ bruches des Werkstückes, zwischen zwei gegeneinander wir­ kenden hydraulischen Kräften eingespannt und unterliegt damit einer geregelten Gegenkraft. Der Gegendruck wird erfindungsgemäß schon aufgebaut, wenn der Pressenstößel, bedingt durch die sich verändernde Steilheit der Kraft-Weg- Funktion und der in der Presse gespeicherten Federenergie, seine Geschwindigkeit langsam steigert, bevor der Schnitt­ schlag erreicht ist. Diese Einspannung bewirkt, daß die Steifigkeit des gesamten Systems maßgebend von der Stei­ figkeit derjenigen Teile bestimmt ist, die im Kraftfluß des Werkstückes liegen, nämlich Tischplatte, Gegenkraft­ zylinder mit kurzer Hydraulikflüssigkeitssäule, Werkzeug, Werkstück und Pressenstößel. Während des gesamten Arbeits­ hubes des Pressenstößels erzeugt der Gegenkraftzylinder in Verbindung mit der gemeinsamen Regelung eine Gegenkraft, die verhindert, daß sich das Hydrauliksystem des Pressen­ stößels und der Pressenrahmen plötzlich entspannen.

Im folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung erläutert; es zeigt

Fig. 1 schematisch und teilweise einen Längsschnitt durch eine hydraulische Presse,

Fig. 2 eine andere Ausführung des Gegenstandes nach Fig. 1.

Die aus Fig. 1 ersichtliche Ausführungsform weist einen Rahmen auf, dessen Kopfstück mit dem Bezugszeichen 1, Seitenständer oder Säulen mit den Bezugszeichen 2 bzw. 3 und ein Tisch mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet sind.

Am Kopfstück 1 ist ein als Arbeitszylinder ausgebildeter oberer Zylinder 5 befestigt, in dem ein mit einem Pressen­ stößel 6 verbundener Arbeitskolben 7 in Richtung X bzw. Y längsverschieblich und dichtend geführt ist. Der Arbeits­ kolben 7 bildet in dem Arbeitszylinder 5 mit den jeweils zugeordneten Innenwandungen des Arbeitszylinders einen Arbeitszylinderraum 8 und einen Rückzugzylinderraum 9, dessen Volumen durch eine Kolbenstange 10, die den Arbeitskolben 7 und den Pressenstößel 6 verbindet, mit bestimmt wird.

In dem Tisch 4 sind bei der aus Fig. 1 ersichtlichen Aus­ führungsform zwei Gegenkraftzylinder 11 bzw. 12 angeordnet, deren Längsachsen bei dieser Ausführungsform parallel zueinander und parallel zur Längsachse des Arbeitszylinders 5 verlaufen. In jedem der Gegenkraftzylinder 11 bzw. 12 ist ein Gegenkraft­ kolben 13 bzw. 14 längsverschieblich und dichtend geführt. Die jeweils erforderlichen Dichtungen sind ebenso wie bei dem Arbeitskolben 7 und dessen Kolbenstange 10 der Einfachheit halber in der Zeichnung nicht dargestellt worden. Die Gegen­ kraftkolben 13 und 14 sind materialmäßig einstückig mit je einer Kolbenstange 15 bzw. 16 versehen, die in Richtung auf den Pressenstößel 6 den Tisch 4 durchdringen und je nach Hub entsprechend weit über den Tisch 4 hervorragen können.

Am Pressenstößel 6 ist bei der dargestellten Ausführungsform ein Lochstempel 17 angeordnet, der mit einer Schneidplatte 18 zusammenzuwirken vermag. Mit dem Bezugszeichen 19 ist ein auf der Schneidplatte 18 befindliches Werkstück bezeichnet.

Wie die Fig. 1 erkennen läßt, ist der Arbeitszylinderraum 8 an eine Zuleitung 20 angeschlossen, die über ein als Mehr­ wegeventil ausgebildetes Vorfüllventil 21 und eine Leitung 22 mit einem unter Atmosphärendruck oder kleinem Überdruck stehenden Vorfüllbehälter 23 verbindbar ist. Außerdem ist die Zuleitung 20 mit einer Leitung 24 verbunden, die an ein Servoventil 25 angeschlossen ist. Der entsprechende andere Anschluß des Servoventils 25 mündet in eine Leitung 26, an welche die Zuleitungen 27 bzw. 28 angeschlossen sind, die zu den Gegenkraftzylindern 11 bzw. 12 führen.

Die Leitung 26 ist außerdem über ein als Absperrventil aus­ gebildetes Mehrwegeventil 29 und eine Leitung 30 an einen Speicher 31 angeschlossen, wobei der Leitung 30 eine motorisch angetriebene Pumpe 32 zugeordnet ist, die aus einem Tank 33 hydraulische Druckflüssigkeit fördert.

An das Servoventil 25 ist außerdem eine Abflußleitung 34 angeschlossen, die zu einem Tank 35 führt.

Mit dem Bezugszeichen 36 ist eine Zuflußleitung bezeichnet, deren Verbindung zu dem Servoventil 25 durch ein Absperrventil 37 absperrbar ist. Die Zuflußleitung 36 ist an eine Speicher­ leitung 38 angeschlossen, in die ein weiteres Absperrventil 39 eingeschaltet ist. Die Speicherleitung 38 ist im übrigen an einen Speicher 40 angeschlossen. Außerdem steht die Zu­ flußleitung 36 mit einer Förderleitung 41 einer motorisch angetriebenen hydraulischen Druckflüssigkeitspumpe 42 in Ver­ bindung, die über eine Saugleitung 43 aus dem Tank 35 hy­ draulische Druckflüssigkeit ansaugt und in die Leitung 41 fördert.

Der Rückzugzylinderraum 9 steht mit einer Zuleitung 44 in Verbindung, die über ein Absperrventil 45 mit einer Abfluß­ leitung 46 in Verbindung steht, die in den Tank 35 ausmündet. Außerdem ist die Leitung 44 über eine Leitung 47 und ein Absperrventil 48 mit der Speicherleitung 38 und der Förder­ leitung 41 verbunden.

Das Bezugszeichen 49 bezeichnet einen geeigneten Wegaufnehmer, der die Relativbewegung zwischen dem Tisch 4 und dem Pressen­ stößel 6, also den effektiven, von elastischen Verformungen des Systems unabhängigen Stößelweg, mißt. Ein Meßwertumwandler 50 setzt den Meßwert des Wegaufnehmers 49 in ein dem Stößel­ weg proportionales elektrisches Signal um, welches in einem Regelverstärker 51 mit dem von einem Sollwertgeber 52 vorge­ gebenen Sollwert verglichen wird. Bei Abweichungen zwischen dem Meßwert und dem Sollwert wird das Servoventil 25 so angesteuert, daß die auf den Pressenstößel 6 wirkenden Kräfte einen Abbau der Abweichung zwischen dem Meßwert und dem Sollwert bewirken. Wegaufnehmer 49, Meßwertumwandler 50, Regelverstärker 51, Servoventil 25 und die Kolben-Zylinder- Systeme 7, 8, 9 sind Teile eines geschlossenen Regelkreises für die Bewegung des Pressenstößels 6.

Die für die Erläuterung der Erfindung unwesentlichen Teile sind nicht dargestellt. Die Betätigung der Ventile, auch der nicht dargestellten Ventile, kann den Erfordernissen entsprechend durch Handauslösung, weg-, zeit- oder druck­ abhängig erfolgen. Weiterhin sind nicht dargestellt Über­ druckventile, Filter und sonstige für das Verständnis der Wirkungsweise nicht notwendige Elemente des Antriebssystems.

Die Wirkungsweise der aus Fig. 1 ersichtlichen Ausführungsform ist folgende:
Vor Beginn eines Arbeitsspiels befindet sich der Arbeitskolben 7 und entsprechend auch der Pressenstößel 6 in der aus Fig. 1 ersichtlichen oberen Ausgangsstellung, in der er durch Sperrstellung der Absperrventile 45 und 48 gehalten wird. Das Servoventil 25 steht in Mittelstellung und schließt damit den Arbeitszylinderraum 8 und die Gegenkraftzylinder 11 und 12 sowohl von der Zuflußleitung 36 als auch von der Abflußleitung 34 ab. Das Absperrventil 37 kann aus Sicherheits­ gründen zusätzlich geschlossen sein.

Die aus Gründen eines wirtschaftlichen Betriebes relativ klein ausgelegte Pumpe 42 füllt den Speicher 40. Die Gegenkraftkolben 13 und 14 und dementsprechend auch deren Kolbenstangen 15 bzw. 16 werden durch den Druckflüssigkeits­ druck im Speicher 31 in deren oberen Endlagen gehalten.

Zu Beginn des Arbeitsspiels wird das Absperrventil 45 ge­ öffnet, so daß sich der Arbeitskolben 7 und der Pressen­ stößel 6 durch die Wirkung ihrer Massen unter Verdrängung von hydraulischer Druckflüssigkeit aus dem Rückzugzylinder­ raum 9 in den Tank 35 und Füllung des Arbeitszylinderraumes 8 aus dem Vorfüllbehälter 23 nach unten senken. Wenn der Vorfüllbehälter 23 unter Überdruck steht, unterstützt dieser die Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens 7 mit seiner Kolben­ stange 10 und des Pressenstößels 6, also in Richtung Y. Sobald der Pressenstößel 6 auf die Kolbenstangen 15 und 16 aufsetzt, werden das Vorfüllventil 21 und das Absperrventil 29 geschlossen, während das Absperrventil 37 sich öffnet und das Servoventil 25 in Funktion tritt. Sowohl der Arbeits­ zylinderraum 7 als auch die Gegenkraftzylinderräume 11 und 12 werden vom Speicher 40 unter Druckflüssigkeitsdruck gesetzt. Das hat zur Folge, daß auf den Pressenstößel 6 von oben und unten hydraulische Kräfte wirken, so daß er gewissermaßen zwischen dem Arbeitskolben 7 und den Gegenkraftkolben 13 und 14 mit den auf diesen einwirkenden Druckflüssigkeits­ säulen eingespannt ist, wodurch sich beste Voraussetzungen für eine feinfühlige, schnelle und trägheitsarme Regelung der weiteren Stößelbewegungen durch den geschlossenen Regel­ kreis des Servoventils 25 bietet.

Im Kraftfluß der von oben auf den Arbeitskolben 7 wirkenden hydraulischen Preßkraft liegen relativ elastische Glieder, insbesondere die lange Druckflüssigkeitssäule über dem Arbeitskolben 7, aber auch das Kopfstück 1 und die Säulen 2 und 3. Dementsprechend groß ist die in diesen Elementen unter Belastung gespeicherte Rückstellkraft. Demgegenüber ist die Elastizität und damit das Kraftspeichervermögen im Kraftfluß der von unten durch die Gegenkraftkolben 13 und 14 ausgeübten Gegenkraft sehr gering, weil die Druck­ flüssigkeitssäulen nur kurz sind. Außerdem können die Kolben­ stangen 15 und 16 ohne Schwierigkeit genügend steif ausge­ bildet werden, ebenso wie die in beiden Kraftflüssen liegenden Teile, z. B. Pressenstößel 6, Werkzeug 18 und Tisch 4. Bei einer Verringerung des der Stößelbewegung Y entgegenwirkenden Werkstückwiderstandes kann also kein plötzlicher, schlagartiger Abbau der im Kraftfluß des Arbeitskolbens 7 gespeicherten Rückstellkraft erfolgen, sondern es ist durch die von einem System großer Steifigkeit ausgeübte Gegenkraft möglich, die Pressenstößelbewegung Y stets durch das Servoventil 25 mit seinem geschlossenen Regelkreis unter Kontrolle zu halten. Sowohl der Kraftanstieg beim Eindringen des Lochstempels 17 in das Werkstück 19 als auch der plötzliche Kraftabfall beim schließlichen Trennbruch des ausgeschnittenen Werkstück­ bereichs erfolgen stets mit der am Sollwertgeber 52 einge­ stellten Stößelgeschwindigkeit in Richtung Y, so daß ein Schnittschlag mit den einhergehenden, unerwünschten Schwingungen oder sonstige nachteilige Folgen der Belastungs­ änderungen bei einer erfindungsgemäßen hydraulischen Presse nicht auftreten. Je größer die Steifigkeit des die Gegenkraft ausübenden Systems ist, desto besser erfolgt die Stößel­ bewegung Y dem am Sollwertgeber 52 vorgegebenen Wert.

Nach Beendigung des Arbeitshubes wird das Servoventil 25 wieder in seiner aus Fig. 1 ersichtliche Mittelstellung gebracht. Die Absperrventile 37 und 45 werden geschlossen (Fig. 1) und das Vorfüllventil 21 sowie die Absperrventile 29 und 48 geöffnet. Die in den Rückzugzylinderraum 9 geleitete Druckflüssigkeit aus dem Speicher 40 bewegt den Arbeitskolben 7 in Richtung X und damit den Pressenstößel 6 nach oben (in der Zeichnungsebene gesehen). Zur Entlastung der Pumpe 42 und des Speichers 40 sind für die Bewegung der Gegenkraft­ kolben 13 und 14 in Richtung X der Speicher 31 und die Pumpe 32 vorgesehen.

Zur Einsparung von Energie ist es auch möglich, zu Beginn des Arbeitsspiels den Pressenstößel 6 über das Vorfüllventil 21 so weit abzusenken, bis der Lochstempel 17 das Werkstück 19 erreicht und erst dann das Absperrventil 29 zu öffnen, die Gegenkraftkolben 13 und 14 mit den Kolbenstangen 15 und 16 gegen den Pressenstößel 6 zu fahren und erst jetzt den servohydraulischen Regelkreis zur Wirkung zu bringen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 erfolgt die Betätigung der dort dargestellten hydraulischen Presse durch mehrere parallel gestaltete Hydrauliksysteme, was dort durch getrennte Regelkreise für die einzelnen Systeme erreicht wird.

Wie die Fig. 2 erkennen läßt, wird von einem gemeinsamen Sollwertgeber 53 den beiden Regelverstärkern 54 und 55 über Leitungen 56 bzw. 57 das gewünschte Signal vorgegeben. Der Stößelweg der Presse wird von den beiden als Wegaufnehmer ausgebildeten Meßaufnehmern 58 bzw. 59 unabhängig voneinander ermittelt, über Leitungen 60 bzw. 61 zu den Meßwertumwandlern 62 bzw. 63 übermittelt, in entsprechende elektrische Signale umgewandelt und in den Regelverstärkern 54 bzw. 55 mit dem Sollwert verglichen. Von den Regelverstärkern 54 bzw. 55 werden die Servoventile 64 bzw. 65 angesteuert, die dafür sorgen, daß auf beiden Seiten der Presse der Stößelweg dem vorgegebenen Sollwert folgt. Jedes Regelsystem arbeitet unabhängig von dem anderen.

Die Bezugszeichen 66 und 67 bezeichnen die beiden Arbeits­ kolben, die in den Arbeitszylindern 68 bzw. 69 jeweils längsverschieblich und dichtend geführt sind. 70 bzw. 71 sind die Kolbenstangen, an denen der Pressenstößel 6 ange­ ordnet ist. 72 bzw. 73 bezeichnet jeweils einen Arbeitszylinder­ raum, der dem Arbeitszylinderraum 8 der Ausführungsform nach Fig. 1 entspricht, während 74 bzw. 75 den jeweiligen Rückzug­ zylinderraum bezeichnet, die in ihrer Funktion dem Rückzug­ zylinderraum 9 entsprechen. 76 bzw. 77 sind die Gegenkraft­ kolben, entsprechend 13 bzw. 14 der Ausführungsform nach Fig. 1, während 78 und 79 die mit den Gegenkraftkolben 76 bzw. 77 verbundenen Kolbenstangen bezeichnen. Die Gegen­ kraftkolben 76 und 77 sind wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 in getrennten Gegenkraftzylindern 80 bzw. 81 längsverschieblich und dichtend in Richtung X bzw. Y parallel zueinander und parallel zu den Längsachsen der Arbeitskolben 66 bzw. 67 geführt.

Folgt der Stößelweg dem vorbestimmten bzw. eingestellten Sollwert nicht in der gewünschten Weise, so kann bei zu großer Abweichung von jedem der beiden Regelverstärker 54 bzw. 55 der gemeinsame Sollwertgeber 53 so beeinflußt werden, daß er die vorgegebene Stößelgeschwindigkeit für beide Systeme verlangsamt, auf Null schaltet oder das Signal zum Rückwärts­ fahren gibt.

Die Beeinflussung des Sollwertgebers 53 kann dann erfolgen, wenn von einem Differenzwert-Meßgerät 82 eine bestimmte, vorge­ gebene Abweichung registriert wird.

In Fig. 2 bezeichnen P den Anschluß an die Druckflüssigkeitsver­ sorgung, während T Leitungen bezeichnen, die jeweils zu einem Druckflüssigkeitsbehälter führen.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens (Aufgabe und Lösung) liegt auch eine Ausführungsform, bei welcher anstatt der beiden unteren Gegenkraftzylinder - z. B. 11, 12 - nur ein einzelner unterer Zylinder konzentrisch mit dem oberen Arbeitszylinder ange­ ordnet ist. Dies kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn zwei getrennte Werkzeugsätze etwa in gleichem Abstand von der Zylinderachse eingebaut werden.

Der Hub des Gegenkraftkolbens bzw. der Gegenkraftkolben, beispielsweise der Gegenkraftkolben 13 und 14, muß nicht unbe­ dingt kleiner sein als der Gesamthub des zugeordneten Pressen­ stößels, beispielsweise 6. Die Kolbenstangen 15 und 16 bzw. 78 und 79 können dann ständig am Pressenstößel 6 anliegen oder sogar mit ihm fest verbunden sein. Vorteilhaft bei einer solchen Ausführungsform wäre, daß jeweils das harte Aufsetzen der be­ treffenden Kolbenstangen auf den Pressenstößel 6 vermieden wird. Auch hierbei wäre entscheidend, daß während des größten Teils der Stößelabwärtsbewegung Y das Hydraulikmedium aus den Gegen­ kraftzylinder - z. B. 11, 12 - ungeregelt, z. B. über das Absperrventil 29, in den Speicher 31 verdrängt wird. Erst in der letzten Phase der Stößelabwärtsbewegung wird eine geregelte Gegenkraft durch die Gegenkraftkolben - z. B. 13, 14 - dadurch aufgebracht, daß das Absperrventil 29 geschlossen und das Servoventil 25 wirksam wird. Während dieser letzten Phase der Stößelbewegung, beispielsweise während des Schnitt­ vorganges am Werkstück 19, ist jedoch das unter den Gegenkraft­ kolben 11, 12 befindliche Druckflüssigkeitsvolumen schon so klein, daß die gewünschte Steifigkeit des gesamten Systems erzielt wird.

Claims (4)

1. Hydraulische Presse mit großem Hub zum schnittschlag­ freien Schneiden oder Stanzen mit wegeabhängiger servo­ hydraulischer Regelung der Stößelbewegungen, bei wel­ cher ein Arbeitskolben für den Pressenstößel und min­ destens ein Gegenkraftkolben gleichzeitig mit Druck­ flüssigkeit beaufschlagbar sind, wobei ein Sollwert­ geber zur Vorgabe eines Stößelbewegungsverlaufs die Regelung der Kolbenbewegungen über ein Servoventil be­ wirkt, das Glied eines Regelkreises ist, und der Ar­ beitszylinderraum für den Antrieb des Pressenstößels sowie der Gegenkraftzylinder räumlich voneinander ge­ trennt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der servo­ hydraulisch geregelte Gegenkraftzylinder (11, 12 bzw. 80, 81) für den Gegenkraftkolben (13, 14 bzw. 76, 77) in an sich bekannter Weise im Pressentisch (4) ange­ ordnet ist,
daß die Regelung des Gegenkraftzylinders (11, 12 bzw. 80, 81) stößelwegabhängig ist,
daß die Regelungen zu einem System mit einem Servoventil (25 oder 64 und 65) zusammengefaßt sind mit Regelung nur des den Pressenstößel (6) treibenden Zylinder­ raumes (8) und des Stützdruckraumes des Gegenkraftzy­ linders (11, 12, 80, 81) und
daß Zusatzversorgungssysteme, z. B. Vorfüllbehälter (23) mit Vorfüllventil (21), Absperrventile (45 und 48) und zugehörige Leitungen, vorhanden sind, die eine Beschränkung der Regelung auf den letzten Arbeitsabschnitt ermöglichen.

2. Hydraulische Presse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere, gemeinsam geregelte Gegenkraft­ zylinder (11, 12) vorgesehen sind.

3. Hydraulische Presse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkraftkolben (13, 14 bzw. 76, 77) kurze Kolbenstangen (15, 16 bzw. 78, 79) auf­ weisen und daß die geregelte, entgegenwirkende Kraft höchstens während der letzten Hälfte des Gesamtarbeits­ stößelhubes (Y) auf den Pressenstößel (6) einwirkt.

4. Hydraulische Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mehrere auf den Pressenstößel (6) einwirkende, voneinander unabhängig regelbare Stößel­ kraft-/Gegenkraft-Systeme mit jeweils einem Arbeits­ kolben (66 bzw. 67) und zugeordnetem Gegenkraftkol­ ben (76 bzw. 77).