DE3048521A1 - Hydraulische presse - Google Patents

Description

IIYDRAULISCHE PRIiSSI:

Die Erfindung betrifft hydraulische Pressen.

bekanntlich müssen hydraulische Pressen über eine gewisse Anzahl von Geschwindigkeiten, Stellungen und Kräften verfügen.

a) Geschwindigkeiten:

Die Presse muß eine oder mehrere Näherungsgeschwindigkeiten, eine oder mehrere Arbeitsgeschwindigkeiten und eine oder mehrere Steiggeschwindigkeiten aufweisen. Im übrigen müssen die Veränderungen dieser verschiedenen Geschwindigkeiten einer gewissen Anzahl von Forderungen entsprechen. Bei den heutigen Pressen erhält man diese Veränderungen im allgemeinen durch hydraulische Aggregate, die insbesondere umfassen: Mengensteuerungen oder Begrenzungen; Bremsventile und Magnetventile, welche die verschiedenen Elemente isolieren oder steuern.

Diese bekannten Einrichtungen führen zu Ergebnissen, die oft nur zufälliger Art sind und die erst nach einer gewissen Anzahl von Einstellvorgängen erhalten werden können. Diese Einstellvorgänge sind oft unterschiedlich entsprechend den Änderungen in Temperatur, ϋΙΠ Itcrun« oder Instabilität oder Verschleiß der hydraulischen Organe im allgemeinen.

Mit diesen bekannten Systemen kann man schwierig in einem Zyklus Phasen mit Geschwindigkeitsänderungen oder vollkommen gesteuerten und stabilen Geschwindigkeiten

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erhalten, ohne auf komplizierte hydraulische Einrichtungen zurückzugreifen. Schließlich 'kann man nur sehr realtive Genauigkeiten erhalten, indem man im übrigen ein Steueraggregat großer Genauigkeit, das also teuer ist, verwendet. Die KomplexitUt dieser hydraulischen Systeme bringt auf dem Niveau der Pressenkadenz und damit der Produktivität eine Bestrafung durch lange Ansprechzeit, insbesondere aufgrund der Trägheiten der zu bewegenden hydraulischen Systeme mit sich.

Andererseits ist der für das Arbeiten dieser hydraulischen Geräte notwendige clektromechanische Servomechanismus direkt proportional der Komplexität des hydraulischen Schemas, was die Notwendigkeit mit sich bringt, große und komplizierte elektrische Pulte bzw. Schränke vorzusehen,

b) Stellungen;

Im Gegensatz zum mechanischen Pressen wird die Stellung eines Pressenstempels gegenüber dem zu bearbeitenden Produkt erhalten, was insbesondere die folgenden Nachteile mit sich bringt: Notwendigkeit unterschiedliche Stellungen des Pressenstempels als Funktion des gerade bearbeiteten Produkts vorzusehen, und zwar wegen gewisser Parameter des Produktes (insbesondere Härte, mehr oder weniger große bearbeitete Flächen etc.); dies ist offensichtlich schlecht. Da darüber hinaus der Pressenstempel nicht immer die gleiche Stellung einnimmt, werden gleiche Produkte unterschiedlich, was ebenfalls schlecht ist; außerdem sind Unregelmäßigkeiten im bearbeiteten Produkt vorhanden; schließlich geht, es noch um vorzeitigen Verschleiß der Pressenwerkzeuge zur Ausführung gewisser spezialisierter Arbeiten.

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Um diese Schwierigkeiten zu beheben, bedient man sich bei Pressen der üblichen Bauart Kunstgriffen wie insbesondere: Herstellung spezifischer Werkzeuge, die eine Reaktion am Pressenstempel hervorrufen; Konstruktion eines besonderen Pressenstempels mit einer Doppelgewindestange mit Mutter von einstellbarer Reaktion; Verwirklichung von mechanischen Verkeilungen für die Reaktion des Pressenstempels.

Diese verschiedenen Einrichtungen führen, was die Reaktionen angeht, zu systematischen Druckerhöhungen, erheblichem Geräusch, Stoßen zur Unzeit, die zu einer Beschädigung des Pressenstempels, der Werkzeuge und der hydraulischen und mechanischen Organe im allgemeinen führen können. Schließlich sind Konzeption und Realisation solcher immer spezifischer Anordnungen nicht immer leicht.

c) Kräfte:

Bei hydraulischen Pressen der üblichen Bauart erfolgt die Einstellung einer oder mehrerer Drücke in einem -^ Zyklus, was das hydraulische Fluid angeht, dadurch, daß man den ölsdruck über bekannten Einrichtungen steuert, wie insbesondere Ventile oder Drucksteuerer, die mit Magnetventilen versehen sind: diese isolieren die verschiedenen Einrichtungen entsprechend in Kraftbereichen.

Bei den mechanischen Pressen sind die vorgenannten Einrichtungen nicht vorgesehen, da die Preßkraft selbsttätig durch die Reaktion des zu behandelnden Produktes als Funktion seiner Verformung in einer bestimmten Stellung erhalten wird.

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Außerhalb der vorgenannten Probleme muß man berücksichtigen, daß die hydraulischen Pressen im allgemeinen so ausgelegt sind, daß sie genau auszuführenden Arbeitsfällen entsprechen. Die hydraulischen elektrischen Schemas müssen nümlich als Funktion der zu erhaltenen Zyklusphasen bestimmt werden; diese Phasen sind mit den auszuführenden Arbeiten, verknüpft. Man sieht, daß zahlreiche verschiedenartige Typen hydraulischer Pressen mit unterschiedlichen Spezialisierungen existieren. Hierbei seien insbesondere die Montagepressen (Auf- oder Einpressen, Nieten etc.)ι TiefZiehpressen, Richtpressen, Entgratungspressen, Beschneidepressen, Kompensionspressen etc. genannt, wobei die Umformung der Pressen eines bestimmten Typs in einen anderen Typ natürlich unmöglich ist.

Wegen dieser Unmöglichkeit hydraulische Pressen umzuformen, stößt man auf das Problem einer Erhöhung des Pressenparks. Da die hydraulischen Pressen nämlich nicht umbaubar sind, wird es zweckmäßig in andere Pressen zu invenstieren, und zwar für den Fall einer Produktionserhöhung und insbesondere für den Fall zahlreicher auszuführender Produkte, während die Pressen im Betrieb inaktiv und inproduktiv werden. Es ist unter diesen Bedingungen schließlich möglich, die Parameter der hydraulischen Pressen durch einen automatischen programmierbaren zentralisierten Mikrocomputer fernzuprogrammieren,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte hydraulische Presse vozuschl iigen, die den folgenden Zielen gerecht wird, daß sie: sämtliche durch die verschiedenen Spezialisierungen sich stellend η Probleme durch ein einfaches einziges hydraulisches Schema löst; daß sie Paramter zu erhalten gestattet, wie beispielsweise Geschwindigkeit, Stellung, Kraft, die sehr genau und über

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die Zeit nicht verstellbar sein dürfen; daß sie mit Hilfe eines zentralen Rechners sämtliche zum Arbeiten der Presse notwendigen Parameter programmiert; daß sie die Parameter der Presse als Funktion des zu erhaltenden Produkts mit Hilfe von Meßfühlern moduliert, die insbesondere die Verformung des Werkstücks (seine Koten), sein Gewicht, die Reaktionen unter seinen sämtlichen Formen etc. ermittelt und daß sie als Funktion der Aufgaben die Funktionen der Presse umwandelt.

Die Erfindung richtet sich insbesondere auf eine hydraulische Presse mit einem von einem Verteiler gesteuerten Pressenstempel, wobei der Verteilerschieber fest mit einer Gewindestange verbunden ist, die in Eingriff mit einer im Kolben des Pressenstempels gelagerten Mutter steht, wobei die Gesamtanordnung aus Gewindestange und Verteilerschieber durch einen Steuermotor in Drehung versetzbar ist. Nach der Erfindung ist die Gewindestange mit einer Axialbohrung versehen; sie bewegt sich in einer zylindrischen Kammer des Pressenkolbens; die Bohrung wird in Verbindung mit der hydraulischen Druckquelle gesetzt, damit diese Stange einen Näherungskolben für den Pressenstempel bildet.

Nach einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung erhält der Steuermotor des Presscnstempcls seine Steuerinformationen von einem elektrischen Steuermodul und seine Energie in hydraulischer Form über eine Generatorgruppe, wobei die Drehgeschwindigkeit des die aus GewLndostangc und Vcrtci.lcrsclu.cbcr bestehende Einheit antreibenden Motors zum Erhalt sämtlicher gewünschter Arbeitsphasen modulierbar ist.

Zweckmäßig ist d er hydraulische Modul ein autonomes Element, das einerseits seine eigenen Eingangsinformationen,

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wie insbesondere Geschwindigkeiten, Wege, Kräfte und andererseits die Speiseelemente des Steuermotors umfaßt.

Nach der Erfindung wird die Kammer des Pressenstempels selbsttätig durch Ansaugen über ein Füllventil während der schnellen Nüherungsphase des ProssonstompcLs gefüllt; diese Kammer wird über ein Entleerungsventil auf Auslaß gestellt, wenn der Pressenstempel nach oben geht, wobei das Entleerungsventil verwendet wird, um große Steiggeschwindigkeiten dos Prosscnstempcls zu erhalten.

Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

Fig. 1 im Vertikalschnitt eine erste Ausführungsform

des Pressenstcmpels nach der Erfindung; Fig. 2 eine Variante in einem Schnitt analog dem der

Fig. 1;

die Fig. 3 und 4 hydraulische Schemas für zwei Ausführungsvarianten des Pressenstempels nach der Erfindung,

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Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die die dargestellte Ausführungsform erläutert.

In dieser Fig. erkennt man bei 10 den Pressenstempel, der sich in der Bohrung 12, die im Pressengehäuse vorgesehen ist, verschiebt. Dieser Pressenstempel wird über einen elektronischen StcucnnoduJ 25 gesteuert, der ihm seine Steuerinformation liefert und seine hydraulische Iinerg ic über eine Genera to rgruppe erhält, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet ist und die einen Motor und eine hydraulische Pumpe 32 umfaßt. Die Steuerung des Pressenstempels erfolgt über

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einen Schicbcrvcrteiler 16, der durch einen Stcuermotor 22 in Drehung versetzt wird und der vom Aufteilungstyp oder Schrittschalttyp entsprechend den Forderungen einergewünschten Präzision sein kann; und zwar über einen Mechanismus mit Schraubenzieher 34, der eine leichte Axialverschiebung des Schieberverteilers ermöglicht.

Der Schieberverteiler ist fest mit einer mit Axialbohrung 20 versehenen Stange 18 verbunden, wobei die Axialbohrung über einen Radialkanal 19 in der Kammer des Verteilers mündet. Die Stange 18 trägt Gewinde und steht in Eingriff in einer Spindelmutter 26, die fest mit dem Kolben 10 des Pressenstempels verbunden ist. Diese sich in einer axial im Pressenstempel ausgesparten Ringkammer 28 verschiebende Gewindestange bildet den Näherungskolben in unten zu beschreibender Weise.

Der die Speisung der Ringkammer 28 sowie der oberen Kammer 40 des Pressenstempels sichernde hydraulische Kreis umfaßt einen'Bypass 38, ein Füllventil 42, ein Entleerungsventil 44 und eine Steuerklappe 48. Um die " ' Drehung des Kolbens 10 des Pressenstempels zu verhindern, ist dieser fest mit einem Führungskolben 46 verbunden, der sich in einer zylindrischen Kammer 45 verschiebt.

Die Arbeitsweise ist die folgende:

Die aus (!cwindostango IH und Verte i I ersch i eher 16 bestehende Einheit wird durch den Motor 22 in Drehung versetzt; der Drehsinn des letzteren wirkt au Γ den Schraubenzieher 34 derart, daß die Gewindestangc in die Spindelinutter 26 geschraubt wird. Die aus Gewindestange und Verteilerschieber bestehende Einheit verschiebt

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sich nach oben gegenüber dem Boden des Prcssenkolbens, was dazu führt, daß der Schieber verschoben wird und die Kammer 28 des Näherungskolbens 18 mit der hydraulischen Fluidspeisung in Verbindung gesetzt wird, was durch die Pumpe 32 aufgrund des Vorhandenseins der Bohrungen und 21 sichergestellt ist. Der Ringkolben 12 des Stempels 10 wird dann in Verbindung mit dem Rückführkreis 35 zur Wanne 36 über den Verteiler gesetzt. Der Pressenstempel 10 tritt aus dem Pressengehäuse unter der Wirkung des Drucks des hydraulisehen-in der Kammer 28 wirkenden Fluids aus. Dieser Druck ist gering, da keine Kraft außer der aufgrund der Leistung des Pressenstempels auf diesen Stempel wirkt. Der Bypass 38 bleibt dann verschlossen; der Pressenstempel 10 geht bei einer Geschwindigkeit nach unten, bei der es sich um die schnelle Annäherungsgeschwindigkeit handelt, die direkt mit der Drehgeschwindigkeit des Motors 22 verknüpft ist. Die selbstregulierende hydrauliche Pumpe 32 stellt sich selbsttätig fest auf die zu liefernde Menge ein. Die Kammer 40 wird selbsttätig durch Ansaugen hydraulischen Fluids aus dem Behälter 36 über das Füllventil 42 gefüllt.

Nach der Erfindung ist der Steuermodul 24 derart ausgebildet, daß er an den Steuermotor 22 Befehle, beispielsweise ausgehend von einer gewissen Anzahl von dessen Schritten liefert und dabei eine Stellung des Pressenzylinders bestimmt, um nach Wunsch die Drehgeschwindigkeit des Motors 22 zu modulieren und so unbegrenzte ZyklusphiJson zu erhalten. Drink dieses Merkmals erhält man die I ;ii)j',s:niio odor ArIu; i tsj'oschw i Ii ei i j.',ko i I , indem man die Drehgeschwindigkeit des Steuermotors 22 vermindert.

Stützt sich der Pressenstempel 10 gegen das zu behandelnde Produkt ab, so steigt der Druck des hydraulischen Fluids in der Kammer 28 des Näherungsstempels 18;

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der Bypass 38 öffnet und setzt die Kammer 28 in Verbindung mit der Kammer 40. Das Füllventil 42 schließt; das obere Pilotventil des Füllventils 44 wirkt auf letzteres und schließt es: der dann in der Kammer 40 auf den großen Querschnitt des Kolbens 10 wirkende Druck entspricht der Nennkraft der Presse.

Kehrt man den Drehsinn des Steuermotors 22 um, so verschiebt sich der Schieberverteiler 16 derart, daß er die Kammer 28 des Annäherungskolbens 18 auf Auslaß stellt. Die Ringkammer 12 des Stempels wird dann über die hydraulische Pumpe 32 gespeist. Unter dem Einfluß des Drucks in der Kammer 12 geht die Presse 10 nach oben. Die obere Kammer 40 wird auf HntLeeren über das Entleerungsventil 44 unter der Wirkung der unteren HilfsSteuerung dieses Entleerungsventils gestellt; die obere HilfsSteuerung (pilotage superieur) erfolgt bei Entleeren über den Körper des Verteilers 16.

Hier wird das Entleerungsventil 44 verwendet, um große Steiggeschwindigkeiten des Pressenstempels zu erhalten, d.h. um'zu verhindern, daß man einen Verteiler 16 großer Abmessungen als Funktion der beaufschlagten Menge hat.

Man sieht, daß jede äußere Kraft, die versucht, die Stange in der einen oder anderen Richtung selbsttätig der Kammer 12 oder in den Kammern 28 und 40 zu schieben, selbsttätig zu einer plötzlichen Druckänderung führt, wodurch das Gleichgewicht der Einheit wieder hergestellt ist.

Schließlich stellt man fest, daß die Vorrichtung nach der Erfindung eine zusätzliche Sicherheit bei der Verwirklichung hydraulischer Pressen mit sich bringt, unabhängig von den normalen von den Arbeitsgesetzen geforderten Sicherheiten: der Pressenstempel 10 kann

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nämlich nicht zufällig plötzlich nach unten gehen (beispielsweise aufgrund Bruchs einer Speiseleitung), da der Stempel 10 mechanisch mit der Schraube 18 verbunden ist, deren Axialausschlag nur etliche mm beträgt.

Nach einem Merkmal der iirfiridung kann der elektronische Steuermodul 24 des l'resscnstempcls in l^!orm eines autonomen Elementes realisiert sein, das einerseits seine eigenen Informationseingangselemente (Geschwindigkeiten, Stellungen, Kräfte, die durch Potentiometer oder Dekadenzähler analog angezeigt werden) und der andererseits die Speiseelemente des Steuermotors aufweist. Der elektronische Steuermodul 24 bringt eine sehr geringe elektrische Leistung ins Spiel; die vom Steuermotor 22 verlangten Momente sind gering und liegen in der Größenordnung von etlichen cm daN, die zudem relativ konstant sind, um die hydraulischen Stempelpressen von etlichen hundert daN bis etliche tausend kN zu steuern.

Man sieht, daß die Gruppe der hydraulischen Speisung 30 als einzige Rolle unabhängig von der Komplexibilitat der Zyklen die Rolle hat, den Speisedruck des Pressenstempels aufrecht zu erhalten. Hieraus folgt, daß ihre Struktur elementar ist und frei von den verschiedenen in der üblichen Hydraulik verwendeten Einrichtungen ist. Alle durch die verschiedenen Spezialisierungen einer Presse sich stellenden Probleme werden so nach der Erfindung durcli ein einziges hydraulisches, besonders einfaches Schema gelöst.

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Tn Fig. 3 L.st das hydraulische Schema entsprechend der oben mit Bezug auf 1-'Ig. I gegebenen Aus führungs form dargestellt, wonach der Schicbcrvcrtcilcr K) ein 5-Wegcvertciler ist.

Naqh der Variante der Fig. 4 verwendet man einen 3-Wegschiebervertciler 16. In diesem Fall ist die Ringkammer 12 direkt mit der hydraulischen Pumpe 32 über eine Leitung 56 verbunden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsvariante der Erfindung, wonach die aus Verteiler 16' und Gewindestange 28' bestehende Einheit außerhalb des Pressenstempels 10' angeordnet ist. Die Arbeitsweise ist im übrigen gleich der der Ausführungsform der Fig. 1; die Gewindestange steht in einer Mutter 54, die fest mit dem Kolben des Pressenstempels 10' ist, in Eingriff. Der von einer Axialbohrung 52 durchsetzte Näherungskolben 50 sorgt wie vorher für das Nachuntengehen des Pressenstempels bei der schnellen Annäherungsgeschwindigkeit.

Im Hinblick auf eine knappe Darstellung wird die Erfindung nur anhand weniger Ausführungsformen beschrieben; Änderungen und Abänderungen liegen im Rahmen der Erfindung.

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Claims (5)

Ptt.-Anw. H«rrmann-Trent*poh( Fernaprocher: 0 23 23 / 5 10 13 510« Tolegrammanschrlft: Bahrpetento Heine Telex 08229853 Dlpl.-lng. R. H, Bahr „:*. * Dipl.-Phys. Eduard Betzier Dipl.-tng. W. Herrmann-Trentepohl Pat.-Anw. I Fernsprecher: 069138 3011 36 3012 383013 Tr:lo[)rpminanschrlll: Dnbetzpal München Telex 5 215380 Bankkonton: Bayerische Verelnsbank München 952 Dresdner Bank AQ Herno 7-520 499 PoBtachockkonto Dortmund 558 88-467 .1 PRESSES L.B.M. 94140 ALFORTVILLE Frankreich Roland JOUENNE 77330 LUSIGNY Frankreich Claude TAULEIGNE 94000 CRETEIL Frankreich η.,.: MO 7059 Lw/Ge In der Antwort bllto angeben Zuschritt bitte nach: München 22. Dezember 1980 HYDRAULISCHE PRESSE PATENTANSPRÜCHE

1.J Hydraulische Presse mit Pressenstempel, der von einem Verteiler gesteuert ist, dessen Schieber fest mit einer Gewindestange verbunden ist, die ihrerseits in Eingriff mit einer im Kolben des Pressenstempels gelagerten Mutter steht, wobei die Einheit Gewindestange-Verteilerschieber durch einen Antriebsmotor in Drehung versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindestange (18) über eine Axialbohrung

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(20) verfügt und sich in einer im Kolben (10) des Pressenkolbens vorgesehenen Zylinderkammer (28) verschiebt, wobei die Bohrung verbindbar ist mit der hydraulischen Druckquelle beim Indrehungversetzen des Antriebsmotors (22), der die aus Gewindestange (18) - Schieberverteiler (16) bestehende Einheit antreibt, und daß so die Gewindestange einen Näherungskolben für den Pressenstempel bildet und den Stempel bei hoher Näherungsgeschwindigkeit, die direkt mit der Drehgeschwindigkeit des Steuermotors (22) verknüpft ist, nach unten führt.

2. Hydraulische Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Steuermotor (22) des Pressenstempels seine Steuerinformationen von einem elektronischen Steuermodul (24) und seine Energie in hydraulischer Form über eine Generatorgruppe (30) erhält, wobei die Drehgeschwindigkeit des die aus Gewindestange und Verteilerschieber bestehende Einheit antreibenden Motors zum Erhalt sämtlicher gewünschter Arbeitsphasen modulierbar ist".

3. Hydraulische Presse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Modul (24) ein autonomes Element ist, das einerseits seine eigenen Eingangsinformationen, wie insbesondere Geschwindigkeiten, Wege, Kräfte und andererseits die Speiseelemente des Steuermotors (22) umfaßt.

4. Hydraulische Presse nach einem 0er Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der hydraulische Kreis des Näherungskolbens (18) mit dem des Pressenzylinders (10) über ein tariertes Ventil

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in Verbindung steht, das einen Bypass (38) bei mechanischer, hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Wirkung bildet.

5. Hydraulische Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Kammer (40) des Stempels selbsttätig während der raschen Näherungsphase des Prcsscnstompcls über ein Füllventil (42) füllbar ist, und daß . ein Entleerungsventil (44) zum Entleeren der Kammer, sobald der Pressenstempel (10) nach oben geht, vorgesehen ist, wobei das Entleerungsventil zum Erhalt großer Steiggeschwindigkeiten des Pressenstempels verwendbar ist.

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