DE3130931C2 - Hydraulikantrieb für Beschichtungspressen mit wenigstens einem oder mehreren Leerhub-Krafthub-Zylindern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Pressenantrieb, insbesondere für hydraulisch betriebene Beschichtungspressen, bei denen ein einfaches, unkompliziert funktionierendes, energiesparendes Antriebssystem geschaffen werden soll, das darüber hinaus wenig aufwendig und dabei eine hohe Produktionsleistung, sowie eine technologisch vertretbare kurze Pressenschließzeit erbringen soll. Gelöst wurde diese Aufgabe dadurch, daß in einem kombinierten Pumpendruckspeicherhydrauliksystem in einem Zylinder (2) ein den Pressentisch (20) tragender, einseitig geführter Kolben (1) mit Differentialkolben (5) einstückig verbunden ist, der nach erfolgtem Eilvorgang in einen reduzierten, zylindrischen Bereich (10) mit gedrosselter Geschwindigkeit eintaucht und nach Druckentlastung des Zylinderteilraumes (4) schlagartig über die vom Hydraulikdruckbehälter (24) druckbeaufschlagte Fläche des Differentialkolbens (5) eine über das Druckventil (25) vorwählbare, einen Teil der Endpreßkraft betragende, Vorpreßkraft auf das Preßgut überträgt. Der Rückhub erfolgt über die Steuerung der Ventile (14, 16, 19) durch die Bohrung (11) und Ventil (14), ebenfalls mit gedrosselter Geschwindigkeit, bis nach Verlassen des Bereiches (10) der Eilsenkhub eintritt.

Description

a) die der vorgenannten Kolbenstange (1) gegenüberliegende Seite des Kolbens (5) ist kolbenstangenlos,

b) der zweite Anschluß (11) ist über die erste Schaltstellung des Ventils (14) an einer Stelle kurz vor dem Beginn der Durchmesserreduktion (10) des Zylinders (2) in den Zylinder zurückgeführt (Anschlußbohrung 12) und diese Rückführleitung (29,30) ist gedrosselt und

c) die Druckmittelquelle (21) ist an sich bekannter Weise lediglich für den kurzen Krafthub (Endhub) auf einen höheren Druck umschaltbar.

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikantrieb für Beschichtungspressen mit wenigstens einem oder mehreren Leerhub-Krafthub-Zylindern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem derartigen aus der DE-PS 20 61 883 bekannten Hydraulikantrieb für schnellschließende Pressen werden von einer zentralen Ölversorgung gespeiste und kurzzeitig voreilende sowie permanent unter hohem Betriebsdruck stehende Hydraulikzylinder eingesetzt. Derartige Hydraulikzylinder zeichnen sich durch den Wegfall einer Vorfüllung und durch extrem kurze Pressenschließzeiten sowie hohe Produktionsleistungen, beispielsweise als Arbeitszylinder von Beschichtungspressen, aus. Nachteilig bei derartigen Hydraulikzylindern ist jedoch, daß bei ihnen zur Gewährleistung eines hochdruckenergiesparenden Eilvorlaufs die der Wirkfläche eines Differenzialkolbens entsprechende Fläche einer Kolbenstange derartig eng bemessen ist, daß der Differenzialkolben während des Eilvorlaufs einer zusätzlichen Führung durch eine fertigungsaufwendige Hilfskolben-Hilfszylinderanordnung bedarf. Der Hilfskolben ist auch für den Rückzug erforderlich und weist eine gegenüber der Kolbenstange größere Querschnittsfläche auf. Aufgrund des hohen hydraulischen Drucks und einer daraus resultierenden hohen Dichtungsreibung können bei einer Mehrfachanordnung der Zylinder während des Schließhubes der Presse Gleichlaufprobleme der Kolben auftreten. Für den Antrieb ist desweiteren ein energieaufwendiger Hochdruckspeicher erforderlich.

Auch durch einen weiteren aus der DE-AS 19 17 116 s bekannten Hydraulikzylinder mit Eilhub und Krafthub können diese Probleme nicht bereinigt werden. Bei diesem Zylinder soll bei geringer Druckkraft die Eilganggeschwindigkeit vergrößert werden. Die für den Eilhub erforderliche Druckkraft steht dabei in einem proportionalen Verhältnis zu einer aus der Differenz der Flächen der Kolben 32 und 31 gebildeten Wirkfläche. Aufgrund dieser vergleichsweise kleinen Wirkfläche als Vortreibfläche ist während des Eilhubes zum Anheben schwerer Lasten, beispielsweise großdimensionierter Pressen- bzw. Werkzeugtische, ein besonders hohes Druckniveau erforderlich. Dementsprechend können bereits bei normalen Einsatzfällen bei diesem Hydraulikzylinder die gleichen vorstehend genannten Folgen eines hohen Druckniveaus auftreten. Weiter steht bei diesem Zylinder für die Endpreßkraft nicht die gesamte Kolbenfläche des Arbeitskolbens 5 zur Verfügung.

Auch bei einem anderen aus der FR-PS 20 61 882 bekannten Eilhub-Arbeitszylinder stehen aufgrund einer für den Rückzug notwendigen festverankerten KoI-benstange 7 für den Eilhub nur eine vergleichsweise kleine und für den Arbeitshub nicht die gesamte Fläche des Kolbens 4 zur Verfügung. Bei dieser Kolbenzylinderanordnung ist aufgrund einer inneren und äußeren Führung der zusammenhängenden Kolben 4, 6 ein besonders hoher Fertigungsaufwand erforderlich.

Aus der DE-AS 11 69 299 ist desweiteren ein hydraulischer Stellantrieb mit einem Differentialkolbenstellmotor bekannt, dessen Leerhub jedoch schlagartig durch eine Dämpfeinrichtung gebremst wird und dabei im Normalfall sein Ende findet Aufgrund dieser Dämpfeinrichtung kann ein Arbeitshub jedoch nur dann erfolgen, wenn ein auf den Höchstarbeitsdruck eingestelltes uberdrucksicherheitsventil eine Abflußleitung in einen Tank öffnet. Ein hochdruckenergiesparender Arbeitshub kann auf diese Weise nicht erzielt werden. Der Differenzialkolben wird desweiteren auch während des Leerhubes in einem dem Außendurchmesser des Differenzialkoibens entsprechenden Zylinder geführt, wodurch zur Rückführung des zu verdrängenden Hydraulikmediums in den Zylinder während des Leerhubes ein aufwendiger äußerer Bypass erforderlich ist.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen Hydraulikantrieb für eine Beschichiungspresse zu schaffen, der den Betriebsanforderungen einer solchen Presse, nämlich nach einem Leerhub (Vorlauf) mit geringer Kraft, einem sanften Abbremsen dieses Leerhubes, der Entwicklung einer gewissen Vorpreßkraft und einer großen Hauptpreßkraft, letztere mit geringem Hub, gerecht wird und dabei einfach und platzsparend baut

Diese Aufgabe wird durch die Zusammenwirkung aller im einzigen Patentanspruch aufgeführten Merkmale gelöst.
Es wurde erkannt, daß insbesondere bei Antrieben hydraulischer Beschichtungspressen, der beim Einsatz vorgenannter bekannter Hydraulikzylinder nach dem erfolgten Eilhub schnelle Druckaufbau von der Vorlaufkraft auf die Endpreßkraft energieverzehrend ist, und daß aufgrund der erschwerten Wartungsmöglichkeit des Hydrauliksystems sich Nachteile hinsichtlich einer wirtschaftlichen Produktion einstellen können. Dieses ist jedoch technologisch nicht erforderlich, wenn sichergestellt ist, daß ein schlagartiger Druckaufbau auf einen

Teilbetrag der Endpreßkraft als notwendige VorpreB-kraft erreicht wird und der weitere Druckaufbau bis zur Endpreßkraft in einem längeren Zeitabschnitt erfolgen kann.

Unter diesen Voraussetzungen zeichnet sich der Hydraulikantrieb gemäß Erfindung besonders vorteilhaft dadurch aus, daß zum vorzeitigen Erreichen der Vorpreßkraft kein hoher hydraulischer Druck, sondern nur noch ein Teil des maximalen hydraulischen Betriebsdruckes für eine plötzliche Druckentnahme zur Verfugung zu s when braucht. Das Hydrauliksystem wird während des schnellen Voreilens des Zylinderkolbens durch ein stark reduziertes Druckniveau hinsichtlich der die Dauerhaltbarkeii beeinträchtigenden, in Lastwechselkollektiven auftretenden Spannungen geschont Die wirksame Fläche des im Hydraulikzylinder des Pressenantriebes befindlichen Kolbens entspricht während des Vorlaufs auf der Eilgangstrecke der aus einem niedrigen Vorlaufdruck beim Leerhub resultierenden Fläche einer mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange, während sie auf der Arbeitsgangstrecke der von der Endpreßkraft vorbestimmten Fläche des Kolbens entspricht, wodurch in besonders vorteilhafter Weise die Flächen der Kolbenstange und des Kolbens derartig aufeinander abgestimmt sind, daß die Kolbenstange allein die Führungsfunktion des Kolbens übernehmen kann. Durch diese vorteilhafte Führungsanordnung ist eine weitere Führung des Kolbens durch beispielsweise einen Hilfskolben entbehrlich, wodurch kleine raumsparende Zylindereinheiten entstehen, deren Einbauverhältnisse eine günstige Montagemöglichkeit selbst bei engen Platzverhältnissen garantieren. Weitere Vorteile des niedrigen Vorlaufdrucks ergeben sich aus der geringeren Anpressung der Dichtungen und des damit verbundenen geringeren Reibverschleißes während des schnellen Kolbenhubes im Hydrauliksystem.

Weiter vorteilhaft steht während der mit niedrigen Betriebsdrücken betreibbaren ersten Arbeitsgangstrekke und zur Erzeugung der Endpreßkraft auf der zweiten Arbeitsgangstrecke die aus dem Außendurchmesser des Kolbens gebildete Gesamtfläche zur Verfügung.

Eine besonders antriebsschonende Betriebsweise mit einem sanften Übergang vom Eilhub zum Arbeitshub wird dadurch erzielt, daß die Teilräume, die während des Eintauchens des Kolbens in den dem Außendurchmesser des Kolbens entsprechenden Bereich des Zylinders gebildet werden, über eine die Eintauchgeschwindigkeit reduzierende Drossel eines Schaltventiles verbunden sind. Das von dem oberen in den unteren Zylinderteilraum zurückströmende Hydraulikmedium ist durch die Drossel derartig steuerbar, daß durch das Preßgut technologisch vorgeschriebene Annäherungsgeschwindigkeiten des Kolbens erzielbar sind.

Der Hydraulikantrieb ist deshalb auch besonders wartungsfreundlich, weil sowohl der Kolben als auch die Kolbenstange sich mit reibungsarmen Dichtelemerften und leicht auswechselbaren Führungsbuchsen ausstatten lassen. Desweiteren ist der Hydraulikzylinder aufgrund der einseitigen Führung, im Gegensatz zur doppelseitigen Führung bekannter Kolben, fertigungsmäßig nicht überbestimmt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Hydraulikscherna eines ventilgesteuerten Hydraulikantriebes für Beschichtungspressen, in dem die Ventile eine Ausgangsstellung einnehmen und eine Kolben-Zylindereinheit sowie ein von dieser angetriebener Pressentisch in einem Längsschnitt dargestellt sind;

F i g. 2 das Hydraulikschema mit geänderten Ventil-Schaltstellungen nach Beendigung des Leerhubes und erfolgtem Umschalten auf den Krafthub:
F i g. 3 das Hydraulikschema mit den für den Rückhuh der Kolbenzylindereinheit erforderlichen Schaltstellungen der Ventile;

Fig.4 die Kolbenzylindereinheit in einem Längsschnitt vergrößert dargestellt

ίο Der Hydraulikantrieb für Beschichtungspressen gemäß F i g. 1 umfaßt einen regelbaren Pumpenantrieb 21, der über ein schaitbares Ventil 16 Hydraulikmedium entweder in einen Zylinderraum 3 eines Hydraulikzylinders 2 oder so lange in einen Hydraulikdruckspeicher 24 fördert bis ein auf einen Teilbetrag des maximalen hydraulischen Betriebsdruckes eingestelltes Druckventil 25 den Pumpenförderstrom auf Umlauf über einen Filter 32 und einen Kühler 33 in einen Tank 17 leitet Gegen eine Überbelastung ist der Pumpenantrieb 21 durch ein Druckventil 22 über eine Tankleitung 23 mit dem Tank 17 verbunden. Ein Rückschlagventil 26 gibt den Weg für das unter dem Druck vorgespannte Hydraulikmedium des Hydraulikdruckspeichers 24 in die Druckleitung 27 des Hydraulikzylinders 2 erst nach Schalten des Ventiles 16 frei. Ein Pilotventil 19 steuert ein weiteres Schaltventil 14, daß über Druckleitungen 29, 30 mit jeweiligen radial nach außen verlaufenden Anschlußbohrungen 11,12 des Zylinders 2 und über die Tankleitung 23 mit dem Tank 17 verbunden ist. Ein weiteres Druckventil 31 sichert den Hydraulikdruckspeicher 24. In dem Zylinder 2 befindet sich eine Kolbenstange 1 mit einem einstückig damit verbundenen Kolben 5, in F i g. 1 in der Ausgangsposition vor Beginn des Leerhubes (Eilvorlauf). Die Kolbenstange 1 ist nur im Bereich einer

einzigen axialen Öffnung 7 des Zylinders 2 geführt und trägt außerhalb des Zylinders 2 einen Pressentisch 20, an dem hilfsweise ein Rückzugzylinder 34 angeschlossen

Gemäß der F i g. 1 ist das Ventil 16 so geschaltet, daß der Pumpenantrieb 21 den Hydraulikdruckspeicher 24 auflädt und nach dessen Füllung auf Tankumlauf schaltet. Die Zylinderdruckleitung 27 ist mit dem Tank 17 verbunden. Das Pilotventil 19 hat das Ventil 14 zur Verbindung der Druckleitungen 29, 30 auf Durchgang geschaltet, wobei das Ventil 14 während des ganzen Leerhubes in dieser Stellung bleibt.

In der Fig.2 hat das Ventil 16 die Stellung »Presse schließen« eingenommen. Der Hydraulikdruckspeicher 24 ist in der Lage, über die Druckleitung 27 die Wirkfläehe der Kolbenstange 1 zu beaufschlagen, wobei während des Leerhubes der den Pressentisch 20 tragenden Kolbenstange 1 das Hydraulikmediuni über einen Bypass 13 um den Kolben 5 innerhalb des Zylinderraumes 3 herumströmt. Der Bypass 13 wird durch den im Bereich des Leerhubes gegenüber dem Durchmesser des Kolbens 5 größeren Zylinderdurchmesser 9 gebildet. Der Leerhub wird nach dem Eintauchen des Kolbens 5 in einen ihn dicht umschließenden im Durchmesser reduzierten zylindrischen Bereich 10 abgebremst, weil das in einem Zylinderteilraum 4 über dem nunmehr als Differentialkolben wirkenden Kolben 5 befindliche Hydraulikmedium durch eine die Eintauchgeschwindigkeit reduzierende Drossel des Ventils 14 in einen unteren Zyü'iderteilraum 6 gedrängt werden muß, wie es die erste Schaltstellung des Ventils 14 in der F i g. 1 verdeutlicht. Ist die Position der Kolbenstange 1 erreicht, in der ein schneller Druckaufbau über die Vorpreßkraft erfolgen soll, schaltet das Pilotventil 19 auf die zweite Schalt-

stellung des Schaltventil 14 um, so daß der Zylinderteilraum 4 über die Tankleitung 23 entspannt wird. Die Preßkraft steigt schlagartig auf eine über das Druckventil 25 vorwählbare Vorpreßkraft an, während anschließend eine durch die Druckreguliereinstellung des Pumpenantriebes 2t vorgewählte Endpreßkraft stetig ansteigend erreicht wird.

In der Schaltstellung gemäß F i g. 3 ist das Ventil 14 bereits wieder durch das Pilotventil 19 zurückgeschaltet worden, so daß die Druckleitungen 29 und 30 wieder miteinander verbunden sind. Das Ventil 16 befindet sich ebenfalls in der zurückgeschalteten Stellung gemäß Fig. 1, so daß die Druckleitung 27 mit dem Tank 17 verbunden ist. Durch den Austausch des Hydraulikmediums aus dem Zylinderteilraum 6 in den Zylinderteilraum 4 beginnt mit langsamer Senkgeschwindigkeit der Rückhub des Kolbens 5 bis der Eilsenkhub nach Verlassen des im Durchmesser reduzierten zylindrischen Bereiches 10 einsetzt. Durch das Eigengewicht der mit der Kolbenstange 1 verbundenen Pressenteile wird das Hydraulikmedium in den Tank 17 zurückgedrängt, wobei eine Beschleunigung der Rückhubgeschwindigkeit durch den Rückzugzylinder 34 möglich ist. Mit dem Umschaltvorgang des Ventiles 16 auf »Rückhub« beginnt der Pumpenantrieb 21 erneut den Speicher zu füllen, um für den nächsten Arbeitszyklus bereit zu sein.

Die Fig.4 verdeutlicht in einer vergrößerten Darstellung vorteilhafte Ausgestaltungen der Kolben-Zy-Iindereinheit. Durch eine Drosselschräge 15 einer im Durchmesser reduzierten im Bereich 10 angeordneten Buchse 8 wird beim Einführen des Kolbens 5 in die Buchse 8 der Leerhub zunächst sanft gebremst, während anschließend über eine Vielzahl der im Bereich der zweiten Anschlußbohrung 11 angeordneten, in der Buchse 8 befindlichen Drosselbohrungen 28 eine Steuerung der Kontakt-Annäherungsgeschwindigkeit des von der Kolbenstange 1 getragenen Pressentisches 20 zum Preßgut ermöglicht wird. Entsprechend gesteuert erfolgt die öffnung nach dem Umschaltvorgang auf »Rücklauf«. Das niedrige Druckniveau beim Leerhub ermöglicht beim Kolben 5 selbst bei Langsamfahrt einen »Stick-Süp«-Effekt freien Einsatz einer reibungsarmen Dichtung 18. Der Kolben 5 ist desweiteren so gestaltet, daß seine dem Boden des Zylinders 2 zugewandte Seite kegelstumpfförmig verläuft und er aufgrund seiner Funktion in der Höhe niedrig dimensioniert ist, wodurch kleine Zylinderbaueinheiten ermöglicht werden. Die Druckbeaufschlagung des Kolbens 5 erfolgt über seine mit Nuten versehene ringförmige untere Stirnfläche an der den Zylinderboden berührenden Seite.

Dieser Hydraulikantrieb ermöglicht es, durch die Vorwahl von zwei Druckniveaus, beispielsweise durch das Druckventil 25 und durch den regulierbaren Pumpenantrieb 21, druckbeaufschlagend auf zwei auf die Pressengröße abstimmbare Wirkflächen der Kolbenstange 1 und des Kolbens 5 vorausbestimmend 3 verschiedene Kraftstufen: »Vorlaufkraft«, »Vorpreßkraft« und »Endpreßkraft« in einem einfachen, wartungs- und montagefreundlichen sowie widerstandsfähigen Hydraulikzylinder zu erzeugen. Der Hydraulikantrieb enthält desweiteren eine unkomplizierte, leicht überschaubare hydraulische Steuerung ohne Hydraulikhochdruckspeicher und eine einfache elektrische Steuerung, die es gestattet auch einzelne Zylinder problemlos abzuschalten und mit wenig Hydraulikkomponenten, insbesondere Beschichtungspressen anzutreiben.
Eine weitere nicht dargestellte Ausführungsvariante gestattet es vorteilhaft, an Stelle des regelbaren Pumpenantriebes 21 eine Konstanthaltepumpe und ein zusätzliches Schaltventil einzusetzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hydraulikantrieb für Beschichtungspressen mit einem oder mehreren Leerhub-Krafthub-Zylindern, von denen jeder einen Kolben mit einer gegen den zu bewegenden Pressentisch wirkenden Kolbenstange enthält, wobei der Innendurchmesser des Zylinders auf dem größten Teil seiner Längserstrekkung größer als der Außendurchmesser des Kolbens ist und erst auf dem letzten Teil dem Außendurchmesser des Kolbens gleicht, der nun als Differentialkolben betreibbar ist, mit einem Leitungsanschluß am Anfang des weiten Teiles des Zylinders zum Einspeisen des Druckmittels und einem zweiten Anschluß am Ende des Abschnitts des Zylinders reduzierten Durchmessers, der zunächst ein Ausfließen des Druckmittels aus dem Zylinder verhindert und nach Eintritt des Kolbens in den letzten Zylinderteil ventilsteuerbar in den Vorratstank entlüftbar ist, gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit der Merkmale: