DE3313473C2 - - Google Patents

Description

Spindelpressen, die ihrer bauartbedingten Vorteile wegen bevorzugt als Gesenkschmiedemaschinen eingesetzt werden, sind mit Reibradantrieb (Friktionsspindelpressen) in ihrer Prellschlagkraft begrenzt, weshalb Spindelpressen mit einer Prellschlagkraft ab 40 MN (Meganewton) vielfach und ab 80 MN in der Regel mit Zahnradantrieb versehen werden, wozu das Schwungrad außenverzahnt ist und in den Zahnkranz motorisch angetriebene Ritzel eingreifen. Zum Antrieb der Ritzel werden Elektromotore oder Ölhydraulikmotore verwendet.

Der elektromotorische Antrieb hat den Vorteil der einfacheren Energiezufuhr, jedoch treten hohe Spitzenströme auf, da die erforderliche, im Schwungrad zu speichernde Energie in der kurzen Zeit des Hubes, in der das Schwungrad auf die erfor­ derliche Drehzahl beschleunigt sein muß, aufzubringen ist.

Vielfach sind daher besondere Installationen zur Begrenzung der Stromspitzen notwendig, was die Anlage verteuert und zu einer Verlängerung der Taktzeit führt. Da die Elektromotore bei jedem Arbeitsspiel zweimal aus dem Stillstand auf er­ forderliche Drehzahl beschleunigt und wieder abgebremst wer­ den, sind entsprechend hohe Stromwärmeverluste unvermeidbar und auch die von den Motoren aufgenommene Blindleistung ist von Nachteil. Das aufzubringende Drehmoment erfordert ent­ sprechend große und schwere Motore, die außer daß sie ein ungünstiges Verhältnis von Drehmoment zu Trägheitsmoment aufweisen, zu dem baulichen Nachteil führen, daß die Spindel mit dem Schwungrad und Zahnkranz axial fest in der oberen Traverse des Pressenständers zu lagern und die Spindelmutter im Schlitten der Presse einzulassen ist, was eine ungünstige Beanspruchung der Spindel auf Druck und Torsion ergibt.

Ölhydraulikmotore, insbesondere Axialkolbenmotore haben im Vergleich zu Elektromotoren ein wesentlich geringeres Leistungs­ gewicht bei geringen Abmessungen, so daß sie sich einzeln oder paarweise beiderseits einem Antriebsritzel in dessen Durch­ messerbereich anordnen lassen, mit dem weiteren baulichen Vorteil, daß die Spindel mit dem Schwungrad und Zahnkranz axialbeweglich in einer in der oberen Traverse des Pressen­ ständers eingelassenen Mutter einsitzen kann und somit ober­ halb der Mutter nur auf Torsion und unterhalb der Mutter nur auf Druck beansprucht ist. Zur Speisung der Ölhydraulikmotore ist eine aus Elektromotor, Ölpumpe, Hochdruckspeicher und Steuereinrichtungen sowie Einrichtungen zur Filterung und Kühlung des Öls bestehende Ölstation erforderlich, die neben der Presse auf Werkstattflur, in einem Keller oder auf einer Bühne befindlich und über flexible Hochdruckleitungen, die die Bewegungen der Presse ausgleichen, mit den Ölhydraulik­ motoren verbunden ist. Der bauliche Aufwand hierfür ist er­ heblich, insbesondere auch unter den Erfordernissen der Be­ triebssicherheit.

Dieser Stand der Technik findet sich z. B. in der Zeitschrift Industrieanzeiger Nr. 38 vom 12. 5. 1982/104. Jg. Seiten 16-19.

Die Erfindung geht von den letztgenannten Spindelpressen mit Zahnradantrieb durch Ölhyraulikmotore aus, das heißt von Spindelpressen mit einem über eine Rutsch-Kupplung mit der Spindel drehverbundenen Schwungrad und in einer in die obere Traverse des Pressenständers eingelassenen Mutter axialbewegter Spindel, wobei das Schwungrad in einer dem maximalen Pressenhub zuzüglich der Antriebsritzelbreite entsprechenden Breite außenverzahnt ist, die in diesen Zahnkranz eingreifenden mehreren Ritzel von je einem Ölhydraulikmotor bzw. je einem Paar von Ölhydraulikmotoren angetrieben sind, die von mehreren Pumpen mit Drucköl versorgt werden, und wobei die Ölhydraulikmotoren mit den Ritzeln auf einer die obere Traverse des Pressenständers umgebenden Plattform angeordnet sind, und verfolgt das Ziel, den baulichen Aufwand dieser Spindelpressen bei gleichzeitiger Erhöhung der Betriebssicherheit zu verringern.

Zur Erreichung dieses Ziels wird erfindungsgemäß jedem einem Ritzel zugeordneten Ölhydraulikmotor bzw. Paar von Ölhydraulik­ motoren auf der Plattform eine von je einem Elektromotor angetriebene regelbare und in der Förderrichtung umkehrbare Pumpe zugeordnet.

Der Vorteil ist zwar erkauft durch eine höhere elektro­ motorische Antriebsleistung, da der durch den Hydraulikspeicher bei der bisherigen Antriebsart mit zentraler Ölversorgung mögliche weitgehende Belastungsausgleich entfällt. Dennoch ist der beim reinelektrischen Antrieb elektrisch bedingte Nachteil (besonders hohe Belastungsspitzen, zusätzliche Installationen zu deren Begrenzung, Blindleistungen der Motore) und der bauliche Nachteil der durch den elektrischen Antrieb bedingten Spindellagerung vermieden und hinsichtlich der Betriebssicherheit beim ölhydraulischen Antrieb ist der durch die Anordnung weiterer hydraulischer Bauteile (Öl­ pumpen und Steuermittel zu jedem einem Ritzel zugeordneten Ölmotor oder Paar von Ölmotoren) scheinbare Nachteil durch den Wegfall der Hochdruck-Ölleitungen, insbesondere der die Bewegungen der Presse ausgleichenden flexiblen Abschnitte derselben weit mehr als ausgeglichen. Insgesamt gesehen überwiegen die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung gegen­ über den Lösungen nach dem Stand der Technik.

Als den Ritzeln zugeordnete Ölhydraulikmotoren sind Axial­ kolbenmotoren besonders geeignet, da sie einen geringen Außendurchmesser erfordern, daher gleichachsig mit den Ritzeln angeordnet und ohne Zwischengetriebe mit den Ritzeln verbunden sein können. Es können auch ge­ eignete Ölpumpen und Ölmotore anderen Bauprinzips verwendet werden. Anstatt im bevorzugten geschlossenen Kreislauf ge­ mäß Ausführungsbeispiel können der Ölmotor 26 und die Öl­ pumpe 27 auch in offenem Kreislauf betrieben werden.

An sich ist es möglich, die die obere Traverse des Pressen­ ständers umgebende Plattform sogleich als Vorrats- und Kühl­ behälter für das Öl auszubilden. Zur Erhöhung der Betriebs­ sicherheit wird jedoch gemäß einem weiteren Merkmal der Er­ findung die Plattform als eine die obere Traverse umgebende Wanne ausgebildet, die die Vorrats- und Kühlbehälter, die Filter für das Öl sowie die Steuermittel im Ölkreislauf auf­ nimmt und als Leckageraum für die gesamte Ölmenge im Ölkreis­ lauf bemessen und ausgebildet ist.

Eine kompakte Bauweise und eine Erhöhung der Betriebssicher­ heit ergibt sich ferner, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung jeder Axialkolbenmotor der, oder jedes Paar von Axialkolbenmotoren das einem Ritzel zugeordnet ist, und die je eine von einem Elektromotor angetriebene, regelbare und in der Förderrichtung umkehrbare Pumpe in einem ge­ schlossenen Kreislauf angeordnet sind, der auch die Steuer­ mittel für Speisedruck sowie mehrfach wählbaren Druck, der in einer Stufe als Bremsdruck regelbar ist, einschließt und der an eine Auffüllpumpe angeschlossen ist.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 die Spindelpresse in teilweise geschnittener Vorderansicht,

Fig. 2 in Seitenansicht und

Fig. 3 in Aufsicht, während die

Fig. 4 einen Ausschnitt des Hydraulikschemas zeigt.

Der Ständer 1 der Spindelpresse ist gebildet aus einer unteren, zu­ gleich den Pressenfuß bildenden Traverse 2 und einer oberen Traverse 3, den Säulen 4 und den vier die Traversen 2 und 3 und die Säulen 4 verbindenden vorgespannten Zugankern 5 mit ihren Spannköpfen 6. Von den Säulen 4 geführt ist der senk­ recht bewegliche Schlitten 7 der die obere Hälfte eines nicht dargestellten Schmiedegesenks trägt, dessen untere Hälfte auf der Tischfläche 8 der unteren Traverse 2 be­ festigt ist. Bewegt wird der Schlitten 7 von einer Spindel 9, die drehbar in einer in die obere Traverse 3 des Pressen­ ständers 1 eingelassenen Mutter 10 einsitzt. In axialer Richtung stützt sich die Mutter 10 einerseits über Bund­ flächen in der entsprechend abgesetzten Bohrung in der Tra­ verse 3 ab und ist andererseits von einem Ring 11 gehalten, der an der Traverse 3 befestigt ist. Ferner ist eine nicht dargestellte Drehsicherung der Mutter 10 in der Traverse 3 vorhanden. Der Kopf 12 am unteren Ende der Spindel 9 ist mit dem Schlitten 7 drehbeweglich aber axialfest durch ein doppelwirkendes Axiallager 13 verbunden. Auf dem Zapfen 14 des Spindelschafts 15 ist eine Kupplungsscheibe 16 befestigt, die reibschlüssig mit einem Schwungrad 17 verbunden ist, wozu die Kupplungsscheibe 16 zwischen der Nabe 18 des Schwung­ rades 17 und einem Druckring 19 durch Spannbolzen 20 einge­ spannt ist. Das reibschlüssig übertragbare Drehmoment ist durch Einstellung der Spannung von Federpaketen 21 an den Spannbolzen 20 einstellbar. Der Kranz 22 des Schwungrades 17 ist über seine gesamte Breite außenverzahnt und wird über in die Außenverzahnung eingreifende Ritzel 23 angetrieben. Die Ritzel 23 sind zu mehreren auf dem Umfang des Zahn­ kranzes 22 angeordnet, im Ausführungsbeispiel sechs Ritzel 23, wie dies die Fig. 3 erkennen läßt. Gelagert sind die Ritzel 23 in Lagerstühlen 24, die von einer Plattform 25 getragen sind, die die obere Traverse 3 des Pressenständers 1 umgibt. Jedes Ritzel 23 wird von Axialkolbenmotoren, einem ober­ halb des Ritzels angeordneten Axialkolbenmotor 26o und einem unterhalb des Ritzels 23 angeordneten Axialkolben­ motor 26u angetriebem. Die Breite des Zahnkranzes 22 ist so bemessen, daß die Ritzel 23 bei vollem Hub der Spindel 9, den der Zahnkranz 22 mitvollzieht, jeder­ zeit voll in Eingriff mit der Außenverzahnung des Kranzes 22 sind.

Gespeist werden die jeweils einem der Ritzel 23 zugeordneten Axialkolbenmotore 26o und 26u von jeweils einer Ölpumpe 27, die ihrerseits von jeweils einem Elektromotor 28 ange­ trieben ist, wobei der Lagerstuhl 24 je eines Ritzels 23 gleichzeitig die Axialkolbenmotore 26o und 26u, die Öl­ pumpe 27 und den Elektromotor 28 trägt, die diesem Ritzel 23 zugeordnet sind. Jede Ölpumpe 27 ist in ihrem Förder­ druck und ihrer Fördermenge regelbar und in ihrer Förder­ richtung umkehrbar. Über zwei parallele Leitungen 29 ist jede Ölpumpe 27 mit einem die Steuermittel enthaltenden Steuerblock 30 verbunden der seinerseits wieder über je zwei parallele Leitungen 31 mit dem zugehörigen oberen und unteren Axialkolbenmotor 26 verbunden ist. Mit 32 ist ein bzw. sind Behälter zur Bevorratung, Kühlung und Filterung von Öl bezeichnet, aus dem oder denen Öl zur Auffüllung der Kreisläufe entnommen und von dem oder denen aus den Kreisläufen ablaufendes Öl aufgefangen wird. Es kann jedem Kreislauf ein eigener Ölbehälter 32 zugeordnet sein oder es können die Kreisläufe einer Pressenhälfte oder die sämtlichen Kreisläufe einen gemeinsamen Ölbehälter 32 haben. Die Plattform 25 ist als Wanne 33 mit inneren Sei­ tenwänden 33i, äußeren Seitenwänden 33a und dem Boden 33b ausgebildet, wobei die Wanne 33 die gesamte Ölhydraulik unterfängt und zur Aufnahme der gesamten im Ölkreislauf vorhandenen Ölmenge ausreichend bemessen ist.

Weitere Einzelheiten des Antriebes sind anhand des Hydrau­ likschemas in Fig. 4 beschrieben. Die Spindel 9 und das mit ihr verbundene Schwungrad 17 mit dem Zahnkranz 22 wird über mehrere - im Beispiel nach den Fig. 1 bis 3 - über sechs Ritzel 23 angetrieben, von denen in Fig. 4 nur eines dargestellt ist. Der Antrieb erfolgt für jedes Ritzel 23 von einem Paar von Axialkolbenmotoren oder - wie in Fig. 4 dargestellt - von einem Axialkolbenmotor 26. Gespeist wird der Axialkolbenmotor 26 von der Ölpumpe 27, die von dem Elektromotor 28 angetrieben ist. Mit der Umkehrung der Förderrichtung der Pumpe 27 kehrt sich auch die Drehrichtung des Axialkolbenmotors 26 um, der in der einen Drehrichtung die Abwärtsbewegung der Spindel 9 zum Arbeitshub und in der anderen Drehrichtung die Aufwärtsbewegung der Spindel 9 zur Rückkehr in die Ausgangslage bewirkt. Der Elektromotor 28 läuft während der Beschleunigungsphasen zur Abwärtsbewegung und Aufwärtsbewegung der Spindel 9 mit annähernd konstanter Leistung und konstanter, einen hohen elektrischen Wirkungs­ grad des Motors 28 sichernder Drehzahl. Die konstante Motor­ leistung wird von der als Drehmomentwandler arbeitenden Öl­ pumpe 27 umgesetzt und voll genutzt. Die Ölpumpe 27 ist hier­ zu mit einer Druckmessung 35 und einem in Abhängigkeit vom Druck über eine Steuerung 36 betätigten Stellantrieb 37 ver­ sehen, der bei einer Axialkolbenpumpe, die hier vorzugs­ weise zur Anwendung kommt, die Schwenkung der Kolbenachsen zur Antriebsachse bewirkt. Das Ausmaß der Schwenkung ist für den Arbeitshub und den Rückhub der Spindel 9 auf einen der jeweils gewünschten Spindeldrehzahl entsprechenden Schwenkwinkel begrenzt, der die Fördermenge der Pumpe 27 bei konstanter Drehzahl des Elektromotors 28 bestimmt. Als Stellantrieb 37 dient eine Kolben-Zylinder-Anordnung, deren Beaufschlagung über die Steuerung 36 von einer durch Elek­ tromotor 38 angetriebenen Pumpe 39 in Verbindung mit einem Druckspeicher 40 erfolgt.

Während des Arbeitshubes der Spindel 9, also der Abwärts­ bewegung des Schlittens 7 wird das Schwungrad 17 solange durch den Antrieb beschleunigt, bis es die vorgewählte Drehzahl erreicht, das heißt die für den Schmiedevorgang erforderliche Energie gespeichert hat. Die dieser Dreh­ zahl entsprechende Fördermenge der Pumpe 27 wird dann un­ verändert aufrechterhalten, das heißt auch die Drehzahl des Schwungrades 17. Kurz vor dem Aufschlag der am Schlitten 7 befestigten oberen Gesenkhälfte auf das in der unteren Gesenkhälfte liegende Schmiedestück werden die Leitungen 31 zum Axialkolbenmotor 26 kurzgeschlossen, indem das magnet­ gesteuerte Vierwegeventil 41 aus seiner Ruheposition (wie in Fig. 4 abgebildet) nach links verschoben wird. Während in der Ruhestellung des Vierwegeventils 41 eine dieses Vierwegeventil 41 mit einem Druckbegrenzungsventil 42 ver­ bindende Leitung 42a abgesperrt ist, so daß sich in dieser Leitung der volle am Druckbegrenzungsventil 42 anstehende und durch das Überdruckventil 42b regelbare Druck (maxi­ maler Betriebsdruck) aufbaut, ist bei dem nach links ver­ schobenen Steuerkolben im Vierwegeventil 41 die Leitung 42a drucklos, so daß das Druckbegrenzungsventil 42 nur gegen den vernachlässigbaren Druck einer hier nicht dargestellten Schließfeder im Druckbegrenzungsventil 42 den Kurzschluß der Leitungen 31 herstellt. Währenddessen wird die Pumpe 27 in ihrer Förderrichtung umgekehrt. Sogleich nach dem Pressen­ schlag kehrt das Vierwegeventil 41 in die Ruhestellung zu­ rück, so daß nunmehr die Spindel 9 in umgekehrter Dreh­ richtung angetrieben und bis auf eine vorgewählte Drehzahl beschleunigt wird. Kurz vor Beendigung des Aufwärtshubes der Spindel 9 wird die Drehzahl der Pumpe 27 und damit die Drehzahl des Schwungrades 17 und der Spindel 9 während des Resthubes der Spindel 9 bis auf Null abgesenkt. Mit dem Ab­ senken der Drehzahl wird der Steuerkolben im Vierwegeventil 41 aus der Ruhestellung nach rechts verschoben und die Lei­ tung 42a mit einem zweiten Druckbegrenzungsventil 43 ver­ bunden. Der durch das Druckbegrenzungsventil 43 regelbare Druck bewirkt über das Druckbegrenzungsventil 42 eine Be­ grenzung des in der Rohrleitung 31 auftretenden Druckes auf den zur Abbremsung des Schwungrades 17 nötigen Brems­ druck.

Die von den Druckbegrenzungsventilen 42 und 43 und dem Vier­ wegeventil 41 bei der Umsteuerung sowie die als Lecköl ab­ fließenden geringen Ölmengen werden durch eine von einem Motor 44 angetriebene Pumpe 45 in den geschlossenen Kreis­ lauf wieder eingespeist. Ein federzentriertes, druckge­ steuertes Dreiwegeventil 46 ist vorgesehen, um den an der Pumpe 27 geforderten Speisedruck sicherzustellen, der durch das Druckbegrenzungsventil 47 reguliert wird. Das Dreiwege­ ventil 46 ist so geschaltet, daß die jeweilige Niederdruck­ seite des geschlossenen Kreislaufes an das Druckbegrenzungs­ ventil 47 angeschlossen ist, wobei die Aufrechterhaltung des Speisedruckes durch die Pumpe 45 gewährleistet ist. Zur Rein­ haltung und Kühlung des Öls wird das aus dem Kreislauf ab­ laufende, sich im Teil 32b des Behälters 32 sammelnde und nach Vorreinigung durch Sedimentation in den Teil 32c des Behälters 32 übergeleitete Öl von einer durch einen Elek­ tromotor 48 angetriebenen Pumpe 49 über Filter 50 und Kühler 51 geleitet und im Teil 32a des Behälters 32 bevorratet.

Claims (4)

1. Spindelpresse mit einem über eine Rutschkupplung mit der Spindel drehverbundenen Schwungrad und in einer in die obere Traverse des Pressenständers eingelassenen Mutter axialbewegter Spindel, wobei das Schwungrad in einer dem maximalen Pressenhub zuzüglich der Antriebsritzelbreite entsprechenden Breite außenverzahnt ist, die in diesen Zahnkranz eingreifenden mehreren Ritzel von je einem Ölhydraulikmotor, bzw. je einem Paar von Ölhydraulik­ motoren angetrieben sind, die von mehreren Pumpen mit Drucköl versorgt werden und wobei die Ölhydraulikmotoren mit den Ritzeln auf einer die obere Traverse des Pressen­ ständers umgebenden Plattform angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem einem Ritzel (23) zugeordneten Ölhydraulikmotor (26) bzw. Paar von Ölhydraulikmotoren (26o, 26u) auf der Plattform (25) eine von je einem Elektromotor (28) ange­ triebene regelbare und in der Förderrichtung umkehrbare Ölpumpe (27) zugeordnet ist.

2. Spindelpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ölhydraulikmotore Axialkolbenmotore (26, 26o, 26u) vorgesehen sind.

3. Spindelpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattform (25) als eine die obere Traverse (3) des Pressenständers (1) umgebende Wanne (33), die die Vorratsbehälter (32), die Kühler (51), die Filter (50) für das Öl sowie die Steuermittel (30) im Ölkreislauf aufnimmt und als Leckageraum für die gesamte Ölmenge im Ölkreislauf ausgebildet ist.

4. Spindelpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der einem Ritzel (23) zugeordnete Ölhydraulikmotor (26) bzw. das einem Ritzel (23) zugeordnete Paar von Ölhydrau­ likmotoren (26o, 26u) und die zugehörige regelbare, in ihrer Förderrichtung umkehrbare Pumpe (27) in einem geschlossenen Kreislauf angeordnet sind, dessen parallele Leitungsverbindungen (29, 31) einen Steuerblock (30) zwischen ihren der Pumpe zugeordneten Abschnitten (29) und ihren dem Ölhydraulikmotor (26) bzw. dem Paar von Ölhydraulikmotoren (26o, 26u) zugeordneten Abschnitten (31) einschließen, der über ein Vierwegeventil (41) wahlweise den Arbeitsdruck über ein Druckbegrenzungsventil (42) mit Überdruckventil (42b) regelt, den Bremsdruck über ein Druckbegrenzungsventil (43) regelt oder die parallelen Leitungsverbindungen (29, 31) kurzschließt, und der über ein Dreiwegeventil (46) mit Druckbegrenzungsventil (47) den Speisedruck an der Pumpe (27) regelt.