DE3915263A1 - Spindelpresse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spindelpresse mit einem Pres­ sengestell, einem in der gleichen Drehrichtung ununter­ brochen umlaufenden Schwungrad, einer zwischen dem Schwungrad und der Spindel angeordneten druckmittelbetä­ tigbaren Kupplung, die nur während des Abwärts- und teilweise während des Arbeitshubes eine Verbindung zwi­ schen dem Schwungrad und der Spindel herstellt, einer in dem Stößel befindlichen, mit der Spindel zusammenwirken­ den Spindelmutter, einer Einrichtung zur Zurückbewegung des Stößels und einem zwischen dem Stößel und dem Ober­ werkzeug durch ein Kolben- und ein Zylinderteil ausgebil­ deten, mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Druckraum, mit einer Zu- und einer Ableitung.

Eine Spindelpresse mit dem zuvor erwähnten Druckraum ist beispielsweise aus der DE-PS 26 30 994 bekannt. Bei dieser bekannten Spindelpresse dient der mit Hydraulik­ flüssigkeit gefüllte Druckraum als Überlastsicherung. In der Ableitung des Druckraumes ist ein Ventil angeordnet, das bei einem bestimmten Druck öffnet. Solch eine Über­ lastsicherung wird in der Regel nur für weggebundene Pressen eingesetzt, für den normalen Betrieb wie auch als Maschinensicherung bei einer Werkzeugblockierung. Bei Pressen der oben näher bezeichneten Gattung ist jedoch der untere Umkehrpunkt des Stößels nicht festge­ legt. Eine Blockierung kann deshalb nicht eintreten.

Die Kupplung zwischen dem Schwungrad und der Spindel, die den Stößel bewegt, bewirkt, daß der Stößel nach kurzer Anlaufphase seine Maximalgeschwindigkeit erreicht und den Umformvorgang ohne nennenswerten Geschwindig­ keitsabfall durchläuft. Nach der Umformung wird die Spindel von dem Schwungrad getrennt. Die Spindel allein, mit ihrer vergleichsweise sehr kleinen Schwungmasse kann sehr schnell ihre Drehrichtung umkehren und den Rückhub einleiten/ermöglichen. Hierdurch ergibt sich gegenüber anderen Spindelpressen, bei welchen vergleichsweise große Massen bei einem Umkehrvorgang bewegt werden, eine sehr kurze Umformzeit. Diese kurze Umformzeit ist auch in sehr vielen Anwendungsfällen vorteilhaft. Bei gewis­ sen Anwendungsfällen, insbesondere kompliziert geformten Werkstücken, bei denen bei einem Umformvorgang der Werk­ stoff eine gewisse Fließzeit benötigt, ist jedoch eine längere Umformzeit erwünscht, ohne daß auf die Vorteile einer Spindelpresse der eingangs bezeichneten Gattung verzichtet werden soll.

Ausgehend von dem zuvor aufgezeigten Stand der Technik stellt sich der Erfindung die Aufgabe, eine Spindelpres­ se mit einer durch Kupplung mit einem ununterbrochen umlaufenden Schwungrad durchgeführten Stößelbewegung anzugeben, bei welcher die Umformzeit beeinflußbar ist.

Diese Aufgabe ist bei der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Zu- bzw. Ablei­ tung des Druckraumes mit einem über einen bei maximaler Pressenkraft entstehenden Druck ausgelegten Ventilver­ schluß ausgebildet ist und daß die Hydraulikflüssigkeit durch Einstellen eines Zulaufdruckes vorspannbar ist. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß die vorhandene, wenn auch an sich vergleichsweise geringe Kompressibili­ tät der Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise eines Hy­ drauliköls, genutzt werden kann, um bei Spindelpressen der in Rede stehenden Art, die mit hohen Kräften arbei­ ten, beispielsweise in einem Nennpreßkraftbereich von 4 bis über 60 MN, die Dauer der Umformzeit zu beeinflus­ sen. Der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte Druckraum wird gleichsam als Feder genutzt. Über die Einstellung des Druckes in dem Druckraum, die Vorspannung der Hydrau­ likflüssigkeit, wird die Federcharakteristik beeinflußt. Durch eine hohe Vorspannung kann eine geringe Spreizung der Umformzeit erzielt werden (geringer zusätzlicher Federweg), durch eine geringe Vorspannung eine hohe Spreizung der Umformzeit (großer zusätzlicher Federweg). Eine weitere Beeinflussung kann durch ein verschieden großes Volumen des Druckraumes erreicht werden. Hierzu sieht die Erfindung vor, daß der Druckraum mit einem aus einem Kolben- und einem Zylinderteil gebildeten Einstell­ raum kommuniziert. Der Kolben in dem Zylinder kann ver­ schoben werden, um das Volumen des Druckraumes zu vergrö­ ßern oder zu verkleinern. Ein großes Volumen ermöglicht einen relativ großen zusätzlichen Federweg, ein kleines Volumen nur einen relativ geringen zusätzlichen Feder­ weg. Insgesamt läßt sich so in Analogie zu einer Feder in dem Druckraum die Federkonstante, der Federweg und eine maximale Federkraft einstellen. Bei einem Umformvor­ gang mit einer Spindelpresse der eingangs bezeichneten Gattung addiert sich bei dieser Ausgestaltung zu dem Umformweg für das Werkstück und einem vorhandenen Ge­ stellfederungsweg noch der Federweg der Spreizeinrich­ tung. Der Federweg der Spreizeinrichtung soll bei maxima­ ler Einstellung ein Mehrfaches des Gestellfederungsweges betragen. Der bei einem Umformvorgang zu durchfahrene Federungsweg korrespondiert mit der Umformzeit. Ein derart verlängerter Gesamtfederungsweg verlängert auch die Umformzeit. Eine solche Spreizung der Umformzeit bzw. des Umformweges ist wirksam und wesentlich, wenn der Umformweg des Werkstückes relativ klein ist, d.h. eine Größenordnung besitzt, die dem Federweg des Pressen­ gestells etwa entspricht. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Kolbenteil des Ein­ stellraumes über einen Spindeltrieb verstellbar ist. Hiermit wird dem auch im Einstellraum auftretenden bzw. herrschenden hohen Druck Rechnung getragen. Vorteilhaft ist auch, den Druckraum zwischen einer Stößelmutter und dem Stößel auszubilden. Alternativ hierzu kann der Druck­ raum auch zwischen dem Stößel und einer Aufspannplatte für ein Oberwerkzeug ausgebildet sein. Eine weitere Möglichkeit ist dadurch gegeben, den Druckraum zwischen dem unteren Gestelltisch des Pressengestells, auf wel­ chem das Unterwerkzeug angeordnet ist, und einem Gestell­ unterteil auszubilden.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, wie es in den Ansprüchen 7 und 8 beschrieben ist.

Nachstehend ist die Erfindung desweiteren anhand der beigefügten Zeichnung, die jedoch lediglich ein Ausfüh­ rungsbeispiel darstellt, im einzelnen erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht, teilweise geschnitten, einer Spindelpresse;

Fig. 2 eine ausschnittsweise Darstellung aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Darstellung gemäß Fig. 2, mit vergrößer­ tem wirksamen Volumen des Druckraumes;

Fig. 4 ein Diagramm, in welchem die Hubkraft über die Zeit aufgetragen ist, im Vergleich zu einer herkömmlichen Kupplungs-Spindelpresse ohne vorspannbaren Druckraum;

Fig. 5 ein Diagramm, in welchem der Hubweg über die Zeit aufgetragen ist für eine Kupplungsspindel­ presse, mit und ohne erfindungsgemäße Einrich­ tung; und

Fig. 6 ein Diagramm, in dem die Umformkraft über den Umformweg aufgetragen ist, für herkömmliche Verhältnisse und für eine Kupplungs-Spindel­ presse mit vorspannbarem Druckraum, bei zwei verschiedenen Druckraum-Volumina.

Dargestellt und beschrieben ist eine Spindelpresse 1 mit einem Stößel 2, der mittels einer, mit Bezug zu Fig. 1, Spindel 3 zur Durchführung eines Umformvorganges beweg­ bar ist. Der heruntergefahrene Stößel 2 ist mittels Hydraulikzylinder 4 wieder in seine Ausgangslage zurück­ bewegbar. Die Spindel 3 ist über eine Kupplung 5 mit einem Schwungrad 6 koppelbar. Die Kraft bzw. Energie zur Bewegung des Stößels 2 wird aus dem Schwungrad 6 geholt.

Die Spindel 3 ist in einer Spindelmutter 7 gelagert, die in dem Stößel 2 aufgenommen ist.

Am unteren Ende des Stößels 2 ist eine Aufspannplatte 8 für ein Oberwerkzeug angeordnet. Die genannten Elemente sind in einem Pressengestell 9 aufgenommen, das ein Pressenunterteil 9′ ausbildet. Auf einem unteren Tisch 10, der auf dem Gestellunterteil 9′ aufliegt, ist bei einem Umformvorgang ein Unterwerkzeug aufgenommen. Ledig­ lich angedeutet ist eine Auswerfereinrichtung 11, die auch, zusätzlich, in dem oberen Pressenteil vorgesehen sein kann.

Aus Fig. 1 ist auch ersichtlich, daß der Druckraum 14 zwischen der Spindelmutter 7 und dem Stößel 2 ausgebil­ det sein kann oder auch zwischen dem Stößel 2 und einer Aufspannplatte ausgebildet sein kann. Bei der Darstel­ lung gemäß Fig. 1 sind beide Möglichkeiten verwirklicht. Sie können auch je einzeln verwirklicht sein.

Wie sich insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ergibt, ist unterhalb der Spindelmutter 7 ein Kolbenteil 12 angeordnet, das sich in einem Zylinderteil 13 befindet, das durch den Stößel 2 gebildet ist. Zwischen der unte­ ren Stirnfläche 12′ des Kolbenteils 12 und einer zugeord­ neten Fläche 13′ des Zylinderteils 13 ist ein Druckraum 14 ausgebildet, der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Der Druckraum 14 wird durch eine Zuleitung 15 ge­ füllt. Durch den Druck der Zuleitung 15, der beispiels­ weise über eine druckeinstellbare Pumpe einstellbar ist, wird der in dem Druckraum 14 befindlichen Hydraulikflüs­ sigkeit eine bestimmte Vorspannung gegeben.

Beispielsweise können jeweils unten und oben vier Kolben 12 zwischen dem Stößel 2 und der Aufspannplatte 8 ange­ ordnet sein.

In der Zuleitung 15, die auch gleichzeitig die Ableitung bilden kann, ist ein Rückschlagventil 16 angeordnet. Das Rückschlagventil 16 ist auf einen Druck ausgelegt, der den maximal in den Druckraum 14 bei höchster Pressen­ kraft entstehenden Druck übersteigt.

Kommunizierend mit dem Druckraum 14 ist ein Einstellraum 17 ausgebildet, der bei dem Ausführungsbeispiel gleich­ falls in dem Stößel 2 ausgeformt ist. Der Einstellraum 17 ist im einzelnen aus einem Zylinderteil 18 gebildet und einem Kolbenteil 19. Das Kolbenteil 19 ist über einen Spindeltrieb 20 in dem Zylinderteil 18 verschieb­ bar. Hierdurch kann der Einstellraum 17 und damit auch der Druckraum 14, der mit dem Einstellraum 17 kommuni­ ziert, in seinem Volumen verändert werden. Fig. 3 zeigt eine Darstellung mit vergrößertem Volumen. Bei den Ein­ stellungen gemäß Fig. 2 und Fig. 3 ist jedoch der Spalt s - im unbelasteten Zustand - jeweils gleich.

Das Kolbenteil 12 liegt oberseitig an einer Stirnfläche der Spindelmutter 7 an. Er ist oberseitig als offener Zylinder ausgebildet. Die Spindelmutter ist an ihren anderen durch einen auf dem Stößel verschraubten Flansch gefaßt.

Durch die Veränderbarkeit des Vorspanndruckes der Hydrau­ likflüssigkeit in dem Druckraum 14 sowie auch durch die Veränderbarkeit des Volumens des Druckraumes 14 läßt sich die Hubzeit und der Hubweg der Spindelpresse beein­ flussen, wie dies im einzelnen nachstehend anhand der Diagramme gemäß den Fig. 4 bis 6 erläutert ist.

In Fig. 4 ist der Hubweg über die Hubzeit aufgetragen, für eine herkömmliche Kupplungs-Spindelpresse ohne den hier beschriebenen Druckraum, im Vergleich zu einer herkömmlichen Spindelpresse mit größeren, beschleunigten Massen.

Fig. 5 zeigt den Ausschnitt IV aus Fig. 4, in vergrö­ ßerter Darstellung. Hier ist der Hubweg über die Zeit aufgetragen für eine herkömmliche Kupplungs-Spindelpres­ se und für eine Kupplungs-Spindelpresse mit einem Druck­ raum, wie er zuvor im einzelnen beschrieben worden ist. Es ist ersichtlich, daß sich bei der Zwischenschaltung des Druckraums der Hubweg verlängert, und zwar um den Betrag f _s , der dem durch die Spreizung aufgrund des Druckraumes gewonnenen Federweg entspricht. Bei der her­ kömmlichen Kupplungs-Spindelpresse setzt sich der Hubweg lediglich aus dem Umformweg des Werkstückes Uw und dem Federweg des Gestells fG, zusammen. Bei der hier be­ schriebenen Spindelpresse mit dem eine Spreizung der Umformzeit ermöglichenden Druckraum addiert sich zu diesen Federwegen der erwähnte Federweg der Spreizein­ richtung fS. Dies hat zur Folge, bei insgesamt ver­ größertem Hubweg, bei dem ein Kontakt mit dem Werkstück gegeben ist, daß sich die Umformzeit verlängert von einer Zeit T 1 für eine herkömmliche Kupplungs-Spindel­ presse ohne Druckraum zu einer Zeit T 2 bei einer Kupp­ lungs-Spindelpresse mit Kissen. Hierbei kann die Zeit T 2 zwischen einer Zeit, die der Zeit T 1 entspricht und einer Zeit T 2 mittels der Parameter Vorspannung und Volumen des Druckraumes stufenlos eingestellt werden. Insgesamt bewegen sich die Zeiten T 1 und T 2 im Bereich von Millisekunden.

In Fig. 6 ist die Umformkraft über den Umformweg aufge­ tragen. Die Kurve K 1 mit dem Endpunkt S 1 entspricht dem Umformweg, wie er für das Werkstück alleine erforderlich ist. Aufgrund der gegebenen Gestellauffederung ergibt sich die Kurve K 2 mit dem Endpunkt S 2. Die Kurve K 2 stellt den Verlauf der Umformkraft über den Umformweg bei einer herkömmlichen Kupplungs-Spindelpresse dar. Die Kurve K 2′ entspricht dem Verlauf der Umformkraft über den Umformweg bei einem zwischengeschalteten, mit Hydrau­ likflüssigkeit gefüllten Druckraum, mit einem relativ kleinen Volumen. Da bei den hier betrachteten Spindel­ pressen beispielsweise maximale Drücke in dem Druckraum von etwa 500 bar auftreten, liegt ein relativ geringer Vorspanndruck bei etwa bis zu etwa 50 bar. Die Kurven K 2′, K 2′′ geben den Verlauf bei einem hohen Vorspann­ druck an. Der hohe Vorspanndruck kann beispielsweise 400 bis 500 bar betragen. Die Kurve K 2′ bezieht sich dabei auf ein vergleichsweise kleines Druckraumvolumen, die Kurve K 2′′ auf ein vergleichsweise großes Druckraumvolu­ men.

Bei der Kurve K 2′ ergibt sich ein Umformweg entsprechend S 3.1, bei der Kurve K 2′′ ein Umformweg entsprechend S 3.2. Die Kurve K 2′′′ gibt qualitativ den Verlauf der Umform­ kraft über den Umformweg für einen Druckraum mit niedri­ gem Vorspanndruck wieder, während die Kurve K 2′′′′ den Umformweg bei einem solchen mit großem Volumen wieder­ gibt. Die entsprechenden Umformwege sind durch S 3.3 und S 3.4 gekennzeichnet. Hierbei bezieht sich die Kurve K 2′′′ auf ein vergleichsweise kleines Druckraumvolumen und die Kurve K 2′′′′ auf ein vergleichsweise großes Druckraumvolumen.

Es ist ersichtlich, daß nicht nur der Betrag des zusätz­ lichen Federwegs bzw. der Spreizung eingestellt werden kann, über das Volumen, sondern auch der Zeitpunkt bzw. die Umformkraft, bei welchem/welcher der zusätzliche Federweg wirksam wird. Letzteres nämlich durch die Vor­ spannkraft, wodurch beeinflußt werden kann, ob der zu­ sätzliche Federweg bereits bei einer Kraft F 1 oder erst bei einer Kraft F 2 (vgl. auch hierzu Fig. 5) wirksam wird.

Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung von Bedeutung sein.

Claims (8)

1. Spindelpresse (1) mit einem Pressengestell (9), einem in der gleichen Drehrichtung ununterbrochen umlaufenden Schwungrad (6), einer zwischen dem Schwungrad (6) und einer Spindel (3) angeordneten druckmittelbetätigbaren Kupplung (5), die nur während des Abwärts- und teilweise während des Arbeitshubes eine Verbindung zwischen dem Schwungrad (6) und der Spindel (3) herstellt, einer in einem Stößel (2) aufgenommenen, mit der Spindel (3) zusammenwirkenden Spindelmutter (7), einer Einrichtung (4) zur Zurückbewegung des Stößels (2) und einem zwi­ schen dem Stößel und dem Oberwerkzeug durch ein Kolben- und ein Zylinderteil ausgebildeten, mit Hydraulikflüssig­ keit gefüllten Druckraum, mit einer Zu- und einer Ablei­ tung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- bzw. Ableitung (15) mit einem über einen bei maximaler Pressenkraft entstehenden Druck ausgelegten Ventilverschluß (16) ausgebildet ist und daß die Hydraulikflüssigkeit durch Einstellen eines Zulaufdruckes vorspannbar ist.

2. Spindel, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druckraum (14) mit einem aus einem Kolben (19)- und einem Zylinderteil (18) gebildeten Einstellraum (17) kommuniziert, zur einstellbaren Verän­ derung des Druckraumvolumens.

3. Spindelpresse, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenteil (19) des Einstellraumes (17) über einen Spindeltrieb (20) verstellbar ist.

4. Spindelpresse, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (14) zwischen der Spindelmutter (7) und dem Stößel (2) ausgebildet ist.

5. Spindelpresse, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (14) zwischen dem Stößel (2) und einer Aufspannplatte ausgebildet ist.

6. Spindelpresse, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (14) zwischen einem unteren Werkzeug­ tisch und einem Gestellunterteil ausgebildet ist.

7. Verfahren zum Betreiben einer Spindelpresse, die ein Pressengestell aufweist, mit einem in der gleichen Dreh­ richtung ununterbrochen umlaufenden Schwungrad, einer zwischen dem Schwungrad und einer Spindel angeordneten druckmittelbetätigbaren Kupplung, die nur während des Abwärts- und teilweise während des Arbeitshubes eine Verbindung zwischen dem Schwungrad und der Spindel her­ stellt, einer in einem Stößel befindlichen, mit der Spindel zusammenwirkenden Spindelmutter, eine Einrich­ tung zur Zurückbewegung des Stößels und einem zwischen dem Stößel und dem Oberwerkzeug durch ein Kolben- und ein Zylinderteil ausgebildeten, mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Druckraum, mit einer Zu- und einer Ableitung, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum zur Erzielung einer Spreizung eines Umformweges bzw. einer Umformzeit auf einen in Abhängigkeit von der gewünschten Spreizung zu wählenden Druck vorgespannt wird.

8. Verfahren, zum Betreiben einer Spindelpresse, insbe­ sondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum auf ein in Abhängigkeit von der gewünschten Spreizung zu wählendes Volumen einstellbar ist.