DE3915263C2 - Spindelpresse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spindelpresse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 2.

Bei einer bekannten Spindelpresse, vergleiche DE-PS 16 27 940, ist es bekannt, im Kraftfluß der Spindelpresse einen mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Druckraum anzuordnen und auf eine solche Kraft vorzuspannen, wie es der Nennkraft der Presse entspricht. Der Zweck ist, eine betriebssichere Überlastsicherung zu erhalten, bei der nach Überschreiten der Nennkraft der weitere Kraftanstieg möglichst gering ist. Hingegen soll der Kraft-Weg-Verlauf während eines Umformvorganges hierdurch nicht beeinflußt werden.

Darüber hinaus ist noch auf die DE-PS 26 30 994 hinzuweisen. Auch bei dieser bekannten Spindelpresse dient der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte Druckraum als Überlastsicherung.

Bei einer Spindelpresse der eingangs angegebenen Gattung bewirkt eine Kupplung zwischen dem Schwungrad und der Spindel, die den Stößel bewegt, daß der Stößel nach kurzer Anlaufphase seine Maximalgeschwindigkeit erreicht und den Umformvorgang ohne nennenswerte Geschwindigkeitsabfall 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 gewissen Anwendungsfällen, insbesondere kompliziert geformten Werkstücken, bei welchen bei einem Umformvorgang der Werkstoff 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 aufgezeichneten Stand der Technik stellt sich der Erfindung die Aufgabe, eine Spindelpresse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2 anzugeben, bei welcher die Umformzeit beeinflußt ist.

Diese Aufgabe ist bei der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst. Eine Lösung gibt auch Anspruch 2.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß die vorhandene, wenn auch an sich vergleichsweise geringe Kompressibilität der Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise eines Hydrauliköls, benutzt werden kann, um bei Spindelpressen der in Rede stehenden Art, die mit hohen Kräften arbeiten, beispielsweise in einem Nennpreßkraftbereich von 4 bis über 60 MN, die Dauer der Umformzeit zu beeinflussen. Der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte Druckraum wird gleichsam als Feder genutzt. Über die Einstellung des Druckes in dem Druckraum, die Vorspannung der Hydraulikflüssigkeit, 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 Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 1 oder eine andere Art der Beeinflussung des Druckraumes die für sich, möglich ist, ist in Anspruch 2 angegeben. Ein großes Volumen ermöglicht einen relativ großen zusätzlichen Federweg, ein kleines Volumen nur einen relativ geringen zusätzlichen Federweg. Insgesamt läßt sich so in Analogie zu einer Feder in dem Druckraum die Federkonstante damit, der Federweg und eine Federvorspannkraft einstellen. Bei einem Umformvorgang mit einer Spindelpresse der eingangs bezeichneten Gattung addiert sich bei dieser Ausgestaltung zu dem Umformweg für das Werkstück und einem vorhandenen Gestellfederungsweg noch der Federweg der Spreizeinrichtung. Der Federweg der Spreizeinrichtung soll bei maximaler 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 Werkstrückes relativ klein ist, d. h. eine Größenordnung besitzt, die dem Federweg des Pressengestells etwa entspricht.

Es kann vorgesehen sein, daß das Kolbenteil des Einstellraumes über einen Spindeltrieb verstellbar ist. Hiermit wird dem auch im Einstellraum auftretenden bzw. herrschenden hohen Rechnung getragen. Vorteilhaft ist auch, den Druckraum zwischen einer Stößelmutter und dem Stößel auszubilden. Alternativ hierzu kann der Druckraum 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 welchem das Unterwerkzeug angeordnet ist, und einem Gestellunterteil auszubilden.

Der im Kraftfluß der Spindel angeordnete Druckraum kann im einzelnen beispielsweise zwischen dem Stößel und dem Oberwerkzeug ausgebildet sein, weiter zwischen der Spindelmutter und dem Stößel, zwischen dem Stößel und einer Aufspannplatte sowie zwischen einem unteren Werkzeugtisch und einem Gestellunterteil.

Nachstehend ist die Erfindung des weiteren anhand der beigefügten Zeichnung, die jedoch lediglich ein Ausführungsbeispiel dargestellt, 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 vergrößertem wirksamen Volumen des Druckraumes;

Fig. 4 ein Diagramm, in welchem der Hubweg über die Zeit aufgetragen ist für eine Kupplungsspindelpresse, mit und ohne erfindungsgemäße Einrichtung; und

Fig. 5 ein Diagramm, in dem die Umformkraft über den Umformweg aufgetragen ist, für herkömmliche Verhältnisse und für eine Kupplungs-Spindelpresse mit vorspannbaren Druckraum, bei zwei verschiedenen Druckraum-Volumina.

Dargestellt ist eine Spindelpresse 1 mit einem Stößel 2, der mit Bezug zu Fig. 1 mittels einer Spindel 3 zur Durchführung eines Umformvorganges bewegbar ist. Der heruntergefahrene Stößel 2 ist mittels Hydraulikzylinder 4 wieder in seine Ausgangslage zurückbewegbar. 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.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Druckraum 14 zwischen der Spindelmutter 7 und dem Stößel 2 ausgebildet sein kann oder gemäß Fig. 1 zwischen dem Stößel 2 und einer Aufspannplatte. Die Ausführungen können je einzeln oder gemeinsam verwirklicht sein.

Wie sich 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 unteren Stirnfläche 12′ des Kolbenteils 12 und einer zugeordneten Fläche 13′ des Zylinderteils 13 ist ein Druckraum 14 ausgebildet, der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Der Druckraum 14 wird durch eine Zuleitung 15 gefüllt. Durch den Druck der Zuleitung 15, der beispielsweise über eine druckeinstellbare Pumpe einstellbar ist, wird der in dem Druckraum 14 befindlichen Hydraulikflüssigkeit eine bestimmte Vorspannung gegeben.

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

In der Zuleitung 15 ist ein Rückschlagventil 16 angeordnet. Dieses kann entsperrbar sein oder es ist ein extra Ablaßventil vorhanden, welches während des Umformvorgangs geschlossen bleibt. Das Rückschlagventil 16 ist auf einen Öffnungsdruck ausgelegt, der den maximal in dem Druckraum 14 bei höchster Pressenkraft entstehenden Druck übersteigt.

Kommunizierend mit dem Druckraum 14 ist ein Einstellraum 17 ausgebildet, der bei dem Ausführungsbeispiel gleichfalls 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 verschiebbar. Hierdurch kann der Einstellraum 17 und damit auch der Druckraum 14, der mit dem Einstellraum 17 kommuniziert, in seinem Volumen verändert werden. Fig. 3 zeigt eine Darstellung mit vergrößertem Volumen. Bei den Einstellungen 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. Es ist oberseitig als offener Zylinder ausgebildet. Die Spindelmutter ist an ihrem anderen Ende durch einen auf dem Stößel verschraubten Flansch gefaßt.

Durch die Veränderbarkeit des Vorspanndruckes der Hydraulikflüssigkeit in dem Druckraum 14 sowie auch durch die Veränderbarkeit des Volumens des Druckraumes 14 läßt sich die Hubzeit und der Hubweg der Spindelpresse beeinflussen, wie dies im einzelnen nachstehend anhand der Diagramme gemäß den Fig. 4 und 5 erläutert ist.

In Fig. 4 ist der "Hubweg" über die Zeit aufgetragen für eine herkömmliche Kupplungs-Spindelpresse und für eine Kupplungs-Spindelpresse mit einem Druckraum, wie er zuvor im einzelnen beschrieben worden ist. Dabei ist zum Arbeitshub der Werkzeuge (Umformweg) die Nachgiebigkeit des Druckraumes hinzugefügt. 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 Federweges entspricht. Bei der herkömmlichen Kupplungs-Spindelpresse setzt sich der Hubweg lediglich aus dem Umformweg des Werkstückes U_w und dem Federweg des Gestells f_G, zusammen. Bei der hier beschriebenen Spindelpresse mit dem eine Spreizung der Umformzeit ermöglichenden Druckraum addiert sich zu diesen Federwegen der erwähnte Federweg der Spreizeinrichtung f S. Dies hat zur Folge, bei insgesamt vergrößertem Hubweg, während dessen ein Kontakt mit dem Werkstück gegeben ist, daß sich die Umformzeit verlängert von einer Zeit T1 für eine herkömmliche Kupplungs-Spindelpresse ohne Druckraum zu einer Zeit T2 bei einer Kupplungs-Spindelpresse mit Spreizeinrichtung. Hierbei kann die Zeit T2 zwischen einer Zeit, die der Zeit T1 entspricht und einer Zeit T2 mittels der Parameter Vorspannung und Volumen des Druckraumes stufenlos eingestellt werden. Insgesamt bewegen sich die Zeiten T1 und T2 im Bereich von Millisekunden.

In Fig. 5 ist die Umformkraft über den Umformweg aufgetragen. Die Kurve K1 mit dem Endpunkt S1 entspricht dem Umformweg für das Werkstück alleine. Aufgrund der gegebenen Gestellauffederung ergibt sich die Kurve K2 mit dem Endpunkt S2. Die Kurve K2 stellt den Verlauf der Umformkraft über den Umformweg bei einer herkömmlichen Kupplungs-Spindelpresse dar. Die Kurve K2′ entspricht dem Verlauf der Umformkraft über den Umformweg bei einem zwischengeschalteten, mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Druckraum, mit relativ kleinem Volumen. die Kurve K2′′ auf ein vergleichsweise großes Druckraumvolumen. Die Kurven K2′, K2′′ geben den Verlauf bei einem hohen Vorspanndruck an. Der hohe Vorspanndruck kann beispielsweise 400 bis 500 bar betragen. Die Kurve K2′′ bezieht sich dabei auf ein vergleichsweise kleines Druckraumvolumen.

Bei der Kurve K2′ ergibt sich ein Umformweg entsprechend S3.1, bei der Kurve K2′′ ein Umformweg entsprechend S3.2.

Die Kurve K2′′′ gibt qualitativ den Verlauf der Umformkraft über den Umformweg für einen Druckraum mit niedrigem Vorspanndruck (und kleinem Volumen) wieder, während die Kurve K2′′′′ den Umformweg bei einem solchen (Druckraum mit niedrigem Vorspanndruck) mit großem Volumen wiedergibt. Die entsprechenden Umformwege sind durch S3.3 und S3.4 gekennzeichnet.

Es ist ersichtlich, daß nicht nur der Betrag des zusätzlichen 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 Vorspannkraft, wodurch beeinflußt werden kann, ob der zusätzliche Federweg bereits bei einer Kraft F1 oder erst bei einer Kraft F2 wirksam wird.

Claims (2)

1. Spindelpresse mit einem Pressengestell, einem in der gleichen Drehrichtung ununterbrochenen umlaufenden Schwungrad, einer zwischen dem Schwungrad und der Spindel angeordneten druckmittelbetätigbaren Kupplung, einer in dem Stößel aufgenommenen, mit der Spindel zusammenwirkenden Spindelmutter, einer Einrichtung zur Zurückbewegung des Stößels und einem im Kraftfluß der Spindelpresse angeordneten, mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Druckraum, mit einem Druckanschluß, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckanschluß 15 mit einem Ventil 16 verschlossen ist, das während des Umformvorganges geschlossen bleibt, und daß die Vorspannung der Hydraulikflüssigkeit auf einen solchen Wert voreinstellbar ist, daß sie während des Kraft-Weg-Verlaufes des Umformvorganges an einem änderbaren Punkt desselben überschreitbar ist.

2. Spindelpresse, insbesondere nach Anspruch 1, mit einem Pressengestell, einem in der gleichen Drehrichtung ununterbrochen umlaufenden Schwungrad, einer zwischen dem Schwungrad und der Spindel angeordneten druckmittelbetätigbaren Kupplung, einer in dem Stößel aufgenommenen, mit der Spindel zusammenwirkenden Spindelmutter, einer Einrichtung zur Zurückbewegung des Stößels und einem im Kraftfluß der Spindelpresse angeordneten, mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Druckraum, mit einem Druckanschluß, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckanschluß mit einem Ventil verschlossen ist, das während des Umformvorganges geschlossen bleibt, und daß der Druckraum 14 mit einem aus einem Kolben- (19) und einem Zylinderteil (18) gebildeten Einstellraum (17) kommuniziert, zur einstellbaren Veränderung des Druckraumvolumens.