DE3935011C2 - Antrieb für mechanische Pressen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für mechanische Pressen, insbesondere zum Umformen von Blech bei hohen Hubzahlen.

Nach DD 220 487 A1 ist ein Antrieb für mechanische Pressen bekannt, bei dem die Anpassung der Stößelge­ schwindigkeit an die technologischen Bedingungen in bestimmten Hubbereichen durch eine zweistufige Ge­ triebeanordnung zwischen Antrieb und Stößel, bestehend aus einem Leerlaufgetriebe und einem Lastgetriebe, erreicht wird. Das Lastgetriebe ist als Kurvenkoppel­ getriebe ausgeführt, bestehend aus einer mit dem An­ triebsrad verbundenen Kurbel und einem zweiteiligen Schiebepleuel, dessen beide Teile zueinander teles­ kopartig in ihrer Länge verschiebbar gelagert sowie während der Arbeitsphase auf einem aus zwei sich auf­ einander abwälzenden Kurvensegmenten bestehenden Kur­ vengelenk abgestützt sind. Bei dieser Lösung ist durch die starre Gestaltung des Bewegungsablaufes eine An­ passung an die jeweilige Ziehtiefe der zu fertigenden Teile nicht gegeben. Weiterhin ist die Herstellung dieser Lösung sehr aufwendig, da die Kurvenkoppelge­ triebe einen hohen mechanischen Aufwand beanspruchen.

Das Ziel der Erfindung ist es, die Werkstücksqualität zu verbessern, den umformverfahrensbedingten Lärm zu senken und durch die dadurch mögliche Erhöhung der Pressenhubzahl die Ausstoßleistung zu steigern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit möglichst geringem technischen Aufwand einen Pressenantrieb zu schaffen, der bei hohen Hubzahlen eine geringe Auf­ treffgeschwindigkeit beim Schließen des Werkzeuges realisiert, wobei die reduzierte Geschindigkeit des Pressenantriebes vor der Durchführung des Umformens wirksam wird und an die unterschiedlichen Ziehtiefen der jeweiligen Preßwerkzeuge anpaßbar ist. Erfindungsgemäß wird das durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen Merkmale erreicht. Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung dieser Merkmale ist im Anspruch 2 beschrieben. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, diese Lösung bei Schneidpressen anzuwenden.

Die Lösung wird nachfolgend an einem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 Hybridantrieb am Beispiel eines Zwei-Punkt-Stößels mit Kurbelantrieb,

Fig. 2 Bewegungsphasen des Hydraulikantriebes in Ab­ hängigkeit von der Kurbelstellung des Werkzeuges - dar­ gestellt in den Lagen 2.1. bis 2.8.,

Fig. 3 Darstellung des Weg- und Geschwindigkeits­ verlaufes des Stößels in Abhängigkeit von der Kurbelstellung des Pressenantriebes,

Fig. 4 Detaildarstellung aus Fig. 3.

Die Beschreibung des Hybridantriebes erfolgt über den Arbeitszyklus eines Stößelhubes. Dabei ist die Aus­ gangslage der obere Totpunkt (OT) des Kurbelantriebes (Fig. 2 - Lage 2.1.).

Während der mit dem Kurbelantrieb gelenkig gekoppelte Arbeitskolben 1 die oberste Lage einstimmt, befindet sich der Stößel 2 um den Arbeitshub 31 des Hydraulik­ antriebes tiefer und stützt sich mechanisch auf dem Arbeitskolben 1 im oberen Druckmittelraum 3 ab. Der Arbeitskolben 1 ist als Differenzkolben ausgebildet mit der kleineren oberen Druckmittelwirkfläche 32 und der größeren unteren Druckmittelwirkfläche 33, die sich jeweils über den oberen Druckmittelraum 3 und den unteren Druckmittelraum 4 am Stößel 2 ab­ stützen. Beide Druckmittelräume 3 und 4 sind mit dem Druckmittelbehälter 27 verbunden, dessen Druck­ flüssigkeit pneumatisch vorgespannt ist, wobei der Pneumatikdruck mittels Druckregeleinrichtung 28 unterschiedlich einstellbar ist.

Das Gewicht des Stößels 2, einschließlich Oberwerk­ zeug 26, ist mittels Ausbalancierungszylinder 30 in bekannter Weise ausbalanciert. Die Differenz der oberen und unteren Druckmittelwirkflächen 32 und 33 gewährleistet als Produkt mit dem Druck im Druck­ mittelraum 27 eine Kraft auf den Stößel 2, die bei begrenzter Überausbalancierung dessen untere me­ chanisch begrenzte Lage sichert. In der Verbin­ dungsleitung zwischen unterem Druckmittelraum 4 und Druckmittelbehälter 27 befindet sich parallel an­ geordnet das Rückschlagventil 9, das sperrbare Dros­ selventil 10 und das Druckbegrenzungsventil 11. Das in Sperrstellung befindliche Drosselventil 10, das in Ausflußrichtung aus dem unteren Druckmittelraum 4 sperrende Rückschlagventil 9 und das als Sicherheits­ ventil bei Überdruck im unteren Druckmittelraum 4 fungierende Druckbegrenzungsventil 11 schließen die Druckflüssigkeit im Druckmittelraum 4 ein, so daß keine Relativbewegung zwischen Arbeitskolben 1 und Stößel 2 möglich ist. Der Stößel bewegt sich mit der Geschwindigkeit des Arbeitskolbens 1 abwärts. Mit dem Stößel 2 starr verbunden ist der Teleskop-Zy­ linder 5 mit dem in Bewegungsrichtung des Stößels 2 verschiebbaren Teleskopkolben 6. Die Anschlagstange 8 mit dem Anschlag 7 ist im mit dem Pressengestell gekoppelten Sperrzylinder 12 so verbunden, daß bei Stößelvorlauf der Teleskopkolben 6 durch den Anschlag 7 angetrieben wird. Die Anschlagstange 8 ist im Sperrzylinder 12 hubbeweglich gelagert und kann mittels dem Sperrkolben 17, der mit der Anschlag­ stange 8 verbunden ist, starr eingespannt werden. Die Einspannung erfolgt durch den im Druckmittelraum 34 vorhandenen Druck gegen den verstellbaren Anschlag 18. Der Druckmittelraum 34 ist mit dem Druckmittel­ behälter 14 verbunden, dessen Druckflüssigkeit pneu­ matisch vorgespannt ist. Die pneumatische Vorspannung ist mittels Druckregeleinrichtung 29 variierbar. In der Verbindungsleitung zwischen Druckmittelraum 34 und Druckmittelbehälter 14 sind parallel angeordnet das in Ausflußrichtung vom Druckmittelraum 34 sperren­ de Rückschlagventil 13, das Wegeventil 15 und das als Überlastungsschutz für den Sperrzylinder 12 dienende Druckbegrenzungsventil 16. Der Druckmittelraum 37 des Teleskopzylinders 5 ist einerseits verbunden mit dem oberen Druckmittelraum 3 des Stößels 2 und anderer­ seits mit dem Druckmittelraum 27. Die entsperrbaren Rückschlagventile 20 und 35 in den Leitungen zwischen dem oberen Druckmittelraum 3 und dem Teleskopzylin­ der 5 sowie zwischen dem Teleskopzylinder 5 und dem Druckmittelbehälter 27 sind jeweils sperrend in Rich­ tung des Druckmittelbehälters 27 angeordnet mit wahl­ weiser Entsperrung.

Der Anschlag 7 wird in seiner Höhe in Abhängigkeit von der Stößelverstellung und der Ziehtiefe durch den ver­ stellbaren Anschlag 18 so eingestellt, daß bei vor­ laufendem Stößel 2, und mit diesem der Teleskopzylin­ der 5, einschließlich Teleskopkolben 6, kurz vor Auf­ treffen des Oberwerkzeuges 26 auf dem Werkstück 21 mechanische Berührung zwischen Anschlag 7 und Teles­ kopkolben 6 entsteht (Fig. 2 - Lage 2.2.).

Kurz vor der mechanischen Berührung zwischen Anschlag 7 und Teleskopkolben 6 erfolgt durch die Steuerkurve des Pressenantriebes die Umschaltung des sperrbaren Drosselventils 10 auf Drosselstellung. Die Drossel­ charakteristik des entsperrbaren Drosselventils 10 wird zwangsgesteuert über den Arbeitshub des Hydrau­ likantriebes 31 und verändert eingestellt in Abhängig­ keit von der jeweiligen Umformkraft je Werkzeug, von der Pressenhubzahl und der Ziehtiefe. Die Drossel­ charakteristik über den Hub 31 ist dabei so ausgelegt, daß der Strömungswiderstand der Druckflüssigkeit in der ersten Hubhälfte gering ist und dann bis zur Be­ rührung von Antriebskolben 1 und Anschlagkolben 19 stetig zunimmt.

Der Anschlagkolben 19 steht mit einer hydraulischen Überlastsicherung 36 in Wirkverbindung. Mit Berührungs­ beginn von Anschlag 7 und Teleskopkolben 6 wird bei weiterem Stößelvorlauf und geschlossenem entsperr­ baren Rückschlagventil 20 Druckflüssigkeit aus dem Teleskopzylinder 5 in den oberen Druckmittelraum 3 verdrängt, wodurch der Stößel 2 relativ zum Antriebs­ kolben 1 angehoben wird. Die Differenz der Vorlauf­ geschwindigkeit des Arbeitskolbens 1 und der Rücklauf­ geschwindigkeit des Stößels 2 ist dabei die wirksame Auftreffgeschwindigkeit zwischen Oberwerkzeug 26 und Werkstück 21.

Der Teleskopkolben 6 gewährleistet in Abhängigkeit von seiner Stufung eine weitgehend stetige Volumen­ stromzunahme und damit eine entsprechende Geschwin­ digkeitsänderung des Stößels 2. Er garantiert einen auf die Menge und Zeit bezogenen dosierten Volumen­ strom, der unabhängig von der Pressenhubzahl und Zieh­ tiefe ein konstantes Verhältnis zur jeweiligen Stößel­ geschwindigkeit hat. Dadurch, daß der vorlaufende Stößel 2 selbst als Antrieb für seinen Rückhub fungiert, beschränkt sich die Abstimmung der Auftreffgeschwin­ digkeit auf die Einstellung des Anschlages 7.

Nach dem Auftreffen des Oberwerkzeuges 26 auf das Werkstück 21 (Fig. 2 - Lage 2.3.) wirkt die Kissen­ kraft über die Druckbolzen 23, den Ziehring 22 und das Werkstück 21 dem vorlaufenden Stößel 2 über das Oberwerkzeug 26 entgegen. Von diesem Zeitpunkt an erfolgt das Abbremsen des Stößels 2, der zuvor, relativ zum Arbeitskolben 1, mittels Teleskopkolben 6 in Rückhubrichtung beschleunigt wurde. Die Kissen­ kraft dient als Antriebskraft für die weitere Hub­ bewegung zwischen Arbeitskolben 1 und Stößel 2. Der Druck im unteren Druckmittelraum 4 bestimmt im Zu­ sammenhang mit dem momentanen Öffnungsquerschnitt im sperrbaren Drosselventil 10 den Volumenstrom der Druckflüssigkeit aus diesem zum Druckmittelbehälter 27 und damit die Geschwindigkeit der sich nähernden Ar­ beitskolben 1 und Anschlagkolben 19.

Der Stößel 2 verbleibt kurzzeitig in Ruhe bis die Stößelkraft, als Produkt vom Druck im unteren Druck­ mittelraum 4 und unterer Druckmittelwirkfläche 33, die Kissenkraft übersteigt. Danach bewegt sich das zwischen Oberwerkzeug 26 und Ziehring 22 eingespannte Werkstück 21 um den Abstand zwischen Auftreff- und Umformbeginn 25 weiter (Fig. 2 - Lage 2.4.). Nunmehr wirkt zusätzlich zur Kissenkraft die Umformkraft als Antriebskraft auf den Stößel 2. Wie bei Wirkbeginn der Kissenkraft verbleibt der Stößel 2 kurzzeitig in Ruhe, bis Kraftgleichgewicht zwischen Stößel 2 und den zu­ sätzlich durch das Unterwerkzeug 24 wirkenden Kräfte besteht. Danach nähern sich Antriebskolben 1 und An­ schlagkolben 19 mit abnehmender Geschwindigkeit in­ folge des abnehmenden Drosselquerschnittes im sperr­ baren Drosselventil 10 bis zu deren mechanischen Be­ rührung (Fig. 2 - Lage 2.5.). Von diesem Zeitpunkt an ist der hydraulisch angetriebene Stößelrückzug zur Auftreffstoßdämpfung beendet und die weitere Stößelbewegung wird durch den mechanischen Antrieb des Antriebskolbens 1 bestimmt.

Bei Erreichen der oberen mechanischen Lage des Te­ leskopkolbens 6 bzw. bei Überschreiten des Nenn­ druckes im Teleskopzylinder 5 erfolgt die Umschal­ tung des Wegeventils 15 auf Durchgang und der Sperrkolben 17 verdrängt die Druckflüssigkeit aus dem Druckmittelraum 34 in den Druckmittelbehälter 14. Die Fig. 2 - Lage 2.6. zeigt den Stößel 2 im unteren Totpunkt (UT).

Beim Stößelrückhub nach dem unteren Totpunkt bleibt die Druckflüssigkeit durch das geschlossene Rück­ schlagventil 35 im oberen Druckmittelraum 3 einge­ schlossen, so daß keine Relativbewegung zwischen Arbeitskolben 1 und Stößel 2 stattfindet. Der Teles­ kopkolben 6 und der Sperrkolben 17 werden durch die Drücke in den Druckmittelräumen 27 und 14 in ihre Ausgangslage zurückgedrückt.

In der oberen Hubphase des Stößels (Fig. 2 - Lage 2.7.) werden die Rückschlagventile 35 und 20 entsperrt, so daß der an der unteren Druckmittelwirkfläche 33 an­ greifende und sich am Stößel 2 abstützende Druck die Stößelmasse gegen die Ausbalancierung infolge des Druckflüssigkeitsstromes vom Druckmittelbehälter 27 über das Rückschlagventil 9 in den unteren Druckmittel­ raum 4 in die mechanisch begrenzte tiefste Arbeits­ lage verschiebt (Fig. 2 - Lage 2.8.). Der Stößel 2 be­ findet sich wieder in seiner Ausgangslage für den nächsten Arbeitshub.

Claims (2)

1. Antrieb für mechanische Pressen, insbesondere zum Umformen von Blech bei hohen Hubzahlen, bestehend aus einem Antrieb zur Umwandlung der rotierenden Bewegung der Antriebsräder in eine geradlinige Bewegung des Stößels und aus einem zweiten Bewegungssystem, deren Übertragungsfunktionen während einer bestimmten Phase des Stößelhubes überlagert sind,
gekennzeichnet dadurch,

• - daß der Druckpunkt des Stößels (2) als zweiseitig beaufschlagbarer Arbeitszylinder mit Differenzkol­ ben (1) ausgebildet und ein Teleskopkolben (6) eines vorzugsweise fest im Stößel (2) angeordneten Teles­ kopzylinders (5) vom Pressenantrieb durch einen höhen­ veränderlichen und mit Anschlagstange (8) gekoppelten Anschlag (7) zwangsantreibbar ist,
• - ein Druckmittelraum (37) des Teleskopzylinders (5) mit einem oberen Druckmittelraum (3) des Stößels (2) über ein entsperrbares Rückschlagventil (35), dessen freie Durchflußrichtung zum Druckmittelraum (3) be­ steht, wirkverbunden ist,
• - ein unterer Druckmittelraum (4) des Stößels (2) über ein sperrbares und vom Relativweg des Differenzkol­ bens (1) wegabhängig veränderbares Drosselventil (10) mit einem Druckmittelbehälter (27) wirkverbunden ist und
• - der Druckmittelbehälter (27) mit dem Druckmittelraum (37) des Teleskopzylinders (5) über ein entsperrbares Rückschlagventil (20), dessen freie Durchflußrichtung zum Druckmittelraum (37) besteht, wirkverbunden ist.

2. Antrieb für mechanische Pressen nach Anspruch 1, ge­ kennzeichnet dadurch, daß die Anschlagstange (8) des Teleskopkolbens (6) mittels eines Sperrkolbens (17) in einem im Pressen­ gestell angeordneten Sperrzylinder (12) hubbe­ weglich gelagert ist und mit einem einstellbaren Anschlag (18) in Wirkverbindung steht.