DE4106639A1 - Hydraulische presse fuer pulverfoermige massen - Google Patents
Hydraulische presse fuer pulverfoermige massenInfo
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- B30B15/161—Control arrangements for fluid-driven presses controlling the ram speed and ram pressure, e.g. fast approach speed at low pressure, low pressing speed at high pressure
Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Presse zum Herstellen von
Preßkörpern aus pulverförmigen Massen, insbesondere aus Metallpulver,
mit einem durch Ventile gesteuerten, doppelt wirkenden
Zylinder/Kolben-System zur Bewegung mindestens eines Pressenbären gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Pressen der genannten Art sind heute vielfach im Einsatz z. B. zur
Herstellung von Preßkörpern aus Metallpulver, die anschließend noch
gesintert werden. Sie können aber auch verwendet werden zur Kalibrierung
von Formteilen. Gemeinsam ist diesen Pressen, daß sie ein formgebendes
Werkzeug mit einer Matrize, mindestens einem Unterstempel und mindestens
einem Oberstempel aufweisen. Die während des Preßzyklus erforderlichen
Stempelbewegungen können z. B. auf rein mechanischem (Kurbelantrieb)
und/oder hydraulischem Wege erzeugt werden. Insbesondere sind positions
und kraftgeregelte Pressen gebräuchlich, bei denen der Oberstempel und
die Matrize über hydraulisch angetriebene Pressenbären bewegt werden.
Zur Senkung der Stückkosten in der Produktion ist man stets bestrebt,
die Zykluszeiten zur Herstellung eines Teils möglichst kurz zu halten.
Für Pressen bedeutet dies die Forderung nach relativ hohen
Geschwindigkeiten beim Verfahren des oder der Pressenbären der Stempel.
Im Hinblick auf die Druckmittelversorgung bei einem diesbezüglichen
hydraulischen Antrieb ergibt sich daraus, daß das Hydraulikpumpemsystem
in der Lage sein muß, sowohl große Mengen des Druckmittels zum
schnellen, lastfreien Verfahren zur Verfügung zu stellen, als auch
kleinere Mengen zum langsamen Verfahren unter hoher Last (Preßkraft) zu
liefern. Um diesen zeitlich sich verändernden Anforderungen gerecht zu
werden, hat man zur Druckmittelversorgung bisher in der Regel
fördermengenverstellbare Hydraulikpumpen eingesetzt. Die Umsteuerung
einer derartigen variablen Pumpe erfordert jedoch einen
Mindestzeitbedarf der bei kurzen Zykluszeiten bestimmend wird. Das
heißt, daß bei schneller laufenden Pressen eine weitere Verkürzung der
Zyklusseite vielfach an der nicht mehr verkürzbaren Reaktionszeit der
variablen Hydraulikpumpe scheitert.
Dieses Hindernis kann man zwar dadurch umgehen, daß man das
Hydraulikpumpensystem überdimensioniert, also von vornherein vorsieht,
daß die Pumpe auch bei höheren Lasten (Drücken) noch relativ große
Fördermengen (hohe Geschwindigkeit) liefern kann. Beispielsweise kann
man eine verstellbare Axialkolbenpumpe hoher Leistung in Verbindung mit
einem Geschwindigkeitsregler für den Preßkolben einsetzen. Im
praktischen Betrieb wird dann vom zur Verfügung stehenden Regelbereich
der Pumpe nur ein relativ kleiner Teil ausgenutzt, weil die Anpassung an
den tatsächlichen Druckmittelbedarf (Druck und Fördermenge) aufgrund zu
kurzer Zykluszeiten nicht schnell genug erfolgen kann.
Überschüssiges unter hohem Druck stehendes Druckmittel muß dann über ein
Überdruckventil in den Hydrauliktank abgeleitet werden. Infolge der
Überdimensionierung entsteht daher nicht nur ein höherer Anlagenaufwand,
sondern es muß beim Pressenbetrieb auch der Nachteil eines an sich
unnötig hohen Energieaufwandes in Kauf genommen werden. Insbesondere
letzteres gilt auch für den Fall, daß anstelle einer regelbaren
Hydraulikpumpe eine Konstantpumpe eingesetzt wird, die sowohl auf die
maximale Förderleistung als auch auf den maximal erforderlichen Druck
ausgelegt ist. In diesem Fall bringt die notwendige Ableitung
überschüssiger Fördermengen in den Hydrauliktank einen noch höheren
Energieverbrauch mit sich.
Eine andere bekannte Lösung zur Vereinbarung der an sich gegenlaufigen
Forderungen nach hohen Geschwindigkeiten aber dennoch für die gleiche
Bewegungsrichtung auch hohen Preßkräften bei gleicher Hydraulikpumpe
sieht den Einsatz von Differentialkolbensystemen für den Antrieb von
Pressenbären vor. Ein Differentialkolbensystem ist ein hydraulischer
Kolbenantrieb, dessen Kolben jeweils wirksame Kolbenflächen für die Hin-
und Herbewegung aufweist, wobei die beiden Kolbenflächen unterschiedlich
groß sind. In der sogenannten Differentialschaltung sind beide wirksamen
Kolbenflächen durch eine entsprechende Ventilsteuerung mit Druckmittel
beaufschlagt und die zugehörigen Zylinderräume hydraulisch miteinander
verbunden. Das bedeutet, daß sich der Kolben mit hoher
Fahrgeschwindigkeit (Eilgang vorwärts) aber geringer Preßkraft in
Wirkrichtung der größeren Kolbenfläche bewegt, weil die hydraulische
Kraft in dieser Richtung größer als in Gegenrichtung ist und
gleichzeitig nur ein relativ kleines Zylindervolumen direkt von der
Hydraulikpumpe gefüllt werden muß, nämlich das der Flächendifferenz der
beiden Kolbenflächen, also dem Kolbenstangenquerschnitt entsprechende
Zylindervolumen.
Zur Erzielung hoher Preßkräfte wird allein der der größeren Kolbenfläche
zugeordnete Zylinderraum an die Druckmittelversorgung angeschlossen. Um in
Gegenrichtung bei geringer Preßkraft eine hohe Fahrgeschwindigkeit
(Eilgang rückwärts) zu erreichen, wird allein die kleinere Kolbenfläche
mit Druck beaufschlagt. Häufig liegt ein Kolbenflächenverhältnis von
1 : 2 vor. Das bedeutet, daß der Eilgang in und gegen Preßrichtung
doppelt so schnell wie der Arbeitsgang ist, aber nur mit der Hälfte der
Preßkraft erfolgt.
Es sind auch Lösungen bekannt, bei denen das Flächenverhältnis etwa
1 : 10 beträgt. In solchen Fällen besteht bei gleichem Druckmittelstrom
ein krasses Mißverhältnis zwischen den möglichen Fahrgeschwindigkeiten
in Preßrichtung (Arbeitsgang und Eilgang vorwärts) und in Gegenrichtung
(Eilgang rückwärts), nämlich ein Verhältnis von 1 : 1, 1 : 10. Um in
dieser Hinsicht eine Verbesserung zu erreichen, ist es auch bekannt, die
Zylinderseite an der großen Kolbenfläche des Differentialkolbensystems
zur Erzielung hoher Fahrgeschwindigkeiten zeitweilig an ein sogenanntes
Vorfüllsystem anzuschließen. Das bedeutet, daß z. B. aus einem unter
einem gewissen Überdruck stehenden Vorratsbehälter in kurzer Zeit
relativ große Mengen Hydraulikflüssigkeit in den Zylinderraum
hineingedrückt werden können. Bei Erreichen der eigentlichen
Arbeitsposition wird dann wieder umgeschaltet auf die alleinige
Druckmittelversorgung durch die Hydraulikpumpe. Allein schon wegen der
benötigten Druckbehälter für den Druckmittelvorrat ist eine solche
Lösung sehr aufwendig.
Ferner ist es bekannt, neben einem Zylinder/Kolben-System
(Arbeitszylinder), das z. B. mit einem nur in Preßrichtung wirkenden
Tauchkolben ausgeführt sein kann und zumindest den weitaus überwiegenden
Teil der gewünschten maximalen Preßkraft erzeugt, weitere kleinere
hydraulische Zylinder/Kolben-Einheiten vorzusehen, die lediglich die
Eilganggeschwindigkeit für den Vor- und Rücklauf des Pressenbären
sicherstellen sollen. Diese kleinen Zylinder/Kolben-Einheiten sind in
der Regel als Differentialkolbensysteme mit einem Flächenverhältnis von
1 : 2 ausgestattet. Da ihr mengenmäßiger Druckmittelbedarf im Vergleich
zum Arbeitszylinder relativ gering ist, können hohe
Eilgeschwindigkeiten erreicht werden, die bei Anwendung der
Differentialschaltung in beiden Fahrtrichtungen sogar gleich hoch sind.
Die Pumpenkapazität wird während einer Eilgangsfahrt in Preßrichtung
nur zur Betätigung der kleinen Zylinder/Kolben-Einheiten und nicht auch
dazu benutzt, um das Volumen des eigentlichen Arbeitszylinders
aufzufüllen. Für letzteres wird der Arbeitszylinder während einer
Eilgangsfahrt in Preßrichtung an einen Vorratsbehälter angeschlossen,
aus dem er entsprechende Mengen an Hydraulikflüssigkeit ansaugen kann.
Man spricht daher auch von "Nachsaugesystemen". Während einer
Eilgangsfahrt "rückwärts" wird das Volumen des Arbeitszylinders wieder
in den Vorratsbehälter zurückgedrückt. Auch bei dieser Lösung ist der
beträchtliche Anlagenaufwand als nachteilig anzusehen.
Schließlich ist es bekannt, zur Realisierung großer
Fahrgeschwindigkeiten in Preß- und in Gegenrichtung bei gleichzeitiger
Wahrung der Möglichkeit zur Erzeugung hoher Preßkräfte im Arbeitsgang
sogenannte Differential-Tauchkolben-Systeme einzusetzen. Ein solches
Differential-Tauchkolben-System ist in Fig. 1 dargestellt. Der
Differential-Tauchkolben 1 ist im Pressengestell 10 angeordnet und weist
eine nach außen geführte Kolbenstange 2 auf, an die ein nicht
dargestellter Pressenbär angekoppelt werden kann.
Für die Aufwärtsfahrt des Kolbens 1 kann über eine Hydraulikzuleitung 9
ein Druckmedium in einen unteren Zylinderraum 6 eingeführt werden. Die
Hydraulikflüssigkeit wirkt auf die ringförmige, in Aufwärtsrichtung
wirksame Kolbenfläche A3 und verschiebt den Kolben 1 gegen die
Preßrichtung. Für die Abwärtsfahrt des Kolben 1 kann die der
Kolbenfläche A3 gegenüberliegende Kolbenfläche mit Druck beaufschlagt
werden. Diese gegenüberliegende Kolbenfläche ist in die Teilflächen A1
und A2 aufgeteilt. Die Teilfläche A1 ist ringförmig ausgebildet und
liegt am ringförmigen Zylinderraum 4, der über die Hydraulikleitung 8
mit Druckmittel versorgt werden kann. Die Teilfläche A2 liegt im Inneren
des Kolbens 1 am Boden eines Zylinderraums 5. Der in diesen Zylinderraum
hineinragende Kolben ist als Tauchkolben 3 ausgeführt und starr mit
dem Pressengestell 10 verbunden. Die in Abwärtsrichtung wirksame
Teilfläche A2 entspricht der Größe der Stirnfläche des Tauchkolbens 3.
Das Zylinder/Kolben-System 5, 3 stellt eine kinematische Umkehr eines
normalen Hydraulikzylindersystems dar, da der Tauchkolben 3 festgehalten
wird, während sich das den Zylinderraum 5 einschließende Maschinenteil
(Kolben 1) bewegt.
Zur Druckmittelversorgung des Zylinderraums 5 ist eine Hydraulikleitung
7 durch den feststehenden Tauchkolben 3 hindurchgeführt. Das
dargestellte Differential-Tauchkolben-System läßt sich hydraulisch so
schalten, daß die im Eilgang aus einem Zylinderraum verdrängte
Hydraulikflüssigkeit zur Auffüllung eines anderen sich vergrößernden
Zylinderraums herangezogen wird. Dies ist ohne weiteres aufgrund der
Dimensionierung der wirksamen Kolbenflächen A1, A2, A3 möglich. In jedem
Fall gilt, daß die Kolbenfläche A3 größer ist als jede der beiden
einzelnen Teilflächen A1 und A2. Darüber hinaus ist A3 jedoch kleiner
als die Summe der beiden Teilflächen A1 und A2. Ein praktisches
Flächenverhältnis ist beispielsweise A1 : A2 : A3=2 : 4 : 5 (d. h. die
Querschnittsfläche der Kolbenstange 2 beträgt 1).
Zur Realisierung des Eilgangs für die Abwärtsfahrt können alle drei
Zylinderräume 4, 5, 6 mit ihren Hydraulikleitungen 7, 8, 9 an eine
gemeinsame Druckmittelzuleitung einer Hydraulikpumpe angeschlossen
werden. Da die Kolbenflächen A1 und A2, die in Preßrichtung wirken,
zusammen größer sind als die in Gegenrichtung wirksame Kolbenfläche A3,
bewegt sich der Kolben 3 wegen der überall nahezu gleichen Drucks nach
unten, wobei die aus dem unteren Zylinderraum 6 verdrängte
Hydraulikflüssigkeit durch die bestehenden Leitungsverbindungen in die
oberen Zylinderräume 4 und 5 gelangt. Das bedeutet, daß die
Hydraulikpumpe lediglich das der Flächengröße 1 entsprechende
Zylindervolumen füllen muß, so daß eine hohe Geschwindigkeit erreichbar
ist. Bei langsamer Abwärtsfahrt wird die aus dem unteren Zylinderraum 6
verdrängte Hydraulikflüssigkeit in den Hydrauliktank gefördert und die
Füllung der oberen Zylinderräume 4 und 5 allein durch die Hydraulikpumpe
vorgenommen. In diesem Fall steht auch die volle Preßkraft in
Preßrichtung zur Verfügung (entsprechend der wirksamen Kolbenfläche A1+
A2).
Eine andere Schaltung für den Eilgang abwärts wäre die, daß die
Zylinderräume 5 und 6 durch entsprechende Ventilschaltungen miteinander
und zusätzlich zur Ableitung des Überschusses an Hydraulikflüssigkeit
mit dem Hydrauliktank verbunden werden, während die Hydraulikpumpe
lediglich an den Zylinderraum 4 angeschlossen ist. In diesem Fall würde
sich bei gleicher Förderleistung der Hydraulikpumpe lediglich die Hälfte
der im ersten Fall erzielten Eilganggeschwindigkeit ergeben, da die
Hydraulikpumpe dann das einer Flächengröße 2 entsprechende
Zylindervolumen füllen müßte.
Für eine gleich schnelle Aufwärtsfahrt (gegen die Preßrichtung) wie im
ersten Fall und bei gleicher Förderleistung lassen sich durch eine
geeignete Ventilschaltung die Zylinderräume 5 und 6 untereinander und
mit der Hydraulikpumpe verbinden, während der Zylinderraum 4 an den
Hydrauliktank angeschlossen ist. Dadurch muß von der Hydraulikpumpe
lediglich das der Flächengröße 1 entsprechende Zylindervolumen im
Zylinderraum 6 gefüllt werden; der überwiegende Teil wird durch die
Verdrängung der Hydraulikflüssigkeit aus dem Zylinderraum 5 in den
Zylinderraum 6 gefördert. Sofern in Aufwärtsrichtung größere
"Preßkräfte" erwünscht sind, können die oberen Zylinderräume 4 und 5 an
den Hydrauliktank und der untere Zylinderraum 6 an die Hydraulikpumpe
angeschlossen werden. In einem solchen Fall steht dann aber nur die
einer wirksamen Kolbenfläche der Größe 5 entsprechende Preßkraft
(anstelle von 6 in Abwärtsrichtung) zur Verfügung. Gleichzeitig ergibt
sich selbstverständlich eine entsprechende Reduktion der möglichen
Geschwindigkeit.
Ein solches Differential-Tauchkolben-System hat neben der aufwendigen
Bauweise noch weitere Nachteile. Zum einen ergeben sich relativ enge
Grenzen für die Wahl der Größe der wirksamen Kolbenflächen (A1, A2, A3)
und somit auch der Querschnittsfläche der Kolbenstange 2. Eine solche
Grenze liegt praktisch bei einem Verhältnis der Kolbenfläche A3 zum
Kolbenstangenquerschnitt 2 von 6 : 1, das bedeutet, daß auch eine
entsprechende Einschränkung für das Verhältnis von maximaler
Eilganggeschwindigkeit und Arbeitsganggeschwindigkeit gegeben ist. Zum
anderen muß die gesamte Preßkraft über die Kolbenstange 2 auf den
Pressenbär übertragen werden, so daß die Kolbenstange mechanisch stark
beansprucht wird und die Krafteinleitung in den Pressenbär sich
schwierig gestaltet.
Hinzu kommt, daß ein solches Hydraulikkolbensystem sich wenig eignet zur
Übernahme von Führungsfunktionen für den Pressenbär, d. h. zur Aufnahme
von seitlich wirkenden Kräften. Der Abstand der Berührungszonen der
Kolbenstange 2 und des Kolbens 1 mit dem Pressengestell 10 wird nämlich
bei nach unten ausfahrendem Pressenbär immer kleiner, so daß in
Preßrichtung, also mit steigender Preßkraft eine zunehmend schwächere
Seitenführung gegeben ist. Außerdem bietet diese Konstruktion keine
Sicherung gegen Verdrehung des Pressenbären. Schließlich läßt eine
solche Konstruktion es nicht zu, in die Kolbenstange 2 noch einen
hydraulischen Hilfskolben, wie er bei Metallpulverpressen häufig
benötigt wird, zu integrieren.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Presse gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 so weiterzuentwickeln, daß die Realisierung sehr
kurzer Zykluszeiten möglich ist, wobei der erforderliche Anlagenaufwand
und der Energieeinsatz beim Betrieb der Presse möglichst gering bleiben
soll. Dabei sollen die mit einem Differential-Verdrängerkolben-System
verbundenen Nachteile weitgehend vermieden werden.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Presse mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. die erfindungsgemäße
Presse ist durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 8 in
vorteilhafter Weise ausgestaltbar.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Fig. 1 bis 3 näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Differential-Verdrängerkolben-System in einem
Längsschnitt,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
hydraulischen Pressenantriebs und
Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Pressenantrieb mit
integriertem Hilfskolben.
Der in Fig. 1 dargestellte Ausschnitt aus einem bekannten hydraulischen
Pressenantrieb wurde vorstehend bereits ausführlich erläutert. Der in
Fig. 2 schematisch dargestellte Pressenantrieb gemäß der Erfindung weist
neben zahlreichen Gemeinsamkeiten wesentliche Unterschiede hierzu auf.
Der Pressenbär 11 ist festgekoppelt mit den Kolbenstangen zweier
Zylinder/Kolben-Einheiten K1 und K2. Die untere Einheit K1 ist mit einem
doppelt wirkenden Kolben 13 ausgestattet. Da die Kolbenstange des
Kolbens 13 durch den Zylinderraum 4 geführt ist, ist die diesem
zugeordnete wirksame Kolbenfläche A1 (Abwärtsrichtung) kleiner als die
dem Zylinderraum 6 zugeordnete Kolbenfläche A3 des Kolbens 13
(Aufwärtsrichtung). Auf der gegenüberliegenden Seite des Pressenbären 11
liegt die Zylinder/Kolben-Einheit K2, die einen Tauchkolben 12 mit der
wirksamen Kolbenfläche A2 (Abwärtsrichtung) aufweist. Wesentlich ist es,
daß die (hier abwärts gerichteten) wirksamen Kolbenflächen A1 und A2 auf
zwei Zylinder/Kolben-Einheiten K1, K2 verteilt sind, die nicht
ineinander geschachtelt sind wie bei Fig. 1. Die Flächen A1 und A2 sind
einzeln kleiner als A3, zusammen jedoch größer als A3. Aus diesem Grunde
wird normalerweise die Abwärtsrichtung als die Preßrichtung anzusehen
sein. Es kann jedoch in einzelnen Fällen auch zweckmäßig sein, die
Richtung mit der kleineren wirksamen Kolbenfläche, also der geringeren
erreichbaren maximalen Preßkraft als Preßrichtung zu wählen.
Beispielsweise könnten zum Bau einer Presse mit kleinerer Leistung
dieselben Antriebsaggregate eingesetzt werden wie zum Bau einer größeren
Presse. Selbstverständlich können die Hydraulik/Zylinder-Einheiten K1
und K2, wie dies in Fig. 3 der Fall ist, auf derselben Seite des
Pressenbären 11 angeordnet werden. Man könnte auch statt der doppelt
wirkenden Zylinder/Kolben-Einheit K1 zwei getrennte
Zylinder/Kolben-Einheiten wählen, die jeweils nur in einer, aber
zueinander entgegengesetzten Fahrrichtung des Pressenbären wirken.
Generell gilt, daß das erfindungsgemäße Antriebssystem für Ober- und
Unterbären von Hydraulikpressen anwendbar ist. Die Druckmittelversorgung
der Zylinderräume 4, 5, 6 über die Hydraulikleitungen 7, 8, 9 wird durch
die Ventile V1, V2, V3 gesteuert. Dabei ist die Funktion wie folgt:
Die Hydraulikpumpe P fördert Hydraulikflüssigkeit aus einem
Hydrauliktank T unter Überdruck durch eine Hydraulikleitung 19. Diese
Hydraulikleitung 19 führt zu einem 4/3-Wegeventil V1, das in Stellung b
sämtliche Leitungsanschlüsse sperrt. In diesem Fall gelangt die
geförderte Hydraulikflüssigkeit aus der Leitung 19 über eine Leitung 20,
die durch ein Überdruckventil 5 (Umlaufventil) gesichert ist, zurück in
den Hydrauliktank. Wird nun das Hydraulikventil V1 in Stellung a
gerückt, so gelangt die Hydraulikflüssigkeit über die Hydraulikleitungen
14 und 8 in den Zylinderraum 4 der Hydraulik/Kolben-Einheit K1. Da das
3/2-Wegeventil V3 in Schaltstellung b steht, ist eine Leitungsverbindung
zwischen den Zylinderräumen 4 und 6 über die Hydraulikleitungen 8, 21, 9
gegeben. Der Zylinderraum 5 der oberen Hydraulik/Kolben-Einheit K2 wird
wegen der Ventilstellung b am 3/2-Wegeventil V2 nicht mit dem Druck der
Hydraulikpumpe P beaufschlagt, sondern ist bei Stellung a des Ventils
V1 über die Leitungen 7, 16 und 18 mit dem Hydrauliktank T verbunden, so
daß die aus dem Zylinderraum 5 verdrängte Hydraulikflüssigkeit in den
Hydrauliktank T über das Rückschlagventil R abfließen kann.
Da die Kolbenfläche A3 größer ist als die Kolbenfläche A1 wird bei
dieser Stellung der Ventile V1, V2, V3 eine schnelle Aufwärtsbewegung
des Pressenbären 11 eintreten. Neben dem durch die Hydraulikpumpe P
geförderten Strom der Hydraulikflüssigkeit wird nämlich gleichzeitig
über die Leitungen 8, 21, 9 der sehr viel größere Mengenstrom der aus
dem Zylinderraum 4 verdrängten Hydraulikflüssigkeit in den Zylinderraum
6 gefördert. Dieser Fall entspricht der in der Tabelle unter der Nummer
4 angegebenen Schaltsituation.
Eine hohe Abwärtsgeschwindigkeit stellt sich ein, wenn das Ventil V1 in
Stellung a und Ventil V3 in Stellung b bleibt, aber Ventil V2 in
Stellung a gerückt wird. In diesem Fall sind nicht nur die
Zylinderräume 4 und 5 sondern über die Hydraulikleitung 17 auch der
Zylinderraum 6 mit dem Pumpendruck beaufschlagt. Gleichzeitig sind alle
Zylinderräume 4, 5, 6 aber auch untereinander verbunden. Wegen der in
Abwärtsrichtung größeren wirksamen Kolbenfläche A1+A2 kann sich der
Pressenbär 11 nur nach unten bewegen. Die aus dem Zylinderraum 6
verdrängte Hydraulikflüssigkeit wird in die Zylinderräume 4 und 5
gefördert, während die Hydraulikpumpe P wie im Arbeitsgang pro
Zeiteinheit nur vergleichsweise geringe Mengen Hydraulikflüssigkeit
zuführt, so daß erheblich größere Geschwindigkeiten des Pressenbären
realisiert werden als im Arbeitsgang. Dieser Fall entspricht der in der
Tabelle unter Nummer 2 angegebenen Schaltsituation.
Eine langsame Abwärtsgeschwindigkeit bei hoher Preßkraft stellt sich
ein, wenn die Ventile V1 und V2 in Stellung a bleiben und Ventil V3 in
Stellung a gebracht wird. Das bedeutet, daß die Kolbenflächen A1 und A2
weiterhin mit dem Pumpendruck beaufschlagt werden, während die
Hydraulikflüssigkeit aus dem Zylinderraum 6 über die Hydraulikleitungen
9, 15, 18 in den Hydrauliktank T abfließen kann. Dieser Fall entspricht
der Schaltsituation Nummer 1 gemäß Tabelle.
Auf die weiteren Schaltmöglichkeiten, die in der Tabelle aufgeführt
sind, braucht hier nicht im einzelnen eingegangen zu werden. Man
erkennt jedoch, daß es für den Eilgang und den Schleichgang je nach
Bewegungsrichtung mehrere Schaltmöglichkeiten gibt, die jeweils mit
unterschiedlichen erreichbaren maximalen Preßgeschwindigkeiten bzw.
maximal erreichbarer Preßkraft verbunden sind und daher je nach den
gegebenen Umständen mehr oder weniger zweckmäßig sein können. Dies gilt
auch für die verschiedenen Stillstandspositionen, deren Wahl im
Hinblick auf nachfolgende Schaltstellungen für eine Bewegung des
Pressenbären in einer mehr oder weniger günstigen Form erfolgen kann.
Zu bemerken ist ferner noch, daß das Positionieren des Pressenbären 11
durch geeignetes Umschalten zwischen Schleichgang aufwärts und abwärts,
also insbesondere zwischen den Schaltsituationen mit Nummern 1 und 9
erfolgt, indem das Ventil V1 entsprechend umgeschaltet wird.
Eine für die praktische Anwendung besser geeignete Ausführungsform der
Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Die grundsätzliche Funktion des
Pressenantriebs, insbesondere die ventiltechnische Schaltung, für die es
selbstverständlich auch andere Lösungen gibt, stimmt mit dem Prinzipbild
gemäß Fig. 2 überein, so daß hierauf nicht erneut eingegangen werden
muß. Es werden daher im wesentlichen nur die Unterschiede erläutert.
Die hydraulischen Antriebe des dargestellten Oberbären 11 der
Hydraulikpresse sind alle an der Oberseite des Pressenbären 11
angeschlossen. Die doppelt wirkende Zylinder/Kolben-Einheit 13 ist mit
zwei Kolbenstangen ausgerüstet. Die untere Kolbenstange ist mit dem
Pressenbären 11 verbunden, während die obere ohne eine
Kraftübertragungsfunktion aus dem Pressengestell 10 herausgeführt ist.
Die obere Kolbenstange ist lediglich dazu erforderlich, die Kolbenfläche
A1 kleiner zu halten als die Kolbenfläche A3 am Kolben 13, um K1 als
Differentialkolbensystem betreiben zu können. Es wäre grundsätzlich auch
möglich, auf die untere Kolbenstange gänzlich zu verzichten. Dazu müßte
aber von der oberen Kolbenstange aus eine antriebstechnische Verbindung
(z. B. über ein äußeres Joch) zum Pressenbären 11 geschaffen werden.
Anstelle des in Fig. 2 gezeigten einzelnen Tauchkolbensystems K2 sind
in Fig. 3 zwei parallel zum Zylinder/Kolben-System K1 angeordnete
Tauchkolbensysteme K2a und K2b vorgesehen, d. h. die wirksame
Kolbenfläche A2 ist nunmehr aufgeteilt auf die wirksamen Kolbenflächen
A2a und A2b der Tauchkolben 12a und 12b. Dementsprechend verzweigt sich
die Hydraulikleitung 7 in die Hydraulikleitungen 7a und 7b für die
Druckmittelversorgung der zugeordneten Zylinderräume 5a und 5b der
Tauchkolbeneinheiten K2a und K2b. Selbstverständlich könnte die
Kolbenfläche A2 auch auf mehr Kolbeneinheiten aufgeteilt werden (z. B.
auf vier Kolben). Anzustreben ist jedoch in jedem Fall eine bezüglich
des Pressenbären symmetrische Anordnung.
In Fig. 3 ist außerdem dargestellt, daß in die Kolbenstange des Kolbens
13 ein doppelt wirkendes hydraulisches Hilfskolbensystem 22 eingebaut
werden kann, dessen Druckmittelversorgung über die Hydraulikleitungen
23, 24 durch die obere Kolbenstange des Kolbens 13 hindurch erfolgt.
Eine solche Möglichkeit besteht bei dem bekannten System gemäß Fig. 1
nicht.
Je nachdem wie die größenmäßige Aufteilung der wirksamen Kolbenflächen
A1, A2 bzw. A2a+A2b und A3 erfolgt, d. h. in welchem Verhältnisse diese
Flächen zueinander stehen, lassen sich bestimmte Verhältnis zwischen den
in den unterschiedlichen Ventilschaltstellungen erzielbaren
Geschwindigkeiten und Preßkräften erreichen. Eine günstige Aufteilung
stellt beispielsweise das Verhältnis A1 : (A2a+A2b) zu A3=
8 : (1+1) : 9 dar. Dabei lassen sich in beiden Fahrtrichtungen
Eilganggeschwindigkeiten erreichen, die 10mal so groß sind wie die
Fahrgeschwindigkeit im Arbeitsgang mit maximaler Preßkraft. Dies ist
möglich, ohne aufwendige Vorfüll- oder Nachsaugesysteme vorsehen zu
müssen, weil die beim Verfahren in einem Eilgang aus einem Zylinderraum
verdrängten Mengenströme der Hydraulikflüssigkeit weitgehend
unmittelbar, also unter Umgehung der Hydraulikpumpe in den bzw. die zu
füllenden Zylinderräume gelenkt werden. Wegen des zu berücksichtigenden
hydraulischen Widerstandes der Hydraulikleitungen ist das Verhältnis der
Geschwindigkeiten im Eilgang und Arbeitsgang (Schleichgang) nicht
beliebig steigerbar. Werte von 20 : 1 können jedoch erreicht werden. Für
die Aufteilung der in gleicher Richtung wirksamen Kolbenflächen
A1 : (A2a+A2b) (bzw. A2) empfiehlt sich eine Festlegung im Bereich
3 : 1 bis 10 : 1, wobei die in Gegenrichtung wirksame Preßfläche A3
5-15% größer gewählt werden sollte als die größere der Teilflächen A1
und A2a+A2b (bzw. A2). Beispielsweise würde ein Flächenverhältnis
A1 : A2 : A3=18 : 2 : 19 die 20fache Geschwindigkeit in den Eilgängen
im Vergleich zur Schleichganggeschwindigkeit beim Preßarbeitsgang
erlauben.
Ein großer Vorteil der Ausführungsform gemäß Fig. 3 besteht darin, daß
nicht nur die Integration eines Hilfskolbensystems 22 möglich ist,
sondern daß das Zylinder/Kolben-System K1 sehr gute
Führungseigenschaften für die Aufnahme seitlicher Kräfte aufweist, weil
die zur Stützung wirksamen Berührungszonen zwischen dem Pressengestell
10 und der oberen bzw. der unteren Kolbenstange des Kolbens 13 einen
sehr großen und beim Verfahren des Kolbens 13 sich nicht verändernden
Abstand voneinander haben. Damit ist dieses System der bekannten Lösung
aus Fig. 1 deutlich überlegen. Dies gilt auch für die Einleitung der
Preßkräfte in den Pressenbären, die durch die Kraftverteilung auf
mehrere hydraulische Kolbeneinheiten und den vergleichsweise sehr
großen Durchmesser der Kolbenstange des Kolbens 13 völlig
unproblematisch ist. Das erfindungsgemäße Antriebssystem ermöglicht
während der verschiedenen Betriebsphasen in einem Preßzyklus bei einer
gleichmäßigen Ausnutzung der Kapazität und der Leistung der eingesetzten
Hydraulikpumpe nicht nur die Erzeugung hoher Preßkräfte bei langsamer
Fahrt sondern auch extrem hohe Eilganggeschwindigkeiten, ohne daß der
Aufwand des Hydrauliksystems dabei hoch ist. Hinzu kommt bei einer
Ausführung gemäß Fig. 3, daß durch die Anordnung der
Zylinder/Kolben-Systeme K2a und K2b von vornherein eine absolute
Verdrehsicherung für den Pressenbären gegeben ist.
Claims (8)
1. Hydraulische Presse zum Herstellen von Preßkörpern aus
pulverförmigen Massen, insbesondere Metallpulver, mit einem durch
Ventile (V1, V2, V3) gesteuerten, doppelt wirkenden hydraulischen
Zylinder/Kolben-System (K1, K2, K2a, K2b) zur Bewegung mindestens
eines Pressenbären (11), wobei die in Preßrichtung wirksame
Kolbenfläche des Zylinder/Kolben-Systems (K1, K2, K2a, K2b) auf
zwei zeitweilig mit gleichem und zeitweilig mit voneinander
verschiedenen Drücken beaufschlagbare unterschiedlich große
Kolbenteilflächen (A1 und A2 bzw. A2a+Ab2) aufgeteilt ist, wobei
ferner die in Preßrichtung wirkenden Kolbenteilflächen (A1 bzw. A2
bzw. A2a+A2b) jeweils kleiner, in ihrer Summe jedoch größer sind
als die in Gegenrichtung wirksame Kolbenfläche (A3) und wobei der
Zylinderraum (6), der der in Gegenrichtung wirksamen Kolbenfläche
(A3) zugeordnet ist, zeitweilig leitungsmäßig mit dem Zylinderraum
(4), der der größeren der beiden in Preßrichtung wirksamen
Kolbenteilflächen (A1 bzw. A2 bzw. A2a+A2b) zugeordnet ist,
verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die den in Preßrichtung wirksamen Kolbenteilflächen (A1 und A2
bzw. A2a+A2b) zugeordneten Zylinderräume (4 und 5 bzw. 5a+5b)
beide außerhalb der Kolben (12, 12a, 12b, 13) des
Zylinder/Kolben-Systems (K1, K2 bzw. K2a+K2b) angeordnet sind und
sämtliche Kolben (12, 12a, 12b, 13) in Bewegungsrichtung des
Pressenbären (11) starr mit dem Pressenbären (11) gekoppelt sind.
2. Presse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die größere der beiden in Preßrichtung wirksamen
Kolbenteilflächen (A1 oder A2 bzw. A2a+A2b) und die in
Gegenrichtung wirksame Kolbenfläche (A3) an einem oder mehreren
doppelt wirkenden Hydraulikkolben (Differentialkolben 13)
angeordnet sind.
3. Presse nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der bzw. die Differentialkolben (13) jeweils beidseitig mit
Kolbenstangen ausgestattet sind, deren eine unmittelbar mit dem
Pressenbären (11, verbunden ist.
4. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die kleinere der beiden in Preßrichtung wirksamen
Kolbenteilflächen (A2 bzw. A2a+A2b) an einem (12) oder mehreren
Tauchkolben (12a, 12b, angeordnet ist.
5. Presse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Tauchkolben (12a, 12b) vorgesehen sind.
6. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Flächenverhältnis der Kolbenteilflächen (A1 : A2 bzw.
A1 : (A2a+A2b)) im Bereich 3 : 1 bis 10 : 1 liegt.
7. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die in Gegenrichtung wirksame Kolbenfläche (A3) 5-15% größer
ist als die größere der Kolbenteilflächen (A1, A2, A2a+A2b).
8. Presse nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß in die Kolbenstangen des Differentialkolbens (13) ein doppelt
wirkender Hilfskolben (22) mit Hydraulikzuleitungen (23, 24)
eingebaut ist, dessen Kolbenstange durch den Pressenbären (11)
hindurchgeführt ist.
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