DE4218952A1 - Hydraulischer Antrieb für eine Presse, insbesondere für eine Blechformpresse - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem hydraulischen Antrieb für eine Presse, insbesondere für ein Blechformpresse, der die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweist.

Pressen, mit denen Bleche oder Kunststoffteile verformt werden sollen, besitzen überlicherweise einen Pressenstößel, der im Be­ trieb auf und ab bewegt wird und das Oberwerkzeug trägt, und einen presseotisch mit dem Unterwerkzeug. Insbesondere zu sog. Ziehpressen kann auch ein Gegenhalter gehören, der nach dem Auf­ setzen des Oberwerkzeugs auf das Werkstück mit dem Pressenstößel verfahren wird. Während seiner Abwärtsbewegung legt der Pressen­ stößel in einem Vorlauf zunächst einen bestimmten Weg zurück, in dem er weder das Werkstück noch den Pressentisch oder den Gegen­ halter berührt. Erst in dem auf den Vorlauf folgenden Arbeits­ spiel wird das Werkstück verformt. Im Vorlauf kann die Geschwin­ digkeit des Pressenstößels höher sein als im Arbeitsspiel.

Ein hydraulischer Antrieb mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist aus der DE-AS 23 49 351 bekannt. Bei diesem hydraulischen Antrieb ist eine erste volumenstromumkehrbare Hy­ dropumpe mit einem ersten Ausgang an die Rückhubzylinderkammer und mit einem zweiten Ausgang an die Preßzylinderkammer ange­ schlossen. Die zweite Hydropumpe ist ebenfalls volumenstromum­ kehrbar und an ihrem einen Ausgang mit dem Ölsammelbehälter und an ihrem anderen Ausgang ebenfalls mit der Preßzylinderkammer verbunden. Die erste Hydropumpe ist außerdem an jedem Ausgang über jeweils ein zur ersten Hydropumpe hin öffnendes Rückschlag­ ventil an den Ölsammelbehälter angeschlossen. In die Rückhubzy­ linderkammer fördert nur die erste Hydropumpe, in die Preßzylin­ derkammer fördern beide Hydropumpen. Eine Schwungmasse dient dazu, um im System periodisch vorhandene potentielle Energie nicht als Wärme verlorengehen zu lassen, sondern umgewandelt für eine spätere periodische Nutzung zu speichern.

Nachteilig an der Energiespeicherung mit Hilfe einer Schwung­ masse ist, daß sich mit einer Änderung der gespeicherten Energie auch die Drehzahl der Schwungmasse ändert. Die Schwungmassen müssen aufwendig gelagert und ausgewuchtet werden, so daß ihre Verwendung relativ teuer ist. Auch können Schwungmassen nur schwer abseits der sie antreibenden und von ihnen anzutreibenden Maschinen angeordnet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Antrieb für eine Presse, der die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweist, so weiterzuentwickeln, daß periodisch an der Presse auftretende potentielle Energie zumindest zum Teil gespeichert und zu diesem Teil später genutzt werden kann. Die mit einem Schwungmassenspeicher verbundenen Nachteile sollen da­ bei vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen hydraulischen An­ trieb gelöst, bei dem die Merkmale aus dem Oberbegriff des An­ spruches 1 vorhanden sind und bei dem außerdem die erste Hydro­ maschine mit ihrem zweiten Ausgang an einen Hydrospeicher ange­ schlossen ist. Der an seinem oberen Totpunkt befindliche Pres­ senstößel besitzt eine potentielle Energie, die während des Vor­ laufs frei wird. Der Pressenstößel verdrängt während dieses Vor­ laufs aufgrund seines Eigengewichts Öl aus der Rückhubzylinder­ kammer über die erste Hydromaschine in den Hydrospeicher. Dort wird das Öl unter Druck für den Rückhub des Pressenstößels ge­ speichert. Ein solcher hydraulischer Antrieb ermöglicht z. B. bei Tiefziehpressen eine wesentliche Reduzierung der installierten elektrischen Antriebs- und der Kühlleistung, verbunden mit einer Reduzierung der Betriebskosten und des Energieverbrauchs der Presse.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen hydrauli­ schen Antriebs einer Presse kann man den Unteransprüchen entneh­ men.

So wird eine Ausführung bevorzugt, bei der die erste, volumen­ stromumkehrbare Hydromaschine eine über Null verstellbare Axial­ kolbenmaschine ist. Auch die zweite Hydromaschine ist vorteil­ hafterweise eine über Null verstellbare Axialkolbenmaschine, so daß mit ihr eine Druckregelung möglich ist.

Es ist zweckmäßig, wenn die Rückhubzylinderkammer während des Arbeitsspiels des Pressenstößels zum Ölsammelbehälter über ein steuerbares Ventil entlastet ist. Vorzugsweise liegt dieses Ven­ til zwischen dem ersten Ausgang der ersten Hydromaschine und dem Ölsammelbehälter. Während des Arbeitshubs des Pressenstößels kann die erste Hydromaschine auch Öl aus dem Ölsammelbehälter saugen und in den Hydrospeicher fördern, um die Verluste die bei der Verdrängung des Öls aus der Rückhubzylinderkammer wäh­ rend des Vorlaufs des Pressenstößels auftreten, auszugleichen und den Speicher auf den gewünschten Ladezustand zu bringen. Da­ bei wird der Ladezustand des Hydrospeichers zweckmäßigerweise überwacht und bei einem bestimmten Druck die Befüllung durch Zu­ rückschwenken der ersten Hydromaschine beendet. Damit während der zusätzlichen Befüllung des Hydrospeichers der die erste Hy­ dromaschine antreibende Motor nur eine geringe Leistung erbrin­ gen muß, ist gemaß Anspruch 9 vorgesehen, daß während der Aufla­ dung des Hydrospeichers durch die erste Hydromaschine der Schwenkwinkel der Hydromaschine auf einen kleinen Wert begrenzt ist. Dies ergibt einen kleinen Volumenstrom und somit eine kleine Leistung, die durch das Produkt aus Volumenstrom und Druckdifferenz an der Hydromaschine bestimmt ist.

Zum Austausch der Preßwerkzeuge und für Reparaturen an der Presse erscheint es wünschenswert, wenn der Pressenstößel in ei­ ner hochgehobenen Position auch ohne Betrieb der ersten Hydroma­ schine gehalten werden kann. Eine Positionierung des Pres­ senstößels in einer beliebigen Position wird gemäß Anspruch 10 auf einfache Weise dadurch möglich, daß der erste Ausgang der ersten Hydromaschine mit der Rückhubzylinderkammer über ein steuerbares Ventil verbunden ist, das willkürlich geschlossen werden kann. Vorteilhafterweise ist dieses Ventil ein zur ersten Hydromaschine hin sperrendes Rückschlagventil. Mit einem solchen Ventil ist eine hohe Sicherheit gewährleistet.

Es gibt Pressen, bei denen während des Vorlaufs und während des Rückhubs des Pressenstößels große Mengen Öl innerhalb kurzer Zeit in die Preßzylinderkammer nachfließen müssen bzw. aus der Preßzylinderkammer verdrängt werden sollen. Sollen diese Ölmen­ gen über eine Hydromaschine fließen, so müßte diese ein großes geometrisches Hubvolumen haben und/oder mit einer hohen Drehzahl betrieben werden. Günstiger erscheint es, wenn während des Rück­ hubs Öl aus der Preßzylinderkammer über ein steuerbares Ventil in den Ölsammelbehälter verdrängbar ist. Ist der Ölsammelbehäl­ ter oberhalb der Preßzylinderkammer angeordnet, so kann während des Vorlaufs des Pressenstößels die Preßzylinderkammer auch über ein Ventil unmittelbar aus dem Ölsammelbehälter mit Öl befüllt werden. Dabei erfolgt die Befüllung und die Verdrängung vorteil­ hafterweise über dasselbe Ventil.

Gemäß Anspruch 15 wird der Hydrospeicher vorteilhafterweise bei einem Druck betrieben, der in etwa dem vom Gewicht des Pressen­ stößels in der Rückhubzylinderkammer verursachten Lastdruck ent­ spricht. Der die erste Hydromaschine antreibende Motor muß dann für das Befüllen des Hydrospeichers und für das Hochheben des Pressenstößels nur eine kleine Leistung erbringen. In der bevor­ zugten Ausführung gemäß Anspruch 16 sind die beiden Hydromaschi­ nen von einem einzigen Elektromotor antreibbar.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemaßen hydraulischen Antriebs, das zwei über Null verschwenkbare Hydromaschinen, die von einem einzigen Elektromotor angetrieben werden, für das Be­ wegen des Pressenstößels aufweist, ist in der Zeichnung darge­ stellt. Anhand dieses Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nun näher erläutert.

Die in der Zeichnung nur schematisch dargestellte Presse besitzt einen Pressenstößel 10, der an zwei Kolbenstangen 11 zweier ver­ tikal angeordneter Differentialzylinder 12 befestigt ist. Der Kolben 13 eines Differentialzylinders 12 teilt dessen Inneres in eine kolbenstangenseitige, ringförmige Rückhubzylinderkammer 14 und in eine kolbenseitige Preßzylinderkammer 15 auf. Mit den Kolben 13 und den Kolbenstangen 11 kann der Pressenstößel 10 vertikal auf und ab bewegt werden.

Ein Pressentisch 16 wird von mehreren Zylindern 17 getragen und kann mit Hilfe nicht näher bezeichneter Ventile und Verbindungs­ leitungen mit Hilfe einer über Null verschwenkbaren und druckre­ gelbaren Axialkolbenmaschine 18 gebremst unter dem Druck des Pressenstößels 10 abgesenkt und während oder nach dem Rückhub des Pressenstößels 10 wieder angehoben werden. Da der spezielle Antrieb des Pressentisches 16 für die vorliegende Erfindung ohne Bedeutung ist, soll darauf nicht näher eingegangen werden.

Die Rückhubzylinderkammern 14 der beiden Differentialzylinder 12 sind über eine Leitung 25 mit einem entsperrbaren Rückschlagven­ til 26 verbunden, das zu den Rückhubzylinderkammern hin öffnet. Zum anderen ist das Rückschlagventil 26 über eine Leitung 27 an einen ersten Ausgang 28 einer ersten über Null verschwenkbaren Axialkolbenmaschine 29 angeschlossen, deren zweiter Ausgang 30 über eine Leitung 31 mit einem Hydrospeicher 32 verbunden ist, der als Kolbenspeicher ausgebildet ist. Dem Hydrospeicher sind zwei Gas flachen 33 zur Vergrößerung des Gasvolumens und ein Gas- Sicherheitsventil 34 nachgeschaltet. Zwischen die Leitung 27 und einem Ölsammelbehälter 35, der oberhalb der Zylinder 12 angeord­ net ist, ist ein entsperrbares Rückschlagventil 36 eingefügt, das zum Ölsammelbehälter 35 hin sperrt.

Die Preßzylinderkammern 15 der beiden Zylinder 12 sind einer­ seits über jeweils ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagven­ til 40 großer Abmessungen mit dem Ölsammelbehälter 35 verbunden. Die beiden Rückschlagventile 40 sperren zum Ölsammelbehälter 35 hin. Andererseits sind die beiden Preßzylinderkammern 15 über eine Leitung 41, ein 2/2-Wegesitzventil 42 und eine Leitung 43 mit dem Druckanschluß 44 einer zweiten über Null verschwenkbaren Axialkolbenmaschine 45 verbunden, die mit ihrem Sauganschluß 46 an den Ölsammelbehälter 35 angeschlossen ist. Die beiden Axial­ kolbenmaschinen 29 und 45 sowie die Axialkolbenmaschine 18 wer­ den gemeinsam von einem Drehstromsynchronmotor 47 angetrieben. Der Förderstrom der beiden Axialkolbenmaschinen 29 und 45 kann über ein Servoventil stufenlos eingestellt werden, wobei der Schwenkwinkel elektrisch rückgemeldet wird. Zusätzlich ist eine Druck- und Leistungsregelung möglich. Die Verstell- und Regel­ möglichkeiten sind durch die drei Buchstaben HSP angedeutet.

Zur Messung des Drucks in den Preßzylinderkammern 15 ist an die Leitung 41 ein Drucksensor 48 angeschlossen. Der Druck im Hydro­ speicher 32 wird von einem an die Leitung 31 angeschlossenen Drucksensor 59 gemessen.

Von der in der Zeichnung dargestellten gehobenen Position kann sich der Pressenstößel 10 aufgrund seines Eigengewichts nach un­ ten bewegen, wenn das Rückschlagventil 26 aufgesteuert wird. Die Kolben 13 verdrängen dabei Öl aus den Rückhubzylinderkammern 14 über die Axialkolbenmaschine 29 in den Hydrospeicher 32. In die Preßzylinderkammern 15 fließt über die Rückschlagventile 40 Öl aus dem Ölsammelbehälter nach. Der Volumenstrom, der über die Axialkolbenmaschine 29 fließt, kann durch eine elektro-propor­ tionale Verstellung des Schwenkwinkels der Maschine bestimmt werden. Damit wird auch die Sinkgeschwindigkeit des Pressenstös­ sels 10 festgelegt. Die potentielle Energie des Pressenstößels 10 wird somit während des Vorlauf s, in dem sich der Pressenstös­ sel 10 aufgrund seines Eigengewichts bewegt, in Druckenergie ge­ wandelt, die in dem Hydrospeicher 32 gespeichert wird. Die Dreh­ zahl der Axialkolbenmaschine 29 ist durch den Elektromotor 47 festgelegt.

Für den Preßvorgang nach dem Aufsetzen des Pressenstößels 10 auf den Untertisch 16 öffnet das entsperrbare Rückschlagventil 36, um die Ringfläche der Kolben 13 drucklos zu schalten. Für den nach dem Aufsetzen des Pressenstößels 10 auf den Pressentisch 16 erfolgenden Preßvorgang wird in den Preßzylinderkammern 15 von der Axialkolbenmaschine 45, die bei geöffnetem Ventil 42 Öl in die Preßzylinderkammern 15 fördert, in diesen ein bestimmter Druck eingeregelt. Während des Preßvorgangs lädt die Axialkol­ benmaschine 29 im Pumpenbetrieb den Hydrospeicher 32 mit kleinem Volumenstrom und somit geringer Leistungsaufnahme auf den ge­ wünschten Ladezustand auf. Nach dem Preßvorgang schließt das Ventil 42 wieder.

Der Rückhub des Pressenstößels 10 erfolgt geschwindigkeitsge­ steuert oder -geregelt, indem die Axialkolbenmaschine 29 im Hy­ drospeicher 32 gespeichertes Öl in die Rückhubzylinderkammern 14 fördert, wobei das Rückschlagventil 36 geschlossen ist. Der Elektromotor 47 muß hierbei nur das Moment für die Druckerhöhung des Volumenstroms vom Speicherdruck auf den für die Hubbewegung benötigten Beschleungungs- und Lastdruck aufbringen. Während des Rückhubs wird aus den Preßzylinderkammern 15 Öl über die ent­ sperrten Rückschlagventile 40 in den Ölsammelbehälter 35 ver­ drängt. Durch die Nutzung der im Hydrospeicher 32 gespeicherten Energie für den Rückhub des Pressenstößels 10 kann die Antriebs­ leitung des Elektromotors 47 auf die zum Pressen erforderliche Leistung reduziert werden. Während des Pressens wird die Senk­ energie des Pressentisches 16 über die Axialkolbenmaschine 18 zum Antrieb der Axialkolbenmaschinen 29 und 45 genutzt, so daß sich die benötigte Antriebsleistung sogar noch um die zurückge­ wonnene Senkleistung reduziert. Somit braucht der Elektromotor zum Preßvorgang nur die Leistungsdifferenz zwischen der Preßlei­ stung für den Pressenstößel und der Preßleistung für den Pres­ sentisch 16 aufzubringen. Dadurch wird die Verlustleistung be­ trächtlich reduziert. Auch kann ein Elektromotor mit geringer Antriebsleistung verwendet werden.

Das Ventil 26 dient dazu, um den Pressenstößel 10 in einer geho­ benen Position zu halten. Wird nämlich dieses Ventil geschlos­ sen, so ist zwischen diesem Ventil und den Kolben 13 der Zylin­ der 12 eine Ölmenge eingespannt, die ein Absinken des Pressen­ stößels 10 verhindert. Es können dann Werkzeuge ausgetauscht oder Reparaturen vorgenommen werden.

Claims (16)

1. Hydraulischer Antrieb für eine Presse, insbesondere für eine Blechformpresse, mit einem Zylinder (12) mit einem Preßkol­ ben (13), der eine Preßzylinderkammer (15) und eine Rückhubzy­ linderkammer (14) voneinander trennt und von dem ein Pressenstö­ ßel (10) abwärts in einem Vorlauf und einem Arbeitsspiel und aufwärts in einem Rückhub bewegbar ist, mit einem Ölsammelbehäl­ ter (35) und mit einer ersten, volumenstromumkehrbaren Hydroma­ schine (29), die mit einem ersten Ausgang (28) an die Rückhubzy­ linderkammer (14) angeschlossen ist, und mit einer zweiten Hy­ dromaschine (45), von der während des Arbeitsspiels Öl aus dem Ölsammelbehälter (35) in die Preßzylinderkammer (15) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hydromaschine (29) mit ihrem zweiten Ausgang (30) an einen Hydrospeicher (32) ange­ schlossen ist.

2. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Hydromaschine (29) und vorzugsweise auch die zweite Hydromaschine (45) über Null verstellbare Axialkol­ benmaschinen sind.

3. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rückhubzylinderkammer (14) zum Ölsammelbe­ hälter (35) über ein steuerbares Ventil (36) entlastbar ist, das nur während des Arbeitsspiels des Pressenstößels (10) offen ist.

4. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das steuerbare Ventil (36) zwischen dem ersten Ausgang (28) der ersten Hydromaschine (29) und dem Ölsammelbe­ hälter (35) liegt.

5. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventil (36) ein zum Ölsammelbehälter (35) hin sperrendes entsperrbares Rückschlagventil ist.

6. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während des Arbeitsspiels der Hydro­ speicher (32) von der ersten Hydromaschine (29) weiter aufladbar ist.

7. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ladezustand des Hydrospeichers (32) überwacht und bei einem bestimmten Druck die Befüllung durch Zurückschwen­ ken der ersten Hydromaschine (29) beendet wird.

8. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ladezustand des Hydrospeichers (32) von einem Drucksensor (59) überwacht wird.

9. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß während der Aufladung des Hydrospei­ chers (32) durch die erste Hydromaschine (29) der Schwenkwinkel dieser Hydromaschine (29) vorzugsweise elektronisch auf einen kleinen Wert begrenzt ist.

10. Hydraulischer Antrieb nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausgang (28) der ersten Hydromaschine (29) mit der Rückhubzylinderkammer (14) über ein steuerbares Ventil (26) verbunden ist, durch dessen willkürli­ ches Schließen der Pressenstößel (10) in einer beliebigen Posi­ tion gehalten werden kann.

11. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventil (26) zwischen dem ersten Ausgang (28) der ersten Hydromaschine (29) und der Rückhubzylinderkammer (14) ein zur ersten Hydromaschine (29) hin sperrendes Rückschlagven­ til ist.

12. Hydraulischer Antrieb nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß während des Rückhubs Öl aus der Preßzylinderkammer (15) über ein steuerbares Ventil (40), insbe­ sondere über ein zum Ölsammelbehälter (35) hin sperrendes ent­ sperrbares Rückschlagventil, in den Ölsammelbehälter (35) ver­ drängbar ist.

13. Hydraulischer Antrieb nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölsammelbehälter (35) oberhalb der Preßzylinderkammer (15) angeordnet ist und daß während des Vorlaufs die Preßzylinderkammer (15) über ein Ventil (40) unmit­ telbar aus dem Ölsammelbehälter (35) mit Öl befüllbar ist.

14. Hydraulischer Antrieb nach den Ansprüchen 12 und 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Befüllung der Preßzylinderkammer (15) mit Öl und die Verdrängung von Öl aus der Preßzylinderkam­ mer (15) über dasselbe Ventil (40) erfolgt.

15. Hydraulischer Antrieb nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrospeicher (32) bei einem Druck betrieben wird, der in etwa dem vom Gewicht des Pressen­ stößels (10) in der Rückhubzylinderkamnmer (14) verursachten Lastdruck entspricht.

16. Hydraulischer Antrieb nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hydromaschine (29) und die zweite Hydromaschine (45) von einem einzigen Elektromotor (47), insbesondere von einem Drehstromsynchronmotor, antreibbar sind.