DE4302263A1

DE4302263A1 - Mechanische Stufenpresse mit hydraulischen Arbeitshubeinheiten

Info

Publication number: DE4302263A1
Application number: DE19934302263
Authority: DE
Inventors: Horst Baltschun
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 1994-08-04

Description

Die Erfindung betrifft eine mechanische Presse mit hydraulischer Arbeitshubeinheit gemäß der Gattung des Hauptanspruches.

Mechanische Pressen sind bekannt und finden u. a. Verwendung als Stanz-, Tiefzieh- und Karosserie-Stufenpressen. Die bekannten Pres sen haben ein Pressengestell mit einem mechanischen Antrieb, der mit den Stößeln verbunden ist und den Zustell- und Arbeitshub ausführt. Beim Arbeitshub werden oft außermittige Belastungen auf den Stößel übertragen, hierbei kommt es zur Schrägstellung zwischen Werkzeug-, Ober- und -Unterteil bzw. zwischen Stößel und unterem Querhaupt. Diese Schrägstellungen wirken sich nachteilig auf die Qualität des Werkstückes bzw. auf die Lebensdauer von Werkzeug und Maschine aus. Durch die Arbeitskraft treten kurzzeitig Spannungen auf, die das Pressengestell dehnen, diese Dehnungsarbeit verpufft ungenutzt nach jedem Pressenhub, dies kann bei Stanzarbeiten nach plötzlichem Mate rialabriß zum Schnittschlag führen und zu Fehlern an Werkzeug und Werkstück.

Eine Schnittschlagdämpfung für Mechanische Pressen ist aus der DE 26 21 726 bekannt, hier werden auf der Werkzeuggrundplatte symme trisch zueinander vier gleichartig aufgebaute Zylinderkolbenein heiten angeordnet. Mit dieser Anordnung kann der Schnittschlag gedämpft werden. Nachteile bestehen in der daraus resultierenden Gegenkraft, die vom Stößel zusätzlich aufgebracht werden muß. Wei tere Nachteile sind, daß sich die Schnittschlagdämpfung bei hoher Hubfrequenz erhitzt und die Einrichtung eine Stößelkippung bei außermittiger Belastung nicht vermeiden kann.

Aus einem Forschungsprojekt des BMFT, das am Institut für Umform technik der Universität Stuttgart durchgeführt wird, ist eine Ent wicklung bekannt, bei der an einer mechanischen Kurbelpresse unter dem Pressenstößel ein zweiter Stößel angeordnet ist, der sich über vier einzeln geregelte Hydraulikzylinder gegen den mechanisch ange triebenen Stößel vertikal abstützt. Mit Hilfe einer Aktivhydraulik soll erreicht werden, daß einerseits das am unteren Stößel montierte Werkzeugoberteil in beliebig vorgegebener Höhe mit einer Geschwin digkeit nahe Null auf das Werkzeugunterteil aufsetzt und daß ande rerseits die Kippung des Systems Werkzeugoberteil/unterer Stößel während des Umform- bzw. Schneidvorganges minimiert bzw. kompensiert wird.

Diese Entwicklung hat den Nachteil, daß die gesamte Presse durch die Arbeitskraft belastet wird, d. h. der Hydraulikstößel mit mechanisch angetriebenem Stößel und Pressengestell müssen für die Gesamtkraft dimensioniert sein. Außerdem müssen alle Hydraulikzylinder einzeln angesteuert werden, die Zylinder arbeiten nach dem Verdrängerprinzip und können bei wechselnder außermittiger Belastung nicht gegen steuern, bei dieser Belastung kommt es zur Stößelkippung. Weitere Nachteile ergeben sich im Steuer- und Regelkonzept, es werden keine Standardsteuerungen verwendet, die Regelungssoftware muß speziell für diese Maschine geschrieben werden. Die Reaktionszeiten zwischen Signaleingang und ausführendem Stellglied müssen im Millisekundenbereich liegen, das bedeutet einen hochdynamischen Regelkreis, der naturgemäß auch empfindlich gegen Störgrößen ist. Eine Schnittschlagdämpfung ist bei dieser Presse nicht vorgesehen, durch den zusätzlichen Hydraulikstößel wird der Schnittschlag verstärkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Presse zu schaffen, die einen mechanischen Stößelantrieb besitzt und große außermittige Belastungen in den hydraulischen Arbeitshubeinheiten aufnehmen kann, ohne diese auf die Gesamtmaschine zu übertragen. Die Arbeitshubein heiten können in einer Stufenpresse, unabhängig von der Umformkraft, beliebig angeordnet werden. Die Arbeitshubeinheiten weisen eine separate Gleichlaufregelung auf und haben eine wirkungsvolle Schnittschlagdämpfung. Der mechanische Stößelantrieb kann auch als Antrieb für die Transferbewegung der Stufenpresse benutzt werden. Die Werkzeuge, die in den Arbeitshubeinheiten einbebaut werden, benötigen keine Führungselemente.

Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Presse der eingangs genann ten Gattung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angebenen Merkmale erreicht. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird in einer mechanisch angetriebenen Presse zwischen Tisch und Stößel eine hydraulische Arbeitshubeinheit angeordnet. Die Kopplung zwischen dem Stößel der mechanischen Presse und dem Stößel der Arbeitshubeinheit erfolgt über einen druckmittelbetägtigen Zylinder, der bei der Zustellbewegung die beiden Stößel kraftschlüssig verbin det und beim Arbeits- und Rückhub elastisch verbindet, d. h. während der Arbeitshub mit erhöhter Geschwindigkeit durch die Arbeitshub einheit ausgeführt wird, fährt der mechanisch angetriebene Stößel mit verminderter Geschwindigkeit durch den unteren Umkehrpunkt. In dieser Phase wird über ein Druckminderventil der Druck in den hydraulischen Ausgleichszylinder gemindert, der Abstand zwischen den beiden Stößeln vergrößert sich. Mit Beginn des Rückhubes wird der Druck in den Ausgleichszylinder erhöht, der Stößel der hydraulischen Arbeitshubeinheit wird nun zur Stößelrückhubbewegung um die Rück zugsgeschwindigkeit der Ausgleichszylinder erhöht. Im Bereich des oberen Umkehrpunkes sind beide Stößel über den Ausgleichszylinder miteinander verbunden. In der bevorzugten Ausführungsform besteht die hydraulisch betätigte Arbeitshubeinheit aus einem Stößel, Unter teil und Säulen, die Säulen sind im Unterteil verankert und um die Säulen im oberen und unteren Bereich ist je ein druckmittelbetätig ter Zylinder angeordnet.

Die oberen und unteren druckmittelbetätigten Zylinder sind ständig, außer beim Arbeitshub, an eine Druckmittelquelle angeschlossen. Das Drucköl wird während der Zustellbewegung von den unteren in den oberen Zylinderraum und während der Rückhubbewegung von den oberen in den unteren Zylinder über die Umlaufventile umgeschichtet. Beim Arbeitshub, ist für jeden Zylinder eine individuelle Reduzierung der Druckkraft über ein regelbares Ventil in Abhängigkeit von außer mittigen Belastungen des Stößels möglich, um so einer Schrägstellung des Stößels entgegenzuwirken. Das Umlaufventil ist beim Arbeitshub geschlossen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erklärt.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung in halbschema tischem Längsschnitt, in Fig. 1.1 sind die Stößel in ihrer oberen Position dargestellt, Fig. 1.3 zeigt die Presse nach dem Arbeitshub, die Steuerventile befinden sich in den notwendigen Schaltstellungen. In Fig. 1.2 ist das Weg-Zeit-Diagramm der Stößel dargestellt.

Fig. 2 stellt eine Stufenpresse dar, in der mehrere hydraulische Arbeitshubeinheiten mit unterschiedlichen Arbeitskräften angeordnet sind. Diese sind über je einen Ausgleichszylinder mit dem Gesamt stößel, der mechanisch angetrieben wird, verbunden.

Fig. 3 und Fig. 4 stellen alternative Ausführungsformen der hydrau lischen Arbeitshubeinheiten dar.

Fig. 5 zeigt eine hydraulische Stufenpresse, bei der der Zustellhub des Gesamtstößels über druckmittelbetätigte Zylinder ausgeführt wird.

Die Presse nach Fig. 1 besteht aus einem Maschinengestell 1, das sich aus unterem und oberem Querhaupt und den verbindenen Seitenständern zusammensetzt. Der Stößel 2 ist für die Zustell- und Rückhubbewegung zuständig und wird durch einen mechanischen Antrieb 7 bewegt. Zwi schen Stößel 2 und unterem Querhaupt des Pressengestells 1 ist min destens eine hydraulische Arbeitshubeinheit 4 angeordnet. Der Stößel 3 dieser Arbeitshubeinheit 4 wird über einen druckmittel betätigten Zylinder 8 mit dem Stößel 2 verbunden.

Fig. 1.1 zeigt die obere Grund- bzw. Ausgangsposition. Die Steuer ventile 11 und 12 sind in Schaltstellung 0. Die Zylinderräume 9 und 10 sind mit der Druckmittelquelle 14 verbunden. Da die hydraulischen Wirkflächen der Zylinder 9 und 10 gleich groß sind, befindet sich das System im Kräftegleichgewicht. Durch Betätigung des mechanischen Antriebes 7 wird der Stößel 2 nach unten bewegt und drückt den Stößel 3 ebenfalls nach unten. Hierbei wird das Drucköl aus den Zylinder 10 über das in Grundstellung offene Ventil 11 in den Zylin der 9 umgeschichtet. In Fig. 1.2 ist der Stößelverlauf über die Zeit abgebildet. Man erkennt, daß der Stößel 2 vom mechanischem Antrieb 7 vor dem unteren Umkehrpunkt abgebremst wird und mit geringer Auf treffgeschwindigkeit 17 das Werkstück erreicht, der Stößel 2 fährt mit langsamer Geschwindigkeit 19 weiter. Der Arbeitshub wird durch Umschalten der Ventile 11 und 12 eingeleitet und ist in Fig. 1.3 dargestellt. Die Ventile 11 unterbrechen die Verbindung zwischen den Zylindern 9 und 10. Um beim Arbeitshub, bei außermittigen Belastun gen des Stößels 3, einer Schrägstellung des Stößels entgegenzu wirken, wird eine individuelle Reduzierung der Druckkraft über Ventile 12 vorgenommen. Nach beendetem Arbeitshub werden die Ventile 11 und 12 wieder in Schaltstellung 0 zurückgeschaltet. Durch Druck erhöhung über Ventil 13 wird der Stößel 3 während des Rückhubes durch Zylinder 8 an Stößel 2 kraftmäßig gekoppelt. Die Presse befindet sich wieder in Grundstellung nach Fig. 1.1.

In Fig. 2 ist eine Stufenpresse 20 mit mechanischem Antrieb 21 für den Gesamtstößel 22 abgebildet. Zwischen Maschinengestell 20 und Stößel 22 sind mehrere Arbeitshubeinheiten 4.x angeordnet. Die Rei henfolge der verschieden starken Arbeitshubeinheiten ist beliebig und richtet sich nach der Umformkraft in den jeweiligen Stufen und nicht nach der Belastbarkeit der Stufenpresse 20. Die Arbeitsweise dieser Stufenpresse entspricht der Beschreibung nach Fig. 1.

Die Presse nach Fig. 3 entspricht im Aufbau der Beschreibung nach Fig. 1, die hydraulische Arbeitshubeinheit 4 ist in einer geänderten Ausführung dargestellt. Die Säulen 34 sind im unteren Bereich im Querhaupt verankert und bilden im oberen Bereich mit dem Stößel 31 druckmittelbetätigte Zylinder 32. Die mechanische Zusteilbewegung durch Stößel 2 bewegt die Wirkfläche 33 der Zylinderräume 32 nach unten und vergrößert so das Volumen. Das benötigte Öl wird über die geöffneten Ventile 36 aus dem Behälter 37 angesaugt. Während der Rückhubbewegung durch Stößel 2 wird Öl über Ventile 36 drucklos in den Behälter 37 abgelassen. Beim Arbeitshub wird den Zylindern 32 Drucköl über die geöffneten Ventile 38 von der Druckmittelquelle 39 zugeführt, die Arbeitskraft wird über die hydraulischen Wirkflächen 33 erzeugt.

Die Presse nach Fig. 4 entspricht im Aufbau der Beschreibung nach Fig. 1, die hydraulische Arbeitshubeinheit 4 wurde in einer weiteren geänderten Ausführung dargestellt. Die Säulen 51 der hydraulisch angetriebenen Arbeitshubeinheit 4 haben im oberen Bereich je einen Absatz 56, im Stößel 53 sind Verriegelungseinrichtungen 52 ange bracht. Nach dem Zustellhub durch Stößel 2 werden die Säulen 51 über die Verriegelungseinrichtungen 52.2 mit dem Stößel 53 formschlüssig verbunden. Die unteren Enden der Säulen 51 sind als hydraulisch betätigte Kolben 55 ausgebildet und ergeben mit Unterteil 57 einen druckmittelbetätigten Zylinder 54. Über die Ventile 58 werden die Zylinder 54 mit der Druckmittelquelle 59 verbunden und erzeugen über die Wirkflächen 55 eine Zugkraft, die über die Säulen 51 der Verrie gelungseinrichtung 52.2 auf den Stößel 53 als Arbeitskraft über tragen wird. Während des Arbeitshubes ist der Stößel 53 elastisch über Ausgleichszylinder 8 mit dem mechanisch angetriebenen Stößel 2 verbunden.

In Fig. 5 ist eine weitere, bevorzugte Ausführungsform als Stufen presse mit hydraulischer Zustellung abgebildet. Die Zustell- und Rückhubbewegung des Stößels 22 wird über druckmittelbetätigte Zylinderkolbeneinheiten 60, die im Gestell 20 verankert sind, aus geführt. Wenn mehr als eine hydraulische Arbeitshubeinheit vorhanden ist, sind Ausgleichzylinder 23 erforderlich, um die Stößel 3.1 bis 3.4 mit dem Stößel 22 elastisch oder kraftschlüssig zu verbinden. Die Stufenpresse mit hydraulischer Zustellung kann vorteilhaft mit Transfereinrichtungen für den Werkstücktransport verbunden werden.

Benennung der Positionsnummern in

Fig. 1
1 Pressengestell
2 Stößel mit mechanischem Antrieb
3 Stößel der hydraulischen Arbeitshubeinheit
4 hydraulische Arbeitshubeinheit
5 Unterteil der hydraulischen Arbeitshubeinheit
6 Säulen
7 Mechanischer Stößelantrieb
8 Ausgleichszylinder
9 Zylinderraum im Stößel 3
10 Zylinderraum im Unterteil 5
11 Umlaufventil
12 Regelventil
13 Druckregelventil
14 Druckmittelquelle
15 Werkstück
16 Arbeitshub, hydraulisch
17 Materialauftreffgeschwindigkeit
19 Geschwindigkeit des Stößels 2

Fig. 2
4.1-4.4 hydraulische Arbeitshubeinheiten
20 Pressengestell mit Seitenständer
21 Mechanischer Stößelantrieb
22 Gesamtstößel mit mechanischem Antrieb
23 Ausgleichszylinder

Fig. 3
31 Stößel der hydraulischen Arbeitshubeinheit
32 Zylinderraum im Stößel 31
33 Wirkfläche im Zylinder 32
34 Säulen
35 Unterteil der hydraulischen Arbeitshubeinheit
36 Umlaufventil
37 Ölbehälter
38 Regelventil
39 Druckmittelquelle

Fig. 4
51 Säulen
52 Verriegelungseinrichtung offen
52.2 Verriegelungseinrichtung geschlossen
53 Stößel
54 Zylinderraum
55 Kolben und hydraulische Wirkfläche
56 Absatz in Säule
57 Unterteil
58 Regelventil
59 Druckmittelquelle

Fig. 5
3.1-3.4 Stößel der hydraulischen Arbeitshubeinheit
4.1-4.4 hydraulische Arbeitshubeinheit
20 Pressengestell mit Seitenständer
22 Gesamtstößel mit mechanischem Antrieb
23 Ausgleichszylinder
60 druckmittelbetätigte Zustellzylinder

Claims

1. Presse deren Stößel über einen mechanischen Antrieb bewegt wird, in der ein oder mehrere Werkzeuge angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Pressengestell (1), ein mechanisch angetriebener Stößel (2) vorhanden ist, der mit dem Stößel (3) einer hydraulischen Arbeitshubeinheit (4) über mindestens einen Ausgleichszylinder (8) verbunden ist, der während des Zustellhubes den mechanisch angetrie benen Stößel (2) mit den hydraulisch angetriebenen Stößeln (3) kraftschlüssig und während des Arbeits- und Rückhubes elastisch ver bindet,
ferner dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulisch betätigte Arbeitshubeinheit (4) aus einem Stößel (3), Unterteil (5) und Säulen (6) besteht, die Säulen (6) im Unterteil (5) verankert sind und um die Säulen im oberen Bereich die druckmittelbetätigten Zylinder (9) und im unteren Bereich die druckmittelbetätigten Zylinder (10) ange ordnet sind,
ferner dadurch gekennzeichnet, daß die druckmittelbetätigten Zylin der (9) ständig und Zylinder (10) außer beim Arbeitshub ständig an die Druckmittelquelle (14) angeschlossen sind und das Drucköl wäh rend der Zustellbewegung von den Zylinderräumen (10 nach 9) und wäh rend der Rückhubbewegung von (9 nach 10) über die Umlaufventile (11) umgeschichtet wird, und daß beim Arbeitshub, wenn die Umlaufventile (11) geschlossen sind für jeden Zylinder (10) eine individuelle Reduzierung der Druckkraft über Ventil (12) in Abhängigkeit von außermittigen Belastungen des Stößels (3) erfolgt, um so einer Schrägstellung des Stößels (3) entgegenzuwirken,
ferner dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des unteren Umkehr punktes (19) des mechanischen Antriebes (7) der Stößel (2) abge bremst wird und mit geringer Geschwindigkeit (17) auf das Werkstück (15) auftrifft, während der folgende Arbeitshub (16) über die hydraulische Arbeitshubeinheit (4) ausgeführt wird, bewegt sich der Stößel (2) mit verminderter Geschwindigkeit (19) weiter,
ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in den Ausgleichs zylinder (8) über ein Druckeinstellventil (13) verändert werden kann, um die Stößel (2 und 3) kraftschlüssig oder elastisch zu ver binden,
ferner dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Unterteil des Pres sengestells (20) (Fig. 2) und dem Stößel (22) ein oder mehrere hydraulisch betätigte Arbeitshubeinheiten (4) angeordnet werden und daß die Arbeitshubeinheiten (4) mit unterschiedlicher Arbeitskraft in beliebiger Reihenfolge in das Pressengestell (20) angeordnet wer den können,
ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Pressengestell (1), der Stößel (2) und der mechanische Antrieb (7) nur die Kräfte für die Zustell- und Rückhubbewegung übertragen.

2. Stufenpresse mit hydraulischen Arbeitshubeinheiten nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Säulen (34) (Fig. 3) der hydraulisch angetriebenen Arbeits hubeinheiten (4) im unteren Bereich im Querhaupt (35) verankert sind und im oberen Bereich um die Säulen im Stößel (31) druckmittelbe tätigte Zylinder (32) angeordnet sind, während der mechanischen Zustellbewegung durch Stößel (2) wird die Wirkfläche (33) der Zylin derräume (32) nach unten bewegt und vergrößert so das Volumen der druckmittelbetätigten Zylinder (32), das benötigte Öl wird über die geöffneten Ventile (36) aus den Behälter (37) angesaugt, während der Rückhubbewegung durch Stößel (2) wird Öl über Ventile (36) drucklos in den Behälter (37) abgelassen, beim Arbeitshub wird den Zylindern (32) Drucköl über die geöffneten Ventile (38) von der Druckmittel quelle (39) zugeführt, die Arbeitskraft wird über die hydraulischen Wirkflächen (33) erzeugt.

3. Stufenpresse mit hydraulischen Arbeitshubeinheiten nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Säulen (51) der hydraulisch angetriebenen Arbeitshubeinheit (4) im oberen Bereich einen Absatz (56) aufweisen und im Stößel (53) Verriegelungseinrichtungen (52) (Fig. 4) angeordnet ist, die die Säulen (51) mit dem Stößel (53) nach dem Zustellhub formschlüssig (52.2) verbinden, die unteren Enden der Säulen (51) sind als hydrau lisch betätigte Kolben (55) ausgebildet und ergeben mit Unterteil (57) einen druckmittelbetätigten Zylinder (54), über die Ventile (58) werden die Zylinder (54) mit der Druckmittelquelle (59) verbun den, die über die Wirkflächen (55) eine Zugkraft erzeugt, diese wird über die Säulen (51) der Verriegelungseinrichtung (52.2) auf den Stößel (53) als Arbeitskraft übertragen, während des Arbeitshubes ist der Stößel (53) elastisch über Ausgleichszylinder (8) mit dem mechanisch angetriebenen Stößel (2) verbunden.

4. Stufenpresse mit hydraulischen Arbeitshubeinheiten nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Antrieb (7) für Stößel (2) über kinematische Getriebe, zum Beispiel Kniehebelantrieb, Schritt- oder Schaltge triebe, oder durch eine elektrisch oder elektronische Steuerung am Antriebsmotor die Geschwindigkeit des Stößels (2) verringert oder den Stößel (2) während des Arbeitshubes anhält (Fig. 1.2), um z. B. eine geringe Materialauftreffgeschwindigkeit (17) zu erlangen, um nach dem Arbeitshub wieder auf die volle Rückhubgeschwindigkeit zu beschleunigen.

5. Stufenpresse mit hydraulischen Arbeitshubeinheiten nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß für die Zustell- und Rückhubbewegung (Fig. 5) des Stößels (2) druckmittelbetätigte Zylinderkolbeneinheiten (60) vorgesehen sind und der Arbeitshub über die hydraulische Arbeitshubeinheit (4) aus geführt wird.