DE4322633A1 - Spannkopf für Schmiedemaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannkopf für Schmiedemaschinen mit einer Spannbacken zum Fassen eines Werkstückes aufnehmenden, dreh- und antreibbar gelagerten Spindel od. dgl., wobei der Drehantrieb der Spindel ein Drehschwingungen ermöglichendes Federsystem aufweist.

Ein solcher Spannkopf soll das zu schmiedende Werkstück zwischen die Hämmer führen bzw. es in Richtung der Werk­ stückachse bewegen und ihm beim Rundschmieden zugleich eine Drehung um die Werkstückachse erteilen. Der Spann­ kopf ist daher in Richtung der Werkstückachse verschiebbar und die spannbackentragende Spindel mit Hilfe eines Motors antreibbar. Da nun bei jedem Hammerschlag das Werkstück festgehalten wird, ist, um trotz gleich­ mäßigem Spindelantrieb ein unerwünschtes Verwinden des Werkstückes zu vermeiden, in den Spindelantrieb ein spezielles Federsystem eingeschaltet, das Drehschwin­ gungen erlaubt und ein Abbremsen der Spindel entsprechend dem Festhalten des Werkstückes beim Hammerschlag ermöglicht. Dieses Federsystem wird so ausgelegt, daß sich durch Über­ lagerung der Spindelantriebsdrehbewegung mit der durch das Federsystem bzw. das periodische Anhalten des Werk­ stückes beim Hammerschlag erzielten Schwingbewegung der selbständige Stillstand der Spindel und damit des Werk­ stückes im Augenblick des Hammerschlages ergibt.

Um dabei die auf die Schlagfrequenz der Hämmer ab­ gestimmten Drehschwingungen unabhängig von den Ver­ windungseigenschaften der Werkstücke sicherzustellen, wurde auch schon vorgeschlagen, zusätzlich zum Feder­ system für die Spannkopfspindel eine hydraulisch be­ tätigbare Bremse vorzusehen, die mit der Hämmerschlag­ frequenz intermittierend beaufschlagt wird, um die gewünschten Drehschwingungen selbst dann zu erzeugen, wenn die Verdrehfestigkeit des Werkstückes nicht ausreichen sollte, die zur Anregung der Schwingungen notwendigen Festhaltekräfte von den Hämmern her auf das Federsystem zu übertragen (AT-PS 278.481). Dieses Antriebssystem hat sich auch durchaus gut bewährt, doch ist es, da bisher als Federsystem ein mechanisches Tellerfederpaket eingesetzt wird, an eine bestimmte Hämmerschlagfrequenz gebunden. Das von der Federcharakteristik, den auftretenden Massen­ kräften, den Geschwindigkeiten u. dgl. abhängige Schwingungssystem schwingt nämlich mit der durch diese Parameter festgelegten Frequenz und diese Frequenz kann nicht verändert werden, so daß ein solcher Spannkopf auch nur zum Schmieden mit einer bestimmten Hammerschlag­ frequenz optimal geeignet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und einen Spannkopf der eingangs ge­ schilderten Art zu schaffen, der sich hinsichtlich des Schwingungsverhaltens seines Spindeldrehantriebes inner­ halb weiter Bereiche an unterschiedliche Schmiedever­ hältnisse anpassen läßt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß das Feder­ system aus einem Hydraulikpolster besteht, dessen Füll­ volumen veränderbar ist und in den zumindest zwei an einem schwingenden Antriebsteil angreifende Verdränger­ körper in Abhängigkeit von der Schwingbewegung ab­ wechselnd eintauchen. Für das Federsystem des Drehan­ triebes wird somit eine hydraulische Feder eingesetzt, die verschleiß- und wartungsarm arbeitet und auf rationelle Weise durch einfache Änderung des Hydrau­ likvolumens eine Änderung der Federcharakteristik er­ laubt, so daß sich das Schwingungsverhalten und die Schwingungsfrequenz des Spindeldrehantriebes ohne Schwierigkeiten an die unterschiedlichsten Schmiede­ hämmerfrequenzen und Schmiedeverfahren anpassen lassen. Es ist theoretisch zwar möglich, auch bei mechanischen Federn durch Zu- und Abschalten verschiedener Federelemente, durch Änderung der Einspannlängen, durch unterschied­ liche Vorspannungen u. dgl. die Federcharakteristik zu beeinflussen, doch wäre damit für eine praktische Ausführung ein zu großer Konstruktions- und Bauaufwand ver­ bunden. Eine hydraulische Feder hingegen, bei der die Federungseigenschaften des Hydraulikmittels genutzt werden, gewährleistet wegen der Mengenabhängigkeit dieser Federungs­ eigenschaften ein Federsystem mit weitreichender Variabili­ tät seiner Federcharakteristik.

Setzt sich der Hydraulikpolster aus einem Speicherraum mit veränderbarem Füllvolumen und wenigstens einem daran angeschlossenen Zylinderraum zur Aufnahme der Verdränger­ körper zusammen, lassen sich Speicherraum und Zylinderraum getrennt voneinander unterbringen, wobei als Verbindung eine einfache Hydraulikleitung genügt, und es kommt zu einer platzsparenden, geschickt an die jeweiligen baulichen Verhältnisse anpaßbaren Konstruktion. Die eigentliche Aus­ bildung von Zylinderraum und Speicherraum oder die Art der Volumsveränderung des Speicherraumes bzw. des Zusammen­ wirkens von Verdrängerkörper und Zylinderraum spielen dabei keine Rolle, es muß lediglich die gewünschte Hydraulikfeder mit variabler Charakteristik entstehen.

Um einen rationellen Speicherraum mit veränderbarem Füll­ volumen zu erreichen, kann der Speicherraum aus einer mit einem hubverstellbaren Kolben od. dgl. ausgestatteten Speicherkammer bestehen, bei der durch entsprechende Hubverstellung des Kolbens das Volumen stufenlos veränder­ bar ist, oder der Speicherraum kann aus wenigstens zwei wahlweise an den Zylinderraum anschließbaren Speicherkammern bestehen, so daß bedarfsweise eine oder mehrere Speicher­ kammern als Speicherraum zum Einsatz kommen und das Speicherraumvolumen dadurch stufenweise veränderbar ist. Weisen die Speicherkammern unterschiedliche Volumina auf, läßt sich durch die einzelnen Kombinationen der ver­ schiedenen Speicherkammern das Füllvolumen vielfach und feinstufig abändern.

Bei den bekannten Spindeldrehantrieben ist in den Dreh­ antrieb ein Schneckentrieb aus drehfest auf der Spindel sitzendem Schneckenrad und antreibbarer und axial verschiebbarer Schnecke eingebunden, wobei an einem Schneckenende ein über das Federsystem axial in beiden Richtungen federkraftbeaufschlagbarer Kopfteil vorgesehen ist, so daß die Schnecke axial in beiden Richtungen einem Stillstand des Schneckenrades aus­ weichen kann, worauf dann federkraftbedingt die Schnecke wieder zurückbewegt wird und die gewünschte Schwingbewegung entsteht. Bei einem hydraulischen Federsystem kommt es hier zu einem funktionssicheren und aufwandsarmen Zusammenspiel von Schnecke und Hydraulikpolster, wenn der Kopfteil von einer Mittelstellung der Schnecke aus mit den einen der abwechselnd betätigbaren Verdrängerkörper in der einen Richtung und mit den anderen der Verdrängerkörper in der anderen Richtung in Wirkverbindung steht, wodurch die Verdrängerkörper gruppenweise und in Abhängigkeit von der axialen Auslenkung der Schnecke gegenüber der Mittellage zum Einsatz kommen und für die entsprechende Schwingfrequenz sorgen.

Eine kompakte Konstruktion entsteht dadurch, daß der zwei auf einer axialen Führungsstange zwischen Mit­ nehmeranschlägen verschiebbare Betätigungsteller auf­ weisende Kopfteil mit seiner Führungsstange eine zwischen den Betätigungstellern angeordnete, dem Zylinderraum des Hydraulikpolsters zugehörende Ring­ kammer durchragt, in die von beiden Stirnseiten her die als Stangenkolben ausgebildeten Verdrängerkörper eingreifen, wobei die Stangenkolben jeweils einer Stirnseite mit dem benachbarten Betätigungsteller zusammenwirken. Dadurch kann der Zylinderraum des Hydraulikpolsters samt seinen Verdrängerkörpern unmittelbar mit dem Kopfteil der Schnecke zusammenge­ baut werden, was eine störunanfällige Betätigungs­ einheit ergibt, der einfach ein an geeigneter Stelle untergebrachter Speicherraum zugeordnet wird.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Hand eines Ausführungsbeispieles schematisch veranschaulicht, und zwar zeigen

Fig. 1 die wesentlichen Teile eines erfindungsgemäßen Spannkopfes in teilgeschnittener Seitenansicht, Fig. 2 und 3 Querschnitte nach den Linien II-II der Fig. 1 bzw. III-III der Fig. 2 in geändertem Maßstab und Fig. 4 eine Ausführungsvariante für den Hydraulikpolster des Spannkopfes in einer Schnittdarstellung ähnlich Fig. 3.

Ein Spannkopf 1 für eine nicht weiter dargestellte Schmiedemaschine ist auf einem Maschinenbett 2 längsgeführt und kann hydraulisch über am Spann­ kopf 1 angreifende Schubstangen 3 im Sinne eines Werkstücklängsvorschubes bewegt werden. Im Spannkopf­ gehäuse ist eine hülsenförmige Spindel 4 drehbar gelagert, an der Spannbacken 5 zum Fassen des zu schmiedenden Werkstückes angelenkt sind. Der Antrieb der Spindel 4 erfolgt über einen Motor 6 und einen Schneckentrieb 7, der aus einem drehfest auf der Spindel 4 sitzenden Schneckenrad 8 und einer Schnecke 9 besteht, wobei die über einen Riementrieb 10 mit dem Motor 6 in Antriebsverbindung stehende Schnecke 9 nach beiden Richtungen axial verschiebbar gelagert und über einen endseitigen Kopfteil 11 nach beiden Richtungen hin federnd abgestützt ist. Dadurch können innerhalb des Drehantriebes der Spindel 4 Dreh­ schwingungen auftreten, die es ermöglichen, den durch den Hammerschlag beim Rundschmieden bedingten Still­ stand des Werkstückes und damit der Spindel 4 und des Schneckenrades 8 auszugleichen, da während der Stillstandszeit die Schnecke 9 axial gegen Feder­ kraft ausweichen kann und dann bei Weiterdrehung des Schneckenrades federkraftbeaufschlagt beschleunigt zurückschnellt, so daß sich ein Schwingungszustand bestimmter Frequenz aufbaut. Eine in Hämmerschlag­ frequenz intermittierend beaufschlagbare Bremse 12 für die Spindel 4 kann gegebenenfalls für eine exakte, von der Verdrehsteifigkeit eines Werkstückes unabhängige Perioden folge zwischen Stillstand und Drehbewegung sorgen.

Zur federnden Abstützung der Schnecke 9 ist ein Federsystem aus einem Hydraulikpolster 13 vorge­ sehen, dessen Füllvolumen veränderbar ist und in den Verdrängerkörper 14 in Abhängigkeit von der Schwingbewegung der Schnecke 9 abwechselnd ein­ tauchen. Der Hydraulikpolster 13 setzt sich gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 aus einer Speicherkammer 15 mit hubverstellbarem Kolben 16 und einer daran anschließenden Ringkammer 17 mit den von beiden Stirnseiten her eindringenden, als Stangenkolben 14a, 14b ausgebildeten Verdrängerkörpern zusammen. Die Stangenkolben 14a, 14b sind gegeneinander versetzt angeordnet und in Zylinderbohrungen 18 geführt, die untereinander über ein Ringkanal 19 und über diesen mit der Speicherkammer 15 leitungsverbunden sind. Ein nur angedeutetes Lecksystem 20 sorgt einerseits für einen ständigen Ausgleich einer Hydraulikmittelleckage bzw. für eine Mengenanpassung des Hydraulikmittels bei Füllvolumen­ änderungen und anderseits für eine entsprechende Hydraulik­ mittelkühlung.

Zur Wirkverbindung von Hydraulikpolster 13 und Kopfteil 11 der Schnecke 9 ist am Kopfteil 11 eine Führungsstange 21 aufgesetzt, die die Ringkammer 17 axial durchragt und beidseits der Ringkammer Betätigungsteller 22a, 22b trägt, die verschiebbar zwischen zwei Mitnehmeranschlägen 23, 24 abgestützt und den jeweils benachbarten Stangenkolben 14a, 14b der Ringkammer 17 zugeordnet sind. Durch das axiale Verschieben der Schnecke 9 und damit des Kopfteiles 11 in einer der beiden Richtungen werden daher auch nur die einen in dieser Richtung in die Zylinderbohrungen 18 ein­ greifenden Stangenkolben 14a, 14b in das Hydraulikmittel eingetaucht und der Hydraulikpolster vorgespannt, wobei die erreichbaren Federungseigenschaften von der Füllungs­ menge und damit von der Stellung des Kolbens 16 abhängig sind. Beim Hin- und Herschwingen der Schnecke 9 werden dann die Stangenkolben 14a, 14b abwechselnd betätigt und es entsteht ein stabiles, durch ein Verstellen des Kolbens 16 beeinflußbares Schwingsystem, das auf einfache Weise die Anpassung des Schwingungsverhaltens des Drehantriebes an die jeweiligen Schmiedeverhältnisse ermöglicht.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind statt einer hubkolbenbestückten Speicherkammer drei verschieden große Speicherkammern 15a, 15b, 15c vorgesehen, die über ent­ sprechende Sperrorgane 16a mit der Ringkammer 17 in Leitungsverbindung stehen. Dadurch läßt sich diese Ringkammer mit einem der drei Speicherkammern oder mit einer beliebigen Kombination der Kammern verbinden, was wiederum die Möglichkeit einer Füllvolumenänderung für den Hydraulikpolster 13 mit sich bringt.

Claims (7)

1. Spannkopf für Schmiedemaschinen, mit einer Spann­ backen zum Fassen eines Werkstückes aufnehmenden, dreh- und antreibbar gelagerten Spindel od. dgl., wobei der Dreh­ antrieb der Spindel ein Drehschwingungen ermöglichendes Federsystem aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Federsystem aus einem Hydraulikpolster (13) besteht, dessen Füllvolumen veränderbar ist und in den zumindest zwei an einem schwingenden Antriebsteil (9) angreifende Verdränger­ körper (14) in Abhängigkeit von der Schwingbewegung ab­ wechselnd eintauchen.

2. Spannkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Hydraulikpolster (13) aus einem Speicherraum mit veränderbarem Füllvolumen und wenigstens einem daran angeschlossenen Zylinderraum zur Aufnahme der Verdränger­ körper (14) zusammensetzt.

3. Spannkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum aus einer mit einem hubverstellbaren Kolben (16) od. dgl. ausgestatteten Speicherkammer (15) besteht.

4. Spannkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum aus wenigstens zwei wahlweise an den Zylinderraum anschließbaren Speicherkammern (15a, b, c) besteht.

5. Spannkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkammern (15a, b, c) unterschiedliche Volumina aufweisen.

6. Spannkopf nach einem der Ansprüche 1-5, mit einem in den Drehantrieb eingebundenen Schneckentrieb aus dreh­ fest auf der Spindel sitzendem Schneckenrad und antreib­ barer und axial verschiebbarer Schnecke, wobei an einem Schneckenende ein über das Federsystem axial in beiden Richtungen federkraftbeaufschlagbarer Kopfteil vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfteil (11) von einer Mittelstellung der Schnecke (9) aus mit den einen der abwechselnd betätigbaren Verdrängerkörper (14a; 14b) in der einen Richtung und mit den anderen der Verdränger­ körper (14b; 14a) in der anderen Richtung in Wirkverbindung steht.

7. Spannkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zwei auf einer axialen Führungsstange (21) zwischen Mitnehmeranschlägen (23, 24) verschiebbare Betätigungs­ teller (22a, b) aufweisende Kopfteil (11) mit seiner Führungsstange (21) eine zwischen den Betätigungstellern (22a, b) angeordnete, dem Zylinderraum des Hydraulik­ polsters (13) zugehörende Ringkammer (17) durchragt, in die von beiden Stirnseiten her die als Stangenkolben (14a, b) ausgebildeten Verdrängerkörper (14) eingreifen, wobei die Stangenkolben (14a, b) jeweils einer Stirn­ seite mit dem benachbarten Betätigungsteller (22a; b) zusammenwirken.