-
Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für einen Niederhalter, der zur
Verwendung bei der Dosenherstellung bestimmt ist. Insbesondere jedoch
nicht ausschließlich
bezieht sie sich auf einen Antrieb für einen Zuschnitthalter, mittels
welchem ein Dosenzuschnitt gegenüber
einem Nachziehwerkzeug gehalten ist (vgl. z.B. US-A-3 774 426).
-
Niederhaltermechanismen
wie z.B. Nachziehmuffen und Trennstempel sind bekannt. Üblicherweise
wird ein Hebel gegen ein Nockenprofil auf einer Kurbelwelle gehalten. Über den
Hebel wird ein Paar Ausstoßstangen
angetrieben, welche ihrerseits einen Kreuzkopf antreiben, über welchen
ein Zuschnitthalter betätigt
wird. Diese aus Ausstoßstangen und
einer Nockenbetätigung
bestehende Kombination dient dazu, den Zuschnitthalter in Richtung
auf ein Nachziehwerkzeug hin zu bewegen, um den Dosenzuschnitt oder
den Becher zu dem Werkzeug zu überführen. Durch
den Zuschnitthalter wird der Boden des Bechers gegen die flache
Seite des Werkzeugs gepresst, während
ein Stempel den Becher zwecks Nachziehens in das Werkzeug hineinstößt.
-
Diese
Art eines solchen Mechanismus ist schwer und die rotierende Masse
auf der Kurbelwelle stellt eine beträchtliche Belastung für die Hauptlager der
Maschine dar. Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Verminderung
der Probleme angestrebt, die mit dieser Beanspruchung verbunden
sind.
-
Erfindungsgemäß wird ein
hydraulischer Antrieb für
einen Niederhalter in einer Maschine zur Herstellung von Dosenkörpern bereitgestellt,
wobei der Antrieb aus einer fest angeordneten Führungsstange und einer Führungshülse besteht,
welche die Führungsstange
umgibt, wobei die Führungshülse rückseitige
und vorderseitige Stirnseiten aufweist, welche jeweils rückseitige
und vorderseitige hydraulische Kammern begrenzen, wobei die Kammern durch
eine Dichtung voneinander getrennt sind, mit einem ersten Kanal
(A) für
den Durchtritt eines hydraulischen Fluids in die rückseitige
hydraulische Kammer und aus dieser heraus über eine für einen Rückhub bestimmte Mündung, einem
zweiten Kanal (B) für
den Durchtritt eines hydraulischen Fluids in die vorderseitige hydraulische
Kammer und aus dieser heraus über
eine für
den Vorwärtshub
bestimmte Mündung,
wobei infolge eines Einführens
von Fluid in die vorderseitige Kammer die Führungshülse und der mit dieser in Verbindung
stehende Niederhalter in eine vordere Position bewegt werden und
wobei infolge eines Einführens
von Fluid in die rückseitige
Kammer die Führungshülse und
der Niederhalter in eine rückseitige
Position zurückgeführt werden.
-
Dadurch,
dass ein hydraulisch versorgter Antrieb benutzt wird, wird die rotierende
Masse auf der Kurbelwelle der Maschine dramatisch vermindert, da
die bisher existierenden Ausstoßstangen, Nocken,
Nachziehkurven und Kurvenscheiben sowie Airbags, mittels welchen
die Kurvenscheiben auf den Kurven gehalten wurden, nicht mehr erforderlich sind.
Dies wiederum mindert die Größe der hydraulischen
Energieversorgungseinheit der Maschine, welche für die Ausstoßstangen,
die Kurven und Kurvenscheiben bei einem herkömmlichen Niederhalter benötigt werden.
Hinzu tritt, dass eine Zunahme der Maschinengeschwindigkeit möglich ist,
und zwar aufgrund der Verminderung der Masse und der sich anschließenden Verminderung
an Systemträgheit,
welches zu einer erhöhten
Produktion führen
kann.
-
Verschiedene
vorteilhafte Wirkungen werden durch die Benutzung eines hydraulischen
Antriebs für
den Niederhalter erreicht wie z.B. eine Verminderung der Größe der Antriebskomponenten,
eines Schwungrades und anderer Antriebselemente usw., so dass sich
eine Verminderung in der Beanspruchung der Hauptlager der Maschine
sowie eine Verminderung des Verschleißes ergeben.
-
Das
hydraulische Fluid kann das Kühlmittel der
Maschine sein, welches üblicherweise
in der Versorgung der Betriebsstätte
verfügbar
ist. Obwohl dies eine Menge in der Größenordnung von 60 l/min. erforderlich
machen kann, kann die hydraulische Antriebs-Baueinheit der Maschine
tatsächlich
in ihrer Größe ver mindert
werden, und zwar aufgrund des Ersetzens mehrerer Komponenten wie
vorstehend dargelegt. Ein Ersetzen ist möglich durch einfaches Nachrüsten.
-
Die
vorderseitige Kammer umfasst üblicherweise
einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt, der zur radialen
Außenseite
und in Richtung auf sein vorderes Ende hin konisch ausgebildet ist,
so dass der Druck in der hydraulischen Kammer an dem vorderseitigen
Ende vermindert wird. Die Konizität oder Schräge mindert den hydraulischen
Druck an dem vorderseitigen Ende der hydraulischen Kammer, da die
Kammergröße an der
Fluiddruckseite zunimmt, wobei jedoch die Fluidanforderungen in
dem Rest der Kammer begrenzt sind.
-
Der
hydraulische Antrieb kann idealerweise Prüfventile umfassen, die dazu
bestimmt sind, die anfängliche
Beschleunigung der Führungshülse zu steuern
und/oder Druckentlastungsventile, die dazu bestimmt sind, Druckspitzen
zu vermeiden.
-
Während der
Fluss des hydraulischen Fluids durch eine Vielzahl an Mittel gesteuert
werden kann, wird idealerweise ein Drehventil benutzt. Das Drehventil
kann sich nach Maßgabe
einer Geschwindigkeit drehen, die geringer bemessen ist als die
Maschinengeschwindigkeit oder dieser entspricht, und zwar nach Maßgabe der
gewünschten
Maschinentaktzeit.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Antrieb eines Niederhalters einer Maschine zur Herstellung von Dosenkörpern vorgeschlagen,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellung
einer fest angeordneten Führungsstange;
Verbinden des Niederhalters mit einer Führungshülse, welche die Führungsstange
umgibt und entlang der Führungsstange
beweglich angeordnet ist, wobei die Führungshülse rückseitige und vorderseitige
Stirnseiten aufweist, welche jeweils rückseitige und vorderseitige
hydraulische Kammern begrenzen, wobei die Kammern durch eine Dichtung
voneinander getrennt sind; Versorgen der rückseitigen hydraulischen Kammer
mit einem Hydraulikfluid sowie Entnahme desselben aus dieser über eine
für den
Rückhub
bestimmte Mündung;
Versorgen der vorderseitigen hydraulischen Kammer mit einem Hydraulikfluid
sowie Ent nahme desselben aus dieser über eine für den Vorwärtshub bestimmte Mündung; wobei
infolge eines Einbringens von Fluid in die vorderseitige Kammer
die Führungshülse und
der mit dieser in Verbindung stehende Niederhalter in Richtung auf
eine vordere Position hin bewegt werden und wobei infolge eines
Einbringens von Fluid in die rückseitige
Kammer die Führungshülse und
der Niederhalter in Richtung auf eine rückseitige Position zurückbewegt
werden.
-
Vorzugsweise
umfassen die Stirnseiten Buchsen zur Abdeckung und/oder zur Öffnung der Mündungen,
wobei das Verfahren ferner aus den folgenden Schritten besteht:
einer beschleunigten Bewegung der Führungshülse und des Niederhalters indem
eine Mündung
freigelegt wird und indem ein Fluss an Fluid in die jeweilige Kammer
hinein bzw. aus dieser heraus erhöht wird; oder eine Verzögerung des
Maschinenhubes in dem eine Öffnung
abgedeckt wird und ein Fluss an Fluid in die jeweilige Kammer hinein
bzw. aus dieser heraus vermindert wird.
-
Bevorzugte
Ausführungsformen
eines hydraulischen Antriebs werden im Folgenden beispielhaft unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen:
-
1 eine
teilweise seitliche Schnittansicht einer Maschine zur Herstellung
von Dosenkörpern mit
einem hydraulischem Antrieb und einem Niederhalter;
-
2 eine
vergrößerte seitliche
Schnittansicht des Antriebs gemäß 1;
-
3 eine
vergrößerte seitliche
teilweise Schnittansicht eines alternativen Antriebs;
-
4 eine
alternative Ausführungsform
eines Niederhalters und
-
5 eine
seitliche Schnittansicht des Drehventils gemäß 1.
-
1 zeigt
eine seitliche Schnittansicht des vorderen Endes einer Maschine
zur Herstellung von Dosenkörpern
mit einem hydraulischen Antrieb 1, der zur Betätigung eines
Niederhalters 10 bestimmt ist. Ein Drehventil 20,
welches den Fluss eines hydraulischen Fluids steuert, wird im Folgenden
noch im Detail beschrieben werden.
-
Wie
in den 2 und 3 gezeigt, besteht der Antrieb 1 aus
einer zentralen Führungsstange 2 und
einer Führungshülse 3,
mit der der Niederhalter 10 in Verbindung steht. Die Hülse 3 weist
einen Innenabschnitt 12 auf, der üblicherweise aus Stahl hergestellt
sein kann, so dass die Führungsstange 2 an dieser
inneren Muffe 12 anliegt. Um die Masse und damit die Trägheit zu
beschränken,
ist der äußere Abschnitt 13 der
Hülse aus
einem leichteren Werkstoff, üblicherweise
aus Aluminium hergestellt.
-
Der
Ringraum zwischen der inneren Muffe 12, der Führungsstange 2 sowie
den jeweils vorderseitigen und rückseitigen
Buchsen 14, 15 ist in vorderseitige und rückseitige
Kammern 6, 9 unterteilt, und zwar durch eine Labyrinthdichtung 11.
Die Führungsstange 2 wird
in ihrer Stellung in der Maschine zur Herstellung von Dosenkörpern mit
der Maßgabe gehalten,
dass sich bei einer Beaufschlagung der vorderseitigen und rückseitigen
Kammern 6, 9 mit einem hydraulischen Fluid die
Führungshülse 3 entlang
der Führungsstange 2 vorwärts und
rückwärts bewegt,
und zwar nach Maßgabe
des Druckes des Fluids innerhalb der Kammern 6, 9.
-
Die
Leitungen A, B bilden Kanäle
für den Durchtritt
des hydraulischen Fluids zwischen dem Drehventil 20 und
der Führungsstange 2.
Wie in 2 gezeigt führt
der Kanal A über
eine Mündung 7 und/oder
rückseitige
Dämpfungsdüsen 8 in
die rückseitige
Kammer 9. In ähnlicher
Weise führt
der Kanal B über
die Mündung 4 und/oder
vorderseitige Dämpfungsdüsen 5 in
die vorderseitige Kammer 6. Der Betrieb der Mündungen
sowie der Dämpfungsdüsen wird
im Folgenden noch im Detail beschrieben werden. Bei der Ausführungsform
gemäß 3 sind Prüfventile 5', 8' jeweils in
den vorderseitigen und rückseitigen
Kammern 6, 9 vorgesehen und es sind in der Kammer 43 Druckentlastungsventile 46 angeordnet.
Der Betrieb dieser Ventile wird ebenfalls im Folgenden im Detail
noch beschrieben werden.
-
Die
vorderseitige Kammer 6 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 16,
der in Richtung auf sein vorderseitiges Ende 17 bis zu
einer Fluiddruckseite 18 hin konisch verläuft. Der
auswärtige
konische Verlauf ist durch die Abschrägung am vorderseitigen Ende
der Muffe 12 definiert. Obwohl kein äquivalenter Wechsel hinsichtlich
der Größe für die rückseitige Hubkammer 9 vorgesehen
ist, liegt dies sicherlich innerhalb des Schutzumfangs des Gegenstands
der Erfindung.
-
Es
wird nunmehr auf die 1 und 4 Bezug
genommen, wonach der Niederhalter 10 aus einem Zuschnitthalter 30 besteht,
der zum Hatten eines Bechers 31 gegenüber einem Nachziehwerkzeug 32 bestimmt
ist. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform
umfasst der Niederhalter einen Abstandhalter 33 und einen
Zentrierring 34. Durch diesen Zentrierring 34 ist
ein einfacher Zugang gegeben, um den Zuschnitthalter ohne die Notwendigkeit langwieriger
Ausrichtverfahren zu wechseln. Ein Rückhalter 35 und eine
Feder 36 können
anstelle des Abstandhalters 33 gemäß 3 benutzt
werden.
-
5 ist
eine Seitenansicht eines Drehventils 20 welches dazu benutzt
wird, den Fluss eines hydraulischen Fluids bei einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung zu regeln. Wie in 1 erkennbar
ist, liefert das Ventil 20 Fluid zu dem Antrieb 1 auf
beiden Seiten des Niederhalters 10. Die Leitungen A, B
sind bei jedem Antrieb mit den Bohrungen A, B des Drehventils verbunden.
-
Das
Ventil 20 steht mit einer Rotorwelle 21 in Verbindung,
die über
die Hauptkurbelwelle der Maschine zur Dosenkörperherstellung angetrieben
wird und sich in der durch den Pfeil in 5 angedeuteten Richtung
dreht. Ein hydraulisches Fluid von der Kühlmittelversorgung der Maschine
tritt über
einen Einlass 22 in das Drehventil ein und verlässt dieses über den
Auslass 23. Der Einlass 22 und der Auslass 23 sind
in 5 aus Gründen
der Klarheit außerhalb
ihrer tatsächlichen
Position wiedergegeben. Eine zentrale Bohrung 24 der Welle 21 verbindet
den Einlass 22 sowie den Auslass 23 mit den Bohrungen
A oder B in dem Ventil nach Maßgabe
der gewünschten
Maschinentaktzeiten. Das Ventil 20 befindet sich auf einer
Sammelleitung 40, welche mit den Maschinenbett verschraubt
ist.
-
Der
Betrieb des erfindungsgemäßen hydraulischen
Antriebs gestaltet sich wie folgt:
Unter Druck stehendes hydraulisches
Fluid aus der Kühlmittelversorgung
der Maschine wird der Bohrung 24 der zentralen Rotorwelle 21 mittels
einer (nicht gezeigten) Speicher- und Pumpeneinheit zugeführt. Während die
zentrale Welle 21 rotiert, gelangt hydraulisches Fluid
von der Welle 21 in die Bohrung A, sobald des Drehventil
sich in der in 5 gezeigten Stellung befindet. Über die
Bohrung A wird dieses Druckfluid entlang des Kanals A in die Kammer 9 eingeführt, um
den Rückwärtshub des
Niederhalters einzuleiten.
-
Bei
der in 5 gezeigten Ausführungsform sind die Bohrungen
A, B relativ zueinander versetzt angeordnet, um die gewünschte Maschinentaktzeit zu
erreichen. Beispielsweise kann das Drehventil mit der halben Maschinengeschwindigkeit
(über die
Kurbelwelle eingestellt) betrieben werden, um den Verschleiß der Komponenten
zu begrenzen.
-
Die
Bohrung B des Drehventils 20 steht mit dem Auslass 23 in
Verbindung, um einen Austritt des Mediums in den Kanal B zu ermöglichen,
sobald die Bohrung A mit dem Kanal A wie gezeigt ausgerichtet ist.
In ähnlicher
Weise steht die Bohrung A mit dem Auslass 23 in Verbindung,
um einen Austritt des Mediums in den Kanal A zu ermöglichen.
-
Der
Rückwärtshub der
Niederhalterbaugruppe tritt ein, sobald die Bohrung A des Ventils
mit dem Kanal A ausgerichtet ist, wie in 4 gezeigt.
Infolge des Rückwärtshubs
wird der Niederhalter in die Rückwärtsposition
zurückgeführt.
-
Wie
in den 1 und 2 gezeigt, wird ein Durchtritt
von Fluid ausgehend von dem Kanal A in die Kammer 9 durch
die rückseitige
Buchse 15 verhindert – das
Fluid kann jedoch radial in Richtung der rückseitigen Kammer 9 hin
durch die Dämpfungsdüsen 8 austreten.
Auf diese Weise ist ein relativ sanfter Start der Bewegung der Hülse 3 und
des Niederhalters von dem Becher 31 fort innerhalb des
Nachziehwerkzeugs 32 sichergestellt, während sich der Druck in der
rückseitigen
Kammer 9 aufbaut.
-
Mit
der weiteren Zunahme des Druckes in der rückseitigen Kammer wird infolge
der Bewegung der Hülse 3 bei
der rückseitigen
Buchse 15 die zur Einleitung des Rückwärtshubs bestimmte Mündung 7 allmählich freigelegt,
so dass das Fluid durch die in zunehmendem Maße freigelegte Mündung 7 strömen kann
und eine weitere Beschleunigung des Rückwärtshubs eintritt, bis die Mündung völlig geöffnet ist.
-
Entsprechend
der Taktzeit des Antriebs (mittels des Ventils 20 eingestellt)
wird infolge der Drehung der Welle 24 innerhalb der Ventilbaugruppe
die Bohrung A allmählich
geschlossen. In der Zwischenzeit verursacht die Bewegung der vorderseitigen Buchse 14 einen
Austritt an hydraulischem Fluid in der vorderseitigen Kammer, und
zwar über
den Kanal B. Nachdem die Mündung 4 durch
die Buchse 14 geschlossen ist, verlangsamt sich die Bewegung
der Hülse
bis die rückseitige
Kante der Mündung
geschlossen ist. Diese Verzögerung
wird weiter durch die Anordnung vorderseitiger Dämpfungsdüsen 5 gesteuert, welche
einen weiteren Austritt beschränken und
am Ende des Rückwärtshubes
eine Dämpfungswirkung
ausüben.
Die Hublänge
wird durch die Lage der Mündungen 4, 7 der
Führungsstange
bestimmt.
-
Sobald
die Bohrung B der Ventilbaugruppe öffnet, gelangt unter Druck
stehendes Fluid aus dem Einlass 22 über die zentrale Bohrung 24 in
die Leitung B. Der Vorwärtshub,
durch welchen der Niederhalter in Vorwärtsrichtung angetrieben wird,
wird somit eingeleitet, während
das Fluid allmählich
in die vorderseitige Kammer 6 über die Dämpfungsdüsen 5 eintritt. Eine
Beschleunigung des Vorwärtshubs
tritt ein, sobald die vorderseitigen Buchsen 14 die für den Vorwärtshub bestimmte
Mündung 4 öffnen. Inzwischen
wird Fluid aus der rückseitigen
Kammer 9 über den
Kanal A und den Auslass 23 des Drehventils ausgetragen.
Eine Verlangsamung des Vorwärtshubes
wird in ähnlicher
Weise wie bei dem Rückwärtshub erreicht,
sobald die vorderseitigen Buchsen die Mündung 4 überdecken
und Fluid in die vorderseitige Kammer über eine verminderte Querschnittsfläche der
Mündung 4 und
schließlich
nur noch über
die Dämpfungsdüsen 8 eintritt.
Der Becher 31 wird dann gegen das Werkzeug 32 zwecks
Nachziehens mittels der Bewegung eines Stempels 45 innerhalb
des Bechers gehalten.
-
Insbesondere
anhand der 2 ist erkennbar, dass die vorderseitigen
und rückseitigen
Buchsen 14, 15 eine Beschleunigung und eine Verzögerung der
Führungshülse 3 an
den jeweiligen Enden des Vorwärts-
und des Rückwärtshubes
bewirken, und zwar während
die Buchsen jeweils die vorderseitigen und rückseitigen Mündungen 4, 7 allmählich schließen und/oder öffnen.
-
Bei
dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind Prüfventile 5', 8' vorgesehen,
die jeweils während
des Entspannungshubes geschlossen sind, während des Druckhubes hingegen
geöffnet
sind, so dass jeweils ein Fluideintritt in die Kammern 6, 9 ermöglicht wird.
Diese Maßnahme
beendet den Fluidstrom, und wird dazu benutzt, um die Bewegung der Führungshülse 3 anzuhalten,
so dass die zugekehrte Seite der jeweiligen Buchse 14, 15 mit
Druck beaufschlagt wird, bis die Versorgungsrille freigelegt ist.
-
Druckentlastungsventile 46 verhindern
einen Druckaufbau aufgrund einer Fluidkompression innerhalb der
Klammern 6, 9, und zwar von einem Erreichen des
Punktes an, bei welchem Druckspitzen auftreten. Der Druck wird auf
diese Weise über
den Kanal 41 und die Druckentlastungsventile 46 abgebaut.
-
Der
Niederhalter verbleibt in der Vorwärtsposition während der
Stempel 45 in den Becher 31 zwecks Nachziehens
eindringt. Der Zyklus wiederholt sich anschließend.
-
Jegliches
Kühlmittel,
welches zwischen der Führungsstange 2 und
der Muffe 16 durchtritt, kann über die Labyrinthdichtung 11 entfernt
werden. Späne
oder andere Partikel bzw. Verunreinigungen sammeln sich in den Ringräumen 42 der
Buchsen 14, 15 und verlassen diese über Durchgangsöffnungen 41 in
die Kammer 43 innerhalb der Führungsmuffe 3, um über eine
Mündung 44 zu
der Aufbereitung der Kühlmittelversorgung
weitergeleitet zu werden.
-
Die
Erfindung ist vorstehend beispielhaft beschrieben worden und es
können
an dieser Änderungen
innerhalb des durch die Ansprüche
definierten Schutzumfangs vorgenommen werden. Beispielsweise kann
in dem ersten, in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
die Bewegung der Führungshülse nicht
nur mittels der Buchsen geregelt werden, die sich über die
Mündungen
bewegen, sondern gleichermaßen
auch mittels des Gebrauchs von Dämpfungsdüsen 5 und/oder 8 zwischen
den Kanälen
und den jeweiligen hydraulischen Kammern. Diese Dämpfungsdüsen sind
mit der Maßgabe
angeordnet, dass selbst dann, wenn durch die Buchsen die Mündungen
verschlossen worden sind, eine Verbindung über diese Dämpfungsdüse oder diese Dämpfungsdüsen noch
möglich
ist. Bei dem zweiten, in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
sind ein System von Prüfventilen,
um ein totes Leitungsende für
das Fluid zu vermeiden, welches zum Anhalten der Baugruppe benutzt
wird, und Druckentlastungsventile zur Vermeidung von Druckspitzen
benutzt worden. Es kann selbstverständlich jede Kombination von
Drosselstellen sowie Prüf-
und Druckentlastungsventilen benutzt werden. Alternative Ausführungsformen
sowohl der Führungsstange
als auch der Führungshülse (oder beider),
welche für
die Bewegung der Führungshülse einen
verbesserten weichen Start und oder ein Anhalten mit sich bringen,
werden ebenfalls als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung befindlich
angesehen.