-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte hydraulische Gesenkschmiedepresse.
-
Hydraulische
Gesenkschmiedepressen sind Maschinen, die mit Hilfe einer Anordnung
von geeigneten Werkzeugen, die "Gesenke" genannt werden, dazu
in der Lage sind, ein Erzeugnis kalt von einem großen Durchmesser
auf einen kleineren Durchmesser zu verringern. Das Erzeugnis kann
typischerweise aus Stahl sein und eine zylindrische Form haben, dies
ist aber nicht zwingend der Fall. Auf dem Fachgebiet Hydraulikverbinder
wird insbesondere das zuvor beschriebene „Erzeugnis" als Pressklemme bezeichnet und dazu
verwendet, einen Schlauch mit einem Endstück für einen Schlauch zu verbinden.
Verbindungsstücke,
die von der Bauart her wie eine Pressklemme sind, werden selbstverständlich auch in
anderen Industriebereichen verwendet, jedoch führen die erhöhten Anforderungen
auf dem Gebiet der Hydraulikverbinder, wie beispielsweise erhöhter Druck
und längere
Wartungsintervalle, dazu, dass Pressklemmen in diesem Industriebereich
mehr Leistung erbringen müssen,
und demzufolge wird fortlaufend eine höhere Leistung der Hydraulikpresse
gefordert.
-
Eine
herkömmliche
Ausgestaltung einer Gesenkschmiedepresse kann allgemein als "Konus"-Bauart bezeichnet
werden. Dieser Gesenkschmiedepressentyp setzt einen Kolben ein,
der durch Hydraulikdruck angetrieben wird, wobei der Kolben eine
vordere Arbeitsfläche
besitzt, die kegelstumpfförmig
vertieft ist. Diese Arbeitsfläche
ist dazu ausgebildet, mit einer Anordnung von Gleitstücken [shoes]
zusammen zu wirken, von denen jede ein nach innen gerichtetes Gesenk
trägt.
Die Gleitstücke weisen
eine außenseitige
kegelstumpfförmige
Fläche
auf, die mit der Arbeitsfläche
des Kolbens zusammenwirkt. Wenn sich der Kolben im Betrieb durch
den aufgebrachten Hydraulikdruck nach vorne bewegt, wird die Vorwärtsbewegung
der Gleitstücke verhindert
und demzufolge müssen
sich die Gleitstücke
und die damit verbundenen Gesenke nach innen bewegen, um ein Gesenkdrücken zu
erzielen. Es sind viele Abwandlungen dieser grundsätzlichen Ausgestaltung
der Bauart möglich,
die auch Doppelkonusanordnungen umfassen. Die Vorteile dieser Ausgestaltung
bestehen in der Vereinfachung der Herstellung und somit in niedrigen
Kosten, einer kompakten Bauweise und einem mechanischen Zugewinn,
der bei entsprechendem Konuswinkel des Kolbens durch den mittels
des Kolbens ausgeübten Axialdruck
auf die Gesenke bis zu 3:1 betragen kann. Eine solche Anordnung
ist in der europäischen
Patentschrift
EP 0 298 017 gezeigt,
die den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet. Nachteilig an dieser
Konus-Gestaltung ist die "Tiefe" der Baugruppe und
die in dieser Konfiguration auftretende Spannung, die durch die
nicht zueinander passenden Krümmungen der
kegelstumpfförmigen Fläche in dem
Kolben und den teilkegelstumpfförmigen
Flächen
auf den hiermit zusammenwirkenden Gleitstücken bewirkt wird. Die nicht
zusammenpassenden Krümmungen
bewirken, dass tatsächlich
nur eine Berührung
entlang einer Linie erfolgt, auf der sich die Kurven überhaupt
miteinander paaren, was dazu führt,
dass sich die konischen Flächen
unter Last tatsächlich
verformen und in Abhängigkeit
der Last und der relativen Kolbenstellung ein signifikanter Aufprall
mit variierender Stärke erfolgt.
Da die tatsächliche
Messung des endgültigen Gesenkdurchmessers
am Kolben durchgeführt
wird, leidet auch die Genauigkeit. Die Lagerbelastung ist an dieser
Stelle extrem und viele Maschinen dieser Bauart fressen sich unter
Last fest, wenn man nicht beträchtliche
Mengen an Schmiermittel zuführt.
-
Um
diese Nachteile der Bauart mit Konus-Gestaltung zu überwinden,
hat man einen andere Gesenkschmiedepressenform entwickelt, die man als "Scheren"-Bauart umschreiben
kann. Diese Art von Gesenkschmiedepresse benutzt einen mittels Hydraulikdruck
betriebenen Kolben, der eine vordere V-förmige Vertiefung mit flachen
Lagerflächen
besitzt und der sich unter Druck gegen einen Gegenblock bewegt,
welcher ebenfalls eine V-förmige
Vertiefung mit flachen Lagerflächen
besitzt. Die Gleitstücke
befinden sich zwischen dem Kolben und dem Gegenblock, wobei sich
die flachen Lagerflächen
entweder mit den Lagerflächen
des Kolbens oder denen des Gegenblocks im Eingriff befinden. Die
Gleitstücke (außer denen,
die sich in den Ecken der V-förmigen Vertiefung
befinden) gleiten auf den Lagerflächen, wenn sich der Kolben
während
eines Gesenkschmiedevorgangs auf den Gegenblock zu bewegt. Die Gleitstücke, die
die Gesenke tragen, werden durch Federelemente, die sich zwischen
den Gleitstücke befinden,
voneinander beabstandet gehalten. Die Vorteile der Scheren-Bauart
bestehen darin, dass deren Länge
von vorn nach hinten im Vergleich zu einer ähnlichen Längen der Konus-Bauart klein
ist. Außerdem
besitzt die Scheren-Bauart eine hohe Belastungsfähigkeit aufgrund der vollständigen Flächenauflage,
die zuvor beschrieben wurde. Ein signifikanter Nachteil besteht
aber darin, dass sie wegen des mechanischen Gewinn von im Wesentlichen
1:1 (d. h. 1 mm Vorschub des Kolbens entspricht 1 mm des Gesenkdurchmessers)
hohe Herstellungskosten aufweist, wohingegen die Konus-Bauart einen
mechanischen Gewinn von bis zu 3:1 haben kann. Infolgedessen wird
der Kolben in einer Presse der Scheren-Bauart viel größer bauen
als in einer Presse der Konus-Bauart.
-
Eine
weitere Abwandlung einer Gesenkschmiedepresse der Konus-Bauart kann
das Bearbeiten der kegelstumpfförmigen
Fläche
des Kolbens in ein 8-eckige Form liegen, im Falle einer Presse mit 8
Gesenken, bei denen 8 im Wesentlichen flache, jedoch schräge Lagerflächen vor handen
sind, von denen jede mit einer flachen, jedoch geneigten Lagerfläche auf
dem Gleitstück
des Gesenks zusammenwirkt. Die 8-eckige Formgebung würde von
der Anzahl der in der Presse verwendeten Gesenke abhängen. Diese
Gesenkschmiedepressen-Bauart erfordert Führungselemente, die zwischen
den Gleitstücken
mit Federelementen, die ähnlich
den Federelementen in der Scheren-Bauart ebenfalls zwischen den
Gleitstücken
wirken, zu platzieren sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass
es zu einer vollständigen
Flächenkontaktierung ähnlich wie
bei der Maschine der Scheren-Bauart kommt, jedoch hat sie auch den
Vorteil der mechanischen Verstärkung ähnlich wie
bei der Konus-Bauart. Die Nachteile dieser Ausgestaltung bestehen
auch darin, dass sie schwierig herzustellen ist und die Konfiguration
führt bei
einer Radiallast dazu, dass die Gleitstücke dazu tendieren, in die
Ecken des 8-eckigen Konus zu gleiten, da dies die äußerste reaktive
Niedrigenergiestellung ist. Dies bedeutet, dass die Gleitstückführungen,
die zuvor erwähnt
wurden, zwischen die Gleitstücke
eingeführt
werden müssen,
um diese in der korrekten Position zu halten. Ein Verschleiß der Führungen wird
irreguläre
Gesenkschmiedevorgänge
bewirken.
-
Da
die Leistungsanforderungen an die Ausstattung von Gesenkschmiedepressen
zugenommen haben, tendieren die Hersteller allgemein dazu, Pressen
der Scheren-Bauart oder der Konus-Bauart herzustellen, jedoch mit
größerem Durchmesser,
so dass die Krümmungen
der Konusse weniger unterschiedlich ausfallen.
-
Da
mit höheren
Gesenklasten die Anforderungen an Gesenkschmiedepressen zugenommen haben,
ist dies auch bei deren Flexibilität der Fall. Früher wurde
der Gesenkdurchmesser durch Herstellung verschiedener Gesenkgruppen
mit variierendem Durchmesser gesteuert, wobei der Kolben sich zu
einer fixen Position (das Hubende) bewegt. In dieser Position wird
die maximale Auflagefläche
mit zueinander passenden Konuskrümmungen
erreicht. Bei vielen dieser Maschinen kostet das Einrichten der Gesenke
mehr als die Gesenkschmiedepresse an sich. Mehr und mehr derzeitige
Maschinen steuern die Vorwärtsbewegung
des Kolbens und folglich sind sie dazu in der Lage, eine breite
Streuung von fertigen Gesenkdurchmessern bei minimalem Aufwand zum
Einrichten der Gesenken zu erzielen.
-
Die
Aufgabe der vorliegen Erfindung besteht darin, eine verbesserte
Gesenkschmiedepresse bereit zu stellen, bei der die Vorteile in
Bezug auf die Herstellung, Kosten und Größe von Gesenkschmiedepressen
der Konus-Bauart beibehalten werden, während die Leistungsfähigkeit ähnlich wie
bei Maschinen der Scheren-Bauart erzielt wird.
-
Entsprechend
schafft die vorliegende Erfindung eine Gesenkschmiedepresse nach
dem Anspruch 1.
-
Bevorzugte
Merkmale und Aspekte dieser Erfindung sind in den hier beigefügten Ansprüchen 2–11 definiert.
-
Im
Folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen
dieser Erfindung im Vergleich zu Gesenkschmiedepressen nach dem
Stand der Technik unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, wobei:
-
1 schematisch
eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Gesenkschmiedepresse
der Konus-Bauart zeigt,
-
1a die
Kontaktfläche
zwischen einem Kolben und einem Gesenkgleitstück in einer typischen Gesenkschmiedepresse
der Konus-Bauart graphisch veranschaulicht,
-
2 schematisch
im Querschnitt eine herkömmliche
Gesenkschmiedepresse der Scheren-Bauart
zeigt,
-
3a schematisch
im Querschnitt eine herkömmliche
Gesenkschmiedepresse mit 8-eckigem Konus zeigt,
-
3b eine
Querschnittsansicht entlang der Linie A-A der 3a ist,
-
4 eine
perspektivische Ansicht eines in Funktion befindlichen Kolbens derjenigen
Bauart zeigt, die in einer Gesenkschmiedepresse gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden könnte,
-
4a eine
Vorderansicht des in Funktion befindlichen Kolbens, der in der 4 gezeigt
ist, zeigt,
-
5a eine
perspektivische Ansicht eines Teils eines Gesenkgleitstücks zeigt,
die mit einem in Betrieb befindlichen Kolben der in den 4 und 4A gezeigten
Bauart zusammenwirkt, wobei zu berücksichtigen ist, dass in der
Realität
ein gleiches Gesenkgleitstück
mit jedem Auflagerflächenbereich eines
in Betrieb befindlichen Kolbens zusammenwirken würde,
-
5b eine
der 5B ähnliche
Ansicht zeigt, in der jedoch eine andere Stellung der Gesenkgleitstück nach
einer Axialbewegung des sich in Betrieb befindlichen Kolbens gezeigt
ist,
-
6a eine
perspektivische Ansicht der mit dem in der 4 gezeigten
Kolben zusammenwirkenden Gesenkgleitstück ist,
-
6b eine
Seitenansicht der in der 6a gezeigten
Gesenkgleitstück
ist, und
-
7 eine
Querschnittsansicht ist, die zwei Funktionsstellungen während des
Betriebs einer Gesenkschmiedepresse zeigt, die einen zwischenliegenden
Rampenabschnitt gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält.
-
Es
wird zuerst auf die 1 und 1a Bezug
genommen, in denen schematisch eine herkömmliche Gesenkschmiedepresse 10 der
Konus-Bauart gezeigt ist, die einen bewegbaren Kolben 11 einsetzt,
der durch unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit, die über eine Öffnung 14 in
eine Kammer 13 gelangt, in die Vorwärtsrichtung 12 getrieben wird.
Die vordere Stirnfläche
des Kolbens 11 ist derart vertieft, dass eine kegelstumpfförmige Fläche 15 gebildet
ist, die mit teilkegelstumpfförmigen
Flächen 17 auf
den Gesenkgleitstücken 16 in
Eingriff gelangt, wobei jedes Gleitstück 16 ein nach innen
zeigendes Gesenk 18 abstützt. Die Gesenkgleitstücke 16 werden
durch eine Abschlusswand 19 an einer Bewegung nach vorn
gehindert, wodurch die Gleitstücke sich
einwärts
bewegen, wie es durch die Richtungspfeile 20 gezeigt ist,
wenn sich der Kolben 11 in die Vorwärtsrichtung 12 bewegt.
Wie in der 1a gezeigt, ist der Kontaktierungsbereicht
zwischen den Gesenkgleitstücken 16 und
der kegelstumpfförmigen Fläche 15 des
Kolbens 11 im Wesentlichen eine Linie, was durch das Herstellungsverfahren
derselben resultiert. In Folge dessen ist eine ausreichend lange Auflagerfläche erforderlich,
die wiederum zu einer Pressenanordnung führt, die in Vorwärtsrichtung
der Bewegung 12 des Kolbens relativ lang ist und die auch
zu den in dieser Beschreibung zuvor diskutierten weiteren Probleme
führt.
-
Die 2 zeigt
eine andere bekannte Bauart einer Gesenkschmiedepresse 21,
die zuvor als Gesenkschmiedepresse der Scheren-Bauart erläutert wurde.
In dieser Art von Presse wird das Kolbenelement 11 dazu
gezwungen, sich in Richtung eines Gegenblocks 22 zu bewegen,
wobei die einander gegenüberstehenden
Flächen
des Blocks 22 und des Kolbens 11 durch V-förmige flache
Lagerflächen 23, 24, 25 und 26 geformt
sind. Die Lagerflächen 23–26 stützen gleitend
die flachen Lagerflächen
auf den Gesenkgleitstücken 16,
die wiederum ebenfalls durch Federelemente 27 voneinander
getrennt sind. Der Aufbau ist derart, dass, sobald sich der Kolben 11 in Vorwärtsrichtung 12 bewegt,
die Gesenkgleitstücke (außer die
Gleitstücke,
die sich in der Ecke des V's befinden)
entlang der Lagerflächen 23–26 gleiten und
den Innenbereich zwischen den Gesenken wirksam reduzieren. Diese
Maschinen arbeiten zufriedenstellend, sind aber teuer in der Herstellung
und aufgrund der Größe des erforderlichen
Kolbens ziemlich groß.
-
Die 3a und 3b zeigen
eine modifizierte Gesenkschmiedepresse der Konus-Bauart, die in
der voran stehenden Erläuterung
als Presse mit 8-eckigen Konus bezeichnet wurde. In diesem Fall weisen
die Gesenkgleitstücke 16 flache,
geneigte Lagerflächen
auf, die mit flachen, geneigten Lagerflächen des Kolbens 11 in
Eingriff gelangen. Jedes Gesenkgleitstück 16 wird von Führungselementen 28 und
Federelementen 27 voneinander getrennt.
-
Es
wird nun Bezug genommen auf die 4, 4a, 5a und 5b,
in denen eine bevorzugte Ausgestaltung eines Kolbenelements 30 gezeigt ist,
das dazu in der Lage ist, in einer Gesenkschmiedevorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet zu werden. Das Kolbenelement 30 weist an
seiner vorderen Stirnfläche 32 einen
vertieften, kegelstumpfförmigen
Bereich 31 auf; der Bereich 31 ist aber in einzelne
Umfangsbereiche 33 unterteilt, von denen jeder einem Teil 34 (6a, 6b)
eines Gesenkgleitstücks
entspricht, die in der Pressenanordnung verwendet werden. Jeder
einzelne Bereich 33 ist mit einem Krümmungsradius 37 an
einem Innenende 35 konkav ausgebildet, der kleiner oder gleich
dem Krümmungsradius
einer Kreislinie 36 ist, die die Seitenränder jedes
Abschnitts 33 an dem Innenende 35 des kegelstumpfförmigen Bereichs 31 verbindet.
Der Krümmungsradius 38 jedes
Abschnitts 33 ist an seinem Außenende 39 gleich
dem Krümmungsradius 37 an
dessen Innenende 35. Der Krümmungsradius der Abschnitte 33 ist über deren Länge von
deren Innenenden 35 zu deren Außenenden 39 im Wesentlichen
gleich.
-
Die
hiermit zusammenwirkenden Gesenkgleitstück 40 haben eine äußere Lagerfläche 41,
die ebenfalls an beiden Enden einen Krümmungsradius aufweist und vorzugsweise
entlang ihrer Länge gleich
dem Krümmungsradius 37, 38 der
Kolbenbereiche 33 ist. Wie es am besten aus den 5a und 5b ersichtlich
ist, entspricht die Lagerfläche
jedes Bereichs 33 exakt der äußeren Lagerflächen 41 der
Gesenkgleitstücke,
so dass wenigstens eine 50%-ige und vorzugsweise wenigstens 70%-ige
Kontaktierung zwischen den aufeinander liegenden Auflagerflächen der
zwei Teile auftritt.
-
Die 7 zeigt
eine Querschnittsansicht einer Gesenkschmiedepresse gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Diese Presse veranschaulicht, wie die
Lagerabschnitte 33 des Kolbens 30 in zwei, in
axialer Richtung getrennte Sektionen 42 und 43 ausgebildet
sein können,
wobei dazwischen ein Rampenabschnitt 44 ausgebildet ist.
Die Gesenkgleitstücke 40 können ihre
Lagerflächen 41 in
gleicher Weise in zwei axiale Bereiche 45, 46 unterteilt
haben, die ebenfalls durch einen Rampenabschnitt 47 unterteilt
sind und an ihren Innenenden im Rampenabschnitt 48 eine
Führung
haben, um eine schnelle Zuführung
der Gesenkgleitstücke 40 in
die Gesenkposition zuzulassen. Eine Bewegung des Kolbens 30 wird
durch Einbringen von unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit
in die Kammer 49 über
die Öffnung 50 erzielt.
Die untere Hälfte
der 7 zeigt den Kolben 30 in einer zurückgezogenen
Stellung, in der sich die Gesenkgleitstücke 40 ebenfalls in
der äußeren Umfangsposition befinden.
Die obere Hälfte
der 7 zeigt den Kolben 30 in einer in Axialrichtung
vorwärts
bewegten Stellung nach dem Einbringen des unter Druck stehenden
Hydraulikflüssigkeit
in die Kammer 49, wobei die Gesenkgleitstücke entsprechend
radial einwärts bewegt
sind, um einen Gesenkschmiedevorgang ausführen.
-
Demzufolge
ist eine "kleeblattartige" Bauform gebildet,
wie sie in den 4 und 4a gezeigt
ist, die einfach herzustellen ist und in allen Betriebsstellungen
des Kolbens 30 eine vollständige Passung der Krümmungen
zwischen den Kolbenlagerflächen 33 und
den Lagerflächen 41 der
Gesenkgleitstücke 40 leistet. Überdies
besitzt sie – ungleich der
8-eckigen Konusausgestaltung (3a) – eine natürliche Stellung
unter Last, ohne dass Gleitstückführungen
notwendig sind. Die Bauform bietet all die Erleichterungen bei der
Herstellung und die herkömmlichen
Vorteile einer Gesenkschmiedepresse des Konustyps mit der Stabilität, dem Eingriff
der Lagerflächen
und der Genauigkeit einer Gesenkschmiedepresse der Scheren-Bauart.
Die Kleeblattformgebung maximiert die Anlagekontaktierung, was es
zulässt,
dass der Bereich (oder die vie len Kegelabschnitte) kürzer wird
und folglich die Gesenkschmiedepresse insgesamt kürzer bauen
kann als eine herkömmliche
Maschine der Konus-Bauart.