DE9405764U1

DE9405764U1 - Pressengetriebenes Werkzeugmodul, insbesondere eine pressengetriebene Querstanz- oder Biegeeinheit

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Publication number: DE9405764U1
Application number: DE9405764U
Authority: DE
Original assignee: ISKA WOLFGANG KATZ VERWALTUNGS
Current assignee: ISKA WOLFGANG KATZ VERWALTUNGS
Priority date: 1993-04-26
Filing date: 1994-04-07
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2004-04-08
Also published as: DE59306000D1; US5606910A; JPH08508681A; FR2704478B3; WO1994025260A1; EP0696960B1; EP0696960A1; KR960701740A; FR2704478A3; ES2100530T3

Description

Pressenqetriebenes Werkzeuqmodul, insbesondere eine pressenqetriebene Querstanz- oder Bieqeeinheit

Die Erfindung betrifft ein pressengetriebenes Werkzeugmodul, insbesondere eine pressengetriebene Querstanz- oder Biegeeinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dem Grunde nach waren bislang derartige Werkzeugmodule als rein mechanisch kraftumlenkende Module konzipiert, wie sie beispielsweise aus dem Prospektblatt "MILFAB" der Danly Deutschland GmbH bekannt sind. Sie besitzen einen Stößel, an dem ein Werkzeug, beispielsweise ein Stanz- oder Biegewerkzeug anbringbar ist. Der Stößel ist in einer Führungsbuchse eines Grundkörpers verschiebbar gelagert. Die Verschieberichtung ist durch die Anordnung der Führungsbuchse vorgegeben und verläuft horizontal. Parallel zum Stößel ist entweder innerhalb oder außerhalb des Grundkörpers eine Schraubenfeder angebracht und mit dem Stößel derart gekoppelt, daß sie der Verschiebung des Stößels entgegenwirkt und als Rückstellfeder dient. Der Stößel wird an seiner dem Werkzeug abgewandten Stirnseite von einem Kipphebel betätigt. Dieser ist schwenkbar im Grundkörper gelagert und wird von einem

Postbank: Karlsruhe 76979-154;

54: 8aQkto*n$;&utsc}?e»6änli AG Villingen (BLZ 69470039) 146332

V.A.T. No. DE142989261

Pressenstößel vertikal beaufschlagt. Durch die Abwärtsbewegung des Pressenstößels beim Arbeitshub schwenkt der Kipphebel um seine Achse und drückt dabei den das Werkzeug tragenden Stößel in horizontaler Richtung nach vorne. Nach Beendigung des Stanz- oder Biegevorgangs erfolgen der Rückhub des Pressenstößels sowie die Rückstellbewegung des das Werkzeug tragenden Stößels infolge der Wirkung der Rückholfeder. Die Rückholfeder ist deshalb erforderlich, weil der Pressenstcßel nicht mit dem Kipphebel fest verbunden ist. Vielmehr hat im allgemeinen der Pressenstößel im Bereich seiner oberen Totpunktlage keine Berührung mit dem Kipphebel.

Derartige Werkzeugmodule haben eine weite Verbreitung gefunden, da sie universell in allen gängigen Pressen einsetzbar sind. Sie werden dort an der gewünschten Stelle fixiert. Hierzu sind am Grundkörper verschiedene Befestigungsmöglichkeiten, wie z.B. Bohrungen, Paßfedernuten oder Absätze angeordnet;.

Dennoch weisen sie eine Reihe von Nachteilen auf. So unterliegt der als kraftumlenkendes Organ wirkende Kipphebel einem seiar starken Verschleiß, weil die Schwenkachse die übertragenen hohen Kräfte aufnehmen muß. Dies betrifft weiterhin die mit dem Pressenstößel und dem das Werkzeug tragenden Stößel in Berührung stehenden Gleitflächen des Kipphebels. Auch bieten derartige Werkzeugmodule hinsichtlich ihrer Anordnungsmöglichkeit im Falle einer erforderlichen Mehrfachanordnung wenig Flexibilität, da in der Regel jeweils nur ein Kipphebel durch den Pressenstößel· betätigbar ist. Deshalb sind häufig aufwendige Konstruktionen erforderlich, um gleichzeitig mehrere Werkzeuge durch einen zentralen Kipphebel zu betätigen. Eine einmal vorgewählte geometrische Konfiguration muß in der Regel beibehalten werden,

selbst geringfügige Modifikationen in der Geometrie erfordern die Sonderanfertigung eines neuen Werkzeugmoduls.

Auch ist es schon bekannt geworden, beispielsweise aus der DE 26 00 948 B2, einen Hydraulikzylinder zur Formgebung zu benutzen, wobei ein im Zylinder verschiebbarer Arbeitskolben mit einer Kolbenstange ein Werkzeug trägt. Zum Antrieb wird eine Hydraulikflüssigkeit verwendet, die von einem separaten Hydraulikaggregat unter Druck gesetzt wird. Derartige Hydraulikaggregate sind jedoch nicht von einer Presse antreibbar, sondern besitzen in der Regel Elektromotoren. Um den für einen Stanz- oder Biegevorgang aufzubringenden Druck statisch aufzubringen, ist es erforderlich, eine sehr hohe Leistung zu installieren. Dies ist unökonomisch, da der für die Bearbeitung erforderliche Maximaldruck lediglich kurzfristig, d. h. impulsartig benötigt wird. In der genannten Druckschrift wird deshalb eine aufwendige Konstruktion vorgeschlagen, bei der über einen Hilfskolben gesteuert eine schlagartige, hohe Krafteinwirkung durch Freigabe einer gespeicherten Energie bewirkt wird. Abgesehen von dem hierzu erforderlichen technischen Aufwand läßt sich eine derartige Konstruktion nicht mit einer vorhandenen Presse betreiben, sondern erfordert eine komplette Umkonfiguration der Bearbeitungsstation mit Hydraulikaggregaten.

Schließlich ist aus der EP 0 251 796 A2 ein pressengetriebenes Werkzeugmodul mit hydraulischer Kraftumlenkung bekannt geworden, von dem die Erfindung ausgeht. Es besitzt einen Kraftzylinder, bei dem ein von einem Pressenstößel über eine Kolbenstange beaufschlagbarer Kolben hochdruckabgedichtet in einem Verdrängerraum geführt ist. Im Verdrängerraum und unterhalb des Kolbens befindet sich ein Hydraulikmedium, das über eine Hydraulikmediumleitung bzw. einen Kanal kommunizierend mit einem Arbeitszylinder in Wirkverbindung steht.

Der Arbeitszylinder besitzt seinerseits einen axial verschieblich gelagerten Kolben, der durch den Arbeitszylinder axial mit einer Kolbenstange hindurchgeführt ist und das Werkzeug, beispielsweise ein Stanzwerkzeug, aufnimmt. Bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens des Kraftzylinders infolge der Krafteinwirkung des PressenstöSels wird infolge der Verdrängungswirkung des Kolbens Hydraulikmedium durch die Hydraulikmittelleitung gefördert und verschiebt damit den Kolben des ArbeitsZylinders einschließlich des daran befestigten Stanzwerkzeugs. Beim Auftreffen des Werkzeugs auf das zu stanzende Werkstück wird zunächst eine weitere Verschiebung des Kolbens im Arbeitszylinder verhindert und es kommt zu Druckaufbau im Hydraulikmedium. Der Druckaufbau setzt sich solange fort, bis die für den Stanzvorgang erforderliche Kraft aufgebracht ist und das Werkzeug den Stanzvorgang ausführen kann. Unmittelbar danach kehrt der Pressenstößel seine Bewegungsrichtung um, so daß der Kolben des KraftZylinders entlastet wird und in seine Ausgangslage, (obere Totpunktlage) zurückkehren kann. Hierzu ist eine am Kolben des ArbeitsZylinders angreifende Druckfeder vorgesehen, die den Kolben des ArbeitsZylinders in seine Ausgangslage zurückführt und somit Hydraulikmedium in den Verdrängerraum des Kraftzylinders zurückgedrückt und der Kolben des Kraftzylinders mitgenommen wird.

Obwohl ein derartiges Konzept sehr vorteilhafte Eigenschaften besitzt, insbesondere eine hohe Flexibilität hinsichtlich der räumlichen Anordnung gewährt, konnte es sich in der Praxis noch nicht im größeren Umfang durchsetzen. Die Gründe hierfür liegen in bislang nicht befriedigend gelösten Detailproblemen, insbesondere im Zusammenhang mit der Betriebssicherheit und der Wartung. So besteht das Hauptproblem des bekannten Werkzeugmoduls darin, daß das Hydrauliksystem in sich abgeschlossen ist und ein Nachfüllen von

Hydraulikmedium nur nach der Demontage des Kolben im Kraftzylinder möglich ist, so daß das Hydraulikmedium bis zu einer vorbestimmten Füllstandshöhe im Kraftzylinder ergänzt werden kann. Der Aufwand hierfür ist beträchtlich und erfordert in der Regel nicht nur das Stillsitzen des Werkzeugmoduls, sondern häufig dessen komplette Demontage. Die prinzipiell denkbare Alternative hierzu wäre darin zu sehen, einen vorhandenen Anschluß für einen weiteren Arbeitszylinder zu nutzen, der augenblicklich nicht genutzt wird und deshalb mit einem Blindstopfen verschlossen ist. In diesem Fall tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß infolge des hydrostatischen Drucks beim Öffnen des Verschlußstopfens sofort Hydraulikmedium austritt und deshalb Hydraulikmedium mit Überdruck zugeführt werden muß.

Im Falle eines nicht zu vermeidenden Lekageverlustes kehrt darüber hinaus der Kolben im Kraftzylinder nicht mehr in seine Ausgangslage zurück, sondern verharrt in einer tieferen Position. Bei einem voreingestellten, fixierten Hub des Pressenstößels gelingt es nicht mehr, den für den Stanzvorgang erforderlichen Druckaufbau zu realisieren.

Auch geht von dem Werkzeugmodul im Betrieb eine beträchtliche Gefahr aus, da im Falle des Blockierens des Kolbens des Arbeitszylinders, z.B. beim sog. Fahren auf Block, der Druck im Hydraulikmedium schlagartig ansteigt und den für den normalen Betrieb vorgesehenen, höchstzulässigen Wert übersteigt. Dies kann nicht nur zur starken Beschädigung oder Zerstörung des W.erkzeugmoduls führen, sondern auch das Bedienpersonal gefährden.

Die Problematik des Fahrens auf Block beschränkt auch den Einsatz des Werkzeugmoduls, da eine Reihe von Fertigungstechniken, bei denen es gerade auf eine derartige Möglich-

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keit ankommt, mit diesem Werkzeugmodul nicht realisierbar sind. Als Beispiel hierfür kann das Prägen genannt werden.'

Der Erfindung lag daher das Problem zugrunde, ein Werkzeugmodul der eingangs genannten Art weiterzuentwickeln, welches die geschilderten Nachteile nicht mehr aufweist. Insbesondere sollte es ein Hydraulikmittelsystem besitzen, bei dem das Nachfüllen von Hydraulikmedium weitgehend vermieden werden kann bzw. problemlos durchführbar ist.

Dieses Problem wird gelöst durch ein pressengetriebenes Werkzeugmodul, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, im Kraftzylinder einen Vorratsraum für das Hydraulikmedium vorzusehen, und zwar derart, daß in der oberen Totpunktlage des Kolbens Verbindung besteht zu dem Verdrängerraum des Kraftzylinders, und im übrigen der Vorratsraum gegenüber dem Verdrängerraum hochdruckabgedichtet ist. Somit wird sichergestellt, daß bei jedem Kolbenhub Hydraulikmedium aus dem Vorratsraum selbsttätig in den Verdrängerraum fließen kann und ein eventuell aufgetretener Leckverlust ergänzt wird. In der oberen Totpunktlage befindet sich das Hydraulikmedium unter Umgebungsdruck, so daß das Ergänzen ebenfalls im wesentlichen unter Umgebungsbedingungen erfolgen kann.

Bei der Verschiebung des Kolbens aus dieser oberen Totpunktlage heraus wird die Verbindung zwischen dem Vorratsraum und dem Verdrängerraum unterbrochen und hochdruckabgedichtet, so daß während des Bearbeitungszyklusses der Vorratsraum in der Regel nicht unter Druck gesetzt ist.

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Bevorzugte Ausführungsformen sind auf die Erhöhung der Betriebssicherheit und der Wartungsfreundlichkeit des Werkzeugmoduls gerichtet.

Bevorzugt besteht der Kraftzylinder aus einem Basisblock und einem mit diesem verbundenen Führungsblock. Der Basisblock besitzt eine Zylinderbohrung, die im wesentlichen den Verdrängerraum bildet. Diese geht nach oben hin in eine Zylinderbohrung größeren Durchmessers über, die im Führungsblock angebracht ist. Der Kolben des Kraftzylinders ist als Tauchkolben ausgebildet und ist zur Anlage an eine Hochdruckringdichtung gebracht, die im oberern Bereich des Verdrängerraumes angeordnet ist. Lediglich in der oberen Totpunktlage gerät der Kolben außer Kontakt mit der Hochdruckringrichtung und gibt damit die Verbindung zwischen dem Vorratsraum und dem Verdrängerraum frei. In dieser Stellung kann Hydraulikmedium aus dem Vorratsraum nachfließen und es stellt sich kurzfristig eine durchgehende Flüssigkeitssäule im Verdränger- und Vorratsraum ein.

Das Nachfüllen von Hydraulikmediumvorrat in den Vorratsraum gestaltet sich besonders einfach, wenn ein mit einem Niederdruckventil versehene Druckausgleichsbohrung angebracht ist. Das Nachfüllen kann somit sogar während des laufenden Betriebs erfolgen, da aufgrund der vorstehend beschriebenen Konstruktion dafür Sorge getragen ist, daß der Vorratsraum prinzipiell weitgehend unter Umgebungsdruckbedingungen steht.

Als Sicherheitsvorkehrungen gegen Überschreiten des höchstzulässigen Betriebsdrucks kann insbesondere ein Sicherheitsventil im Kolben integriert sein, welches bei Überschreiten des Ventilöffnungsdrucks einen Druckabbau durch Überlastung

von Hydraulikmedium aus dem Verdrängerraum in den Vorratsraum ermöglicht. Dies kann nicht nur als reine Sicherheitsmaßnahme, sondern auch dazu benutzt werden, um das Werkzeug bewußt auf Block fahren zu lassen, wie dies beispielsweise bei einem Prägevorgang erforderlich ist. Das in den Vorratsraum überströmende Hydraulikmedium wird beim darauffolgenden Durchfahren des oberen Totpunkts des Kolbens des Kraftzylinders wieder dem Verdrängerraum zugeführt, so daß beim nächsten Kolbenhub die erforderliche Druckkraft in ihrer vollen Höhe zur Verfugung steht. Zusätzlich kann eine Rückstellfeder für den Kolben des KraftZylinders integriert werden, um die Rückkehr in die obere Totpunktlage unter allen Betriebsbedingungen zu erreichen.

Weitere Aspekte sind auf die Verbesserung des Arbeitszylinders gerichtet, um ein optimales Zusammenspiel mit dem Kraftzylinder zu ermöglichen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Arbeitszylinder ein Gasfederelement als Rückstellfeder integriert, welches ohne zusätzlichen Platzbedarf innerhalb des Zylinderraums sowie gegebenenfalls innerhalb des Kolbens und der Kolbenstange integriert ist. Bei Anwendungsfällen mit relativ geringen Rückstellkräften kann auch eine Schraubenfeder als preisgünstige Alternative vorgesehen werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels nähert erläutert. Dort werden auch weitere Vorteile im Detail erläutert. Es zeigen

Figur 1 - Schnittdarstellung des Werkzeugmoduls, Pressenstößel im oberen Totpunkt und

Figur 2 - Schnittdarstellung des Werkzeugmoduls, Pressenstößel im unteren Totpunkt.

Figur 3 - vergrößerte Schnittdarstellung des Kraftzylinders .

Das Werkzeugmodul besteht aus zwei Teileinheiten, nämlich einem Arbeitszylinder A und einem Kraftzylinder K.

Der Arbeitszylinder A weist einen Grundkörper 33 mit einer zylindrischen Bohrung auf. In der zylindrischen Bohrung ist ein Arbeitskolben 10 verschiebbar angeordnet. Am Arbeitskolben 10 ist eine Kolbenstange 9 angebracht, welche stirnseitig ein Werkzeug 18 in Form eines Stempels trägt. Die Kolbenstange 9 ist ebenfalls verschieblich in einer Lagerbuchse 11 geführt, die den Grundkörper 33 abschließt. Die Führungsbuchse 11 ist mit dem Grundkörper 33 verschraubt. Die Führungsbuchse 11 ragt mit einem Absatzsteg 34 in das Innere der Zylinderbohrung des Grundkörpers 33 hinein. Im Überlappungsbereich zwischen dem Grundkörper 3 3 und der Lagerbuchse 11 ist ein Dichtring 35 angebracht, dessen Funktion nachstehend näher erläutert wird. Der Verschiebeweg des Arbeitskolbens 10 wird einerseits begrenzt durch das stirnseitige Anliegen am Grundkörper 33 und andererseits durch das Anliegen am Absatzsteg 34 der Lagerbuchse 11. Der Abstand zwischen diesen beiden Endlagen ist der Hub H_A des Arbeitskolbens 10 und entspricht damit dem Betrag der maximalen Verschiebung des Werkzeugs 18. Gleichzeitig wird hierdurch der Arbeitsraum 22 als Axialabschnitt der Zylinderbohrung des Grundkörpers 3 3 definiert.

Der Arbeitskolben 10 ist mit einer Hochdruckdichtung 5 versehen, so daß der Arbeitsraum 22 an dieser Stelle zwischen dem Arbeitskolben 10 und der Zylinderbohrung des Grundkörpers 33 hochdruckabgedichtet ist.

Der Kraftzylinder K weist einen Basisblock l auf, auf dem ein Führungsblock 2 aufgesetzt und mit diesem dicht verschraubt ist. Der Führungsblock 2 besitzt eine Durchgangsbohrung, in die die Gleitbuchse 27 eingesetzt ist. Die Gleitbuchse 27 übernimmt die Führung einer Kolbenstange 3, die an einem Tauchkolben 23 befestigt ist. Die die Kolbenstange 3 aufnehmende Bohrung geht im Inneren des Führungsblocks 2 in eine zylindrische Bohrung größeren Durchmessers über, die mit einem Innengewinde 36 versehen ist. Das Innengewinde 3 6 ist im Eingriff mit einem Außengewinde 37, das an einem nach oben weisenden Absatzring 3 8 des Basisblocks 1 angebracht ist.

Im Basisblock ist eine Zylinderbohrung angebracht, die im wesentlichen den Verdrängerraum 24 darstellt und nach oben hin in die Zylinderbohrung des Führungsblocks 2 übergeht. Der Durchmesser der Zylinderbohrung des Führungsblocks 2 ist größer als der Außendurchmesser des Tauchkolbens 23, so daß zwischen dem Tauchkolben 23 und dem Führungsblock 2 ein Ringraum 26 verbleibt. Im Bereich des Absatzrings 38 ist der Durchmesser der Zylinderbohrung auf den Durchmesser des Tauchkolbens 23 abgestimmt.

Nach unten hin nimmt der Durchmesser der Zylinderbohrung im Basisblock 1 geringfügig nach Art eines Einstichs zu. Von hier aus geht eine Bohrung 25 ab, die den Verdränger raum 24 mit dem Arbeitsraum 22 des Arbeitszylinders A verbindet. Der Verdrängerraum 24, die Bohrung 25, der Arbeitsraum 22 sowie

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Teile des Ringraums 23 sind mit Hydraulikmedium M gefüllt. Es handelt sich hierbei um ein Öl mittlerer Viskosität.

In der in Figur 1 skizzierten Stellung des Tauchkolbens 23 hat der Ringraum 26 Verbindung mit dem Verdrängerraum 24, so daß sich eine durchgehende Flüssigkeitssäule vom Verdrängerraum 24 zum Ringraum 26 einstellt. In dieser Position kann über das hier nicht näher dargestellte Einfüllventil 10 Hydraulikmedium M ergänzt werden. Zur Erleichterung des Einfüllvorgangs ist eine in den Arbeitsraum 22 mündende Entlüftungsbohrung 30 vorgesehen, die mit einer Entlüftungsschraube 12 dicht verschließbar ist. Durch das Befüllen steigt der Flüssigkeitspegel im Kraftzylinder nach oben, bis schließlich der gesamte Ringraum 26 gefüllt ist und damit die Funktion eines Vorratsraums für das Hydraulikmedium M hat. In einer hiervon abweichenden Position des Verdrängerkolbens 23, wie sie beispielsweise durch Figur 2 charakterisiert ist, ist der Vorratsraum 26 vom Verdrängerraum 24 getrennt. Hierfür sorgt eine Hochdruck-Ringdichtung 4, die im Absatzring 38 des Basisblocks 1 gelagert ist und den Tauchkolben 2 3 dicht umschließt.

Im Arbeitszylinder A ist ein Gasfederelement integriert. Hierzu wird der Ringraum benutzt, der in radialer Richtung zwischen der Kolbenstange 9 und der Zylinderbohrung des Arbeitszylinders A und in axialer Richtung zwischen dem Arbeitskolben 10 und der Lagerbuchse 11 liegt. Dieser Bereich wird gasdicht dadurch gestaltet, daß der Arbeitskolben 10 mit einer Gasdichtung 6 und die Lagerbuchse 11 mit der Gasdichtung 7 versehen ist, welche den Übergang von der Kolbenstange 9 zur Lagerbuchse 11 abdichtet. Weiterhin dichtet die oben erwähnte Dichtung 3 5 den Übergang vom Grundkörper 33 zur Lagerbuchse 11. Der Ringraum 31 ist mit Stickstoffgas unter hohem Druck gefüllt. Eine Verschiebung

des ArbeitsZylinders 10 aus der in Figur 1 dargestellten Ausgangsposition heraus nach rechts verkleinert das Volumen des Ringraums 31, das darin befindliche Gas wird komprimiert. Bei einer Entlastung des Arbeitskolbens 10 entspannt sich das Gas und drückt den Arbeitskolben 10 in seine Ausgangsposition zurück. Um den Druckanstieg infolge der Verschiebebewegung im Ringraum 31 zu begrenzen, werden das Innere des Kolbens 10 und der Kolbenstange 9 weitgehend auf gebohrt, so daß sich ein gemeinsamer Hohlraum 32 ergibt, der über eine Bohrung 16 zum Ringraum 31 Verbindung hat. Somit sind der Hohlraum 32 und die Bohrung 16 ebenfalls mit Gas gefüllt. Durch eine entsprechende Dimensionierung des Hohlraums läßt sich die gewünschte Federcharakteristik erzielen. Dies ermöglicht eine äußerst kompakte Bauweise, da das Gasfederelement vollständig im Inneren des Arbeitszylinders A integriert ist.

Die Gasfüllung kann durch ein nicht näher dagestelltes Gasventil 8 eingebracht bzw. bei Bedarf ergänzt werden.

Die Funktionsweise des Werkzeugmoduls wird nachstehend im Detail erläutert:

Der Ausgangspunkt als Beginn eines Bearbeitungszykluses ist in Figur 1 dargestellt. Es handelt sich hierbei um einen Stanzvorgang, bei dem ein Loch in ein Werkstück 20 gestanzt werden soll. Das Werkstück 20 ist von einer Matrize 21 gehalten, die ihrerseits an einer Stützplatte 19 befestigt ist.

Ein Pressenstößel 17 einer hier nicht dargestellten Presse befindet sich in seiner oberen Totpunktlage. Das Werkzeug 18 befindet sich in zurückgezogener Position, wobei der Arbeitskolben 10 infolge der Wirkung des Gasfederelements

stirnseitig im Inneren der Zylinderbohrung des Grundkörpers 33 anliegt. Hierdurch wird über das Hydraulikmedium M der Verdrängerkolben 23 gegen die Schulter des Führungsblocks 2 gedruckt gehalten. Der Verdrängerkolben 23 hat keine Berührung mit der Hochdruck-Ringdichtung 4, so daß sich eine durchgehende Flüssigkeitssäule im Verdrängerraum 24 und im Vorratsraum 26 ausgebildet hat.

Nunmehr beginnt der Pressenstößel 17 seine Abwärtsbewegung und trifft auf die Kolbenstange 3 auf. Durch die weitere Abwärtsbewegung des Pressenstößels 17 wird über die Kolbenstange 3 der Verdrängerkolben 23 vertikal nach unten gezwungen. Er gerät dabei nach kurzer Wegstrecke in Kontakt mit der Hochdruck-Ringdichtung 4, so daß von da ab der Verdrängerraum 24 zum Vorratsraum 26 hin abgedichtet ist. Durch die weitere Abwärtsbewegung des Tauchkolbens 23 erhöht sich der Druck des Hydraulikmediums M, das sich im Verdrängerraum 24 und in der Bohrung 25 befindet. Beim weiteren Druckanstieg wird zunächst der Arbeitskolben 10 gegen die Wirkung des Gasfederungselements (in der Darstellung gemäß Figur 1 und 2) nach rechts verschoben. Der Druckaufbau in dem Hydraulikmedium M bewegt sich zunächst im Niederdruckbereich, da lediglich der Arbeitskolben 10 eine Verschiebebewegung vollführt und damit das Werkzeug 18 zustellt.

Beim Auftreffen des Werkzeugs 18 auf das Werkstück 20 steigt der Druck im Hydraulikmedium M schlagartig an, da der Tauchkolben 23 durch den Pressenstößel 17 weiter nach unten gezwungen wird, der Arbeitskolben 10 jedoch infolge des Anliegens des Werkzeugs 18 am Werkstück 20 in seiner Position verharrt. Der Druck steigt weiter so lange an, bis die zum Stanzen erforderliche Kraft aufgebaut ist und das Werkzeug schlagartig in die Matrize eindringt. Das Eindringen in die Matrize wird durch das Anliegen des Arbeitskolbens am

Absatzsteg 34 der Lagerbuchse 11 begrenzt. Dies entspricht der in Figur 2 dargestellten Position.

Der Pressenstößel· 17 hat seine unterste Position, den unteren Totpunkt (U.T.) erreicht und ist im Begriff, seine Bewegungsrichtung umzukehren und sich nach oben zu bewegen. Hierdurch wird dem Verdrängerkolben 23 ermöglicht, in seine Ausgangsposition zurückzukehren. Da die Kolbenstange 3 nicht mit dem Pressenstößel 17 verbunden ist, wird der Rückhub des Tauchkolbens 23 durch den Rückhub des Arbeitskolbens 10 bewirkt. Hierfür sorgt das integrierte Gasfederelement, welches infolge der Verschiebung des Arbeitszylinder 10 komprimiert wurde und nunmehr wieder expandieren kann. Infolge der Expansion wird der Arbeitskolben 10 stirnseitig zur Anlage an der Zylinderbohrung in dem Grundkörper 33 gebracht, so daß erneut die in Figur 1 angedeutete Position erreicht wird.

Stirnseitig am Führungsblock 2 ist ein höhenjustierbarer mechanischer Anschlag 15 angebracht, der als Hubbegrenzung für den Pressenstößel 17 und damit für den Verdrängerkolben 23 dient. Er soll verhindern, daß der Tauchkolben 23 versehentlich zu tief in den Verdrängerraum 2 4 eindringt und dadurch den Druck im Hydraulikmedium M auf einen unzulässig hohen Wert ansteigen läßt. Damit sind Bedienungsfehler praktisch ausgeschlossen.

Von oben mündet in den Vorratsraum 2 6 eine Druckausgleichsbohrung 29, die mit einem Niederdruckventil 13 verschlossen ist. Das Niederdruckventil 13 sorgt für einen Druckausgleich, sofern der infolge der Verschiebebewegung des Tauchkolbens 23 erzeugte Über- oder unterdruck vorbestimmte Grenzen übersteigt. Auch verhindert es ein Überfüllen mit Hydraulikmedium M.

Ohne Funktionseinbuße ist auch eine räumlich getrennte Anordnung von Kraft zylinder K und Arbeitszylinder A möglich, wobei die Bohrung 25 durch eine Hochdruckleitung zu ersetzen ist. Auch kann an dem Kraftzylinder K eine Vielzahl von Arbeitszylindern A angeschlossen werden, deren Hochdruckleitungen entweder einzeln oder über eine Mehrfachkupplung mit dem Kraftzylinder gekoppelt werden. Insbesondere bei Verwendung einer flexiblen Leitung als Hochdruckleitung läßt sich eine völlig variable und freizügig zu gestaltende Konfiguration verwirklichen.

In einem konkreten Fall wurden die folgenden Druck- und Größenverhältnisse bestimmt.

In der in Figur 1 dargestellten Position befindet sich öl mittlerer Viskosität unter Umgebungsbedingungen im Verdrängerraum 24 und im Vorratsraum 26. Im Gasfederelement befindet sich Stickstoff gas unter einem Druck von 100 bar. Während des Bearbeitungsvorgangs steigt der Öldruck auf maximal 400 bar an, der Druck im Gasfederungselement erreicht etwa 140 bar.

Figur 3 zeigt in vergrößerter Darstellung den Kraftzylinder K, wobei gegenüber der vorstehend beschriebenen Konfiguration einige Modifikationen vorgenommen wurden, um insbesondere die Sicherheit zu erhöhen.

Hierzu besitzt der Tauchkolben 23 zumindest ein Sicherheitsventil, das eine tjberströmbohrung 44, die den Tauchkolben 2 3 zwischen dem Verdrängerraum 2 4 und dem Vorratsraum 26 vollständig durchsetzt. Die Überströmbohrung 44 weist einen sich kegelförmig verjüngenden Axialabschnitt auf, auf dem ein Ventilkegel 45 aufliegt. Der Ventilkegel 45 wird von einer

Druckfeder 46 beaufschlagt, die sich gegenüberliegend an einem Sicherungsring 47 abstützt. Während des normalen Betriebs verschließt der Ventilkegel 45 die Überströmbohrung 44 dicht, so daß das Hydraulikmedium M nicht in den Vorratsraum 2 6 gelangen kann. Erst beim Überschreiten des maximal zulässigen Betriebsdrucks (gemäß Ausführungsbeispiel 400 bar) wird der Ventilkegel 45 abgehoben, so daß Hydraulikmedium M aus dem Verdrängerraum 24 über die Überströmbohrung 44 in den Vorratsraum 2 6 geleitet wird. Eine derartige Situation wird beispielsweise erreicht, wenn der Arbeitskolben 10 vorzeitig blockiert oder die Bearbeitungskräfte unzulässig hohe Werte annehmen. Darüber hinaus kann auch ein sogenanntes Fahren auf Block, z.B. beim Prägen oder Biegen, ermöglicht werden, wobei der Tauchkolben 23 in eine etwas tiefere Position gefahren wird, als dies rein theoretisch nötig ist. Dieses sogenannte Überfahren des theoretischen unteren Totpunkts hat den Vorteil, daß die Blocklage auch bei deutlich unterschrittener Materialdicke des zu bearbeitenden Werkstücks sicher erreicht wird.

Bei einer derartigen Betriebsart wird - abweichend vom vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel - der maximal zulässige Betriebsdruck des Hydraulikmediums M praktisch bei jedem Hub des Tauchkolbens 23 überschritten, so daß der Ventilkegel 45 jeweils kurzfristig abhebt und eine im allgemeinen geringe Menge des Hydraulikmediums M durch die Überströmbohrung 44 in den Vorratsraum 2 6 ströme. Aufgrund der erfindungsgemäßen Konzeption des Kraftzyiinders K wird der hierdurch sich (zunächst) einstellende Verlust an Hydraulikmedium M selbsttätig ausgeglichen, sobald der Tauchkolben 23 seine obere Totpunktlage (vgl. Fig. 1) erreicht, und damit drucklos Hydraulikmedium M zurückfließen kann, da in dieser Position der Tauchkolben 23 außer Kontakt mit der Hochdruck-Ringdichtung 4 gerät und die Verbindung zwischen dem Ver-

drängerraum 24 und dem Vorratsraum 2 6 freigibt.

Zusätzlich ist zwischen dem Basisblock 1 und dem Tauchkolben 23 eine Rückstellfeder 41 vorgesehen, die den Verdrängerkolben 23 in die obere Totpunktlage zurückdrückt. Hierzu sind sowohl im Basisblock 1 als auch im Tauchkolben 23 einander gegenüberliegend Aufnahmebohrungen 42, 43 angebracht, in die die Rückstellfeder 41 als Druckfeder unter Vorspannung eingesetzt ist. Sie ist darin seitlich geführt, so daß sie beim Niederfahren des Tauchkolbens 23 sicher geführt ist und nicht ausweichen kann. Die Rückstellfeder 41 stellt damit sicher, daß der Tauchkolben 23 selbst bei starkem Druckabfall im Hydraulikmedium M im Verdrängerraum 24, z.B. infolge des Ansprechens des Sicherheitsventils, in seine obere Totpunktlage zurückkehrt. Dies ist entscheidend, damit - wie oben beschrieben - Hydraulikmedium M aus dem Vorratsraum 2 6 nachfliesen kann.

Der Vorteil der beschriebenen Ventilgestaltung liegt in der äußerst einfachen Konstruktion, die sich platzsparend im Tauchkolben 23 integrieren läßt, ohne sein Bauvolumen zu vergrößern. Je nach Bedarf können mehrere solche Ventile angebracht sein, wobei in dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Sicherheitsventile gegenüberliegend auf einem Lochkreis angeordnet sind.

Der in Figur 3 dargestellte Basisblock 1 besitzt gegenüberliegend angeordnet zwei Bohrungen 25, die jeweils mit einem Gewinde 25a versehen sind. Sie erlauben damit den Anschluß mehrerer Arbeitszylinder A, die beispielsweise über (hier nicht dargestellte) flexible Hochdruckleitungen koppelbar sind. Ebenso ist es möglich, weitere Bohrungen 25 vorzusehen, so daß sich ein Werkzeugmodul mit größtmöglicher Flexibilität realisieren läßt. Bohrungen 25, die für den aktuell

vorliegenden Einsatzzweck nicht benötigt werden, können mit einem Gewindestopfen dicht verschlossen werden.

Zusätzlich sind in dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weitere Detaills aufgezeigt. So ist im Führungsblock 2 oberhalb der Gleitbuchse 27 ein Dichtring 40 angebracht, um die Kolbenstange 3 gegenüber dem Führungsblock 2 abzudichten. Die Dichtung 40 ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das vorstehend beschriebene Fahren auf Block durch geringfügiges überfahren des unteren Totpunktes realisiert werden soll, da hierbei das Überdruckventil periodisch anspricht und deshalb jeweils kurzfristig ein Druckaufbau im Vorratsraum 26 erfolgt. Der Druckaufbau hat hierbei den Charakter eines Druckstoßes, der sich zwar aufgrund des relativ großen Volumes des Vorratsraumes 2 6 nicht sehr stark auswirkt, jedoch eine spezielle Abdichtung erfordert. Ein Ausgleich erfolgt bei jedem Hub des Tauchkolbens 23 bei Erreichen der oberen Totpunktlage, da in dieser Position eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Vorratsraum 2 6 und dem Verdrängerraum 24 hergestellt ist.

Weiterhin ist die Verschraubung zwischen dem Basisblock 1 und dem Führungsblock 2 mit einem Dichtungsring 48 abgedichtet, so daß auch an dieser Stelle Sicherheit gegen unbeabsichtigtes Austreten von Hydraulikmedium M gewährleistet ist.

Schließlich ist in der Darstellung gemäß Figur 3 die Einfüllöffnung 39 zu erkennen, in die das vorstehend beschriebene Niederdruckventil 13 eingesetzt ist.

Bei der Realisierung einer Konzeption gemäß Figur 3 entfällt der höhenjustierbare mechanische Anschlag 15, da selbst im Falle eines unbeabsichtigt tiefen Eindringens des Tauchkol-

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bens 23 der Druck im Hydraulikmedium M durch das Sicherheitsventil einen maximal zulässxgen Wert nicht überschreiten kann.

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FIGURENLEGENDE

1 Basisblock

2 Führungsblock

3 Kolbenstange

4 Hochdruck-Ringdichtung

5 Hochdruckdichtung

6 Gasdichtung

7 Gasdichtung

8 Gasventil

9 Kolbenstange

10 Arbeitskolben

11 Lagerbuchse

12 Entlüftungsschraube

13 Niederdruckventil

14 Einfüllventil

15 Anschlag

16 Bohrung

17 Pressenstößel

18 Werkzeug

19 Stützträger

20 Werkstück

21 Matrize

22 Arbeitsraum

23 Tauchkolben

24 Verdrängerraum

25 Bohrung, Hochdruckleitung 25a Gewinde

2 6 Vorratsraum

27 Gleitbuchse

28 Stirnfläche

29 Druckausgleichsbohrung

3 0 Entlüftungsbohrung 31 Ringraum

32 Hohlraum

33 Grundkörper

34 Absatzsteg 3 5 Dichtring

3 6 Innengewinde

3 7 Außengewinde

38 Absatzring

39 Einfüllöffnung

40 Dichtring

41 Rückstellfeder

42 Aufnahmebohrung

43 Aufnahmebohrung

44 Überströmkanal

45 Ventilkegel

46 Druckfeder

47 Sicherungsring

48 Dichtungsring

A Arbeitszylinder

G Gas

K Kraftzylinder

M Hydraulikmedium

H_A Hub des Arbeitskolbens

H^r Hub des Tauchkolbens

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Claims

SCHUTZANSPRUCHE

Pressengetriebenes Werkzeugmodul, insbesondere pressengetriebene Querstanz- oder Biegeeinheit, mit einem Kraft zylinder, bei dem ein von einem Pressenstößel über eine Kolbenstange beaufschlagbarer und in einem Verdrängerraum hochdruckabgedichtet geführter Kolben über ein Hydraulikmedium in Wirkverbindung mit einem ein Werkzeug betätigenden Arbeitszylinder ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Kraftzylinder (K) ein Vorratsrauiu (26) für das Hydraulikmedium (M) vorgesehen ist, der in der oberen Totpunktlage (O.T.) des Kolbens (23) Verbindung hat zu dem Verdränger raum (24) des Kraft Zylinders (K) , und im übrigen gegenüber dem Verdrängerraum (24) hochdruck-abgedichtet ist.

Werkzeugmodul 'nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftzyiinder (K) einen Basisblock (1) und einen mit dem Basisblock (1) verbundenen Führungsblock (2) aufweist, wobei im Basisbiock (1) eine Zylinderbohrung angebracht ist, die im wesentlichen den Verdrängerraum (24) bildet und in ihrem oberen Bereich eine Hochdruck-Ringdichtung (4) trägt, die zur radialen Anlage an den als Tauchkolben ausgebildeten Kolben (23) gebracht ist, sofern sich dieser in einer von der oberen Totpunklage (O.T.) abweichenden Position befindet, und wobei weiterhin im Führungsblock (2) eine

Postbank: Karlsruhe 76979-J754 8^nk?ön:cS jjeutsfR^ganf; AG Villingen (BLZ 69470039) 146332 V.A.T. No. DE142989261

Zylinderbohrung vorhanden ist, deren Durchmesser größer ist als derjenige der Zylinderbohrung im Basisblock (1) , so daß oberhalb des Verdrängerraums (24) und in diesen übergehend der Vorratsraum (26) für das Hydraulikmedium (M) gebildet ist.

3. Werkzeugmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsblock (2) eine Gleitbuchse (27) zur Führung der Kolbenstange (3) aufweist.

4. Werkzeugmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftzylinder (K) an seiner dem Pressenstößel (17) zugewandten Stirnfläche (28) einen höhenjustierbaren mechanischen Anschlag (15) zur Begrenzung des Hubs des Pressenstößels (17) aufweist .

5. Werkzeugmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückstellfeder (41) für den Kolben (23) vorhanden ist.

6. Werkezugmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (41) als Druckfeder im Verdrängerraum (24) angeordnet und zwischen dem Kolben (23) und dem Basisblock (1) abgestützt ist.

7. Werkzeugmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sicherheitsventil (_44-47) vorgesehen ist, das dazu bestimmt ist, beim Überschreiten eines maximal zulässigen Drucks des Hydraulikmediums (M) im Verdrängerraum (24) einen Überströmkanal (44) zum Vorratsraum (26) freizugeben.

8. Werkzeugitiodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal (44) den Kolben (23) axial durchsetzt und einen kegelförmigen Axialanschnitt aufweist, welcher als Sitz für einen von einer Druckfeder (46) beaufschlagten Ventilkegel (45) dient.

9. Werkzeugmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (46) von einem Sicherungsring (47) gehalten ist.

10. Werkzeugmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Vorratsraum (26) von oben eine mit einem Niederdruckventil (13) versehene Druckausgleichsbohrung (29) mündet.

11. Werzeugmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (18) an eine Kolbenstange (9) eines vom Hydraulikmedium (M) betätigbaren Arbeitskolben (10) ankoppelbar ist, welcher in einem Arbeitsraum (22) eines Arbeitszylinders (A) verschiebbar gelagert ist.

12. Werkzeugmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Arbeitsraum (22) von oben eine Entlüftungbohrung (30) mündet, die mit einer Entlüftungsschraube

(12) dicht verschließbar ist.

13. Werkzeugmodul nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbohrung des Arbeitszylinder (A) werkzeugseitig mit- einer Lagerbuchse (11) verschlossen ist, in der die Kolbenstange (9) geführt ist.

14. Werkzeugmodul nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein rücksteilendes Federele-

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ment für den Arbeitskolben (10) vorhanden ist.

15. Werkzeugmodul nach einem der Ansprüche 11 bis 14 , dadurch gekennzeichnet, daß das rückstellende Federelement ein Gasfederelement ist.

16. Werkzeugmodul nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Gasfederelement zumindest ein mit Gas (G) gefüllter Ringraum (31) dient, der in radialer Richtung zwischen der Kolbenstange (9) und der Zylinderbohrung des Arbeitszylinders (A) und in axialer Richtung zwischen dem Arbeitskolben (10) und der Lagerbuchse (11) liegt.

17. Werkzeugmodul nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (31) über eine im Arbeitskolben (10) oder in der Kolbenstange (9) vorhandene Bohrung (16) mit einem im Inneren des Arbeitskolbens (10) und der Kolbenstange (9) angebrachten gemeinsamen Hohlraum (33) Verbindung hat.

18. Werkzeugmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftzylinder (K) und der Arbeitszylinder (A) eine untrennbare Einheit bilden.

19. Werkzeugmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftzylinder (K) und der Arbeitszylinder (A) jeweils selbständig handhabbare Teileinheiten sind, die über eine separate Hochdruckleitung miteinander verbindbar sind.

20. Werkzeugmodul nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die separate Hochdruckleitung als flexibler

Schlauch ausgeführt ist.

21. Werkzeugmodul nach Anspruch 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß am Kraftzylinder (K) eine Vielzahl von Arbeitszylindern (A) gleichzeitig angekoppelt ist.

22. Werkzeugmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (9) mit einer Schnellwechseleinrichtung zur Aufnahme des Werkzeugs (18) versehen ist.

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