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Hydraulisch betätigte Maschine zur spanlosen Formung Die Erfindung
betrifft eine hydraulische Kraftübertragung für den Antrieb von Arbeitsmaschinen
der spanlosen Formung mit hin- und hergehendem Stößel, die mittels Kurbel, Exzenter,
Spindel oder Zahnstange betätigt werden, wie Pressen, Scheren, Stanzen u. dgl.
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Derartige Maschinen werden bisher im allgemeinen nur durch mechanische
Übertragung angetrieben. Dabei ist ein verhältnismäßig großes Schwungrad vorgesehen,
aus welchem die überschußenergie für die nur kurze Zeit in Anspruch nehmende Formung
entnommen wird. Der Antriebsmotor braucht auch während der Formung nur eine verhältnismäßig
geringe Leistung abzugeben und hat vor allem die Aufgabe, nach dem Arbeitshub das
Schwungrad rasch wieder auf die für einen folgenden Arbeitshub erforderliche Drehzahl
zu beschleunigen. Hinter dem Schwungrad sind bei diesen Arbeitsmaschinen eine Kupplung
und eine Bremse angeordnet, welche zur Ingang- und Stillsetzung der Maschine abwechslungsweise
ein- und ausgerückt werden. Die Kupplung ist als Reibkupplung ausgeführt und überträgt
ein konstantes maximal begrenztes Drehmoment. Bei den Arbeitsmaschinen, die mittels
Exzenters oder Kurbel betätigt werden, erzeugt das durch den Antrieb eingeleitete
konstante Drehmoment in jeder Stellung des hin- und hergehenden Stößels infolge
des Kurbeltriebs einen verschieden hohen Arbeitsdruck, der gegen Hubende des Stößels
(in den Totlagen der Exzenter- oder Kurbelwelle) einen unendlich hohen Wert erreicht.
Überdrucksicherungen,
die zur Begrenzung des vom Stößel ausgeübten Arbeitsdruckes vorgesehen werden müssen,
erfordern, wenn sie hydraulischer Art sind, komplizierte und teure Einrichtungen,
während mechanische Einrichtungen, wie Abscherbolzen, Bruchplatten u. dgl., beim
Auftreten eines Überdruckes zerstört werden und wieder erneuert werden, müssen,
was längere Betriebsunterbrechungen zur Folge hat.
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Die Geschwindigkeit dieser Maschinen mit mechanischen Antrieb ist
üblicherweise nicht veränderlich. Mittels Wechselgetriebe kann in Sonderfällen für
leichtere und schwerere Formarbeiten die Geschwindigkeit des Stößels in geringem
Umfange verändert werden. Auch wurde schon- vorgeschlagen, zum Zurücklegen des Leerweges
einen vom Arbeitsantrieb getrennten Schnellgangantrieb vorzusehen.
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Durch die Erfindung werden die Nachteile der bekannten Kraftübertragung
bei den genannten Maschinen der spanlosen Formung behoben und eine verhältnismäßig
kleine und einfache, den verschiedenen Anforderungen des Stößelhubes sich selbsttätig
anpassende Kraftübertragung angegeben, die große Vorteile bei derartigen Maschinen
bietet. Sie ermöglicht eine weitgehende Veränderung der Geschwindigkeit über den
ganzen Stößelhub, z. B. einen vorausbestimmten zwangläufigen Verlauf der Stößelgeschwindigkeit
während der Formung und ein Durchfahren der Leerwege mit beschleunigter Stößelgeschwindigkeit.
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Neben der sicheren selbsttätigen. Begrenzung des eingeleiteten Drehmomentes
kann dasselbe für jede Stellung des Maschinenstößels genau auf einen beliebig gewünschten
Wert festgesetzt werden und vermeidet damit jede Überlastungsbeanspruchung im Antrieb
selbst sowie in den Druckelementen der Maschine.
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Die Kraftübertragung nach der Erfindung erfordert keine besonderen
Überdrucksicherungen, auch keine Auswechslungen von Sicherungsteilen. Sie arbeitet
mit kleinen umlaufenden Massen und ge@-währleistet dadurch rasche und präzise Wirkung,
erfordert kein großes Schwungrad, da dieses im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen
auf einer schnellaufenden Welle angeordnet sein kann. Auch die Bremseinrichtung
zum Stillsetzen des Antriebs kann bei ausreichender Wirkung klein sein oder ist
überhaupt nicht notwendig.
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Gemäß der Erfindung ist bei einer hydraulisch betätigten Maschine
zur spanlosen Formung, z. B. Presse, bei der das Druckmittel von einer Zentrifugalpumpe
gefördert und seine Wirkung in Abhängigkeit vom Arbeitsvorgang gesteuert wird, für
den Antrieb einer Kurbelpresse die Zentrifugalpumpe hydraulisch mit einem Verdrängermotor
verbunden, dessen Rotor mit der den Stößel der Kurbelpresse antreibenden Welle gekuppelt
ist.
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Vorzugsweise dient zur vom Arbeitsvorgang abhängigen Steuerung ein
den Druckmittelstrom kurzschließendes Stellglied. Es kann auch zur vom Arbeitsvorgang
abhängigen Steuerung ein den Hub des Verdrängermotors veränderndes Stellglied dienen.
Im Antrieb der Zentrifugalpumpe ist vorzugsweise in bekannter Weise ein Schwungrad
angeordnet, das als Energiespeicher dient.
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Es ist bei hydraulischen Pressen bekannt, das Druckmittel zur Beaufschlagung
des Pressenstempels durch eine Zentrifugalpumpe zu liefern. Nach der Erfindung soll
dagegen für mechanische Pressen ein hydraulischer Antrieb an Stelle des bekannten
mechanischen Antriebs geschaffen werden. Für diesen Gegenstand der Erfindung hat
auch die Anordnung eines Schwungrades eine von der bekannten. Anordnung im Antrieb
von Zentrifugalpumpen für hydraulische Pressen besondere Bedeutung. Gemäß der Erfindung
kommt dem Schwungrad die gleiche Aufgabe wie den oben geschilderten Schwungrädern
in mechanischen Pressenantrieben zu und dient nicht nur zur Verbesserung des Gleichförmigkeitsgrades
der Pumpe, sondern als Speicher für Preßenergie. Da das angeordnete Schwungrad sich
wesentlich schneller dreht als die Schwungräder in bekannten mechanischen Antrieben,
kann seine Masse und damit das Gesamtgewicht der Maschine- ganz wesentlich vermindert
werden.
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Als Übertragungsflüssigkeit kann Wasser oder Öl gewählt werden. Die
Zentrifugalpumpe ist klein und paßt sich den auftretenden Anforderungen zum Teil
selbsttätig an. Vor allem ergibt sie zwangläufig keinen höheren Druck als den der
Pumpe eigenen Maximaldruck, der nur wenig über dem höchsten Arbeitsdruck liegt.
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Eine Übertragung mit einer Primärmaschine in Form einer Zentrifugalpumpe
und einem Verdrängermotor wurde für Wechsel- und Wendegetriebe schon vor längerer
Zeit vorgeschlagen, sie hat sich aber nicht einführen können, im wesentlichen wegen
Fehlens brauchbarer Regeleinrichtungen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde,
daß diese Anordnung für Arbeitsmaschinen für spanlose Formung besondere Bedeutung
hat und große Vorteile bietet. Durch die Erfindung wird diese Anordnung erstmals
für solche Arbeitsmaschinen verwertet, wobei die Regelung des Flüssigkeitsdruckes
in Abhängigkeit von dem Arbeitsvorgang noch weitere vorteilhafte Möglichkeiten bietet.
Zum Beispiel kann die Geschwindigkeit des Leerweges beim Anlegen und beim Rückweg
durch entsprechende durch den Arbeitsvorgang gesteuerte Ouerschnitte auf beliebig
gewünschte Werte eingeregelt werden.
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Im einzelnen kann die von dem Arbeitsvorgang abhängige Regeleinrichtung
nach der Erfindung ein Stellglied für die Arbeitsflüssigkeit, z. B. in einer Leitung
zwischen der Zentrifugalpumpe und dem Verdrängermotor, beeinflussen, oder es kann
durch diese Regeleinrichtung der Verstellhub des Verdrängermotors verändert werden.
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In dem Antrieb der Zentrifugalpumpe wird ein Schwungrad angeordnet,
das mit der hohen Drehzahl des Antriebs der Zentrifugalpumpe umläuft. Es hat deshalb
nur einen Bruchteil des Gewichtes von Schwungrädern bei üblichen Antrieben. Auf
den Maschinenstößel können keine größeren Kräfte
übertragen werden
als die durch den Fördercharakter der Zentrifugalpumpe gegebenen Höchstdrücke.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von Antrieben von
Kurbelpressen mit Kraftübertragungen nach der Erfindung und der Verwendung von Drucköl
als Arbeitsflüssigkeit schematisch, teilweise im Schnitt, dargestellt. Bei der Ausführung
der Fig. i wird von der den Maschinenstößel bewegenden Exzenterwelle aus ein Stellglied
in einer Leitung für die Arbeitsflüssigkeit bewegt. Bei der Ausführung der Fig.
2 wird ebenfalls von der den Maschinenstößel antreibenden Welle aus die Exzentrizität
des. Flügelsterns des Verdrängermotors verstellt.
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In Fig. i bedeutet i einen Elektromotor, 2 ein Schwungrad, 3 eine
Zentrifugalpumpe mit dem Laufrad 4, das auf der von dem Elektromotor i angetriebenen
Welle 5 sitzt. Durch die Leitung 6 und den Anschlußstutzen 7 wird der Zentrifugalpumpe
3 Öl zugeführt. 8 ist das Spiralgehäuse der Zentrifugalpumpe 3, aus. welchem das
Drucköl durch den Stutzen 9 in die Leitung io übertritt. i i, 12, 13, 14 sind weitere
Leitungsstücke, 15 und 16 sind Anschlußstutzen an dem Gehäuse 17 eines Kapselmotors
40. Das Regelglied 18 umfaßt ein Gehäuse i9, in dem ein Ventil 2o angeordnet ist,
dessen Schaft 21 einen Ansatz 22 besitzt und durch eine Druckfeder 23 belastet ist,
an deren unterem Ende über eine Muffe 24 ein Hebel 25 angreift, der über einen Hebel
26 und über eine Stange 27 mit einem Hebel 28 verbunden ist. An dem Ende des mit
diesem verbundenen Hebels 30 sitzt eine Rolle 31 drehbar. Die Rolle 31 liegt an
dem Umfang der Nockenscheibe 32 an. Diese ist auf der Antriebswelle 33 mit der Kurbel
34 für den Antrieb des Pressenstößels 36 über die Pleuelstange 35 befestigt. 38
und 39 sind zwei um i8o° gegeneinander versetzte Einbuchtungen an der Nockenscheibe
32.
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Das Gehäuse 17 des Kapselmotors 40 besitzt einen Zulaufraurn 41 und
einen Ablaufraum 42, an die die Stutzen 15 und 16 anschließen. 43 sind Flügel, die
auf dem Bolzen 44 drehbar und in Pfannen 45 der Trommel 46 ebenfalls drehbar
sowie verschiebbar angeordnet sind. 47 ist die Mittelachse des Bolzens 44, 48 die
der Trommel 46; die letztere ist mit der Welle 33 verbunden.
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5o ist ein Absperrhahn, der in dem Gehäuse 51 durch den Handhebel
52 gedreht werden kann. Der Handhebel 52 ist durch die Stange 53 mit einem Hebel
54 verbunden, der um die Achse 55 drehbar ist und an dessen Ende eine Rolle 56 angeordnet
ist, die an der Nockenscheibe 57 anliegt. 58 ist eine Zugfeder.
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Wenn die Einrichtung stillgesetzt ist, liegt die Rolle 56 im tiefsten
Punkt des Umfangs der Nokkenscheibe 57. Über das Gestänge 54, 53, 52 ist der Absperrhahn
5o geschlossen gehalten. Der Handhebel 52 steht in der durch die Mittellinie 52'
angedeuteten Stellung. Die Kurbel 34 steht im oberen Totpunkt, der Stößel 36 in
seiner obersten Stellung. Durch das Laufrad 4 der Zentrifugalpumpe 3 wird aus der
Leitung 6 durch den Stutzen 7 zutretendes Öl über den Stutzen 9 in die Leitungen
io und ii gefördert, dieses kann durch den Absperrschieber 5o nicht in die Leitung
12, sondern nur in die Leitung 14 und nach der Leitung 6 übertreten. Da die Rolle
3 i in der Einbuchtung 38 der Nockenscheibe 32 steht, ist durch das Gestänge 25,
26, 27, 28, 30 über den Ansatz 22 der Ventilschaft 21 nach rechts verschoben und
das Ventil 2o geöffnet. Es wird also auch durch die Leitung 13 C51 nach der Leitung
6 zurückgefördert. Der Kapselmotor 40 steht still, da er kein Drucköl zugeführt
erhält.
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Die Einbuchtungen 38 und 39 sind so bemessen, daß in der Nähe der
Totpunkte des Kurbeltriebs der dem Kapselmotor zugeführte Druck entsprechend der
durch das Ventil 2o treten.den Menge herabgesetzt wird, damit der Druck auf den
Maschinenstößel in diesen Bereichen keine unzulässig hohen Werte annimmt. Wenn zum
Inga.ngsetzen der Handhebel 52 aus der strichpunktiert angedeuteten Stellung nach
unten bewegt wird, kann Drucköl zunächst in der durch die Öffnung des Ventils 2o
bestimmten Menge und j e nach der Größe der Öffnung des Absperrhahns 5o in die Leitung
12 und den Raum 41 und von dort in die Zellenräume zwischen dein Flügeln 43 der
linken Hälfte des Kapselmotors 4o gelangen, so daß sich die Flügel 43 und damit
die Trommel 46 in der durch einen Pfeil angedeuteten Richtung drehen. Dadurch wird
die Welle 33 in der ebenfalls durch einen Pfeil angedeuteten Richtung und entsprechend
der Stößel 36 bewegt. Beim Übertritt der Flügel nach der rechten Seite des Verdrängermotors
tritt das Öl aus den Zellen in den Raum 42 über, aus dem es durch den Stutzen 16
und die Leitung 6 dem Laufrad 4 der ZentrifugalpumPe 3 wieder zugeführt wird.
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Bei der in der Figur gezeigten Stellung des Hebels 52 ist die Rolle
31 in der Stellung wiedergegeben, in der sie eben den Außendurchmesser des Nockens
erreicht hat'. Bei der weiteren Drehung der Welle 33 legt der Arbeitsstößel 36 der
Presse den Arbeitshub zurück und geht, nachdem die Rolle 31 die Einbuchtung 39 durchlaufen,
also die entsprechende Druckminderung veranlaßt hat, wieder nach oben. Kurz vor
Erreichen des oberen Totpunktes tritt die Rolle 31 wieder in die Einbuchtung 38
ein, gleichzeitig gelangt die Rolle 56 in die Vertiefung der Nockenscheibe 57. Es
wird nun also das Ventil 2o geöffnet und außerdem der Handhebel 52 in die strichpunktierte
Stellung gebracht und damit der Absperrhahn 5o geschlossen. Es gelangt kein Drucköl
mehr nach der Leitung 12. Der Kapselmotor 4o bleibt sofort stehen. Erst wenn der
Maschinenwart den Handhebel 52 wieder nach unten umlegt, wird durch Zufuhr von Drucköl
nach der Leitung 12 ein neues Arbeitsspiel eingeleitet.
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Durch die Form der Nockenscheibe 32 und dennentsprechende Verminderung
des Ölzutritts zu der Leitung i i können die Geschwindigkeiten für die Zuführung
und die Rückführung des Maschinenstößels beliebig abgestimmt werden. Wenn der Handhebel
52 in der gestrichelt gezeichneten Stellung 52' steht, fördert die Zentrifugalpumpe
leer.
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Wenn bei einem plötzlich auftretenden hohen Widerstand an dem Pressenstößel
dieser stehenbleibt,
können keine abnorm hohen Drücke auftreten,
wie dies bei andern Ausführungen möglich ist und besondere Sicherungsmaßnahmen erfordert.
Die Gefahr von Brüchen, im Maschinengestell besteht nicht.
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In Fig. 2 bedeuten außer auch in Fig. i angegebenen und bezeichneten
Teilen: 6o ein an der Zentrifugalpumpe 3 anschließendes kurzes Leitungsstück, das
an dem Gehäuse 61 eines Hahns 62 anschließt, der durch einen Handhebel
6,3 bewegt werden, kann. An das Gehäuse 61 schließt oben eine Leitung 64
an, von der aus durch ein weiteres Leitungsstück 65 über ein Anschlußstück 69 die
Verbindung mit dem Gehäuse eines Kapselmotors 70 hergestellt wird. 67 und 68 sind
Steuerquerschnitte für die Zuleitung und Ableitung zu dem Gehäuse des Kapselmotors
70. 71 ist ein einen Teil des Gehäuses. des Kapselmotors 70 bildender Kapselring,
in dem die Flügel 72 des Kapselmotors 70 umlaufen. 73 ist die Trommel des
Kapselmotors 70, in der die Flügel 72 verdrehbar und verschiebbar geführt sind.
74 ist ein an dem Kapselring 71 angebrachtes Auge, mit dem dieser auf dem
Bolzen 75 gelagert ist. 76 ist ein an dem Kapselring 71 angeordneter Hebel, der
an seinem Ende einen Handgriff 77 sowie eine Rolle 78 trägt, die unter dem Druck
der Feder 79- an der Nockenscheibe 8o anliegt. Die Nockenscheibe 8o ist auf der
Antriebswelle 33 der Presse angeordnet, die mit der Trommel 73 in Verbindung steht.
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Bei dem in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die einzelnen
Teile der Einrichtung nach der Erfindung ebenfalls in den Stellungen gezeigt, die
sie kurz nach Ingangsetzen einnehmen.
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Im Stillstand liegt die Rolle 78 an dem Grund der Nockenbahn an. Dadurch
ist der Kapselring 71
des Kapselmotors 70 gegenüber der gezeigten Stellung
entgegen dem Uhrzeiger um so viel um die Achse 75 verdreht,. daß die Mittelachse
82 des Flügelsterns mit der Mitte 83 der Trommel 73 und der Welle 33 gleich ist.
Zum Ingangsetzen wird durch Umlegen des Handhebels 63 aus der gestrichelten Stellung,
in welcher der Hahn 62 geschlossen war, in die ausgezogen wiedergegebene Stellung
der Durchgang durch den Hahn 62 freigegeben und gleichzeitig durch Abheben der Rolle
78 vermittels des Hebels 77 von dem Grund der Nockenbahn die Mitte des Flügelsterns
von, dem Punkt 83 nach rechts in den Punkt 82 verschoben. In dieser in der Figur
gezeigten Lage des Kapselrings und damit auch der Flügel kann in den obenstehenden
Zellen des Kapselmotors 7o der von der Leitung 64, 65 durch die Steueröffnung 67
zugeführte Überdruck des Drucköls auf die Flügelwände zur Wirkung kommen und dreht
die Flügel und damit die Trommel im Uhrzeigersinn. Bei dieser Ausführung ist also
eine Zweihebelbedienung vorhanden, wie dies auch sonst üblich ist. Durch die mit
der Trommel 73 verbundene Welle 33 wird der Maschinenstößel über den Kurbelzapfen
34 und die Stange 35 nach unten bewegt. In der unteren Hälfte des Umfangs des Kapselmotors
gießen die Zellen durch die Steueröffnung 68 einen Teil ihres Inhaltes in die Leitung
69 a, 66 aus, von wo die Flüssigkeit durch die Zentrifugalpumpe 3 angesaugt wird.
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Durch Abschließen des Hahns 62 vermittels des Handgriffs 63 kann die
Bewegung des Pressenstößels an jedem beliebigen Punkt des Hubes stillgesetzt werden.
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Auch bei der Ausführung der Fig. 2 ist es durch entsprechende Form
der Nockenkurve möglich, den Druck und die filmenge, die von der Zentrifugalpumpe
abgegeben werden, und damit die Geschwindigkeit und die Kraftäußerung des Maschinenstößels.
in weiten Grenzen zu beeinflussen. Bei kleiner Kraftäußerung ist ein rasches Anlegen,
im Anschluß daran eine große Fördermenge bei hohem Druck, damit Formungsvorgang
mit großer Kraftwirkung möglich.
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Die Abhängigkeit von dem Arbeitshub kann beispielsweise auch durch
Kontakte elektrisch auf das Regelorgan übertragen werden, das besonders auch in
diesem Falle als Ventil ausgebildet werden kann.