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Hydraulische Presse mit einem auf seiner Rückseite mit dem Preßzylinder
einen Ringraum bildenden Differentialkolben Die Erfindung betrifft eine hydraulische
Presse mit einem auf seiner Rückseite mit dem Preßzylinder einen Ringraum bildenden
Differentialkolben und mit einer Steuerungseinrichtung, mit der beim Eilvorlauf
des Kolbens das beispielsweise von einer Hochdruckpumpe kommende Druckmittel samt
dem aus dem Ringraum verdrängten Druckmittel dem Preßzylinder auf der Kolbenoberseite
zuführbar und mit der der Ringraum unter der Einwirkung des bei Berührung des Kolbens
mit dem. Preßgut ansteigenden Druckes des Druckmittels auf Ablauf schaltbar ist.
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Bei derartigen Pressen des Standes der Technik wird das in dem auf
der Kolbenoberseite gelegenen Zylinderraum befindliche Druckmittel in einen Behälter
zurückgedrückt, wenn der Kolben nach dem Arbeitsvorgang zurückgeführt wird. Eine
Eilrückführu,ng des Differentialkolbens ist deshalb nicht möglich, weil der ganze
Ringraum auf der Unterseite des Kolbens beim Rückgang mit dem von der Druckquelle
kommenden Druckmittel gefüllt werden muß, was sehr lange dauert, wenn diese eine
Hochdruckpumpe ist und kein Fülltank zur Verfügung steht.
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Demgegenüber besteht bei der Erfindung die Aufgabe, den Kolben beim
Rückgang im Eilgang durch die alleinige Einwirkung der Hochdruckpumpe zurückzuführen.
Ein Fülltank, aus dem Druckmittel in den Ringraum einfüllbar ist, soll vermieden
werden, ebenso eine Niederdruckpumpe.
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Diese Aufgabe ist bei der Erfindung dadurch gelöst, daß der Differentialkolben
zur Aufnahme
eines Hilfskolbens, der an dem auf der Kolbenoberseite
gelegenen Zylinderdeckel befestigt ist, hohl ausgebildet ist und mit der Kolbenstange
dieses Hilfskolbens einen weiteren, für den Eilrücklauf bestimmten Ringraum bildet
und daß auch beim Eilrücklauf des Differentialkolbens der auf dessen Oberseite befindliche
Raum durch die Steuerungseinrichtung mit dem ersten Ringraum verbindbar und überschüssiges
Druckmittel dem Sumpf zuführbar ist.
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Dadurch, daß der Kolben durch den Hilfskolb-en in seine obere Totlage
zurückgeführt wird, ist von der Hochdruckpumpe nur der zweite sehr kleine Rin graum
zu füllen, der zwischen der Kolbenstange dieses Hilfskolbens und der von dem Differentialkolben
gebildeten Zylinderwand eingeschlossen wird. Der zurückgehende Kolben kann durchaus
das auf seiner Oberseite befindliche Druckmittel in den Ringraum auf seiner Rückseite
verschieben, so daß dieser Ringraum nicht von der Pumpe bzw. einem besonderen Fülltank
aufgefüllt werden muß. Die Druckmittelmengen, die zum Eilrückgang des Kolbens insgesamt
zugeführt werden müssen, werden dadurch klein gehalten.
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Bei der Erfindung wird die im Ringraum vorhandene Druckmittelmenge
abzüglich derjenigen, die beim Preßgang in den Sumpf fließt, dauernd zwischen der
Oberseite des Kolbens und dem Ring' raum hin- und hergeschoben.
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Es sind zwar Pressen mit in beiden Richtungen im Eilgang bewegbarem
Differentialkolben bekannt, bei denen ein am Zylinderdeckel befestigter Hilfskolben
in dem Differentialkolben geführt ist. Der Hilfskolben derartiger Pressen dient
aber nicht als Rückführungskolben, sondern schiebt beim Eilrücklauf des Differentialkolbens
das auf seiner Stirnseite befindliche Druckmittel in den Ringraum des Differentialkolbens.
Dadurch wird eine Eilrückführung des Differentialkolbens erreicht. Bei dieser bekannten
Einrichtung wird aber im Gegensatz zu der Erfindung das auf der Oberseite des Differentialkolbens
befindliche Druckmittel bei Rücklauf des Kolbens in den Ablauf gedrückt und läuft
in den Tank zurück. Ein Hin- und Herdrücken des Druckmittels zwischen der Oberseite
des Differentialkolbens und seiner Ringraumseite ist im bekannten Fall nicht vorhanden.
Es ist beachtlich, daß demgegenüber bei der Erfindung das Druckmittel von der Kolbenoberseite
in den Ringraum umgeschoben wird und die umgeschobene Druckmittelmenge wesentlich
größer ist als im bekannten Fall, bei dem lediglich die im Zylinder des Hilfskolbens
gespeicherte Druckmittelmenge dem Ringraum zugeführt wird.
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Es sind ferner Ziehpressen bekannt, bei denen ein Stempel und eine
Matrize, die gegeneinander arbeiten, durch koaxial angeordnete hydraulische Kolbenantriebe
bewegt werden. Wenn der Stempel hochgeht, wird bei dieser bekannten Einrichtung
das Druckmittel von der Ringraumseite auf die Vorderseite des Kolbens umgewälzt,
um eine Eilzustellung des Stempels zu ermöglichen. Wenn der Stempelkolben zurückgeht,
wird das auf seiner Vorderseite befindliche Druckmittel der Vorderseite des dann
vorgehenden Matrizenkolbens zugeführt. Auf diese Weise wird an Druckmittel gespart
und eine erhöhte Stempelgeschwindigkeit erreicht. Wenn bei der bekannten Einrichtung
der Matrizenkolben in seine Ausgangslage zurückgeführt wird, wird dort allerdings
das auf der Kolbenvorderseite befindliche Druckmittel in den Tank ausgestoßen. Ein
dauerndes Hin- und Herschieben von Druckmittel wie bei der Erfindung ist im bekannten
Fall nicht vorhanden.
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Ferner sind hydraulische Differentialpreßwerke bekannt, bei denen
in einem Zylinder ein Differentialkolben gleitet, der hohl ausgebildet ist und als
Zylinder für einen am Deckel des ersten Zylinders befestigten Kolben dient. Ähnlich
wie lyei der Erfindung sind bei der bekannten Einrichtung zwei Ringräume vorhanden,
von denen sich der eine auf der Rückseite des Differentialkolbens und der andere
zwischen der Kolbenstange des in diesem geführten Hilfskolbens und dem durch den
Differentialkolben gebildeten Zylinder erstreckt. Im bekannten Fall ist es möglich,
die Oberseite des Differentialkolbens und die beiden Ringräume gleichzeitig mit
Druckmittel zu beaufschlagen. Beim Hochgehen des Differentialkolbens tritt dann
ein Umpumpen des Druckmittels aus den beiden Ringräumen zur Kolbenoberseite hin
ein. Es ist dort weiter so, daß beim Rückgang des Differentialkolbens die beiden
Ringräume durch Ansaugen von Druckmittel aus der Abflußleitung, mit der sie alle
verbunden sind, unmittelbar von dem auf der Vorderseite des Kolbens gelegenen Zylinderraum
aus gefüllt werden. Im bekannten Fall ist aber ein derartiges Umfüllen von Druckmittel
eine unbeabsichtigte Nebenerscheinung, auf die es dort nicht abgesehen ist. Die
beiden Ringräume haben dort auch nicht etwa die Funktion des Rückführens, sondern
dienen dazu, durch Gegenwirkung auf den. Differentialkolben die Preßkraft desselben
in mehreren Laststufen bemessen zu können. Dadurch ergeben sich zahlreiche verschiedene
Kombinationsmöglichkeiten mit ganz verschiedenen Preßkräften. Die bekannte Einrichtung
stimmt zwar, was die Bauart anbelangt, mit der Erfindung weitgehend überein. Die
- Leitungsführung, die Steuerungseinrichtung und die Betriebsweise dient
aber im bekannten Fall einer grundsätzlich anderen Aufgabe als die Erfindung.
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In einem Differentialkolben eingebaute Hilfskolben sind ferner bei
Werkzeugmaschinen bekannt. Um Eilzustellungen mit einer Hocchdruckpumpe durchzuführen,
solange noch keine Gegenkraft am Differentialkolben angreift, wird dort das Druckmittel
der Vorderseite des im Zylinder fest angeordneten Hilfskolbens zugeführt, so daß
der Differentialkolben mit großer Gesch%vindigkeit vorgeschoben wird. Stößt er auf
Widerstand, so steigt der Druck an, und ein Überströmventil öffnet sich, durch das
das Druckmittel nunmehr der Oberseite des Differentialkolbens zuläuft. Dieser wird
von nun an mit größter Kraft und kleiner Geschwindigkeit von der Hochdruckpumpe
vorgeschoben. Ein
Umpumpen von Druckmittel, wie es bei der Erfindung
vorhanden ist, liegt im bekannten Fall nicht vor. Auch gibt es dort keine Möglichkeit,
den Differentialkolben im Eilgang zurückzuführen.
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Schließlich sind Pressen mit einem beidseitig beaufschlagbaren Kolben
bekannt, die beim Hin-und beim Hergang einen Preßgang ausführen. In den Enden des
Kolbens ist jeweils ein Eilzustellkolben geführt, der im Zylinder fest angeordnet
ist. Die beaufschlagte Fläche an den Kolbenenden ist beiderseits gleich. Wenn der
Kolben der bekannten Presse beispielsweise nach unten verschoben wird, so wird das
auf seiner unteren Stirnseite befindliche Druckmittel während des Eilgangs an seinem
oberen Ende wieder zugeführt. Das am oberen Ende zufließende Druckmittel füllt den
Zylinder des Eilzustellkolbens und schiebt den Kolben nach unten. Wenn die Preßkraft
auszuüben ist, wird die Unterseite des Kolbens auf Ablauf geschaltet, während auf
der Oberseite unter Austritt des Eilzustellkolbens aus seinem Zylinder die gesamte
obere Stirnseite des Kolbens dem Druck des Druckmittels ausgesetzt wird, wodurch
eine hohe Preßkraft ausübbar ist. Beim Rückgang des Kolbens in die Hochlage vollzieht
sich derselbe Vorgang in umgekehrter Richtung. Im bekannten Fall findet mithin ebenfalls
ein Hin- und Herschieben von Druckmittel zwischen zwei Zylinderräumen statt. Die
Bauart ist aber dort insofern eine andere, als diese Räume gleich groß sind und
zwei Hilfskolben vorgesehen sind, mit denen der Kolben in beiden Richtungen verschiehbar
ist. Das Problem, das bei der Erfindung auf Grund des Vorliegens eines Differentialkolbens
besteht, der eine Preßwirkung nur in einer Richtung auszuüben hat, ist im bekannten
Fall nicht vorhanden.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.
In dem Preßzylinder i gleitet der Differentialpreßkolben 2, in dessen innerem Hohlraum
der feststehende Rückzugkolben 3
untergebracht ist, wodurch ein Ringraum
b entsteht. Die Verbindung der beiden Kolbenseiten erfolgt über die Fülleitungen
4 und 5, welche einen verhältnismäßig großen Querschnitt aufweisen, und über
den Füllschieber 6, durch welchen diese Leitungen miteinander verbunden bzw.
voneinander abgeschlossen werden können. Der Hochdruck wird von der Hochdruckpumpe
7 über die Leitung 8 der Pressensteuerung 13 zugeführt. Die Abzweigung
9
der Leitung 8 ist mit dem Längskanal io in dem feststehenden Rückzugkolben
3 verbunden, welcher über die Bohrung ii zum Innenraum b des Preßkolbens
führt. Eine Zweigleitung 12 führt von der Leitung 9 zu der einen Seite des
Füllschiebers 6.
In den dargestellten Stellungen des Steuerschiebers 13 und
des Füllschiebers 6 sind die Leitungsverbindungen hergestellt, wie sie für
den dem eigentlichen Preßvorgang vorausgehenden Auffüllvorgang geschaltet sind.
Die von der Hochdruckpumpe geförderte Druckmittelmenge gelangt durch die Leitung
8 über den Steuerschieber 13, Leitung 14 in die Fülleitung 5 und,
so in den Druckraurn d des Preßzylinders i. Das in dem Innenraum
b des PreßkolbenS 2 enthaltende Druckmittel, welches zum Rückzug benötigt
wurde, fließt beim Abwärtsgang des Preßkolbens über die Leitungen 9 und 14
ebenfalls dem Druckraum d des Preßzylinders i zu.
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Während des Eilweges des PreßkolbenS 2 wird das in dem Ringraum a
des Preßzylinders i unterhalb des Preßkolbens 2 enthaltene Druckmittel über die
Leitung 4, Füllschieber 6 und die Leitung 5 dem Druckraum
d des Preßzylinders i zugeführt. Sobald der Preßkolben bei Beendigung des
Leerweges auf Widerstand stößt, wirkt der in diesem Augenblick auf der Druckseite
des Preßzylinders i durch die HochdruckpumPe 7 aufgebaute Druck über die
Leitungen 5, 14 und Zweigleitung 15 auf die linke Stirnseite des Füllschieb#ers
6 und drückt dessen großen Kolben 16 nach rechts, da der gleichzeitig der
rechten Stirnseite zugeführte Druck auf eine kleinere Kolbenfläche wirkt. Die noch
in dem Ringraum a auf der Unterseite des PreßkolbenS 2 im Preßzylinder i befindliche
Druckmittelmenge gelangt durch die Leitungen 4 und 17 und über das in dem
Steuerschieber 13 untergebrachte federbelastete Kugelventil 18 zum Sammelbehälter.
Dem auf die Druckseite des Preßkolbens 2 wirkenden Hochdruck steht also der bisher
im Ringraum a des PreßkolbenS 2 vorhandene Druck nicht mehr teilweise aufhebend
entgegen.
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Um den Rückzugvorgang einzuleiten, wird der Kolben des Steuerschiebers
13 nach oben verstellt (gestrichelt dargestellte Lage). Dadurch werden die Leitungen
14 und 5 drucklos gemacht, so daß die Hochdruckpumpe nunmehr durch die Leitung
9,
Längskanal io in dem feststehenden Rückzugskolben 3 und Bohrung
i i in den Ringraum b im Innern des PreßkolbenS 2 fördert und den Rückzugvorgang
einleitet. Durch den in der Leitung 9
entstehenden Druck wird über die Zweigleitung
12 der Kolben des Füllschiebers 6 nach links bewegt und werden die Leitungen
4 und 5 verbunden. Die auf der Druckseite des Preßzylinders i befindliche
Druckmittelmenge strömt also beim Rückzug wieder in den Ringraum a desselben. Die
aus dem Raum d ausströmende Druckmittelmenge ist etwas größer als die Flüssigkeitsmenge,
die der Ringraum a aufnehmen kann, und zwar um einen Betrag, der der Stärke der
Wand ig des Hohlraumes des PreßkolbenS 2 entspricht. Diese Unterschiedsmenge läuft
über die Leitungen 5 und 1,4, Steuerschieber 13 und Ventil 18 dem
Sammelbehälter zu.
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Beim Vorgang des Preßkolbens 2 ist also von der Hochdruckpumpe
7 nur die Flüssigkeitsmenge zu fördern, die dem Rauminhalt der Wand ig in
der Hublänge des Preßkolbens :2 entspricht. Zweckmäßigerweise wird die Wandstärke
unter Berücksichtigung der Festigkeitsverhältnisse so gering gewählt, daß dieser
Unterschiedsbetrag zwischen den von der einen zur anderen Kolbenseite umgefüllten
Flüssigkeitsmengen möglichst gering wird.
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Mit der erfindungsgemäßen Schnellpresse können ohne zusätzliche Hilfseinrichtungen
beträchtliche Geschwindigkeiten während des Eilweges erzielt werden.