EP0812255A1 - Spindelpresse und verfahren zum betreiben einer spindelpresse - Google Patents

Spindelpresse und verfahren zum betreiben einer spindelpresse

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EP0812255A1
EP0812255A1 EP96904709A EP96904709A EP0812255A1 EP 0812255 A1 EP0812255 A1 EP 0812255A1 EP 96904709 A EP96904709 A EP 96904709A EP 96904709 A EP96904709 A EP 96904709A EP 0812255 A1 EP0812255 A1 EP 0812255A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
screw press
return
cylinder space
stroke
Prior art date
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Granted
Application number
EP96904709A
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English (en)
French (fr)
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EP0812255B1 (de
Inventor
Hermann-Josef Trimborn
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Eumuco GmbH
SMS Schloemann GmbH
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Publication date
Application filed by SMS Eumuco GmbH, SMS Schloemann GmbH filed Critical SMS Eumuco GmbH
Publication of EP0812255A1 publication Critical patent/EP0812255A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0812255B1 publication Critical patent/EP0812255B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B1/00—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen
    • B30B1/18—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by screw means
    • B30B1/188—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by screw means driven by a continuously rotatable flywheel with a coupling arranged between the flywheel and the screw
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B1/00—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen
    • B30B1/18—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by screw means
    • B30B1/183—Braking mechanisms for the return movement of the press ram

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a screw press with a rotatably mounted spindle, a flywheel rotating continuously in one direction of rotation, a pressure-actuated friction clutch, via the clutch disc of which the frictional connection between the spindle and the flywheel can be produced, and a return drive for the return stroke of the a displacement of the machine body up and down movable tool carriage, which is connected for weight compensation to air cylinders having a storage pressure chamber and a piston-side and a piston-side cylinder space, and a screw press for performing the method.
  • Such a clutch screw press has become known from DE 42 08 638 A.
  • the flywheel is continuously driven in the same direction by an electric motor via a flat belt.
  • the spindle is coupled to the flywheel with the hydraulically actuated friction clutch, while a braking unit opens with a slight delay.
  • This consists of several spring-loaded, pneumatically operated individual brakes, which grip a brake disc with clamping jaws, which is positively connected to the spindle via a torsion spring rod arranged in the hollow-bored spindle.
  • the torsion spring bar forms part of the reversing drive, which is designed there in the form of a torque storage drive which draws its energy from a storage device which is charged by the spindle in the course of the tappet and thus the slide downward movement.
  • the clutch disc which is positively attached to the spindle, is accelerated by the flywheel to synchronism and thus rotates non-positively with the flywheel.
  • the spindle turns out of the spindle nut, so that the tool slide is driven downwards until it hits the lower die with its upper die and deforms the forging material or the workpiece.
  • the pneumatic weight compensation of this screw press ensures that the tool slide and spindle nut are completely weight balanced and the tool slide can be kept floating, so that only small surface pressures are present and hardly any weight has to be absorbed by the tooth flanks of the spindle.
  • the air cylinders arranged in the stands of the machine body of the screw press are pressurized and attached to the tool slide via their piston rods.
  • the forming energy required to deform the workpiece is supplied by the flywheel, which loses speed.
  • the forming process ends when a certain pressing or forging force has arisen between the upper and lower die. If this is at the end of the forming process, the clutch slips; namely when the pressing or forging force generates a torque on the coupling via the thread bevel which is greater than the set coupling torque.
  • the spindle accelerates the tool slide, and for the return stroke, this known spindle press supports all the stored energy from the torque storage drive, which is then released and used to accelerate the spindle along with the clutch disc and thus to return the slide to its starting position is exploited.
  • the stored energy of the press stand or machine body is available for the return stroke or for accelerating the spindle and clutch disc along with the block carrier.
  • the machine body is stretched proportionally to the forging force, ie it takes up work during the increase in force, which it releases again when the force drops.
  • the tool slide experiences an upward speed that, for example, 0.1 m / s during cake upsetting (soft upsetting, like descaling workpieces) and with a bounce maximum force, for example, can reach 1.2 m / s.
  • the tool slide thus driven by the uncontrolled reversing drive and by the rebound energy from the body suspension - in the case of the known press also supplemented by the energy stored in the course of the downward movement - requires a braking torque and a braking distance which, based on the energy to be braked from the impact impact with F must be interpreted.
  • Braking torque and braking distance therefore have a significant influence on the design and manufacturing costs of a screw press.
  • the invention has for its object to provide a method and a clutch screw press of the type mentioned with which the operation of the press can be improved, in particular the braking energy required for the tool slide during the return stroke can be reduced.
  • This object is achieved according to the invention by a method in that a weight compensation regulated as a function of the return stroke speed is formed and air displaced by the piston or the tool slide is throttled during the return stroke.
  • the invention makes use of the fact that by preventing the inflow of air and the throttling of the displaced air during lifting movements of the piston of the air cylinder or of the tool slide connected to the piston differ
  • Tool brake significantly reduce the braking energy required. This is particularly the case with a high return stroke or
  • Clutch screw press to reduce the maximum braking energy in the impact with F by up to 50%;
  • a return stroke speed of 1.2 m / s a pressure drop to 20% of the pressure can be achieved, which occurs in the rest position.
  • Braking therefore requires accordingly shorter distances, which makes it possible to keep the slide stroke and thus the overall height of the press correspondingly small, as a result of which considerable weight savings can be achieved.
  • An embodiment of a screw press for performing the method provides that the accumulator pressure chamber communicates with the piston-side cylinder space via at least one non-return and throttle element and the cylinder space above the piston is open.
  • the connection communicating with the cylinder space on the underside of the piston ensures in short-stroke presses that the maximum braking effect is achieved, namely immediately after bottom dead center.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that in the case of a speed-compensated weight compensation for a short-stroke press, the accumulator pressure chamber is separated from the piston-side cylinder space by an intermediate wall provided with the at least one non-return and throttle element. Because the amount of air flowing in from the accumulator pressure chamber into the cylinder space on the piston side via the throttle element is reduced, the pressure there is reduced in accordance with the increase in volume or the lack of air.
  • the non-return element or elements, preferably non-return valves, and the or each throttle element, which in the simplest case are designed as bore holes, ensure, for example in the case of the short-stroke version, that when the pistons move downward, the air underneath the piston both the air and the non-return valve and is also pressed via the throttle elements from the piston-side cylinder space into the accumulator pressure chamber.
  • the air from the accumulator pressure chamber into the cylinder space on the piston side can only flow via the throttles or nozzles, ie bore holes.
  • the throttling of the air which consequently flows slowly from the higher-pressure storage pressure chamber into the piston-side cylinder space during the return stroke movement, causes one abrupt, high pressure drop, so that there is less withdrawal of the stored output energy from the weight compensation, whereby the energy to be braked and thus the braking distance is correspondingly smaller.
  • the usable drive energy of the weight compensation for the return stroke of the spindle and tool slide is reduced proportionally - distributed over the stroke - with the average pressure drop.
  • the accumulator pressure chamber be open to the cylinder space underneath the piston and the cylinder space above the piston is closed by a cover having at least one non-return element and a throttle element.
  • the accumulator pressure chamber is towards the piston-side cylinder space and the cylinder space above the piston is open and the displacement of the tool slide is connected to the free atmosphere via at least one non-return and throttling element, the outflowing air is throttled in the displacement above the slide, so that the pressure in this space increases during the upward stroke.
  • a force that reduces the braking energy thus acts on the top of the slide.
  • the throttles or nozzles can be easily provided with a type of flow control.
  • Fig. 1 is a speed-dependent weight balance clutch screw press in front view, shown in partial section;
  • Fig. 2 shows as a detail the air cylinder shown in Fig. 1 in the left half for speed-dependent weight compensation, shown enlarged;
  • FIG. 3 shows in detail an alternative embodiment of a throttle, which can be arranged in the area "X" circled in dash-dot lines in FIG. 2;
  • FIG. 5 a representation corresponding to FIG. 4 of a detail of a clutch screw press with a further embodiment of a speed-dependent weight compensation for long-stroke presses.
  • the screw press 1 shown in the exemplary embodiment according to FIG. 1 has a multi-part machine body 2, in which a tool slide 3 is guided so that it can move up and down.
  • the tool slide 3 is connected to a spindle nut 4, which cooperates with a spindle 5 rotatably mounted in the machine body 2 in an axial bearing fastened to the upper crosshead, such that the tool slide 3, depending on the direction of rotation of the spindle 5 via the spindle nut 4, either for the working stroke in the direction of the lower die 7 arranged in the lower yoke 6 of the machine body 2 or removed therefrom.
  • the spindle 5 is driven by a flywheel 8, which keeps a vertically arranged electric motor 9 in constant rotation via a drive belt 11.
  • a clutch disc 12 is used for the drive connection, which is connected to the spindle 5 in a rotationally fixed manner and is hydraulically actuated and frictionally coupled to the flywheel 8. This rotates the flywheel 8 and the spindle 5, and the tool slide 3 is moved with the upper die to perform a forging blow against the lower die 7.
  • Air cylinders 13 arranged in the stands of the machine body 2 of the screw press 1 are pressurized and fastened to the tool slide 3 via their piston rods 14 so that the axially moved mass, i. the tool slide 3 together with the spindle nut 4 is completely weight-balanced.
  • the air or weight compensation cylinders 13 are connected to pressure boilers housed in the side stands, so that no special piping is required.
  • the spindle 5 has a through bore, not shown, in which a spindle which projects far beyond the coupling disc 12 which is positively fixed on the spindle, projects 5 thus extending torsion spring rod 15 extending upwards.
  • a thickened head piece of the torsion spring rod 15 is rotatably mounted in a bearing bush which is located in a holding bridge 18 which carries a brake unit 16 and on which the hydraulic piston for pressing the clutch disc 12 against the flywheel 8 with a pressure distributor 17 which supplies a pressure medium.
  • the brake unit 16 is composed of a plurality of spring-loaded, pneumatically actuated individual brakes 19 which grip a brake disc 20 with clamping jaws, which is positively connected to the spindle 5 via the torsion spring bar 15.
  • the holding bridge 18 and thus also the braking unit 16 is secured against rotation by means of a torque support 22 fastened on the one hand to the holding bridge 18 and on the other hand to the stage 21.
  • a hydraulic motor 23 which also acts as a pump and which, as is known from the spindle press mentioned at the outset, is designed as a torque accumulator output for the return stroke of the tool slide 3.
  • the hydraulic units 24 required for supplying the hydraulic motor 23 and the rotary distributor 17 are arranged on the stage 21 of the screw press 1 and connected to the rotary distributor 17 or the hydraulic motor 23 via pressure medium hoses 25.
  • the design of the air cylinder 13 of the screw press 1 according to FIG. 1 for speed-dependent weight compensation is shown in detail in FIG. 2.
  • the air cylinder 13 - to which a second one is arranged symmetrically on the other press side - has a piston chamber 26a on the piston side and a cylinder chamber 26b on the piston side, which is followed by a storage pressure chamber 27, which can have any cross section.
  • the pressure chamber 27 is separated from the cylinder spaces 26a, 26b by an intermediate wall 28.
  • the piston rod 14, which can be moved up and down in the direction of the double arrow 29, is guided in seals 30 in the cylinder wall 28 and in a lower chamber wall of the accumulator pressure chamber 27.
  • the piston 31 arranged in the cylinder spaces 26a, 26b is drawn with solid lines in its lower position, ie the bottom dead center uT; the upper position, ie the top dead center oT is shown with dashed lines.
  • a plurality of non-return valves (or non-return flaps) 32 are arranged in the intermediate wall 28 , as shown symbolically, and at least one throttle element or a nozzle 33, as again symbolically indicated.
  • the throttle element 33 can in the simplest case be a bore hole 34 with an internal thread shown in FIG. 3, into which a screw plug 35 can be screwed for regulation.
  • the compressed air can flow in from the accumulator pressure chamber 27 so quickly that no significant pressure difference between Pl and P2 arises.
  • the air compensation cylinders 13 can develop their full effectiveness to compensate for the axially moving parts.
  • due to the throttling of the incoming compressed air ie the speed-dependent regulation of the weight balance, these are reduced so decisively that braking can be achieved despite the maximum impact force and the associated high upward speed.
  • a pressure build-up P occurs, specifically according to FIG. 4 in the piston-top side Cylinder space 126a. This is closed at the top by a cover 36, in which the at least one check valve 132 and the at least one nozzle or throttle 133 are arranged.
  • the piston-side cylinder space 126b of the air cylinder 113 is open to the accumulator pressure chamber 127.
  • the piston-side cylinder space 226a of the air cylinder 213 is open at the top, as in the short-stroke screw press shown in FIG. 1, and the accumulator pressure chamber closes below the piston-side cylinder space 226b
  • Cylinder chamber 226a - as is the case with FIG. 4 - which in the
  • Displacement 237 is throttled over the tool slide 3 flowing air.
  • At least one check valve 232 and at least one nozzle or throttle 233 are arranged in the displacement 237 of the tool slide 3, for example as shown in FIG.
  • Chamber housing 38 through which the displacement 237 with the outer, i.e. free atmosphere is connected.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Press Drives And Press Lines (AREA)
  • Control Of Presses (AREA)

Abstract

Bei einer Spindelpresse mit einer drehbar gelagerten Spindel (5), einem in einer Drehrichtung ununterbrochen umlaufenden Schwungrad (8) und einer druckmittelbetätigten Reibungskupplung, über deren Kupplungsscheibe (12) zum Arbeitshub die reibschlüssige Verbindung der Spindel (5) mit dem Schwungrad (8) herstellbar ist, und einem Rückdrehantrieb (15; 23) zum Rückhub des in einem Hubraum des Maschinenkörpers auf- und abbewegbaren Werkzeugschlittens (3), der zum Gewichtsausgleich an Luftzylinder (13) angeschlossen ist, die eine Speicher-Druckkammer (27) sowie einen kolbenoberseitigen und einen kolbenunterseitigen Zylinderraum (26a bzw. 26b) aufweisen, wird die Betriebsweise verbessert, insbesondere die nach dem Rückhub für den Werkzeugschlitten (3) benötigte Bremsenergie verringert, wenn ein abhängig von der Rückhubgeschwindigkeit des Kolbens (31) regulierter Gewichtsausgleich ausgebildet und beim Rückhub von dem Kolben (31) bzw. dem Werkzeugschlitten (3) verdrängte Luft gedrosselt wird.

Description

Spindelpresse und Verfahren zum Betreiben einer Spindelpresse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Spindelpresse mit einer drehbar gelagerten Spindel, einem in einer Drehrichtung ununterbrochen umlaufenden Schwungrad, einer druckmittelbetätigten Reibungskupplung, über deren Kupplungsscheibe zum Arbeitshub die reibschlüssige Verbindung der Spindel mit dem Schwungrad herstellbar ist, und einem Rückdrehantrieb zum Rückhub des in einem Hubraum des Maschinenkörpers auf- und abbeweglichen Werkzeugschlittens, der zum Gewichtsausgleich an Luftzylinder angeschlossen ist, die eine Speicher-Druckkammer sowie einen kolbenoberseitigen und einen kolbenunterseitigen Zylinderraum aufweisen, und eine Spindelpresse zum Durchführen des Verfahrens.
Eine derartige Kupplungs-Spindelpresse ist durch die DE 42 08 638 A bekanntgeworden. Das Schwungrad wird von einem Elektromotor über einen Flachriemen dauernd in gleicher Drehrichtung umlaufend angetrieben. Für jeden einzelnen Arbeitshub wird die Spindel mit der hydraulisch beaufschlagten Reibungskupplung an das Schwungrad angekuppelt, während sich mit geringer Verzögerung eine Bremseinheit öffnet. Diese setzt sich aus mehreren federbelasteten, pneumatisch betätigten Einzelbremsen zusammen, die mit Klemmbacken eine Bremsscheibe erfassen, die über einen in der hohlgebohrten Spindel angeordneten Torsionsfederstab formschlüssig mit der Spindel verbunden ist. Der Torsionsfederstab bildet bei dieser bekannten Spindelpresse einen Bestandteil des Rückdrehantriebs, der dort in Form eines Drehmoment-Speicherantriebs ausgebildet ist, der seine Energie von einem Speicher bezieht, der von der Spindel im Zuge der Stößel- und damit der Schlittenabwärtsbewegung aufgeladen wird.
Nach dem Ankuppeln wird die auf der Spindel formschlüssig befestigte Kupplungsscheibe von dem Schwungrad auf Gleichlauf beschleunigt und läuft somit kraftschlüssig mit dem Schwungrad um. Dabei dreht sich die Spindel aus der Spindelmutter heraus, so daß der Werkzeugschlitten nach unten angetrieben wird, bis er mit seinem Obergesenk auf das Untergesenk aufschlägt und den Schmiedewerkstoff bzw. das Werkstück verformt. Durch den pneumatischen Gewichtsausgleich dieser Spindelpresse wird erreicht, daß Werkzeugschlitten und Spindelmuter völlig gewichtsausgeglichen sind und der Werkzeugschlitten sich quasi schwimmend halten läßt, so daß nur noch kleine Flächenpressungen vorliegen und von den Zahnflanken der Spindel kaum noch ein Gewicht aufgenommen werden muß. Die in den Ständern des Maschinenkörpers der Spindelpresse angeordneten Luftzylinder sind mit Druck beaufschlagt und über ihre Kolbenstangen am Werkzeugschlitten befestigt.
Die zur Verformung des Werkstückes notwendige Umformenergie liefert das Schwungrad, das dabei an Drehzahl verliert. Der Umformvorgang endet, wenn zwischen Ober- und Untergesenk eine bestimmte Preß- bzw. Schmiedekraft entstanden ist. Liegt diese gegen Ende des Umformvorganges vor, rutscht die Kupplung durch; dann nämlich, wenn die Preß- bzw. Schmiedekraft über die Gewindeschräge ein Moment an der Kupplung erzeugt, welches größer ist als das eingestellte Kupplungsmoment. Einhergehend damit beschleunigt die Spindel den Werkzeugschlitten aufwärts, und für den Rückhub steht bei dieser bekannten Spindelpresse unterstützend die gesamte gespeicherte Energie aus dem Drehmoment-Speicherantrieb zur Verfügung, die dann freigesetzt und zum Beschleunigen der Spindel nebst Kupplungsscheibe und damit zum Zurückführen des Schlittens in seine Startposition ausgenutzt wird.
Daneben steht zum Rückhub bzw. zum Beschleunigen von Spindel und Kupplungsscheibe nebst Klotzträger die gespeicherte Energie des Pressenständers bzw. Maschinenkörpers zur Verfügung. Der Maschinenkörper wird nämlich proportional zur Schmiedekraft gedehnt, d.h. er nimmt während des Kraftanstiegs eine Arbeit auf, die er beim Kraftabfall wieder freigibt. Am Ende des Umformvorgangs, wenn die Preßkraft auf Null abgefallen ist, erfährt der Werkzeugschlitten eine Aufwärtsgeschwindigkeit, die beim Kuchenstauchen (weiches Stauchen, wie beim Entzundern von Werkstücken) z.B. 0,1 m/s und bei einem Prellschlag mit maximaler Kraft z.B. 1,2 m/s erreichen kann. Der somit von dem ungesteuerten Rückdrehantrieb und von der Rückprallenergie aus der Körperfederung - im Falle der bekannten Presse außerdem noch ergänzt durch die im Zuge der Abwärtsbewegung gespeicherten Energie - angetriebene Werkzeugschlitten erfordert ein Bremsmoment und einen Bremsweg, der nach der abzubremsenden Energie aus dem Prellschlag mit F ausgelegt werden muß. Das
JD.3X
Bremsmoment und der Bremsweg beeinflussen daher maßgeblich die Auslegung und die Herstellkosten einer Spindelpresse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Kupplungs-Spindelpresse der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen sich die Betriebsweise der Presse verbessern, insbesondere die beim Rückhub für den Werkzeugschlitten benötigte Bremsenergie verringern läßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren dadurch gelöst, daß ein abhängig von der Rückhubgeschwindigkeit regulierter Gewichtsausgleich ausgebildet und beim Rückhub von dem Kolben bzw. dem Werkzeugschlitten verdrängte Luft gedrosselt wird. Die Erfindung macht sich zunutze, daß sich durch Verhindern des Nachströmens von Luft und das Drosseln der verdrängten Luft bei Hubbewegungen des Kolbens des Luftzylinders bzw. des mit dem Kolben verbundenen Werkzeugschlittens unterschiedliche
Druckverhältnisse erreichen lassen, die die zum Bremsen des
Werkzeugschlittens benötigte Bremsenergie entscheidend verringern. Dies insbesondere bei einer hohen Rückhub- bzw.
Aufwärtsgeschwindigkeit, wie das bei einem Prellschlag mit F ö max der Fall ist. Die Bremsenergie verringert sich dann um den
Betrag, den der durch das Drosseln geschwindigkeitsabhängig regulierte Gewichtsausgleich speichert und während der Zeit des Rückhubes nicht abgeben kann. Es ist somit eine Regulierung des Gewichtsausgleichs möglich, die es erlaubt, abhängig von der jeweiligen Konstruktionsausführung der
Kupplungs-Spindelpresse, die maximale Bremsenergie im Prellschlag mit F um bis zu 50% zu reduzieren; konstruktionsabhängig max läßt sich bei einer Rückhubgeschwindigkeit von 1,2 m/s ein Druckabfall auf 20% des Druckes erreichen, der sich in der Ruhelage einstellt. Das Abbremsen erfordert somit entsprechend geringere Wege, was es ermöglicht, den Schlittenhub und damit die Bauhöhe der Presse entsprechend klein zu halten, wodurch sich eine beachtliche Gewichtseiπsparung erreichen läßt. Ferner ergibt sich auch ein unmittelbarer Einfluß auf die Baugröße der Bremse, die sich entsprechend kleiner auslegen läßt.
Eine Ausführung einer Spindelpresse zum Durchführen des Verfahrens sieht vor, daß die Speicher-Druckkammer über mindestens ein Rückschlag- und ein Drosselelement kommunizierend mit dem kolbenunterseitigen Zylinderraum verbunden und der Zylinderraum über dem Kolben offen ist. Die mit dem kolbenunterseitigen Zylinderraum kommunizierende Verbindung stellt bei kurzhübigen Pressen sicher, daß die maximale, nämlich schon gleich nach dem unteren Totpunkt einsetzende Bremswirkung erreicht wird. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß beim geschwindigkeitsabhängig regulierten Gewichtsausgleich für eine kurzhübige Presse die Speicher-Druckkammer durch eine mit dem mindestens einen Rückschlag- und Drosselelement versehene Zwischenwand von dem kolbenunterseitigen Zylinderraum getrennt ist. Aufgrund der von der Speicher-Druckkammer in den kolbenunterseitigen Zylinderraum über das Drosselelement reduziert nachströmenden Luftmenge verringert sich dort der Druck entsprechend der Volumenvergrößerung bzw. der fehlenden Luftmenge.
Das bzw. die Rückschlagelemente, vorzugsweise Rückschlagventile, und das bzw. die Drosselelemente, die im einfachsten Fall als Bohrungslöcher ausgebildet sind, gewährleisten beispielsweise bei der kurzhübigen Ausführung, daß bei der Abwärtsbewegung der Kolben der Luftzylinder die Luft unterhalb des Kolbens sowohl über die Rückschlag- als auch über die Drosselelemente aus dem kolbenunterseitigen Zylinderraum in die Speicher-Druckkammer gedrückt wird. Hingegen kann während der Aufwärtsbewegung des Kolbens die Luft aus der Speicher-Druckkammer in den kolbenunterseitigen Zylinderraum lediglich über die Drosseln bzw. Düsen, d.h. Bohrungslöcher strömen. Das Drosseln der Luft, die bei der Rückhubbewegung folglich langsam aus der den höheren Druck aufweisenden Speicher-Druckkammer in den kolbenunterseitigen Zylinderraum nachströmt, bewirkt einen abrupten, hohen Druckabfall, so daß sich eine geringere Entnahme der gespeicherten Abtriebsenergie aus dem Gewichtsausgleich ergibt, wodurch die abzubremsende Energie und damit der Bremsweg entsprechend kleiner wird. Die nutzbare Antriebsenergie des Gewichtsausgleichs für den Rückhub von Spindel und Werkzeugschlitten verringert sich nämlich proportional - über den Hub verteilt - mit dem mittleren Druckabfall. Es stellen sich automatisch die nachstehenden Bedingungen ein:
- eine hohe Rückprallenergie hat eine hohe Auf ärtsgeschwindigkeit zur Folge
- eine hohe Aufwärtsgeschwindigkeit hat einen hohen Druckabfall zur Folge
- ein hoher Druckabfall hat eine geringe Antriebsenergieentnahme des Gewichtsausgleichs während des Aufwärtshubes zur Folge.
Die vorgenannten Bedingungen lassen sich auch dahingehend zusammenfassen, daß die Antriebsenergie aus dem Gewichtsausgleich umso größer ist, je geringer die Aufwärtsgeschwindigkeit ist.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Speicher-Druckkammer zum kolbenunterseitigen Zylinderraum hin offen und der Zylinderraum über dem Kolben durch einen mindestens ein Rückschlag- und ein Drosselelement aufweisenden Deckel verschlossen ist. Es handelt sich hier um eine wiederum besonders bei langhübigen Pressen geeignete Gestaltung, weil der untere Teil des Pressenhubes schnell durchlaufen werden kann und die abhängig von der Rückhubgeschwindigkeit regulierte Bremsung erst am oberen Hubende bzw. vor dem oberen Totpunkt verstärkt einsetzt. Abweichend von der zuvor beschriebenen Variante für eine langhübige Presse wird hier nicht die über dem Werkzeugschlitten abströmende, sondern stattdessen die im kolbenoberseitigen Zylinderraum abströmende bzw. daraus verdrängte Luft gedrosselt.
Wenn nach einer alternativen Ausführung der Spindelpresse die Speicher-Druckkammer zum kolbenunterseitigen Zylinderraum hin und der Zylinderraum über dem Kolben offen sowie der Hubraum des Werkzeugschlittens über mindestens ein Rückschlag- und Drosselelement mit der freien Atmosphäre verbunden ist, wird im Hubraum über dem Schlitten die abströmende Luft gedrosselt, so daß der Druck in diesem Raum beim Aufwärtshub ansteigt. Auf der Schlitten-Oberseite wird somit eine Kraft wirksam, die die Bremsenergie reduziert. Der besondere Vorteil dieser letzteren, vor allem bei langhübigen Pressen zweckmäßigen Lösung besteht darin, daß sehr hohe Drücke möglich sind und keine Gefahr des Ausknickens der Kolbenstange des Luftzylinders besteht; die Bremswirkung ist proportional der Verdichtung (Druckanstieg) und verstärkt setzt vor dem oberen Totpunkt des Kolbens ein.
Wenn das Bohrungsloch nach einem Vorschlag der Erfindung mit einem Innengewinde versehen ist und einen Einschraubstopfen aufnimmt, lassen sich die Drosseln bzw. Düsen auf einfache Weise mit einer Art Durchsströmsteuerung versehen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung näher erläutert ist. Es zeigen:
Fig. 1 eine einen geschwindigkeitsabhängig regulierten Gewichtsausgleich aufweisende Kupplungs-Spindelpresse in der Vorderansicht, im Teilschnitt dargestellt;
Fig. 2 als Einzelheit den in Fig. 1 in der linken Hälfte gezeigten Luftzylinder zum geschwindigkeitsabhängig regulierten Gewichtsausgleich, vergrößert dargestellt;
Fig. 3 als Einzelheit eine alternative Ausführung einer Drossel, die in dem in Fig. 2 strichpunktiert eingekreisten Bereich "X" angeordnet werden kann;
Fig. 4 von einer Kupplungs-Spindelpresse der in Fig. 1 gezeigten Art als Einzelheit einen demgegenüber geänderten, insbesondere für langhübige Pressen geeigneten, geschwindigkeitsabhängig regulierten Gewichtsausgleich, als Teilschnitt in der Vorderansicht gezeigt; und
Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung einer Einzelheit einer Kupplungs-Spindelpresse mit einer weiteren Ausführung eines geschwindigkeitsabhängig regulierten Gewichtsausgleichs für langhübige Pressen.
Die im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dargestellte Spindelpresse 1 besitzt einen mehrteiligen Maschinenkörper 2, in welchem ein Werkzeugschlitten 3 auf- und abwärts bewegbar geführt ist. Der Werkzeugschlitten 3 ist mit einer Spindelmutter 4 verbunden, die mit einer im Maschinenkörper 2 in einem mit dem oberen Querhaupt befestigten Axiallager drehbar gelagerten Spindel 5 zusammenwirkt, derart, daß sich der Werkzeugschlitten 3 je nach Drehsinn der Spindel 5 über die Spindelmutter 4 entweder zum Arbeitshub in Richtung auf das im Unterjoch 6 des Maschinenkörpers 2 angeordnete Untergesenk 7 bewegt oder von diesem entfernt. Die Spindel 5 wird von einem Schwungrad 8 angetrieben, das ein vertikal angeordneter Elektromotor 9 über einen Treibriemen 11 in ständigem Umlauf hält.
Zur Antriebsverbindung dient eine Kupplungsscheibe 12, die drehfest mit der Spindel 5 verbunden ist und hydraulisch beaufschlagt reibungsschlüssig an das Schwungrad 8 angekuppelt wird. Damit drehen sich das Schwungrad 8 sowie die Spindel 5, und der Werkzeugschlitten 3 wird mit dem Obergesenk zur Ausführung eines Schmiedeschlags gegen das Untergesenk 7 bewegt. In den Ständern des Maschinenkörpers 2 der Spindelpresse 1 angeordnete Luftzylinder 13 sind mit Druck beaufschlagt und über ihre Kolbenstangen 14 am Werkzeugschlitten 3 befestigt, so daß die axial bewegte Masse, d.h. der Werkzeugschlitten 3 nebst Spindelmutter 4 völlig gewichtsausgeglichen ist. Die Luft¬ bzw. Gewichtsausgleichszylinder 13 stehen mit in den Seitenständern untergebrachten Druckkesseln in Verbindung, so daß keine besondere Verrohrung erforderlich ist.
Die Spindel 5 besitzt eine nicht gezeigte Durchgangsbohrung, in der sich ein bis weit über die formschlüssig auf der Spindel festgelegten Kupplungsscheibe 12 hinausragender, die Spindel 5 somit nach oben hin verlängernder Torsionsfederstab 15 erstreckt. Ein verdicktes Kopfstück des Torsionsfederstabes 15 ist in einer Lagerbuchse verdrehbar gelagert, die sich in einer eine Bremseinheit 16 tragenden, auf einem die hydraulischen Kolben zum Anpressen der Kupplungsscheibe 12 an das Schwungrad 8 mit einem Druckmittel versorgenden Drehverteiler 17 angeordneten Haltebrücke 18 befindet. Die Bremseinheit 16 setzt sich aus mehreren federbelasteten, pneumatisch betätigten Einzelbremsen 19 zusammen, die mit Klemmbacken eine Bremsscheibe 20 erfassen, die über den Torsionsfederstab 15 formschlüssig mit der Spindel 5 verbunden ist. Die Haltebrücke 18 und damit ebenfalls die Bremseinheit 16 wird über eine einerseits an der Haltebrücke 18 und andererseits der Bühne 21 befestigte Drehmomentenstütze 22 gegen Verdrehung gesichert. Auf das obere Ende des Torsionsfederstabes 15 und damit der Spindel 5 ist weiterhin ein auch als Pumpe wirkender Hydromotor 23 aufgesetzt, der - wie aus der eingangs genannten Spindelpresse bekannt - als Drehmoment-Speicherabtrieb zum Rückhub des Werkzeugschlittens 3 ausgebildet ist. Die zur Versorgung des Hydromotors 23 und des Drehverteilers 17 erforderlichen Hydraulik-Aggregate 24 sind auf der Bühne 21 der Spindelpresse 1 angeordnet und über Druckmittelschläuche 25 mit dem Drehverteiler 17 bzw. dem Hydromotor 23 verbunden.
Die Ausbildung der Luftzylinder 13 der Spindelpresse 1 nach Fig. 1 zum geschwindigkeitsabhängig regulierten Gewichtsausgleich ist im einzelnen in Fig. 2 gezeigt. Der Luftzylinder 13 - zu dem symmetrisch an der anderen Pressenseite ein zweiter angeordnet ist - besitzt einen kolbenoberseitigen Zylinderraum 26a und einen kolbenunterseitigen Zylinderraum 26b, dem sich eine Speicher-Druckkammer 27, die einen beliebigen Querschnitt haben kann, anschließt. Die Druckkammer 27 ist durch eine Zwischenwand 28 von den Zylinderräumen 26a, 26b getrennt. In der Zylinderwand 28 und in einer unteren Kammerwand der Speicher-Druckkammer 27 ist die in Richtung des Doppelpfeils 29 auf- und abbewegliche Kolbenstange 14 in Dichtungen 30 abgedichtet geführt. Der in den Zylinderräumen 26a, 26b angeordnete Kolben 31 ist mit durchgezogenen Linien in seiner unteren Position, d.h. dem unteren Totpunkt uT gezeichnet; die obere Stellung, d.h. der obere Totpunkt oT ist mit gestrichelten Linien eingezeichnet. In der Zwischenwand 28 sind mehrere, als Rückschlagventile (bzw. Rückschlagklappen) 32, wie symbolhaft dargestellt, und mindestens - wie wiederum symbolhaft angedeutet - ein Drosselelement bzw. eine Düse 33 angeordnet. Das Drosselelement 33 kann einfachstenfalls ein in Fig. 3 gezeigtes Bohrungsloch 34 mit Innengewinde sein, in das sich zur Regulierung ein Einschraubstopfen 35 einschrauben läßt.
In der Ruhelage sind die Drücke Pl unterhalb des Kolbens 31 in dem kolbenunterseitigen Zylinderraum 26b des Luftzylinders 13 und in der Speicher-Druckkammer 27 ausgeglichen. Mit der einsetzenden Abwärtsbewegung des Werkzeugschlittens 3 und damit des Kolbens 31 wird die Luft aus dem kolbenunterseitigen Zylinderraum 26b über die Rückschlagventile 32 und das Drosselelement 33 (bzw. Bohrungsloch 34 oder Drosselventil) in die darunter befindliche Speicher-Druckkammer 27 gedrückt. Dabei steigt der Druck Pl gegenüber dem Druck P2 der Speicher-Druckkammer 27 geringfügig an. Nach vollendetem Arbeitshub, wenn Spindel 5 und Werkzeugschlitten 3 aufgrund der gespeicherten Energie (Drehmomenten-Speicherantrieb, Rückprallenergie aus der Federung des Maschinenkörpers) in ihre Ausgangslage zurückbewegt werden, so daß sich gleichzeitig die Kolben 31 der Luftzylinder 13 in den oberen Totpunkt oT verlagern, entsteht aufgrund der Volumenvergrößerung in dem kolbenunterseitigen Zylinderraum 26b ein Druckabfall; zum Ausgleich kann aus der Speicher-Druckkammer 27 die Druckluft lediglich über das Drosselelement 33 bzw. das Bohrungsloch 34, d.h. entsprechend langsam nachströmen. Hingegen sind die Rückschlagventile 32 bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 31 gesperrt .
Bei langsamer Rückhub- bzw. Auf ärtsgeschwindigkeit, wie im Falle des Kuchenstauchens mit ca. 0,1 m/s, kann die Druckluft aus der Speicher-Druckkammer 27 so schnell nachströmen, daß keine nennenswerte Druckdifferenz zwischen Pl und P2 entsteht. Die Luftausgleichszylinder 13 können hierbei ihre volle Wirksamkeit zum Ausgleich der axial bewegten Teile entfalten. Je schneller die Aufwärtsgeschwindigkeit, desto größer ist der Druckabfall Pl, wie im Falle von Prellschlägen mit maximaler Kraft, bei denen die Aufwärtsgeschwindigkeit ca. 1,2 m/s erreichen kann, weil die Rückprallenergie aufgrund der Körperfederung des Maschinenkörpers entsprechend groß ist. Damit gehen hohe Bremsmomente und Bremswege einher. Diese werden aber, aufgrund der Drosselung der nachströmenden Druckluft, d.h. der geschwindigkeitsabhängigen Regulierung des Gewichtsausgleichs, so entscheidend verringert, daß sich trotz der maximalen Schlagkraft und der damit einhergehenden hohen Aufwärtsgeschwindigkeit die Bremsung erreichen läßt.
Bei den in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungen eines geschwindigkeitsabhängig regulierten Gewichtsausgleichs handelt es sich um solche, die insbesondere bei langhübigen Kupplungs- Spindelpressen 100 bzw. 200 zum Einsatz kommen; ansonsten unterscheidet sich die Pressen-Bauweise nicht von der im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Spindelpresse, so daß übereinstimmende Bauteile mit denselben Bezugsziffern versehen sind, auch wenn diese Bauteile nicht noch einmal genannt werden.
Während bei der Spindelpresse 1 nach Fig. 1 ein von der Rückhubgeschwindigkeit abhängiger Druckabfall P. im kolbenunterseitigen Zylinderraum 26b bewirkt wird, stellt sich bei den Ausführungen nach den Fig. 4 und 5 ein Druckaufbau P ein, und zwar gemäß Fig. 4 in dem kolbenoberseitigen Zylinderraum 126a. Dieser ist nach oben hin von einem Deckel 36 verschlossen, in dem das mindestens eine Rückschlagventil 132 und die mindestens eine Düse bzw. Drossel 133 angeordnet ist. Der kolbenunterseitige Zylinderraum 126b des Luftzylinders 113 ist zu der Speicher-Druckkammer 127 hin offen. Beim Rück- bzw. Aufwärtshub des Werkzeugschlittens 3 und des damit über die Kolbenstange 14 verbundenen Kolbens 31 des Luftzylinders 113 wird die Luft in dem kolbenoberseitigen Zylinderraum 126a komprimiert, da sie über die Drosseln 133 nur verzögert abströmen kann; der Druck P steigt an und wirkt dem Rückhub bremsend entgegen. Bei dieser Ausführung können beispielsweise die folgenden Drücke vorliegen: P . = minus 0,2 bar und P
° ° omm omax
= 10 bar; Plmin = 9,5 bar und Pjffiaχ = 10 bar; P2min = Plmin und P2omax = P-i.max sowie der Druck P ό-, in dem Hubraum 137 über dem Werkzeugschlitten 3 von P
= 0,3 bar. Die Antriebskraft ist zu 100% aufgehoben, wenn P o
= P- ist. Die Abbremsung beginnt hierbei sehr spät, nämlich vor dem oberen Totpunkt.
Bei dem geschwindigkeitsabhängig regulierten Gewichtsausgleich für eine langhübige Spindelpresse 200 nach Fig. 5 ist der kolbenoberseitige Zylinderraum 226a des Luftzylinders 213 wie bei der in Fig. 1 gezeigten kurzhübigen Spindelpresse nach oben hin offen, und unten schließt sich dem kolbenunterseitigen Zylinderraum 226b die Speicherdruckkammer
227 ohne Zwischen- bzw. Trennwand an. Die Bremswirkung wird hier dadurch erreicht, daß statt im kolbenoberseitigen
Zylinderraum 226a - wie das bei Fig. 4 der Fall ist - die im
Hubraum 237 über dem Werkzeugschlitten 3 abströmende Luft gedrosselt wird. Im Hubraum 237 des Werkzeug-Schlittens 3 sind mindestens ein Rückschlagventil 232 und mindestens eine Düse bzw. Drossel 233 angeordnet, beispielsweise wie gezeigt in dem
Kammergehäuse 38, über die der Hubraum 237 mit der Außen-, d.h. freien Atmosphäre verbunden ist. Beim Rückhub steigt der Druck
P„ im Hubraum 237 an, und auf die Schlitten-Oberseite wird eine der Antriebskraft des Gewichtsausgleichs entgegenwirkende Kraft ausgeübt, wodurch sich die Bremsenergie verringert. Es kann beispielsweise der folgende Druckaufbau erreicht werden: P o
= 0 bar; P, . = 9,5 bar und P, = 10 bar; ? - . = P, . und lmm lmax 2min lmm
P„ = P, sowie P-, . = minus 0,5 bar und P- Ä 10 bar. 2max lmax 3min 3max
Als besonderer Vorteil dieser Lösung ist zu sehen, daß sehr hohe Drücke möglich sind, ohne befürchten zu müssen, daß die Kolbenstange 14 des Luftzylinders 213 ausknicken kann.
Allen beschriebenen Ausführungen ist gleich, daß von der Antriebsenergie aus dem Gewichtsausgleich folglich je nach Geschwindigkeit ein Teil verzögert frei wird, wenn der Werkzeugschlitten 3 schon im oberen Totpunkt steht, womit sich die Bremsenergie in gleichem Maße verringert. Das ermöglicht es, die Bremseinheit kleiner auszubilden, was wiederum die Festteil-Massen und damit die Festteilenergie verringert. Bei der ersten Pressen-Ausführung (vgl. Fig. 1 wird zusätzlich ein kürzerer Schlittenhub und damit eine erhebliche Herabsetzung des Pressengewichtes und der Herstellkosten erreicht.

Claims

Patentansprüche:
Verfahren zum Betreiben einer Spindelpresse mit einer drehbar gelagerten Spindel, einem in einer Drehrichtung ununterbrochen umlaufenden Schwungrad, einer druckmittelbetätigten Reibungskupplung, über deren Kupplungsscheibe zum Arbeitshub die reibschlüssige Verbindung der Spindel mit dem Schwungrad herstellbar ist, und einem Rückdrehantrieb zum Rückhub des in einem Hubraum des Maschinenkörpers auf- und abbeweglich geführten Werkzeugschlittens, der zum Gewichtsausgleich an Luftzylinder angeschlossen ist, die eine Speicher-Druckkammer sowie einen kolbenoberseitigen und einen kolbenunterseitigen Zylinderraum aufweisen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein abhängig von der Rückhubgeschwindigkeit regulierter Gewichtsausgleich ausgebildet und beim Rϋckhub von dem Kolben bzw. dem Werkzeugschlitten verdrängte Luft gedrosselt wird.
Spindelpresse zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch
1. d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Speicher-Druckkammer (27) über mindestens ein Rückschlag- und ein Drosselelement (32, 33) kommunizierend mit dem kolbenunterseitigen Zylinderraum (26b) verbunden und der Zylinderraum (26a) über dem Kolben (31) offen ist.
Spindelpresse zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch
1. d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Speicher-Druckkammer (127) zum kolbenunterseitigen
Zylinderraum (126b) hin offen und der Zylinderraum (126a) über dem Kolben (31) durch einen mindestens ein Rückschlag- und ein Drosselelement (132, 133) aufweisenden Deckel (36) verschlossen ist.
4. Spindelpresse nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Speicher-Druckkammer (27) durch eine mit dem mindestens einen Rückschlag- und Drosselelement (32, 33) versehene Zwischenwand (28) von dem kolbenunterseitigen Zylinderraum (26b) getrennt ist.
5. Spindelpresse zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch
1, d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t, daß die Speicher-Druckkammer (227) zum kolbenunterseitigen Zylinderraum (226b) hin und der Zylinderraum (226a) über dem Kolben (31) offen sowie der Hubraum (237) des Werkzeugschlittens (3) über mindestens ein Rückschlag- und Drosselelement (232, 233) mit der freien Atmosphäre verbunden ist .
6. Spindelpresse nach einem der Ansprüche 3 bis 5, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h mindestens ein Rückschlagventil (32) und mindestens ein als Bohrungsloch (34) ausgebildetes Drosselelement (33).
7. Spindelpresse nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Bohrungsloch (34) mit einem Innengewinde versehen ist und einen Einschraubstopfen (35) aufnimmt.
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