EP0812255B1 - Spindelpresse und verfahren zum betreiben einer spindelpresse - Google Patents

Spindelpresse und verfahren zum betreiben einer spindelpresse Download PDF

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EP0812255B1
EP0812255B1 EP96904709A EP96904709A EP0812255B1 EP 0812255 B1 EP0812255 B1 EP 0812255B1 EP 96904709 A EP96904709 A EP 96904709A EP 96904709 A EP96904709 A EP 96904709A EP 0812255 B1 EP0812255 B1 EP 0812255B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
stroke
return
cylinder space
screw
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96904709A
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English (en)
French (fr)
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EP0812255A1 (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
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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, one in one direction of rotation continuously rotating flywheel, one fluid-operated friction clutch, over the Clutch disc to the working stroke the frictional connection the spindle can be manufactured with the flywheel, and one Reverse drive for return stroke in a cubic capacity of the Machine body movable tool slide, which is connected to air cylinders for weight compensation, which a storage pressure chamber and a piston on the top and have a piston-side cylinder space, and one Screw press to carry out the process.
  • Such a clutch screw press is by DE 42 08 638 A has become known.
  • the flywheel is made by one Electric motor continuously in the same via a flat belt Direction of rotation driven all round.
  • Friction clutch coupled to the flywheel while moving opens a braking unit with little delay.
  • This sets consist of several spring-loaded, pneumatically operated Individual brakes together, the one with clamping jaws a brake disc capture that over a in the hollow-bored spindle arranged torsion spring bar positively with the spindle connected is.
  • the torsion spring bar forms in this known Screw press is a component of the reversing drive, which is there is designed in the form of a torque storage drive, the its energy comes from a storage device that comes from the spindle in the course of the plunger and thus the slide downward movement is charged.
  • the forming energy required to deform the workpiece delivers the flywheel, which loses speed.
  • the clutch slips namely when the pressing or forging force over the Thread bevel creates a moment on the clutch, which is larger is the set clutch torque.
  • the spindle accelerates the tool slide, and stands for the return stroke in this known screw press supporting the entire stored energy from the Torque storage drive available, which is then released and to accelerate the spindle together with the clutch disc and to return the carriage 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 is 0.1 m / s for cake upsetting (soft upsetting, such as descaling of workpieces) and 1.2 bounce with maximum force, for example can reach 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 max must be designed.
  • the braking torque and the braking distance therefore have a significant influence on the design and manufacturing costs of a screw press.
  • the invention has for its object a method and a clutch screw press of the type mentioned create with which the operation of the press improve, especially the return stroke for the Tool slide can reduce required braking energy.
  • 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 air cylinder pistons during the return stroke is throttled.
  • the invention makes use of the fact that, by preventing the inflow of air and restricting the displaced air during lifting movements of the piston of the air cylinder or of the tool slide connected to the piston, different pressure ratios can be achieved which decisively reduce the braking energy required to brake the tool slide. This is particularly the case with a high return stroke or upward speed, as is the case with a bounce with F max .
  • the braking energy is then reduced by the amount that the weight compensation, which is regulated in a speed-dependent manner by throttling, stores and cannot release during the time of the return stroke.
  • An execution of a screw press for performing the The procedure provides that the storage pressure chamber over communicating at least one non-return and one throttle element connected to the piston-side cylinder space and the Cylinder space above the piston is open.
  • the one with the Piston-communicating connection on the underside of the cylinder ensures with short-stroke presses that the maximum, namely Already make the bottom dead center braking effect is achieved.
  • An advantageous embodiment of the invention stipulates that the speed-controlled Weight compensation for a short-stroke press Storage pressure chamber through one with the at least one Non-return and throttle element provided partition from the piston-side cylinder space is separated. Due to the from the accumulator pressure chamber in the piston underside Cylinder space above the throttle element reduces the inflow Air volume, the pressure there decreases accordingly Volume increase or the lack of air volume.
  • the storage pressure chamber to the piston-side cylinder space open and the cylinder space above the piston by one having at least one non-return and one throttle element Cover is closed.
  • This is a turn Suitable design especially for long-term eating because the lower part of the press stroke can be run through quickly can and which is regulated depending on the return stroke speed Braking only at the top of the stroke or before top dead center Increased use - Deviating from that described above
  • the variant for a long-stroke press is not the one over here flowing out of the tool slide, but instead in the piston-flowing cylinder chamber or out of it displaced air throttled.
  • the screw press shown in the embodiment of FIG. 1 1 has a multi-part machine body 2, in which a Tool slide 3 is guided movable up and down. Of the Tool slide 3 is connected to a spindle nut 4, which with one in the machine body 2 in one with the upper one Crosshead fixed axial bearing rotatably mounted spindle 5 interacts, such that the tool slide 3 each according to the direction of rotation of the spindle 5 via the spindle nut 4 either to the working stroke in the direction of that in Unterjoch 6 des Machine body 2 arranged lower die 7 moved or by this removed.
  • the spindle 5 is driven by a flywheel 8 driven by a vertically arranged electric motor 9 keeps a drive belt 11 in constant circulation.
  • a clutch disc 12 is used for the drive connection is rotatably connected to the spindle 5 and hydraulically applied frictionally coupled to the flywheel 8 becomes. This rotates the flywheel 8 and the spindle 5, and the tool slide 3 with the upper die Execution of a forging blow against the lower die 7 moves.
  • air cylinders 13 are pressurized and attached to the tool slide 3 via its piston rods 14, so that the axially moving mass, i.e. the tool slide 3 along with spindle nut 4 is completely weight balanced.
  • the air or Balance cylinder 13 are in the Pressure boilers in connection with side stands, see above that no special piping is required.
  • the spindle 5 has a through hole, not shown, in the one to far beyond the positive on the spindle 5 fixed clutch disc 12 protruding, the spindle 5 torsion spring rod 15 thus extending upwards extends.
  • a thickened head piece of the torsion spring bar 15 is rotatably mounted in a bearing bush, which is in a brake unit 16 carrying, on one the hydraulic Piston for pressing the clutch disc 12 against the flywheel 8 with a pressure distributor supplying rotary distributor 17 arranged holding bridge 18 is located.
  • the brake unit 16 sets consist of several spring-loaded, pneumatically operated Single brakes 19 together with a brake disc with jaws 20 capture, the positive via the torsion spring bar 15 is connected to the spindle 5.
  • the holding bridge 18 and thus the brake unit 16 is also on the one hand on the Retaining bridge 18 and on the other hand, the stage 21 attached Torque support 22 secured against rotation.
  • a hydraulic motor 23 which also acts as a pump, is also attached, the - as known from the screw press mentioned at the beginning - as a torque storage drive for the return stroke of the tool slide 3 is formed.
  • the to supply the hydraulic motor 23 and of the rotary distributor 17 required hydraulic units 24 are arranged on the stage 21 of the screw press 1 and over Pressure medium hoses 25 with the rotary distributor 17 or the Hydromotor 23 connected.
  • the formation of the air cylinder 13 of the screw press 1 after Fig. 1 for speed-dependent weight compensation is shown in detail in Fig. 2.
  • the air cylinder 13 - too a symmetrical one on the other side of the press is arranged - has a piston chamber on the top of the piston 26a and a piston-side cylinder space 26b, the there is a storage pressure chamber 27, which any Cross section, connects.
  • the pressure chamber 27 is through an intermediate wall 28 separated from the cylinder spaces 26a, 26b.
  • Accumulator pressure chamber 27 is in the direction of the double arrow 29 piston rod 14 movable up and down in seals 30 sealed led.
  • the in the cylinder spaces 26a, 26b arranged piston 31 is with solid lines in its lower position, i.e. the bottom dead center drawn; the upper position, i.e. the top dead center is with dashed lines Lines drawn.
  • the intermediate wall 28 are more than Check valves (or check valves) 32, as symbolic represented, and at least - as again symbolically indicated -
  • a throttle element or a nozzle 33 is arranged.
  • the Throttle element 33 can, in the simplest case, be one shown in FIG. 3 Be bore hole 34 with an internal thread, in which to Regulation can screw in a screw plug 35.
  • the pressures P1 are below the piston 31 in the piston-side cylinder space 26b of the air cylinder 13 and balanced in the accumulator pressure chamber 27.
  • the air from the piston underside Cylinder chamber 26b via the check valves 32 and that Throttle element 33 (or bore hole 34 or throttle valve) pressed into the storage pressure chamber 27 located below.
  • the pressure P1 increases compared to the pressure P2 Storage pressure chamber 27 slightly.
  • the compressed air can flow in from the accumulator pressure chamber 27 so quickly that there is no significant pressure difference between P1 and P2.
  • the air compensation cylinders 13 can develop their full effectiveness to compensate for the axially moving parts.
  • a pressure drop P 1 which is dependent on the return stroke speed, is caused in the cylinder space 26b on the piston side, in the embodiments according to FIGS. 4 and 5 a pressure build-up P o occurs , specifically according to FIG piston-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 air is compressed in the cylinder chamber 126a on the upper side of the piston, since it can only flow out via the throttles 133 with a delay; the pressure P o rises and counteracts the return stroke.
  • the braking begins very late, namely before top dead center.

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  • Control Of Presses (AREA)

Description

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 in 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 einen 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 Fmax ausgelegt werden muß. Das 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 den Luftzylinder-Kolben 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 Fmax 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 Fmax um bis zu 50% zu reduzieren; konstruktionsabhängig 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 Gewichtseinsparung 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 mach 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 Aufwärtsgeschwindigkeit 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 Fressen 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.
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; und
Fig. 4
von einer Kupplungs-Spindelpresse der in Fig. 1 gezeigten Art als Einzelheit einen demgegenüber geänderten, insbesondere für langhübige Pressen geeigneten, geschwindigkeitsabhängig regulierten Gewischtsausgleich, als Teilschnitt in der Vorderansicht gezeigt.
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. Im 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 5 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 Drosselelememt 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 P1 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 P1 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. Aufwärtsgeschwindigkeit, 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 P1 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 P1, 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 geschwimdigkeitsabhängigen Regulierung des Gewichtsausgleichs, so entscheidend verringert, daß sich trotz der maximalen Schlagkraft und der damit einhergehenden hohen Aufwärtsgeschwindigkeit die Bremsung erreichen läßt.
Bei der in den Fig. 4 gezeigten Ausführung eines geschwindigkeitsabhängig regulierten Gewichtsausgleichs handelt es sich um solche, die insbesondere bei langhübigen Kupplungs-Spindelpressen 100 zum Einsatz kommt; 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 P1 im kolbenunterseitigen Zylinderraum 26b bewirkt wird, stellt sich bei den Ausführungen nach den Fig. 4 und 5 ein Druckaufbau Po 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 Po steigt an und wirkt dem Rückhub bremsend entgegen. Bei dieser Ausführung können beispielsweise die folgenden Drücke vorliegen: Pomin = minus 0,2 bar und Pomax = 10 bar; P1min = 9,5 bar und P1max = 10 bar ; P2min = P1min und P2max = P1max sowie der Druck P3 in dem Hubraum 137 über dem Werkzeugschlitten 3 von P3min = minus 0,2 bar und P3max = 0,3 bar. Die Antriebskraft ist zu 100% aufgehoben, wenn Po = P1 ist. Die Abbremsung beginnt hierbei sehr spät, nämlich vor dem oberen Totpunkt.
Allen beschriebenen Ausführungen ist gleich, daß von der Antriebsenergie aus dem Gewichtsausgleich folglich je nach Geschwindigkeit ein Teil verzögert frei wird, wenn der Werkzeug 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 (4)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Spindelpresse (1; 100; 200) mit einer drehbar gelagerten Spindel (5), einem in einer Drehrichtung ununterbrochen umlaufenden Schwungrad (8), einer druckmittelbetätigten Reibungskupplung, über deren Kupplungsscheibe (12) zum Arbeitshub die reibschlüssige Verbindung der Spindel (5) mit dem Schwungrad (8) herstellbar ist, und einem Rückdrehantrieb (23) zum Rückhub des in einem Hubraum des Maschinenkörpers (2) auf- und abbeweglich geführten Werkzeugschlittens (3), der zum Gewichtsausgleich an Luftzylinder (13; 113; 123) angeschlossen ist, die eine Speicher-Druckkammer (27; 127; 227) sowie einen kolbenoberseitigen und einen kolbenunterseitigen Zylinderraum (26a bzw. 26b; 126a bzw. 126b; 226a bzw. 226b) aufweisen.
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Luftzylinder (13; 113; 213) zu einem abhängig von der Rückhubgeschwindigkeit regulierten Gewichtsausgleich ausgebildet werden, indem beim Rückhub von den Luftzylinder-Kolben (31) verdrängte Luft gedrosselt wird.
  2. Spindelpresse zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer drehbar gelagerten Spindel (5), einem in einer Drehrichtung ununterbrochen umlaufenden Schwungrad (8), einer druckmittelbetätigten Reibungskupplung, über deren Kupplungsscheibe (12) zum Arbeitshub die reibschlüssige Verbindung der Spindel (5) mit dem Schwungrad (8) herstellbar ist, und einem Rückdrehantrieb (23) zum Rückhub des in einem Hubraum des Maschinenkörpers (2) auf- und abbeweglich geführten Werkzeugschlittens (3), der zum Gewichtsausgleich an Luftzylinder (13; 113; 123) angeschlossen ist die eine Speicher-Druckkammer (27; 127; 221) sowie einen kolbenoberseitigen und einen kolbenunterseitigen Zylinderraum (26a bzw. 26b; 126a bzw. 126b; 226a bzw. 226b) aufweisen,
    dadurch gekennzeichnet,
    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.
  3. Spindelpresse zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer drehbar gelagerten Spindel (5), einem in einer Drehrichtung ununterbrochen umlaufenden Schwungrad (8), einer druckmittelbetätigten Reibungskupplung, über deren Kupplungsscheibe (12) zum Arbeitshub die reibschlüssige Verbindung der Spindel (5) mit dem Schwungrad (8) herstellbar ist, und einem Rückdrehantrieb (23) zum Rückhub des in einem Hubraum des Maschinenkörpers (2) auf- und abbeweglich geführten Werkzeugschlittens (3), der zum Gewichtsausgleich an Luftzylinder (13; 113; 123) angeschlossen ist, die eine Speicher-Druckkammer (27; 127; 227) sowie einen kolbenoberseitigen und einen kolbenunterseitigen Zylinderraum (26a bzw. 26b; 126a bzw. 126b; 226a bzw. 226b) aufweisen,
    dadurch gekennzeichnet,
    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,
    dadurch gekennzeichnet,
    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
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