EP3338909B1

EP3338909B1 - Schmiedevorrichtung

Info

Publication number: EP3338909B1
Application number: EP17208876.7A
Authority: EP
Inventors: Robert Koppensteiner
Original assignee: GFM GmbH
Current assignee: GFM GmbH
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: AT519527B1; EP3338909A1; AT519527A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schmiedevorrichtung mit wenigstens einem längsgeführten Schmiedestempel, mit einem mechanischen Hubantrieb für den gegenüber dem mechanischen Hubantrieb verschiebbar gelagerten Schmiedestempel und mit einem zwischen dem Schmiedestempel und dem mechanischen Hubantrieb angeordneten Hydraulikpolster, der an eine mit einem Steuerventil versehene Hydraulikleitung angeschlossen ist, der wenigstens einen Hydraulikzylinder aufweist, dessen Druckraum über die Hydraulikleitung mit dem Hydraulikpolster verbunden ist.
Um die Hubfrequenz einer mit einem mechanischen Hubantrieb versehenen Schmiedevorrichtung bei konstantem mechanischen Hubantrieb verändern zu können, ist es bekannt ( AT 404 440 B ), den gegenüber dem mechanischen Hubantrieb in Hubrichtung verschiebbar gelagerten, ein Schmiedewerkzeug aufnehmenden Schmiedestempel über einen Hydraulikpolster gegenüber dem mechanischen Hubantrieb abzustützen und den Hydraulikpolster über ein Steuerventil mit einer Hydraulikmittelversorgungsanlage zu verbinden. Wird der Hydraulikpolster durch ein Öffnen des Steuerventils während eines Arbeitshubs des mechanischen Hubantriebs durch ein Verdrängen des Hydraulikmittels in die Hydraulikmittelversorgungsanlage abgebaut, so kann über den Hydraulikpolster keine Druckkraft auf den Schmiedestempel übertragen werden, sodass der Arbeitshub des mechanischen Hubantriebs keinen Arbeitshub des Schmiedestempels nach sich zieht. Erst beim Auffüllen des Hydraulikpolsters aus der Hydraulikmittelversorgungsanlage während des Leerhubs des mechanischen Hubantriebs kann bei gesperrtem Steuerventil im nachfolgenden Arbeitshub des mechanischen Hubantriebs ein Arbeitshub des Schmiedestempels erfolgen. Ein durch den Druckabbau des Hydraulikpolsters entstehender Leerhub bei jedem zweiten Arbeitshub des mechanischen Hubantriebs führt somit zu einer Halbierung der Hubfrequenz.
Zur Einstellung der Hublage der Schmiedewerkzeuge einer Schmiedevorrichtung ist es darüber hinaus bekannt ( AT 406 648 B ), den durch einen Exzenterantrieb beaufschlagbaren, ein Schmiedewerkzeug aufnehmenden Schmiedestempel zu teilen und zwischen den beiden Teilen des Schmiedestempels einen Hydraulikpolster vorzusehen, der über ein Steuerventil an eine Hydraulikanlage angeschlossen ist, sodass die Höhe des Hydraulikpolsters und damit der Abstand der beiden Schmiedestempelteile voneinander über die Hydraulikanlage eingestellt werden können. Neben der dadurch bedingten hydraulischen Hublagenverstellung ergibt sich ein hydraulischer Zusatzantrieb, der dem Exzentertrieb überlagert werden kann, was eine Beeinflussung der Verformungsverhältnisse und der Verformungsgeschwindigkeiten erlaubt. Nachteilig ist allerdings der mit der zusätzlichen Hydraulikanlage verbundene Konstruktions- und Steueraufwand. Um die Schmiedestempel einer Schmiedevorrichtung zusätzlich unabhängig von einem hierfür vorgesehenen mechanischen Hubantrieb, vorzugsweise einem Exzentertrieb, antreiben zu können, ist es schließlich bekannt ( EP 1 093 871 A2 , welche die Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet), zwischen den Schmiedestempeln und ihren mechanischen Hubantrieben einen an eine Hydraulikmittelanlage angeschlossenen Hydraulikzylinder vorzusehen, der bei abgeschaltetem mechanischen Hubantrieb und einer Druckbeaufschlagung über die Hydraulikmittelanlage einen hydraulischen Hubantrieb ermöglicht, bei seiner Sperrung jedoch einen Hydraulikpolster bildet, über den der Hub des mechanischen Hubantriebs auf den Schmiedestempel übertragen wird. Zum Abschalten des mechanischen Hubantriebs ist entweder eine Schaltkupplung im Antriebsstrang oder ein zusätzlicher, über eine Hydraulikleitung mit dem Hydraulikzylinder zwischen den Schmiedestempeln und deren mechanischen Antrieben verbundener hydraulischer Antrieb vorgesehen, zwischen dem und dem Hydraulikzylinder Hydraulikmittel hin-und hergepumpt wird, um mit einem zum Hub des mechanischen Hubantriebs gleichen, jedoch gegensinnigen Hub des
Hadraulikzylinder die Wirkung des mechanischen Hubantriebs auf den Schmiedestempel zu unterbinden. Allerdings ist hierfür eine aufwendige Hydraulikanlage erforderlich.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schmiedevorrichtung mit über Hydraulikpolster an mechanischen Hubantrieben abgestützten Schmiedestempeln so auszugestalten, dass mit einem vergleichsweise geringen Konstruktionsaufwand in vielfältiger Weise nicht nur auf die Hublage, sondern insbesondere auch auf die Hubamplitude und die Verformungsgeschwindigkeit Einfluss genommen werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Da der zusätzliche hydraulische Antrieb lediglich aus wenigstens einem Hydraulikzylinder besteht, dessen Druckraum über die Hydraulikleitung mit dem Hydraulikpolster verbunden ist, wobei der Kolben dieses Hydraulikzylinders in Abhängigkeit von der Hubbewegung des mechanischen Hubantriebs betätigt wird und wobei der durch das Aufnahmevolumen des Druckraums des Hydraulikzylinders bedingte Stellweg des Hydraulikpolsters kleiner als der Hub des mechanischen Hubantriebs ist, reduziert sich der Konstruktionsaufwand durch den Wegfall einer gesonderten Hydraulikmittelanlage erheblich. Das Hydraulikmittel wird ja lediglich in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Steuerventils zwischen dem Hydraulikpolster und dem Hydraulikzylinder hin-und hergefördert, was eine Überlagerung des mechanischen Hubantriebs durch einen hydraulischen Antrieb mit sich bringt, weil der zwischen dem Schmiedestempel und dem mechanischen Hubantrieb auf- und abbaubare Hydraulikpolster als Hubtrieb wirksam ist, mit dessen Hilfe insbesondere auf die Hubamplitude und auf die Verformungsgeschwindigkeit während des Schmiedehubs Einfluss genommen werden kann. Das Aufnahmevolumen des Druckraums des Hydraulikzylinders ist für die Verstellgröße des Hydraulikpolsters maßgebend. Bei einem vorgegebenen Hub des mechanischen Hubantriebs muss zur Verringerung der Amplitude des Schmiedehubs demnach der durch die Verlagerung des Hydraulikmittels vom Hydraulikpolster in den Druckraum des Hydraulikzylinders bedingte Stellweg des Schmiedestempels der Verringerung der Amplitude des mechanischen Hubantriebs entsprechen. Dies bedeutet, dass der durch das Aufnahmevolumen des Druckraums des Hydraulikzylinders bedingte Stellweg des Hydraulikpolsters kleiner als der Hub des mechanischen Antriebs sein muss.
Besonders einfache Konstruktionsbedingungen ergeben sich, wenn der mechanische Hubantrieb einen Exzentertrieb mit einem auf dem Exzenter drehbar gelagerten Gleitstein umfasst, der mit einer dem Schmiedestempel abgewandten Gleitfläche den Kolben des Hydraulikzylinders beaufschlagt. Wird nämlich in diesem Fall die Hydraulikleitung durch das Steuerventil freigegeben, so wird durch den Exzentertrieb Hydraulikmittel aus dem Hydraulikpolster in den Hydraulikzylinder verdrängt, dessen Kolben durch den Gleitstein des Exzentertriebs freigegeben wird, sodass sich der Druckraum des Hydraulikzylinders entsprechend der aus dem Hydraulikpolster verdrängten Ölmenge unter einer Kolbenverstellung vergrößert. Die Synchronisation der Kolbenbetätigung des Hydraulikzylinders mit dem Exzentertrieb ist daher vorgegeben.
Wie bereits ausgeführt wurde, hängt die jeweils mögliche Verstellgröße des Hydraulikpolsters vom Aufnahmevolumen des Druckraums des Hydraulikzylinders ab. Um diese Abhängigkeit für verschiedene Verstellgrößen in einfacher Art nützen zu können, kann die Hydraulikleitung des Hydraulikpolsters über je ein Steuerventil mit mehreren in Abhängigkeit von der Hubbewegung des mechanischen Hubantriebs betätigbaren Hydraulikzylindern verbunden sein. Besonders vorteilhafte Bedingungen ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn die Hydraulikzylinder Druckräume mit unterschiedlichen Hydraulikvolumen aufweisen, sodass durch das Ansteuern einzelner Hydraulikzylinder jeweils unterschiedliche Verdrängungsvolumen für das Hydraulikmittel aus dem Hydraulikpolster zur Verfügung gestellt werden können.
Damit alle eingesetzten Hydraulikzylinder synchron zum mechanischen Hubantrieb betätigt werden können, können die Hydraulikzylinder ein gemeinsames, abgestuftes Gehäuse mit einem Stufenkolben aufweisen, der in Abhängigkeit von der Hubbewegung des mechanischen Hubantriebs beaufschlagt wird. Dies bedeutet bei einem Einsatz eines Exzentertriebs als mechanischen Hubantrieb, dass der Stufenkolben durch den Gleitstein über dessen dem Schmiedestempel abgewandte Gleitfläche beaufschlagt wird.
Durch das Zu- und Abführen bestimmter Hydraulikmittelmengen wird der Schmiedestempel über den Hydraulikpolster gegenüber dem mechanischen Hubantrieb verlagert, was beim Einsatz von Servoventilen als Steuerventile die Möglichkeit schafft, die Geschwindigkeit des Schmiedestempels während des Arbeitshubs gegenüber dem durch den mechanischen Hubantrieb vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf und damit die Verformungsgeschwindigkeit zu ändern, was allerdings erhebliche Beanspruchungen der Steuerventile mit sich bringen kann. Zur Vermeidung einer allfälligen Überlastung der Steuerventile, aber auch zu einer weitergehenden Anpassung der Verformungsgeschwindigkeit an besondere Anforderungen kann der mechanische Hubantrieb durch einen elektrischen Servomotor angetrieben werden, der eine von der Ansteuerung des Hydraulikpolsters unabhängige Änderung des Geschwindigkeitsverlaufs über den Hub des mechanischen Hubantriebs erlaubt.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Schmiedevorrichtung in einem schematischen
Axialschnitt und
Fig. 2: eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Schmiedevorrichtung.

Die Schmiedevorrichtung nach der Fig. 1 umfasst einen in einem Gehäuse 1 längsgeführten Schmiedestempel 2, der eine rein schematisch angedeutete Aufnahme 3 für ein Schmiedewerkzeug bildet, sowie einen mechanischen Hubantrieb 4, der als Exzenterantrieb mit einem Exzenter 5 und einem auf dem Exzenter gelagerten Gleitstein 6 ausgebildet ist. Der Gleitstein 6 wirkt mit seiner dem Schmiedestempel 2 zugekehrten Gleitfläche 7 nicht unmittelbar auf den Schmiedestempel 2 ein, sondern über einen Hydraulikpolster 8, der durch den Druckraum eines im Gehäuse 1 koaxial zum Schmiedestempel 2 verschiebbar geführten Zylinders 9 bestimmt wird, in den der Schmiedestempel 2 mit seinem einen Kolben 10 bildenden Ende eingreift.
Der Hydraulikpolster 8 ist über eine Hydraulikleitung 11 und ein Steuerventil 12 mit dem Druckraum 13 eines Hydraulikzylinders 14 verbunden, dessen Kolben 15 an der vom Schmiedestempel 2 abgekehrten Gleitfläche 16 des Gleitsteins 6 abgestützt ist. Damit eine stetige Anlage des Kolbens 15 am Gleitstein 6 sichergestellt wird, wird der Kolben 15 federnd an den Gleitstein 6 angedrückt. Zu diesem Zweck ist der Hydraulikzylinder 14 über ein Schaltventil 17 an einen Druckspeicher 18 angeschlossen, was eine Beaufschlagung des Kolbens 15 durch eine hydraulische Feder bewirkt. In ähnlicher Weise wird die Anlage des Zylinders 9 für den Hydraulikpolster 8 am Gleitstein 6 gewährleistet. Der Schmiedestempel 2 stützt sich auf Hilfskolben 19 ab, die von einem Druckspeicher mit einem Hydraulikmittel beaufschlagt werden, sodass der Schmiedestempel 2 mithilfe einer hydraulischen Feder unter Zwischenschaltung des Hydraulikpolsters 8 in Anlage am Gleitstein 6 gehalten wird.
Ist das Steuerventil 12 geschlossen und damit der Hydraulikpolster 8 abgesperrt, so wird der Schmiedestempel 2 ausschließlich über den Exzentertrieb 4 angetrieben. Die Höhe des Hydraulikpolsters 8 bestimmt die Hublage des Schmiedestempels 2. Da bei geschlossenem Steuerventil 12 ein Hydraulikmittelaustausch zwischen dem Hydraulikpolster 8 und dem Hydraulikzylinder 14 unterbunden wird, ist die Beaufschlagung des Kolbens 15 über den Druckspeicher 18 erforderlich, um die Anlage des Kolbens 15 an der Gleitfläche 16 des Gleitsteins 6 zu sichern. Dazu ist das Schaltventil 17 zu öffnen. Wird das Steuerventil 12 an der Hydraulikleitung 11 zwischen dem Hydraulikpolster 8 und dem Hydraulikzylinder 14 geöffnet und das Schaltventil 17 geschlossen, so wird während des Arbeitshubs des Exzentertriebs 4 Hydraulikmittel aus dem Hydraulikpolster 8 in den Hydraulikzylinder 14 verdrängt, dessen Druckraum 13 ein in Abhängigkeit vom Druckraum des Zylinders 9 für den Hydraulikpolster 8 gewähltes Volumen aufweist, sodass die Abnahme der Höhe des Hydraulikpolsters 8 dem Hubweg des Kolbens 15 des Hydraulikzylinders 14 entspricht. Durch die Verdrängung des Hydraulikmittels aus dem Hydraulikpolster 8 in den Druckraum 13 des Hydraulikzylinders 14 wird die Höhe des Hydraulikpolsters 8 verringert und damit die Stellbewegung des Schmiedestempels 2 beeinflusst, dessen Arbeitshub entsprechend der sich dem Arbeitshub des Exzentertriebs 4 überlagernden Stellbewegung durch den Hydraulikpolster 8 verringert wird. Während des Leerhubs des Exzentertriebs 4 wird das Hydraulikmittel wieder aus dem Druckraum 13 des Hydraulikzylinders 14 in den Hydraulikpolster 8 verdrängt.
Wird das Steuerventil 12 als Servoventil ausgebildet, so kann die Hydraulikmittelströmung zwischen dem Hydraulikpolster 8 und dem Hydraulikzylinder 14 gesteuert werden, was eine Veränderung der Geschwindigkeit des Schmiedestempels 2 während des Arbeitshubs und damit eine Einflussnahme auf die Verformungsgeschwindigkeit erlaubt. Durch eine entsprechende Beaufschlagung des Hydraulikpolsters 8 ist auch eine Einflussnahme auf die Hubfrequenz möglich, wie dies an sich bekannt ist. Es wird aber nicht nur eine Herabsetzung der Hubfrequenz, sondern bei einer angepassten, gegenseitigen Abstimmung der Volumen des Hydraulikpolsters 8 und des Hydraulikzylinders 14 und einer entsprechenden Ansteuerung des Hydraulikpolsters 8 sowie des Druckspeichers 17 auch eine Verdoppelung der Hubfrequenz des Schmiedestempels 2 möglich, wenn über den Druckspeicher 17 ausreichend Hydraulikmittel für einen zusätzlichen Arbeitshub des Schmiedestempels 2 während des Leerhubs des mechanischen Hubantriebs gesorgt wird.
Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von der nach der Fig. 1 lediglich dadurch, dass der Hydraulikpolster 8 mit mehreren Hydraulikzylindern 14 zusammenwirkt, die je über gesondert ansteuerbare Steuerventile 12 mit der Hydraulikleitung 11 des Hydraulikpolsters 8 verbunden sind. Zur Konstruktionsvereinfachung bilden die Hydraulikzylinder 14 gemäß der Fig. 2 ein gemeinsames, abgestuftes Gehäuse 20 mit einem Stufenkolben 21, der mit den einzelnen Hydraulikzylindern 14 zusammenwirkenden Kolbenabschnitte formt. Da die Druckräume 13 der einzelnen Hydraulikzylinder 14 ein unterschiedliches Aufnahmevolumen aufweisen wird es durch die Ansteuerung der einzelnen Hydraulikzylinder 14 möglich, Hydraulikmittel in unterschiedlichen Mengen zwischen dem Hydraulikpolster 8 und den einzelnen Hydraulikzylindern 14 hin- und herzufördern, was eine gestufte Einflussnahme auf die Bewegung des Schmiedestempels 2 und damit eine gute Anpassung der Schmiedevorrichtung an unterschiedliche Schmiedeaufgaben erlaubt. Eine weitere Einflussnahme auf die Verformungsgeschwindigkeit ergibt sich, wenn die Exzenterwelle des Exzentertriebs 4 durch einen elektrischen Servomotor angetrieben wird, mit dessen Hilfe sich die Drehgeschwindigkeit für den Exzenter 5 und damit der Verlauf der Hubgeschwindigkeit steuern lässt.

Claims

Schmiedevorrichtung mit wenigstens einem längsgeführten Schmiedestempel (2), mit einem mechanischen Hubantrieb für den gegenüber dem mechanischen Hubantrieb verschiebbar gelagerten Schmiedestempel (2) und mit einem zwischen dem Schmiedestempel (2) und dem mechanischen Hubantrieb angeordneten Hydraulikpolster (8), der an eine mit einem Steuerventil (12) versehene Hydraulikleitung (11) eines hydraulischen Antriebs angeschlossen ist, der wenigstens einen Hydraulikzylinder (14) aufweist, dessen Druckraum (13) über die Hydraulikleitung (11) mit dem Hydraulikpolster (8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (15) des Hydraulikzylinders (14) in Abhängigkeit von der Hubbewegung des mechanischen Hubantriebs betätigbar ist und dass der durch das Aufnahmevolumen des Druckraums (13) des Hydraulikzylinders (14) bedingte Stellweg des Hydraulikpolsters (8) kleiner als der Hub des mechanischen Hubantriebs ist.
Schmiedevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Hubantrieb einen Exzentertrieb (4) mit einem auf dem Exzenter (5) drehbar gelagerten Gleitstein (6) umfasst, der mit einer dem Schmiedestempel (2) abgewandten Gleitfläche (16) den Kolben (15) des Hydraulikzylinders (14) beaufschlagt.
Schmiedevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikleitung (11) des Hydraulikpolsters (8) über je ein Steuerventil (12) mit mehreren in Abhängigkeit von der Hubbewegung des mechanischen Hubantriebs betätigbaren Hydraulikzylindern (14) verbunden ist.
Schmiedevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikzylinder (14) Druckräume (13) mit unterschiedlichen Hydraulikvolumen aufweisen.
Schmiedevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikzylinder (14) ein gemeinsames, abgestuftes Gehäuse (20) mit einem Stufenkolben (21) aufweisen, der in Abhängigkeit von der Hubbewegung des mechanischen Hubantriebs betätigbar ist.
Schmiedevorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenkolben (21) durch die dem Schmiedestempel (2) abgewandte Gleitfläche (16) des Gleitsteins (6) beaufschlagbar ist.
Schmiedevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Hubantrieb durch einen elektrischen Servomotor antreibbar ist.