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Dokumentenidentifikation DE19643396A1 30.04.1998
Titel Hydraulische Steuereinrichtung
Anmelder Maschinenfabrik J. Dieffenbacher GmbH & Co, 75031 Eppingen, DE
Erfinder Bodenstein, Bernd, Dipl.-Ing., 75031 Eppingen, DE;
Therolf, Dieter, Dipl.-Ing., 71665 Vaihingen, DE;
Schwindenhammer, Joachim, Dipl.-Ing., 75038 Oberderdingen, DE
Vertreter Hartdegen, A., 82205 Gilching
DE-Anmeldedatum 21.10.1996
DE-Aktenzeichen 19643396
Offenlegungstag 30.04.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.04.1998
IPC-Hauptklasse B30B 15/20
IPC-Nebenklasse F15B 11/16   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuereinrichtung für einen schnellen Lastwechsel bei einer hydraulischen Presse zum Schneiden, Stanzen oder Umformen mit wegeabhängiger, servohydraulischer Regelung der Stößelbewegungen. Um mehr als 100 Hübe pro Minute zu erzielen, wird der Arbeitszylinderraum (4) mit den Gegenhaltezylinderräumen (9) so vorgespannt zusammengeschaltet ist, daß sich beide Kraftwirkungen im Gleichgewicht befinden, mit der Bedingung, daß die Summe der Gegenkraft aus den Gegenhaltezylinderräumen (9) nach oben etwas größer ist als die Summe der im Arbeitszylinderraum (4) wirkenden Kraft nach unten plus dem Gewicht der oberen Pressenelemente (3, 6, 12 und 14) und allein durch den Druckaufbau aus Pumpe (17) mit einem relativ kleinen Ölvolumen in den Rückzuggegenhaltezylinderräumen (10) die Stößelbewegung für den Schnellhubweg (S) geregelt wird und dabei nur das Ölvolumen zwischen dem Arbeitszylinderraum (4), den Gegenhaltezylinderräumen (9) und dem Speicher (16) während des Schnellhubweges (S) ausgetauscht und zum Zeitpunkt des erforderlichen Kraftaufbaus zusätzlich das Ölvolumen aus den Gegenhaltezylinderräumen (9) zum Auslaßtank (18) entlastet wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuereinrichtung für schnellen Lastwechsel bei einer hydraulischen Presse nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bisher wurde bei derartigen Pressen in der Anwendung für Schneiden, Stanzen und Umformen die Schnellhubbewegung mit dem Arbeitszylinder, d. h. mit dem Stößel, allein durchgeführt. Diese Methode ließ wegen der erforderlichen Umwälzung von erheblichen Ölmengen, sowie den erforderlichen Druckauf- und Druckabbauzeiten im Zylinder beim Heben und Senken hohe Hubzahlen wirtschaftlich nicht zu. Hydraulische Schnellhubpressen haben jedoch gegenüber den mechanischen Schnellhubpressen den Vorteil, daß die Preßkraft gut einstellbar ist, jedoch wurden damit bisher nicht genügend Hübe pro Minute erreicht, um diese Pressenart gegenüber den mechanischen Pressen konkurrenzfähig anbieten zu können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Steuerungsprinzip, das heißt eine hydraulische Steuereinrichtung für Pressen der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art zu schaffen, mit der 100 oder mehr Hübe in der Minute zu erreichen sind, um damit Werkstücke kostengünstiger und mit besserer Qualität in kürzerer Zeit herstellen zu können.

Die Aufgabe wird mit der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen hydraulischen Steuereinrichtung gelöst.

Mit der hydraulischen Steuereinrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstet kann eine hydraulische Schnellhubpresse mehr als 100 Hübe pro Minute erreichen.

Die hydraulische Schnellhubpresse wurde dafür mit vier Gegenhaltezylinder in Differenzialschaltung aufgebaut. Neben dem Vorteil, daß diese Zylinder auf dem Pressentisch den Materialdurchbruchschlag beim Stanzvorgang dämpfen, wurden die Elemente als Gegenhaltezylinder zum Arbeitszylinder verwendet. Die Kolbenoberseite des Arbeitszylinders und die Kolbenseite der Gegenhaltezylinder wurden über ein Regelventil zusammengeschaltet und zusätzlich mit einem Speicher versehen. Für den Schnellhubbetrieb wird der Stößel auf die obere Hubposition des Schnellhubes gestellt (z. B. 10 mm über Werkstück) und die Gegenhaltezylinder dabei nach unten verdrängt.

Die über ein Regelventil verbundenen Kolbenseiten der Gegenhaltezylinder und des Arbeitszylinders werden bis auf den Nenndruck (vom Speicher) das heißt auf die jeweilige Nennkraft vorgespannt. Dadurch, daß die Summe der Kolbenflächen der Gegenhaltezylinder größer ist als die Kolbenfläche des Arbeitszylinders wird durch eine entsprechende Vorspannung auf der Ringraumseite der Gegenhaltezylinder dafür gesorgt, daß sich beide Kraftrichtungen im Gleichgewicht befinden, das heißt der Stößel steht still. Nach dem Startbefehl kann allein durch Entlastung und weiteren Druckaufbau im Ringraum der Gegenhaltezylindern die Bewegung des Stößels (auf- und abwärts) geregelt werden. Während der lastfreien Bewegungen wird das Öl zwischen den Kolbenseiten des Arbeitszylinders und der Gegenhaltezylinder ausgetauscht. Der Volumenanteil aus den ungleichen Flächenverhältnissen wird in den Speicher gefüllt bzw. entnommen. Wird als Beispiel angenommen, daß die abwärtsgerichteten Kräfte sich wie in Fig. 2 gezeigt zusammensetzen, dann wird allein durch den Kraftabbau von 4800 kN auf Null in den Kolbenräumen der Gegenhaltezylinder der Aufbau der Preßkraft auf das Produkt erreicht. Durch die kurze Zeit für den Kraftaufbau und das dynamische Antriebs-/Stellsystem wird eine hohe Hubzahl erreicht.

Gleichzeitig mit dieser erfindungsgemäßen Lösung der gestellten Aufgabe wird durch die Gegenhaltung mit den Gegenhaltezylindern ein Gewichtsausgleich ohne zusätzliche Elemente erreicht. Die aus der Gewichtskraft resultierende Energie wird während der Abwärtsbewegung in dem Speicher aufgenommen und während der Aufwärtsbewegung wieder abgegeben.

Werden die Gegenhaltezylinder einzeln oder in zwei Gruppen geregelt unter Beibehaltung des phasenweisen Verbundes mit dem Arbeitszylinder, besteht die Möglichkeit einer Parallellaufregelung in einer oder zweier Achsen nach dem Prinzip der Kunststoffpressen mit Parallelhaltezylindern.

Ein besonderer Vorteil ist die funktionssichere und energiesparende Lösung die Hubzahl gegenüber dem bisherigen hydraulischen Pressen zu steigern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die hydraulische Steuereinrichtung gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung im Aufriß einer hydraulischen Presse beim Eilsenken des Stößels,

Fig. 2 die hydraulische Steuereinrichtung nach Fig. 1 beim Preßvorgang und

Fig. 3 die hydraulische Steuereinrichtung nach Fig. 1 beim Eilheben des Stößels.

In den Fig. 1 bis 3 ist die hydraulische Steuerung gemäß der Erfindung an einer Presse 1 ohne Pressenrahmen veranschaulicht. Die Hauptteile der hydraulischen Presse 1 sind der Stößel 12, das Oberwerkzeug 14 und das Unterwerkzeug 15. Das Unterwerkzeug 15 ist am Tisch 13 angebracht, während das Oberwerkzeug 14 am Stößel 12 befestigt ist. Am Stößel 12 sind zum Beispiel vier Gegenhaltezylinder 7 mit ihren Kolbenstangen 11 angelenkt. Während in der Zeichnung nur der erste Gegenhaltezylinder 7 eingezeichnet ist, sind die weiteren drei Gegenhaltezylinder 7 nur mit ihren Wirkungsachsen II,III und IV erkenntlich. Der Stößel 12 wird über den Arbeitskolben 3 und Kolbenstange 6 durch Beaufschlagung des Arbeitszylinders 2 auf- und abbewegt.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen hydraulischen Steuereinrichtung entsprechend von drei Ablaufphasen eines Arbeitszyklus, nämlich A) =Eilsenken, B) =Pressen und C) =Eilheben, beschrieben:

A) Eilsenken (Fig. 1)

Die Gegenhaltekraft in den vier Gegenhaltezylinderräumen 9 ist etwas größer als die Kraft aus dem Arbeitszylinderraum 4 plus dem Gewicht von Arbeitskolben 3, Kolbenstange 6, Stößel 12 und dem Oberwerkzeug 14. Die hydraulische Gegenkraft resultiert dabei aus der größeren Flächensumme aller vier Gegenhaltekolbenflächen aus den Gegenhaltezylinderräumen 9 zu der Fläche des Arbeitskolbens 3 aus dem Arbeitszylinder 4 und dient auch als Gewichtskompensation für die oberen Pressenelemente Arbeitskolben 3, Kolbenstange 6, Stößel 12 und Oberwerkzeug 14. Der Arbeitszyklus (Taktzyklus) beginnt aus diesem vorgespannten Zustand des unter gleichem Druck zusammengeschalteten Arbeitszylinderraumes 4 mit den vier Gegenhaltezylinderräumen 9 und den mit circa 50% der Nenndruckes vorgespannten Rückzuggegenhaltezylinderräumen 10. Durch Ansteuerung des Regelventils 19 in die Durchflußrichtung gemäß Fig. 1 fließt Öl über das Regelventil 19, die Leitung 24 in den Rückzuggegenhaltezylinderraum 10. Die daraus folgende Druckerhöhung führt zu der Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens 3 mit der Kolbenstange 6 und dem Stößel 12. Der Schnellhubweg S1 wird dabei mit dem Oberwerkzeug 14 überwunden.

B) Pressen (Fig. 2)

Nach dem Durchfahren der Wegstrecke S1 gemäß Punkt A) wird der Druckaufbau in den Rückzuggegenhaltezylinderräumen 10 weitergeführt und das Öl aus den Gegenhaltezylinderräumen 9 zum Auslaßtank 18 entlastet. Die Preßkraft des Arbeitszylinderraumes 4 wirkt dann über den Arbeitskolben 3 und der Kolbenstange 6 als Lastkraft über das Oberwerkzeug 14 auf das Unterwerkzeug 15. Das zwischen dem Ober- und Unterwerkzeug 14/15 befindliche Werkstück wird dabei bearbeitet.

C) Eilheben (Fig. 3)

Die Bewegung der oberen Pressenelemente erfolgt nach oben, indem das Ölvolumen der Rückzugegenhaltezylinderräume 10 in den Auslaßtank 18 entlastet wird und ein Druckaufbau in den Gegenhaltezylinderräumen 9 eingeleitet wird. Das Ölvolumen aus dem Arbeitszylinderraum 4 fließt dabei über die Leitung 21, Leitung 22, dem Regelventil 20 und Leitung 23 in die Gegenhaltezylinderräume 9. Der größere Bedarf an Öl für die Gegenhaltezylinderräume 9 kommt dabei aus dem Speicher 16, die Pumpe 17 fördert nach. Der Stößel 12 mit dem Oberwerkzeug 14 wird dadurch nach oben in die Ausgangsstellung nach Phase A) gehoben und das System gemäß Phase A) wieder vorgespannt. Das bei der Phase A) und B) in den Auslaßtank 18 verdrängte Ölvolumen aus Rückzugzylinderraum 5 des Arbeitszylinders 2 wird in Phase C) wieder aus dem Auslaßtank 18 angesaugt.

Wie aus den Fig. 2 und 3 zu erkennen ist wird der Stößel 12 beim Eilsenken gemäß A) um den Weg S1 nach unten gedrückt und beim Pressen der restliche Weg S2 überbrückt, das heißt, der Schnellhub S setzt sich aus S1 mit circa 70% und S2 mit etwa 30% zusammen.

In den Fig. 1, 2 und 3 ist der Auslaßtank 18 an verschiedenen Stellen eingezeichnet. In Wirklichkeit gibt es nur einen Auslaßtank 18, in den die Ölvolumen einfließen. Bezugszeichenliste 1 Presse

2 Arbeitszylinder

3 Arbeitskolben

4 Arbeitszylinderraum

5 Rückzugzylinderraum

6 Kolbenstange für 3

7 Gegenhaltezylinder

8 Gegenhaltekolben

9 Gegenhaltezylinderraum

10 Rückzuggegenhaltezylinderraum

11 Kolbenstange für 7

12 Stößel

13 Tisch

14 Oberwerkzeug

15 Unterwerkzeug

16 Speicher

17 Pumpe

18 Auslaßtank

19 Regelventil zu 10

20 Regelventil zu 9

21 Leitung

22 Leitung

23 Leitung

24 Leitung

II Wirkungsachse von 7

III Wirkungsachse von 7

IV Wirkungsachse von 7

A) Eilsenken

B) Pressen

C) Eilheben

S Schnellhubweg


Anspruch[de]
  1. 1. Hydraulische Steuereinrichtung für einen schnellen Lastwechsel bei einer hydraulischen Presse zum Schneiden, Stanzen oder Umformen mit wegeabhängiger, servohydraulischer Regelung der Stößelbewegungen, bei welcher ein Arbeitskolben des Arbeitszylinders für den Pressenstößel und mindestens ein Gegenhaltekolben von Gegenhaltezylindern gleichzeitig mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinderraum (4) mit den Gegenhaltezylinderräumen (9) so vorgespannt zusammengeschaltet ist, daß sich beide Kraftwirkungen durch entsprechende Krafteinstellung in den Gegenhaltezylindern (7) im Gleichgewicht befinden, mit der Bedingung, daß die Summe der Gegenkraft aus den Gegenhaltezylinderräumen (9) nach oben etwas größer ist als die Summe der im Arbeitszylinderraum (4) wirkenden Kraft nach unten plus dem Gewicht der oberen Pressenelemente (3, 6, 12 und 14) und allein durch die Druckveränderung aus Pumpe (17) mit einem relativ kleinen Ölvolumen in den Rückzuggegenhaltezylinderräumen (10) die Stößelbewegung für den Schnellhubweg (S1) geregelt wird und dabei nur das Ölvolumen zwischen dem Arbeitszylinderraum (4), den Gegenhaltezylinderräumen (9) und dem Speicher (16) während des Schnellhubweges (S) ausgetauscht und zum Zeitpunkt des erforderlichen Kraftaufbaus über dem Lastweg (S2) zusätzlich das Ölvolumen aus den Gegenhaltezylinderräumen (9) zum Auslaßtank (18) entlastet wird.
  2. 2. Hydraulische Steuereinrichtung, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückhub als Eilheben durchgeführt wird, wobei das Eilheben durch Druckaufbau in den Gegenhaltezylinderräumen (9) eingeleitet und das Öl aus den Rückzuggegenhaltezylinderräumen (10) in den Auslaßtank (18) entlastet wird, wobei das Öl aus dem Arbeitszylinderraum (4) dabei in die Gegenhaltezylinderräume (9) überführt wird und der zusätzliche Ölbedarf dafür aus dem Speicher (16) und der Pumpe (17) kommt, während das Ölvolumen für den Rückzugzylinderraum (5) aus dem Auslaßtank (18) angesaugt wird.






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