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Vorrichtung zum Vermindern der Druckschwankungen des Blechhalters
von Ziehpressen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermindern der Druckschwankungen
des Blechhalters von Ziehpressen, bei denen die Blechhalterkraft von einem Getriebeerseug
und über ein hydraulisches Druckkissen auf den Blechhalter übertragen: wird.
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Bei Ziehpressen wird während des Ziehvorganges diö
zu
ziehende Platine durch einen Blechhalter festgehalten.
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Die Zeitspanne, während der der Blechhalter angepreßt ist, wird im
allgemeinen dadurch erreicht, daß der die Blechhalterkraft erzeugende Stößel über
Gelenkantriebe mit mehreren Kurbeln bewegt wird, die nacheinander ihren Totpunkt
durchlaufen. Dabei ergeben sich nach bar Ansteigen der Blechhaltekraft zu Beginn
des Festhaltvorganges Kraft schwankungen mit einzelnen Maxima, die den Totpunkten
der Kurbeln entsprechen, mit dazwischen liegenden Minima. Diese Schwankungen sind
unerwünscht. Ein besonders starker Kraftabfall tritt in dem Augenblick auf, in dem
der Ziehstößel seine größte Kraft ausübt. Die Ziehkraft dehnt das Pressengestell
wodurch sich der Abstand zwischen Ptessentisch und Pressenhaupt vergrößert. Das
bewirkt, da sich auch der Blechhalterstößel am Pressenhaupt abstittzt, eine Entlastung
der Antriebselemente und gegebenenfalls eine entsprechende Bewegung des Blechhalterstößels
vom Pressentisch weg, wodurch die von dem Blechhalterstößel erzeugte Kraft reduziert
wird. Diese "Atmen" des Pressengestelles läßt sich nur mit eimer unverhältnismäßig
aufwendigen Verstärkung des Ständers der Presse vermindern, Jedoch niemals völlig
vermeiden. Durch eine entsprechende Verstärkung des Fressengestelles würden das
Gewicht und die Herstellungskosten einer solchen Presse in wirtschaftlich nicht
tragbarem Ausmaß ansteigen. Eine andere Möglichkeit bestünde darin, den Blechhalterstößel
sich nicht am Pressenhaupt, sondern im Bereich des Pressen"tisohes abstützen zu
lassen, was aber zu einem noch größeren Aufwand führen würde als eine
erhebliche
Verstärkung des Pressengestelles, Um den Betrag, um den die Blechhalterkraft durch
die beschriebenen Vorgänge reduziert wird, muß sie zu Beginn des Ziehvorganges größer
eingestellt werden, damit bei der maximalen Ziehstößelkraft die erforderliche Größe
der Blechhalterkraft, die zum Beispiel gegen Faltenbildung erforderlich ist, noch
vorhanden ist.
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Der Betrag, um den die Blechhalterkraft vergrößert wurde, kann aber
dazu führen, daß zu Beginn des Ziehvorganges ein Reisser auftritt, weil der Blechhalterdruck
höher ist als er zu diesem Zeitpunkt des Arbeitsspieles sein dürfte. Bei hohen Ziehteilen,
bei denen die Ziehkraft während des Ziehvorganges erheblich schwankt, kann das eine
bedeutende Reduzierung des erreichbaren Ziehverhältnisses bedeuten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, bei der
die unerwünschten Schwankungen der Blechhalterkraft so weit reduziert sind, daß
sie ohne Bedeutung sind. Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß
an das hydraulische Druckkissen ein elastisch nachgiebiger trägheitsarmer Druckspeieher
angeschlossen ist Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Bleehhalterkraft
während des Ziehvorganges praktisch nicht abfällt, sondern einen etwa konstanten
Wert aufweist. Auch die Druckschwankungen, die sich durch die von den einzelnen
Kurbeln des Blechhalterantriebes nacheinander durchlaufenen Totplsnkte ergeben,
treten nicht
mehr oder nicht mehr störend in Erscheinung. Ein besonderer
Vorteil der Erfindung liegt darin, daß bei Uberlastungsfällen, wenn beispielsweise
zwei Platinen in das Werkzeug eingelegt sind, die durch die erhöhte Werkstückdicke
verursachten Druckerhöhungen abgebaut werden können, da der elastisch nachgiebige
Speicher Hydraulikflüssigkeit aufnehmen kann. Entscheidend ist hierbei, daß bei
Verwendung eines trägheitsarmen Druckspeichers keine großen Druckspitzen auftreten,
wogegen bei trägheitsbehafteten Druckspeichern bei stoßartigen Belastungen sich
erhebliche Druckspitzen aufbauen können, bis der Druckspeicher Zeit gefunden hat,
anzusprechen und diese Druckspitzen abzubauen. Von Vorteil ist, daß das "Atmen"
des Pressengestelles sich dank der Erfindung nicht mehr oder nicht mehr wesentlich
auf die Blechhalterkraft auswirkt. Insgesamt wird durch die Erfindung der Arbeitsablauf
des Blechhalters ruhiger und für die Anlage schonender, was auch die Lebensdauefl
der Anordnung in vorteilhafter Weise steigerbt. 1.
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Von Vorteil ist bei der Erfindung ferner, daß Schwankungen derPlatinendicke,
wie sie als Folge der Herstellungstoleranzen des Bleches stets auftreten können,
auf die Blechhalterkraft praktisch keinen Einfluß mehr ausüben, die Blechhalterkraft
also in den Grenzen, in: denen die Blechdicken schwanken, unabhängig ist von der
Platinendicke, Es ist bei derartigen Fressen, bei denen der Blechhalter den Platinnrand
gegen eine feste Gegenmatrize im Pressentisch preßt und der Ziehßtempel das Werkzeug
nach
unten zieht, bekannt, eine Uberdrucksicherung vorzusehen, die
dann anspricht, wenn ein stabiler Gegenstand, beispielsweise ein Hammer oder mehrere
Platinen im Blechhaltebereich liegengeblieben ist. Derartige Überdrucksicherungen
weisen im allgemeinen einen Stufenkolben auf, auf dessen kleinere Fläche der Druck
im Druckkissen und auf iesaen andere, heinz entgegengesetzt gerichtete Kraft erzeugende
größere Fläche ein einstellbarer Druck eines Luftpolsters Wirkt. Dieses Luftpolster
dient zugleich als Feder. Steigt der Druck im Hydrauliksystem zu stark an, dann
bewegt sich der Stufenkolben und drückt das Luftkissen zusammen, bis wieder das
Verhältnis der Drücke dem Verhältnis der unterschiedlichen Flächen des Stufenkolbens
entspricht. Steigt der Druck im Hydrauliksystem dagegen über einen bestimmten Wert
an, dann öffnet eine Steuerkante des Stufenkolbens eine Entlastungsöffnung, durch
die die Hydraulikflüssigkeit abfließt, wodurch das Hydrauliksystem drucklos wird.
Spätestens gleichzeitig öffnet der Stufenkolben mechanisch ein Ventil, das die Luft
des Luftkissens abläßt und über einen Endschalter die Maschine stillsetzt. Diese
Uberlastungssicherung sorgt zwar dafür, daß der Druck im System nicht zu hoch ansteigt.
Sie kann das aber nur bei relativ langsam ansteigendem Druck zufriedenstellend bewirken.
Auf schnelle Druckschwankungen und auf steile Druckspitzen spricht diese Uberlastungssicherung
verzögert an, da der StuSenkolben in Bewegung gesetzt und beschleunigt werden muß,
was wegen seiner Masse nicht beliebig schnell möglich ist. Die durch den Ziehstempol
verursachte Druckschwankung am Blechhalter hat beispielsweise eine Anstigsflanke
mit c$aer Dauer von Qß05 bis 0,1 sec.
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Bei bekannten Anordnungen kann diesen schnellen Druckschwankungen
der Kolben nicht sofort folgen, sie belasten also das System. Zwar kbnnte der Kolben
so empfindlich eingestellt werden, daß er schon.
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bei geringen Druckanstiegen anspricht, so daß der Kolben spielt, da
der Kolben jedoch massebehaftet ist, erfolgt das Ansprechen zeitlich verschoben
und in dieser Zeit bauen sich größere Druckspitzen auf als wenn die Entlastung sofort
erfolgen würde Bei entsprechender Geschwindigkeit des Zieh- und Blechhalterstößels
kann die Phasenverschiebung in Resonanz auftreten,d.h. sie kann eine Erhöhung der
Schwankungen bewirken.
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Um diese Flachteile zu überwinden, ist daher bei einer Ausführungsform
der Erfindung der Druckspeicher zusätzlich zu einer mit dem Druckkissen verbundenen
Überlastsicherung vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird durch
Einstellen des Druckes des Luftkissens der Uberlastsicherung der maximal zulässige
Druck eingestellt und die kurzzeitigen Druckspitzen wenden durch den trägheitsarmen
Druckspeicher abgebaut. Eine derartige Vorrichtung ist also einerseits frei von
schädlichen Druckspitzen und andererseits auch gegen das AuStreten langsam ansteigender
Überdrücke geschützt. Ohne den trägheitsarmen Druckapeicher wäre die Höhe von Überlastspitzen,
die durch die Trägheit des Kolbens der Überlastsicherung bedingt sind, davon abhängig,
we schnell der Stößel auf die Unterlage auftrifft, wiie schnell die Antriebsteile
und der Ständer der Presse den Belastungen nachgeben und wie groß der Luftdruckanstieg
des Luftkissens der Überdrucksicherung ist, die proportional der Volumenverminderung
beim Verschieben dis Kolbens ist. Diese Überlutapitsen werden durch den trägheitslosen
Druckapeicher abgefangen, so daß
sie auch nicht zum versehentlichen
Auslösen der Uberdrucksicherung führen können, falls diese sehr knapp eingestellt
seit sollte.
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Ein trägheitsarmer Druckspeicher darf keine zu bewegenden Teile mit
großer Masse aufweisen, da große Massen große Trägheit ergeben. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung ist daher als Druckspeicher ein. Gasbiasenspeicher vorgesehen. Ein
derartiger Speicher besteht aus einem Druckbehälter, in dem eine Flüssigkeit und
ein Preßgas untergebracht sind. Dabei kann das Preßgas unmittelbar auf die Druckflüssigkeit
einwirken, so daß also praktisch keinerlei Massen außer der Hydraulikflüssigkeit
selber zu beschleunigen sind, wenn die Hydraulikflüssigkeit in dem Druckspeicher
ein- bzw.
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aus dem Druckspeicher herausfließt. Dabei kann der Gasbiasenspeicher
zwischen Gas und Hydraulikflüssigkeit mit einer Membran versehen sein, die verhindert,
daß die Druckflüssigkeit sich mit dem Druckgas sättigt und bei Druckabfall *'siedet".
Eine derartige Membran kann sehr leicht und dünn ausgeführt werden, da sie nur sehr
wenig beansprucht ist, selbst wenn sehr hohe Drücke auftreten, da die Drucke zu
beiden Seiten der Membran stets nahezu gleich sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
einer Ausführungsform in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Die einzelnen
Merkmale können Je für sich oder zu mehreren bei einer Ausführungsforn der Erfindung
verwirklicht
sein. In der Figur ist eine schematische Darstellung
eines erfindungsgemäßen Hydrauliksystems abgebildet.
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Eine Kurbel 1, die um einen Drehpunkt 2 umläuft, ist von der Pressenhauptantriebswelle,
die nicht dargestellt ist, synchron zum Ziehstempel angetrieben. Die Kurbel 1 ist
über eine Kurbelstange 3 mit einem Blechhalterstempel 4 gelenkig verbunden, der
im Bereich des unteren Totpunktes der Kurbel 1 auf eine Kolbenplatte 5 drückt, die
in einem Zylinder 6 geführt ist, der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist und von
dem eine Leitung 7 zu einer Uberlastsicherung 8, einer Förderanlage 9 und einem
trägheitsarmen Druckspeicher 10 führt. Die Uberlastsicherung 8 weist einen Stufenkolben
11 mit einem Kolben 12 kleinen Durchmessers und einen Kolben 13 großen Durchmessers
auf. Der Kolben 12 ist in einem Zylinder 14j der Kolben 13 in einem Zylinder 15
geführt.
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Die beiden Kolben 12 und 13 sind starr miteinander verbunden. An den
Zylinder 14 ist die Leitung 7 angeschlossen und die'Hydraulikfliissigkeit,die den
an den Kolben kleineren Durchmessers 12 angrenzenden Raum des Zylinders 14 auf der
den Kolben 13 größeren Durchmessers abgewandten Seite ausfüllt, wirkt mit ihrem
Druck auf den Kolben 12 kleineren Durchmessers ein. Der dadurch erzeugten Kraft
wird das Gleichgewicht gehalten durch den Druck des mit Luft gefüllten Zylinders
15, der auf den Kolben 13 größeren Durchmessers in entgegengesetzter Richtung wirkt
wie der Druck der Hydraulikfldssigkeit auf den Kolben 12 kleineren Durchmessers.
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Der Druck im Zylinder 15 ist einstellbar. Von diesem Zylinder 15iführt
eine Leitung 16 zu einem Dreiwegeventil 19, von dem eine Leitung 18 zu einemDruckminderventil
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führt. An das Druckminderventil sind zwei Leitungen 20 und 21 angeschlossen. Die
Leitung 20 führt zu einem Druckschalter 42, der auf die Nennpreßkraft, also auf
den maximal zulässigen Druck eingestellt ist und diesen nach oben begrenzt. Die
Leitung 21 führt über ein weiteres Druckminderventil 22 zur Pumpanlage 9. In den
Raum des Zylinders 15 ragt der Schaft eines Ventilkörpers 23 eines mechanisch gesteuerten
Ventiles 24, das bei einer durch die Hydraulikflüssigkeit erzeugten überhöhten Kraft
durch den Kolben 13 größeren Durchmessers mechanisch betätigt wird. Der Ventilkörper
23 öffnet, wenn er mechanisch durch den Kolben 13 betätigt wird, eine Abströmöffnung
25, wodurch der Druck im Zylinder 15 abgebaut und das Hydrauliksystem entlastet
wird. Auf die dem Kolben 13 abgewandte Seite des Ventllkörpers 23 drückt eine kleine
Vorspannfeder, die den Ventilkörper 23 in der Lage hält, in der die Abströmöffnung
25 verschlossen ist.
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Um unterschiedliche Drücke im Zylinder 15 auf das Ventil 24 nicht
zur Auswirkung kommen zu lassen, ist eine Leitung 26 vorgesehen, die von der Leitung
16 zum Ventil 24 führt und dafür sorgt, daß der Druck zu beiden Seiten des Ventilkörpers
23 gleich groß ist, so daß als Anpreßkraft stets die Kraft der Feder 27 wirkt.
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Beim Ansprechen der Uberlastsicherung, wenn der Kolben 11 sich in
Richtung auf das Ventil 24 hin bewegt, wird gleichzeitig mit dem Ventilkörper 23
eine Stange 28 bewegt, die meehanisch Endtaster 29 betätigt, die das Dreiwegeventil
19 umschalten und dadurch die Zuleitung von Luft durch die Leitung 18 unterbinden,
und den Zylinder 15 mit einen Auslaß 43 verbinden.
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Der Druckspeicher 10, der ebenfalls an die Leitung 7 angeschlossen
ist, ist in seinem unteren, mit der Leitung 7 verbundenen Bereich mit Hydraulikflüssigkeit
teilweise gefüllt, sein oberer Bereich ist mit Druckgas gefüllt. An die Leitung
7 ist ferner über eine Leitung 30 und eine Drosselstelle 31 ein Manometer 32 angeschlossen,
das den beweils herrschenden Druck anzeigt. Die Drossel 31 dient zum Abhalten von
Druckspitzen vom Meßwerk des Manometers 32.
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Vom Kolben 12 ist in der üblichen Betriebslage eine Abströmöffnung
33 verschlossen, von der eine Leitung 34 zu einem Ölsammelbehälter 35 führt, von
dem das Öl über ein Filter 36 und eine Leitung 37 zur Pumpanlage 9 fließt, die eine
Ölpumpe 38 sowie eine Luftpumpe 39 umfaßt. Vor und hinter die Ölpumpe 38 sind Rückschlagventile
40 und 41 geschaltet, die ein Rückfließen des Öles verhindern.
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Blechhalter-Während des Betriebes erzeugt der / stempel 4, solange
er sich im Bereich seines unteren Umkehrpunktes befindet, eine Druckkraft, die sich
über die Kolbenplatte 5 auf die Hydraulikflüssigkeit überträgt und im gesamten an
die Leitung 7 angeschlossenen Hydraulikkreis einen Druck erzeugt. In dem Zylinder
15 ist ein Luftdruck erzeugt, der durch das Druckminderventil 17 auf einen bestimmten
Wert eingestellt wird, der im Verhältnis der Flächen des Kolbens 12 und des Kolbens
13 kleiner ist als der Druck in der Hydraulikflüssigkeit während des normalen Betriebes.
Kleinere, insbesondere schnelle Schwankungen, wie sie durch die Kinematik des Ziehstempelantriebes
oder duroh das "Atmen" des Fressengestelles verursacht
sind, fängt
der praktisch trägheitslose Druckspeicher 10 ab. Tritt ein größerer, länger dauernder
ueberdruck auf, so wird der Stufenkolben 11 bewegt und der Kolben 12 mit der kleineren
Fläche gibt die Abströmöffnung 33 frei, wodurch der Druck in der Hydraulikflüssigkeit
sehr rasch abfällt. Der Luftdruck im Zylinder 15 ist im allgemeinen so eingestellt,
daß die auf den Kolben 13 ausgeübte Kraft größer ist als die auf den Kolben 12 ausgeübte
Kraft, so daß der Stufenkolben 11 in einer Endlage zur Anlage kommt.
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Erst wenn der Druck in der Hydraulikflüssigkeit deutlich ansteigt
beginnt die auf den Kolben 12 kleineren Durchmessers ausgeübte Kraft die auf den
Kolben 13 größeren Durchmessers ausgeübte Kraft zu übersteigen und der Kolben setzt
sich in Bewegung. Dabei wird zunächst noch das Luftpolster im Zylinder 15 weiter
komprimiert, wodurch die dem Druck der Hydraulikflüssigkeit entgegengerichtete Kraft
noch etwas ansteigt. Erst wenn die von der Hydraulikflüssigkeit erzeugte Kraft auf
den Stufenkolben 11 immer noch überwiegt, wird der Stufenkolben 11 so weit bewegt,
daß er einmal die Abströmöffnung 33 freigibt und zum anderen den Ventilkörper 23
wegbewegt, wodurch auch die Öffnung 25 freigegeben wird, so daß die Druckluft im
Zylinder 15 entweicht. Im allgemeinen ist die Uberlastsicherung so eingestellt,
daß die Öffnung 25 freigegeben wird kurz bevor die Öffnung 33 freigegeben ist, da
sonst der Stufenkolben 11 beginnen würde zu pendeln. Wenn nämlich durch die Abströmöffnung
33 etwas Hydraulikflüssigkeit abfließt und dadurch der Druck in der Hydraulikflüssigkeit
absinkt würde die durch die Preßluft erzeugte Kraft überwiegen und den Stufenkolben
11 zurückbewegen, so daß er die Abströmöffnung
33 wieder verschließen
würde. Erst bei erneutem Ansteigen des Drucks in der Hydraulikflüssigkeit würde
er die Öffnung 33 wieder freigeben. Dieser Vorgang könnte sich mehrfach wiederholen
und würde zu dem unerwünschten Pendeln des Stufenkolbens führen.
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Deshalb werden die Abmessungen so gewählt, daß die Luftabströmöffnung
25 vor dem Öffnen der Abströmöffnung 33 geöffnet wird.
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Um verhältnismäßig kleine Druckschwankungen auch mit der Uberlastsicherung
auszugleichen, könnte man auf den Gedanken kommen, die Einstellung der Uberlastsicherung
zu verfeinern in der Weise, daß der Luftdruck im Zylinder 15 so gewählt wird, daß
der Kolben "spielt", daß also die durch den Luftdruck auf den Kolben 13 größeren
Durchmessers ausgeübte Kraft gleich ist der normalerweise im Betrieb von der Hydraulikflüssigkeit
auf den Kolben 12 kleineren Durchmessers ausgeübten Kraft, so daß schon bei kleinen
Druckschwankungen in der Hydraulikflüssigkeittder Stufenkolben 11 sich bewegt.Erst
bei größeren Bewegungen des Stufenkolbens 11 Jedoch würden die Abströmöffnungen
25 und 33 geöffnet. Das würde Jedoch schnelle Druckschwankungezr nach wie vor nicht
abfangen können, da der Kolben beschleunigt und verzögert werden muß was wegen seiner
Masse nicht verzögerungsfrei möglich ist.Die Ausführung dieses Gedankens hat in
der Praxis den Nachteil, da häufig nicht nur eine gemeinsame tberlastsicherung sondern
an allen vier Punkten, gngdenen Pleuel an dem Blechhalter angreifen, Uberlastsicherungen
vorgesehen sindfiralle genåu so einzustellen , + daß die Kolben gerade spielen.
Dabei soll in vielen Fällen die Blechhalterkraft entlang dem Umfang des ziehkeiles
unterschiedlich stark eingestellt
sein. Die genaue Einstellung
mehrerer Uberlastsicherungen ist jedoch in der Praxis außerordentlich schwierig.
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Durch den Anschluß eines trägheitsarmen Druckspeichers ist es demnach
möglich, die Uberlastsicherungen so einzustellen, daß im Normalbetrieb der Stufenkolben
anliegt, weil die von der Druckluft erzeugte Kraft größer ist als die von der Hydraulikflüssigkeit
erzeugte Kraft. Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn das Gasvolumen des trägheitsarmen
Druckspeichers möglichst groß ist, damit bei einer bestimmten zu- oder abfließenden
Menge an Hydraulikflüssigkeit der Druck im trägheitsarmen Druckspeicher hierdurch
nur wenig beeinflußt wird.