DE19943441A1 - Doppeltwirkende mechanische Umformmaschine - Google Patents
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Abstract
Eine doppelt wirkende Umformmaschine (1), insbesondere Gesenkschmiedepresse, die einen in einen angetriebenen Außenstößel (10) für ein Außenwerkzeug und einen angetriebenen Innenstößel (11) für ein Innenwerkzeug unterteilten Gesamtstößel (10, 11) aufweist, läßt sich mit mechanischer Betätigung universell einsetzen, wenn dem Außenstößel (10) ein Exzenterantrieb (4) und dem Innenstößel (11) ein Kniehebelantrieb (13) zugeordnet ist, derart, daß entweder die Exzenterwelle (3) den Gesamtstößel (10, 11) oder nur den Außenstößel (10) beaufschlagt.
Description
Die Erfindung betrifft eine doppelt wirkende mechanische Umformmaschine, ins
besondere Gesenkschmiedepresse, die einen kombinierten Exzenter und Kniehe
belantrieb für einen Gesamtstößel aufweist, der in einen angetriebenen Außen
stößel für ein Außenwerkzeug und einen angetriebenen Innenstößel für ein In
nenwerkzeug unterteilt ist.
Für die verschiedensten Umformtätigkeiten sind Exzenterpressen oder Kniehebel
pressen bekannt (vgl. z. B. DE 37 05 235 C2, EP 0 040 965 A2), die aber stets nur
für einen einstufigen Arbeitsprozeß geeignet sind. Daneben sind in der Praxis
doppelt wirkende Umformmaschinen der eingangs genannten Art im Betrieb, d. h.
mit einem doppelt wirkendem mittigen Werkzeug, dem zu diesem Zweck ein hy
draulisches Druckkissen zugeordnet ist, so daß ein 2-stufiger Umformvorgang
durchgeführt werden kann. Bei dieser Bauform sind bedingt durch die Größe des
notwendigen hydraulischen Drucks die Schließkräfte des Druckkissens auf max.
5000 kN begrenzt. Ebenso bedingt diese Bauform, daß die Presse zusätzlich zur
Überwindung des Umformweges auch über diesen Weg die Gegenkraft des
Druckkissens überwinden muß. Diese zusätzliche Kraft stellt für die Presse eine
Verlustarbeit dar. Dies wird für das doppelt wirkende Verfahren gleichwohl in Kauf
genommen, da sich damit eine gewünscht gute Formfüllung durch Verdrängung
des Materials, wie insbesondere bei der Zahnradherstellung, erreichen und ein
Querfließpressen ohne Grat verwirklichen läßt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Umform
maschine mit mechanischer Betätigung von Innen- und Außenstößel sowie zudem
universeller Einsetzbarkeit zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Außenstößel ein
Exzenterantrieb und dem Innenstößel ein Kniehebelantrieb zugeordnet ist, derart,
daß entweder die Exzenterwelle den Gesamtstößel oder nur den Außenstößel
beaufschlagt. Hierdurch läßt sich erreichen, daß der Kniehebelantrieb, je nachdem
welches Werkzeug zum Einsatz kommt, wirksam zum Schließen des Werkzeugs
benutzt werden kann, alternativ völlig ohne Wirkung auf das Werkzeug bleibt. Der
erfindungsgemäßen Zuordnung des Exzenterantriebs zu dem Außenstößel und
des Kniehebelantriebs zu dem Innenstößel bzw. den von diesen Stößeln getrage
nen Werkzeugen liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich damit in einfacher Weise
die Charakteristik der Umformmaschine verändern läßt, weil sie geeignet ist, ohne
die Wirkung des Kniehebels zu arbeiten. Diese kann nämlich entweder als einstu
fige Exzenterpresse oder als 2-stufige bzw. doppeltwirkende mechanische Presse
betrieben werden. Indem die Kniehebelkinematik nicht mehr für den gesamten
Stößel prozeßbestimmend ist, was insbesondere bei der Warmumformung für das
Werkzeug zu langen, nachteiligen Druckberührzeiten zwischen Werkzeug und
umzuformendes Werkstück führen würde und beispielsweise dann unvermeidbar
wäre, wenn der Kniehebelantrieb dem Außenstößel und der Exzenterantrieb dem
Innenstößel zugeordnet wäre, läßt sich die erfindungsgemäße Umformmaschine
ohne Nachteil sowohl zur Kaltumformung als auch zur Warmumformung und damit
universell einsetzen.
Umformmaschinen mit doppelt wirkenden Werkzeugen können vorteilhaft zur
Warm-, Halbwarm- oder Kaltumformung eingesetzt werden. Bei bekannten me
chanischen Umformmaschinen bzw. Pressen mit einer Kinematik des Kniehebels,
die auf den Außenstößel übertragen wird, tritt der große Nachteil auf, daß dem
zufolge an allen Stufen, die im Bereich des Außenstößels und somit über die ge
samte Stößelbreite angeordnet waren, eine längere Druckberührzeit zum Werk
stück vorliegt. Jedoch ist speziell bei der Umformung mit höheren Temperaturen,
wie bei der Warmumformung, die Druckberührzeit für die Erwärmung der Werk
zeuge von hoher Bedeutung für deren Lebensdauer. Die entsprechenden Werk
zeugstufen werden erheblich aufgeheizt, ihre Standzeit ist somit bedingt durch
Überhitzung begrenzt. Das erfindungsgemäße Antriebsprinzip ermöglicht hinge
gen folgendes:
- 1. Alle Stufen im Außenstößelbereich haben die Druckberührzeit des Exzen terantriebs, d. h. die kürzere Druckberührzeit.
- 2. In der doppelt wirkenden Stufe wird vom Kniehebel nur das Schließwerk zeug angetrieben: das Schließwerkzeug eilt damit vor und wird nicht von der Presse über den Umformweg bewegt. Als Verlustarbeit tritt hier nur die zusätzliche Ständerdehnung auf.
- 3. Durch Werkzeugtausch kann die Presse wie eine konventionelle Exzenter presse betrieben werden. Der Kniehebelantrieb wird durch die Werkzeug ausführung dann von der Werkzeugbewegung abgekuppelt.
- 4. Die Presse ist universell für einfach wirkende und doppelt wirkende Um formverfahren einsetzbar.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, daß der Kniehebelantrieb
über in den Hubweg des Innenstößels hineinragende Druckbolzen auf das Innen
werkzeug wirkt. Um von einem normalen Exzenterbetrieb auf eine 2-stufige Ar
beitsweise überzugehen, brauchen somit z. B. drei im Winkelabstand von 120° an
geordnete Druckbolzen bzw. -stangen lediglich in der Werkzeug-Kassette bzw.
der dieser in der Regel vorgeschalteten Zwischenplatte vorhandene Aufnahme
bohrungen lose so eingesetzt zu werden, daß sie mit ihrem oberen, in den Hub
weg hineinragenden Stangenenden dem Innenstößel und mit ihrem unteren Stan
genende dem Innenwerkzeug anliegen. Bevor der Außenstößel den Arbeitshub in
das Außenwerkzeug einleitet, wirkt bereits der Innenstößel über die Druckbolzen
auf das Innenwerkzeug ein und bewegt dieses damit voreilend zu dem Außen
werkzeug auf das Werkstück zu.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in den Zeichnungen darge
stellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine doppelt wirkende mechanische Um
formmaschine;
Fig. 2 die Umformmaschine bzw. Presse gemäß Fig. 1 im Querschnitt; und
Fig. 3 als Einzelheit den in Fig. 1 gestrichelt eingekreisten Werkzeugbe
reich der Umformmaschine.
Eine in Fig. 1 gezeigte Umformmaschine bzw. Presse 1 besitzt eine in ihrem obe
ren Maschinenrahmen 2 gelagerte Exzenterwelle 3 eines Exzenterantriebs 4. Die
ser umfaßt gemäß Fig. 2 einen elektrischen Motor 5, der über ein auf einer Vor
gelegewelle 6 angeordnetes Ritzel 7 und ein damit kämmendes, auf der Exzen
terwelle 3 gelagertes großes Zahnrad 8 die Antriebsleistung auf die Exzenterwelle
3 überträgt. Auf dieser sind Pleuelstangen 9a, 9b gelagert, die mit Außenstößeln
10 verbunden sind. Zwischen den Außenstößeln 10 ist ein Innenstößel 11 ange
ordnet, der an einen zwei Gelenkhebel 12a, 12b aufweisenden Kniehebelantrieb
13 angelenkt ist; ein auf der Exzenterwelle 3 gelagerter Hebel 14 stellt die kine
matische Verbindung zwischen dem Exzenterantrieb 4 und dem Kniehebelantrieb
13 her.
An die Außenstößel 10 und den Innenstößel 11 ist über eine Zwischenplatte 15
eine Werkzeugkassette 16 angeflanscht. Dieser liegt im Werkzeugbereich 17 der
Umformmaschine 1 ein Untergesenk 18 gegenüber, das eine auf dem Pressen
tisch 19 über eine Zwischenplatte 20 befestigte untere, stationäre Werkzeugkas
sette 21 umfaßt. Diese ist im Ausführungsbeispiel mit einem zum Pressen von
Zahnrädern geeigneten Werkzeug bestückt, das sich aus den unteren Außen
werkzeugen 22a, 22b und dem unteren Innenwerkzeug 23 zusammensetzt (vgl.
Fig. 3). Hierzu komplementär sind in der oberen Werkzeugkassette 16 die ent
sprechenden äußeren und inneren Werkzeugstufen, d. h. die Gegenwerkzeuge
24a, 24b und 25 angeordnet, wobei das obere Innenwerkzeug bzw. die mittlere
Werkzeugstufe 25 wahlweise unabhängig betätigbar von den Außenwerkzeugen
24a, 24b in der Werkzeugkassette 16 angeordnet ist.
Bei konventioneller Betriebsweise arbeitet die Presse bezüglich des Antriebs in
gleicher Weise, wie doppelt wirkend. Über den Antrieb 4 wird der Außenstößel 10
vom Exzenter und der Innenstößel 11 vom Kniehebel 13 bewegt. Auf das Werk
zeug wird jedoch die Wirkung des Kniehebels in einfacher Weise abgekuppelt. Es
werden hier lediglich die drei Druckbolzen 26 aus der Werkzeugzwischenplatte 15
entfernt. Dann arbeiten alle Stufen unter dem Pressenstößel einfachwirkend. Die
äußeren Stufen im Werkzeug (24a und 24b) werden nämlich ebenso wie die
mittlere Werkzeugstufe (Innenwerkzeug) 25 vom Exzenterantrieb bewegt. Die
mittlere Werkzeugstufe 25 wird hierbei feststehend zur Zwischenplatte 15 und zur
Werkzeugeinfassung 16 angeordnet.
Bei doppelt wirkender Arbeitsweise werden dann aber die Druckbolzen 26 in die
Zwischenplatte 15 eingesetzt. Die Anordnung der äußeren Werkzeuge 24a und
24b bleibt unverändert. Das Werkzeug 25 wird unterteilt in einen Stempel 25a und
ein Schließgesenk 25b. Das Schließgesenk 25b wird beweglich angeordnet zur
Zwischenplatte 15 und zur Werkzeugeinfassung 16. Die Bewegung des Kniehe
bels 13 wird dann durch die Druckbolzen 26, auf deren oberen freien Enden 27
der mit dem Kniehebelantrieb 13 verbundene Druckstößel 11 wirkt, nur auf das
Schließgesenk 25b übertragen. Beim Abwärtshub eilt das Schließgesenk 25b ge
genüber dem Stempel 25a vor. Wenn das Schließgesenk im unteren Totpunkt auf
das Untergesenk 18 auftrifft, erzeugt der Kniehebel über den Stempel 11 hier eine
Schließkraft. Danach wird vom Außenstößel der Stempel 25a mit den äußeren
Stufen 24a und 24b in den unteren Totpunkt gefahren. Die Umformung in der
mittleren Stufe erfolgt im zuvor geschlossenen Gesenk hier zweifachwirkend.
Die Druckberührzeit der äußeren Werkzeuge 24a, 24b mit den unteren Werkzeu
gen 22a und 22b ist kurz, ebenso die des inneren Werkzeugs bzw. Stempels 25a.
Das Schließgesenk 25b und das mittlere Werkzeug 23 des Untergesenks 18 er
hält erst mit der Ausfüllung der Form Kontakt zum Werkstück. Die 2-stufige Ver
drängung sorgt dabei für eine ausgezeichnete Formfüllung und ein gratfreies
Querfließpressen.
Die Umformmaschine bzw. Presse 1 ist damit geeignet für alle Arten von Umform
prozessen, d. h. sowohl mit doppelt wirkenden als auch mit einfach wirkenden
Werkzeugen, ohne daß dazu ein Umbau der Presse erforderlich ist. Es braucht für
den 2-stufigen Betrieb lediglich die Werkzeugkassette gewechselt und eine her
kömmliche Kassette gegen eine mit vorbereiteten Druckbolzen 26 ausgetauscht
zu werden.
Claims (2)
1. Doppelt wirkende Umformmaschine, insbesondere Gesenkschmiedepres
se, die einen in einen angetriebenen Außenstößel für ein Außenwerkzeug
und einen angetriebenen Innenstößel für ein Innenwerkzeug unterteilten
Gesamtstößel aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Außenstößel (10) ein Exzenterantrieb (4) und dem Innenstößel
(11) ein Kniehebelantrieb (13) zugeordnet ist, derart, daß entweder die Ex
zenterwelle (3) den Gesamtstößel (10, 11) oder nur den Außenstößel (10)
beaufschlagt.
2. Umformmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kniehebelantrieb (13) über in den Hubweg des Innenstößels (11)
hineinragende Druckbolzen (26) auf das Innenwerkzeug (25) wirkt.
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