DE3038467A1 - DEVICE FOR COMPENSATING DYNAMIC MASS FORCES ON MECHANICAL PRESSES - Google Patents

Description

VEB KOMSiNAT UMFORMTECHNIK »HERBERT WARNKE«ERFURIVEB KOMSiNAT UMFORMTECHNIK »HERBERT WARNKE« ERFURI

a) Titel der Erfindunga) t itle of the invention

Vorrichtung zum Ausgleich dynamischer Massenkräfte an mechanischen PressenDevice for balancing dynamic inertia forces on mechanical Press

b) Anwendungsgebiet der Erfindungb) Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausgleich dynamischer Massenkräfte an mechanischen Pressen» Eine Anwendung könnte beispielsweise auch an anderen Werkzeugmaschinen mit wechselseitig in entgegengesetzter Richtung zu beschleunigenden Massen als zweckmäßig angesehen werden·The invention relates to a device for balancing dynamic inertia forces on mechanical presses »One application could for example also be accelerated on other machine tools with alternately in opposite directions Masses are considered expedient

c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Schnellaufende mechanische Pressenantriebe _t insbesondere solche mit vielgliedrigen Koppelgetrieben zur Erzeugung spezieller Stößelbewegungen, zeigen in ihrem kinematischen Ablauf Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte, die in Zusammenwirkung mit Getriebespiel und -elastizität zu. Stoß- und Schwingungserscheinungen führen, die sowohl eine hohe lärmentwicklung als auch schwer abschätzbare Dauerbeanspruchungen der Antriebselemente zur Folge haben« Ursache dafür sind die Trägheitskräfte des Pressenstößels und des Oberwerkzeuges, die in den Phasen der Beschleunigungswechsel zur Spielumkehr in den Gelenken der Koppelgetriebe und in den Zahnradpaarungen führen. Das bedeutet eine kurzzeitige Entkopplung des Pressenstößels von seinem Antriebssystem· Diese Entkopplung wird mit dem Lösen des Presaenstößels von seiner einseitigen Anlage eingeleitet und mit dem Anlegen an die andere Seite des Getriebespiels beendet· Während der Entkopplung vollführt der Pressenstößel eine freie Bewegung* Der Geschwindigkeitszustand der Getriebestellung beim Lösen und der beim Wiederanlegen bestimmen in ihrer Differenz die relative Anschlag-c) Characteristics of the known technical solutions _{High-speed mechanical press drives t} especially those with multi-link coupling gears for generating special ram movements, show in their kinematic sequence speed and acceleration values which in interaction with gear backlash and elasticity. Impact and vibration phenomena lead to high levels of noise as well as long-term stresses on the drive elements that are difficult to assess «The reason for this is the inertial forces of the press ram and the upper tool, which in the phases of the acceleration change lead to backlash reversal in the joints of the coupling gears and in the gear wheel pairs to lead. This means a short-term decoupling of the press ram from its drive system.This decoupling is initiated when the press ram is released from its one-sided contact and ends when it is applied to the other side of the gear backlash when loosening and when reattaching determine the difference between the relative stop

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geschwindigkeit des gewichtsausgeglichenen Pressenstößels und damit die Stoßenergie, Diese nachteiligen Wirkungen verstärken sich mit zunehmender Huhzahl der Presse. Bei einer bekannten Lösung (DB-AS 21 15 975) let zur Vermeidung des Drehmomentenwechsels an der Kurbelwelle eine zusätzliche, schwenkbar im Pressengestell gelagerte Kolben-Zylinder-Einheit angeordnet, deren Kolbenstange im AnIenkpunkt des Pleuels mit der Kurbelwelle verbunden ist. Die Arbeitslage dieser Kolben-Zylinder-Einheit nimmt einen Winkel von ca* 10° - 45° zwischen der Zylinderachse und der Stößelführung ein, so daß besonders im Bereich der oberen Endlage des Pressenstößels Kompensationsmomente auf die Kurbelwelle übertragen werden können* Die Steuerung des beiderseits mit Druckluft beaufschlagbaren Kolbens erfolgt durch Wegeventile in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel· Der Nachteil dieser lösung besteht darin, daß Spielumkehreffekte im Koppelgetriebe zwischen der Kurbelwelle und dem Pressenstößel nicht beeinflußt werden können, da keine unmittelbare Kraftwirkung am Pressenstößel erfolgt«speed of the counterbalanced press ram and thus the impact energy, reinforce these adverse effects with the increasing number of press. With a known solution (DB-AS 21 15 975) let to avoid it the torque change on the crankshaft an additional, Pivotable piston-cylinder unit arranged in the press frame, the piston rod of which is at the point of articulation of the connecting rod is connected to the crankshaft. The work situation This piston-cylinder unit takes an angle of approx * 10 ° - 45 ° between the cylinder axis and the tappet guide a, so that compensation torques on the crankshaft, especially in the area of the upper end position of the press ram can be transferred * The control of both sides with Pistons can be pressurized with compressed air through directional control valves depending on the crank angle · The disadvantage of this solution is that backlash effects in the coupling gear between the crankshaft and the press ram cannot be influenced, since there is no direct force effect on the press ram he follows"

Ein Ausgleich der dynamischen Massenkräfte durch die Anordnung von zusätzlichen Ausgleichsmassen ist aus Material- und konstruktiven Gründen nur bei kleinen Pressen möglich.A balance of the dynamic inertia forces through the arrangement of additional balancing weights is made of material and constructional reasons only possible with small presses.

d) Ziel der Erfindungd) Object of the invention

Durch die Anwendung der Erfindung soll mit einfachem technischen Mitteln eine Vierkürzung der Bremszeiten und eine Verminderung der Stoß- und Schwingungserscheinungen im Antriebssystem mechanischer Pressen und dadurch eine Verringerung der iänöentwicklung und der Belastung der Antriebselemente erreicht werden*The application of the invention is intended to reduce the braking times by four and to reduce the shock and vibration phenomena in the drive system with simple technical means mechanical pressing and thereby a reduction in iänöentwicklung and the load on the drive elements achieved will*

e) Darlegung des Wesens der Erfindunge) Statement of the essence of the invention

Ausgehend vom Ziel der Erfindung besteht die Aufgabe darin, einen Ausgleich der dynamischen Massenkräfte am Pressenstößel durch zusätzliche, in Abhängigkeit von der Stößelgeschwindigkeit wirkende Kompensationskräfte zu schaffen«Based on the aim of the invention, the object is to compensate for the dynamic inertia forces on the press ram to create through additional compensation forces acting depending on the ram speed «

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Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß mit dem Pressenstößel und dem Pressengestell verbundene, mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllte Kolben-Zylinder-Einheiten angeordnet sind, deren.obere und untere Zylinderräume unter Zwischenschaltung von dem Druck in den Zylinderräumen in Abhängigkeit von der Stößelgeschwindigkeit regelnden Steuerelementen miteinander verbunden sind. Als Steuerelement könnte dabei ein Überströmspalt zwischen Kolben und Zylinderinnenwand vorgesehen oder eine Drossel in der Verbindungslei— tung zwischen dem oberen und dem unteren Zylinderraum angeordnet sein. Zur Erreichung von weg- und geschwindigkeitsabhängigen Kompensationskräften ist der Querschnitt des Überströmspaltee in den einzelnen Phasen des Kolbenhubes unterschiedlich groß ausgeführt» Palis beim Abwärtshub und beim Aufwärtshub des Stößels unterschiedliche Kojapensationskräfte erforderlich sind, ist es zweckmäßig, als Steuerelement je eine mit einem Rückschlagventil zusammenwirkende Drossel für jede Strömungsrichtung in der Verbindungsleitung zwischen dem oberen und dem unteren Zylinderraum anzuordnen· Das durch die Drosseln behinderte Überströmen der Dämpfungsflüssigkeit aus dem unteren Zylinderraum in den oberen und umgekehrt bewirkt während des Stößelhubes einen von der Stößelgeschwindigkeit abhängigen Druckanstieg im Zylinder, der über die Kolbenfläche die angestrebte Kompensationskraft erzeugt· Da im allgemeinen die erforderlichen Kompensationskräfte für die beiden Bewegungsrichtungen des Pressenstößels unterschiedliche Werte haben, werden die notwendigen Strömungswiderstände entsprechend der jeweiligen StröMnngsrichtung unterschiedlich ausgelegt·According to the invention this is achieved in that with the press ram and piston-cylinder units, which are connected to the press frame and filled with a damping fluid are, whose.obere and lower cylinder spaces with the interposition on the pressure in the cylinder chambers as a function of the slide speed regulating control elements are connected to each other. An overflow gap between the piston and the inner wall of the cylinder could act as a control element provided or a throttle arranged in the connecting line between the upper and the lower cylinder chamber be. To achieve distance and speed dependent Compensation forces is the cross section of the overflow column in the individual phases of the piston stroke different sizes »Palis on the downstroke and different cojapensation forces during the upward stroke of the ram are required, it is expedient to use a throttle that interacts with a check valve as the control element to be arranged for each flow direction in the connecting line between the upper and the lower cylinder chamber The overflow of the damping fluid hindered by the throttles from the lower cylinder chamber to the upper one and vice versa causes one of the ram speed during the ram stroke dependent pressure increase in the cylinder, which generates the desired compensation force via the piston surface · Since generally the necessary compensation forces for the two directions of movement of the press ram have different values, the necessary flow resistances will be designed differently according to the respective direction of flow

Ein weiterer vorteilhafter Effekt der geschwindigkeitsabhängigen Wirkung der Vorrichtung ist darin zu sehen, daß auch für Pressen mit einstellbaren Hubzahlen nur konstant eingestellte Drosselgrößen erforderlich sind, da mit zunehmender Geschwindigkeit nicht nur die dynamischen Massenkräfte steigen, sondern auch die Wirksamkeit der Strömungswiderständeiund damit die Kompensationskräfte· Another advantageous effect of the speed-dependent effect of the device can be seen in the fact that For presses with adjustable stroke rates, only constant set throttle sizes are required, since with increasing Speed not only increases the dynamic inertia forces, but also the effectiveness of the flow resistance and thus the compensation forces

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Die der Stößerbewegung entgegengesetzt wirkenden Kompensationskräfte unterstützen gleichzeitig das Abbremsen des Pressenstößels, ZcB. beim Notstop, so daß die Erfindung ein wirksames Mittel zur Verkürzung der Bremszeiten und Bremswege darstellt*The compensation forces acting in the opposite direction to the ram movement simultaneously support the braking of the press ram, ZcB. during the emergency stop, so that the invention is an effective one Represents means of shortening braking times and distances *

f) Ausführungsbeispielf) embodiment

Eine zweckmäßige Form der Realisierung der Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der Erfindung·An expedient form of implementation of the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. the The associated drawing shows a schematic representation of the Invention·

Danach sind neben dem Pressenstößel 1 ein oder mehrere, mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllte Kolben-Zylinder-Einheiten 2 angeordnet, deren Zylinder mit dem Pressengestell und deren Kolbenstangen mit dem Pressenstößel 1 verbunden sind· Gleichzeitig ist der untere und der obere Zylinderraum jeder Kolben-Zylinder-Einheit 2 durch eine mit einem Rückschlagventil 3 versehene Umgehungsleitung 4 mit einem Ausgleichs- und Kühlsystem 5 sowie miteinander verbundeneThereafter, in addition to the press ram 1, there are one or more piston-cylinder units filled with a damping fluid 2, whose cylinders are connected to the press frame and whose piston rods are connected to the press ram 1 · Simultaneously is the lower and the upper cylinder chamber of each piston-cylinder unit 2 by one with a check valve 3 provided bypass line 4 with a compensation and cooling system 5 and interconnected

Beim Abwärtshub des Kolbens ist das Rückschlagventil 3 in der Umgehungsleitung 4 geschlossen und die Dämpfungsflüssigkeit wird durch den Überströmspalt aus dem unteren Zylinderraum in den oberen verdrängt, wobei die auftretenden Kompensationskräfte sowohl von der Kolbengeschwindigkeit als auch vom jeweiligen Querschnitt des Überströmspaltes abhängig sind« Der geforderte Kompensationskraftverlauf bestimmt somit die Gestaltung des Zylinderinnendurchmessers· Beim Aufwärtshub des Kolbens öffnet das Rückschlagventil 3 und es erfolgt eine teilweise Umwälzung der Dämpfungeflüssigkeit über die Umgehungsleitung 4 und das zwischengeschaltete Ausgleichs- und Kühlsystem 5·During the downward stroke of the piston, the check valve 3 is in the Bypass line 4 is closed and the damping fluid is passed through the overflow gap from the lower cylinder chamber into displaced the upper one, the compensation forces occurring both from the piston speed and from the respective Cross-section of the overflow gap are dependent on «The required compensation force curve thus determines the design the inside diameter of the cylinder · On the upward stroke of the piston, the non-return valve 3 opens and there is a partial circulation of the damping liquid Via the bypass line 4 and the intermediate compensation and cooling system 5

Durch eine weitere parallel geschaltete Einheit, deren Rückschlagventil 3 in entgegengesetzter Richtung wirkt, können auch während des Aufwärtshübes des Pressenstößels 1 sowohl vom Stößelweg als auch von der Stößelgesohwindigkeit abhängige Kompensationskräfte erreicht werden«Another unit connected in parallel, the check valve 3 of which acts in the opposite direction, can also be used during the upward stroke of the press ram 1 both from the ram path and from the ram speed dependent compensation forces can be achieved "

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L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (1)

Erfindungsanspruch:Invention claim: (1»/Vorrichtung zum Ausgleich dynamischer Massenkrafte an mechanischen Pressen, gekennzeichnet dadurch, daß mit dem Pressenstößel (1) und dem Pressengestell verbundene, mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllte Kolben-Zylinder-Einheiten (2) angeordnet sind, deren obere und untere Zylinderräume unter Zwischenschaltung von den Druck in den Zylinderräumen in Abhängigkeit von der Stößelgeschwindigkeit regelnden Steuerelementen miteinander verbunden sind«(1 »/ device for balancing dynamic inertia forces with mechanical Presses, characterized in that connected to the press ram (1) and the press frame, with a damping fluid-filled piston-cylinder units (2) are arranged, the upper and lower cylinder spaces with the interposition of the pressure in the cylinder chambers depending on the ram speed regulating controls are connected to each other « 2, Vorrichtung zum Ausgleich dynamischer Massenkraft© nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Steuerelement ein Uberströmspalt zwischen Kolben und Zylinderinnenwand vorgesehen ist,2, device for balancing dynamic inertia forces © according to Point 1, characterized in that the control element is an overflow gap between the piston and the inner wall of the cylinder is provided, 3· Vorrichtung zum Ausgleich dynamischer Massenkrafte nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Querschnitt des Überströmspaltes in den einzelnen Phasen des Kolbenhubes unterschiedlich groß ausgeführt ist,3 · Device for balancing dynamic inertia forces according to Point 1 and 2, characterized in that the cross section of the overflow gap in the individual phases of the piston stroke is designed differently in size, 4, Vorrichtung zum Ausgleich dynamischer Massenkrafte nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Steuerelement eine Drossel in der Verbindungsleitung (4) zwischen dem oberen und dem unteren Zylinderraum angeordnet ist,4, device for balancing dynamic inertia forces according to item 1, characterized in that as a control element a throttle is arranged in the connecting line (4) between the upper and lower cylinder chambers, 5· Torrichtung zum Ausgleich dynamischer Massenkrafte nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Steuerelement je eine mit einem Rückschlagventil zusammenwirkende Drossel für jede Strömungsriohtung in der Verbindungsleitung (4) zwischen dem oberen und dem unteren Zylinderraum angeordnet ist.5 · Door direction to compensate for dynamic inertia forces Point 1, characterized in that a throttle interacting with a check valve as a control element arranged for each flow direction in the connecting line (4) between the upper and lower cylinder space is. 13 0 0 3 1/0511 ORIGINAL INSPECTED13 0 0 3 1/0511 ORIGINAL INSPECTED