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Spanneinrichtung für die Spannbacken eines Blechstreckers
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Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung für die Spannbacken eines
Blechstreckers mit einer hydraulisch verschiebbaren Stoßstange je Spannbackenpaar,
an welcher zwei Gelenkstangen schwenkbar befestigt sind, die an je einer Spannbacke
gelenkig befestigt sind und diese Spannbacken synchron in zwei keilförmig zueinander
angeordneten Führungen zum Schließen vorwärts und zum Öffnen rückwärts bewegen.
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Es sind hydraulische Spanneinrichtungen für das Andrücken der Spannbacken
an das einzuspannende Blech in Gebrauch, die darin bestehen, daß ein Hydraulikzylinder
mit einer Stoßstange verbunden ist, an die zwei Stangen angelenkt sind, die ihrerseits
mit zwei gegenüberliegenden, in keilförmigen Führungen geführten Spannbacken über
Gelenkbolzen verbunden sind. Dieses ist notwendig, um eine synchrone Verschiebung
von zwei gegenüberliegenden Spannbacken zu gewährleisten. Diese Spanneinrichtung
ist folgenden Betriebsverhältnissen ausgesetzt:
1. Im Falle eines
Blechreißers erfahren die Spannbacken durch das gerissene Blech einen Rückstoß,
der den Spannbacken kurzzeitig eine Beschleunigung von über 100 g erteilt. Aufgrund
der Trägheit der Masse der Spanneinrichtung treten in den Verbindungsbolzen sehr
hohe Kräfte auf, die zu Beschädigungen der Gelenke führen.
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2. Es kommt vor, daß die mit einer Verzahnung versehenen Spannflächen
der Spannbacken durch abgeschabte Teilchen der gestreckten Bleche besonders bei
der unteren Spannbacke teilweise zugedeckt werden und damit eine erhebliche Verringerung
der Reibungszahl erfahren, d. h., das Blech faßt zunächst oder überhaupt nur eine
Spannbacke, während die andere Spannbacke zurückbleibt oder sogar zurückweicht.
Dabei entstehen in den Stangen durch die unterschiedliche Spannbackenbewegung entgegengesetzte
hohe Kräfte, die häufig zu Beschädigungen der Spanneinrichtung führen.
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Darüber hinaus treten Faltenbildungen oder sogar Risse im zu streckenden
Blech auf, d. h., das Blech ist entweder unbrauchbar oder es muß erneut gerichtet,
wärmebehandelt und gestreckt werden.
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Um Schäden in diesen beiden Fällen zu vermeiden, werden in den Verbindungen
zwischen Stoßstange und den beiden Gelenkstangen Federelemente eingefügt. Damit
ist im Falle 1 die Masse des beschleunigten Gestänges zwar verringert, aber nicht
ausgeschaltet. Die Erfahrung zeigt, daß auch bei dieser Lösung die Gelenkbolzen
sehr oft wegen Deformation ausgetauscht werden müssen. Die durch die erforderliche
Anpreßkraft
bedingte hohe Federkraft und der im Falle 2 erforderlich große Federweg beschränken
die Wirksamkeit dieser Maßnahme sowohl im Falle 1 als auch im Falle 2 sehr.
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Erschwert ist diese Maßnahme außerdem dadurch, daß diese Einrichtungen
schwer zugänglich sind und bei Störungen längere Ausfallzeiten in Kauf genommen
werden müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zu schaffen,
bei der 1. die hohen Beschleunigungskräfte in dem Gestänge der Spanneinrichtung
vermieden werden, 2. die, im Falle ungleicher Reibungszahlen bzw.
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-koeffizienten an den Spannflächen, voreilende Spannbacke keine zerstörende
Kraftwirkung auf das Gestänge ausüben kann, 3. die Zugänglichkeit zur Verbindungsstelle
von Gelenkstange und Spannbacke verbessert und die Störanfälligkeit im Bereich der
Verbindungsstelle zwischen Stoßstange und Gelenkstangen aufgehoben wird, 4. eine
Einrichtung vorgesehen wird, die das Voreilen einer Spannbacke gegenüber der anderen
meldet und bei Überschreiten einer bestimmten Voreilung zur Verhütung eines Schadens
an dem zu streckenden Blech die Streckzylinder abschaltet.
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Die Lösung dieser Aufgabenstellung wird nach der Erfindung dadurch
erreicht, daß bei der eingangs angeführten Spann-
einrichtung die
Gelenkstangen mit den Spannbacken abkuppelbar verbunden sind.
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Dazu sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Gelenkstangen
als Winkelhebel mit Drehpunkt an Stoßstangengelenk ausgebildet, wobei die langen
Hebelarme der Winkelhebel an ihrem freien Ende maulförmige Öffnungen aufweisen und
die Spannbacken Mitnahmenocken besitzen, die in die Öffnungen eingreifen, und wobei
die kurzen Arme der Winkelhebel unabhängig voneinander über Zugstangen mit je einem
an der Stoßstange angeordneten Hydraulikzylinder gelenkig verbunden sind.
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Infolge der Ausbildung der Gelenkstangen als Winkelhebel können durch
Beaufschlagen der Hydraulikzylinder die langen Arme der Winkelhebel von den Mitnahmenocken
der Spannbacken durch Schwenken gelöst werden. Damit wird im Falle des Reißens des
zu streckenden Bleches die Beschleunigungskraft von den Spannbacken nicht mehr auf
die als Winkelhebel ausgebildeten Gelenkstangen und damit auf den Drehpunkt dieser
Hebel an der Stoßstange übertragen.
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In Weiterbildung der Erfindung sind Prallbleche wahlweise an der Rückseite
der Spannbacken und/oder am Grund des Spannkopfmaules angeordnet. Diese Prallbleche,
die austauschbar sind, nehmen jetzt bei einem möglichen Reißen des Bleches die beim
Streckvorgang freiwerdende Masse der Spannbacken auf. Die Rückprallgeschwindigkeit
ist infolge des Abkuppelns der Winkelhebelarme von den Spannbacken viel höher als
bei der bis jetzt bekannten festen Verbindung zwischen Spannbacken und Gelenkstangen,
wobei der Rückschlag durch die festen Gelenkstangen über Zylinder
gedämpft
wurde, jedoch eine ernsthafte Gefährdung des Gestänges und seiner Verbindungen bestand.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die langen Arme der
Winkelhebel an der Seite der maulförmigen Öffnungen ebene Gleitflächen auf. Dadurch
können die Mitnahmenocken der Spannbacken auf diesen Flächen gleiten, wenn die Stoßstange
mit den abgekoppelten Winkelhebeln noch weiter nach vorn gefahren ist und die Enden
der Winkelhebel zwischen den Spannbacken stehen.
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In Fortbildung der Erfindung weisen die maulförmigen Öffnungen Gleitflächen
auf und die Senkrechte auf diese Gleitfläche sowie die Verbindungslinie zwischen
der maulförmigen Öffnung und dem Drehpunkt der Winkelhebel schließen zwischen sich
einen Winkel « von 40 - 600 ein.
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Falls eine der beiden Spannbacken gegenüber der anderen beim Spannen
und Strecken des Bleches zurückbleibt, wird der über die Kupplung mit der zurückbleibenden
Spannbacke verbundene Winkelhebel gewaltsam gedrückt bei gleichzeitigem Vorziehen
der anderen Spannbacke durch das zu streckende Blech. Damit der mit der vorderen
Spannbacke gekuppelte und durch hohe Zugkraft gefährdete Winkelhebel ausweichen
kann, hat die maulförmige Öffnung des Winkelhebels eine Gleitfläche, deren Lage
so verläuft, daß der Winkel % wesentlich größer als der Reibungswinkel fd ist.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Zugstangen zwischen den kurzen
Armen der Winkelhebel und den Hydraulikzylindern mit Umlenkrollen versehen, über
die ein Seil geführt ist,
das einerseits an der Stoßstange und andererseits
an einem Federelement befestigt ist, und das Federelement mit einem Potentiometer
oder mit einem Endschalter in Wirkverbindung steht.
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Diese Meßvorrichtung meldet während der Phase des Streckkraftaufbaues
das mögliche Voreilen einer der beiden Spannbacken und gibt über das Potentiometer
oder Endschalter ein Signal zum Abschalten des Streckvorganges, wenn ein bestimmter
Differenzbetrag in der Voreilung zwischen den Spannbacken überschritten ist. Dadurch
erfolgt ein weiterer Schutz des zu streckenden Bleches und der Spanneinrichtung.
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Ein Beispiel der Erfindung wird anhand von Zeichnungen im Aufbau und
in der Funktion näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 Spannvorrichtung im Schnitt in
Grundstellung Fig. 2 Spannvorrichtung im Schnitt beim Einspannvorgang Fig. 3 Spannvorrichtung
im Schnitt in eingespannter Stellung Fig. 4 Spannvorrichtung im Schnitt gegen Ende
des Streckvorganges Fig. 5 Spannvorrichtung im Schnitt nach beendetem Streckvorgang
Fig. 6 Spannvorrichtung im Schnitt beim Rückzug der Spannbacken Fig. 7 Spannvorrichtung
im Schnitt nach einem Blechreißer
Fig. 8 Spannvorrichtung im Schnitt
bei voreilender oberer Spannbacke (Ausschnitt) Fig. 9 wirksame Kräfte beim Voreilen
der oberen Spannbacke Fig. 10 wirksame Kräfte beim Rückzug an der oberen Spannbacke
Fig. 11 schematische Meldeeinrichtung.
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In einem Spannkopf 1 eines nicht näher dargestellten Blechstreckers
ist ein Spannkopfmaul 2 vorgesehen, in welchem in Führungen 3, 4 Spannbacken 5,
6 verschiebbar geführt sind.
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An den Rückseiten der Spannbacken 5, 6 sind Prallbleche 7, 8 angeordnet.
Diese können auch am Grund des Spannkopfmaules 2 vorgesehen sein. Die Spannbacken
5, 6 weisen an der Spannseite Spannkeile 9, 10 auf, deren gezahnte Oberfläche 11,
12 ein zu streckendes Blech 13 erfaßt.
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Um die Spannbacken 5, 6 in ihren keilförmig zueinander angeordneten
Führungen 3, 4 zum Erfassen des zu streckenden Bleches 13 zu verschieben, ist in
dem Spannkopf 1 eine in Führungen 14 gleitende Stoßstange 15 in der Streckachse
vorgesehen. Die Stoßstange 15 ist über eine Kolbenstange 16 mit Kolben 17 mit einem
hydraulisch beaufschlagten Verschiebezylinder 18 verbunden, der am Spannkopf 1 befestigt
ist. An einer hinteren Traverse 19 der Stoßstange 15 sind oberhalb und unterhalb
der Streckachse je ein hydraulisch beaufschlagter Schwenkzylinder 20, 21 angeordnet,
die unabhängig voneinander wirken.
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An der Stirnseite der Stoßstange 15 ist ein Stoßstangengelenk 22 als
Drehpunkt für an dem Stoßstangengelenk ange-
lenkte, als Winkelhebel
23, 24 ausgebildete Gelenkstangen vorgesehen. Die Winkelhebel 23, 24 sind mit je
einem kurzen Arm über Verbindungsgelenke 25, 26 an Zugstangen 27, 28 angelenkt,
die wiederum mit den Kolbenstangen 20 a, 21 a der Schwenkzylinder 20, 21 gelenkig
verbunden sind. Die Winkelhebel 23, 24 sind jeweils am freien Ende ihres langen
Armes, die sich in Richtung der Spannbacken 5, 6 erstrecken, mit je einer maulförmigen
Öffnung 29, 30 versehen. In diese maulförmigen Öffnungen 29, 30 greifen Mitnahmenocken
31, 32 ein, die an der Rückseite der Spannbacken 5, 6 befestigt sind.
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Der Verschiebezylinder 18 weist Zylinderräume 33 und 34 auf. Die Zylinderräume
des oberen Schwenkzylinders 20 sind mit 35 und 36 bezeichnet und die Zylinderräume
des unteren Schwenkzylinders 21 mit 37 und 38.
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Die langen Arme der Winkelhebel 23, 24 weisen an der Seite der maulförmigen
Öffnungen 29, 30 ebene Gleitflächen 39, 40 auf, auf denen die Mitnahmenocken 31,
32 gleiten können.
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Die maulförmigen Öffnungen 29, 30 weisen noch besondere Gleitflächen
41 und 42 auf, auf denen die Mitnahmenocken 31, 32 unter bestimmten Bedingungen
aus dem gekuppelten Zustand mit den maulförmigen Öffnungen 29, 30 herausgleiten
können.
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Nachstehend werden die Funktionen der Spanneinrichtung bei normalem
Arbeitsablauf und bei Störungen näher erläutert: Der Grundgedanke der Erfindung
besteht darin, während der Arbeitsphase, in der die Gefahr eines Blechreißers besteht,
also bei Anstieg der Streckkraft F auf über 50 % vom Sollwert, die Spanneinrichtung
von den Spannbacken ahzukuppeln.
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Dieses wird erreicht, indem die Winkelhebel 23 und 24 durch gesonderte,
unabhängig voneinander wirkende Zylinder 20 und 21 über Zugstangen 27 und 28 sowie
Verbindungsgelenke 25 und 26 um das Stoßstangengelenk 22 schwenkbar sind und die
Verbindungsgelenke zwischen Winkelhebeln und Spannbacken lösbar als Mitnahmenocken
31 und 32 einerseits und als maulförmige, Öffnungen 29 und 30 andererseits ausgebildet
sind. Die Grundstellung vor dem Einschieben eines zu streckenden Bleches 13 ist
die eingekuppelte Stellung der Winkelhebel 23 und 24 bei zurückgezogenen Spannbacken
5 und 6, d. h., in den Zylinderräumen 36 und 38 der Schwenkzylinder 20 und 21 steht
der Druck Pl bzw. P2 an, und im Zylinderraum 34 des Verschiebezylinders 18 steht
der Druck p an.
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Die Stoßstange 15 ist wie üblich in Führungen 14 des Spannkopfes 1
geführt und mit der Kolbenstange 16 des Verschiebezylinders 18, der seinerseits
am Spannkopf 1 befestigt ist, verbunden. Die im Spannkopfmaul 2 angeordneten und
in den hammerkopfartigen Spannbackenführungen 3 und 4 geführten Spannbacken 5, 6
liegen mit ihren Prallblechen 7 und 8 am Grund des Spannkopfmaules 2 an (Fig. 1)
(Ausgangs- bzw. Grundstellung).
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Nach dem Einschieben des zu streckenden Bleches 13 wird der Zylinderraum
34 entlastet und der Zylinderraum 33 mit Druck p beaufschlagt. Dabei bewegt sich
die Stoßstange 15 vor und schiebt die Spannbacken 5 und 6 über die Winkelhebel 23
und 24 synchron vor, wobei die Winkelhebel entsprechend der keilförmig zueinander
angeordneten Spannbackenführungen 3 und 4 leicht einwärts schwenken und durch Zug
an den Zugstangen 27 und 28, die an den Kolbenstangen der Schwenk-
zylinder
20 und 21 angelenkt sind, Hydrauliköl aus den Zylinderräumen 36 und 38 herausdrücken
(Fig. 2).
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Durch den Synchronlauf beider Spannbacken 5 und 6 wird das beispielsweise
auf der Spannfläche 12 der unteren Spannbacke 6 aufliegende Blech 13 zwangsläufig
in Spannkopfmitte gehoben, bis beide Spannflächen 11 und 12 gegen die Oberfläche
des Bleches drücken (Fig. 3).
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Die durch den Verschiebezylinder 18 erzeugte Anpreßkraft läßt die
Zähne der Spannflächen 11 und 12 soweit in das Blechmaterial dringen, daß bei der
anschließenden Einleitung der Zugkraft F im Blech 13 der Kraftschluß über die Zähne
der Spannflächen 11 und 12 so groß ist, daß die Spannbacken 5 und 6 mit anfänglicher
Unterstützung durch den Verschiebezylinder 18 weiter in die keilförmig zueinander
angeordneten Spannbackenführungen 3 und 4 hineingezogen werden und die Zähne der
Spannflächen 11 und 12 tiefer in das Blech eindringen können.
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Bei weiterem Anstieg der Zugkraft F wird die Unterstützung durch den
Verschiebezylinder 18 nicht mehr benötigt und der Zylinderraum 33 kann entlastet
werden und anschließend durch die Entlastung der Zylinderräume 36 und 38 sowie durch
Beaufschlagung der Zylinderräume 35 und 37 der Schwenkzylinder 20 und 21 die Winkelhebel
23 und 24 einwärts geschwenkt, d. h., ausgekuppelt, und anschließend die Stoßstange
15 mit Hilfe des Verschiebezylinders 18 bis in Endstellung vorgefahren werden (Fig.
4).
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Tritt vor Erreichen der vorgewählten Sollstreckkraft ein Blechreißen
auf, das in der Regel schlagartig erfolgt,
fliegt das Blech mit
der Bewegungsenergie, die in der elastischen Verformung des abgerissenen Teilstückes
des Bleches 13 vor dem Riß gespeichert war, in Richtung des Grundes des Spannkopfmaules
2 und wird dort aufgefangen (Fig. 7). Dabei werden bis zum Austritt der Zähne der
Spannflächen 11 und 12 die Spannbacken 5 und 6 ebenfalls in Rückwärtsrichtung beschleunigt.
Dieser Vorgang erfolgt bei einer Streckkraft F, die nur wenig unter der vorgewählten
Streckkraft liegt, also in einer Phase, in der die Winkelhebel 23 und 24 bereits
ausgekuppelt sind, d. h., die Spanneinrichtung bleibt von dem Rückstoß der Spannbacken
5 und 6 unbetroffen. Die Spannbacken 5 und 6 prallen mit hoher Energie gegen den
Grund des Spannkopfmaules 2. Sie können dabei mehrfach hin- und hergeschleudert
werden, wobei sich die Energie durch Deformation der auswechselbaren Prallbleche
7 und 8 sowie der Oberfläche des Bleches 13 verzehrt. Die Prallbleche können wahlweise
an den Spannbacken 5 und 6 oder am Grund des Spannkopfmaules 2 befestigt sein.
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Nach normal verlaufendem Streckvorgang werden nach dem Abbau der Streckkraft
und teilweisem Vorfahren des Streckspannkopfes die Zylinderräume 35 und 37 der Schwenkzylinder
20 und 21 entlastet und die Zylinderräume 36 und 38 beaufschlagt, d. h. die Winkelhebel
23 und 24 werden über die Zugstangen 27 und 28 ausgeschwenkt, wobei ihre Gleitflächen
39 und 40 gegen die an unbestimmter Stelle stehenden Mitnahmenocken 31 und 32 der
Spannbacken 5 und 6 stoßen (Fig.
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5). Bei anschließendem Rückzug der Stoßstange 15 durch Umschalten
des Verschiebezyiinders 18 rasten die laulöfE-nungen 29 und 30 der Winkelhebel 23
und 24 unabhängig voneinander in die Mitnahmenocken 31 und 32 ein und ziehen
die
Spannbacken wieder in Grundstllunq (Fig. 6 und Fig.
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1) Im Falle unterschiedlichen Eindringens der Zähne der Spannflächen
11 und 12 in das Blech 13 während des Einspannvorganges wegen Zusätzen der Spannflächen
durch abgeschabtes Blechmaterial, besonders der Spannfläche 12 der unteren Spannbacke
6, wird der untere Winkelhebel 24 gewaltsam gedrückt oder sogar zurückgedrängt,
bei gleichzeitigem Vorziehen der oberen Spannbacke 5 durch das Blech 13 mit unkontrolliert
hoher Kraft. Damit in diesem Falle der durch die hohe Kraft gefährdete Winkelhebel
23 ausweichen kann, ist sowohl die maulförmige Öffnung 29 des Winkelhebels 23 als
auch die maulförmige Öffnung 30 des unteren Winkelhebels 24 mit einer Gleitfläche
41 bzw. 42 versehen (Fig.
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8), deren Lage so verläuft, daß (ler Winkel i (Fig. 9) wesentlich
größer als der Reibungswinkel #1 ist. Die auftretende Kraft FA beträgt dabei max.
den Wert Fs' worin Fs die Zugkraft des mit dem Winkelhebel ver- L bundenen Schwenkzylinders
20 bei einem Überströmdruck P1 bedeutet. Andererseits ist der Winkel d wesentlich
kleiner als der Winkel (Fig. 10), damit beim Rückzug der oberen Spannbacke 5 der
Winkelhebel 23 t)ei der Kraft FR nicht ausweicht, d. h. mit seiner Öffnung 29 nicht
vom Nocken 31 der Spannbacke 5 rutscht. Der Winkel ß wird aus der Richtung des Kraftvektors
FR und der Vex-hindun(3slinie zwischen der maulförmigen Öffnung 29 und dem Drehpunkt
22 des Winkelhebels 23 gebildet. FR ist der Kraftvektor, der sich bei Zurückziehen
der Spannbacke 5 aufgrund deren Eigengewichtes , und deL Pührungsauflagekraft R
einstellt. Der Reibungswinkel fy bezieht sich auf die Reibung zwischen Spannbacke
5 und deren Führung 3 und bestimmt die Richtung des Kraftvektors R bzw. der- Führungsauflagekraft
R.
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Als weitere Maßnahme auch zum Schutz des zu streckenden Bleches ist
an jeder Spanneinrichtung eine Meßvorrichtung installiert (Fig. 11), die während
der Phase des Streckkraftaufbaues das Voreilen einer Spannbacke meldet und Signal
zum Abschalten des Streckvorganges qibt, wenn ein bestimmter Betrag überschritten
wid.
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Zu diesem Zweck sind die Zugstangen 27 und 28 und die Stoßstange 15
mit Umlenkrollen versehen. Ein Zugseil 43 ist an einem Ende an der Stoßstange 15
und am anderen Ende in einem an der Stoßstange 15 angeordneten Federelement 44 befestigt.
Das Federelement 44 wirkt auf einen Hebel 45 eines Potentiometers 46. Das Zugseil
43 ist dabei über Umlenkrollen 47 und 48 sowie 49 und 50 geführt. Über die Umlenkrollen
49 und 50 wird dabei das Zug seil 43 so geführt, daß das Federelement 44 und das
Potentiometer 46 an einer von außen zuqänglichen Stelle angeordnet ist.
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Anstelle des Potentiometers 46 und Hebels 45 kann auch ein Endschalter
angeordnet werden.