DE3803632A1 - Mehr-stoessel-schmiedemaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mehr-Stößel-Schmiede­ maschine, bei der die Stößel austauschbare Schmiedewerk­ zeuge tragen, von denen zumindest zwei diametral gegen­ überstehende Schmiedewerkzeuge zugleich auf das Schmiede­ werkstück einwirken und die Stößel mit einer Kolben-Zy­ linder-Einheit versehen sind, bei der in dem Zylinder vor und hinter dem Kolben sich eine Kammer für das hy­ draulische Druckmedium befindet.

Schmiedemaschinen sind in verschiedenen Ausführungs­ formen bekannt. Sie dienen zum Schmieden (Recken, Rundkneten) von langen achssymmetrischen Werkstück­ formen.

Bei den Schmiedemaschinen allgemeiner Art ist die Ver­ wendung eines hydraulischen Antriebssystems bekannt. Bei diesen bekannten Antriebssystemen befinden sich die Schaltorgane für das hydraulische Steuerungssystem in üblicher Anordnung von den Kolben-Zylindereinheiten entfernt, und die hydraulischen Schaltorgane werden wie üblich elektromagnetisch geschaltet. Mit der elek­ tromagnetischen Erregung bei jedem Schaltvorgang und der von der Kolben-Zylindereinheit entfernten Anordnung der Schaltorgane entstehen Schaltzeiten und Druckauf­ bauzeiten für jeden Bewegungsvorgang, die nachteili­ gerweise die ausführbaren Hubfrequenzen der bekannten Schmiedemaschinen auf niedrigem Niveau begrenzen. Außerdem wird bei einer solchen Ausführung das Schalt­ system und damit die ganze Maschine verhältnismäßig aufwendig.

Bei den bekannten hydraulischen Antriebssystemen ge­ schieht die Festlegung des Arbeitshubes bzw. der je­ weiligen Endstellungen des Kolbens gewöhnlich über feste mechanische Endanschläge oder gegebenenfalls mittels wegabhängiger Steuerungen. Mit einer derartigen Ausbildung ist zunächst allgemein der Nachteil verbun­ den, daß eine Einstellung bzw. Steuerung des Arbeits­ hubes des Arbeitskolbens sowohl bezüglich seiner End­ lagen als auch bezüglich seiner Geschwindigkeit auf hydraulischem Wege nicht mit der erforderlichen Genauig­ keit möglich ist.

Bei Mehr-Stößel-Schmiedemaschinen tritt das Problem einer Zusammenschaltung von mehreren Arbeitszylindern auf, welche abtriebsseitig in absolutem Gleichlauf und mit gleichem Hubmaß arbeiten sollen. Im Hinblick auf eine derartige Problemstellung tritt mit der bekannten Ausbildung von Arbeitszylindern der Nachteil in Er­ scheinung, daß insbesondere der Arbeitshub in den ein­ zelnen Arbeitszylindern bei zusammengeschalteten Ar­ beitszylindern nicht einstellbar, insbesondere nicht auf ein bei mehreren Arbeitszylindern identisches Maß regelbar und bei der Ausführung des Hubes im Bewegungs­ maß und Gleichlauf nicht mit der erforderlichen Regel­ genauigkeit beeinflußbar ist.

Insbesondere bei großvolumigen Arbeitszylindern ist bis­ her kein Weg bekannt, mehrere großkalibrige Arbeitszy­ linder mit geschlossenen Positions- und/oder Geschwin­ digkeitsregelkreisen miteinander so zusammenzuschalten, daß eine Synchronität der dann erforderlichen mehreren Regelkreise gegeben ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mehr-Stößel-Schmiede­ maschine zu schaffen, die hinsichtlich der hydrauli­ schen Antriebsvorrichtung einfach im Aufbau ist, ge­ ringen Aufwand erfordert, einfache Funktion hat und zuverlässig arbeitet und eine deutliche Steigerung der Hubfrequenz bei den erforderlichen großen Kolben­ zylindereinheiten zuläßt, wobei insbesondere die Steuerung und Beeinflussung des Arbeitshubes der Zylinderkolben einstellbar und regelbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Steuerung des Arbeitszy­ linders so auszuführen, daß sich mehrere Arbeitszylinder in einfacher Weise geschwindigkeits- und hubsynchron zusammen betreiben lassen, ohne daß die dafür erfor­ derliche Steuerung kompliziert wird.

Die Erfindung zeichnet sich hierzu dadurch aus, daß die Steuerung des für die Stößelbewegung benötigten Druck­ mediums unmittelbar in der Kolben-Zylinder-Einheit an­ geordnet ist und daß das für die Bewegungseinleitung des Arbeitskolbens benötigte Druckmedium nicht über elektro-magnetisch erregte Ventile gesteuert wird. Hierzu weist der Kolben an der dem Schmiedewerkzeug entgegengesetzten Seite ein Ventil auf, dessen den Ventilkegel tragende Ventilstange mit einem Stellan­ trieb z.B. einer Servo-Einheit, versehen ist. Hinter dem Ventilsitz führt in dem Kolben eine Durchflußbohrung zu einer dritten Kammer in dem Zylinder. Dabei ist die erste Kammer vor dem Ventilsitz von dem Druckmedium beaufschlagt und die dritte Kammer durch eine Leitung drucklos mit dem Mediumbehälter für das Druckmedium verbunden. Die zweite mittlere Kammer mit geringerer für den Rückzug des Kolbens bestimmter Druckfläche ist mit einem unter einem vorbestimmten Druck stehenden Druckmedium beaufschlagt.

Ein solches hydraulisches Antriebssystem weist eine außergewöhnliche Einfachheit auf. Die Hubbewegung sowie die Hublage des Arbeitskolbens werden unmittelbar mit nur einer Ventilkegelbewegung erreicht. Man erzielt eine unmittelbar und direkt von dem Stellantrieb ab­ hängige Bewegungscharakteristik, also Weg und Geschwin­ digkeit der Arbeitskolbenbewegung. Es brauchen keine zusätzlichen Ventile für den Arbeitszylinder geschaltet werden. Damit ergibt sich eine sehr hohe Hubfrequenz, da praktisch keine Schaltzeiten vorhanden sind und die Druckaufbauzeiten nur noch abhängig von der an zentraler Stelle angeordneten Leistung der Drucker­ zeugungspumpe sind. Mit dieser einfachen Steuerungs­ vorrichtung wird auch die Betriebstüchtigkeit der Anlage erhöht.

Jeder Stößel kann eine eigene Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem elektronisch angesteuerten Stellantrieb als Servo-Einheit haben. Die Bewegungscharakteristik diame­ tral gegenüberliegender Arbeitskolben wird mit Hilfe bekannter Wegmeßeinrichtungen der Arbeitsbewegung syn­ chronisiert. Ebenso sind die Bewegungen aller vier Ar­ beitsstößel derart synchronisierbar, daß gleichzeitige Arbeitsbewegungen und auch abwechselnde, als paarweise nacheinander erfolgende synchronisierte Arbeitsbewegun­ gen entstehen.

Mit der elektronischen Steuerung werden die Stellantriebe so gesteuert, daß gleichbleibende Hublängen unabhängig von der Eindringtiefe des Schmiedewerkzeugs entstehen. Die Hublängen sind den Schmiedebedürfnissen entsprechend vorwählbar, insbesondere wenn Vorformarbeiten oder Schlichtarbeiten ausgeführt werden sollen. Darüber hinaus ist die Hublage veränderbar. Hiermit wird die Umkehr des Arbeitsstößels in vorderer Arbeitsstellung und zugleich die Werkstückdicke erreicht, also das beabsichtigte Schmiedemaß gesteuert.

Der Ventilsitz des einzigen Ventils der Kolben-Zylinder- Anordnung in einer Schmiedeeinheit ist vorteilhaft am Arbeitskolben befestigt. Der Ventilkegel wirkt dabei zweckmäßig unmittelbar mit dem Ventilsitz zusammen. Mit der zweiten als Ringraum ausgebildeten Kammer ge­ ringerer Druckfläche wird die Rückhaltung und die Rück­ zugsbewegung des Arbeitskolbens ungesteuert selbst­ tätig bewirkt.

Vorteilhaft steht die mittlere Kammer unter einem kon­ stanten Druck.

Nach einem weiteren Merkmal sind die Servo-Einheiten als Stellmotore für gleichzeitige Hubbewegung, gleichmäßige Hublänge und gleichmäßige und/oder paarweise Hublagen­ verstellung aller Zylindereinheiten ausgebildet. Vor­ zugsweise sind sie elektronisch ansteuerbar und pro­ grammierbar.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiele nachstehend erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Schmiede­ maschine gemäß der Erfindung, zum Teil im Schnitt und zum Teil in Ansicht sowie im Schema.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht auf die Schmiedema­ schine der Fig. 1.

Die dargestellte Schmiedemaschine 1 weist vier Schmiede­ einheiten 2, 3, 4 und 5 auf, die in einem Rahmen 6 ge­ lagert sind. Die Schmiedeeinheiten sind in gleicher Weise aufgebaut. Die weitere Erläuterung bezieht sich deshalb nur auf die in Schnittdarstellung veranschaulichte Schmiedeeinheit 2.

Die Schmiedeeinheiten 2 bis 5 sind radial um die Schmiede­ achse, in der sich das Werkstück 8 befindet, gleichmäßig verteilt angeordnet, so daß je zwei Schmiedeeinheiten sich diametral gegenüberliegen. Jede Schmiedeeinheit besitzt einen Stößel 9, an dessen vorderem Ende ein austausch­ bares Schmiedewerkzeug 10 befestigt ist. Die Schmiede­ werkzeuge 10 können zugleich auf das Werkstück 8 wirken oder wechselweise jeweils zwei gegenüberliegende Stößel nacheinander auf das Werkstück einwirken.

Die Schmiedeeinheit ist als Hydraulikzylinder 11 ausgelegt, in dem ein Kolben 12 gleitet, an dem der Stößel 9 be­ festigt sein kann. Vorteilhaft sind Kolben 12 und Stößel 9 einstückig ausgebildet. An der dem Werkzeug abgekehrten Seite des Hydraulikzylinders 11 befindet sich eine Kammer 14 für das Druckmedium. Unterhalb des Kolbens 12 ist eine weitere Kammer 15 angeordnet, die für den Rückzug des Kolbens 12 dient. Der Kolben 12 ist an der der Kammer 14 zugewandten Seite mit einem Ventilsitz 17 versehen, welcher in einer Halteplatte 18 befestigt ist. Der Zy­ linder 11 ist durch einen Deckel 19 abgeschlossen, der eine Führung für eine Ventilkegelstange 20 bildet, welche am vorderen Ende als Gegenstück zu dem Ventilsitz 17 aus­ gebildet ist. Die Ventilkegelstange 20 ist mit einem Stellantrieb 23 verbunden, der ein Linearantrieb sein kann und der die vorprogrammierte Hublagenstellung anfährt sowie die vorprogrammierte Hubbewegung im Kolbenraum ausführt.

Der Stellantrieb 23 ist auf einem Bock 24 des Maschinen­ gehäuses 6 angeordnet.

Von dem Ventilsitz 17 führt im Inneren des Kolbens 12 eine Bohrung 25, welche in zwei oder mehr Öffnungen 28 aus dem Kolben 12 in eine Kammer münden. Die Führungs­ buchse 18 ist am Außendurchmesser mit einem Hinterschnitt versehen.

Von einer (nicht dargestellten) hydraulischen Antriebs­ einheit führt eine Zuleitung 30 zu dem Zylinderraum 14 als Einlaufseite für das Druckmedium. Die Kammer 26 ist mit einer oder mehreren Rohrleitungen 32 verbunden, die mit einem (nicht dargestellten) Tank als Auslauf des Druckmediums in Verbindung steht. Das Medium fließt im Kreislauf durch die Schmiedeeinheit. Zu dem Ring­ raum 15 unterhalb des Kolbens 12 ist eine Leitung 31 vorgesehen, durch die ebenfalls das Druckmedium zuge­ führt wird, das unter einem konstanten Druck steht.

Um dem Kolben 12 bzw. dem Stößel 9 eine Vorwärtsbewegung zu geben, fährt die Ventilkegelstange 20 in Richtung Ventilsitz, wodurch ein freies Durchfließen des Druck­ mediums durch den Ventilsitz eingeschränkt wird, was einen Druckaufbau in dem Zylinderraum 14 zur Folge hat und den Kolben 12 nach vorne bewegt. Der Ventilkegel 20 erreicht erst den Ventilsitz 17, wenn ein zunehmender Widerstand (Eindringen des Schmiedewerkzeugs in das Schmiedegut) entsteht.

Der Stößel 9 mit dem Kolben 12 fährt so lange vor, bis die Ventilkegelstange 20 nach Erreichen einer vorgewähl­ ten Vorwärtsposition auf eine vorgewählte Rückwartsposition zurückgezogen wird. Hierbei hat das Druckmedium freien Lauf durch die Bohrung 25, 27 von der Kammer 14 zu der Kammer 26 und zurück in den Mediumbehälter durch die Leitung 32. Der immer vorhandene Gegendruck in der mittleren Kammer 15 schiebt den Kolben 12 mit dem Stößel 9 automatisch zurück. Die Ventilkegelstange, welche durch den Zylinderdeckel 19 aus dem Zylinder geführt ist, erhält seine Bewegung mittels elektro­ hydraulischen Stellantriebes 23. Die Funktion des Stellantriebes besteht darin, den Ventilkegel in einer vorgewählten Geschwindigkeit in eine vorgewählte Vor­ wärts-und Rückwärtsposition vor- und zurückzufahren. Bedingt durch die Bewegung des Ventilkegels 20 fährt der Kolben 12, 9 denselben Bewegungsablauf und somit dieselbe Hublänge und Hublage an.

Der Funktionsablauf ist folgender. Die Ventilkegelstange 20 fährt eine vorbestimmte Postion an. Die Verstellung des Ventilkegels erfolgt dabei mittels Stellantrieb 23. Durch den verhinderten Durchfluß des Druckmediums durch den Ventilsitz 17 baut sich ein Druck auf, der gegen den Kolben 12 und damit den Stößel 9 drückt und diesen nach vorn bewegt. Das am vorderen Ende des Stößels 9 befestigte Schmiedewerkzeug 10 dringt in das Werkstück 8 ein. Nach erreichter Eindringtiefe fährt der Ventil­ kegel 20 die vorgewählte Hublänge zurück. Das Druckme­ dium fließt aus der Kammer 14 durch den offenen Ventil­ sitz und durch die Bohrung 25, 27 zu der Kammer 26 und zurück durch die Abflußleitung 32 in den Mediumbehälter.

Der konstante Druck in der mittleren Kammer 15 (Ringraum) veranlaßt die Rückbewegung des Kolbens 12 zusammen mit dem Stößel 9. Dieser Vorgang wiederholt sich mit jeder Hubbewegung.

Durch eine Servo-Einheit 23, die eine Meß- und Regel­ funktion hat, kann mit jeder Bewegung das Ist mit dem Soll verglichen und mittels Steuerung der Servo-Ein­ heit 23 geregelt werden. Dieselben Ist-Soll-Vergleiche werden an allen vier Schmiedeeinheiten gleichzeitig für einen Synchronlauf aller Schmiedewerkzeuge bzw. zwei Schmiedewerkzeugpaare durchgeführt und geregelt.

Die Ausbildung der Steuervorrichtungen kann auch in anderer Weise, als vorstehend beschrieben, durchgeführt werden. Es kann die Rückzug-Druckeinrichtung 15, 31 auch als Feder, als Druck-Akku oder als hydraulische Druck­ regeleinheit ausgebildet sein. Auch kann der Stellan­ trieb 23 aus einer elektrischen oder pneumatischen Vor­ schubregelung für die Ventilkegelstange 20 mit entsprechen­ der Anfangs- und Endlagenregelung bestehen. Von Bedeutung für alle Ausbildungen der Steuervorrichtung ist der Um­ stand, daß auch bei großkalibrigem Arbeitszylinder nur kleinste Steuerkräfte erforderlich sind, da die Steuer­ stange 20 sich im Fließweg des hydraulischen Druckmediums befindet und die Stirnfläche der Steuerstange 20 nur von dem entspannten, zum Tank abfließenden Druckmedium beauf­ schlagt ist. Selbst bei hohen Drücken in der Kammer 14 kann deshalb die Steuerstange 20 fast kraftlos bewegt werden, womit sie umso schneller und exakter den Regel­ signalen folgen kann.

Die beschriebene Arbeitsweise eignet sich besonders für die Verwirklichung von großkalibrigen Arbeitszylindern in einer Größenordnung von etwa mehr als vierhundert Millimeter Nennweite. Da die Bestimmung der Endlage des Kolbens beim Arbeitshub, welche auf ein defi­ niertes Anhalten der bei großkalibrigen Arbeitszy­ lindern trägen Kolbenbewegung hinausläuft, weder von einer Regelung der antriebsseitigen Pumpenleistung noch von einer Regelung der von der Rückzug-Druckein­ richtung abgegebenen Gegendruckkraft abhängig ist, können diese beiden Einflußgrößen nunmehr konstant gehalten werden, indem die Steuerung des Arbeitshubes allein durch die fast kraftlose Bewegung des mit der Abströmöffnung 25 im Kolben 12 zusammenwirkenden Stell­ antriebs 23 vorgenommen wird.

Beim Zusammenschalten der Arbeitszylinder bei der Mehr- Stößel-Schmiedemaschine ist lediglich die Synchronisa­ tion von Geschwindigkeit und Hub für eine synchrone Bewegung der fast drucklos laufenden Stellantriebe zwischen den festgelegten Anfangs- und Endlagen Sorge zu tragen, da Weg und Geschwindigkeit des Kolbenhubes im Arbeitszylinder nur von der Bewegungscharakteristik der Stellorgane und nicht durch den Förderstrom der Antriebspumpen bestimmt ist.

Claims (8)

1. Mehr-Stößel-Schmiedemaschine, bei der die Stößel Schmiedewerkzeuge tragen, von denen mindestens zwei diametral gegenüberliegende Schmiedewerkzeuge zugleich auf das Schmiedewerkstück einwirken und die Stößel mit einer Kolben-Zylinder-Einheit versehen sind, bei der in dem Zylinder vor und hinter dem Kolben sich eine Kammer für ein hydraulisches Druckmedium befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) an der dem Schmiedewerkzeug (9, 10) entgegengesetzten Seite ein Ventil (16) aufweist, das sich aus einem Ventilsitz (17) und einer Ventilkegelstange (20) zusammensetzt, daß die Ventilkegelstange (20) mit einem Stellantrieb (23) z.B. Servo-Einheit, versehen ist, daß hinter dem Ventilsitz (17) in dem Kolben (12) eine Durchflußbohrung (25) zu einer dritten Kammer (26) in dem Zylinder (11) führt und daß die erste Kammer (14) vor dem Ventilsitz (17) von dem Druckmedium beaufschlagt ist und die dritte Kammer (26) durch eine Leitung (32) drucklos mit dem Mediumbehälter für das Druckmedium verbunden ist und die zweite mittlere Kammer (15) mit geringerer für den Rückzug des Kolbens bestimmter Druckfläche mit einem unter einem vorbestimmten Druck stehenden Druckmedium beaufschlagt ist.

2. Mehr-Stößel-Schmiedemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Kammer (15) stets unter einem konstanten Druck steht.

3. Mehr-Stößel-Schmiedemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (17) in einer gesonderten Halteplatte (18) angeordnet ist.

4. Mehr-Stößel-Schmiedemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (17) Teil des Kolbens (12) bildet.

5. Mehr-Stößel-Schmiedemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) und der Stößel (9) ein Stück bilden.

6. Mehr-Stößel-Schmiedemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zylinder (11) eine Führungsbuchse (27) angeordnet ist, die die Austrittsöffnungen (28) für die Bohrung (25) und Umfangsflächen mit einem Hinterschnitt aufweist.

7. Mehr-Stößel-Schmiedemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Schmiedewerkzeugpaare gleichzeitig oder wechselweise dem Werkstück zugeführt werden.

8. Mehr-Stößel-Schmiedemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Servo-Einheiten (23) als Stellmotor für gleichzeitige Hubbewegung, gleichmäßige Hublänge und gleichmäßige und/oder paar­ weise Hublagenverstellung aller Zylindereinheiten ausgebildet sind und daß die Stellmotore elektronisch ansteuerbar und programmierbar sind.