DE3835298A1 - Klemmhuelsen-oberflaechenstruktur bei hydraulischen schnellhubpressen - Google Patents
Klemmhuelsen-oberflaechenstruktur bei hydraulischen schnellhubpressenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Klemmhülsen-Oberflächenstruktur mit
Lecköl-Abführung am hydraulischen Klemmsystem einer hydraulischen
Schnellhubpresse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Presse dieser Gattung ist aus der DE-OS 36 37 544 und DE-OS 36 37 545
bekannt. Die konstruktiven und steuerungstechnischen Maßnahmen bei dieser
Presse bewirken, daß praktisch ein stoß- und verschleißfreies Ankuppeln
durch eine fahrtsynchrone und kraftschlüssige Verklemmung der Druckstangen
bei kleinen wirksamen Massen erreicht wird, wobei die technische
Durchführung durch hydraulische Abdämpfung und selbsttätige Kompensation
der zugeschalteten Massen durch vorgespannte Druckkissen ermöglicht wird.
Die Neutralisierung des Gewichts der Druckstangen und der Kolben
begünstigen kürzere Abbremszeiten, größere Geschwindigkeit für die
durchfahrbare Leerhubstrecke, sowie hohe Schließgeschwindigkeiten. Gegen
das Austreten von Hochdrucköl in den Klemmbereich von Klemmhülsen und
Druckstangen sind die Membranen (z.B. Nylonmanschetten) durch je zwei
O-Ringdichtungen an ihren Enden gesichert. Wird eine O-Ringdichtung
undicht, so tritt unkontrolliert Hochdrucköl in den Klemmbereich und
verursacht eine verminderte kraftschlüssige Verbindung zwischen den
Klemmhülsen und den Druckstangen. Klemmhülsensysteme der vorliegenden Art
klemmen nicht schlupffrei, wenn sich aufgrund eines unkontrollierten
Schmierölfilms ein hydrostatischer Film zwischen Klemmstange und Klemmhülse
bildet, weil der Ölfilm nicht in der gewünschten Klemmzeit von ca. 0,5 bis
1 Sekunde abgebaut, d.h., das Öl abgeführt werden kann. Normalerweise
ist ein ausreichender Kraftschluß auch unter Schmierung aufgrund der
vorliegenden Reibverhältnisse gegeben. Trotzdem kommt es bei solchen
unkontrollierten Leckagen zum Durchrutschen, und zwar, weil sich ein
hydrostatischer Film bildet, auf dem jetzt die Klemmhülse an der
Druckstange kurzfristig zum Gleiten kommt, bis dieser hydrostatische Film
weggedrückt ist. Tritt dieser Effekt auf, so kommen örtlich bei einem
Schlupf über ca. 20 bis 30 mm derart hohe lokale Reibtemperaturen auf, die
dieses Öl zum Cracken bringen. Das vercrackte Öl setzt sich als Belag auf
den Druckstangen ab und führt somit zu weiteren unkontrollierten
Reibverhältnissen, sodaß das gesamte System zum Versagen führt, d.h., daß
die Presse stillgesetzt werden muß und für die Fertigung ausfällt.
Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, eine
Klemmhülsen-Oberflächenstruktur mit Lecköl-Abführung bei einer
gattungsgemäßen Presse zu schaffen, zur Verhinderung eines schädlichen
hydrostatischen Ölfilms zwischen Klemmstangen und Klemmhülsen.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1
angeführten Merkmale und Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß
durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Klemmhülsen-Oberfläche in
Verbindung mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der
Klemmhülsen-Verriegelung für die Lecköl-Abführung mit höchstmöglicher
technischer Sicherheit ein Vordringen des Lecköls in den Klemmbereich
verhindert wird. Weiter wird bei der Klemmverriegelung verhindert, daß sich
eine schädliche hydrostatische Filmdicke aus dem Schmierölfilm zwischen den
Druckstangen und den Klemmhülsen bilden kann, da durch den hohen Klemmdruck
zwischen den Klemmflächen aufgrund des extrem kurzen Abstandes "s" der
Schmieröl-Abführrillen und des großen Aufnahmevolumens der Rillen das Öl
sofort weggedrückt wird, d.h. mit Rücksicht auf die Klemmzeit von ca. 0,5
bis 1 Sekunde sind die ölabführenden Rillen groß genug ausgebildet, um
einen hydrostatischen Ölfilm von ca. 0,1 mm und größer sicher abzuführen.
Diese Gesetzmäßigkeit ist unabhängig von Klemmdurchmesser der Klemmhülse.
Gleichmäßige Rillenabstände von 3,5 mm unabhängig vom
Druckstangendurchmesser sind technisch begründet durch:
- 1) Der Minimalabstand von ungefähr/kleiner als 3,5 mm ergibt sich durch die zulässige Flächenpressung der Druckstangen aus einem Vergütungsstahl 42 Cr Mo 4.
- 2) Über den hydraulischen Klemmdruck in den Manschetten wird der hydrostatische Film (0,1 mm) in die Rillen gedrückt, bis metallische Berührung zwischen den Druckstangen und den Klemmhülsen vorliegt. Der Werkstoff der Klemmhülsen besteht dabei aus hochfester Bronze mit Festigkeitswerten größer als die der Druckstangen.
- 3) Die Gesetzmäßigkeit der Verdrängung des flüssigen Mediums ist
konstant im Bezug auf
- a) der Ölfilmdicke von ungefähr/kleiner als 0,1 mm und
- b) den Verdrängungsweg s/2 ungefähr/kleiner als 3,5/2, d.h. mit größer werdendem Klemmdruchmesser darf der Abstand "s" nicht proportional größer werden.
Nur bei Einsatz höher vergüteter und oberflächengehärteter Stähle kann der
Abstand "s" kleiner als 3,5 mm gewählt werden. Dieses hätte zur Folge, daß
der hydrostatische Film von ungefähr/kleiner als 0,1 mm in noch kürzerer
Zeit als 0,5 Sekunden in die Rillen verdrängt werden kann.
Von großem Vorteil ist weiter, daß bei Eintritt von Lecköl über die
Lecköl-Abführbohrungen in einen Lecköl-Auffangbehälter über Sensoren sofort
Alarm ausgelöst wird und die fehlerhafte Dichtung gezielt ausgewechselt
werden kann.
Insbesondere mit dem letzten Merkmal ist es möglich, die Presse von
größerem Schaden und damit vor längerer Stillsetzung zu bewahren, da
jederzeit durch Augenscheinnahme die Lecköl-Auffangbehälter überprüft
werden können, ob die Lecköl-Abdichtungen in Ordnung sind. Bei
entsprechender Installation von Lichtsensoren kann die Überwachung sogar
automatisch mittels eines elektrischen Alarmsystems erfolgen.
Versuche haben ergeben, daß bei gezielter Schmierung des Klemmhülsensystems
eine begrenzt dosierte Ölmenge eingesetzt werden muß mit einer Ölviskosität
von kleiner gleich eines normalen Hydrauliköls von ungefähr 0,5×40 centi
Stokes die eine Ölfilmdicke von ca. 0,01 mm ergibt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und
im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 im Aufriß und Schnitt eine hydraulische
Klemmhülsenverriegelung mit einer schematischen Darstellung
in E und F der erfindungsgemäßen Lecköl-Abdichtung,
Fig. 2 eine gattungsgemäße Schnellhubpresse im Aufriß und Schnitt,
Fig. 3 die genannte Darstellung der Lecköl-Abdichtung und -Abführung
bei F nach Fig. 1 und
Fig. 4 die genaue Darstellung der Lecköl-Abdichtung und -Abführung E
nach Fig. 1.
Die Fig. 2 zeigt eine hydraulische Schnellhubpresse in
Fensterrahmenbauweise, bestehend aus dem Pressenrahmen 1 mit dem oberen
Querhaupt 15 und dem Pressentisch 14. Zwischen dem Querhaupt 15 und dem
Pressentisch 14 ist der die obere Werkzeughälfte bzw. Matrize tragende und
mittels den hydraulischen Schnellfahrantrieb 9 und 10 heb- und senkbare
Preßbär 6 angeordnet. Der Schnellfahrtantrieb besteht aus dem zentrisch am
Preßbär 6 befestigten Stößel 9 und der im Querhaupt 15 verankerten
hydraulischen Zylinderkolbenanordnung 10. An zwei oder vier (je nach
Pressenausführung) im Querhaupt 15 geführten Druckstangen 5 ist der
Preßbär 6 befestigt.
Fig. 1 zeigt im Schnitt die Anordnung einer Druckstange 5 mit der
hydraulischen Klemmhülsenverriegelung 3 und 7 und der hydraulischen
Differentialzylinder-Kolbenanordnung 2 und 4 für den Preßdruck. Durch
Einleitung von Druckmittel in die Zuleitung erzeugen die Membranen 7 und 7′
Druck auf die Klemmhülse 3 und 3′, und die Druckstange 5 ist mit dem
Ringkolben 2 des Differentialzylinders 4 kraftschlüssig verriegelt. Da die
Differentialzylinder 4 im Querhaupt 15 verankert sind, sind die Druckstangen
5 damit auch mit diesem verbunden.
Die Klemmhülsenverriegelungen 3 und 7 sind auf den Druckstangen 5 und in
den Ringkolben 2 mittels Fixierringen 16 und 19 befestigt. Stellen E und F
weisen auf die Lecköl-Abdichtungen und -Abführungen hin. Mit 17 ist die
Lecköl-Abführbohrung in den Klemmhülsen 3, 3′ den Ringkolben 2 und den
Fixierringen 16 und 19 bezeichnet. Ein beim Undichtwerden einer
O-Ringdichtung austretendes Lecköl fällt bzw. läuft durch die Schwerkraft
über die Lecköl-Abführbohrung 17 in den Auffangbehälter 13. Daran oder in
der Nähe installierte Lichtsensoren (nicht dargestellt) können als Auslöser
für ein elektrisches Alarmsystem dienen.
Aus den Fig. 3 und 4 geht die vorteilhafte Ausbildung der
Klemmhülsen-Oberfläche gemäß der Erfindung hervor.
Um eine unkontrollierte Ölfilmschichtdicke größer/gleich als 0,01 mm auf
der Mantelfläche der Druckstangen 5, z.b. durch unkontrollierte Leckagen
und Versagen des bekannten Dichtungssystems in Form der O-Ringdichtungen 8
zu verhindern, wird bei entsprechender konstruktiver Ausbildung der
Klemmhülsen 3 und 3′ ein Sperrsystem gegen Lecköl entwickelt.
Mit 8 ist die O-Ringdichtung, die gemäß vorbekanntem Stand der Technik in
Kontakt mit dem Ringkolben 2 bzw. den Fixierringen 16 und 19 die Membrane 7
bzw. 7′ an die Klemmhülse 3 und 3′ drückt.
Nach der Erfindung sind jeweils zwei weitere Sätze O-Ringdichtungen 11 und
12 vorgesehen, die in Nuten 20 und 21 am Umfang bzw. den Stirnseiten der
Klemmhülsen 7 und 7′ eingesetzt sind. Dabei sperrt die O-Ringdichtung 12
austretendes Lecköl gegenüber den inneren Schlitzen der Klemmhülse 3 bzw.
3′ ab, da sonst Lecköl über die Klemmschlitze auf die
Klemmhülsen-Oberfläche 23 treten könnte. Die O-Ringdichtung 11 sperrt
dagegen das Lecköl vor unkontrolliertem Eintritt in den inneren
Klemmhülsen-Durchmesserbereich ab. Dringt trotzdem Lecköl in Richtung
Klemmbereich aus, so gelangt es zuerst in die Lecköl-Abführbohrung 17 und
weiter in den zugehörigen Auffangbehälter 13.
Mit Rücksicht auf das durch den hohen Ölhydraulischen Klemmdruck belastete
Klemmsystem ist die axiale Anordnung der Lecköl-Abführbohrungen 17 von
besonders hoher Bedeutung. Da radiale Bohrungen insbesondere in den
Ringkolben 2 aufgrund hoher Kerbspannungsbelastung zum Versagen führen
würden.
Mit Rücksicht auf ein mögliches Versagen der Haupt-O-Ringdichtung 8 sind
stirnseitig an den Klemmhülsen 3 und 3′ und/oder in den gegenüberliegenden
Ringflächen der Ringkolben 2 bzw. in den Fixierringen 16 und 19,
Abflußnuten 22 vorgesehen, die das austretende Lecköl über die parallel zur
Mittelachse der Klemmhülsen 3 und 3′ angeordneten Lecköl-Bohrungen abführt.
Die Bildung eines hydrostatischen Films des Schmieröls oder in den
Klemmbereich eingedrungenen Lecköls beim Klemmvorgang sollen die
Schmieröl-Abführrillen 18 verhindern. Dafür ist auf der Klemmfläche 23 der
Abstand "s" der Schraubenförmig in den Klemmhülsen 3 und 3′ angebrachten
Schmieröl-Abführrillen 18 mit 3,5 mm so klein bemessen, daß der Ölfilm mit
Sicherheit beim Klemmvorgang abgerissen und weggedrückt wird.
Claims (6)
1. Klemmhülsen-Oberflächenstruktur mit Lecköl-Abführung am hydraulischen
Klemmsystem einer hydraulischen Schnellhubpresse beim Formen,
Beschichten und Verpressen von großflächigen Werkstoffteilen zu
Formteilen, mit einem die obere Formhälfte tragendem Preßbär, der mit
einer hydraulischen Schnellaufeinrichtung für den Leerhub und einer
hydraulischen Kurzhubeinrichtung für den Arbeitshub heb- und senkbar
ist, der Preßbär mittels Druckstangen im Querhaupt gleitend geführt
ist, die Druckstangen nach dem Leerhub über je eine hydraulische
Klemmhülsenverriegelung an die Ringkolben von im Querhaupt verankerten
Differentialzylinder fahrtsynchron und kraftschlüssig ankuppelbar sind,
wobei Membranen mittels Hochdrucköl die Klemmhülsen an die
Druckstangen anpressen und die Membranen jeweils von zwei
O-Ringdichtungen gegenüber dem Klemmbereich abgedichtet sind,
gekennzeichnet durch
- a) die Ausbildung der Klemmfläche (23) von an sich bekannten Schmierölrillen (18) mit einem Rillenabstand "s" von ca. 3,5 mm sowie einer Rillenbreite von 1 bis 2 mm bei einer Rillentiefe von ca. 0,5 mm, unabhängig vom Klemmdurchmesser der Klemmhülsen (3, 3′).
- b) die Anordnung von je zwei weiteren Sätzen O-Ringdichtungen (11 und 12) pro Klemmhülse (3, 3′) und
- c) die axiale Anordnung von Lecköl-Bohrungen (17) zwischen den Schlitzen der Klemmhülsen (3, 3′) und fluchtend dazu in den Ringkolben (2) sowie in unteren Fixierringen (16) bis zu Auffangbehältern (13).
2. Klemmhülsen-Oberflächenstruktur mit Lecköl-Abführung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei
O-Ringdichtungen (12) in Ringnuten (20) am Umfang einer Klemmhülse (3,
3′) als Lecköl-Sperre gegenüber den Schlitzen der Klemmhülse (3, 3′)
vorgesehen sind.
3. Klemmhülsen-Oberflächenstruktur mit Lecköl-Abführung nach den
Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß
jeweils zwei O-Ringdichtungen (11) in Ringnuten (21) an den
Stirnseiten einer Klemmhülse (3, 3′) als Lecköl-Sperre zum inneren
Klemmbereich vorgesehen sind.
4. Klemmhülsen-Oberflächenstruktur mit Lecköl-Abführung nach den
Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch die
Anordnung von Lichtsensoren an den Lecköl-Auffangbehältern (13).
5. Klemmhülsen-Oberflächenstruktur mit Lecköl-Abführung nach den
Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch die
Anordnung von Ölabflußnuten (22) an den Stirnseiten der Klemmhülsen
(3, 3′) und/oder in den gegenüberliegenden Ringflächen der Ringkolben
(2) bzw. den Fixierringen (16 und 19).
6. Klemmhülsen-Oberflächenstruktur mit Lecköl-Abführung nach den
Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch den Einsatz
eines Öls mit einer Ölviskosität von kleiner gleich eines normalen
Hydrauliköls mit 0,5×40 Stokes.
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