DE4410004C2 - Vorrichtung zum Pressen oder hydraulische Hubeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Pressen und Formen von Werkstücken oder eine hydraulische Hubeinrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten hydraulischen Presse (DE 29 47 021 B2) treibt ein elektrischer Antriebsmotor über einen Riementrieb eine mit einer Schwungmasse versehene Welle, die einen Exzenter aufweist. Dieser bewegt über ein Pleuel, ein Gelenk und eine Kolbenstange den Pumpkolben zentrisch in der Bohrung des Preßkolbens hin und her. Bei der Aufwärtsbewegung verdrängt der Pumpkolben Hydrauliköl, wodurch eine Abwärtsbewegung des Preßkolbens mit dem Pressenstößel und dem Werkzeug bewirkt wird. Allerdings erfordert die Antriebsanordnung für den Pumpkolben durch den Einsatz einer Schwungmasse, eines Riementriebs, eines Exzenters sowie eines Pleuels die Herstellung und Montage einer beträchtlichen Anzahl von Konstruktionskomponenten, was nachteilig den Aufwand und den baulichen Platzbedarf erhöht und die technische Zuverlässigkeit vermindert.

Bei einer tragbaren Presse zur Herstellung von Preßverbindungen (DE 37 19 442 A1) steht der das Gewinde aufweisende Teil einer Kugelspindel in Eingriff mit einer drehbar, aber axial unverschiebbar im Gehäuse der Presse gelageten Spindelmutter. Diese ist stirnseitig mit einem zusätzlichen Zahnrad fest verbunden, mit dem ein von dem externen Elektromotor über eine biegsame Welle angetriebenes Ritzel in Eingriff steht.

Bei einer bekannten hydraulischen Presse (DE 28 35 896 B2) wird ein Pumpenantrieb und ein Elektromotor verwendet, dessen Läufer über einen Riementrieb mit einem Schwungrad verbunden ist. Das Schwungrad ist über eine Reibscheibenkupplung mit einer Gewindespindel koppelbar, mit deren Außengewinde das Innengewinde des Pumpenkolbens in Eingriff steht. Auch hier ist die offenbarte Energie-Übertragungskette Elektromotorenläufer - Riementrieb - Schwungrad - Reibscheibenkupplung - Gewindespindel - Pumpenkolben relativ lang und aufwendig.

Bei einer bekannten Vorrichtung der gattungsgemäßen Art (deutsche Patentschrift 1 17 037) mit elektrisch betriebener Presse wird ein Schwungrad mit einem Elektromotor angetrieben. Dabei wird das Problem angegangen, den Elektromotor im Augenblick des Stoppens, wenn der Preßstempel auf den Preßkörper auftrifft, zu entlasten. Dazu wird vorgeschlagen, lediglich ein zwischengeschaltetes Schwungrad zu beschleunigen, das die eigentiche Preßarbeit vornimmt. Der Läufer des Elektromotors ist bei dieser bekannten Vorrichtung achsgleich in eine Spindel mit Außengewinde verlängert. Die Spindelmutter selbst ist mit einem zusätzlichen, hülsenartigen Kolben realisiert, soweit es sich aus der Offenbarung der bekannten Fundstelle entnehmen läßt.

Um demgegenüber eine noch kompaktere, platzsparendere Konstruktion mit wenigen Bauteilen zu erreichen, wird bei einer Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen erfindunsgemäß vorgeschlagen, daß der Elektromotor mit einem Hohlläufer versehen ist, der ein als Spindelmutter dienendes Innengewinde aufweist, in das ein Außengewindeabschnitt des Kolbens kleineren Durchmessers eingreift. Erfindungsgemäß ist also der Kolben kleineren Durchmessers an seinem Ende außerhalb des Gefäßes um einen spindelartigen Abschnitt mit Außengewinde erweitert. Die damit in Eingriff stehende Spindelmutter wird mit einem Hohlläufer realisiert. Entweder umfaßt der Hohlläufer eine Mutterhülse mit Innengewinde oder weist an seinem eigenen Innenumfang das Gewinde auf.

Zu besonderen Ausführungsarten vergl. die Unteransprüche.

Der Preß- bzw. Arbeitskolben größeren Durchmessers wird vom Druckmedium mit großer Kraft, jedoch kleinem Weg verstellt. Damit bei gleichbleibender Kraft auch der Weg bzw. der Hub für den Arbeitskolben erhöht werden kann, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Verwendung der oben erläuterten Vorrichtung bei einer hydraulischen Presse vorgeschlagen, bei der die Leerwege bzw. der Annäherungshub in an sich bekannter Weise duch einen Kniehebeltrieb ausgeführt werden. Vorrichtungen, bei denen die Druckplatte oder der Pressenstößel zunächst mittels Kniehebel bewegt werden, sind beispielsweise aus US-PS 41 67 435, DE-OS 35 31 526 A1 und DE 26 06 737 A1 bekannt.

Die Einsatzweise des Kniehebeltriebs kann im Rahmen der Erfindung wie folgt sein: Der eine der beiden, durch ein Gelenk (Knie) miteinander verbundenen Hebel ist an seinem dem Kniegelenk abgewandten Ende mit dem Gefäß gelenkig verbunden; der andere Hebel ist mit seinem dem gemeinsamen Kniegelenk abgewandten Ende mit dem Vorrichtungs-Chassis oder einem (Maschinen-)Fundament gelenkig verbunden. Am mittleren Kniegelenk ist zu dessen Verstellung ein zweiter bzw. weiterer Elektromotor über einen zweiten bzw. weiteren Rotations/Translations-Umsetzer in Eingriff gebracht. Gleichzeitig ist der zweite bzw. weitere Elektromotor am Chassis oder Fundament ortsfest fixiert, während der erste, dem Kolben kleineren Durchmessers zugeordnete Elektromotor am Gefäß abgestützt bzw. daran mit seinem Statorgehäuse starr angebracht ist. Durch die Länge der beiden einarmigen Hebel des Kniegelenks läßt sich die Gesamt-Hublänge für den größeren (Arbeits-)Kolben bestimmen bzw. einstellen.

Zur weiteren Erhöhung der Stabilität, Standfestigkeit und damit Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit ist eine weitere Ausbildung der Erfindung vorteilhaft, nach der das Gefäß mit einem oder mehreren Linearführungen in Eingriff steht, die entsprechend dem (ausgestrecktem) Kniehebel verlaufen, insbesondere mit diesem parallel und/oder fluchtend korrespondieren (Fig. 3).

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die genannte Vorrichtung auf Spritzguß-/Blas-Formwerkzeuge oder auf Aluminium-Druck­ guß anzuwenden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen jeweils schematisch in

Fig. 1 eine Seitenansicht teilweise im Axialschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels mit gestrichelt angedeute­ ten Variationen, und

Fig. 3 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles.

Gemäß Fig. 1 ist ein dicht ausgeführtes Gefäß 1 mit einem Druckmedium 2, zum Beispiel Hydrauliköl, gefüllt. Das Gefäß 1 besitzt zwei Öffnungen beispielsweise hohlzylindrischer Grundform, die unterschiedliche Durchmesser oder Breiten aufweisen. In der ersten größeren Öffnung ist ein (größerer) Arbeitskolben 3 mit größerer Querschnittsfläche so geführt, daß er seine zugeordnete Öffnung gegenüber dem Druckmedium 2 abdichtet. Ebenso verhindert der zweite (kleinere) Treib- oder Steuerkolben 4 mit kleinerer Querschnittsfläche, daß das Druckmedium 2 durch seine zugeordnete Öffnung aus dem Gefäß 1 austreten kann.

Der Steuerkolben 4 ist in seinem Bereich, der nicht in das Medium 2 hineintaucht, sondern aus dem Gefäß 1 heraus­ ragt, zumindest teilweise mit einem Außengewinde 5 verse­ hen, das sich im gezeichneten Beispiel bis zum freien Ende 6 des Steuerkolbens 4 erstreckt. Aufgrund dieses Außenge­ windes 5 kann der Steuerkolben 4 in diesem Gewinde-Ab­ schnitt Spindelfunktionen ausfüllen: Mit seinem Außenge­ winde 5 kämmt das Innengewinde einer Spindelmutter 7, wel­ che den Steuerkolben 4 hülsenartig umgibt. Die Spindelmut­ ter 7 ist auf ihrem Außenumfang beispielsweise durch Auf­ schrumpfen von einem Hohlläufer 8 eines Elektromotors M um­ faßt. Der Ständer 9 des Elektromotors M umgibt den Hohlläu­ fer 8 mit einem Luftspalt 10 dazwischen. Der Elektromotor M ist über sein Ständergehäuse 11, das den Ständer 9 unmit­ telbar umfaßt, mit einem Fundament 12 und/oder dem Gefäß 1 durch ein oder mehrere Verbindungsstreben 13 starr verbun­ den bzw. dagegen ortsfest abgestützt. Der Steuerkolben 4 ist gegen Verdrehung relativ zum Gefäß 1 auf seinem Außen­ mantel durch achsparallel verlaufende Nuten 27 gesichert, in die komplementäre (nicht gezeichnete) Rippen, Wellen oder Riffel der Innenwandung der Gefäß-Öffnung kleineren Durchmessers formschlüssig eingerückt sind. Infolgedessen führt eine Rotation des Hohlläufers, der im Elektromotor M axial unverschieblich angeordnet ist (zeichnerisch angedeutet), zu einer auf den Steuerkolben 5 wirkenden Axialkraft A, die diesen in das Triebmedium 2 mit dem Hub h1 eintauchen läßt. Letzterer entspricht dem Verschiebeweg, um den sich der Steuerkolben 4 innerhalb der Hohlläufer- Spindelmutter 7 entlanggeschraubt hat. Bei umgekehrter Drehrichtung des Elektromotors M kann der Steuerkolben 4 wieder aus dem Gefäß 1 unter Verringerung des Hubes h1 ent­ fernt werden.

Mit dem Eintauchen des Steuerkolbens 4 in das Gefäß 1 wird das Medium 2 entsprechend der Kolben-Querschnittsflä­ che verdrängt. Wie an sich beim Prinzip der hydraulischen Presse bekannt, setzt sich diese Verdrängung in Druck durch das Triebmedium auf den Arbeitskolben 3 fort, wodurch die­ sem eine Bewegungskraft B erteilt wird. Die Bewegungskraft B des Arbeitskolbens 3 beträgt ein Vielfaches der dem Steu­ erkolben 4 eingeprägten Bewegungskraft A, entsprechend dem Verhältnis bzw. Quotienten aus der größeren Querschnitts­ fläche des Arbeitskolbens 3 und der kleineren Querschnitts­ fläche des Steuerkolbens 4.

Gemäß Fig. 2 kann der Arbeitskolben 3 größerer Quer­ schnittsfläche als Schließplatte für eine Spritzform 14 ei­ ner schematisch-grob angedeuteten Spritzgußanlage 15 die­ nen. Der mit der Außenseite des Gefäßes 1 starr bzw. orts­ fest verbundene Elektromotor M1 dient dabei dazu, entweder über das Druckmedium 2 den Hochdruck zum Schließen des Formwerkzeuges 14 oder die Aufreißkraft zum Öffnen dessel­ ben zu erzeugen. Bei der Anordnung nach Fig. 1 kann dies analog mit dem Hohlläufer-Elektromotor M erfolgen.

Gemäß Fig. 2 ist dem ersten Elektromotor M1, der über eine Verbindungsstrebe 13 an der Außenwand des Gefäßes 1 fixiert ist, ein Rotations/Translations-Umsetzer 16, realisiert als Schraub-Spindeltrieb wie in Fig. 1, nachgeordnet.

Wie auch aus Fig. 1 hervorgeht, ist allerdings der Hub h2 für den Arbeitskolben 3 entsprechend verkleinert. Dieser Nachteil läßt sich durch die Ausbildung gemäß Fig. 2 besei­ tigen: Das Gefäß 1 ist mit dem Fundament 12 über einen oder mehrere Kniehebel 19 verbunden. Dieser besteht aus zwei oberen bzw. unteren Hebelarmen 20o, 20u, die über ein ge­ meinsames, mittleres Kniegelenk 21 aneinandergereiht sind. An ihrem dem Kniegelenk jeweils abgewandten Ende weisen die oberen bzw. unteren Hebelarme 20o, 20u weitere Gelenke 22o, 22u auf, welche die bewegliche Ankupplung des oberen Hebel­ arms 20o an das Gefäß 1 und des unteren Hebelarms 20u an das Fundament 12 realisieren. Ein gegen das Fundament 12 fest abgestützter, zweiter Elektromotor M2 ist an seiner Ausgangswelle (nicht gezeichnet) mit zwei Bewegungsumset­ zern 16 gekoppelt (schematisch angedeutet), die jeweils an einem Kniegelenk 21 eines Kniehebels 19 angreifen. Bei ent­ sprechender Betätigung des Elektromotors M2 wird über einen oder mehrere Umsetzer 16 dem jeweils angekuppelten Kniege­ lenk 21 eine gemäße Zeichnung horizontale Linearverschiebung 23 erteilt. Da der obere und untere Hebelarm 20o, 20u am Gefäß 1 bzw. Fundament 12 jeweils unverschiebbar angelenkt ist, führen die oberen und unteren Hebelarme 20o, 20u bei Linearverschiebung 23 des Kniegelenkes 21 damit korrespon­ dierende Schwenkbewegungen 24o, 24u aus. Dadurch wird bei der gestreckten Stellung der Kniehebel 19 gemäß Fig. 2 das Gefäß 1 einem Verstellweg 25 unterworfen, der senkrecht zur Linearverschiebung 23 des Kniegelenks 21 gerichtet ist. Je nach Umfang der Linearverschiebung 23 läßt sich der Ver­ stellweg 25 des Gefäßes 1 nebst darin aufgenommenem Ar­ beitskolben 3 bis etwa in die Nähe der unteren Gelenke 22u der unteren Hebelarme 20u verstellen. Mit dem Elektromotor M2 läßt sich also bei gutem Wirkungsgrad ein außerordent­ lich langer Verstellweg für den Arbeitskolben 3 erzeugen.

Bei Verwendung von zwei Kniehebeln 19 kann die Linearver­ schiebung 23 für die Kniegelenke entweder durch einen ein­ zigen Elektromotor M2, der über einen oder mehrere Umsetzer 16 an je einem der beiden Kniegelenke 21 angreift oder alternativ durch zwei gesonderte Elektromotoren M21, M22 bewirkt werden, die je einem der beiden Kniegelenke 21 se­ parat zugeordnet sind. Die letztere Alternative ist gestri­ chelt angedeutet.

Eine weitere alternative Ausführung besteht gemäß Fig. 3 darin, einen einzigen Kniehebel 19 und eine dazu parallel verlaufende Führungsschiene 26 zu verwenden, die sich vom Gefäß 1 zum Fundament 12 erstreckt. Damit wird der Vorteil einer besonders guten Seitenführung und -stabilisierung er­ reicht.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Pressen und Formen von Werkstücken in Formwerkzeugen (14) oder hydraulische Hubeinrichtung, mit einem ein Druckmedium (2) enthaltenden Gefäß (1) mit wenigstens zwei Öffnungen unterschiedlichen Durchmessers oder Querschnitts, in denen je ein Kolben (3, 4) entsprechenden Durchmessers oder Querschnitts hin- und herbewegbar (h1, h2) zum Verdrängen des Triebmediums (2) geführt sind, wobei die Drehbewegung (R) eines relativ zum beweglichen Kolben (4) kleineren Durchmessers fest abgestützten Elektromotors (M, M1) über einen Schraub-Spindeltrieb (5, 7) in eine lineare Bewegung (h1) des gegen Verdrehung gesicherten Kolbens (4) kleineren Durchmessers umesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (M, M1) mit einem Hohlläufer (8) versehen ist, der ein als Spindelmutter (7) dienendes Innengewinde aufweist, in das ein Außengewindeabschnitt (5) des Kolbens (4) kleineren Durchmessers eingreift.

2. Vorrichtung ncah Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehsicherung mit axial verlaufenden Vertiefungen (27) und/oder Erhöhungen im Außenmantel des kleineren Kolbens (4) versehen ist, die mit komplementären Erhöhungen beziehungsweise Vertiefungen in der Innenwandung der zugeordneten Öffnung in Eingriff stehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (M, M1) am Gefäß (1) abgestützt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) größeren Durchmessers mit einem Spritzguß- oder Blasformwerkzeug (14) und/oder einer Druckgußeinrichtung in Verbindung steht.

5. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche bei einer hydraulischen Presse, bei der die Leerhübe in an sich bekannter Weise durch wenigstens einen Kniehebeltrieb (19) ausgeführt werden.