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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Presse, insbeson-
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dere Stanzpresse, mit wenigstens einem mit Hilfe einer Pressensteuerung
gesteuerten Hauptzylinder zum Antrieb des Stößels und wenigstens einem Paar Dämpfungszylinder,
die zwischen Stößel und Pressenständer auf entgegengesetzten Seiten des Werkzeugs
angeordnet sind und bei denen das aus dem Zylinderraum verdrängte Druckmittel mit
Hilfe einer Steuereinrichtung so gesteuert wird, daß die Dämpfungszylinder zumindest
in der letzten Phase der Arbeitsbewegung des Stößels mit einer Gegenkraft (zur Schnittschla#dämpfung)
auf diesen einwirken. Eine in dieser Art ausgebildete Presse ist aus der DE-OS 29
11 820 bekannt.
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Obwohl bei hydraulischen Pressen hinsichtlich ihrer selbsttätigen
Steuerung und auch in bezug auf Parallelhaltung und Schnittschlagdämpfung in den
letzten Jahren ein hoher technischer Stand erreicht wurde, bestehen in bezug auf
den Unfallschutz noch erhebliche Probleme, die bisher nur sehr unzulänglich oder
gar nicht gelöst werden konnten.
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Schwerwiegende Unfälle können durch das Abfallen des Stößels aus der
oberen Ruhestellung beispielsweise infolge von Undichtigkeiten oder defekter Zylinderdichtungen
entstehen. Auch während der Arbeitsbewegung kann der Stößel abfallen, z.B. infolge
Abreißens der mechanischen Verbindung zwischen Pressenstößel und Arbeitskolben oder
Bruch von Hydraulikleitungen. Solche Defekte gehören. zu den häufigsten Unfallursachen
an hydraulischen Pressen-. Die bislang eingesetzten Schutzmaßnahmen sind völlig
unzureichend. Sie bestehen im wesentlichen darin, die mechanische Verbindung zwischen
Stößel und Arbeitskolben großzügig zu dimensionieren und regelmäßige Kontrollen
bzw.
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Wartungen durchzuführen. Wartungsarbeiten werden aber erfahrungsgemäß
nicht immer mit der nötigen Sorgfalt oder Sachkenntnis und auch gar nicht durchgeführt.
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In den vergangenen Jahren sind disc~ Unfz1iv:ihi'itunq#.vor-
schriften
mehrfach erweitert und verschärft worden. Dies hat zur Entwicklung von elektrischen
und hydraulischen Steuerungssystemen für Pressen geführt, die ein "eigensicheres
Verhalten" haben. Damit ist es gelungen, auf das Steuerungssystem zurückgehende
Unfälle praktisch auszuschließen. Den hochentwickelten Steuerungssystemen steht
allerdings bislang kein adäquates Sicherungssystem gegen mechanische Defekte der
vorerwähnten Art zur Seite.
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Die Erfindung will hier Abhilfe schaffen. Sie zielt darauf ab, eine
hydraulische Presse dahingehend weiterzuentwikkeln und zu verbessern, daß ein hohes
Maß an Sicherheit gegen Unfälle der erwähnten Art gewährleistet ist, und zwar unabhängig
von Wartungs- und Kontrollarbeiten. Zudem strebt die Erfindung eine hydrostatische
Hubbegrenzung an, die zum einen dem Unfallschutz dient und zum anderen zu einer
wesentlichen Verbesserung der Wirtschaftlichkeit beitragen soll.
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Bei einr hydraulischen Presse in der eingangs beschriebenen Art wird
die gestellte Aufgabe durch die Anwendung folgender Merkmale gelöst: a) es sind
Dämpfungszylinder vorgesehen, bei denen die Ausziehlänge der Kolben der maximalen
Hubbewegung des Stößels entspricht und deren gegeneinander beweglichen Teile (Zylinder
und Kolben) einerseits am Pressenständer und andererseits am Stößel befestigt sind,
b) während der Abwärtsbewegung des Stößels sind die Druckmittelräume der Dämpfungszylinder
über Leitungen ständig mit je einem Steuergerät verbunden, welche einen kontrollierten
Abfluß der aus den Druckmittelräumen der Dämpfungszylinder verdrängten Flüssigkeit
in einen Vor-ratsbehälter bewirken, c) während der Aufwärtsbewegung des Stößels
sind die
Druckmittelräume der Dämpfungszylinder über Rückschlagventile
und die Pressensteuerung an die Druckflüssigkeitsquelle angeschlossen, wodurch der
Stößel durch die Kraft der Dämpfungszylinder in einer ersten Phase mit mäßiger Geschwindigkeit
angehoben wird und gleichzeitig eine Testung der Funktionsteile erfolgt, d) verläuft
die Testung fehlerfrei, wird über die Pressensteuerung Druckflüssigkeit in den Hauptzylinder
auf der Rückholseite des Kolbens eingeleite-, wodurch der Stößel in einer zweiten
Phase mit erhöhter Geschwindigkeit bis zur oberen Endlage bewegt wird, e) die Druckmittelräume
der Dämpfungszylinder sind ferner über je eine Leitung mit einem Saugventil direkt
mit dem Vorratsbehälter verbunden, wobei die Saugventile so gesteuert und ausgebildet
sind, daß sie in der zweiten Phase der Aufwärtsbewegung geöffnet sind und bei Stillstand
der Kolben der Dämpfungszylinder selbsttätig ihre Schließstellung einnehmen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält das Steuergerät
einen federbelasteten Kolben in einem Zylinder (Cartridgekolben) und ein Magnetventil
mit einer Ruhestellung und zwei Arbeitsstellungen, wobei die Druckseite des Zylinders
an den Dämpfungszylinder, die Abflußseite des Zylinders an den Vorratsbehälter und
die Steuerseite des Zylinders an das Magentventil angeschlossen sind und das Magentventil
- in der Ruhestellung eine von der Pressensteuerung kommende Druckmittelzufuhrleitung
mit der Steuerseite des Zylinders und eine an das Saugventil angeschlossene Verbindungsleitung
mit dem Vorratsbehälter verbindet, - in der ersten Arbeitsstellung die von der Pressensteuerung
kommende
Leitung mit der Verbindungsleitung zum Saugventil und die Steuerseite des Zylinders
mit dem Vorratsbehälter verbindet und - in der zweiten Arbeitsstellung die Steuerseite
des Zylinders und die Verbindungsleitung zum Saugventil mit dem Vorratsbehälter
verbindet.
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Die nach der Erfindung vorgesehene Anwendung von Dämpfun> zylindern,
deren gegeneinander beweglichen Teile (Zylinder und Kolben) mit Pressenständer und
Stößel fest verbunden sind, hat zunächst den Vorteil der Wirksamkeit der Dämpfungszylinder
an jedem beliebigen Punkt der Hubbewegung des Stößels. Hierdurch wird beispielsweise
eine Arbeitsfolge "Stanzen-Ziehen-Stanzen" möglich, was bei den bekannten Anordnungen
nicht zu verwirklichen ist, weil die Dämpfung des Schnittschlages nur am Ende eines
Arbeits hubes wirksam ist.
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Die ständig auf den Stößel einwirkenden Dämpfungszylinder setzen der
Abwärtsbewegung des Stößels aufgrund der nach der Erfindung vorgesehenen Steuergeräte
immer einen genau definierten Widerstand entgegen. Dies hat den wesentlichen Vorteil,
däß der Stößel nur kontrolliert abwärtsfahren aber nicht fallen kann. Diese Arbeitsweise
der Dämpfungszylinder, die durch die Steuergeräte bewirkt wird, kann als latent
vorhandene Bremse bezeichnet-werden, die die Arbeitsbtwegung des Stößels nicht behindert.
Die nach der Erfindung vorgesehenen St#euergeräte sind in der Lage, die Bewegung
der Kolben der als Bremse dienenden Dämpfungszylinder in einer Zeit von höchstens
17 ms zu stoppen. Beim Abstoppen von Eilgangbewegungen sind hierdurch Bremswege
von wenigen Millimetern möglich. Ferner sind beim Abstoppen von Lastgeschwindigkeiten
Abschaltgenauigkeiten mit einem Streubereich von weniger als 1/10 mm erreichbar.
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Damit weist die hydrostatische Hubbegrenzung eine Genauigkeit auf,
wie sie bisher nur mit mechanischen Anschlä-
gen erzielt werden
konnte.
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Die nach der Erfindung ferner vorgesehene Heranziehung der Dämpfungszylinder
zum Anheben des Stößels in einer ersten Phase der Aufwärtsbewegung dient zur Testung
der Funktionsteile, die sich bei jeder Aufwärtsbewegung des Stößels wiederholt,
so daß eine selbsttätige Überwachung -bei jedem Arbeitszyklus gegeben ist. Der weiteren
Überwachung des Steuersystems dienen Druckschalte#r, die bei Unterschreitung eines
vorgegebenen Druckes eine AbOchaltung der Pressensteuerung bewirken.
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Nach einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung sind die
Saugventile jeweils im Boden der Dämpfungszylinder angeordnet, d.h. sie befinden.
sich in unmittelbarer Nähe der Druckmittelräume, wodurch zu Störungen neigende Leitungsverbindungen
vermieden werden.
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Vorteilhafterweise sind die Saugventile so ausgestaltet, daß sie einen
durch die Kraft einer Feder im Schließsinne belasteten Absperrkörper (Saugkegel)
aufweisen und daß ein das Öffnen des Absperrkörpers bewirkender federbelasteter
Kolben vorgesehen ist, dessen Druckmittelraum über eine Verbindungsleitung an das
Magnetventil angeschlossen ist, welches den Druckmittelraum in der Ruhestellung
und zweiten Arbeitsstellung des Magnetventils mit dem Vorratsbehälter und in der
ersten Arbeitsstellung mit der Druckmittelzufuhrleitung der Pressensteuerung verbindet.
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Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Zeichnung erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht ist.
Es zeigt: Figur 1 eine hydraulisch angetriebene Stanzpresse in schematischer Darstellung
mit einem #lockschaltbild der Steuerkreise und
Figur 2 einen Axialschnitt
eines Dämpfungszylinders mit einem integrierten Saugventil.
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In einem Pressenständer 1 ist ein Stößel 2 an nicht dargestellten
Gleitführungen auf- und abbewegbar geführt und mit dem Kolben.3 eines Hauptzylinders
4 fest verbunden, der den Antrieb des Stößels 2 bewirkt. Zum Pressenständer 1 gehört
ein Pressentisch 5, auf dem das Unterwerkzeug 6 gelagert ist.
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Zwischen dem Stößel 2 und dem Pressentisch 5 sind wenigstens zwei
Dämpfungszylinder 7, 8 zu beiden Seiten des Werkzeugs angeordnet, deren-ausfahrbare
Kolben 9, 10 am freien Ende der zugehörigen Kolbenstangen mit dem Stößel 2 durch
Befestigungsmittel wie Schrauben verbunden sind.
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Bei jedem Dämpfungszylinder ist am Boden desselben ein an den Druckraum
angeschlossenes Saugventil 11, 12 angeordnet, dessen Ausgestaltung in Verbindung
mit Fig. 2 nachstehend noch erläutert wird.
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Die Dämpfungszylinder 7, 8 erzeugen in an sich bekannter Weise im
Moment des Schnittbruches eine Gegenkraft und dienen zum schwingungsfreien Abbau
der freiwerdenden Federenergie, um dadurch den Schnittschlaglärm zu verhindern;
Diese Funktion der Dämpfungszylinder wird durch eine Steuereinrichtung 13 bewirkt,
die an die Dämpfungszylinder 7, 8 über Leitungen 14, 15 angeschlossen ist.
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Zugleich bewirkt die Steuereinrichtung 13 während der Abwartbewc#unq
des Stõße]s die Einhaltung gleicher Drücke in den Druckräumen der Dämpfungszylinder
7, 8 und damit eine genaue Parallelführung des Stößels 2 während der gesamten Abwärtsbewegung.
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Die Steuereinrichtung zur Schnittschladämpfung und Parallelführung
des Stößels ist in der DE-O;i 29 11 820 beschrieben. Während bei der dort beschriebenen
Presse die
Dämpfungszylinder erst in der letzten Phase der Abwärtsbewegung
des Stößels auf den Stößel einwirken, bietet die nach der Erfindung vorgesehene
Verlängerung der Dämpfungszylinder und die Verbindung der Kolben mit dem Stößel
die Möglichkeit, die Parallelführung auf die gesamte Abwärtsbewegung des Stößels
auszudehnen und die Schnittschlagdämpfung zusätzlich zur Endphase auch an anderer
Stelle der Abwärtsbewegung wirksam werden zu lassen, was beispielsweise für eine
Arbeitsfolge "Stanzen-Ziehen-Stahzen" wichtig ist.
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Die gesamte Steuerung der Presse ist in einer Pressensteuerung 16
vereinigt. Der Druckmittelversorgung dient eine Druckmittelquelle, die im wesentlichen
aus einer von einem Motor 17 angetriebenen Druckmittelpumpe 18 besteht.
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Es können auch zwei Druckmittelpumpen mit unterschiedlichen Leistungen
vorgesehen sein, die wechselweise während der Abwärtsbewegung, d.h. während des
Arbeitshubes, und während der Rückholbewegung eingesetzt werden.
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Von der Pressensteuerung 16 führt eine Leitung 19 zum Druckmittelraum
des Hauptzylinders 4 für die Arbeitsbewegung des Kolbens 3 und eine Leitung 20 zum
Druckmittel-~raum für die schnellere Rückholbewegung des Kolbens 3.
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Zur Ausführung der Rückholbewegung des Stößels 2 können ebensogut
spezielle Rückholzylinder zur Anwendungkommen.
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Für die dem Unfallschutz und der Hubbegrenzung dienende Steuerung
der Dämpfungszylinder 7, 8 sind zwei voneinander unabhängige Steuerkreise vorgesehen.
Diese Steuerkreise sind untereinander gleich und haben auch die gleiche Funktionsweise.
Für die nachfolgerde Beschreibung wird daher nur auf einen der beiden Steuerkreise
Bezug genommen.
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Wesentlicher Bestandteil eines solchen Steuerkreises ist
ein
Steuergerät 21, welches einen federbelasteten Steuerkolben 22 (Cartridgekolben)
in einem Zylinder 23 und ein Magnetventil 24 aufweist. Die Druckseite des Zylinders
23 ist über eine Verbindungsleitung 27 und die Leitung 14 mit dem Druckraum des
Dämpfungszylinders 7 verbunden. An die Leitung 14 ist ferner die Pressensteuerung
16 über eine Leitung 25 mit einem Rückschlagventil 26 angeschlossen.
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Die Abflußseite des Zylinders 23 ist über eine Leitung 28 mit dem
Vorratsbehälter verbunden. Die Steuerseite des Zylinders 23 ist an das Magnetventil
24 angeschlossen, welches über eine Druckmittelzufuhrleitung 29 mit einem Rückschlagventil
30 mit der Pressensteuerung 16 in Verbindung steht.
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Ein weiterer Ausgang des Magnetventils 24 ist über eine Leitung 34
an das Saugventil 11 angeschlossen. Von der Pressensteuerung 16 führt außer den
vorerwähnten Leitung gen einet Lsel tuntg 31 zur .steuereinrichtung 13, die jedoch
auf die Arbeitsweise der Steuergeräte 21 keinen Einfluß hat. Ebensogut können die
Steuergeräte 21 bei einer anderen Einrichtung zur Schnittschlagdämpfung angewendet
werden.
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An die Leitung 25 ist in der Nähe der Pressensteuerung 16 ein Druckschalter
32 angeschlossen. Ein weiterer Druckschalter 33 ist am Steuergerät 21 angeschlossen.
Diese Druckschalter sind auf vorgegebene Druckwerte eingestellt und bewirken bei
Unterschreitung dieses Wertes eine Abschaltung der Pressensteuerung 16.
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Bei der Arbeitsweise der Presse sind im wesentlichen vier unterschiedliche
Steuervorgänge zu unterscheiden: - Abwärtsbewegung des Stößels 2, erste Phase -
Abwärtsbewegung des Stößels 2, zweite Phase - Aufwärtsbewegung des Stößels 2, erste
Phase - Aufwärtsbewegung des Stößels 2, zweite Phase (Eilgang).
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Die Abwärtsbewegung wird durch den Kolben 3 des Hauptzy linders 4
hervorgerufen. Während der Abwärtsbewegung verdrängen die Kolben 9, 10 Druckmittel
aus den Druckmittelräumen, welches über die Leitungen 14, 15 zu den Steuergeräten
21 und von dort in den Vorratsbehälter fließt.
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Das Magnetventil 24 ist zu Beginn der Abwärtsbewegung aus der in der
Zeichnung dargestellten Ruhestellung in die erste Arbeitsstellung umgesteuert worden.
In dieser Stellung des Magnetventils 24 steht der Kolben 22 nur unter der Einwirkung
der verhältnismäßig schwachen Kraft der Schließfeder. Durch die Einwirkung des abströmenden
Druckmittels geht der Kolben 22 in die Offenstellung.
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Die Saugventile 11, 12 sind während der Abwärtsbewegung des Stößels
2 geringfügig geöffnet, weil das ausströmende Druckmittel den Saugkegel in der Schließstellung
zu halten versucht. Diese geringe Öffnung trägt dazu bei, daß das Druckmittel zusätzlich
zur Leitung 14 schnell aus dem Druckmittelraum des Dämpfungszylinders 7 abfließen
kann.
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Vor Beginn des eigentlichen Stanzvorganges wird das Magnetventil,
z.B. mit Hilfe eines Endschalters, in die zweite Arbeitsstellung umgesteuert. Dies
ist der Beginn der zweiten Phase der Abwärtsbewegung des Stößels 2. Durch die Umsteuerung
des Magnetventils 24 wird die Druckmittelzufuhr zum Saugventil 11 über die Leitung
34 unterbrochen.
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Das Saugventil 11 nimmt die Schließstellung ein, und während der weiteren
Abwärtsbewegung des Stößels 2 kann das Druckmittel aus dem Zylinder 7 nur noch über
die Leitung 14 und den Zylinder 23 zum Vorratsbehälter fließen. Bei der Endabschaltung
braucht dann nur noch mit Hilfe des Magnetventils 24 der Steuerkolben 22 betätigt
zu werden, womit infolge der kurzen Schließzeit eine sehr genaue Begrenzung der
-Stößelbewegung erreichbar ist.
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Bei Erreichen der unteren Endlage des Stößels (Beendigung eines Preß-
oder Stanzvorganges) unterbricht die Pressen-
steuerung 1-6 die
Druckmittelzufuhr zum Hauptzylinder 4, wobei gleichzeitig die Magnetventile 24 abgeschaltet
werden, d.h. wieder ihre Ruhestellung einnehmen.
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Wird über die Pressensteuerung 16 die Aufwärtsbewegung des Stößels
2 eingeleitet, gelangt das Druckmittel über die Rückschlagventile 26 in die Druckmittelräume
der Dämpfungszylinde#r 7, 8. Wenn die Funktionsteile fehlerfrei sind, bewegt sich
der Stößel 2 unter der. Krafteinwirkung der Kolben 9, 10 der Dämpfungszylinder 7,
8 in einer ersten Phase mit mäßiger Geschwindigkeit aufwärts.
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Mögliche Defekte können sein ein nicht geschlossenes Saugventil 11
oder 12., nicht geschlossene Steuerkolben-22 oder Undichtigkeiten an den Kolben
9, 10. Liegt nur einer dieser Fehler vor, so fließt das Druckmittel über das fehlerhafte
Funktionsteil drucklos ab. Da kein Druckmittel in die Zylinder 7, 8 der Dämpfungszylinder
nachströmt, verharrt der Stößel 2 in der jeweiligen Stellung, d.h. in einer ungefährlichen
Position. Auf diese Weise wird die Steuerung bei jedem Arbeitszyklus der Presse
auf mögliche Fehler getestet.
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Zugleich wird bei Beginn einer Aufwärtsbewegung über den Druckschalter
32 festgestellt, ob der für die Aufwärtsbewegung des Stößels 2 erforderliche Minimaldruck
in der Leitung 25 erreicht worden ist. Erst danach wird die weitere Rückzugsbewegung
des Stößels freigegeben.
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Sofern die vorstehend beschriebene Testung positiv verlaufen ist,
gelangt nun über die Pressensteuerung 16 Druckmittel über die Leitung 20 in den
Hauptzylinder 4, womit in der nun folgenden zweiten Phase eine schnelle Aufwärtsbewegung
des Stößels 2 verbunden ist. Dabei saugen die Kolben 9, 10 über die Saugventile
11, 12 Druckmittel aus dem Vorratsbehälter nach. Hierdurch ist sichergestellt,
daß
die Ddntpfungszylinder 7, 8 bei Frrs hen der oberen Endlage des Stößels 2 und auch
in allen Zwischenstellungen ihre Haltefunktion sofort erfüllen können, wenn. dies
infolge einer plötzlichen Störung notwendig sein sollte.
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Die Öffnung der Saugventile geschieht hierbei selbsttätig.
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Für die Steuerung der Dämpfungszylinder 7, 8 sind zwei voneinander
unabhängige Steuerkreise vorhanden; bei Versagen eines Kreises ist der zweite in
der Lage, ein fehlerhaftes Abfallen des Stöß-els zu verhindern. Ffhler werden, wie
bereits erwähnt, selbsttätig erfaßt, so daß bei Auftreten eines Fehlers die Presse
automatisch stillgesetzt wird. Die Steuerung erfüllt auch die ge]tenden Unfallverhütungsvorschriften,
wonach für alle zur Sicherheit an Pressen wichtigen Funktionsteile eine aktive Überwachung
bei jedem Arbeitszyklus gefordert wird.
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Die Anordnung#und Ausgestaltung eines Saugventils ist in Fig. 2 veranschaulicht.
Die Zeichnung zeigt im oberen Teil einen Dämpfungszylinder 35 mit einem Kolben 36.
In der Nähe des Bodens befindet sich eine Öffnung 37 für den Anschluß einer Leitung
14 bzw. 15 nach Fig. 1. Den unteren Abschluß des Zylinders 35 bildet ein Ringflansch
38, an dem ein entsprechender Flansch 39 eines im wesentlichen topfförmigen Gehäuses
40 befestigt ist. Der von dem Gehäuse 40 umschlossene Innenraum steht über großflächige
Bohrungen 41 im Boden des Zylinders 35 mit dessen Innenraum in Verbindung. An einem
zylindrischen Ansatz 42 des Bodens ist ein Saugkegel 43 axial verschiebbar geführt,
der in der Schließstellung an einer Gehäusesitzfläche 44 des Gehäuses 40 anliegt.
Der Saugkegel 43 steht ständig unter der Krafteinwirkung einer Schließfeder 45.
Während des Saugvorganges, d.h. wenn der Kolben 36 durch den Stößel 2 aus dem Zylinder
35 herausgezogen wird, öffnet sich der Saugkegel 43 selbsttätig, so daß über die
Einlaßkanäle 46, an die eine vom Vorratsbehälter ausgehende
Leitung
51 angeschlossen wird (siehe Fig. 1), Druckmittel in der erforderlichen Menge angesaugt
werden kann.
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Im Gehäuse 40 ist ferner ein federbelasteter Betätigungskolben 47
vorgesehen, der in der Ruhestellung die in der Zeichnung dargestellte Lage einnimmt,
in der die Stirnfläche der Kolbenstange 48 den Saugkegel 43 nicht berührt.
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Zum Druckraum 49 des Kolbens 47 führt eine Anschlußbohrung 50, an
die die Leitung 34 nach Fig. 1 angeschlossen wird.
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Während der Abwärtsbewegung des Stößels 2 gelangt über die Leitung
34 Druckmittel in den Druckraum 49, wodurch der Kolben 47 gegen den Saugkegel 43
gedrückt wird und diesen geringfügig im Öffnungssinne bewegt, so daß das aus dem
Dämpfungszylinder verdrängte Druckmittel außer über die Leitung 14 auch über das
geöffnete Saugventil in den Vorratsbehälter abströmen kann.
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