DE4218952B4

DE4218952B4 - Hydraulischer Antrieb für eine Presse, insbesondere für eine Blechformpresse

Info

Publication number: DE4218952B4
Application number: DE4218952A
Authority: DE
Inventors: Rolf Kordak; Thassilo Maxeiner
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1992-06-10
Filing date: 1992-06-10
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2012-06-11
Also published as: DE4218952A1

Abstract

Hydraulischer Antrieb für eine Presse, insbesondere für eine Blechformpresse, mit einem Zylinder (12) mit einem Preßkolben (13), der eine Preßzylinderkammer (15) und eine Rückhubzylinderkammer (14) voneinander trennt und von dem ein Pressenstößel (10) abwärts in einem Vorlauf und einem Arbeitsspiel und aufwärts in einem Rückhub bewegbar ist, mit einem Ölsammelbehälter (35) und mit einer ersten, volumenstromumkehrbaren Hydromaschine (29), die mit einem ersten Ausgang (28) an die Rückhubzylinderkammer (14) angeschlossen ist, und mit einer zweiten Hydromaschine (45), von der während des Arbeitsspiels Öl aus dem Ölsammelbehälter (35) in die Preßzylinderkammer (15) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hydromaschine (29) mit ihrem zweiten Ausgang (30) an einen Hydrospeicher (32) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem hydraulischen Antrieb für eine Presse, insbesondere für ein Blechformpresse, der die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweist.
Pressen, mit denen Bleche oder Kunststoffteile verformt werden sollen, besitzen überlicherweise einen Pressenstößel, der im Betrieb auf und ab bewegt wird und das Oberwerkzeug trägt, und einen Pressentisch mit dem Unterwerkzeug. Insbesondere zu sog. Ziehpressen kann auch ein Gegenhalter gehören, der nach dem Aufsetzen des Oberwerkzeugs auf das Werkstück mit dem Pressenstößel verfahren wird. Während seiner Abwärtsbewegung legt der Pressenstößel in einem Vorlauf zunächst einen bestimmten Weg zurück, in dem er weder das Werkstück noch den Pressentisch oder den Gegenhalter berührt. Erst in dem auf den Vorlauf folgenden Arbeitsspiel wird das Werkstück verformt. Im Vorlauf kann die Geschwindigkeit des Pressenstößels höher sein als im Arbeitsspiel.

Ein hydraulischer Antrieb mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist aus der DE 23 49 351 C3 bekannt. Bei diesem hydraulischen Antrieb ist eine erste volumenstromumkehrbare Hydropumpe mit einem ersten Ausgang an die Rückhubzylinderkammer und mit einem zweiten Ausgang an die Preßzylinderkammer angeschlossen. Die zweite Hydropumpe ist ebenfalls volumenstromumkehrbar und an ihrem einen Ausgang mit dem Ölsammelbehälter und an ihrem anderen Ausgang ebenfalls mit der Preßzylinderkammer verbunden. Die erste Hydropumpe ist außerdem an jedem Ausgang über jeweils ein zur ersten Hydropumpe hin öffnendes Rückschlagventil an den Ölsammelbehälter angeschlossen. In die Rückhubzylinderkammer fördert nur die erste Hydropumpe, in die Preßzylinderkammer fördern beide Hydropumpen. Eine Schwungmasse dient dazu, um im System periodisch vorhandene potentielle Energie nicht als Wärme verlorengehen zu lassen, sondern umgewandelt für eine spätere periodische Nutzung zu speichern.

Nachteilig an der Energiespeicherung mit Hilfe einer Schwungmasse ist, daß sich mit einer Änderung der gespeicherten Energie auch die Drehzahl der Schwungmasse ändert. Die Schwungmassen müssen aufwendig gelagert und ausgewuchtet werden, so daß ihre Verwendung relativ teuer ist. Auch können Schwungmassen nur schwer abseits der sie antreibenden und von ihnen anzutreibenden Maschinen angeordnet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Antrieb für eine Presse, der die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweist, so weiterzuentwickeln, daß periodisch an der Presse auftretende potentielle Energie zumindest zum Teil gespeichert und zu diesem Teil später genutzt werden kann. Die mit einem Schwungmassenspeicher verbundenen Nachteile sollen dabei vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen hydraulischen Antrieb gelöst, bei dem die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorhanden sind und bei dem außerdem die erste Hydromaschine mit ihrem zweiten Ausgang an einen Hydrospeicher angeschlossen ist. Der an seinem oberen Totpunkt befindliche Pressenstößel besitzt eine potentielle Energie, die während des Vorlaufs frei wird. Der Pressenstößel verdrängt während dieses Vorlaufs aufgrund seines Eigengewichts Öl aus der Rückhubzylinderkammer über die erste Hydromaschine in den Hydrospeicher. Dort wird das Öl unter Druck für den Rückhub des Pressenstößels gespeichert. Ein solcher hydraulischer Antrieb ermöglicht z.B. bei Tiefziehpressen eine wesentliche Reduzierung der installierten elektrischen Antriebs- und der Kühlleistung, verbunden mit einer Reduzierung der Betriebskosten und des Energieverbrauchs der Presse.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs einer Presse kann man den Unteransprüchen entnehmen.

So wird eine Ausführung bevorzugt, bei der die erste, volumenstromumkehrbare Hydromaschine eine über Null verstellbare Axial kolbenmaschine ist. Auch die zweite Hydromaschine ist vorteilhafterweise eine über Null verstellbare Axialkolbenmaschine, so daß mit ihr eine Druckregelung möglich ist.

Es ist zweckmäßig, wenn die Rückhubzylinderkammer während des Arbeitsspiels des Pressenstößels zum Ölsammelbehälter über ein steuerbares Ventil entlastet ist. Vorzugsweise liegt dieses Ventil zwischen dem ersten Ausgang der ersten Hydromaschine und dem Ölsammelbehälter. Während des Arbeitshubs des Pressenstößels kann die erste Hydromaschine auch Öl aus dem Ölsammelbehälter saugen und in den Hydrospeicher fördern, um die Verluste, die bei der Verdrängung des Öls aus der Rückhubzylinderkammer während des Vorlaufs des Pressenstößels auftreten, auszugleichen und den Speicher auf den gewünschten Ladezustand zu bringen. Dabei wird der Ladezustand des Hydrospeichers zwckmäßigerweise überwacht und bei einem bestimmten Druck die Befüllung durch Zurückschwenken der ersten Hydromaschine beendet. Damit während der zusätzlichen Befüllung des Hydrospeichers der die erste Hydromaschine antreibende Motor nur eine geringe Leistung erbringen muß, ist gemäß Anspruch 9 vorgesehen, daß während der Aufladung des Hydrospeichers durch die erste Hydromaschine der Schwenkwinkel der Hydromaschine auf einen kleinen Wert begrenzt ist. Dies ergibt einen kleinen Volumenstrom und somit eine kleine Leistung, die durch das Produkt aus Volumenstrom und Druckdifferenz an der Hydromaschine bestimmt ist.

Zum Austausch der Preßwerkzeuge und für Reparaturen an der Presse erscheint es wünschenswert, wenn der Pressenstößel in einer hochgehobenen Position auch ohne Betrieb der ersten Hydromaschine gehalten werden kann. Eine Positionierung des Pressenstößels in einer beliebigen Position wird gemäß Anspruch 10 auf einfache Weise dadurch möglich, daß der erste Ausgang der ersten Hydromaschine mit der Rückhubzylinderkammer über ein steuerbares Ventil verbunden ist, das willkürlich geschlossen werden kann. Vorteilhafterweise ist dieses Ventil ein zur ersten Hydromaschine hin sperrendes Rückschlagventil. Mit einem solchen Ventil ist eine hohe Sicherheit gewährleistet.

Es gibt Pressen, bei denen während des Vorlaufs und während des Rückhubs des Pressenstößels große Mengen Öl innerhalb kurzer Zeit in die Preßzylinderkammer nachfließen müssen bzw. aus der Preßzylinderkammer verdrängt werden sollen. Sollen diese Ölmengen über eine Hydromaschine fließen, so müßte diese ein großes geometrisches Hubvolumen haben und/oder mit einer hohen Drehzahl betrieben werden. Günstiger erscheint es, wenn während des Rückhubs Öl aus der Preßzylinderkammer über ein steuerbares Ventil in den Ölsammelbehälter verdrängbar ist. Ist der Ölsammelbehälter oberhalb der Preßzylinderkammer angeordnet, so kann während des Vorlaufs des Pressenstößels die Preßzylinderkammer auch über ein Ventil unmittelbar aus dem Ölsammelbehälter mit Öl befüllt werden. Dabei erfolgt die Befüllung und die Verdrängung vorteilhafterweise über dasselbe Ventil.

Gemäß Anspruch 15 wird der Hydrospeicher vorteilhafterweise bei einem Druck betrieben, der in etwa dem vom Gewicht des Pressenstößels in der Rückhubzylinderkammer verursachten Lastdruck entspricht. Der die erste Hydromaschine antreibende Motor muß dann für das Befüllen des Hydrospeichers und für das Hochheben des Pressenstößels nur eine kleine Leistung erbringen. In der bevorzugten Ausführung gemäß Anspruch 16 sind die beiden Hydromaschinen von einem einzigen Elektromotor antreibbar.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs, das zwei über Null verschwenkbare Hydromaschinen, die von einem einzigen Elektromotor angetrieben werden, für das Bewegen des Pressenstößels aufweist, ist in der Zeichnung dargestellt. Anhand dieses Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nun näher erläutert.

Die in der Zeichnung nur schematisch dargestellte Presse besitzt einen Pressenstößel 10, der an zwei Kolbenstangen 11 zweier vertikal angeordneter Differentialzylinder 12 befestigt ist. Der Kolben 13 eines Differentialzylinders 12 teilt dessen Inneres in eine kolbenstangenseitige, ringförmige Rückhubzylinderkammer 14 und in eine kolbenseitige Preßzylinderkammer 15 auf. Mit den Kolben 13 und den Kolbenstangen 11 kann der Pressenstößel 10 vertikal auf und ab bewegt werden.
Ein Pressentisch 16 wird von mehreren Zylindern 17 getragen und kann mit Hilfe nicht näher bezeichneter Ventile und Verbindungsleitungen mit Hilfe einer über Null verschwenkbaren und druckregelbaren Axialkolbenmaschine 18 gebremst unter dem Druck des Pressenstößels 10 abgesenkt und während oder nach dem Rückhub des Pressenstößels 10 wieder angehoben werden. Da der spezielle Antrieb des Pressentisches 16 für die vorliegende Erfindung ohne Bedeutung ist, soll darauf nicht näher eingegangen werden.
Die Rückhubzylinderkammern 14 der beiden Differentialzylinder 12 sind über eine Leitung 25 mit einem entsperrbaren Rückschlagventil 26 verbunden, das zu den Rückhubzylinderkammern hin öffnet. Zum anderen ist das Rückschlagventil 26 über eine Leitung 27 an einen ersten Ausgang 28 einer ersten über Null verschwenkbaren Axialkolbenmaschine 29 angeschlossen, deren zweiter Ausgang 30 über eine Leitung 31 mit einem Hydrospeicher 32 verbunden ist, der als Kolbenspeicher ausgebildet ist. Dem Hydrospeicher sind zwei Gasflaschen 33 zur Vergrößerung des Gasvolumens und ein Gas-Sicherheitsventil 34 nachgeschaltet. Zwischen die Leitung 27 und einem Ölsammelbehälter 35, der oberhalb der Zylinder 12 angeordnet ist, ist ein entsperrbares Rückschlagventil 36 eingefügt, das zum Ölsammelbehälter 35 hin sperrt.
Die Preßzylinderkammern 15 der beiden Zylinder 12 sind einerseits über jeweils ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil 40 großer Abmessungen mit dem Ölsammelbehälter 35 verbunden. Die beiden Rückschlagventile 40 sperren zum Ölsammelbehälter 35 hin. Andererseits sind die beiden Preßzylinderkammern 15 über eine Leitung 41, ein 2/2-Wegesitzventil 42 und eine Leitung 43 mit dem Druckanschluß 44 einer zweiten über Null verschwenkbaren Axialkolbenmaschine 45 verbunden, die mit ihrem Sauganschluß 46 an den Ölsammelbehälter 35 angeschlossen ist. Die beiden Axialkolbenmaschinen 29 und 45 sowie die Axialkolbenmaschine 18 werden gemeinsam von einem Drehstromsynchronmotor 47 angetrieben. Der Förderstrom der beiden Axialkolbenmaschinen 29 und 45 kann über ein Servoventil stufenlos eingestellt werden, wobei der Schwenkwinkel elektrisch rückgemeldet wird. Zusätzlich ist eine Druck- und Leistungsregelung möglich. Die Verstell- und Regelmöglichkeiten sind durch die drei Buchstaben HSP angedeutet.
Zur Messung des Drucks in den Preßzylinderkammern 15 ist an die Leitung 41 ein Drucksensor 48 angeschlossen. Der Druck im Hydrospeicher 32 wird von einem an die Leitung 31 angeschlossenen Drucksensor 59 gemessen.
Von der in der Zeichnung dargestellten gehobenen Position kann sich der Pressenstößel 10 aufgrund seines Eigengewichts nach unten bewegen, wenn das Rückschlagventil 26 auf gesteuert wird. Die Kolben 13 verdrängen dabei Öl aus den Rückhubzylinderkammern 14 über die Axialkolbenmaschine 29 in den Hydrospeicher 32. In die Preßzylinderkammern 15 fließt über die Rückschlagventile 40 Öl aus dem Ölsammelbehälter nach. Der Volumenstrom, der über die Axialkolbenmaschine 29 fließt, kann durch eine elektroproportionale Verstellung des Schwenkwinkels der Maschine bestimmt werden. Damit wird auch die Sinkgeschwindigkeit des Pressenstössels 10 festgelegt. Die potentielle Energie des Pressenstößels 10 wird somit während des Vorlaufs, in dem sich der Pressenstössel 10 aufgrund seines Eigengewichts bewegt, in Druckenergie gewandelt, die in dem Hydrospeicher 32 gespeichert wird. Die Drehzahl der Axialkolbenmaschine 29 ist durch den Elektromotor 47 festgelegt.
Für den Preßvorgang nach dem Aufsetzen des Pressenstößels 10 auf den Untertisch 16 öffnet das entsperrbare Rückschlagventil 36, um die Ringfläche der Kolben 13 drucklos zu schalten. Für den nach dem Aufsetzen des Pressenstößels 10 auf den Pressentisch 16 erfolgenden Preßvorgang wird in den Preßzylinderkammern 15 von der Axialkolbenmaschine 45, die bei geöffnetem Ventil 42 Öl in die Preßzylinderkammern 15 fördert, in diesen ein bestimmter Druck eingeregelt. Während des Preßvorgangs lädt die Axialkolbenmaschine 29 im Pumpenbetrieb den Hydrospeicher 32 mit kleinem Volumenstrom und somit geringer Leistungsaufnahme auf den gewünschten Ladezustand auf. Nach dem Preßvorgang schließt das Ventil 42 wieder.
Der Rückhub des Pressenstößels 10 erfolgt geschwindigkeitsgesteuert oder -geregelt, indem die Axialkolbenmaschine 29 im Hydrospeicher 32 gespeichertes Öl in die Rückhubzylinderkammern 14 fördert, wobei das Rückschlagventil 36 geschlossen ist. Der Elektromotor 47 muß hierbei nur das Moment für die Druckerhöhung des Volumenstroms vom Speicherdruck auf den für die Hubbewegung benötigten Beschleunigungs- und Lastdruck aufbringen. Während des Rückhubs wird aus den Preßzylinderkammern 15 Öl über die entsperrten Rückschlagventile 40 in den Ölsammelbehälter 35 verdrängt. Durch die Nutzung der im Hydrospeicher 32 gespeicherten Energie für den Rückhub des Pressenstößels 10 kann die Antriebsleistung des Elektromotors 47 auf die zum Pressen erforderliche Leistung reduziert werden. Während des Pressens wird die Senkenergie des Pressentisches 16 über die Axialkolbenmaschine 18 zum Antrieb der Axialkolbenmaschinen 29 und 45 genutzt, so daß sich die benötigte Antriebsleistung sogar noch um die zurückgewonnene Senkleistung reduziert. Somit braucht der Elektromotor zum Preßvorgang nur die Leistungsdifferenz zwischen der Preßleistung für den Pressenstößel und der Preßleistung für den Pressentisch 16 aufzubringen. Dadurch wird die Verlustleistung beträchtlich reduziert. Auch kann ein Elektromotor mit geringer Antriebsleistung verwendet werden.
Das Ventil 26 dient dazu, um den Pressenstößel 10 in einer gehobenen Position zu halten. Wird nämlich dieses Ventil geschlossen, so ist zwischen diesem Ventil und den Kolben 13 der Zylinder 12 eine Ölmenge eingespannt, die ein Absinken des Pressenstößels 10 verhindert. Es können dann Werkzeuge ausgetauscht oder Reparaturen vorgenommen werden.

Claims

Hydraulischer Antrieb für eine Presse, insbesondere für eine Blechformpresse, mit einem Zylinder (12) mit einem Preßkolben (13), der eine Preßzylinderkammer (15) und eine Rückhubzylinderkammer (14) voneinander trennt und von dem ein Pressenstößel (10) abwärts in einem Vorlauf und einem Arbeitsspiel und aufwärts in einem Rückhub bewegbar ist, mit einem Ölsammelbehälter (35) und mit einer ersten, volumenstromumkehrbaren Hydromaschine (29), die mit einem ersten Ausgang (28) an die Rückhubzylinderkammer (14) angeschlossen ist, und mit einer zweiten Hydromaschine (45), von der während des Arbeitsspiels Öl aus dem Ölsammelbehälter (35) in die Preßzylinderkammer (15) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hydromaschine (29) mit ihrem zweiten Ausgang (30) an einen Hydrospeicher (32) angeschlossen ist.
Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hydromaschine (29) und vorzugsweise auch die zweite Hydromaschine (45) über Null verstellbare Axialkolbenmaschinen sind.
Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückhubzylinderkammer (14) zum Ölsammelbehälter (35) über ein steuerbares Ventil (36) entlastbar ist, das nur während des Arbeitsspiels des Pressenstößels (10) offen ist.
Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Ventil (36) zwischen dem ersten Ausgang (28) der ersten Hydromaschine (29) und dem Ölsammelbehälter (35) liegt.
Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (36) ein zum Ölsammelbehälter (35) hin sperrendes entsperrbares Rückschlagventil ist.
Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während des Arbeitsspiels der Hydrospeicher (32) von der ersten Hydromaschine (29) weiter aufladbar ist.
Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladezustand des Hydrospeichers (32) überwacht und bei einem bestimmten Druck die Befüllung durch Zurückschwenken der ersten Hydromaschine (29) beendet wird.
Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladezustand des Hydrospeichers (32) von einem Drucksensor (59) überwacht wird.
Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß während der Aufladung des Hydrospeichers (32) durch die erste Hydromaschine (29) der Schwenkwinkel dieser Hydromaschine (29) vorzugsweise elektronisch auf einen kleinen Wert begrenzt ist.
Hydraulischer Antrieb nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausgang (28) der ersten Hydromaschine (29) mit der Rückhubzylinderkammer (14) über ein steuerbares Ventil (26) verbunden ist, durch dessen willkürliches Schließen der Pressenstößel (10) in einer beliebigen Position gehalten werden kann.
Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (26) zwischen dem ersten Ausgang (28) der ersten Hydromaschine (29) und der Rückhubzylinderkammer (14) ein zur ersten Hydromaschine (29) hin sperrendes Rückschlagventil ist.
Hydraulischer Antrieb nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß während des Rückhubs Öl aus der Preßzylinderkammer (15) über ein steuerbares Ventil (40), insbesondere über ein zum Ölsammelbehälter (35) hin sperrendes entsperrbares Rückschlagventil, in den Ölsammelbehälter (35) verdrängbar ist.
Hydraulischer Antrieb nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölsammelbehälter (35) oberhalb der Preßzylinderkammer (15) angeordnet ist und daß während des Vorlaufs die Preßzylinderkammer (15) über ein Ventil (40) unmittelbar aus dem Ölsammelbehälter (35) mit Öl befüllbar ist.
Hydraulischer Antrieb nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Befüllung der Preßzylinderkammer (15) mit Öl und die Verdrängung von Öl aus der Preßzylinderkammer (15) über dasselbe Ventil (40) erfolgt.
Hydraulischer Antrieb nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrospeicher (32) bei einem Druck betrieben wird, der in etwa dem vom Gewicht des Pressenstößels (10) in der Rückhubzylinderkammer (14) verursachten Lastdruck entspricht.
Hydraulischer Antrieb nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hydromaschine (29) und die zweite Hydromaschine (45) von einem einzigen Elektromotor (47), insbesondere von einem Drehstromsynchronmotor, antreibbar sind.