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Hydraulische Blechziehpresse Die Erfindung betrifft eine hydraulische
Blechziehpresse mit einem über einen Kolben in einem Arbeitszylinder betätigten
Ziehstempel und einem durch eine Membran zum Stempel hin abgeschlossenen, mit einer
Druckflüssigkeit gefüllten Hohlraum als Matrize, wobei beim Arbeitshub Druckflüssigkeit
in den Arbeitszylinder zugeführt und aus dem Matrizenhohlraum durch den Stempel
herausgedrückt wird.
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Bei hydraulischen Pressen der vorgenannten Art, die auch Membranpressen
genannt werden, wird die zu ziehende Blechplatte zwischen einem Blechhalter und
der aus einem elastischen Werkstoff bestehenden Matrize festgepreßt, die in der
Ruhestellung eben, aber verformbar ist, wobei der Preßdruck durch eine Pumpe mit
einem sehr hohen Förderdruck hergestellt ist. Der Ziehvorgang erfolgt durch den
Stempel, wobei die auf den Stempel ausgeübte Kraft durch ein Druckmittel erzeugt
wird, das gegebenenfalls von einer zweiten Hochleistungspumpe geliefert wird, die
einen sehr hohen Förderdruck erzeugt. Diese Pumpen sind infolge der sehr hohen von
ihnen zu erzeugenden Drücke empfindlich und schwer instand zu halten. Da das in
der Matrize durch das Eindrücken des Stempels verdrängte Druckmedium überschüssig
ist, wird es durch ein Auslaßventil herausgedrückt und in den Hauptvorratsbehälter
zurückgeführt, so daß die piezometrische Energie dieses Druckmittels verlorengeht
und in Wärme verwandelt wird. Eine solche an sich bekannte Ausbildung des hydraulischen
Strömungskreises erfordert die Anbringung von Kühlorganen an der Maschine und bietet
den Nachteil, daß ein wesentlicher Teil der Antriebsenergie verlorengeht.
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Bei anderen bekannten Anordnungen der hier in Frage stehenden Art,
bei denen der Stempel hydraulisch angetrieben wird und das Druckmittel für den Stempel
und dasjenige für das Ziehkissen abhängig voneinander gesteuert werden, werden die
Kammern der Matrize und der Ziehzylinder vollständig mit unter hohem Druck durch
die Pumpen zu verdrängender Flüssigkeit gefüllt, wobei die aus der Kammer der Matrize
während des Eindringens des Stempels verdrängte Flüssigkeit unter hohem Druck einem
unter Atmosphärendruck stehenden Behälter zugeführt werden muß, was einen großen
Energieverlust zur Folge hat und die Verwendung einer Hochdruckpumpe erforderlich
macht, die eine beachtliche Verdrängungsleistung haben muß, wenn man verhältnismäßig
kurze Arbeitszyklen erreichen will.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin, die obigen Nachteile zu vermeiden.
Zu dem obengenannten Zweck ist gemäß der Erfindung der Arbeitszylinder bzw. der
Matrizenhohlraum je mit dem Hochdruckzylinder eines niederdruckseitig an ein gesondertes
Drucksystem angeschlossenen Differentialzylinders mit frei beweglichem Differentialkolben
und je mit einer Kammer verbunden, wobei die Kammern in einem gemeinsamen Ausgleichzylinder
beidseits eines durch das aus dem Arbeitszylinder bzw. Matrizenhohlraum ausfließende
Druckmittel und außerdem über einen Verstellkolben verschiebbaren Trennkolbens gebildet
sind. Durch eine solche Ausbildung der Presse wird erreicht, daß die aus dem Matrizenhohlraum
verdrängte Druckflüssigkeit zum Teil zum Verschieben des Stempels verwendet wird,
was von Ziehkissen her, bei denen allerdings hierbei andere Mittel zu Hilfe genommen
werden, bekannt ist. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung stellt die aus dem Ausgleichzylinder
und den Differentialzylindern bestehende Zylindergruppe nicht nur ein zur Erhöhung
des Druckes dienendes Organ, sondern auch eine das Umfüllen der Flüssigkeit von
einem Zylinder in den anderen überwachende und steuernde Ausgleichseinrichtung und
einen Servomechanismus dar, der den Ziehdruck regelt, der im Arbeitszylinder ausgeübt
werden muß, nachdem der statische Druck hergestellt worden ist. Darüber hinaus ist
beim Erfindungsgegenstand die Flüssigkeitsmenge, die unter hohem Druck, d. h. unter
dynamischem Druck für jeden Pressenzyklus geliefert werden muß, sehr klein und entspricht
etwa dem Unterschied zwischen der Menge der in den Arbeitszylinder abgelieferten
Flüssigkeit und der Menge der
von der Kammer der Matrize weg verdrängten
Flüssigkeit.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Anordnung gemäß der Erfindung in einer
Seitenansicht in schematischer Darstellung und F i g. 2 eine abgewandelte Ausführungsform
des Gegenstandes der Erfindung ebenfalls in einer Seitenansicht und schematisch
in Teildarstellung.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 enthält die Presse ein Gestell
1, das einen Tisch 2 und eine Platte 3 bildet, die miteinander durch Ständer
4 verbunden sind, und mehrere, z. B. drei Führungen 5
trägt, an denen
ein Gleitblock 6 gleitet, der einen Blechhalter 7 trägt. Dieser hält
die zu bearbeitende Blechplatte 10 auf der Oberseite der Matrize, die durch
eine verformbare, dicke Membran 9 aus einem elastischen Werkstoff 'gebildet
ist, die einen in dem Körper der Presse ausgebildeten, vom Tisch 2 ausgehenden Kolben
8 überdeckt, der vollständig mit Öl oder einem anderen inkompressiblen Medium gefüllt
ist. Infolge ihrer Ausbildung ist die Membran 9 wie ein Flüssigkeitsvolumen verformbar,
wobei sie auf den ihre Verformung bewirkenden Gegenstand eine gleichmäßige Reaktion
ausübt, die zur Oberfläche des vorgenannten Gegenstandes rechtwinklig verläuft.
Die Platte 3 trägt einen doppeltwirkenden Pressenzylinder 11 mit einem Kolben
12, der durch eine Kolbenstange 13 und einen Bund 14 mit dem Gleitblock 6
verbunden ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Kolbenstange 13 während
gewisser Betriebszustände der Presse eine Relativbewegung gegenüber dem Gleitblock
6 ausführen kann. Der Bund 14 bildet einen Anschlag für den Gleitblock 6, wenn dieser
nach oben geht. In diesem Fall legt er sich gegen ein Schulter 16,
die in
einer Bohrung 15 zur Aufnahme der Kolbenstange 13 vorgesehen ist.
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Ein Ziehstempel 17 ist am Bund 14 befestigt und tritt
durch den Blechhalter 7 hindurch, der eine öffnung 18 aufweist, deren Form
derjenigen des Stempels 17 entspricht. Das Gestell 1 trägt außerdem noch einen an
Stützelementen 27 vorgesehenen Flüssigkeitshilfsbehälter 28.
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Der Pressenzylinder 11 ist an seinem oberen Teil dem Arbeitszylinder
67 durch eine Leitung 29 mit einem Ende eines zum Druckausgleich dienenden Ausgleichzylinders
30 verbunden. Das andere Ende dieses Ausgleichzylinders 30 ist mit
dem Matrizenhohlraum 8 durch eine Leitung 31 verbunden. Druckbegrenzende Rückschlagventile
29 a und 31 a sind zwischen den Leitungen 29 bzw. 31 und Leitungen
29 b und 31 b angeordnet, die zur Herstellung einer Verbindung zum Flüssigkeitsbehälter
41 dienen. Diese Ventile, die das Auftreten eines schädlichen überdrucks
in den Leitungen 29 und 31 verhindern sollen, sind zweckmäßig mit
Gliedern zur Regelung ihrer Einstellung versehen. Der Druckausgleichzylinder
30 enthält einen Trennkolben 32 und weist an seinem unteren Teil eine Labyrinthdichtung
33 auf, in der eine Stange 34 geführt ist, die den Trennkolben 32 mit dem Verstellkolben
35 in einem Verstellzylinder 36 verbindet. Der Verstellkolben 35 bildet im Zylinder
36 zwei Kammern 37 und 37 a, die vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sind, die zur
Verstellung des Verstellkolbens 35 in die eine oder andere Richtung mit Hilfe von
zwei Druckpumpen 39, 39 a übergeführt wird, die durch Leitungen 38 und 38 a mit
den Kammern 37 bzw. 37a sowie durch Saugrohre 42 mit dem Flüssigkeitsbehälter
41 verbunden sind. Die Leitungen 38 und 38 a sind ferner mit dem Behälter
41 durch Auslaßventile 381 und 38 a1 verbunden, deren Einstellung regelbar
ist. Die Druckpumpen 39, 39a und die weiter unten beschriebenen Pumpen besitzen
an ihren Saugrohren 42 Filter oder Saugkörbe 43.
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Zwei einander entsprechende hydraulische Differentialzylinder
45 und 45 a stehen mit den im Ausgleichzylinder
30 durch den Trennkolben 32 gebildeten Kammern 50 bzw.
50 a in Verbindung. Der Differentialzylinder 45 ist
aus zwei gleichachsigen Zylindern mit verschiedenen Innendurchmessern zusammengesetzt,
dem Hochdruckzylinder 46 und dem Niederdruckzylinder 47, und enthält
einen freien Kolben 48, der aus zwei zylindrischen Teilen besteht, deren Durchmesser
denjenigen der zugeordneten Zylinder entsprechen. Der den größeren Durchmesser besitzende
Teil des Kolbens 48 bildet mit dem Boden des Niederdruckzylinders
47 eine Kammer 49, die mit Flüssigkeit gefüllt ist und durch eine
Leitung 51.gespeist wird, die an den Ausgang einer Pumpe 52 geringer Leistung
angeschlossen ist, deren Saugseite mit dem Behälter 41 in Verbindung steht.
Ein einstellbares Auslaßventil 511 verbindet die Leitung 51 mit dem Behälter
41. Der Differentialzylinder 45 a enthält dieselben
Teile wie der Differentialzylinder 45, die in der Zeichnung mit den gleichen
Bezugszeichen, jedoch jeweils mit dem Index a versehen, bezeichnet sind.
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Der Druck in den Hochdruckzylindern 46 und 46a der Differentialzylinder
45 und 45a entspricht demjenigen in den Kammern 50 bzw.
50 a des Ausgleichzylinders 30, während die in den Kammern
49
und 49 a der Niederdruckzylinder 47, 47 a der Differentialzylinder
45 und 45 a herrschenden Drücke infolge der unterschiedlichen
Durchmesser der Zylinder 46, 47 bzw. 46 a, 47 a
nur einem Bruchteil der Drücke in den Hochdruckzylindern entsprechen. Um Störungen
in der Arbeit der Differentialzylinder zu vermeiden, sind die Hohlräume
491 und 49 a1 durch Auslaßleitungen 40, 40 a mit der Atmosphäre
verbunden.
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Eine Förderpumpe 53 mit verhältnismäßig großer Leistung wird aus dem
Behälter 41 gespeist und fördert Flüssigkeit in die Leitungen 54, 55, die
mit den Leitungen 29 bzw. 31 in Verbindung stehen. An den Leitungen 54, 55
sind vor dem Anschluß derselben an die Leitungen 29, 31 Einlaßventile 56 und 57
angebracht. Die Förderpumpe 53 ist zur Füllung des Matrizenhohlraumes 8 und der
Arbeitszylinder 67 des Pressenzylinders 11 bei der Abwärtsbewegung des Stempels
bestimmt.
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Der Arbeitszylinder 67 steht mit dem Hilfsbehälter 28 durch
zwei Leitungen 58, 59 in Verbindung, in die ein Einlaßventil 60 und
ein Absperrventil 61 eingeschaltet sind. Die untere, den Rückhubzyiinder
66
bildende Kammer des Pressenzylinders 11 ist ebenfalls mit dem Hilfsbehälter
28 durch Leitungen 62, 63
verbunden, von denen die erstere ein Absperrventil
64
und die letztere eine Hilfspumpe 65 enthält. Natürlich können auch
andere Organe zur Regelung des Flüssigkeitsumlaufs benutzt werden.
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Da das Absperrventil 64 geschlossen ist, verhindert die in
dem Rückhubzylinder 66 enthaltene Flüssigkeit, daß der Gleitblock
6 und der Stempel 17 sich nach unten bewegen, so daß auf diese Weise
eine Verriegelung des Gleitblocks in der oberen Stellung erzielt wird, die zweckmäßig
durch eine zweite, z. B. mechanische Verriegelung verdoppelt werden kann. Die beiden
Verriegelungen
bilden dann eine Sicherheitsanordnung.
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Die Füllung der Maschine mit Öl oder einer beliebigen anderen Flüssigkeit
erfolgt folgendermaßen: Die Förderpumpe 53 bewirkt die Füllung des Arbeitszylinders
67, der Kammer 50 des Ausgleichzylinders 30 und des Hochdruckzylinders 46, wodurch
der Differentialkolben 48 in seine Ausgangsstellung gebracht wird. Die Förderpumpe
53 bewirkt auch die Füllung des Matrizenhohlraums 8, der Kammer 50 a
des Ausgleichzylinders
30 und des Hochdruckzylinders 46 a. Dies hat zur Folge, daß der Differentialkolben
48 a ebenfalls in seine Ausgangsstellung gebracht wird. Die Hilfspumpe 65 bewirkt
die Füllung des Rückhubzylinders 66, wodurch der Kolben 12 in seine obere Stellung
oder Ausgangsstellung gebracht wird. Die Druckpumpen 39, 39 a und 52,
52 a gestatten die Füllung der Kammern 37, 37 a, 49 und 49 a der Zylinder
36 und 47, 47 a. Die Einstellung des Ventils 38 a1 ist so gewählt, daß der durch
die Stange 34 mit dem Trennkolben 32 verbundene Verstellkolben 35 das Volumen der
Kammer 37 auf den kleinsten Wert bringt, d. h. der Kolben 35 in die Ausgangsstellung
zurückgeführt wird.
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In der ersten Arbeitsphase gestatten die mechanische Entriegelung
des Gleitblocks 6 und die Öffnung des Absperrventils 64 dem Gleitblock unter Wirkung
seines Eigengewichts längs der Führungen 5 nach unten in seine untere Verriegelungsstellung
zu gehen. Der Gleitblock nimmt über die Kolbenstange 13 den Kolben 12 mit, wodurch
aus -dem Hilfsbehälter 28 kommende Flüssigkeit in den Arbeitszylinder 67 gesaugt
wird, da hierdurch das Einlaßventil 60 geöffnet wird. Das in dem Rückhubzylinder
66 enthaltene Öl wird in den Hilfsbehälter 28 zurückgedrückt, da das Absperrventil
64 gleichzeitig mit der Vornahme der mechanischen Verriegelung des Gleitblocks geöffnet
wurde.
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Nach dem Abwärtsgehen des Gleitblocks 6 und seiner mechanischen Verriegelung
in die untere Stellung besteht die zweite Arbeitsphase darin, daß die zu verformende
Blechplatte 10 mit einem hohen hydraulischen Druck festgepreßt wird. Zu diesem Zweck
wird der durch die Ventile 51, und 51 a1 auf einen geeigneten Wert eingestellte
Förderdruck der Pumpen 52 und 52 a über die in den Kammern 49 und 49
a der Niederdruckzylinder 47 und 47 a enthaltene Flüssigkeit auf die Differentialkolben
48 und 48 a zur Einwirkung gebracht. Der Druck, der durch die Kolben 48 und
48 a auf die in den Kammern 50 und 50 a des Ausgleichzylinders
30 enthaltene Flüssigkeit übertragen wird, wird verstärkt, da die Fläche
der Kolben 48, 48 a, auf welche der strömungsaufwärts herrschende Druck ausgeübt
wird, größer als die Fläche der in den Zylindern 46 und 46a befindlichen Teile dieser
Kolben ist. Da die Kammer 50 des Ausgleichzylinders 30 mit dem Arbeitszylinder 67
in Verbindung steht, ist der Druck in diesem gleich groß, wie der in der Kammer
50 herrschende Druck. Ebenso wird der Druck der Flüssigkeit der Kammer
50 a des Ausgleichzylinders 30 auf die im Matrizenhohlraum 8 enthaltene Flüssigkeit
übertragen, wodurch die Blechplatte 10 gegen den Blechhalter 7 und den Stempel 17
gedrückt wird, da sich der Gleitblock 6 in seiner unteren Stellung befindet.
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Die dritte Arbeitsphase, die dem eigentlichen Ziehvorgang entspricht,
besteht darin, daß die Einstellung der Ventile 38, und 38 a1 so geändert
wird, daß der Diuck in der Kammer 37 des Zylinders 36 zu- und in der Kammer 37 a
abnimmt. Hierdurch werden der Verstellkolben 35 und somit der Trennkolben 32 des
Ausgleichzylinders 30 verstellt. Die aus der Kammer 50 des Ausgleichzylinders verdrängte
Flüssigkeit wird in den Arbeitszylinder 11 übergeführt, und infolge der hierdurch
entstehenden Störung des Druckgleichgewichts zwischen dem Arbeitszylinder 67 und
dem Matrizenhohlraum 8 wird der Kolben 12 nach unten verstellt, wobei er die Abwärtsbewegung
des Stempels 17 bewirkt. Die Blechplatte 10 und die elastische Membran 9 werden
nach Maßgabe der Arbeitsbewegung des Stempels 17 verformt; wodurch aus dem Matrizenhohlraum
8 ein Flüssigkeitsvolumen verdrängt wird, das praktisch dem Volumen des gezogenen
Werkstücks entspricht. Die verdrängte Flüssigkeit wird durch die Leitung
31 in die Kammer 50 a des Ausgleichzylinders 30 geleitet, wodurch
der Trennkolben 32 in entsprechender Weise verstellt und gleichzeitig ein Teil der
in der Kammer 50 enthaltenen Flüssigkeit in den Arbeitszylinder 67 übergeführt wird.
Hieraus ergibt sich, daß das Ziehen der Blechplatte 10 praktisch ohne Energieverluste
erfolgt, da die zur Erzeugung der eigentlichen Verformung der Blechplatte 10 erforderliche
Energie von der dynamischen Wirkung des Verstellkolbens 35 geliefert wird. Da das
Flüssigkeitsvolumen, das während' des Ziehvorgangs in den Arbeitszylinder 67 eingeführt
werden muß, stets größer als das Volumen der aus dem Matrizenhohlraum 8 verdrängten
Flüssigkeit ist, werden die Differentialkolben 48, 48 a in entsprechender Weise
verstellt, so daß sie ein den Ausgleich bewirkendes Flüssigkeitsvolumen überführen.
Diese Verstellung der Differentialkolben 48, 48 a findet bis zu dem Augenblick statt,
in dem sie in eine Gleichgewichtsstellung gekommen sind, die von dem Einstelldruck
der Ventile 29, 31 a, . der von der. -den zu ziehenden Werkstücken zu gebenden Form
und dem zwischen dem Hohlraum 8 und dem Arbeitszylinder 67 .auszugleichenden Flüssigkeitsvolumen
abhängt.
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Eine vierte Arbeitsphase besteht im Ausziehen des gezogenen Werkstücks
ohne dessen Verformung und in der Rückführung der Arbeitsteile in ihre Ausgangsstellung.
Zu diesem Zweck werden am Ende des Ziehvorgangs die Auslaßventile 31 a und
51 a1 geöffnet, wodurch der Matrizenhohlraum 8 entleert und somit die auf
das den Stempel 17 umgebende Werkstück ausgeübte Kraft aufgehoben wird. Hierauf
werden das Ventil 61 geöffnet und die Auslaßventile 29 a und 511
freigegeben,
um den Druck in dem Arbeitszylinder 67 und in der Kammer 50 zu senken. Schließlich
wird die Hilfspumpe 65 in Betrieb gesetzt, um den Rückhubzylinder 66 zu speisen
und um die Aufwärtsbewegung des Kolbens 12 und somit diejenige des Stempels 17 und
des Gleitblocks 6 zu bewirken. Die Aufwärtsbewegung des Gleitblocks erfolgt erst
von dem Augenblick an, in dem der Bund 14 mit der Schulter 16 in Berührung kommt.
Das gezogene Werkstück wird selbsttätig vom Stempel 17 abgezogen und hierauf freigegeben,
wenn sich der Gleitblock 6 zu heben beginnt. Gleichzeitig wird ein Teil der in dem
Arbeitszylinder 67 enthaltenen Flüssigkeit in die Kammer 50 des Ausgleichzylinders
30 zurückgeführt, wodurch der Trennkolben 32 verstellt wird, bis er von neuem seine
Ausgangsstellung einnimmt. Die überschüssige Flüssigkeit wird in den Hilfsbehälter
28 zurückgedrückt. Während der gleichen Zeit hält die von der Pumpe 39 a geförderte
Flüssigkeit die Kammer 37 a des Verstellzylinders
36 vollständig
gefüllt, und die Pumpe bewirkt die Rückführung des übrigen Teils des hydraulischen
Strömungskreises in die Ausgangsstellung.
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Da alle Teile des Strömungskreises druckbegrenzende Ventile enthalten,
können die Pumpen ohne Gefahr einer Zerstörung dauernd laufen. Natürlich können
gewisse Pumpen durch Druckspeichervorrichtungen ersetzt werden, die wahlweise durch
Verteilungsglieder in den Strömungskreis eingeschaltet werden. Ferner kann der oben
beschriebene hydraulische Strömungskreis auch für eine hydraulische Presse mit einer
Membran aus einem elastischen Werkstoff benutzt werden, bei der die Anordnung der
Matrize und des mit dem Stempel versehenen Zylinders umgekehrt ist.
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F i g. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes,
bei der die mit den gleichen Bezugszeichen bezeichneten Bestandteile der Presse
zum Teil in anderer Weise angeordnet sind. In diesem Falle ist der hydraulische
Differentialzylinder 45 unmittelbar am Pressenzylinder 11 so angeordnet, daß der
Hochdruckzylinder 46 mit dem Arbeitszylinder 67 in Verbindung steht. Ebenso ist
der hydraulische Differentialzylinder 45 a so angeordnet, daß der Hochdruckzylinder
46 a mit dem Matrizenhohlraum 8 in Verbindung steht. Wie bei dem vorhergehenden
Ausführungsbeispiel sind die beiderseits des Trennkolbens 32 im Ausgleichzylinder
30 gebildeten Kammern 50, 50 a mit dem Arbeitszylinder 67 und dem Matrizenhohlraum
8 durch die Leitungen 29, 31 verbunden. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind
die Leitungen 29, 31 durch geeichte Ventile 29 a, 31 a mit dem Behälter 41 verbunden.