DE102004038292B3 - Fluidspeichereinrichtung zur dosierten Zufuhr und Abfuhr eines Betätigungsfluids - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fluidspeichereinrichtung zur dosierten Zufuhr und Abfuhr eines Betätigungsfluids, insbesondere für ein Hydrauliksystem einer Schließvorrichtung zum Querfließpressen. Erfindungsgemäß weist die Fluidspeichereinrichtung (F¶s¶) eine Stellvorrichtung auf, mit welcher unerwünschte Volumenänderungen des Betätigungsfluids kompensierbar sind.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Fluidspeichereinrichtung nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs und findet vorzugsweise zur dosierten Zufuhr und Abfuhr eines Hydraulikfluids bei Systemen Anwendung, welche ein konstantes Hydraulikmedium gewährleisten müssen, insbesondere bei Schließvorrichtungen zum Querfließpressen.
• Nach DE 199 22 659 A1 ist eine hydraulische Schließvorrichtung zum Querfließpressen von Werkstücken bekannt, die zwei relativ zueinander bewegbare und miteinander verschließbare Matrizenhälften besitzt sowie zwei mit gleichen Geschwindigkeiten relativ zu den geschlossenen Matrizenhälften bewegbare Pressstempel, wobei ein erster Hydraulikkolben, an dem die erste Matrizenhälfte angeordnet ist, in einem axial bewegbaren ersten Hydraulikzylinder, und ein zweiter Hydraulikkolben in einem raumfesten zweiten Hydraulikzylinder verschiebbar lagern. Der erste Pressstempel ist über einen Stempelträger an einer Tragplatte befestigt, die mit dem Stößel verbunden ist. Die zweite Matrizenhälfte ist raumfest angeordnet und der zweite Pressstempel am zweiten Hydraulikkolben befestigt, welcher beim Querfließpressen durch ein vom ersten Hydraulikkolben verdrängbares Druckmittel beaufschlagbar ist. Beide Hydraulikkolben weisen gleiche Kolbenflächen auf. Der erste Hydraulikzylinder ist an einem Pressenstößel, die zweite Matrize am zweiten Hydraulikzylinder angeordnet. Die Hydraulikzylinder sind über eine externe Druckleitung miteinander verbunden. Das Volumen der Hydraulikflüssigkeit im Pressensystem ist dabei konstant zu halten.
• Eine Mehrstufenpresse, insbesondere in Form einer Quertransportpresse mit hydraulischer Schließvorrichtung, vorzugsweise zum Querfließpressen von Werkstücken wird in DE 101 23 745 C2 schrieben. Der Vorteil dieser Bauart ist, dass sie ohne externe Druckmittelverbindung auskommt. Die hydraulisch- mechanische Schließvorrichtung weist dabei zwei relativ zueinander bewegbare und miteinander verschließbare Matrizenhälften sowie zwei mit gleichen Geschwindigkeiten relativ zu den geschlossenen Matrizenhälften bewegbare Pressstempel auf. An einem ersten Hydraulikkolben ist die erste Matrizenhälfte angeordnet, dabei wird der erste Hydraulikkolben in einem axial bewegbaren ersten Hydraulikzylinder geführt. Weiterhin ist ein zweiter Hydraulikkolben in einem gestellfesten zweiten Hydraulikzylinder verschiebbar gelagert. Die zweite Matrizenhälfte ist gestellfest und der zweite Pressstempel am zweiten Hydraulikkolben angeordnet. Auch bei dieser Lösung ist ein konstantes Volumen der Hydraulikflüssigkeit erforderlich. Steigt bei den vorgenannten Schließvorrichtungen das Hydraulikvolumen durch Erwärmung an, so wird der Umformweg erhöht und die Höhe der Bauteile im Stempelbereich verringert. Andererseits kann es durch Leckverluste im System vorkommen, dass sich das Volumen unerwünscht verringert, wodurch auch der Stempelweg geringer wird und sich die Höhe der Bauteile vergrößert. In beiden Fällen sind unerwünschte Form- und Maßabweichungen die Folge.
• In US 3,805,530 wird eine Einrichtung zur Kompensation überschüssigen Hydraulikfluids beschrieben, wobei in das Hydrauliksystem ein mittels Federkraft unter Vorspannung stehender Kolben in einem Zylinder eingebunden ist. Der Kolben ist jedoch nicht einstellbar, wodurch nicht im erforderlichen Maße dem Hydrauliksystem Druckmittel zugeführt und entnommen werden kann.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fluidspeichereinrichtung zur dosierten Zufuhr und Abfuhr eines Hydraulikfluids, vorzugsweise zum Querfließpressen von Werkstücken zu schaffen, welche die z.B. durch Temperaturänderungen oder Undichtheit der Hydraulikzylinder hervorgerufenen Volumenänderungen des Betätigungsfluids kompensiert.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Die erfindungsgemäße Fluidspeichereinrichtung zur dosierten Zufuhr und Abfuhr eines Betätigungsfluids, insbesondere für ein Hydrauliksystem einer Schließvorrichtung zum Querfließpressen, weist eine Stellvorrichtung mit einem von Hand und/oder durch ein elektromechanisches Stellglied einstellbaren Stellkolben auf, mit welcher unerwünschte Volumenänderungen des Betätigungsfluids kompensierbar sind.
• Die Stellvorrichtung stellt zusätzliches Volumen zur Aufnahme oder Abgabe des Betätigungsfluids bereit und ist in das Hydrauliksystem integriert, bzw. mittels einer flüssigkeitsdichten Verbindung mit dem Hydrauliksystem der hydraulisch – mechanischen Schließvorrichtung verbunden. Die Fluidspeichereinrichtung weist dabei einen in einem Zylinder geführten Stellkolben auf, der es ermöglicht, durch eine Rückhubbewegung das an Volumen überschüssige Betätigungsfluid aufzunehmen oder durch eine Vorhubbewegung Betätigungsfluid an das Hydrauliksystem abzugeben, wenn sich dessen Volumen unerwünscht verringert hat. Dadurch wird es möglich, bei auftretenden Temperaturschwankungen der Hydraulikflüssigkeit, die daraus resultierenden Volumenänderungen auszugleichen und unerwünschte Abweichungen der Werkstückmaße zu verhindern. Die Fluidspeichereinrichtung ist bevorzugt mittels einer flüssigkeitsdichten Verbindung mit dem Hydrauliksystem der hydraulisch – mechanischen Schließvorrichtung verbunden.
• Erhöht sich die Temperatur während des Fertigungsprozesses, kann durch vorzugsweise schrittweises Zurückfahren des Stellkolbens die Volumenzunahme der Hydraulikflüssigkeit ausgeglichen werden. Im umgekehrten Fall, bei Volumenverlust aufgrund von sinkenden Temperaturen oder durch Undichtheit, ist es möglich, durch eine Vorhubbewegung dem Hydrauliksystem Betätigungsfluid zuzuführen. Nach dem Angleichen des Hydraulikvolumens wird die Lage des Stellkolbens zum Zylinder fixiert (z.B. mittels eines Gewindestiftes) um eine Volumenänderung während des Fertigungsprozesses zu verhindern. Diese Fixiervorrichtung ist so dimensioniert, dass bei maximalem Arbeitsdruck der hydraulisch – mechanischen Schließvorrichtung keine Lageänderung des Stellkolbens zum Zylinder auftritt. Mit einer geeigneten Hard- und Software ist es möglich, durch einen kontinuierlichen Vergleich der von Wegsensoren oder einer Messeinrichtung gelieferten Werten mit den Sollwerten, diesen Einstellvorgang zu automatisieren. Somit wird der Pressdruck bei Abweichung der Werkstückmaße den Sollwerten entsprechend reguliert.
• Das Einstellen der Lage des Stellkolbens zum Zylinder erfolgt direkt durch eine Vor- oder Rückhubbewegung des Stellkolbens oder indirekt mit Hilfe eines Gewindetriebes durch dessen Drehbewegung und der daraus resultierenden Linearbewegung.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1: Fluidspeichereinrichtung mit in einem Zylinder geführten Stellkolben,
• 1a: Schnittdarstellung der Fluidspeichereinrichtung mit in einem Zylinder geführten Stellkolben,
• 2: Schnittdarstellung einer hydraulisch-mechanischen Schließvorrichtung mit zwei, in den Fluidkreislauf eingebundenen Fluidspeichereinrichtungen.
• Die 1 zeigt die Fluidspeichereinrichtung F_S mit in einem Zylinder Z geführten Stellkolben K. Aus der Schnittdarstellung in 1a wird deutlich, dass das Speichervolumen V_S durch eine Rück- oder Vorhubbewegung des Stellkolbens eingestellt werden kann. Dabei dient der Gewindestift S₁ der Fixierung der Lage des Stellkolbens K gegenüber dem Zylinder Z. Der Dichtring D verhindert das Austreten von Hydraulikflüssigkeit. Die Führungsringe F₁ und F₂ sorgen für eine geeignete Führung des Stellkolben K im Zylinder Z.
• Die Schnittdarstellung einer hydraulisch – mechanischen Schließvorrichtung mit zwei, durch einen Hydraulikkolben K₂ verbundene Hydrauliksysteme H_1/2 ist in 2 dargestellt.
• Die linke Seite der Darstellung zeigt jeweils die geschlossene Schließvorrichtung mit eingelegtem Rohteil R und die rechte Seite die Schließvorrichtung nach Beendigung des Querfließpressens mit dem hergestellten Bauteil B. Jeweils eine Fluidspeichereinrichtung F_S wurde hier mit Hilfe einer Schraubverbindung an das obere H₁ und an das untere Hydrauliksystem H₂ der hydraulisch – mechanischen Schließvorrichtung angeschlossen. Diese Variante gewährleistet eine voneinander unabhängige direkte Volumenkompensation des oberen und unteren Hydrauliksystems H₁, H₂. Eine Alternative ist das Anbringen nur einer Fluidspeichereinrichtung entweder für das obere Hydrauliksystem H₁ oder für das untere Hydrauliksystem H₂. Dabei erfolgt die Druck-/Kraftübertragung zwischen dem oberen und unteren Hydrauliksystem H₁, H₂ durch Druckstangen K₁, K₂, die mit dem Hydraulikkolben H_K1 des oberen Hydrauliksystems H₁ und mit dem Hydraulikkolben H_K2 des unteren Hydrauliksystems H₂ während des Querfließpressens in Wirkverbindung stehen und die Schließkraft übertragen, welche auf die beiden Matrizenhälften M₁, M₂ wirkt.
• Das Abgabe- bzw. Aufnahmevolumen V_S der Fluidspeichereinrichtung F_S, also die maximale mögliche Kompensation von Volumenschwankungen im Hydrauliksystem der hydraulisch – mechanischen Schließvorrichtung, ergibt sich aus dem Innendurchmesser d des Zylinders Z und dem maximalen Hublänge L_H des Kolben K (s. 1a). Dieses Abgabe- bzw. Aufnahmevolumen V_S wird bestimmt durch die Dimensionierung der hydraulisch – mechanischen Schließvorrichtung, insbesondere durch das Hydraulikvolumen der Hydrauliksysteme H_1/H₂, der verwendeten Hydraulikflüssigkeit sowie Größe und Material der Werkstücke.
• Insgesamt wurde mit der Erfindung eine Fluidspeichereinrichtung geschaffen, welche die Volumenschwankungen im Hydrauliksystem, vorzugsweise einer hydraulischmechanischen Schließvorrichtung, kompensiert. Eine über den gesamten Fertigungsprozess gleichbleibende Qualität der Produkte wird somit auf äußerst einfache Art und Weise möglich.

Claims (6)

1. Fluidspeichereinrichtung zur dosierten Zufuhr und Abfuhr eines Betätigungsfluids, insbesondere für ein Hydrauliksystem einer Schließvorrichtung zum Querfließpressen, wobei die Fluidspeichereinrichtung (F_S) eine, unerwünschte Volumenänderungen des Betätigungsfluids kompensierende, Stellvorrichtung mit einem von Hand und/oder durch ein elektromechanisches Stellglied einstellbaren Stellkolben aufweist.
2. Fluidspeichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des elektromechanischen Stellgliedes automatisch erfolgt.
3. Fluidspeichereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des elektromagnetischen Stellgliedes in Abhängigkeit der Volumenänderung der Hydraulikflüssigkeit erfolgt.
4. Fluidspeichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Stellgliedes in Abhängigkeit der sich ändernden Werkstückmaße erfolgt.
5. Fluidspeichereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Stellgliedes in Abhängigkeit von der Werkstückhöhe erfolgt.
6. Fluidspeichereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – bei sich unerwünscht vergrößernder Werkstückhöhe mittels der Stelleinrichtung dem Hydrauliksystem Betätigungsfluid zugeführt und – bei sich unerwünscht verringernder Werkstückhöhe mittels der Stelleinrichtung dem Hydrauliksystem Betätigungsfluid entnommen wird.