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Stripperwerk mit hydraulisch betätigtem Kolbenstangenzylinder zum
Bewirken des Zangenschlusses und zum Aufbringen des Preßdruckes Die Vorteile des
hydraulischen Antriebs für den Stößel einer Stripperzange sind bekannt. Es liegt
eine Reihe von Lösungsvorschlägen vor. Die vorteilhaftesten bedienen sich dabei
der Möglichkeit, durch Anwendung irgendwelcher Kunstgriffe, den Gesamtweg des Stößels
zu unterteilen in einen Schnellgang und in einen Krafthub. Es liegt im kinematischen
Aufbau der Stripperzange und im Strippvorgang begründet, daß der größte Teil des
Stößelweges unter geringem Kraftaufwand abläuft. Beim Spannvorgang, bei welchem
der Stößel nach oben geht, ist zum Spannen selbst ein ganz geringer Hub notwendig.
Beim Strippvorgang, bei welchem der Stößel nach unten läuft, ist in den meisten
Fällen, insbesondere bei sauberen und gepflegten Kokillen, ein kurzer Krafthub mit
verhältnismäßig geringen Kräften erforderlich. In seltenen Fällen nur und meist
bei schwach konischen Kokillen wird ein größerer Weg des Stripperstempels unter
fühlbarer Kraftentfaltung notwendig. Während man großen Wert darauf legen muß, daß
alle übrigen Arbeitsvorgänge am Strippwerk rasch vonstatten gehen, darf der selten
benötigte Strippvorgang unter hoher Kraftentfaltung eine gewisse Zeit beanspruchen.
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Da der Spannvorgang nach vollendetem Schluß der Zange einen verschwindend
kleinen Weg beansprucht und auch der Stripperweg zum Ausstoßen des Blockes unter
Kraft sehr klein ist und nur einen Bruchteil des gesamten Hubes einnimmt, ist es
nicht erforderlich, einen hydraulischen Zylinder mit Kolbenhub zu verwenden, der
über den ganzen Arbeitsbereich der Stripperzange läuft, wie das bei den bisher bekannten
hydraulischen Stripperwerken der Fall ist.
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Die bisher bekannten hydraulischen Strippwerke verwirklichen den Eilgang
entweder unter Verwendung eines einfachen Zylinders und Unterteilung des Pumpensatzes
in einen Hochdruckteil zur Erzeugung kleiner Liefermengen unter hohem Druck und
in einen Niederdruckteil zur Erzeugung großer Liefermengen mit geringem Druck. Dabei
wird das aus dem Pressenbau und anderen Gebieten bekannte Verfahren angewendet,
den Druckanstieg bei eintretendem Widerstand zum Abschalten des Niederdruckteils
zu benutzen, wobei gleichzeitig der Hochdruckteil entweder eingesealtet wird oder
eingeschaltet bleibt.
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Ein anderes Verfahren benutzt nur eine Pumpe, unterteilt jedoch den
Zylinder in zwei Einheiten, den Eilgangszylinder und den Kraftzylinder. Der Eilgangszylinder
nimmt, beaufschlagt durch die Pumpe, den Kolben des Kraftzylinders sowie den an
diesem hängenden Stripperstempel mit, wobei das Öl von der einen Seite des Kraftkolbens
drucklos zur anderen Seite geführt wird. Im Moment des Widerstandsanstieges wird
der Kurzschluß zwischen den beiden Zylinderseiten hergestellt, und die Pumpe wirkt
sinngemäß auf Eilgangskolben und Kraftkolben gleichmäßig in derselben Richtung.
Dabei ist es gleichgültig, ob der Eilgangszylinder im Innern des Kraftzylinders
gleichachsig angeordnet ist oder ob zwei oder mehrere Eilgangszylinder den Kraftkolben
von außen fassen.
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Es sind auch andere Einrichtungen denkbar. Allen diesen Einrichtungen
haften grundsätzlich Nachteile an, da der hydraulische Zylinder und der zugehörige
Kraftkolben auf der vollen Hublänge arbeiten müssen. Diese Teile sind teuer und
um so schwieriger herzustellen, je größer die verlangte Leistung wird. Auch werden
die für den Eilgang notwendigen Pumpen bei Anwendung einfacher Zylinder immer größer.
Die Durcharbeitung eines Strippwerkes für sehr große Abmessungen zeigt, daß infolge
der für schnelles Arbeiten im Eilgang notwendigen Ölmengen die Unterbringung der
Antriebsmotoren mit den zugehörigen Pumpen innerhalb des zulässigen Drehkreises
im Schacht eines Stripperkranes unmöglich wird. Auch andere Nachteile haften den
Konstruktionen mit Langhubzylindern an, und zwar folgende: Die großen notwendigen
Ölmengen werden dem Ölbehälter entnommen und gleichzeitig von der
Gegenseite
des Kolbens -an anderer Stelle wieder in den Ölbehälter zurückgeführt. Der
Ölbehälter muß also eine sehr große Ölmenge enthalten. Bei: den. kleinen zur Verfügung
stehenden Maßen wird der Ölbehälter infolgedessen hoch; -und das Schwanken des ölspiegels
ist ein sehr großes: Dadurch entstehen zwei weitere Nachteile. Die Ölbewegung im
Behälter ist sehr heftig, wodurch sowohl die Filterung als auch die Entlüftung des
Öles sehr schwierig wird. Zum anderen wird bei jedem Absinken des Ölspiegels Luft
von außen in den Ölbehälter eingesaugt, wodurch bei noch so sorgfältiger überwachung
der eingesetzten Filter im äußerst schmutzigen Stahlwerksbetrieb unvermeidlich Verschmutzung
des Betriebsöles eintritt.
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Der andere schwerwiegende Nachteil besteht darin, daß die in den großen
Zylinder eingeschlossenen Öl mengen bei Beginn des Spannvorganges und bei Beginn
des Strippvorganges unter Krafterzeugung,-stets verdichtet werden müssen. Die. Verdichtungsarbeit
für das-eingeschlossene Öl ist durchaus nicht zu vernachlässigen, wenn größere Ölmengen
auf höhere Drücke zu bringen sind. Das ist dann um so mehr der Fall, wenn das Betriebsöl
nicht genügend sorgfaltig auf die Dauer entlüftet werden kann, d. h. also, mit zunehmenden
Ölmengen, zunehmenden Geschwindigkeiten, zunehmenden Hüben, also mit Wachsen der
Strpperzänge werden die Verdichtungsarbeit und damit die dafür aufzuwendende Zeit
relativ größer. Daher wird eine nach den bisherigen Verfahren mit Langhubzylinder
gebaute hydraulische Stripperzange mit zunehmender Größe an Wirtschaftlichkeit und
Arbeitsgeschwindigkeit abnehmen.
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Außerdem sind auch Konstruktionen bekannt, die eine elektromechanische
Lösung vorsehen. Die Nachteile der elektromechanischen Zange mit Spindel antrieb
liegen vorwiegend darin, daß die Spindel bei Krafterzeugung aus der flüssigen in
die halbflüssige und zum Schluß in trockene Reibung übergeht, also zum Verschleiß
neigt und einen außerordentlich schlechten Wirkungsgrad gerade dann aufweist, wenn
man (zur Erzeugung großer Kräfte) einen hohen Wirkungsgrad braucht. Der andere Nachteil
ist die Tatsache; daß die Spannenergie und die Strippenergie zum wesentlichen Teil
.aus der lebendigen Kraft der Massen des rotierenden Elektromotors genommen werden.
Beim Leerlauf jedoch arbeitet die Spindel mit gutem Wirkungsgrad. Sie läßt sich
bis zu sehr großen Abmessungen ausbilden.
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Die Erfindung betrifft nun ein Stripperwerk mit doppeltwirkendem zweiseitigem,
hydraulisch betätigtem Kolbenstangenzylinder zum Bewirken des Zangenschlusses und
zum Aufbringen des Preßdruckes auf den Stripperstempel beim Ausstoßen des Blockes,
das die vorgenannten Nachteile vermeidet und dessen Lösung erfindungsgemäß darin
besteht, daß der Kraftkolben- des kurzhubigen hydraulischen Kraftzylinders nur zum
Betreiben- der langsamen Kraftgänge beim Ausstoßen und Blockfassen ausgebildet ist,
während zum Erzeugen der schnellen Leerläufbewegungen des Stripperstempels und der
Zange eine im Kraftkolben zentrisch gelagerte Schraubenspindel mit separatem Antrieb
versehen ist, der in an sich bekannter Weise eine im Zangenschachtrohr verschieblich,
nicht verdrehbar gelagerte, mit dem . Stripperstempel verbundene Schraubenmutter
zugeordnet ist., Der Kraftkolben ist mit Federn oder Hilfskolben verbunden,
die ihn im druckentlasteten Zustand der Hauptzylinderräume in einer Ruhelage halten,
von der aus er nach unten den notwendigen Stripperhub, nach oben den notwendigen
Zangenspannhub ausführen kann. Beim Ausweichen aus der Ruhelage durch Auftreffen
des Stripperstempels auf erhöhten Widerstand wird der Kraftkolben entweder mechanisch
mit Wegabtastem oder über die Stempel hydraulisch mit Drucktastern verbunden, die
durch Beeinflussung der geeigneten Steuerorgane die Druckquelle und den Ölbehälter
sinngemäß mit den Innenräumen des Kraftzylinders verbinden.
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Es ist zwar bei einer Sicherheitsvorrichtung für Stripperzangen bei
hydraulisch betriebenen Block-Strippern, deren Antrieb aus einem oberhalb des Stripperstempels
angeordneten Zylinder und einer unabhängig vom Stripperwerk vorgesehenen Druck erzeugungseinrichtung
für die Druckflüssigkeit besteht, an sich schon ein Stripperwerksantrieb bekannt,
bei dem ebenfalls ein hydraulischer Antrieb und ein Spindeläntrieb zusammenwirken.
Das kennzeichnende Merkmal besteht jedoch hierbei darin, daß die als Stripperstempel
ausgebildete Kolbenstange auf der den Zangenschenkeln abgewandten Seite über den
Kolben und durch den Zylinderdeckel hinaus verlängert und an ihrem Ende mit Gewinde
versehen ist, auf dem sich eine angetriebene Nachlaufmutter führt, die sich auf
einem Ansatz des Zylinders abstützt. Es besteht somit ein grundsätzlicher Unterschied
der Funktionen der Antriebe.
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Bei der Lösung nach der Erfindung sind die Vorteile eines durch Spindelantrieb
bewirkten Schnellganges mit den Vorteilen der hydraulischen Zangenspannkrafterzeugung
und des hydraulischen Blockausstoßens verbunden. Die in dem Kraftkolben in axialer
Richtung unverrückbar gelagerte Spindel kann große Kräfte aufnehmen, gleichzeitig
aber eine freie Drehbewegung ausüben. Diese Spindel ist nun andererseits mit einem
motorischen Antrieb verbunden, der ihr eine Drehbewegung erteilt. Außerdem, ist
sie mit einer Mutter verbunden, die in dem die Strippzange umgebenden Gehäuseteil
(meist rohrförmig ausgebildet) auf- und abwärts verschiebbar, aber nicht verdrehbar
geführt ist. Diese Mutter ist mit dem Stripperstempel fest verbunden. Selbstverständlich
kann auch die Mutter mit der angetriebenen Spindel verbunden sein und sich mit dieser
drehen, während die Schraubenspindel mit dem Stripperstempel verbunden ist.
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Der hydraulische Kraftkolben sitzt in einem hydraulischen Zylinder,
der sich zur Aufrechterhaltung der Spannung bei gespannter Zange in bekannter Weise
auf ringsherum angeordnete Federpakete abstützt. Die Arbeitsräume dieses Zylinders,
in welchen der Kolben einen verhältnismäßig geringen Hub ausführen kann, sind in
bekannter Weise mit einer Pumpe als Druckquelle verbunden über an sich bekannte
hydraulische bzw. elektromechanische Steuer-Organe. Selbstverständlich können auch
druckluft-)der druckgasbeaufschlagte Organe benutzt werden.
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Zweckmäßigerweise bildet man den hydraulischen 7ylinder und den Kraftkolben
so aus, daß der Kraftcolben im Entlastungsfall in der Mitte des hydrauischen Zylinders
zu stehen kommt, so daß er sowohl lach der einen als auch nach der anderen Seite
einen Ur die Durchführung der Spannbewegung ausreichenien Krafthub ausüben kann.
Dabei wird dieser Kraftnub zum Zangenspannen, also nach oben, kleiner ausfallen
können als zum Strippen. Die Mittellage des Kraftkolbens im hydraulischen Zylinder
wird daher
nicht notwendigerweise eine geometrische Mittellage werden.
Diese Mittellage oder Ruhestellung kann herbeigeführt werden durch Federn oder durch
hydraulische Hilfszylinder mit Kolben, die bei Ruhestellung des Hauptkolbens an
der Grenze ihres Eigenhubes angelangt sind.
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In der Abbildung sind der Aufbau sowie die Schaltung für ein Ausführungsbeispiel
schematisch dargestellt.
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Ein Antriebsmotor 1 versetzt über ein Getriebe 2 und eine Kupplung
3 eine Spindel 4 in Drehbewegung, die an ihrem unteren Ende ein Gewindestück 5 besitzt,
wodurch eine Mutter 6, welche in einem Stripperzangenschachtrohr 7 unverdrehbar
geführt und mit einem Stripperstempel8 fest verbunden ist, auf und ab bewegt werden
kann. Die Spindel 4 ist in einem Kraftkolben 9 eines hydraulischen Zylinders 10
mit den Bunden 4 a und 4 b axial nicht verschieblich gelagert. Der hydraulische
Zylinder 10 stützt sich mit einem Flansch 11 auf die Spannfeder 12 ab. Mit ihm fest
verbunden sind Hilfskolben 14 in Zylindern 13 bzw. Hilfskolben 16 in Zylindern 15.
Die Hilfskolben 14 und 16 halten dann, wenn die Zylinder 13 und 15 unter genügendem
Öldruck stehen, den Kraftkolben 9 über den Kragen 9 a in Mittelstellung innerhalb
des Zylinders 10 derart, daß die Arbeitshübe in den Räumen 10 a und 10
b den Erfordernissen des Stripperbetriebes entsprechen. Es ist dabei nicht
notwendig, daß der Durchmesser der Kolbenstange 9 b ebenso groß ist wie der Durchmesser
der Kolbenstange 9 c. Der Zylinderraum 13 ist über Rückschlagventil 17 und Drossel
18 mit einem Speicherraum 19 verbunden, in gleicher Weise der Zylinderraum 15 über
ein Rückschlagventil 20 und eine Drossel 21 mit einem Speicherraum 22. Der im Innern
vom Zylinderraum 13 befindliche Druck wird .durch einen Druckwächter 23, der im
Zylinderraum 15 herrschende Druck durch einen Druckwächter 24 überwacht.
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Bewegt sich durch irgendwelche Ursache der Kraftkolben 9 im hydraulischen
Zylinder 10 nach oben, so steigt der Druck im Zylinderraum 15 an. Diese Drucksteigerung
wird vom Druckwächter 24 gemeldet und, in bekannter Weise verstärkt, an ein Umschaltorgan
25 weitergegeben. An Stelle dieser Druckmeldung kann man auch beispielsweise die
tewegung des am Kragen 9 a angesetzten Mitnehmers 9 d benutzen, um die vorzugsweise
elektrischen Schaltorgane 37 oder 3$ zu betätigen. Dem Umschaltorgan 25 fließt aus
einem. Ölbehälter 26 _über einen Filter 27 von einer Pumpe 28 angesaugtes Öl über
ein Rückschlagventil 29 und eine Leitung 30 zu. Bei Bewegung des Kraftkolbens 9
nach oben (Einleitung des Strippvorganges) wird der Schalter 25 so beeinflußt, daß
das aus Leitung 30 ankommende Öl durch eine Leitung 34 in Raum 10 a einströmt,.
wobei der nunmehr nach unten gehende Kraftkolben 9 aus Raum 10 b Öl über ein Schaltorgan
33 und eine Leitung 31 sowie das Umschaltorgan 25 und eine Leitung 35 in den Ölbehälter
26 zurückdrückt. Dabei wird Druckwächter 24 wieder ausgeschaltet und Druckwächter
23 eingeschaltet. Es ist schaltungstechnisch mit bekannten Mitteln leicht zu erreichen,
daß durch Ansprechen des Druckwächters 23 bzw. des Schalters 38 kein Auflösen des
früher durch 24 bzw. 37 erteilten Kommandos eintritt.
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Gleichzeitig mit dem Schalten des Druckwächters 23 besorgt der Druckwächter
24 bzw. Schalter 37 das Abschalten des Antriebsmotors 1 und eines Schalters 40,
so daß die Spindel 4, 5 zum Stillstand kommt und ein bis dahin geöffneter Kurzschlußschieber
39 sich schließt. Die unter hoher Kraft ablaufende Bewegung des Stripperstempels
8 vollzieht sich dann ohne Relativbewegung zwischen Spindel 4, 5 und Mutter 6. Ebenso
vollzieht sich die Kraftübertragung zwischen dem Kraftkolben 9 und dem Bund 4 a
ohne Relativbewegung.
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Durch Auflösung des Kommandos »Strippen« mittels eines bekannten elektrohydraulischen
Steuerorgans geht das Umschaltorgan 25 auf Mittelstellung. Die Pumpe 28 fördert
über 29, 30, 25 und 35 in den Ölbehälter 26 drucklos zurück. Pumpe 28 ist gegen
Überdruck geschützt durch ein Sicherheitsventil 28 a. Bei Einleiten des Kommandos
»Heben« bzw. »Spannen« durch den Bedienungsmann wird zunächst das Umschaltorgan
25 in die Stellung »Heben« gebracht, bis der Kraftkolben 9 seine Mittelstellung
erreicht hat. Dabei fließt das aus der Pumpe 28 durch das Umschaltorgan 25 gedrückte
Öl in die Leitung 31 über das Rückschlagventil 32 zum Raum 10b. Das aus Raum 10
a ausströmende Öl fließt über die Leitung 34, das Umschaltorgan 25 und die Leitung
35 dem Ölbehälter 26 zu. Sobald der Kraftkolben 9 Mittelstellung erreicht hat bzw.
der Kragen 9 a sich in Mittelstellung befindet, schaltet der Druckwächter 23 aus.
Hierdurch wird das Umschaltorgan 25 in Mittelstellung zurückgeführt und der Antriebsmotor
1 eingeschaltet im Sinne einer Senkbewegung. Damit setzt der Eilgang ein, der so
lange abläuft, bis die vom Gewindestück 5 angetriebene Mutter 6 über die Stripperzange
8 Widerstand findet. Hierdurch wird der Kraftkolben 9 nach unten gezogen, der Kragen
9 a drückt über den Kolben 14 auf den Raum 13, der Druckwächter 23 bzw. der Endschalter
38 sprechen an, beeinflussen das Umschaltorgan 25, das Öl strömt aus der Pumpe 28
über das Rückschlagventil 29, .die Leitung 30, das Umschaltorgan 25, die Leitung
31, das Rückschlagventil 32 in den Raum 10b. Der Raum 10a wird entladen über die
Leitung 34, das Umschaltorgan 25, die Leitung 35 in den Ölbehälter 26. Der Zangenspannvorgang
läuft ab.
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Sinngemäß ist beim Einschalten von 25 durch Ansprechen- von 23 bzw.
38 der Antriebsmotor 1 mit der Spindel 4, 5 stillgesetzt. Der hydraulische Vorgang
läuft ab unter relativer Ruhe der mechanischen drehenden Teile.
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Das sinngemäße Zu- und Abschalten des Steuerorgans 39 in Verbindung
mit dem Ein- und Ausschalten des Antriebsmotors 1 bzw. in Zusammenwirken mit Organ
25 braucht nicht näher beschrieben zu werden, da es sich von selbst versteht.
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Die Wirkungsweise sei im nachfolgenden im Hinblick auf eine ausführliche
Behandlung der Einzelaggregate nochmals beschrieben: Beim Einschalten einer Bewegung
wird zunächst von einem Antriebsmotor die Spindel in der gewünschten Richtung in
Drehung versetzt, wodurch der Stripperstempel im Eilgang verschoben wird. Dabei
ist zwischen den beiden Zylinderrräumen oberhalb und unterhalb des Hauptkolbens
Kurzschluß hergestellt. Trifft nun der Stripperstempel auf einen Widerstand, z.
B. dadurch, daß die Zange geschlossen ist oder der Stempel nach unten gegen den
Block läuft, ohne daß dieser sofort aus der Kokille fällt, verschiebt sich der Kolben
im Kraftzylinder um einen kleinen Betrag nach oben oder unten aus seiner
Ruhelage.
Hierdurch wird entweder durch ein wegabfühlendes Organ am Hauptkolben oder durch
ein druckabfühlendes Organ an den Hilfskolben der die Spindel antreibende Motor
abgeschaltet und gleichzeitig der Druckölstrom dem Zylinder sinngemäß zugeleitet.
Die Spindel kommt zum Stillstand, und der Krafthub wird durchgeführt. Bei Verwendung
einer selbstregelnden Pumpe kann eine mit zunehmendem Druck abnehmende Flüssigkeitsmenge
gefördert werden, so daß der Spannvorgang außerordentlich schnell und der Strippvorgang
nach dem Gesetz konstanter Leistung abläuft. Infolge der Kleinheit des angewendeten
Zylinders und des dadurch geringen eingeschlossenen ölvolumens erfolgt- der Druckaufbau
im Kraftzylinder sehr rasch, was sehr kurze Arbeitszeiten ermöglicht. Die Leistungen
des die Hochdruckpumpe antreibenden Elektromotors können daher vergleichsweise gering
gewählt werden.
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Der elektromechanische Antrieb mit Spindel hat im vorliegenden Falle
einen gewissen Nachteil, der darin besteht, daß zur Erzeugung vernünftiger Leistungen
und Drehmomente ein verhältnismäßig schnell laufender Elektromotor verwendet weiden
muß, der über ein übersetzungsgetriebe die Spindel antreibt. Bei jeder Ingangsetzung
ist eine erhebliche Energie für die Beschleunigung der Massen des Elektromotors
aufzuwenden und beim Stillsetzen wieder zu vernichten.
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Wesentlich vorteilhafter gestaltet sich der Antrieb der Spindel durch
einen hydraulischen Motor. Das Verhältnis von erzeugbarem Drehmoment zum Trägheitsmoment
der rotierenden Massen ist bei gleicher Drehzahl und gleicher Leistung beim hydraulischen
Motor um ungefähr eine Dezimale günstiger, wenn es sich um einen gewöhnlichen Axialkolben-Schnellläufermotor
handelt. Bei Anwendung eines Langsamläufers neuester Ausführung ist das Verhältnis
jedoch nochmals um wenigstens eine Dezimale günstiger, insbesondere dann, wenn der
Motor mit stillstehendem Zylinderteil ausgebildet ist und nur eine rotierende Welle
mit Schiefscheibe besitzt. Es bedeutet daher einen fühlbaren Fortschritt, den Antrieb
der Spindel im vorliegenden Falle durch einen hydraulischen Motor, vorzugsweise
in der Form des langsam laufenden Axialkolbenmotors, auszubilden. Man kann dann
diesen Motor mit derselben Pumpe verbinden, die als Druckquelle für den Kraftzylinder
dient. Das hat gleichzeitig den Vorteil, daß der öldruck in der Druckleitung von
der Pumpe zum Ölmotor als Meßwert dienen- kann, um über einen Druckmesser das Hauptumstenerorgan
von Schnellgang auf Kraftgang umzuschalten und dem Zylinder zuzuführen. In einer
solchen Ausführung, deren Schaltung mit bekannten Mitteln durchgeführt werden kann,
wird der Höhepunkt an Leistung erreicht, der von einer- solchen kombinierten mechanisch-hydraulischen
Zange erwartet werden kann. Es ist dann auch nur notwendig, einen einzigen Hauptantriebs-Elektromotor
zu installieren, dessen Leistung so groß gewählt wird, daß der Eilgang, angetrieben
durch einen Hydromotor; unter Ausnutzung der vollen elektromotorischen Leistung
stattfindet ebenso wie der Kraftgang, ausgeführt durch einen kurzhubigen hydraulischen
Kraftzylinder.