DE19820008A1 - Spindelpresse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spindelpresse deren im Pressengestell drehbe­ weglich axialfixiert gelagerte Spindel mit ihrem Gewindeschaft in eine im Schlitten befestigte Mutter eingreift und an ihrem anderen Ende über eine schaltbare Reibungskupplung mit einer Arbeitsschwungscheibe zur Durchführung eines Arbeits­ hubes verbindbar und damit die in der Arbeitsschwungscheibe bis zum Stillstand gespeicherte Energie verfügbar ist, und die Spindel mit Beendigung des Arbeitshubes von der Arbeitsschwungscheibe gelöst, die Arbeitsschwungscheibe wieder auf eine dem Energieinhalt für den nächsten Arbeitshub entsprechende Drehzahl drehbe­ schleunigt und der Schlitten gleichzeitig bei Rückdrehung der Spindel in die Ausgangsstellung zurückgeführt wird.

Eine solche Spindelpresse ist bekannt aus der DE-C2 34 44 240. Die Anordnung einer schaltbaren Reibungskupplung zwischen Schwungscheibe und Spindel bietet gegenüber einer Rutschrad-Spindelpresse, bei der das Rutschrad lediglich als Überlastsicherung dient, den Vorteil, daß die Schwungscheibe bei der Rückdrehung der Spindel abkuppelbar ist und ist seit langem - beispielsweise aus der DE-PS 729 451 - bekannt.

Die Besonderheit der Spindelpresse nach der DE-C2 34 44 240 besteht darin, daß die Schwungscheibe als Arbeitsschwungscheibe ausgelegt ist mit einem während eines Arbeitshubes bis zum Stillstand verfügbaren Energieinhalt, so daß Erwärmung und Verschleiß der Kupplung minimal bleiben, da die Abkupplung lastfrei bzw. bei geringer Last erfolgt. Nachteilig ist jedoch, daß die Arbeitsschwungscheibe zu jedem Arbeitshub aus dem Stillstand auf die den benötigten Energieinhalt ergebende Drehzahl drehbeschleunigt werden muß, was durch einen die Arbeitsschwungscheibe treibenden Motor erfolgt. Die für die Drehbeschleunigung erforderliche Zeit bestimmt somit die Zeit zwischen zwei Arbeitshüben und damit die Taktzeit, und kann nur gering gehalten werden durch den Einsatz von Motoren entsprechenden Leistungs­ vermögens bei entsprechender Stoßbelastung des Stromnetzes.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung größerer Stoßbelastungen die Spindelpresse mit einer Arbeitsschwungscheibe zu betreiben, die bis zum Stillstand die für einen Arbeitshub erforderliche Energie bereitzustellen vermag. Diese Aufgabe wird gelöst indem der Arbeitsschwungscheibe eine Speicherschwungscheibe zugeordnet wird, mit der die Arbeitsschwungscheibe zu ihrer Drehbeschleunigung reibungsschlüssig kuppelbar ist.

Von der Speicherschwungscheibe kann die Arbeitsschwungscheibe in sehr kurzer Zeit beschleunigt werden, wobei der Reibschluß zwischen der Speicherschwungschei­ be und der Arbeitsschwungscheibe vollends ausreicht, ohne daß es einer Unterstützung durch weitere Antriebsmittel wie beispielsweise auf den Stößel einwirkender Hydraulikzylinder oder eines an der Kupplungsnabe angreifenden Elektromotors bedarf. Damit ist es möglich, auf einen besonderen Antrieb für die Rückdrehung der Spindel zu verzichten, die gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung mit der Rückführung des Schlittens über zwischen Pressengestell und Schlitten als Gewichtsausgleich wirkende Kolben-Zylinder-Einheiten bei deren Beauf­ schlagung mit erhöhtem Druck erfolgt.

Es empfiehlt sich, die Arbeitsschwungscheibe von der Beendigung eines Arbeitshubes bis zum Beginn des folgenden Arbeitshubes gegen Drehung zu sichern, wozu gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Arbeitsschwungscheibe mit einem Flansch für den Angriff von axial schwimmend gehaltenen, über Kolben-Zy­ linder-Einheiten betätigbaren Bremsbacken versehen ist, und die Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheiten entsprechend steuerbar ist.

Die gegen Drehung gesicherte Arbeitsschwungscheibe läßt auch eine Sicherung der Spindel mit ihrer Reibscheibe gegen Drehung zu, nachdem die Rückdrehung der Spindel beendet ist, womit gleichzeitig auch der Schlitten in seiner Ausgangslage gesichert ist. Hierzu ist die Reibungskupplung zwischen der Arbeitsschwungscheibe und der Spindel zu schließen, was gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung durch Beaufschlagung des die Reibungskupplung gegen Federkraft schließenden Kupplungskolbens in zwei Druckstufen erfolgt, deren erste Druckstufe geringeren Drucks die Spindel gegen Drehung hält und deren zweite Druckstufe höheren Drucks das zur Energieübertragung notwendige Kupplungsmoment bereitstellt.

Inbesondere ist die zweistufige Beaufschlagung des Kupplungskolbens gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch gegeben, daß der mit Drucköl beaufschlagte Kupplungskolben in der ersten Druckstufe aus einem Füllzylinder über einen auf der Gegenseite mit Druckluft beaufschlagten Trennkolben, und in der zweiten Druckstufe, nach Schließung der Verbindung zwischen Füllzylinder und dem den Kupplungs­ kolben führenden Kupplungszylinder, von einem Druckübersetzer beaufschlagbar ist, dessen auf der größeren Kolbenfläche mit Druckluft beaufschlagte Differentialkolben mit seiner kleineren Kolbenfläche in die Druckölbeaufschlagung des Kupplungskol­ bens verdrängt.

Die Speicherschwungscheibe kann beispielsweise als um eine horizontale Achse rotierende Seitenscheibe zur Arbeitsschwungscheibe ausgebildet sein, jedoch ist es baulich von besonderem Vorteil, wenn die Speicherschwungscheibe gleichachsig mit der Arbeitsschwungscheibe und der Spindel angeordnet ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in

Fig. 1 in einem Schnitt längs der senkrechten Mittenebene und in

Fig. 2 in einem Ausschnitt der Fig. 1 in größerem Maßstab dargestellt.

Mit 1 ist ein Pressengestell bezeichnet, in welchem ein Schlitten 2 senkrecht geführt und beweglich ist. Bewegt wird der Schlitten 2 durch die Drehung einer Spindel 3, die mit ihrem Gewindezapfen 4 in eine im Schlitten 2 befestigte Gewindemutter 5 greift. Das Gewicht des Schlittens 2 ist ausgeglichen durch Kolben-Zylinder-Einheiten 6, deren Kolbenstangen 7 über Jochstücke 8 an dem Schlitten 2 angreifen und deren Kolben mit Druckluft aufwärts gerichtet beaufschlagbar sind. Die Spindel 2 ist im Oberjoch 9 des Pressengestells 1 drehbar und axialfixiert gelagert. Des weiteren ist im Oberjoch 9 eine Speicherschwungscheibe 10 drehbeweglich und in dieser wiederum drehbeweglich eine Arbeitsschwungscheibe 11 gelagert, wobei die Arbeitsschwungscheibe 11 die für einen Arbeitshub benötigte Energie speichert und am Ende des Arbeitshubes zum Stillstand oder nahezu zum Stillstand kommt.

Die Arbeitsschwungscheibe 11 ist mit einem hohlen Lagerzapfen 12 versehen, mit dem sie in der Bohrung der Speicherschwungscheibe 10 radial gelagert ist und über den sie sich axial auf einer Lagerscheibe im Oberjoch 9 abstützt. Gegen Drehung kann die Arbeitsschwungscheibe 11 von Backenbremsen 13 festgelegt werden, deren Backen einen Flansch 14 der Arbeitsschwungscheibe 11 greifen und einen geringen axialen Versatz der Arbeitsschwungscheibe 11 zulassen. Ferner ist die Arbeits­ schwungscheibe 11 mit mehreren auf einem Kreis angeordneten Zylinderbohrungen 15 und darin eingesetzten Kolben 16 versehen, die an ihrer freien Stirnfläche mit Reibbelägen 17 versehen sind. Durch Beaufschlagung der Kolben 16 in den Zylinderbohrungen 15 über die Rohrleitung 18 wird der Auflagedruck der Arbeits­ schwungscheibe 11 in ihrem Axiallager aufgehoben, wenn - wie im Ausführungsbei­ spiel vorgesehen ist - die Arbeitsschwungscheibe 11 in ihrem Axiallager lediglich abgestützt ist. Die Reibkraft ist hierbei begrenzt durch das Gewicht der Arbeits­ schwungscheibe 11. Eine größere Reibkraft ist - wenn erforderlich - bei axialer Festlegung der Arbeitsschwungscheibe 11 in der Speicherschwungscheibe 10 mög­ lich, oder es können anstatt axial wirkender radial wirkende Reibkörper vorgesehen werden.

Die Speicherschwungscheibe 10 ist von einem Motor 19 durch einen Riementrieb 20 durchlaufend angetrieben. Die Arbeitsschwungscheibe 11 ist mit einer Reibscheibe 21, die drehfest mit der Spindel 3 verbunden ist, kuppelbar. An ihrer Oberseite ist die Arbeitsschwungscheibe 11 mit einer Ausnehmung 23 versehen, die mit ihrem Boden eine ringförmige Reibfläche 24 bildet. Ein Deckel 25 trägt eine Druckscheibe 26 und ist mit einer ringförmigen, einen Zylinderraum 27 für die Aufnahme eines Ringkolbens 28 bildenden Ausnehmungen versehen. Durch Beaufschlagung des Ringkolbens 28 ist die Druckscheibe 26 gegen die Kraft von Federn 29, die über Zuganker 30 auf die Druckscheibe 26 wirken, beweglich. Die mit dem oberen Ende der Spindel 3 verbundene Reibscheibe 21 ist in Ausnehmungen mit Reibklötzen 22 versehen. Durch Beaufschlagung des Ringkolbens 28 werden von der Druckscheibe 26 die Reibklötze 22 und damit die Reibscheibe 21 der Spindel 3 mit der Arbeitsschwungscheibe 11 reibschlüssig verbunden. Durch die Drehung der Spindel 3 wird der Schlitten 2 abwärts bewegt bei zunehmender Winkelgeschwindigkeit der Spindel 3 und zunehmender Geschwindigkeit des Schlittens 2. Am Ende der kurzen Anlaufstrecke erreicht der Schlitten 2 seine volle Geschwindigkeit. Je nach Arbeitsausführung wird der Reibschluß durch Entlastung des Ringkolbens 28 durch ein weg- oder kraftabhängige Schaltung gelöst, wobei die Preßkraft durch Steuerung des auf den Ringkolben 28 wirkenden Drucks einstellbar ist. Mit der Beendigung des Arbeitshubes und Aufhebung des Reibungsschlusses zwischen der Arbeitsschwungscheibe 11 und der Reibscheibe 21 wird der Schlitten 2 zurückbewegt unter gleichzeitiger Rückdrehung der Spindel 3, was durch einen auf die Spindel 3 wirkenden Rückdrehantrieb oder - wie im Ausführungsbeispiel vorgesehen - durch eine Beaufschlagung der Kolben in den für den Gewichtsausgleich vorgesehenen Kolben-Zylinder-Einheiten 6 mit erhöhtem Druck, wie im Ausführungsbeispiel vorgesehen, oder durch Beaufschlagung von Kolben in getrennten, zusätzlich angeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten.

Von erheblicher Bedeutung für die Präzision der Arbeitsausführung, für die Wärme­ beanspruchung und den Verschleiß der Bauteile der Reibungskupplung ist die zeitgenaue und schnelle Aufhebung des Drucks am Ringkolben 28, die durch eine Beaufschlagung des Ringkolbens 28 mittels Öl sichergestellt ist, wobei aber die Anwendung der Ölhydraulik auf den Ringkolben 28 beschränkt ist und die Steuerung des Öldrucks über den Differentialkolben 33 eines Druckübersetzers 34 erfolgt, der mit seiner kleineren Kolbenfläche aus einem Innenzylinder 35 in die Druckölbeaufschlagung des Ringkolbens 28 verdrängt, indem die größere Kolbenfläche des Differentialkolbens 33 über eine Rohrleitung 36 mit Druckluft beaufschlagt ist. Indem die Rohrleitung 36 von der Druckluftquelle abgeschaltet und drucklos geschaltet ist, fällt der Luftdruck auf die größere Kolbenfläche des Differentialkolbens 33 ab und es genügt ein sehr geringer Hub des Differentialkolbens 33 um den Abfall des Öldrucks am Ringkolben 28 zu bewirken. Das weitere Lüften der Reibungskupplung, bei dem sich die Druckscheibe 26 von den Reibklötzen 22 abhebt, geschieht unter der Kraft der Federn 29.

Um ein zeitgenaues Schließen der Reibungskupplung sicherzustellen ist es erfor­ derlich, den gewünschten, die Preßkraft bestimmenden Enddruck am Ringkolben 18 bei stets gleichem Hub des Differentialkolbens 33 zu erreichen. Verschleiß an den Reibteilen (Reibklötze 22, Druckscheibe 26, Reibfläche 24) und eventuelle Leck­ verluste im ölhydraulischen Bereich werden dadurch ausgeglichen, daß vor der Beaufschlagung des Differentialkolbens 33 aus einem Füllzylinder 37 in den den Ringkolben 28 führenden Zylinderraum Öl nachgeführt wird, indem ein Trennkolben 38 an seiner dem Öl entgegengesetzten Seite über eine Rohrleitung 39 so beaufschlagt wird, daß unter Überwindung der Kraft der Federn 29 die Druckscheibe 26 mit minimalem Druck zur Anlage an den Reibklötzen 22 gelangt. Sodann erfolgt die Beaufschlagung des Differentialkolbens 33, dessen kleinerer Kolben mit Eintreten in den Innenzylinder 35 zunächst die Zylinderräume des Füllzylinders 37 und des Innenzylinders 35 voneinander trennt und sodann den gewünschten Enddruck am Ringkolben 28 aufbaut.

Der Arbeitsablauf ist wie folgt:
In der Ausgangsstellung ist die Arbeitsschwungscheibe 11 in Ruhe und durch die an ihrem Flansch 14 angreifenden, geschlossenen Backenbremsen 13 gegen Drehung gesichert. Über die Rohrleitung 39 ist der Trennkolben 38 mit Druckluft beaufschlagt, so daß das Öl im Füllzylinder 37 und über den Innenzylinder 35 im Zylinderraum 27 unter gleichem Druck steht und den Ringkolben 28 beaufschlagt. Dieser Druck ist so bemessen, daß die Druckscheibe 26 gegen die Kraft der Federn 29 die Reibscheibe 21 mit ihren Reibklötzen 22 reibschlüssig einspannt, die Spindel 3 gegen Drehung sichert und damit zugleich den Schlitten 2 in der oberen Stellung festhält.

Zum Arbeitshub werden Backenbremsen 13 gelüftet, die Kolben 16 über die Rohrleitung 18 und der Differentialkolben 33 über die Rohrleitung 36 beaufschlagt, während der Trennkolben 38 über die Leitung 39 gedrosselt entlüftet wird, so daß der Differentialkolben 33 mit seiner kleineren Kolbenfläche in den Innenzylinder 35 eintritt, dessen Zylinderraum von dem des Füllzylinders 37 trennt und das Öl im Innenzylinder 35 und dem Zylinder 27 komprimiert, womit der Ringkolben 28 mit dem übersetzten Druck beaufschlagt wird und das zur Energieübertragung von der Arbeitsschwung­ scheibe 11 auf die Spindel 3 notwendige Kupplungsmoment erreicht ist. Sobald die Arbeitsschwungscheibe 11 eine vorgewählte Drehzahl erreicht hat, wird die Leitung 18 mit den Zylinderräumen 15 drucklos geschaltet und damit der Reibschluß zwischen der Arbeitsschwungscheibe 11 und der Speicherschwungscheibe 10 abgebaut. Beim Aufprall des von dem Schlitten 2 getragenen Werkzeugs auf das Werkstück wird die Rotationsenergie der Arbeitsschwungscheibe 11 umgewandelt in Umformenergie, Federarbeit im Pressengestell und Reibenergie. Kurz vor Erreichen des unteren Umkehrpunktes in der Bewegung des Schlittens 2 wird der Kolben in der Kolben-Zylinder-Einheit 6 für den Gewichtsausgleich mit erhöhtem Druck für den Rückhub des Schlittens 2 beaufschlagt. Kurz bevor die Arbeitsschwungscheibe 11 zum Stillstand kommt, wird die Rohrleitung 36 drucklos geschaltet und über den Differentialkolben 33 der Ringkolben 28 entlastet, so daß für den Rückhub des Schlittens 2 und die Rückdrehung der Spindel 3 die mit der Spindel 3 verbundene Reibscheibe 21 keinen Reibschluß mehr mit der Arbeitsschwungscheibe 11 hat. Die Arbeitsschwungscheibe 11 mit ihrem Flansch 14 wird von den Backenbremsen 13 vollends zum Stillstand abgebremst und in der Ruhelage gehalten. Wenn auch die Rückdrehung der Spindel 3 beendet ist, wird über die Rohrleitung 39 der Trennkolben 38 wieder beaufschlagt, womit wieder die Ausgangsstellung erreicht ist.

Während im Ausführungsbeispiel Füllzylinder 37 und Druckübersetzer 34 zusammengefaßt sind, können diese auch getrennt ausgebildet sein, wobei anstelle des kleineren Kolbens eines Differentialkolbens ein Ventilstößel vorgesehen ist, der die Verbindung des Füllzylinders 37 zum Zylinderraum 15 abschießt und ein getrennter Druckübersetzer vorgesehen ist.

Claims (6)

1. Spindelpresse deren im Pressengestell (1) drehbeweglich axialfixiert gelagerte Spindel (3) mit ihrem Gewindeschaft (4) in eine im Schlitten (2) befestigte Mutter (5) eingreift und an ihrem anderen Ende über eine schaltbare Reibungskupplung mit einer Arbeitsschwungscheibe (11) zur Durchführung eines Arbeitshubes verbindbar und damit die in der Arbeitsschwungscheibe (11) bis zum Stillstand gespeicherte Energie verfügbar ist, und die Spindel (3) mit Beendigung des Arbeitshubes von der Arbeitsschwungscheibe (11) gelöst, die Arbeitsschwungscheibe (11) wieder auf eine dem Energieinhalt für den nächsten Arbeitshub entsprechende Drehzahl drehbeschleunigt und der Schlitten (2) gleichzeitig bei Rückdrehung der Spindel (3) in die Ausgangsstellung zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine durchlaufende Speicherschwungscheibe (10) vorgesehen ist, mit der die Arbeitsschwungscheibe (11) zu ihrer Drehbeschleunigung reibungs­ schlüssig kuppelbar ist.

2. Spindelpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung des Schlittens (2) über zwischen Pressengestell (1) und Schlitten (2) als Gewichtsausgleich wirkende Kolben-Zylinder-Ein­ heiten (6) bei deren Beaufschlagung mit erhöhtem Druck oder Beauf­ schlagung zusätzlicher, gleichwirkender Kolben-Zylinder-Einheiten erfolgt.

3. Spindelpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsschwungscheibe (11) mit einem Flansch (14) für den Angriff von axial schwimmend gehaltenen, über Kolben-Zylinder-Einheiten betätigbaren Bremsbacken (13) versehen ist, und die Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheiten derart steuerbar ist, daß die Arbeitsschwung­ scheibe (11) von der Beendigung eines Arbeitshubes bis zum Beginn eines folgenden Arbeitshubes gegen Drehung gesichert ist.

4. Spindelpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung des die Reibungskupplung gegen Federkraft schließenden Kupplungskolbens (28) in zwei Druckstufen schaltbar ist, deren erste Druckstufe geringeren Drucks die Spindel (3) gegen Drehung hält und deren zweite Druckstufe höheren Drucks das zur Energieübertra­ gung notwendige Kupplungsmoment bereitstellt.

5. Spindelpresse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Drucköl beaufschlagte Kupplungskolben (28) in der ersten Druckstufe aus einem Füllzylinder (37) über einen auf der Gegenseite mit Druckluft beaufschlagten Trennkolben (38), und in der zweiten Druckstufe nach Schließung der Verbindung zwischen Füllzylinder (37) und dem den Kupplungskolben (28) führenden Kupplungszylinder (27), von einem Druckübersetzer (34) beaufschlagbar ist, dessen auf der größeren Kolbenfläche mit Druckluft beaufschlagte Differentialkolben (33) mit seiner kleineren Kolbenfläche in die Druckölbeaufschlagung des Kupplungskol­ bens (28) verdrängt.

6. Spindelpresse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschwungscheibe (10) gleichachsig mit der Arbeits­ schwungscheibe (11) und der Spindel (3) angeordnet ist.