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HOCHGESCHWINDIGKEITSMASCHINE ZUM DRUCKVERFORMEN VON WERKSTÜCKEN Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Druckverformen von Werkstück und konkreter
auf Hochgeschwindigkeitsmaschinen mit regelbarer Schlagenergie zum Druckverformen
von Werkstück, welche die Hochdruckgasenergie zum Beschleunigen des Arbeitswerkzugs
auf hohe Geschwindigkeiten verwenden und welche im geschlossenen thermodynamischen
Kreisprozeß, d. h. ohne Ausstoßen des Gases in die Außenluft, arbeiten.
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Am zweckmäßigsten wird die gemäß der vorliegenden Er-Präzisionsfindung
ausgeführte Maschine beim Erzeugen von/Schmiedestücken aus gewähnlichen und schwerverformbaren
Metallen
und Legierungen verwendet, wenn die Schmiedestücke hohe
und dünne-Rippen mit geringen wiandschrägen oder ohne solche besitzen (z. B. Schmiedestücke
für Flügelräder von Kreiselpumpen u. a.).
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Es sind Hochgeschwindigkeitsmaschinen zum Druckverformen von Werkstück
bekannt, die einen Ständer mit einer auf ihm auf Dämpfern aufgesetzten Grundplatte
besitzen, über der an Senkrechtsäulen ein Behälter befestigt ist, in dessen Gehäuse
sich im llittelteil ein zylindrischer Raum und an dessen Umfang sich ein mit Druckgas
gefüllter Ringraum befindet, wobei letzterer mit dem kolbenseitigen Raum des koaxial
zum Zentralraum angeordneten Kraftzylinders in Verbindung stent, dessen Kolbenstange
das arbeitsausführende Werkzeug betätigt.
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Durch den Druck des in den Zylinder aus dem Behälter ringraum eintretenden
Druckgases auf den Kolbenboden wird der Kolben auf eine bedeutende Geschwindigkeit
beschleunigt.
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Bei diesen maschinen kann die Schlagenergie stufenweise und stufenlos
geregelt weraen. Die energie wird stufenweise geregelt, indem ein Teil des Gasvolumens
von der Anteilnahme an der Arbeit ausgeschlossen wird.
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Das Ausschließen eines Teils aes im Behälterhohlraum befindlichen
Gasvolumens von der Anteilnahme an der Arbeit ohne Änderung des Ausgangsgasdrucks
erinöglicht es, dem arbeitsausführenden Werkszeug eine kinetische Energie zu
erteilen,
die 40% vom Nennwert, d. h. von der bei der Arbeit des ganzen, Ausgangsdruck besitzenden
Gasvolumens erhaltenen Energie, beträgt.
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Das stufenwei-se Regeln der Schlagenergie beschränkt die technologischen
Möglichkeiten der Hochgeschwindigkeitsmaschinen und erschwert ihren Einbau in £etigungsstraßen
mit häufigem Wechsel der Werkstücke.
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Die Schlagsenergie wird stufenlos entweder durch Ableiten eines Teils
des Gasvolumens, wenn geringere Energie erhalten werden soll, oder durch ein zusätzliches
Gasvolumen, wenn die Energie erhöht werden soll, geregelt.
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Zum stufenlosen Regeln wird der Ausgangsgasdruck im Behälterhohlraum
geändert. Dies hat zur Folge, daß entwerder Gas in die Außenluft oder in einen Zusatzbehälter
geleitet werden muß.
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Bs sind auch Hochgeschwindigkeitsmaschinen zum Druckverformen von
Werkstoffen bekannt, bei denen die Schlagenergie durch Ändern der Hubgröße des arbeitsausführenden
Werkzeugs und durch Ändern der Flächen der Öffnungen, welche den kolbenseitigen
Zylinderraum mit dem Behälterhohlraum verbinden, geregelt wird.
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Diese Maschinen besitzen eine Schwimmhülse, die im zentralen zylindrischen
Behalterhohlraum verschiebbar angeordnet ist. Die Hülse ist ein arbeitsaufwendiges
sperriges
Teil mit einem Auflagesitz für den Kolben sowie mit Ein-und
Auslaßöffnungen.
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In der Hülse bewegt sich der Kolben mit der Kolben stange, welche
das arbeitsausführende Werkzeug tragt.
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In der Ausgangsstellung wird der Kolben an den Sitz angepreßt, der
in der Hülse ungefähr in der Mitte ihres Körpers vergesehen ist, und überdeckt in
der H(ilsenwand befindliche Öffnung@@. Letztere verbinden den kolbenseitigen Raum
mit dem Behälterhohlraum, wenn der Kolben den Sitz verläßt.
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Um den Kolben vor dem Freigeben der Öffnungen in Bewegung zu setzen,
wird Flüssigkeit auf den Kolbenboden geleitet, welche bei@der Rückkehr des Kolbens
in die Ausgangsstellung über die Auslaßöffnungen zusammen mit dem in ihr gelösten
Gas in ein'Gefäß fließt. Die Gasmenge beträgt (bei Stickstoff) ungefähr 12% des
gesamten Flüssigkeitsvolumens. Dieser konstante Verlust muß systematisch kompensiert
werden.
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Es wird, um die Schlagenergie zu regeln, die Fläche der Öffnungen
teilweise durch Verschieben der Hülse in bezug auf den zentralen zylindrischen Behälterhohiraum
überdeckt.
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Bei einem relativ geringen Überdeckungsgrad der Öffnungen wird eine
größere Schlagenergie erhalten. Der kolben bewegt sich zusammen mit der Hülse, bis
die Öffnungen auf erforderliche
Weise überdeckt werden. Danach
hört ihre gemeinsame Verschiebung auf. Druckgas aus dem Behälterhohlraum beginnt
über die Offnungen zuzuströmen und verschiebt den Kolben.
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Auf aiese Weise wird der Kolbenhub, bevor das Freigeben der Öffnungen
beginnt, praktisch nicht ausgenutzt.
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Das Verwenden einer so gebauten, beweglichen Hülse zum Regeln der
Schlagenergie hat zur Folge, daß eine Sonderüberwachungsanlage vorgesehen werden
muß, die Befehl zum Intätigkeittreten (des Kolbens) gibt, wenn die hülse eine Stellung
einnimmt die der bestimmten Schlagenergie entspricht.
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Außerdem fünrt eine solche konstruktive Ausführung der Maschine zum
Vergrößern ihrer Außenmaße und zum Vermindern des wirkungsgrads, da bei jedem Arbeitshub
Energie verloren geht, welche zum gemeinsamen Verschieben von Hülse und Kolben erforderlich
ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochgeschwindigkeit
smaschine mit stufenlos regelbarer Schlagenergie zum Druckverformen von Werkstück
zu schaffen, welche verhältnismäßig geringe Außenmaße und einen hohen Wirkungsgrad
besitzt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Hochgeschwindigkeits maschine zum Druckverformen
von werkstück gelöst, die einen Ständer mit einer auf ihm auf Dämpfern aufgesetzten
Grundplatte besitzt, über der an Senkrechtsäulen ein Behälter
beSestigt
ist, in dessen Gehäuse sich im Mittelteil ein zylindrischer Raum und an dessen Umfang
sich ein mit Druckgas gefüllter Ringraum befindet, wobei letzterer mit dem kolbenseitigen
Raum eines koaxial zum Zentralraum angeordneten Kraftzylinders in Verbindung steht,
dessen Kolbenstange das arbeitsausführende Werkzeug betätigt.
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Erfindungsgemäß ist der Kraftzylinder im BehältergehäuSe befestigt
und zwischen ihnen ist ein Ringspalt vorgesehen, in dem eine Hülse angeordnet ist,
welche unter Einwirkung des Unterschieds des Drucks im Behälterringraum und des
(Druckquelle) Drucks, der unter der Hülse im mit dem Antrieb#verbundenen Ringspalt
erzeugt wird, in Axialrichtung bewegbar ist.
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Zweckmäßigerweise besitzt die Hülse eine Anzeigevorrichtung, die
ihre Verschiebung in bezug auf den Ständer angibt.
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Es ist auch zweckmäßig, daß der Raum unter dem Kolben mit Gas, das
einen verhältnismäßig niedrigen Druck besitzt, gefüllt ist, um den Kolben nach dem
Ausführen des Schlags in die Ausgangsstellung zurückzuführen.
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Die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführte Maschine besitzt
verhältnismäßig kleine Äiißenznaße und tolg-1.ich ein geringeres Gewicht, ist in
konstruktiver Hinsicht einfach und hat eine hohe Leistungsfähigkeit.
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Nachstehend wird ein koakretes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung unter Hinweis auf beliegenden Zeich -nung
beschrieben,
die einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäß Hochgeschwindigkeitsmaschine zum
Druckverformen von Werkstoffen zeigt.
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Die Hochgeschwindigkeitsmaschine zum Druckverformen von Werkstoffen
besitzt einen Ständer 1, auf dem auf Dämpfern 2 eine Grundplatte 3 aufgesetzt ist,
über welcher an Säulen 4 ein Behälter 5 befestigt ist. Die Grundplatte 3, die Säulen
4 und das Gehäuse des Behälters 5 Eind starr miteinander verbunden und bilden einen
Rahmen, welcher die Belastung beim Maschinenbetrieb aufnimmt. Die Dämpfer 2 dienen
zum Dämpfen der Schwingungen des Rahmens bei seiner Bewegung in bezug auf den Ständer
1.
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An der Grundplatte 3 ist der Unterteil 6 dgs arbeitsausführenden
Werkzeugs mit dem Rohling 7, welcher durch Schläge zu verformen ist, befestigt.
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Der Oberteil 8 des arbeitsausführenden Werkzeugs ist am Schlagbär
9 befestigt, der mit Kolbenstange 10 und Eolben 11 eine Einheit bildet. Der Kolben
11 bewegt sich im Raum eines Kraftzylinders 12.
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Der Behälter 5 enthält einen mit druckgas gefüllten Ringraum 13.
In diesem Fall wird Stickstoff, das unter einen Druck von 150 at steht, verwendet.
Die Hochdruckgasenergie wird in kinetische Verschiebungsenergie der gegenläufigen
Teile des arbeitsausführenden erkzeugs umgewandelt. Diese Energie wird beim Verformen
des Ronlings verbraucht.
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Im oberen Teil des Gehäuses des Behälters 5 befindet den sich ein
zylindrischer Raum 14, inveine Durchgangsbohrung mündet, Symmetrisch zur Achse des
zylindrischen Raums 14 sind im Gehäuse des Behälters 5 noch zwei Durchgangsbohrungen
aus6reführt, welche ebenfalls in den Ringraum 13 munden. Außerhalb des Gehäuses
des Behälters 5 sind die drçi Bohrungen durch eine Rohrleitung mit Drossel 15 und
Rückschlagventil 16 verbunden.
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Der zylindrische Raum 14 dient zum Aufnehmen des Oberteils des Kolbens
11, wenn dieser seine Ausgangsstellung einnimmt.
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Die Seitenflächen des Oberteils des Kolbens 11 und des zylindrischen
Raums 14 sind so ausgeführt, daß, wenn der Kolben 11 sich in der Ausgangsstellung
befindet, bedeutend weniger Gas aus dem Ringraum 13 über die Luftspalte zwischen
diesen Oberflächen auf den Boden des Kolbens 11 strömt als Gas über die Drossel
15 längs der Rohrleitung zuströmt.
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Hierdurch ist es möglich, den Kolben 11 im zylindrischen Raum 14 während
der Zeit, in der letzterer über die Drossel 15 über die Rohrleitung mit Gas gefüllt
wird, festzuhalten. Die Füllzeit wird mit Hilfe der Drossel 15 geregelt und entsprechend
der Dauer der dem Arbeitshub vorausgehenden Arbeitsgänge gewählt. Bin Rück@@hlagventil
16 dient zum Kolben durch das Vermindern des dem«Gas, welches aus dem zylindrischen
Raum 14 bei der Rückkehr des Kolbens 11 in die Ausgangsstellung
verdrängt
wird, entgegengesetzten Widerstands.
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Der Kraftzylinder 12 ist koaxial zum Raum 14 des Behälters 5 angeordnet
und tritt teilweise in ihn ein. Der kolbenstangenseitige Raum des Zylinders 12 ist
mit Niederdruckgas gefüllt; in diesem Falle wird unter einem Druck von 5 at stehender
Stickstoff verwendet. Der erwähnte Raum ist mit dem (nicht abgebildeten) Druckumformerantrieb
verblinden.
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Letzterer dient zum Zuführten von Hochdruckflüssigkeit in den kolbenstangenseitigen
Raum des Zylinders 12, wenn der Kolben 11 in die Ausgangsstellung zurückgeführt
wird.
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Niederdruckgas dient zum Verdrängen dieser Flüssigkeit.
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Durch den Gasdruck auf die untere Fläche des Kolbens 11 wird der Oberteil
8 des arbeitsausführenden Werkzeugs in der Ausgangsstellung festgehalten, bis aie
Flüssigkeit vollkommen abgelaufen ist.
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Im Gehäuse des Behälters 5 ist konzentrisch mit dem Zylinder 12 ein
Ringspalt vorgesehen, - in den eine SChtimmhülse eingesetzt 17 ist. Der Oberteil
der Hülse 17 befindet sich im Ringraum 13 des Behälters, wahrend der Unterteil der
Hülse 17 sich in einem Raum 18 befindet, welcher mit dem Hydraulikantrieb und dem
Flüssigkeitsablauf in ein Gefäß über ein Steuerelement verbunden ist. Als letzteres
wird ein (nicht abgebildeter) Schieber verwendet.
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Die zwischen der Stirnseite der Hülse 17 und dem Behältergehäuse
entstandene
Offnung verbindet den Ringraum 13 mit dem kolbenseitigen Raum des Zylinders 1a.
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Die Verbindung des Raums 18 unter der Hülse 17 mit zum Heben derselben
oder zum Senken derselben dem Hydraulikantrieb ç dem Äblaufgefaß"ermöglicht es,
die Hülse in der erforderlichen Richtung zu verschieben und (des Ringspalts) hierdurch
die Fläche der Durchlaßöffnung@, welche zwischen der oberen Stirnfläche der Hülse
17 und dem Gehäuse des Behälters 5 entsteht, zu vergrößern oder zu vermindern, Das
Ändern der Größe der Fläche der Durchlaßöffnung ermöglicht es, die Größe der Schlagenergie
zu regeln, d. h. das durch die Öffnung strömende Gas wird gedrosselt und sein Druck
auf den Kolben 11 ändert sich.
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Die Hülse 17 wird in der erforderlichen Lage durch Einstellen des
1ydraulikantriebsschiebers in die Nullstellung festgehalten.
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Die Verschiebung der Hülse 17 wird mit Hilfe einer Anzeigevorrichtung
19 überwacht, die starr an der unteren Stirnfläche der Hülse 17 befestigt und über
ein Dichtung aus dem Gehäuse des Behälters 5 herausgeführt ist. Die Größe der Verschiebung
wird mittels einer am Ständer 1 befestigten Skala 20 bestimmt.
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Zum Verbessern der Arbeitsweise der Maschinenreibflächen wird in
den Ringraum 13 des Behälters 5 eine Schmierflüssigkeit, z. B. Mineralöl, gegossen.
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Die Hochgeschwindigkeitsmaschine arbeitet folgendermaßen.
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Auf der Zeichnung ist links von der Symmetrieachse die Maschine in
der Stellung abgebildet, in der sie bereit zum Ausführen des Schlags auf den Rohling
7 ist, der auf den Unterteil 6 des arbeitsausfuhrenaen Werkzeugs aufgelegt ist.
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Der Kolben 11 mit der Kolbenstange 10 und dem Schlagbär 9 mit dem
Oberteil 8 des arbeitsausführwadan Werkzeugs wird dadurch festgehalten, daß der
kolbenstangenseitige Raum, welcher mit dem Druckumformerantrieb verbunden ist, mit
Flüssigkeit gefüllt ist. Die Schwimmhülse 17 überdeckt die öffnwig zwischen ihrer
oberen Stirnfläche und dem Gehäuse des Behälters 5 um ein Maß, welches so bestimmt
wird, daß die erforderliche Schlagenergie zum Verformen des Rohlings 7 erhalten
wird.
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Zum Ausführen des Schlags wird der kolbenstangenseitige Raum des
Zylinders 12, welcher mit Flüssigkeit gefüllt ist, mit dem Abfluß verbunden. Hierbei
verdrängt das in diesem Baum befindliche Niederdruckgas die Flüssigkeit. Daher wird
der Kolben 11 in seiner höchsten Stellung während einer Zeit, die zum Ablauf der
Flüssigkeit erforderlich ist, festgehalten.
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Während dieser Zeit beginnt das Gas, welches aus dem Ringraum 13
des Behälters 5 längs der Rohrleitung über die
regelbare Drossel
15 zuströmt, den Kolben 11 so lange herabzuschieben, bis der kolbenseitige Raum
des Zylinders 12 mit dem Raum 15 des Behälters 5 in Verbindung gelangt.
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Die Drossel 15 wird so eingestellt, daß die zum Austreten des Kolbens
11 aus dem Raum 14 erforderliche Zeit größer als die zum Flüssigkeitsablauf aus
dem kolbenstangenseitigen Raum des Zylinders 12 ist.
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Sobald der Kolben 11 den Raum 14 verlaß"t, wirkt auf ihn der Druck
des im Raum 13 des behälters 5 befindlichen Gases.
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Hierbei wird das arbeitsaustührende Werkzeug 8 beschleunigt. Der
Gasdruck wird in kinetische Energie aes ßchlagbärs 9 mit dem Werkzeug 8 umgewandelt.
Diese Energie wird beim Verformen des Rohlings 7 verbraucht. Die zum Verforlaen
erforderliche schlagenergie wird durch die entsprecnende Sceiiuug der Hülse 17 in
bezug auf den Kraft-Zylinder mit Hilfe der Anzeigevorrichtung 19 an der Skala 20
vorbestimmt.
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Zur Rückführung des Schlagbärs 9 mit dem Oberteil 8 des arbeitsausführenden
Werkzeuges in die Ausgangsstellung wird in den kolbenstangenseitigen Raum des Kraftzylinders
12 vom Druckumformerantrieb kommende Flüssigkeit geleitet.
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Durch das Füllen des kolbenstangenseitigen Raums mit Flüssigkeit wird
der Kolben 11 mit der Kolben@stange 10 und dem Schlagbär 9 in die Ausgangsstellung
zurückgeführt. Gleichzeitig wird das Gas im Behälter 5 komprimiert. Das durch
den
Kolben 11 im zylindrischen Raum 14 eingesperrte Gas wird über das REckschlagventil
16 und die regelbare DrOssel 15 in den Ringraum 13 des Behälters 5 verdrängt.
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Die Hochgeschwondigkeitsmaschine ist zum Ausführen des nächsten Schlags
bereit.
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Beim Maschinenbetrieb während des Pressens oder Einrichtens ist es
ausreichend, ohne daß der Kolben 11 in den Raum 14 eintritt, den kolbenstangenseitigen
Raum mit dem Ablauf zu verbinden.
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Die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführte Hochgeschwindigkeitsmaschine
ist einfach im Aufbau und besitzt verhältnismäßig geringe Außenmaße, Das stufenlose
Regeln der Schlagenergie ermöglicht es, die Maschine zum Erzeugen von verschiedenartigen
Werkstücken zz verwenden, wodurch ihr Einsatzbereich vergrößert wird.