DE2349351B2 - Hydrauliksystem fuer eine presse - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für eine Presse, insbesondere Schmiedepresse, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bisher werden Hydrau'ikpressen nach drei unterschiedlichen Verfahren betrieben; entweder nach dem Pumpenakkumulatorverfahren, mit direktem Pumpenantrieb mit Steuerventilen im Hauptkreis oder mit direktem Pumpenantrieb mit umsteuerbaren Pumpen.

Bei dem Pumpenakkumulatorverfahren wird der Druckmittelpumpe ein auf den maximalen Betriebsdruck ausgelegter Druckmittelspeicher parallel geschaltet. Die Pumpenleistung der Druckmittelpumpe kann dadurch verhältnismäßig klein gehalten werden, doch hat dieser Antrieb einen schlechten Gesamtwirkungsgrad, weil eine Abstimmung der Antriebseinrichtung auf den jeweils erforderlichen Betriebsdruck nicht möglich ist und das vorhandene Druckgefälle zwischen dem Druckmittelsoeicher und dem Pressenzylinder zwangsläufig zu Energieverlusten führt. Durch den beim Entspannen des Pressen7.ylinders auftretenden Kompressionsverlust wird dieser Wirkungsgrad noch weiter verringert.

Beim direkten Pumpenantrieb mit Steuerventilen im Hauptkreis arbeiten die Pumpen mit konstanter Förderstromrichtung. Die Richtungsumkehr des Pressenkolbens wird durch Umschaltventile gesteuert. Die Arbeitsgeschwindigkeit der Pressen richtet sich nach der Förderleistung der Pumpe. Der Aufbau des Betriebsdrucks im Pressenzylinder erfolgt in Abhängigkeit vom Arbeitswiderstand der Presse. Zwar ist der Wirkungsgrad bei diesem Pressenantrieb besser als beim Pumpenakkumulatorverfahren, doch ist die Energie, die zur Kompiession des Druckmittels im Pressenzylinder aufgewendet wird, nicht zurückgewinnbar.

Bei dem dritten bekannten Verfahren werden stufenlos regelbare Pumpen eingesetzt, deren Förderrichtung umsteuerbar ist. Bei einer Presse, die gleiche Kolbendruckflächen für die Preßbewegung und für die Rückstellbewegung aufweist, könnte durch die Verwendung der umsteuerbaren Pumpen theoretisch auf Steuerventile verzichtet werden. Praktisch ist dies jedoch nicht möglich, da dem Pressenzylinder zusätzlich Kompressionsöl in einer vom Arbeitswiderstand der Presse abhängigen Ausmaß zugeführt werden muß. Der dadurch erforderlich werdende Volumenausgleich erfordert den Einbau von Nachsaugventilen zum Druckaufbau und von Dekompressionsventilen zum Druckabbau. Dieser Nachteil wird bei Pressen, die mit unterschiedlich großen Arbeits- und Rückstelldruckflächen arbeiten, noch dadurch vergrößert, daß zusätzliche Füllpumpen und Füllventile erforderlich werden.

Alle bekannten Antriebsverfahren für Hydraulikpressen setzen also eine relativ aufwendige Einrichtung voraus. Da bei allen die Kompressionsenergie nicht zurückgewonnen werden kann, weisen sie im Vergleich zu mechanischen Pressenantrieben einen relativ schlechten Wirkungsgrad auf. Zur Schonung und Beruhigung des Druckmittels sind große Behälteranlagen und Ventileinrichtungen erforderlich. Auch müssen besondere Vorkehrungen zum Abbau von Entspannungsdruckstößen getroffen werden. Nicht vernachlässigbar ist auch der Druckmittelverlust und der Ventilverschleiß bei den bekannten Einrichtungen.

Es ist bereits bekannt, ein Hydrauliksystem für Pressen mit mehreren Pumpen zu betreiben und bezüglich Leistung und Volumenstrom der Pumpen an die unterschiedlichen Zylinderräume der Presse anzupassen, wovon der Oberbegriff des Hauptanspruchs ausgeht (ölhydraulik und Pneumatik 15, 1971, Seiten 506 — 510). Dieses bekannte Hydrauliksystem ist jedoch nicht im Hinblick auf eine Rückgewinnung der Dekompressionsenergie ausgelegt worden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein solches Hydrauliksystem für eine Presse im Wirkungsgrad des Pressenantriebs zu erhöhen, wobei das System relativ einfach und verschleißarm aufgebaut ist.

Die gestellte Aufgabe wird mit einem Hydrauliksystem der genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Pumpen vorgesehen sind, die von einem gemeinsamen Motor angetrieben und gemeinsam — oder mit Verzögerung der Rückhub Pumpe — förderstromumkehrbar sind, von denen nur eine die Rückhub-Druckmittelquelle ist und dazu mit ihrem anderen Anschluß — ebenfalls ventillos, wie bei förderstromumkehrbaren Pumpen an sich bekannt —

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an die Rücklaufzyünderka miner angeschlossen ist.

Dabei kann die tine Pumpe zweckmäßig eine kleinere maximale Mengenleistung als die andere Pumpe aufweisen und das Fördermengenverhältnis der beiden Pumpen gleich dem Verhältnis riauptkolbenfläche minus Rückzugkolbenfläche zu Rückzugkolbenflache sein. Vorteilhafterweise ist außerdem der gemeinsame Antriebsmotor für die beiden Pumpen mit einer Schwungmasse gekoppelt.

In dem erfindungsgemäß ausgebildeten Hydrauliksystem wird also der Vortrieb des Preßkolbens mit Hilfe beider Pumpen durchgeführt, während die Rückstellbewegung des Preßkolbens von einer, zweckmäßig der kleineren Pumpe, allein bewirkt wird. Dabei wird erreicht, daß die Dekompressionsenergie über die Pumpe größerer maximaler Mengenleistung in die Schwungmassen des Antriebs eingespeist und damit zurückgewonnen wird und dem Rücktrieb der Presse zugute kommt. Hierbei läßt sich bei der Umsteuerung des Preßkolbens die Verstellbewegung der kleineren Pumpe vorteilhafterweise in Abhängigkeit vom Druck in der einen Preßzylinderkammer so lange verzögern, bis die umgesteuerte größere Pumpe eine Entspannung in dieser Preßzylinderkammer bewirkt hat; die kleinere Pumpe beginnt also verzögert mit der Förderung in die lindere Preßzylinderkammer zur Rückführung des Kolbens in seine Ausgangslage. Durch die Verwendung förderstromumkehrbarer Pumpen in dem Hydrauliksystem lassen sich im System sinusförmige Druckübergänge erzielen, was mit Dekompressionsventilen nicht möglich wäre. Diese Steuerung der Druckübergänge im Hydrauliksystem ist wichtig für die angestrebte Wirkungsgraderhöhung.

Das Hydrauliksystem erfordert nur einen relativ geringen Aufwand. Die Hydraulikleitungen können klein dimensioniert werden, da sie nicht durch Steuerungseinrichtungen verengt werden und da in ihnen alle Strömungsvorgänge unter Druck ablaufen. Das Leitungsvolumen ist also gegenüber dem Preß-/ylindervolumen auf einen gerir.gstmögiichen Wert reduziert. Dies wiederum ergibt ein geringes Kompressionsvolumen und dadurch kurze Druckaufbauzeiten. Bei der hydraulischen Presse gemäß der Erfindung sind nur Energieverluste auszugleichen, die durch mechanische und hydraulische Reibung entstehen. Wie bedeutend die mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Hydrauliksystem für den Rücktrieb nutzbare Kompressionsenergie ist, geht aus den Meßwerten von bekannten Pressen hervor. So muß beispielsweise beim Antrieb einer 2000-Mp-Freiform-Schm>?de-Presse bei einer Pumpenleistung von ca. 2000 kW eine Dauerkühlleistung von 500 —60OkW aufgebracht werden, um Kompressionsverluste auszugleichen.

Da Dekompressionsventile, die zu einer starken Erwärmung und Alterung des Öls führen, entfallen, kann in dem Hydrauliksystem mit einem erheblich kleineren ölvolumen als sonst üblich gearbeitet werden.

Einer der beiden Anschlüsse der Pumpen kann über ein in Richtung der Pumpen öffenendes Rückschlagventil mit dem ölsammelbehälter verbunden sein. Auch der andere Anschluß der einen Pumpe kann über ein in Pumpenrichtung öffnendes Rückschlagventil mit dem ölsammelbehälter verbunden sein. Dadurch lassen sich Fördermengenungleichheiten der beiden Pumpen ausgleichen und fehlende Fördennengenbrucluei'c aus dem ^5 ölsammelbehälter decken.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Hydrauliksystems für eine Presse wird nachfolgend an Hand der beiliegenden schematischen Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt den Preßzyünder 10 einer Presse, dessen Preßkolben 11 mit dem Pressenstempel 12 verbunden ist. Der Pressenstempel 12 führt eine Vorlauf- und Arbeitsbewegung in Richtung des eingetragenen Pfeiles 13 aus. Seine Rücklaufbewegung erfolgt in Richtung des eingetragenen Pfeiles 14.

Der beidseitig beaufschlagbare Preßkolben 11 teilt den Preßzylinder 10 in zwei Preßzylinderkammern 15 und 16. Auf seiner der Preßzylinderkammer 15 zugekehrten Seite ist die gesamte Stirnseite des Preßkolbens 11 als Druckfläche 17 wirksam, während auf der entgegengesetzten Preßkolbenseite, auf welcher der Pressenstempel 12 angesetzt ist, nur eine kleinere Außenringfläche als Druckfläche 18 wirksam ist.

Für den Pressenantrieb ist ein Pumpenaggregat vorgesehen, das aus einer größeren Pumpe 19 und einer kleineren Pumpe 20 besieht. In beiden Fällen handeli es sich um Pumpen, vorzugsweise Radialkolbenpumpen, deren Fördermenge stufenlos regelbar ist. Der Unier schied der Pumpen liegt in ihrer unterschiedlichen Förderleistung. Beide Pumpen 19 und 20 sind umsteuerbar, d. h., daß der eine ihrer beiden Anschlüsse 191 und 192 oder 201 und 202 im einen Fall als Förderanschluß und im umgesteuerten Zustand als Sauganschluß oder umgekehrt wirksam ist. Beide Pumpen 19 und 20 werden gemeinsam von einem Elektromotor 22 angetrieben, auf dessen Antriebswelle außerdem eine Schwungmasse 23 angeordnet ist.

Die einen Anschlüsse 191 und 201 der beiden Pumpen 19 und 20 sind über die beiden Anschlußleitungen 24 und 25 und einen Verteilerpunkt 26 beide mit der Vorlaufleitung 27 verbunden, die in die erste Preßzylinderkammer 15 führt. Der andere Anschluß 192 der größeren Pumpe 19 ist über eine Verbindungsleiiung 28 mit dem öisammelbehälter 29 des Hydrauliksystems verbunden. Der andere Anschluß 202 der kleineren Pumpe 20 ist mit der Rücklaufleitung 30 verbunden, die in die Preßzylinderkammer 16 führt. Der andere Anschluß 202 der kleineren Pumpe 20 ist außerdem über ein in Pumpenrichtung öffnendes Rückschlagventil 31 und eine Saugleitung 32 mit dem ölsammelöehälter 29 verbunden. Vorn Verteilerpunkt 26 führt eine Überbrückungsleitung 33 über ein ebenfalls in Pumpenrichtung öffnendes Rückschlagventil 34 in den ölsammelbehälter 29.

Beide Pumpen 19 und 20 sind mit hydraulischen Verstelleinrichtungen 193 und 203 versehen, die eine willkürliche, von z. B. einem Programmwerk gesteuerte Pumpenverstellung gewährleisten und zusätzlich m Abhängigkeit von dem in der Anlage herrschenden Druck die Fördermenge der beiden Pumpen beeinflussen, also beim Überschreiten eines zulässigen Maximaldrucks die Fördermengen der Pumpen reduzieren können.

Die Wirkungsweise der hydraulischen Presse ist folgende: Zur Erzielung der Vorlaufbewegung des Preßkolbens 12 fördert die größere Pumpe 19 über den ersten Anschluß 191 öl in die Vorlaufleitung 27 der Presse, das über die Verbindungsleitung 28 aus dem Ölsammelbehälter 29 am anderen Anschluß 192 der Pumpe 19 angesaugt wird. Gleichzeitig wird das durch die Bewegung des Preßkolbens 11 in Richtung des Pfeiles <3 auf der zweiten Preßzylinderkammer 16 verdrängte öl über die Rücklaufleitung .10 und dun anderen Anschluß 202 von der Pumpe 20 aufgenommen und über deren ersten Anschluß 201 in die Vcrbindungs-

eitung 25 und weiter in die Vorlauflcitung 27 der Presse gefördert. Ks fördern also beide Pumpen 19 und 20 brucköl in die erste Preßzylinderkammer 15.

Trifft der Pressenstempel 12 bei seiner Vorlauf- und Arbeitsbewegung auf ein Werkstuck, wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Pressenstempels und damit des Preßkolbens 11 abgebremst, da in der ersten Preßzylinderkammer 15 das Drucköl für den weiteren Druckaufbau komprimiert werden muß. Diese zusätzliche ölmenge wird von den beiden Pumpen 19 und 20 gemeinsam aufgebracht, wobei die kleinere Pumpe 20 einen Teil ihrer Ansaugmenge über das Rückschlagventil 31 aus dem ölsammelbehälter 29 bezieht, da ihre volle Ansaugmenge durch die verminderte Bewegungsgeschwindigkeit des Preßkolbens 11 nicht mehr durch das aus der zweiten Preßzylinderkammer 16 verdrängte Öl gedeckt werden kann.

Zur Bewegung des Pressenstempels 12 in seiner Rücklaufrichtung 14 werden beide Pumpen 19 und 20 über nicht dargestellte und an sich bekannte Servosteuereinrichtungen über ihre Null-Förderstellung hinweg in die umgekehrte Arbeitsrichtung umgesteuert. Dabei wird die Umsteuerbewegung der kleineren Pumpe 20 mittels einer entsprechend ausgebildeten Umsteuervorrichtung oder einem Programmsteuerwerk gegenüber der Umsteuerbewegung der größeren Pumpe 19 etwas verzögert, so daß zunächst die größere Pumpe 19 beginnt, das komprimierte öl aus der ersten Preßzylinderkammer 15 abzupumpen. Dabei arbeitet die Pumpe 19 als Ölmotor und setzt die Energie des in der Preßzylinderkammer 15 komprimierten ölvolumens zur Beschleunigung der Schwungmasse 23 ein. Sobald in der ersten Preßzylinderkammer 15 eine Druckentspannung eingetreten ist, ist auch der Umsteuervorgang der kleineren Pumpe 20 beendet, und die kleinere Pumpe 20 beteiligt sich am Abpumpen des Öls aus der ersten Preßzylinderkammer 15. Das von ihr über die Verbindungsleitung 25 am ersten Anschluß 201 angesaugte öl wird über ihren anderen Anschluß 202 und die Rücklaufleitung 30 in die zweite Preßzylinderkammer 16 des Zylinders 10 gefördert. Die größere Pumpe 19 fördert dagegen das öl über die Verbindungsleitung 28 in den ölsammelbehälter. Die Rücklaufbewegung des Preßkolbens 11 mit dem Pressenstempel 12 in Richtung des Pfeiles 14 wird also allein durch die kleinere Pumpe 20 bewirkt.

Die unterschiedlichen Fördermengen der beiden Pumpen 19 und 20 sind aufeinander so abgestimmt, daß die kleinere Pumpe 20 nur die für die Rücklaufbewegung des Preßkolbens 11 erforderliche ölmenge fördern kann. Treten dabei geringe Fördermengendifferenzen im Antriebssystem auf, kann die kleinere Pumpe 20 über die Verbindungsleitung 25, den Verzweigungspunkt 26 und die Überbrückungsleitung 33 und über das Rückschlagventil 34 öl aus dem ölsammelbehälter 29 nachsaugen. Da auch die Bewegungsgeschwindigkeit der Presse vom Verhältnis der beiden Druckflächen 17 und 18 des Preßkolbens 11 abhängig ist, wird für die unterschiedlichen Fördermengen ζ) der beiden Pumpen 19 und 20 das Verhältnis gewählt

(Fm - F₁₈): F_n

wobei mit F die beiden Druckflächen des Preßkolbens 11 bezeichnet sind.

Die Leistung des Antriebsmotors 7 wird in bekannter Weise auf den aus dem Arbeitsrhythmus der Presse errechneten Durchschnittsleistungsbedarf abgestimmt, während die Spitzenleistung durch die im Schwungrad 8 gespeicherte Energie gedeckt wird. Die größere Pumpe 19 beschleunigt bei der Rücklaufbewegung des Preßkolbens 11 durch die direkte ölförderung zurück in den ölsammelraum 29 das mit dem gemeinsamen Antriebsmotor 22 verbundene Schwungrad 23.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hydrauliksystem für eine Presse, insbe¹ . re Schmiedepresse, mit beidseitig beaufschlag arem Preßkolben, der eine Preßzylinderkammer und eine Rücklaufzylinderkammer kleineren Volumens voneinander trennt, mit einem ölsammelbehälter und förderstromumkehrbaren Pumpen, von d^nen zum gemeinsamen Vortrieb des Preßkolbens jeweils der eine Anschluß ventillos mit der Preßzylinderkammer verbunden ist, während für den Rücklauf der Presse eine Druckmittelquelle von geringerer maximaler Fördermenge als beim Preßhub in die Rücklaufzylinderkammer fördert, gekennzeichnet durch zwei Pumpen (19, 20), die von einem gemeinsamen Motor (22) angetrieben und gemeinsam — oder mit Verzögerung der Rückhub-Pumpe — förderstroinumkehrbar sind, von denen nur eine (20) die Rückhub-Druckmittelquelle ist und dazu mit ihrem anderen Anschluß (202), — ebenfalls ventillos, wie bei förderstromumkehrbaren Pumpen an sich bekannt — an die Rücklaufzylinderkammer (16) angeschlossen ist.

2. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Pumpe (20) eine kleinere maximale Mengenleistung als die andere Pumpe (19) aufweist und daß das Fördermengenverhältnis der beiden Pumpen (19, 20) gleich dem Verhältnis Hauptkolbenfläche minus Rückzugkolbenfläche zu Rückzugkolbenfläche ist.

3. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Antriebsmotor (22) für die beiden Pumpen (19, 20) mit einer Schwungmasse (23) gekoppelt ist.

4. Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden einen Anschlüsse (191,201) der Pumpen (19,20) über ein in Richtung der Pumpen öffnendes Rückschlagventil (34) mit dem ölsammelbehälter (29) verbunden ist.

5. Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Anschluß (202) der einen Pumpe (20) über ein in Pumpenrichtung öffnendes Rückschlagventil (31) mit dem ölsammelbehälter (29) verbunden ist.