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Mechanische Presse mit Stößelgewichtsausgleich
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Die Erfindung betrifft eine Presse mit einem von einem Kurbeltrieb
über ein Pleuel antreibbaren Stößel, der mechanisch mit dem Kolben von parallel
zur Bewegungsrichtung des Stößels angeordneten Luitzylindern verbunden ist.
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Die Luftzylinder werden mit Druckluft beaufschlagt, um den Stößel
und - soweit angebaut - das Oberwerkzeug nach oben zu drücken. Der Luftdruck wird
dabei zweckmäßigerweise so gewählt, daß die von unten auf den Stößel wirkende Kraft,
die sich aus dem vorhandenen Luftdruck in den Zylindern multipliziert mit der Kolbenflache
ergibt, in etwa gleich der Gewichtskraft des Stößels ist (Stößelgewichtsausgleich).
Zweckmäßigerweise kann die von der Druckluft herrührende Kraft einen kleinen über
schuß aufweisen, um die vorhandenen Spiele in den Gelenken des Antriebs auszuschalten.
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Bekannte Pressen dieser Art weisen zwischen der Druckluftversorgung
und den Luftzylindern ein einstellbares Druckregelventil (Druckminderventil) auf.
Bei jedem Werkzeugwechsel muß der Ausgangsdruck des Druckregelventils von Hand neu
eingestellt werden, wobei vorher die Gewichtskraft des Oberwerkzeugs durch Wiegen
ermittelt werden muß. Der Ausgangsdruck des Druckregelventils ent-
spricht
der Kurve PL = (GS + GW) : AK, die in geeigneter Form an der Presse ablesbar ist,
-wobei PL der Luftdruck in den Luftzylindern GS die Gewichtskraft des Stößels GW
die Gewichtskraft des jeweiligen Oberwerkzeugs -ÄK- die~ wirksame Kolbenfläche insgesamt.
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Die Einstellung des Luftdruck bei den bekannten Pressen ist äußerst
umständlich und langwierig und daher für den Betrieb unrentabel.
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Bei anderen bekannten Pressen ist auch schon eine ~weitgehend automatische
Anpassung des Luftdrucks -im. Druckspeicher vorgesehen (vgl. z.B. DE-AS 22 06 323)-.
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Bei .d'iesen---Pressen wird die. dem Druckspeicher vorgeschaltete
Ventilanordnung durch zwei im Stößel untergebrachte Fühler gesteuert, die wiederum
durch einen mit dem Pleuel verbundenen Nocken betätigt. werden. Diese.
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Pressen setzen aber aufgrund ihrer Funktion das Vorhandensein einer
hydraulischen Überlastsicherung voraus.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mechanische Presse
der eingangs genannten Art zu gestalten, bei-der--der dem jeweiligen Oberwerkzeug
angepaßte Luftdruck selbsttätig, schnell und. zuverlässig erreicht werden kann,
auch wenn die Presse keine hydraulische -Uberlastsic-herung aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die durch Druckflächen
gebildete Verbindung zwischen dem Stößel und dem Pleuel ein von Null verschiedenes
Spiel aufweist, und daß die Druckfläche eines dieser Pressenteile eine Bohrung aufweist,
die mit einer an eine ölpumpe angeschlossenm Leitung verbunden ist, wobei diese
Leitung mit einem Druckschalter versehen ist. Wenn der durch die Luftzylinder erzeugte
Stößelgewichtsausgleich zu-gering ist, hängt der Stößel am Pleuel und es kommt zu
einem Spalt in der Verbindung zwischen dem Stößel und den Pleuel Das von der ölpumpe
geförderte ö kann durch diesen Spalt ohne nennenswerten Widertand entweichen, wodurch
der Druck des Öls an dieser Stelle sinkt. In dem Druckschalter kann der öldruck
als Eingangssignal in ein Signal zur Steuerung der Luftzufuhr in die Luftzylinder
umgewandelt werden. Wenn der in den Luftzylindern vorhandene Luftdruck für den Stößelgewichtsausgleich
ausreicht, wird der Spalt zwischen den Druckflächen des Stößels und des Pleuels
zu Null und der wiederentstehende öldruck wird vom Druckschalter als Eingangssignal
zum Abschalten der Luftzufuhr in die Zylinder'benutzt.
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Bei der Ausbildung einer Presse nach Anspruch 2 kann ein Ablassen
von Luft aus- den Luftzylindern beim Abbau eines Oberwerkzeugs in vorteilhafterweise
eingeleitet und wieder gestoppt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1
eine Presse mit den für den Gegenstand der Erfindung notwendigen Teilen in -schematischer
Darstellung Fig. 2 die Verbindung zwischen dem Pleuel und dem-Stößel im Längsschnitt
Fig. 3 die Anordnung der Schaltorgane Fig. 3a, die Schaltorgane in verschiedenen,
in der Be-3b schreibung näher erläuterten Schaltstellungen.
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Der Stößel 1 der Presse ist über ein Pleuel 2 mit einer Kurbel- oder
Exzenterwelle - 3 verbunden. Der Stößel 1 weist an seiner Verbindungsstelle mit
dem Pleuel 2 eine Druckschalt 4 mit einer konkaven-Druckfläche. 5 auf, in die das
Pleuel 2 mit; einer entsprechend konvexen Druckfläche 6 eingreift. Zur Aufnahme
von Zugkräften zwischen dem Stößel 1 und dem Pleuel 2 ist ein Bolzen 7 vorgesehen.
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Die Verbindung zwischen dem Stößel 1 und dem Pleuel 2 weist ein über
das fertigungstechnische Maß hinausgehendes, von Null verschiedenes Spiel auf, so
daß eine - wenn auch geringe - Relativbewegung vom Stößel zum-Pleuel 2 in Druckrichtung
möglich ist. Die Druckschale 4 und der Stößel 1 weisen eine gemeinsame Bohrung 8
auf, die über eine weitere Bohrung 9 im Stößel 1 mit einer Leitung 10 verbunden
is;t. -An. dieser Leitung 1O oder unmittelbar an der Bohrung 9 des Stößels ist ein
Druckschalter 11 angeschlossen. Die Leitung 10 bzw. die Bohrung 9 stehen auRerdem
über eine flexible Leitung 12 mit einer ölpumpe 13 in Verbindung. Unmittelbar vor
dem Druckschalter 11 ist -von der ölpumpe 13 aus gesehen - eine Blende 14 angeordnet,
um einen Druckabfall des Öls zwischen den Druck-
flächen 5 und 6
des Stößels 1 bzw. des Pleuels 2 vom Druckschalter 11 erfassen zu können.
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Jeweils zwischen zwei Führungen 15 sind seitlich an dem Stößel 1 Kragarme-16
angebracht, die mechanisch mit den Kolben 17 von Luftzylindern 18 verbunden sind.
Die Luftzylinder 18 weisen eine Leitungsverbindung 19 zu einer Druckluftver.sorgung
20 - z. B. einem werkseigenen Druckluftnetz - auf. In dieser Leitungsverbindung
19 ist ein 3/3-Wegeventil 21 angeordnet, das mit Hilfe einer nur symbolisch angedeuteten
Federanordnung in der Sperr- oder Grundstellung b gehalten und mit Hilfe von Magnetspulen
22a und 22c in die Schaltstellungen a bzw. c gebracht werden kann. In der in Fig.
1 dargestellten Schaltstellung b ist die Leitungsverbindung 19 unterbrochen. Die
Stellung a ermöglicht einen Luft zufluß von der Druckluft versorgung 20 in die Luftzylinder
18 und die Stellung c versperrt den Zugang von der Druckluftversorgung 20 und gibt
dafür den Weg aus den Luftzylindern 18 ins Freie frei. Um die Kompression der Luft
in den Luftzylindern 18 während eines Stößelhubes möglichst klein zu halten, ist
die Leitungsverbindung 19 mit einem Druckspeicher 23 versehen. Die Leitungsverbindung
19 weist außerdem einen Druckschalter 24 sowie einen- Meßwertgeber 25 auf.
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An der Exzenterwelle 3 ist eine Nockenscheibe 26 befestigt, die im
oberen Umkehrpunkt des Kurbeltriebes einen Nockenschalter 27 be-tätigt. Der Nockenschalter
27 soll ermöglichen daß der Luftdruck PL immer im gleichen Bezugszustand - bei größtmöglichem
Volumen im Zylinder 18 - abgefragt werden kann. Am Stößel 1 ist ein Endschalter
28 angeordnet, dessen Fühlstift .29 durch einen an einem Oberwerkzeug W angebrachten
Anschlag oder durch das Oberw;erkzeuyselbst betätigt wird.
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Funktionsablauf 1. Der Pressentrieb befinde sich im oberen Umkehrpunkt.
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An dem Stößel 1- sei kein Oberwerkzeug angebaut. Wegen des fehlenden
Oberwerkzeugs ist der Endschalter 28 in der in Fig. 3 dargestellten Schaltstellung.
Das 3/3-Wege-Ventil 21- befindet sich in der Stellung b, d.h. die Luftzylinder 18
sind leer und der Stößel 1 hängt infolge des fehlenden - Gewichtsausgleichs am Pleuel
2. Das bedeutet mit Hinweis auf Fig. 2, daß- die beiden Druckflächen 5, 6 der Druckschale
4-bzw. des- Pleuels-2 einen Spalt s bilden, durch den das von der Ölpumpe 13 durch
die Bohrung 8 gepumpte Öl ohne nennenswerten Widerstand abfließen kann.
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Am Druck-schalter 1 1. ist also. kein nennenswerter Druck vorhanden,
so daß der Druckschalter 11 die in Fig. 3 dargestellte Schaltstellung einnimmt und
- immer vorausge--setzt-, daß der'Nockenschalter 27 geschlossen ist, d.h. daßsich
der Pressentrieb im oberen Umkehrpunkt befindet - die Magnetspule 22a- des 3/3-Wegeventils
21 erregt wird. Das Ventil 21 wird also in die Schaltstellung a geschaltet, so daß
Luft aus der Luftversorgung 20 in die Luftzylinder 18 e und in-den. Druckspeicher
23-einströmen kann und der Druck:der--~Luft entsprechend steigt. Mit steigendem
Druck wird der Stößel 1 Von; unten. her- unterstützt. Wenn die durch den. L.uf;tdruck'bed-ingte
Kraft der Kolben 17 auf den- Stößel 1 größer ist. als die Gewichtskraft G5 des Stößels
1 wird der Spalt zwischen der Druckschale 4 und-dem Pleuel -2 praktisch auf Null
verringert, so daß. das von der ölpumpe 13 geförderte Öl beim Abfließen aus dem
Spalt einen merklichen Widerstand erfährt und der Öldruck am Druckschalter 11 ansteigt,
so daß der Druckschalter 11 die in Fig. 3a dargestellte Schaltstellung einnimmt.
Die elektrische Verbindung zur Wicklung 22a ist- also unterbrochen, so daß das Ventil
21 zunächst in die Sperrstellung b zurückgeht. In den Luftzylindern 18 herrscht
jetzt der Druck PO' d.h.
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der Druck, der die Gewichtskraft GS des Stößels 1 ohne Werkzeug ausgleicht.
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Beim Druckschalter 24 sei zunächst eine kleine Rückstellkraft eingestellt,
so daß der Druck pO im Druckschalter 24 die in Fig. 3a dargestellte Schaltstellung
hervorruft.
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Nunmehr ist eine durchgehende elektrische Verbindung über die Druckschalter
11, 24 und den Endschalter 28 zur Magnetspule 22c des Ventils 21 hergestellt, so
daß das Ventil 21-in die Schaltstellung c gebracht wird und ein Teil der Luft aus
den Buftzylindern 18 über einen Schalldämpfer 31 so lange ins Freie entweichen kann,
bis der Luftdruck PL den Ausgleich. des Stößelgewichts nicht mehr aufbringen kann
und der zwischen dem Pleuel 2 und der Druckschale 4 entstehende Spalt s ein Absinken
des öldrucks am Druckschalter 11 bewirkt, wodurch beim Ventil 21 wiederum die Schaltstellung
a bewirkt und neue Luft zuströmt. Die Rückstellkraft beim Druckschalter 24 wird
nun schrittweise höher gestellt, bis die Rückstellkraft der Feder größer ist als
die des Luftdruckes p,, und der Druckschalter nicht mehr die in Fig. 3a gezeichnete
Schaltstellung einnimmt sondern in der in Fig. 3 dargestellten Schaltstellung verharrt.
Damit ist die durchgehende elektrische Verbindung zur Magnetspule 22c unterbrochen,
so daß keine Luft mehr aus den Luftzylindern 18 durch die Leitungsverbindung 19
ins Freie gelangt.
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Diese einmal eingestellte Rückstellkraft am Druckschalter 24 für die
Gew.ichtskraft G5 des Stößels 1 ohne Oberwerkzeug wird danach nicht mehr verändert.
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2. Es werde nunmehr ein erstes Oberwerkzeug W1 an den Stößel angebaut.Durch
diesen Einbau wird der Endschalter 2B in die in Fig. 3bgezeigte Schaltstellung überführt.
Der bestehende Luftdruck pO ist zu klein, um das Gewicht des' Stößels 1 und des
Oberwerkzeugs W1 zusammen (GS f Gw) auszugleichen. Der Stößel 1 hängt nunmehr erneut
am Pleuel 2, so daß der Spalt s z.ischen dem Pleuel 2 und der Druckschale 4 wieder
entsteht und das Ventil 21 in der bereits
beschriebenen Weise in
die Stellung a gebracht wird.
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Es strömt also wieder Luft in die Luftzylinder 18 ein, so daß sich
der Luftdruck PL über den Druck pO erhöht, bis sich der Druck Pl. einstellt, der
ausreicht,um das Gewicht des Stößels 1 und des Oberwerkzeugs W1 zusammen auszugleichen.
Der Spalt s zwischen dem Pleuel 2 und dem Stößel 1 bzw. der Druckschale 4 schließt
sich wieder.
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Daraufhin geht der Druckschalter 11 in der bereits beschriebenen Weise-:in
die in Fig. 3a dargestellte Stellung über. Die Spule 22a des Ventils 21 ist also
stromlos, eine durchgehende elektrische Verbindung zur Spule 22c besteht aber auch
nicht , so daß das. --Ventil -21 in die Sperrstellung b übergeht und-so der auf
das Oberwerkzeug W1 bezogene Luftdruck p1 ohne manuellen Eingriff eingestellt und
vorhanden ist.
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3. Beim Abbau des ersten Oberwerkzeugs W1 - und allgemein jeden Oberwerkzeugs
Wi - wird der Endschalter 28 wieder in die in Fig. 3a dargestellte Schaltstellung
gebracht. Die übrigen Schalter 11, 24 haben die in Fig. 3-a dargestellte Schaltstellung,
so daß die Spule 22c reaktiviert wird und das Ventil 21 den Weg von den Luftzylindern
18 ins Freie freigibt. Die Luft strömt so lange ab, bis der Luftdruck pn den Wert
pO erreicht hat und die einge--stellte Rückstellkraft des Druckschalters 24 die
in Fig.
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3 dargestellte Schaltstellung herbeiführt. Damit ist aber der -Stromweg
für die Spule 22c unterbrochen, so daß das Ventil 21 in die Stellung b zurückfällt
und der Luftdruck pL bei annähernd p0 konstant gehalten wird.
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4. Beim Anbau eines zweiten - oder allgemein- eines beliebigeh --
Oberwerkzeugs W2 bzw. W; wiederholen sich die beim Anbau des ersten Werkzeugs beschriebenen
Schaltstellungen, wobei jedoch am Ende der Luftdruck P2 erreicht wird, der das Gewicht
des Stößels und des- zweiten Oberwerkzeugs (GS + GW2) auszugleichen vermag.
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Der sich jeweils ergebende Luftdruck pL = Pi = Pl, P2' wird zur Konstanthaltung
des Drucks bei Leckverlusten in den Meßwertgeber 25 eingegeben und dort gespeichert.
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Im oberen Umkehrpunkt des Kurbeltriebes kann das Ventil 21 zur Aufrechterhaltung
des Druckes jeweils durch ein vom Meßwertgeber 25 abgegebenes Signal für kurze Zeit
geöffnet werden.
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L e e r s e i t e