CH651497A5 - Vorrichtung zum hydrodynamischen pressen. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum hydrodynamischen Pressen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung eignet sich besonders zur Entwicklung schneilaufender hydrodynamischer Pressen für blechartige Werkstoffe und zum Gesenkschmieden unter Anwendung eines elastischen oder eines hydroelastischen Arbeitsmittels, d.h. einer Flüssigkeit über eine Membran.

Ferner kann die Erfindung auch zur Entwicklung druckluftbetätigter Schlagvorrichtungen dienen.

Hydrodynamischen Pressen mit einem Hohlschaft und einem darin geführten Freikolben sind bekannt. Der Freikolben wird vom Druckgas zum Anlauf gebracht und erzeugt beim Aufprall auf das die Arbeitskammer füllende elastische Mittel (Flüssigkeit) in diesem einen Druckstoss,

durch den die Verformung des Werkstückes erfolgt. Damit keine übermässige Erhöhung des Luftdruckes im Hohlschaft zwischen dem Freikolben und dem elastischen Mittel auftritt und die Bewegungsenergie des Freikolbens nicht vom Luftpolster aufgenommen wird, ist der vor dem elastischen Mittel liegende Hohlraum durch Ableitungskanäle mit der Atmosphäre verbunden.

Problematisch ist die Rückführung des Freikolbens in seine Ausgangsstellung, nachdem er seinen Arbeitshub ausgeführt hat.

Bei einer bekannten Ausführung wird der Freikolben beispielsweise mittels eines hydraulischen Antriebes durch Flüssigkeitszufuhr unter den Freikolben zurückgestellt.

Nach der Rückstellung des Freikolbens ist es erforderlich, die Flüssigkeit aus dem Hohlschaft zu entfernen, wozu eine Spülung mit aus einem Druckluftnetz bezogener Luft vorgesehen ist.

Eine solche, aus der FR-PS 1 562 426 von 1969 (IPC B 21 d) bekannte hydraulische Anordnung beansprucht sehr viel Platz, weil sie eine Vielzahl von Prüf-, Regel- und Verteilgeräten, Pumpen, Rohrleitungen und andere Hilfsmittel benötigt. Die von der Rückführung des Freikolbens und der Luftspülung bis zum Flüssigkeitsablass in Anspruch genommene Gesamtzeit beträgt 50 bis 60 s.

Eine andere Vorrichtung zum hydrodynamischen Pressen ist beispielsweise aus dem Beitrag «Schnellformung nach dem Hydropunch-Verfahren» von Ratjen R. Tatamatsu M. aus der Zeitschrift «Express-Information», der Reihe «Technologie und Ausrüstung des Schmiedepressenbetriebes» Nr. 21/1971 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird der über dem Freikolben befindliche Hohlraum des Hohlschaftes nach dem Aufprall des Freikolbens auf die Flüssigkeit über entsprechende Ventile der Reihe nach mit einem Sammelbehälter für Druckgasentnahme, mit der Atmosphäre und erst nachdem mit einem Vakuumbehälter verbunden. Durch diese für die Rückstellung des Freikolbens erforderlichen Arbeitsgänge wird die Zeit des Arbeitszyklus verlängert. Zur Durchführung dieser Arbeitsgänge sind verschiedene Ventile, Rohrleitungen und Gasaufnahmebehälter erforderlich, durch welche diese bekannte Vorrichtung kompliziert und teuer ist.

Aus der FR-PS 2 138 378 (IPC B 21 d, 26/00, F 15 b, 1/00,15/00) ist eine Vorrichtung zum Erzeugen einer hydraulischen Stossbelastung bekannt. Diese umfasst einen Zylinder mit einem in ihm geführten abgestuften Freikolben, eine zur Bildung einer Wassermembran dienende Kammer, die vor dem Hohlschaft angeordnet und von ihm durch eine Wand getrennt ist, wobei diese Wand eine den Freikolben aufnehmende zentrale Öffnung und eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, die Freikolben-Aushöhlungen gegenüberliegen und durch welche Luft für die Rückbewegung des Freikolbens eingelassen wird. Ferner umfasst diese bekannte Vorrichtung einen Wasserleitungsaufsatz zum Zuführen von Wasser zwecks Bildung einer Membran, eine Öffnung für den Wasserabfluss und eine Öffnung für den Luftauslass, ein Hauptventil zur dosierten Zuführung von Luft, einen zusätzlichen Luftverteiler, einen Verschluss, einen Rücklaufverteiler, ein Rücklaufsperrventil sowie ein Kanal- und Rohrleitungssystem.

Bei dieser bekannten Vorrichtung weist das Rückstellwerk für den Freikolben einen mit Schieber ausgerüsteten Rücklaufverteiler, einen den Verteiler mit einem Zylinder verbindenden Kanal, einen Kanal mit einem Ventil, über das durch den Verteiler die Luft unter den Freikolben zugeführt wird und einen Kanal, mit dem der über dem Freikolben befindliche Hohlraum des Zylinders über den Verteiler mit der Atmosphäre verbunden und dadurch entlüftet wird.

Die Rückstellung des Freikolbens erfolgt bei dieser bekannten Ausführung folgendermassen:

Wenn der Freikolben bei der Beschleunigung auf die Wassermembran aufprallt, beginnt die auf den Freikolben einwirkende Luft über den Kanal auf den Presskolben des Rücklaufverteilers einzuwirken, verschiebt ihn und verbindet damit den über dem Freikolben befindlichen Hohlraum des Hohlschaftes mit der Atmosphäre. Unter den Freikolben strömt Luft aus einem Luftaufnahmebehälter, wobei der Druck im Hohlschaft sinkt und der Freikolben unter der Lufteinwirkung seine Rückstellbewegung beginnt. Der

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

651497

Druckabfall im Hohlschaft befreit den Presskolben des Verteilers und dieser kehrt unter der Wirkung einer Feder langsam wegen einer Verzögerungsanordnung in seine Ausgangsstellung zurück. Dabei wird der über dem Freikolben befindliche Hohlraum des Hohlschaftes verschlossen, so dass die Luftzufuhr unterhalb des Freikolbens aufhört. Der beschleunigte Freikolben setzt seine Bewegung aus Trägheit fort und wird am Ende seines Rücklaufweges von der im über ihm befindlichen Hohlraum des Hohlschaftes enthaltenen Luft gehemmt.

Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist eine zu komplizierte Ausführung, so dass die Wahrscheinlichkeit für ein Versagen während des Betriebes relativ gross ist. Alle bekannten, mit Schiebern ausgerüstete Druckgasverteiler lassen wegen Spalten im Körper-Schieber-Paar grosse Druckverluste entstehen. Zur Vermeidung der Verluste in den Druckgasverteilern vom Schiebertyp müssen die Spalten im Körper-Schieber-Paar minimal sein und im Idealfall überhaupt nicht vorhanden sein, während die Luftfeuchte dazu zwingt, die angrenzenden Teile der Spalten aus einem korrosionsfesten Werkstoff herzustellen. Die Verteiler vom Schiebertyp erfordern ausserdem eine sorgfaltig gereinigte, von mechanischen Fremdstoffen befreite Luft und eine Schmierung der Reibflächen mittels Ölnebel.

Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist der Verbrauch an Druckluft, welche zur Zurückstellung des Freikolbens unterhalb des Freikolbens zugeführt wird. Ein weiterer Nachteil entsteht bei der Rückstellung des Freikolbens, welcher gegen das Gestänge eines Hilfsanlassverteilers schlägt und damit die Standzeit dieses Verteilers verkürzt.

Ferner ist es nachteilig, dass diese Vorrichtung keine Feststellmöglichkeit für den Freikolben aufweist, weshalb beim Anlassen des Freikolbens ein Versagen auftreten kann. Aus der Beschreibung geht hervor, dass diese bekannte Vorrichtung, darunter auch das Rückführwerk, nur mit einem abgestuften Freikolben betreibbar ist, d.h., dass die spezifische Masse des Freikolbens, also diejenige Masse, die auf eine Flächeneinheit des Hohlraumes entfällt, in welchem der Druckstoss entsteht, gross sein wird. Es ist jedoch bekannt, dass es für Trennungsverfahren, für das Formen von steifen Reliefteilen, für das Kalibrieren und Prägen viel wirkungsvoller ist, einen Freikolben mit einem Mindestmass an spezifischer Masse zu verwenden. In diesem Fall nähert sich der Vorgang in der Kammer einem Wellenvorgang mit einem sehr hohen Druckwert an der Stosswellenfront, während mit einer grossen spezifischen Masse der Vorgang in der Kammer sich eher als ein statischer beziehungsweise quasistatischer Vorgang abspielt. Für die obengenannten Arbeitsgänge ist der Wirkungsgrad der Energieübertragung von der Flüssigkeit, in welcher ein hoher Druckstoss entsteht, zum Werkstück viel grösser, wenn die Energie in Form einer Stosswelle übertragen wird, als wenn dies mittels eines quasistatischen Druckes erfolgen würde.

Ziel der Erfindung ist es, die vorstehend aufgezählten Mängel zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum hydrodynamischen Pressen mit einer derartigen Ausbildung des Rückstellwerkes für den Freikolben zu schaffen, welche die gesamte Vorrichtung baulich einfacher macht und ihren Wirkungsgrad erhöht.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemässe Ausbildung, insbesondere des Rückstellwerkes, wird das bisher übliche, gesamte Schieber- und Rohrleitungssystem überflüssig. Die Vorrichtung ist also in doppelter Hinsicht vorteilhaft, weil einerseits die Ausführung einfach und betriebssicher wird und andererseits das Entweichen von Druckgas durch Schieberspalten und Energieverluste während der Gasströmung durch die Rohrleitungen beseitigt ist.

Durch eine bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 2 lässt sich der Freikolben schnell zurückführen und in einer Zange sicher festhalten.

Bei einer Ausführungsform nach Anspruch 3 kann der Strömungsweg verkürzt und die Verluste der Luftströmung aus dem unter dem Freikolben befindlichen Hohlraum in die geschlossene Kammer während des Arbeitshubes des Freikolbens sowie während seiner Rückstellung können verringert werden.

Durch eine Ausführungsform nach Anspruch 4 kann die Vorrichtung vereinfacht und die Länge des Kanals verkürzt werden. Die Vereinfachung ergibt sich, weil der Deckel als Ventilkörper dient und die Kanäle im Deckel untergebracht werden können, so dass auf Rohrleitungen verzichtet werden kann.

Durch eine Ausführungsform nach Anspruch 5 kann die Rückstellung des Freikolbens beim Gesenkschmieden von Werkstücken mit einem grossen Verformungsumfang mit Sicherheit erzielt werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum hydrodynamischen Gesenkschmieden, im Längsschnitt und

Fig. 2 eine ähnliche Ausführung wie in der Fig. 1, jedoch mit einem Rückschlagventil zur Zuleitung eines Druckgases in die mit einem Arbeitsmittel gefüllte Kammer, in einem teilweisen Längsschnitt.

Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist ein Teil einer hydrodynamischen Presse. Die Vorrichtung enthält einen Zylinder 1, dessen eines Ende der Arbeitsfläche eines Untergesenkes 2 zugekehrt ist. Im Zylinder 1 ist ein Freikolben 3 geführt, der durch ein an dem dem Untergesenk 2 entgegengesetzten oberen Ende des Zylinders 1 angeordnetes Anlasswerk 4 und durch ein Rückstellwerk betätigbar ist. Durch den Freikolben 3 ist der Hohlraum des Zylinders 1 in einen unteren Hohlraum 5 und einen oberen Hohlraum 6 unterteilt. Die Ausdehnungen der Hohlräume sind von der jeweiligen Stellung des Freikolbens 3 abhängig.

Am oberen Ende des Zylinders 1 ist eine Zange 7 zum Festhalten des Freikolbens 3 angeordnet, welche zusätzlich die Funktion eines Stossdämpfers übernimmt, um den Freikolben 3 bei seiner Rückkehr in die obere Stellung nach Ausführung eines Arbeitshubes zu dämpfen. Der Zylinder 1 ist konzentrisch von einem Druckgasaufnahmebehälter 8 umgeben, dessen Hohlraum mit dem sich in der Ausgangsstellung des Freikolbens 3 oberhalb des Freikolbens 3 befindlichen oberen Hohlraum 6 durch einen Kanal 9 verbunden ist. Ein Deckel 10 schliesst sowohl den oberen Hohlraum 6 als auch den Hohlraum des Druckgasaufnahmebehälters 8 nach aussen ab.

Das untergesenkseitige Ende des Zylinders 1 grenzt an eine Hochdruckkammer 11 an, die mit einem elastischen, beispielsweise flüssigen, Mittel 12 gefüllt ist, welches als Arbeitsmittel die Energie des Freikolbens 3 auf ein auf dem Untergesenk 2 aufliegendes Werkstück 13 überträgt.

Das Rückstellwerk weist eine am untergesenkseitigen Ende des Zylinders 1 und konzentrisch zu ihm angeordnete geschlossene Kammer 14 auf, deren Hohlraum 15 durch Kanäle 16 mit dem unterhalb des Freikolbens 3 befindlichen unteren Hohlraum 5 verbunden ist. Zum Rückstellwerk gehört ferner ein in einer Öffnung im Deckel 10 angeordnetes Ventil 17, durch welches der obere Hohlraum 6 über einen Kanal 18 mit der umgebenden Atmosphäre verbindbar ist. Zum Öffnen des Ventils 17 dient ein Betätiger 19, welcher

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

651 497

4

mit einer nicht dargestellten Stange des Zylinders des Anlasswerkes 4 gekoppelt ist.

Das Rückstellwerk weist ferner ein in die geschlossene Kammer 14 hineinragendes Rückschlagventil 20 auf, welches in der Wand des Zylinders 1 in einem der Höhe des Freikolbens 3 ungefähr gleichen Abstand von seinem dem Untergesenk 2 zugekehrten Ende eingebaut ist. Das Rückschlagventil 20 dient zum Ablassen von Abgas aus dem Zylinder 1 in die geschlossene Kammer 14.

Als Arbeitsmittel kann beispielsweise ausser einem elastischen Mittel, wie beispielsweise Gummi, auch ein hydroela-stisches Mittel, wie beispielsweise eine vom Werkstück durch eine elastische Membran getrennte Flüssigkeit dienen, oder eine Flüssigkeit, mit der der gesamte Hohlraum der Hochdruckkammer gefüllt wird, nachdem das Untergesenk 2 mit dem Werkstück 13 an die Hochdruckkammer 11 angedrückt ist.

Für den Betrieb mit einem flüssigen Arbeitsmittel ist gemäss Fig. 2 ein Rückschlagventil 21 vorgesehen, welches Druckgas von einem Druckgassammelgefäss 22 unter den Freikolben 3 in die mit einer Flüssigkeit 23 zu füllende Hochdruckkammer 11 strömen lässt. Zum Füllen der Hochdruckkammer 11 mit der Flüssigkeit 23 dient eine mit der Flüssigkeitszuleitung verbundene Düse 24, die sich durch die geschlossene Kammer 14 hindurcherstreckt und mit einem zweiten Rückschlagventil 25 versehen ist.

Die beschriebene Vorrichtung funktioniert wie folgt:

In der Fig. 1 ist der Freikolben 2 nach beendetem Rücklauf in seiner Ausgangsstellung dargestellt. Zum Rücklauf ist der Kanal 9 geschlossen, das Ventil 17 geöffnet und das Druckgas aus dem Hohlraum 15 hat den Freikolben 3 nach oben in seine Ausgangsstellung verdrängt. Bei der Aufwärtsbewegung gelangt der Freikolben 3 in die Zange 7 hinein und wird durch diese festgehalten. Beim Einlaufen in die Zange 17 wird er abgebremst, bis seine Bewegungsenergie gleich Null ist.

Arbeitshub des Freikolbens 3

- Die mit dem Betätiger 19 verbundene, nicht dargestellte Stange des Anlasswerkes 4 wird aufwärts bewegt.

- Der Betätiger 19 schliesst das Ventil 17, so dass der zuvor mit der umgebenden Atmosphäre durch den Kanal 18 verbundene obere Hohlraum 6 nach aussen geschlossen ist.

- Die aufwärtsgerichtete Verschiebung der nicht dargestellten Stange des Anlasswerkes 4 bewirkt ferner das Öffnen des Kanales 9.

- Aus dem Druckgasaufnahmebehälter 8 strömt Druckgas über den Kanal 9 in den oberen Hohlraum 6 und beschleunigt den Freikolben 3 zur Ausführung seines Arbeitshubes.

- Beim Beschleunigen des Freikolbens 3 wird die sich im unteren Hohlraum 5 befindliche Luft durch die Kanäle 16 in den Hohlraum 15 der geschlossenen Kammer 14 verdrängt.

- Beim Erreichen seiner unteren Endstellung trifft der Freikolben 3 auf das elastische Mittel 12 auf, wobei sich die vom Freikolben 3 während seiner Beschleunigungsphase gespeicherte Energie in einen das Werkstück 13 in das Untergesenk 2 verformenden Druckstoss umwandelt. Beim letzten Arbeitsgang ist das Volumen des unteren Hohlraumes 5 bis auf Null abgesunken.

- Nachdem der Freikolben 3 seine untere Endstellung erreicht hat, gelangt das Druckgas, mit dem der Freikolben 3 beschleunigt wurde, über das Rückschlagventil 20 in den Hohlraum 15 der geschlossenen Kammer 14.

Aufwärtshub des Freikolbens 3

- Das Anlasswerk 4 schliesst den Kanal 9.

- Der sich abwärts bewegende Betätiger 19 des Anlasswerkes 4 drückt auf den Stössel des Ventils 17, welches dadurch geöffnet wird und den oberen Hohlraum 6 über den Kanal 18 mit der umgebenden Atmosphäre verbindet.

- Der Freikolben 3, der seine Energie für die Verformung des Werkstückes 13 abgegeben hat, wird durch das im Hohlraum 15 der geschlossenen Kammer 14 komprimierte Druckgas aufwärtsbewegt, bis er von der Zange 7 abgebremst und festgehalten wird. Damit ist ein Arbeitszyklus beendet und die Vorrichtung ist nunmehr für den nächsten Arbeitszyklus bereit.

Wenn die Vorrichtung in einer Ausführung nach der Fig. 2 mit einer Flüssigkeit als Arbeitsmittel betrieben wird, ergibt sich folgende Wirkungsweise:

Nachdem das Werkstück 13 auf das Untergesenk 2 gelegt wurde und dieses zusammen mit dem Werkstück 13 an die Hochdruckkammer 11 angedrückt ist, wird über das Rückschlagventil 25 durch die Düse 24 soviel Flüssigkeit 23 zugeführt, um den ganzen Hohlraum der Kammer 11 zu füllen. Dann wird der Freikolben 3 für den Arbeitshub freigegeben und beschleunigt, bis er auf die Flüssigkeit 23 aufprallt, wodurch das Werkstück 13 verformt wird. Der Freikolben 3 bewegt sich dabei um einen durch den Verfor-mungsumfang des Werkstückes 13 bestimmten Wert tiefer als die Ebene der Kanäle 16. Für den Rückwärtshub des Freikolbens 3 wird über das Ventil 26 vom Druckgassam-melgefass 23 soviel Druckgas in den mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraum der Kammer 11 eingelassen, dass diese Gasmenge diejenige nicht übersteigt, welche erforderlich ist, um den Freikolben 3 auf die Höhe zu heben, bei der seine untere Stirnwand höher als die Unterkante der Kanäle 16 liegt. Das Volumen des Druckgassammelgefasses 22 wird aus diesem Grund entsprechend gewählt. Die nachfolgende Bewegung des Freikolbens 3 in seine Ausgangsstellung bis zu seiner Arretierung durch die Zange 7 (gemäss Fig. 1) vollzieht sich unter der Einwirkung des im Hohlraum 15 der geschlossenen Kammer 14 enthaltenen Druckgases.

Bei einer solchen Ausführung der Vorrichtung für den Betrieb mit einem flüssigen Arbeitsmittel ist dafür gesorgt, dass eine zuverlässige Rückstellung des Freikolbens 3 sogar bei grossen Verformungen durchaus gewährleistet ist.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

S

1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

651 497

1. Vorrichtung zum hydrodynamischen Pressen, mit einem mit einem seiner Enden der Arbeitsfläche eines Untergesenkes (2) zugekehrten Zylinder (1) und einem im Zylinder (1) geführten Freikolben (3), der durch ein an dem dem Untergesenk (2) entgegengesetzten oberen Ende des Zylinders (1) angeordnetes Anlasswerk (4) und durch ein Rückstell-werk betätigbar ist, mit einem Druckgasaufnahmebehälter (8), dessen Hohlraum mit dem sich in der Ausgangsstellung des Freikolbens (3) oberhalb des Freikolbens (3) befindlichen oberen Hohlraum (6) verbindbar ist sowie mit einem den oberen Hohlraum (6) und den Hohlraum des Druckgasaufnahmebehälters (8) abschliessenden Deckel (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellwerk eine geschlossene Kammer (14) aufweist, deren Hohlraum (15) mit dem sich in der Ausgangsstellung des Freikolbens (3) unterhalb des Freikolbens (3) befindlichen unteren Hohlraum (5) des Zylinders

(I) verbunden ist und dass der obere Hohlraum (6) über ein Ventil (17) mit der umgebenden Atmosphäre verbindbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellwerk ein das Abgas in die geschlossene Kammer (14) einlassendes Rückschlagventil (20) aufweist, welches in der Wand des Zylinders (1) in einem der Höhe des Freikolbens (3) ungefähr gleichen Abstand von seinem dem Untergesenk (2) zugekehrten Ende eingebaut ist.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Kammer (14) konzentrisch zum Zylinder (1) an seinem dem Untergesenk (2) zugekehrten Ende angeordnet ist und ihr Hohlraum (15) durch Kanäle (16) mit dem unteren Hohlraum (6) des Zylinders (1) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (17) in einer Öffnung im Deckel (10) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Betrieb mit einem flüssigen Arbeitsmittel ein Rückschlagventil (21) vorgesehen ist, das in den mit der Flüssigkeit gefüllten Hohlraum einer Hochdruckkammer

(II) das Druckgas für den Rückwärtshub des Freikolbens (3) einleitet.