DE3145874C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das stoßweise Druck­ umformen von Werkstücken, insbesondere von Metall­ teilen, beispielsweise zum Schneiden, Schmieden oder Gesenkschmieden derselben.

Ein Problem beim Betrieb von Maschinen zum stoßweisen Druckumformen von Metallteilen tritt dann auf, wenn Teile mit unterschiedlichen Eigenschaften auf ein und derselben Maschine zu bearbeiten sind. Zum Schneiden von Teilen unterschiedlicher Dicke oder Breite und zum Schmieden von unterschiedlicher Größe aufweisenden ode aus verschiedenen Stoffen bestehenden Teilen sind für die Schlagausübung ganz verschiedene Energiebeträge notwendig. Es soll also die wirksame Energie, d. h. die gesamte kinetische Energie der zur Schlagausübung beschleunigten Massen, in einem weiten Bereich wählbar sein.

Die Erfindung geht aus von einer Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Maschine ist aus dem SU-Erfinderschein 4 41 113 bekannt. Bei dieser bekannten Ausbildung mündet das Einlaßventil zur Zuführung des brennbaren Gemisches unmittelbar in die Brennkammer. Der Pufferraum ist lediglich ein ge­ schlossener Raum unterhalb des Absperrelements des Ab­ sperrventils, in dem eine Feder zur Beaufschlagung dieses Absperrelements sitzt, welches dadurch an den Ventil­ sitz angedrückt wird.

Die Maschine hat ferner eine Stoßdämpfungseinheit aus einem Druckluftzylinder mit Kolben und Kolbenstange, wobei der Druckluftzylinderraum mit einer Zwischen­ kammer verbunden ist. Durch die Stoßdämpfungseinheit werden die während des Maschinenbetriebs auftretenden Stoßbelastungen gedämpft. Das Maschinengehäuse wird von dieser Stoßdämpfungseinheit getragen.

Die Brennkammer wird über das Einlaßventil mit brenn­ barem Gas-Luft-Gemisch gefüllt. Dieses Gemisch wird durch die Zündkerze gezündet, wodurch der Druck in der Brennkammer rasch ansteigt. Wenn der Druck einen ge­ wissen Wert erreicht, öffnet sich das Absperrventil und die Verbrennungsgase strömen in den Expansions­ zylinder und beschleunigen den Kolben im Sinne der Schlagausübung. Gleichzeitig beschleunigen die Reaktions­ kräfte das elastisch gelagerte Gehäuse in umgekehrter Richtung, so daß sich die Werkzeuge gegeneinander in Richtung zum Werkstück bzw. zur Stelle des Zusammen­ schlagens bewegen.

Das obere Werkzeug ist an einem Querjoch befestigt, wel­ ches über Säulen mit dem Gehäuse der Maschine verbunden ist. Dabei sind die Säulen entgegen der Wirkung von Druck­ federn gegenüber dem Gehäuse verschieblich. Bei der Beschleunigung zur Schlagausübung wird die Luft im Druckluftzylinderraum und in der Zwischenkammer vom sich nach unten bewegenden Gehäuse zusammengedrängt. Sobald sich die Werkzeuge dem Werkstück nähern, wird die Öffnung durch welche der Druckluftzylinderraum und die Zwischenkammer verbunden sind, durch den Kolben verschlossen. Das Gehäuse wird dadurch stark gebremst, während sich das Querjoch mit den Säulen unter der Wirkung seiner Trägheit mit etwa gleich­ bleibender Geschwindigkeit weiterbewegt und die Federn zwischen den Säulen und dem Gehäuse zusammendrückt.

Die formschlüssige Verbindung des Querjochs mit den Säulen und dem Gehäuse wird dadurch aufgehoben, so daß sich die Stoßbeanspruchungen des Querjochs und seiner Teile nicht übertragen.

Da in der bekannten Maschine Federn zwischen dem Gehäuse und den Säulen eingesetzt sind, läßt sich der Regelungs­ bereich der wirksamen Energie der Maschine etwas er­ weitern. Es ist jedoch nicht möglich, diese Energie um das Mehrfache zu ändern. Dabei kommt es oft vor, daß sich die Bestimmungsgrößen der umzuformenden Teile um das Vielfache ändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine zum stoßweisen Druckumformen von Werkstücken zu schaffen, in welcher durch automatische Änderung der Ab­ dichtungskraft der Brennkammer in Abhängigkeit von den Kenngrößen der umzuformenden Teile der Regelungsbereich der wirksamen Energie um ein Vielfaches erweitert und somit das Sortiment an umformbaren Teilen vergrößert werden kann.

Ausgehend von der gattungsgemäß vorausgesetzten Maschine wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein Kanal die Brennkammer mit dem Pufferraum verbindet und dieser über das Einlaßventil mit der Brennstoff­ leitung verbunden ist.

Durch diese Gestaltung der Maschine läßt sich der Regelungs­ bereich der wirksamen Energie der Maschine erweitern, da die Abdichtungskraft der Brennkammer entsprechend dem Druck des brennbaren Gemisches in der Brennkammer automatisch geändert wird.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gestaltungs- und fertigungstechnisch ist es am ein­ fachsten, den Kanal, der die Brennkammer mit dem Pufferraum verbindet, im Gehäuse auszuführen.

Eine Verbesserung des Wärmezustandes des Absperrelements des Absperrventils ergibt sich, wenn mehrere Kanäle die Brennkammer mit dem Pufferraum verbinden und durch Spalte zwischen dem Absperrelement und der Wandung der dieses aufnehmenden Öffnung zwischen den genannten Kammern gebildet sind.

Zu diesem Zweck kann es auch zweckmäßig sein, die Kanäle, die die Brennkammer mit dem Pufferraum verbinden, un­ mittelbar im Absperrelement auszuführen, das in der Öffnung zwischen den genannten Kammern angeordnet ist, und auf das Absperrelement eine Scheibe derart aufzu­ setzen, daß diese die genannten Kanäle durch ihr Eigengewicht verschließt.

Wenn in einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsvariante der Erfindung im die Brennkammer mit dem Pufferraum ver­ bindenden Kanal ein Rückschlagventil vorgesehen ist, so kann der Durchlaßquerschnitt des Kanals vergrößert und die Dauer der Füllung der Brennkammer mit Brennstoff verkürzt werden.

Soweit der Kanal oder die Kanäle, welche die Brennkammer mit dem Pufferraum verbinden, kein Rückschlagventil aufweisen, sollen sie einen solchen Gesamtquerschnitt haben, daß die Dauer des Druckausgleiches in der Brenn­ kammer und im Pufferraum die Brennzeit des brennbaren Gemisches in der Brennkammer überschreitet.

Die Erfindung wird nachstehend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ma­ schine in schematischer Darstellung;

Fig. 2 eine zweite Ausbildung der erfindungsgemäßen Maschine;

Fig. 3 den Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 eine dritte Ausbildung der erfindungsgemäßen Maschine mit einer Ausführungsvariante des Absperrventils;

Fig. 5 eine vierte Ausbildung der erfindungsgemäßen Maschine.

Die Maschine zum stoßweisen Druckumformen von Metall­ teilen hat ein Gehäuse 1, in welchem eine Brennkammer 2 und ein Pufferraum 3 untergebracht sind, der über ein Einlaßventil 5 mit einer Brennstoffleitung 4 verbind­ bar ist. Steuerbare Ventile 6, 7 dienen zur Fernsteuerung der Zuführung von Gas bzw. Luft.

Ein Absperrventil mit einem Absperrelement 8 ist in einer zylindrischen Bohrung 9 angeordnet, welche die Brennkammer 2 mit dem Pufferraum 3 verbindet. Das Ab­ sperrelement 8 ist durch eine Feder 10 abgefedert. Über ein Auslaßventil 11 ist die Brennkammer 2 mit der Außenluft verbindbar. Zum Zünden des brennbaren Gemisches ist in der Brennkammer 2 eine Zündkerze 12 vorgesehen.

Im Gehäuse 1 ist ein Expansionszylinder 13 ausgebildet, in dem ein Kolben 14 sitzt, welcher ein Werkzeug 15 trägt, beispielsweise einen Stempel oder eine Matrize des Werkzeugs. Der Expansionszylinder 13 ist mit der Brennkammer 2 über eine Öffnung 16 mit einem Sitz 17 für das Absperrelement 8 verbunden. Das Gegenwerkzeug ist in bekannter Weise am Gehäuse 1 angeordnet. Die Maschine ist von Druckluftdämpfungszylindern 18 getragen.

Die Brennkammer 2 ist mit dem Pufferraum 3 über einen im Gehäuse 1 verlaufenden Kanal 19 verbunden. Dieser kann in verschiedenen, nachstehend näher beschriebenen Ausführungsvarianten ausgeführt sein. Sein Querschnitt wird so gewählt, daß die Dauer des Druckausgleichs in der Brennkammer 2 und im Pufferraum 3 die Brennzeit des brennbaren Gemisches in der Brennkammer 2 über­ schreitet.

Gemäß einer zweiten Ausbildung der Maschine, die in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist das Absperrelement 8 in Form eines Dreikantprismas mit abgerundeten Kanten ausgeführt. In diesem Fall hat der Kanal die Form der Spalte 19′ zwischen dem Absperrelement 8′ und der Lei­ bung der zylindrischen Bohrung 9. Das Absperrelement 8′ hat eine Stirnfläche, die sich beim Ansprechen des Absperrventils gegen den Sitz 17 abstützt, und eine Ausgleichsfläche 20, deren Bestimmungszweck aus der nachstehenden Beschreibung der Wirkungsweise der Ma­ schine ersichtlich ist.

In der dritten Ausbildung gemäß Fig. 4 ist das Ab­ sperrelement 8′′ zylinderförmig ausgeführt, wobei Kanäle 19′′ innerhalb des erwähnten Absperrelements ver­ laufen. Auf das Absperrelement 8′′ ist koaxial eine Scheibe 21 so aufgesetzt, daß sie die Kanäle 19′′ unter der Wirkung ihres Gewichts verschließt.

In einer vierten Ausführung der Maschine ist im Kanal 19 (Fig. 5) ein Rückschlagventil 22 angeordnet. Dadurch kann der Durchlaßquerschnitt des Kanals 19 größer ge­ wählt werden, so daß die Dauer der Füllung der Brenn­ kammer 2 mit brennbarem Gemisch sich verkürzt.

Der Betrieb der beschriebenen Maschine verläuft wie folgt:

Vor dem Beginn des Arbeitszyklus ist das Auslaßventil 11 geschlossen und das Absperrelement 8 ist durch die Kraft der Feder 10 an den Sitz 17 angedrückt. Die Kraft der Feder 10 reicht lediglich zum Abdichten der Brenn­ kammer 2 am Anfang der Füllung mit brennbarem Gemisch aus.

Dann wird das Ventil 6 geöffnet und Brenngas in die Brennstoffleitung 4 und über das Einlaßventil 5, den Pufferraum 3 und den Kanal 19 in die Brennkammer 2 ein­ gelassen. Nachdem die Brennkammer 2 mit Gas gefüllt ist, schließt das Ventil 6. Danach öffnet sich das Ventil 7 und Luft gelangt in die Brennkammer 2 und mischt sich dort mit dem Brenngas. Während der Füllung der Brennkammer 2 mit Gas und danach mit Luft steigt der Druck in der Brenn­ kammer 2 und im Pufferraum 3, wodurch die Kraft, mit welcher das Absperrelement 8 an den Sitz 17 angedrückt wird, ebenfalls zunimmt, so daß eine zuverlässige Ab­ dichtung der Brennkammer 2 gesichert ist.

Nachdem die Brennkammer 2 auch mit der erforderlichen Luftladung gefüllt ist, schließen das Ventil 7 und das Einlaßventil 5. Das brennbare Gemisch in der Brennkammer 2 wird durch die Zündkerze 12 gezündet.

Infolge der Verbrennung des brennbaren Gemisches steigt der Druck in der Brennkammer 2 stark an. Während der kurzen Zeit, in der der Brennvorgang abläuft, ändert sich der Druck im Pufferraum 3 nur geringfügig. Bei der betrachteten Ausführung der Maschine und der gewählten Größe des Querschnitts des Kanals 19 ist die Dauer des Verbrennungsvorgangs um das 50- bis 100fache kürzer als die Dauer der Füllung der Brennkammer 2.

Am Ende des Brennvorgangs ist die Kraft, die die Ver­ brennungsgase auf das Absperrelement 8 ausüben, größer als die durch die Luft im Pufferraum 3 und die durch die Feder 10 erzeugte Kraft. Das Absperrelement 8 wird vom Sitz 17 abgehoben und die Brennkammer 2 mit dem Expansions­ zylinder 13 verbunden. Die Verbrennungsgase gelangen in den Expansionszylinder 13 und beschleunigen den Kolben 14 und das Gehäuse 1 in entgegengesetzten Richtungen. Das Werkstück 23 wird durch den doppelseitigen Schlag der Werkzeuge 15 umgeformt.

Nach der Ausführung des Schlags öffnet das Auslaßventil 11 und verbindet die Brennkammer 2 mit der Außenluft. Der Druck im Expansionszylinder 13, in der Brennkammer 2 und im Pufferraum 3 wird abgebaut. Der Kolben sinkt im Gehäuse 1 unter der Wirkung seines Gewichts wieder nach unten und das Gehäuse 1 wird von den Druckluft­ zylindern 18 wieder in die Ausgangsstellung zurückge­ führt. Das Absperrelement 8 wird durch die Feder 10 in die Ausgangsstellung gebracht und an den Sitz 17 angedrückt. Die Maschine ist zum nächsten Arbeits­ zyklus bereit.

Bei Betrachtung der Maschine gemäß Fig. 2, 3, in welcher das Absperrelement 8′ in Form eines Prismas ausgeführt ist, strömen das Gas und die Luft aus dem Pufferraum 3 über die Spalte 19′ in die Brennkammer 2 ein. Während des Einströmens der Luft verdrängt diese das Gas aus dem Pufferraum 3 und den Spalten 19′ und umströmt die Ober­ fläche des Absperrelements 8′. Dadurch wird dieses ge­ kühlt.

Außerdem verdrängt die längs der Oberfläche des Ab­ sperrelements 8′ strömende Luft das Gas tiefer in die Brennkammer 2 hinein. Dadurch bleibt an der Oberfläche des Absperrelements 8′ eine aus Luft bestehende Grenz­ schicht, während sich das übrige Volumen der Brennkammer 2 mit verhältnismäßig homogenem brennbarem Gemisch füllt. Bei der Verbrennung des Gemisches in der Brennkammer 2 steigt die Temperatur der Grenzschicht wesentlich lang­ samer als sonst in der Brennkammer 2, da es mangels Brenngas in dieser Schicht nicht zu einem Brennvorgang kommt. Somit wird das Absperrelement 8′ durch die Grenz­ luftschicht vor unmittelbarer Erhitzung durch die Ver­ brennung geschützt und die vom Absperrelement 8′ aufge­ nommene Wärme wird dadurch wesentlich verringert. Daraus ergibt sich eine höhere Lebensdauer des Absperrelements.

Bei Betrachtung der in Fig. 4 gezeigten Maschine wird die Scheibe 21 des Absperrelements 8′′ während der Füllung der Brennkammer 2 mit Gas und nachher mit Luft etwas angehoben und sinkt nach Abschluß der Füllung wieder auf ihren Sitz und verschließt die Kanäle 19′′. Beim Druckanstieg in der Brennkammer 2 infolge der Ver­ brennung des brennbaren Gemisches verhindert die Scheibe 21 das Überströmen der Verbrennungsgase in den Puffer­ raum 3. Auch bei der nachfolgenden Rückkehr aller Teile in die Ausgangslage bleiben die Kanäle 19′′ durch die Scheibe 21 verschlossen. Die Wirkungsweise der Maschine ist ansonsten die gleiche wie die der oben betrachteten Maschinen.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausbildung der Maschine kann der Durchlaßquerschnitt des Kanals 19 auf jeden beliebigen Wert vergrößert werden, wodurch die Dauer der Füllung der Brennkammer 2 mit brennbarem Gemisch verkürzt wird. Während der Verbrennung des Gemisches wird der Kanal 19 durch das Rückschlagventil 22 ge­ sperrt, so daß ein Überströmen der Verbrennungsgase aus der Brennkammer 2 in den Pufferraum 3 verhindert wird.

Claims (6)

1. Maschine zum stoßweisen Druckumformen von Werkstücken
mit einem Gehäuse (1), in dem eine Brennkammer (2) über ein Absperrventil mit einem Expansionszylinder (13) verbindbar ist, in dem ein beweglicher Kolben (14) zur Beaufschlagung der Werkstücke sitzt,
und in dem ein Pufferraum (3), ein Einlaßventil (5) zur Zuführung brennbaren Gemisches in die Brennkammer (2), ein Auslaßventil (11) sowie eine Einrichtung (12) zum Zünden des brennbaren Gemisches in der Brennkammer vor­ gesehen sind,
gekennzeichnet durch mindestens einen Kanal (19), der die Brennkammer (2) mit dem Pufferraum (3) verbindet, wobei dieser über das Einlaßventil (5) mit der Brenn­ stoffleitung (4) verbindbar ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Brennkammer (2) mit dem Pufferraum (3) ver­ bindende Kanal (19) im Gehäuse (1) ausgeführt ist.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von die Brennkammer (2) mit dem Pufferraum (3) verbindenden Kanälen von Spalten (19′) zwischen dem Absperrelement (8′) des Absperrventils und der Wandung der dieses Absperrelement (8′) auf­ nehmenden Öffnung (9) zwischen der Brennkammer (2) und den Pufferraum (3) gebildet sind.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die die Brennkammer (2) mit dem Pufferraum (3) ver­ bindenden Kanäle (19′′) im Absperrelement (8′′) des Ab­ sperrventils ausgeführt sind, welches in der Öffnung (9) zwischen der Brennkammer (2) und dem Pufferraum (3) angeordnet ist,
wobei das Absperrventil zusätzlich eine Scheibe (21) aufweist, die die Mündungen der Kanäle (19′′) in die Brennkammer (2) durch ihr Eigengewicht verschließt.

5. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Kanal (19), der die Brennkammer (2) mit dem Pufferraum (3) verbindet, ein Rückschlagventil (22) ange­ ordnet ist.

6. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (19), welche die Brennkammer (2) mit dem Pufferraum (3) ver­ binden, einen solchen Gesamtquerschnitt haben, daß die Dauer des Druckausgleiches in der Brennkammer (2) und im Pufferraum (3) die Brennzeit des brennbaren Gemisches in der Brennkammer (2) überschreitet.