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Verfahren zur Erhöhung der Nutzleistung von Reibscheibenpressen Die
vorliegende Erfindung betrifft Reibscheibenpressen und ein Verfahren zur Erlii*)liung
der 'Nutzleistung derselben.
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Das Verfahren besteht darin, daß durch Zusammenwirken zweier mit der
Presse verbundener Meßvorrichtungen der Betrag der Arbeitsleistung einer Presse
in Form einer Druck-Wegkurve aufeezeichnet wird, nach deren Auswertung an Hand berechneter
Tabellen die Arbeitsleistung durch Erhöhung der Schwungradenergie bis zur Erreichung
eines höchstzulässigen Druckes -esteigert wird.
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Seither wurde bei Reibscheibenpressen die Schwungradenergie durch
ein nach gewissen Erfahrungswerten bestimmtes Maximum begrenzt. Bei Überschreitung
des Maximums hätte u. t . die Gefahr der Zertrümmerung der Presse bestanden. Pressen
dieser Art können aber nur bis zu einem mitunter kleinen Teil ihrer tatsächlichen
Leistungsfähigkeit ausgenützt werden, #,v"durch ein wesentlicher Verlust entsteht.
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Die Meßvorrichtungen bestehen aus einem beliebigen Instrument zur
Ermittlung des in der Presse auftretenden Druckes und einem ebenfalls beliebigen
solchen zur Ermittlung der Forinveränderun,- des Werkstückes, wobei der Meljapparat
für den Druck mit einem Schreibstift versehen ia, hinter dem eine Tafel von der
Vorrichtung für die Messung der Formveränderung so bewegt wird, daß eine Druck-Wegkurve
von bekannter Art entsteht.
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Die Veränderung der Schwungradenergie wird entweder durch Erhöhung
der Reibscheibengeschwindigkeit oder durch Vergröljerung der Schwungmasse erzielt.
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Eine zur Veränderung der Schwungenergie vermittels verstellbarer Reibscheibenumlaufzahl
konstruierte Presse zeigt Abb. i.
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Bekanntlich treten in derselben Presse bei der Bearbeitung von Stücken
verschiedener Dimensionen oder verschiedener Materialien ganz verschiedene maximale
Drücke auf, die abhängig vom Arbeitsstück jeweils von Null bis zu einem Enddruck
ansteigen.
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Diese bei einem Arbeitsschlag auftretenden Drücke bestimmen sich nach
dem Energiegesetz, angewendet auf den Fall dieser Presse.
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(i) F_ _f P - dy, worin E = Energie des Schwungrades, P -.--
Druck und cdy = Reformationsweg sind.
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In `'"orten: Durch das Schwungrad eingeleitete Energie = Summe aus
Drücken mal den dazugehörigen Reformationswegen.
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Die Presse selbst, cl. 1i. ihre belasteten "feile stehen unter denselben
jeweiligen Drücken wie das Arbeitsstück, und so wird z. B. der Rahinenl;iirper der
Presse diesen Drücken entsprechend
w@ihrend des Schlagens mehr oder
weniger durchgebogen. Diese Deformationen lassen sich mathematisch oder empirisch
als jeweilige Konstanten zu jeweiligen Drücken bestimmen. Lerngekehrt kann man also
einerseits aus der Höhe der momentanen Durchbiegungen des Körpers die Höhe der momentanen
Drücke bestimmen. Andererseits kann man zur matlieinatischen Kontrolle dieser Werte
E = Pdy die bestimmten Drücken entsprechenden Deformationswege dy des Arbeitsstückes
direkt messen. Instrumente zum Messen dieser Dimensionen können auf verschiedenen
Prinzipien aufgebaut sein. Ihre prinzipielle Schlußkombination wird so sein, wie
sie hier in einem Beispiel gezeigt ist.
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Durch zwei Verbindungsglieder wird ein Hebel so bewegt, daß er die
jeweilige Höhe der Durchbiegung des Pressenkörpers und damit den jeweiligen Druck
anzeigt. Ein Winkelhebel ist so angeordnet, daß er vom Moment des Aufpralles des
Stößels auf das Arbeitsstück an die Deformation des letzteren rechtwinklig zur Bewegung
des Hebels anzeigt. Der eine Hebel führt eine kleine Aufspannplatte für Kurvenpapier
mit sich, so daß der andere Hebel ein Diagramm in der Form der bekannten -Material-Druckdeformationskurve
beschreibt.
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Vorn ist gesagt, daß die Presse selbst immer unter derselben Belastung
steht -wie das Arbeitsstück, d. h. von der ursprünglich vorhandenen genau begrenzten
Energiemenge, die bei jedem Schlag ausgewirkt wird, wird also ein Teil in der Presse
selbst als Deformations- und Reibungsarbeit verzehrt, und die Energiegleichung,
genauer ausgedrückt, lautet:
Diese Gleichung zeigt, daß auf das Werkstück selbst ein um so kleinerer Teil der
Gesamtenergie entfällt, je höher der Druck anwächst bis zum Grenzfall des höchsten
auftretenden Druckes, der überhaupt nur möglich ist, wenn kein Werkstück eingelegt
ist, wenn die Presse hartgeschlagen wird, was aus der Gleichung 2 hervorgeht.
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Konstruktiv muß eine Presse so dimensioniert sein, daß sie hartgeschlagen
werden kann, d. h. daß sie gefahrlos diesen höchsten Druch aushalten kann. Bei der
seitherig gebrauchten Art von Pressen wurde von der erbauenden Firma die Schwungradgeschwindigkeit
durch vorgeschriebene L--mlaufzahlfestgelegt, weil eine Steigerung derselben ohne
genaueste Kontrolle leicht so gefährlich sein konnte, daß die Presse zertrümmert
wurde.
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Andererseits geht jedoch ans der Gleichung 2 hervor, daß eine Presse
der seitherigen Art finit ihrer limitierten Energie praktisch, d. h. wenn auf ihr
ein Stück bearbeitet wurde, überhaupt nie festigkeitstechnisch voll ausgenützt wird,
chi"ja der für sie höchste zulässige Druck nie erreicht wird. .
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Dieser Druck kann jedoch gefahrlos erreicht «-erden, wenn die Schwungradenergie
unter Kontrolle gesteigert wird. -Der Vorgang der Steigerung ist folgender (Abb.
6) : Durch einen -Meßapparat von vorn geschildertem Prinzip wird die Arbeitskurve
75 (Material-Druckdeformationskurve) registriert. Diese Kurve wird verglichen mit
der Kurve des für die Presse zulässigen Höchstdruckes 76, wobei die Verlängerung
der Arbeitskurve bis zum Schnitt mit der Höchstdruckkurve und die dermaßen entstehende
zusätzliche Arbeitsfläche ; '8 das 'Maß für die erlaubte Steigerung darstellt.
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Eine nach besonderer Eichung aufgestellte Tabelle zeigt entsprechend
der auf vorher beschriebener Art gefundenen Zusatzfläche direkt die mögliche Energiesteigerung
durch Angabe einer neueren Radgeschwindigkeit bzw. der Zeigerstellung zur Erlangung
derselben oder das Zusatzgewicht an.
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Da der höchste Punkt der Arbeitskurve, welche aufgezeichnet worden
ist, unter Umständen so tief unter der Höchstdruckkurve liegen kann, daß der weitere
Verlauf der Kurve nicht genau genug vorausgesehen werden kann, wird die Tabelle
finit einem entsprechend hohen Sicherheitsfaktor berechnet, um ein Überschreiten
des Höchstdruckes für die Presse zu verhindern. Eine zweite Aufnahme der Kurve durch
Vornahme einer dem Sicherheitsfaktor entsprechend vorsichtigen Steigerung wird dann
den weiteren Verlauf der Arbeitskurve so genau umgeben, daß möglicherweise eine
nochmalige kleine Steigerung bis zur Erreichung des Maximums vorgenommen werden
kann.
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Versuche haben bewiesen, daß bei den sogenannten Warenpressen sowie
beim Prägen von Metallgegenständen, für «-elche Arbeiten sich die IZeibscheibenpresse
in hervorragendem Maße eignet, Erhöhungen der Arbeitsleistung durch kontrollierte
Steigerung der Schwungenergie bis auf das Zehnfache des sonst Üblichen möglich waren.
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Die Leistung der Presse wird ferner sehr verbessert, weil sie verhältnismäßig
eine viel kleinere -Menge der nun erhöhten Beschleunigungsenergie der Presse als
Forniver-inderungsarbeit ausnutzt, wie (lies aus der Gleichung 2 hervorgeht.
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Besonders wichtig erscheint die Verbesserung, wenn die -Maschine zum
Pressen von Warmstücken benutzt wird. Mine Spindelpresse ist an und für sich für
Warmpressen gut geeignet, weil die Geschwindigkeit . des Stößel, also auch die Geschwindigkeit
der stattfindenden Werkstückdeforination, während des Arbeitsvorganges bis zuin
Ende ständig wächst. Da-
| durch i#t dein W,rkstück viel weniger Z;it "- |
| gcben, Sich abzukühlen, als etwa b---i der Vc@r- |
| wenclung einer Ezzenterpresse für diese Arbeit. |
| Die Stö ßelgtschwindigkeit der letzteren nimmt |
| ihren Totpunkt zuwärts in (lern bekannten |
| Verhältnis ab. |
| In den Zeichnungen ist Abb. i eine Ansicht |
| der verbesserten Spindelpresse. Abb. .2 zeigt den |
| Rahmen der Presse und die -Mittel zum Messen |
| der Verzerrung (fies 1Z<<hille ns, wobeder Zeiger |
| in der Nullstellung ist. abb. 3 fit eine ähnliche |
| Ansicht niit dein Zeiger in der Stellung der |
| Hüchstvei'zerrilil`. Abb.4 ist eile ähnliche |
| Ansicht des Rahmens mit einer Anzeige- oder |
| Meßvorrichtung zum Bestimmen der Forin- |
| veränderungsinenge des Werkstückes von der |
| Nullstellung bis zur Höchstforniver=änderung. |
| Abb. ä ist eine ähilliciic Ansicht cles Rahmens der |
| Presse finit einer Kurventabelle, worin sowohl die |
| Wirkung des Zeigers, welcher die Verzerrung |
| anzeigt, sowie die Wirkung des Zeigers, welcher |
| die Formveränderung anzeigt, dargestellt ist, |
| um eine Kurve auf der Tabelle aufzuzeichnen. |
| Abb. 6 zeigt die Höch;'ulrucickurve der Pres,e |
| und ebenso die Arbeitskurve mit dem darauf |
| angegebenen Sicherheitsfaktor. |
| Um dem Rad rü die höchste Drehgeschwindig- |
| keit zu geben. ist es empfehlenswert, di. Reib- |
| scheiben i; und i.@ in senkrechter Richtung zu |
| verschieben. Zti diesem Zweck .sind in den |
| S, itenwangen 25 des Maschinengestelles Lager- |
| büchsen für die Welle ig und die Mutre 24 in der |
| senkrechten Richtung verschiebbar angeordnet. |
| Auf einer Seite des Gestelles io der Presse ist |
| ein Lager a6 mit Schrauben befestigt, in welchem |
| eine senkrechte Spindel z; gelagert ist, welche |
| einen Arm 28 trägt, dessen Ende sich über eine |
| Skala 2g des Latrs 26 bewegt. Die Spindel 27 |
| ist nach oben ai, Welle 3o fortgesetzt bis zum |
| unteren Teil der Büchse 3i und ist in einem |
| Lager 32 geführt. Eine gleiche senkrechte' |
| Welle 33 ist auf der anderen Seite des Gestelles |
| allgeordnet und kann die Lagerbüchse 34. in |
| Lbereinstimmung mit der Lagerbüchse 31 ver- |
| schieben. Zu diesem Zwecke trägt die Welle 3o |
| ein Kegelrad 33, welches in ein Ziegelrad 36 auf |
| dem einen Ende einer -,i#lagerecliten «'eile 3; |
| eingreift, die an ihrem anderen linde ein Kegel- |
| rad ;S tragt, Glas in ein auf der Spindel ;@ auf- |
| geschraubtes Ke#"e-irad 3A eingreift. Durch die |
| Dreiluna cles Ke l-elrades 39 .wird die Welle ;3 |
| in einem mit Inneuewinctc versehenen Lager .1o |
| bewegt, wodurch die 'pindel33 in Cberein- |
| stinlmung mit (:(r Spindel ,;;1 di;rcll `Ternlittlung |
| Gier Welle,;,- zc-Ii(,ben wird. Auf dem unteren |
| Eilde der Spindel _'-, =cl sitzt e'nl Handrad 41, |
| welches entsprecliencl der- gewünschten Prel3- |
| kraft gedreht wird, wobei sich der -rin 2@ auf |
| der Skala 2g einstellt. Infolge der Uindrehuna |
| des Hancir@tcle4i werden die l@eibunassrileiben |
| i; und i"' mit Bezu` lauf das ScIlwitnarad zi, |
| :rin einen Betrag gehoben, welcher der ge- |
| wünschten Schwungenergie entspricht, die ihrer- |
| seits wieder im Verhältnis zu dem von der Presse |
| auszuübeilden Druck stellt. |
| Eine entsprechende Verzerrung des Gestelles |
| io der Presse wird durch den Druck des Kolbens |
| i3 verursacht, und diese Verzerrung kann bei- |
| spielsweise dadurch in geeigneter Weise gemessen |
| werden, daß am oberen Teil des Gestelles io bei |
| 3o ein Hebel 5i angelenkt ist, dessen Ende in |
| einen Zeiger 52 eingeschraubt ist, dessen Spitze |
| sich über eine Skala 33 bewegt. An diesem |
| Zeiger 3.2 ist ein Hebe1.3.I angelenkt, der bei 33 |
| ain unteren Teil des Gestelles io drehbar be- |
| festigt ist. Wenn der Rahmen io, der in Abb. a |
| in Ruhestellung gezeigt ist, verzerrt wird, wie |
| dies in Abb. 3 gezeigt ist, so wird sich der Zeiger |
| 3-, über der Skala 53 so bewegen, daß er den |
| Betrag der Verzerrung anzeigt. Die höchst- |
| mögliche Verzerrung entspricht dem Höchst- |
| druck der Presse, und jeder Druck, der höher |
| wird als dieser Höchstdruck, würde Zerstörung |
| der Presse verursachen. Der höchste Druck, |
| welchen die Maschine oder ein Rahmen einer |
| Maschine aushalten kann, läßt sich berechnen |
| oder sonstwie feststellen. |
| Wie sich aus der oben beschriebenen Energie- |
| formel ergibt, ist es nötig, den Betrag der Form- |
| veränderung des Werkstückes festzustellen. |
| Dies geschieht mit Hilfe eines Meßapparates, |
| welcher diese Formveränderung angibt (Abb. 4.). |
| Ein Winkelliebel6o ist bei 61 auf dem Meß- |
| gestell io drehbar befestigt, und das Ende dieses |
| Hebels 6o bewegt sich über eine Skala 6z. Das |
| andere Ende des Winkelhebels 6o ist unter dein |
| Kolben 13 in einer solchen Stellung, daß; wenn |
| dieser Kolben auf das Ende des Hebels auf- |
| trifft, eine Zusatzbewegung des Kolbens auf die |
| Skala 62 durch das Ende des Heber 6o über- |
| tragen wird. Die Ausgangsstellung des Kolbens |
| 13 ist in Abb. 4 in ausgezogenen Linien darge- |
| stellt, und die der endgültigen Formveränderung |
| des Arbeitsstückes entsprechende Stellung ist |
| in Abb.4 in strichpunktierten Linien gezeigt, |
| so daß also die Bewegung zwischen den ver- |
| schiedenen Stellungen auf der Skala 62 abge- |
| lesen werden kann. |
| Die beschriebenen Meßvorriclitungen werden |
| benutzt, um eitle Kurve in bekannter Weise |
| aufzuzeichnen. Zu diesem Zwecke sind ain |
| Maschinengestell io, wie in den Abb. i und 3 |
| gezeigt ist, waagerechte Führungen;o vorge- |
| sehen, in die eine Platte 71 eingeschoben ist, |
| auf der ein Blatt <Mus Kurvenpapier befestigt |
| wird. Das 1?lcle des Winkelhebels ()o ist iliit |
| Bezug auf diese Platte 71 s(> eingerichtet, (Maß |
| ff sie in den Füllrungen ; o verschiebt: Wenn der |
| Rahmen io einer Verzerrung unterworfen wird, |
| so bewegt sich der Nebel j-2, und da das Kurven- |
| blatt auf der Platte ebenfalls bewegt wird, |
| erlest( Mit eine h@irve 7j5- Die Kurve ist in Abb.
0 |
klar dargestellt, in welcher die waagerechte Grundlinie die Formveränderung
anzeigt, während dY einen senkrechten Druck der Presse anzeigt. Die Kurve 5 resultiert
sich aus der kombinierten ''Wirkung der Formveränderung vom Werkstück und dem Druck.
Auf diesen Kurvenblättern ist die Höchstdruckkurve durch die waagerechte Linie 76
angezeigt. Diese Kurvenlinie wird von dem Erbauer der Presse auf die Kurvenblätter
aufgetragen, zu welchem die betreffende Presse benutzt werden kann.
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Beim Arbeiten der Presse mit eingespanntem Werkstück übertragen die
Zeiger die Kurve 75 auf die Kurvenblätter, und wenn diese Kurve so ist. wie in Abb.
(i gezeigt, kann eine Zusatzfläche ausgenutzt «-erden, da, wie oben erwähnt, die
Kurve 7,5 so weit verlängert werden kann, bi, sie die Drucklinie ,^6 schneidet.
Die Energiefläche o aal b1 entspricht der Ausgangsenergie in Übereinstimmung mit
Linie 75, und die Zusatzenergiefläche o aal b1 ist diejenige Zusatzenergie, welche
ausgenutzt werden kann, weil die noch innerhalb des Sicherheitsfaktors und innerhalb
eines Druckes liegt, der gleich oder geringer ist als derjenige, welcher durch die
Drucklinie P-p oder ; E angezeigt ist. Wenn daher eine solche Kurve «ze 75 von den
Meßvorrichtungen erzeugt wird, zeigt sie dem Benutzer der Presse an, daß eine Zusatzenergie,
welche durch den schraffierten Teil 78 oder die Energiefläche a a1 b1
b dargestellt ist, noch vorlianden ist. Der Arbeiter, welcher die Presse
bedient, kann daher den Druck bis zu dem durch den Strich ; 6 ängezeigten Höchstdruck
erhöhen. Diese Zusatzenergie, welche durch die Fläche ca a1 b1 b dargestellt wird,
ist bisher in den Pressen nicht ausgenutzt worden, und einer der Zwecke der Erfindung
ist, 'Mittel vorzusehen, mittels deren diese Zusatzenergie von der Presse sicher
ausgenutzt werden kann. Es ist nicht sicher, daß die Kurve 75 in jedem Falle sich
in der gleichen Richtung verlängern wird. 'Manchmal werden diese Kurven einen bestimmteren,
aufwärtsgerichtetenVerlaufhaben und daher die Druckkurve ; 6 früher schneiden, als
(lies durch die Strichlinie 7 7 angezeigt ist. Diese Tatsache muß von dem Benutzer
der Presse für jedes Werkstück mit verschiedener Charakteristik vorher festgestellt
werden. Wenn aber einmal die Kurve für ein Werkstück besonders charakteristisch
festgestellt ist, so wird durch Einstellung der maximalen Geschwindigkeit beispielsweise
vermittels des Handrads die Presse auf ihren höchsten Wirkungsgrad festgelegt. Nach
der Einstellung der Presse wird das Handrad 41 nicht mehr bewegt, und die Presse
kann mit der Arbeit beginnen, weil alle Schläge innerhalb des Sicherheitsfaktors
liegen werden, aber näher an dem der Presse gestatteten Höchstdruck.
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In der Zeichnung und besonders Abb. z ist eine geeignete mechanische
Anordnung zur Ausführung der oben beschriebenen Erfindung dar- . gestellt. Änderungen
können aber natürlich in der Bauart der Spindelpresse vorgenommen werden, und auch
die Meßvorrichtungen können bei der praktischen Ausführung wesentlich abgeändert
werden und trotzdem die Grenzen der Erfindung nicht überschreiten. Die dargestellte
und beschriebene Meßvorrichtung kann auch durch andere Meßvorrichtungen ersetzt
werden, die auf anderen Prinzipien beruhen, aber trotzdem die Wirkung haben, die
gleichen Werte, wie oben beschrieben, zu messen.