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1. WO2002024374 - RADIAL PRESS

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[ DE ]

Radialpresse

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radialpresse mit einem Gehäuse, einem ringförmigen, um die Pressenachse herum angeordneten Führungskörper und einem äußeren, den Führungskörper umgebenden, um die Pressenachse drehbar gelagerten Druckring, wobei der Führungskörper eine Mehrzahl von Durchbrüchen aufweist, in denen Schieber radial verschiebbar geführt sind, die mit dem Druckring über dessen Drehung in Radialbewegungen umsetzende Getriebe gekoppelt sind.

Eine Radialpresse der vorstehend genannten Art geht aus der DE 3331721 C2 als bekannt hervor. Jeder der Schieber ist dabei über jeweils einen Lenker mit dem Druckring verbunden, wobei jeder Lenker sowohl am Schieber wie auch am Druckring gelenkig gelagert ist. Hierdurch ergibt sich eine kniehebelartige Getriebeanordnung zwischen dem Druckring und den Schiebern.

Die bekannte Radialpresse der gattungsgemäßen Art hat sich in der Praxis nicht bewährt. Maßgeblich hierfür ist, daß die Lenkeranordnungen - bei praxisgerechten Abmessungen der Radialpresse - nicht zur Übertragung der bei modernen Radialpressen geforderten hohen Preßkräfte geeignet sind. Denn sie müssen, soll der Pressenhub den üblichen Forderungen entsprechen, konstruktionsbedingt relativ schlank ausgeführt sein, um das Öffnen der Radialpresse nicht zu behindern.

Aus der EP-A-0451417 ist eine Radialpresse bekannt, die ein zwei Hälften umfassendes Gehäuse aufweist, wobei in jeder Gehäusehälfte vier Schieber radial verschiebbar geführt sind. In einer kreisbogenförmigen Aussparung des Gehäuses sind zwei jeweils zwei Segmente umfassende Nockenbögen verschiebbar geführt. Zum Betätigen der Presse werden - bei geschlossenem Gehäuse - die beiden Nockenbögen mittels eines Keilelements in zueinander gegenläufigen Bewegungen verschoben, wodurch die Schieber durch nutartige Keilschrägen in den Nockenbögen in Richtung auf die Pressachse hin verschoben werden.

Die US-A-4345453 offenbart eine Radialpresse, deren acht Preßbacken durch jeweils einen zugeordneten Hydraulikzylinder angetrieben werden. Zur Steuerung jener Hydraulikzylinder ist jedem von ihnen ein Ventil zugeordnet. Zur Synchronisation der Preßbacken werden die Ventile über einen Ring gesteuert, der um die Pressachse herum drehbar gelagert und mittels eines Antriebs verdrehbar ist und der acht keilförmige Steuerkörper aufweist, welche auf die zugeordneten Ventile einwirken .

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Radialpresse der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich bei einer kompakten, robusten Bauweise bei einem vergleichsweise großen Pressenhub durch hohe Preßkräfte auszeichnet .

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Getriebe als Keilgetriebe ausgeführt sind, indem der Druckring an einer radialen Innenfläche eine der Anzahl der Schieber entsprechende Anzahl von Keilschrägen aufweist. Die erfindungsgemäße Radialpresse zeichnet sich mit anderen Worten dadurch aus, daß jedem der Schieber eine an einer radialen Innenfläche des Druckringes angeordnete Keilschräge zugeordnet ist, wobei "Keilschräge" im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, daß die betreffende Fläche nicht auf einer zur Pressenachse konzentrischen Kreisbahn angeordnet ist, sondern daß vielmehr die Fläche der "Keilschräge" sich über einen bestimmten Drehwinkel zunehmend der Pressenachse annähert. Wird der Druckring gedreht, so werden die

Schieber über die zugeordneten Keilgetriebe synchron radial nach innen verschoben, wobei die Keilschrägen des Druckrings auf den Schiebern gleiten.

Für die Ausführung der Keilschrägen kommen verschiedene Geometrien in Betracht. Besonders bevorzugt ist es gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung dabei, daß die Keilschrägen als exzentrisch zur Pressenachse angeordnete Kreisbogensegmente ausgeführt sind. Im Zusammenhang mit dieser Weiterbildung der Erfindung umfassen die Schieber besonders bevorzugt jeweils einen Grundkörper und ein an der zugeordneten Keilschräge des Druckringes anliegendes Druckstück, wobei die Kontur der Druckstücke durch zwei Kreisbogensegmente begrenzt ist, von denen jeweils eines flächig an der zugeordneten Keilschräge des Druckrings und das andere flächig an einer konkaven Gegenfläche des zugeordneten Grundkörpers anliegt. Das Druckstück läßt sich innerhalb der schalenartigen Gegenfläche des zugeordneten Grundkörpers des Schiebers verdrehen. Dies ermöglicht eine flächige Anlage des Druckstücks an der zugeordneten Keilschräge des Druckringes während des gesamten Preßvorgangs. Indem das Druckstück sowohl an der Keilschräge des Druckringes wie auch an dem Grundkörper des Schiebers flächig anliegt, ist infolge der entsprechend ge ringen Pressungen auch bei nur geringen axialen Abmessungen die Übertragung höchster Kräfte möglich. Dies gestattet eine besonders kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Radialpresse. Infolge der geringen Pressungen ist es möglich, die Druckstücke als auswechselbare, aus Kunststoff gefertigte Verschleißteile auszuführen, wobei das betreffende Material insbesondere im Hinblick auf eine geringe Reibung optimiert sein kann.

Die beiden Kreisbogensegmente, die bei der vorstehend angegebenen Weiterbildung der Erfindung die Kontur der Druckstücke begrenzen, sind gemäß einer abermals bevorzugten Weiterbildung der Erfindung unterschiedlich stark gekrümmt . Dabei weist insbesondere das dem Grundkörper des betreffenden jeweils zugewandte Kreisbogensegment eine größere Krümmung (kleineren Krümmungsradius) auf als das dem Druckring zugewandte Kreisbogensegment. Diese Gestaltung ist wiederum besonders günstig im Hinblick auf die Kinematik und den Kraftfluß vom Druckring über die Druckstücke auf die Grundkörper der Schieber während des Preßvorgangs .

Was die Gestaltung des Gehäuses der erfindungsgemäßen Radialpresse angeht, so zeichnet sich eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung dadurch aus, daß das Gehäuse zwei Platten umfaßt, zwischen denen der Führungs-körper und der Druckring angeordnet sind, wobei der Führungskörper mit den beiden Platten fest verbunden ist. Dabei können in dem Gehäuse insbesondere zwei einander diametral gegenüberliegende, gegenläufig auf den Druckring wirkende Antriebseinrichtungen gelagert sein. Diese Anordnung eines Paares von Antriebseinrichtungen resultiert in einem von Querkräften freien Antrieb des Druckrings, so daß insbesondere dessen Lagerung beson- ders einfach ausgeführt sein kann. Zudem können in diesem Falle auch die beiden Platten des Gehäuses (siehe oben) vergleichsweise klein und somit leicht ausgeführt sein. Die Antriebseinrichtungen sind dabei besonders bevorzugt als Linearantriebe mit zueinander parallelen Wirkrichtungen ausgeführt. Dies ist wiederum günstig im Hinblick auf einen von Querkräften freien Antrieb des Druckrings.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Linearantriebe mit dem Druckring über Zugbänder verbunden, die an Führungsflächen des Druckrings anliegen. Insbesondere kann in diesem Sinne jeder Linearantrieb mit dem Druckring über zwei Zugbänder in Form einer Seilschlaufe verbunden sein, wobei der

Druckring zwischen den beiden zugeordneten Führungsflächen jeweils eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut aufweist. Die Führungsflächen sind dabei besonders bevorzugt in Form von Kreisbogensegmenten ausgeführt, deren Krümmungsmittelpunkt auf der Drehachse des

Druckringes liegt, wobei die Linearantriebe starr mit dem Gehäuse verbunden sind. Durch die kreisbogenförmige, zur Pressenachse konzentrische Ausführung der Führungsflächen liegt der tangentiale Kraftangriff von den Linearantrieben auf den Druckring über die Zugbänder stets auf derselben Wirklinie, was die starre Verbindung der Linearantriebe mit dem Gehäuse ermöglicht. Dies gestattet insbesondere, daß die Linearantriebe als kostengünstige Plungerkolben ausgeführt sind. Die Kolben tauchen dabei in die Nut ein, die sich bei dem Druckring zwischen den beiden zugeordneten Führungsflächen in Umfangsrichtung erstreckt. Auf diese Weise können die beiden Zugbänder j eder Seilschlaufe und der zugeordnete Kolben des Linearantriebs in der selben Ebene liegen, was wiederum im Hinblick auf die Unterdrückung von Querkräften besonders günstig ist.

Gemäß einer wiederum anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Druckring aus zwei Ringscheiben und einer der Anzahl der Schieber entsprechenden Anzahl von Keilstücken, welche zwischen den beiden Ringscheiben angeordnet sind, aufgebaut. Dies ermöglicht eine kostengünstige Fertigung des Druckringes bei einer hohen Präzision der Geometrie der Keilschrägen. In Betracht kommt im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch in gleicher Weise auch jeder andere geeignete Aufbau des Druckrings, beispielsweise dessen Fertigung als Graugußteil, das nur an den Kraftangriffsflächen bearbeitet ist.

Eine abermals bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß eine der doppelten Anzahl der Schieber entsprechende Anzahl von Preßbacken vorgesehen ist. Dabei ist in jedem Schieber eine Preßbacke stationär gelagert und die übrigen Preßbacken stützen sich jeweils auf zwei einander benachbarten Schiebern gleitend auf Führungsflächen ab. Ist in diesem Sinne die Anzahl der Schieber (lediglich) halb so groß wie die Anzahl der Preßbacken, ermöglicht dies eine entsprechend starke Dimensionierung der Schieber, was sich im Sinne einer robusten Ausführung der erfindungsgemäßen Radialpresse als günstig erweist. Die Anordnung der Führungsflächen ergibt sich dabei unmittelbar aus der Anzahl der Schieber bzw. Preßbacken. Sind bei acht Preßbacken vier Schieber vorgesehen, so schließen die beiden Führungsflächen jedes Schiebers einen Winkel von 135° miteinander ein.

Zwischen jeweils zwei einander benachbarten Schiebern können Spreizfedern angeordnet sein. Wird die erfindungsgemäße Radialpresse nach dem Pressvorgang durch entsprechende Rückwärtsdrehung des Druckrings geöffnet, bewirken die Spreizfedern, daß die Schieber in den Durchbrüchen des Führungskörpers radial nach außen geschoben werden.

Indem zusätzliche Spreizfedern zwischen jeweils zwei benachbarten Preßbacken angreifen, kann auf eine starre Verbindung der ortsfest in den Schiebern gelagerten Pressbacken mit den Schiebern verzichtet werden.

Vielmehr genügen bei einer geeigneten formschlüssigen Sicherung der Preßbacken gegen axiales Verschieben die durch die Spreizfedern bereitgestellten Vorspannkräfte für eine in Betrieb ausreichende Fixierung der Preßbacken. Sind zwischen den Preßbacken keine Spreizfedern vorgesehen, so sind i.a. die stationär in den Schiebern gelagerten Preßbacken über Mitnehmer mit den Schiebern verbunden; diese Zwangskopplung der Preßbacken mit den Schiebern gewährleistet, daß die Preßbacken beim Öffnen der Presse der Bewegung der Schieber folgen.

Im Hinblick auf eine Steuerung der Presse wirkt gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung einer der Schieber auf einen Meßaufnehmer, der auf eine elektronische Steuerung der Radialpresse geschaltet ist. In entsprechender Weise kann mit einem der Schieber ein Endschalter verbunden sein, dem eine am Gehäuse angeordnete Mikrometerschraube zugeordnet ist, mit welcher sich der Hub einstellen läßt.

Zum Öffnen der Presse kann eine zwischen dem Druckring und dem Gehäuse wirkende (passive) Rückstellfeder vor- gesehen sein. Diese kann insbesondere als Gasdruckfeder ausgeführt sein. Besonders bevorzugt ist indessen zum Öffnen der Presse ein aktives Rückstellelement vorgesehen, das bei umgekehrter Beaufschlagung als Eilvorschub dem raschen Schließen der Presse dient. In diesem Sinne kann als kombiniertes Rückstell - /Eilvorschubelement insbesondere ein doppelt wirkender Linearantrieb in Form eines Hydraulikzylinders vorgesehen sein. Die Presse fährt bis nahe an die Werkstückoberfläche im Eilgang über den Linearantrieb mit kleinem Wirkquerschnitt und schaltet dann auf die Arbeitszylinder mit großen Querschnitten für kleine Geschwindigkeiten und große Kräfte um. Geöffnet wird die Presse durch umgekehrte Beaufschlagung des Linearantriebs im Eilgang .

Ist in dem vorstehend dargelegten Sinne zur Rückstellung des Druckrings zum Öffnen der Presse eine (passive) Rückstellfeder bzw. ein aktives Rückstellelement vorgesehen, so können die Pressantriebe für den Druckring als besonders kostengünstige, auch bei hohen Kräften kompakte einseitig wirkende Linearantriebe, insbesondere in Form von Plungerkolben ausgeführt sein.

Schließlich ist gemäß einer wiederum anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Preßbacken einstückig ausgeführt sind, indem sie jeweils eine Grundbacke und einen integrierten Preßkopf umfassen. Wie die anderen vorstehend erläuterten fakultativen Merkmale ist jedoch auch dies keineswegs zwingend. Vielmehr kommt im Rahmen der Realisierung der vorliegenden Erfindung grundsätzlich auch ein zweiteiliger Aufbau der Preßbacken in Betracht, indem jede Preßbacke aus einer Grundbacke und einem an diese angesetzten Preßkopf zusammengefügt ist.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand zweier in der Zeichnung veranschaulichter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer Radialpresse nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 in perspektivischer Ansicht eine Abwandlung des bei der Radialpresse gemäß Fig. 1 eingesetzten Werkzeugs und

Fig. 3 einen in das Werkzeug eingesetzten Preßbackensatz zur Verwendung bei den Radialpressen gemäß den Fig. 1 und 2.

Die Radialpresse gemäß Fig. 1 umfaßt ein Gehäuse 1, das im wesentlichen aus zwei Platten 2 und zwei Verkleidungen 3 zusammengefügt ist. Lediglich die beiden Platten 2 sind für die Kraftübertragung wesentlich. Die Verkleidungen 3 können somit kostengünstig und leicht hergestellt sein, beispielsweise durch Fertigung aus einem dünnwandigen Blech.

Fest mit dem Gehäuse 1 verbunden ist ein Führungskörper 4. Dieser ist durch vier Segmente 5 gebildet, welche fest mit den beiden Platten 2 des Gehäuses verbunden sind und diese auf Abstand halten. Jeweils zwei zueinander benachbarte Segmente 5 definieren zwischen sich jeweils einen Durchbruch 6, in dem jeweils ein Schieber 7 radial verschiebbar (Doppelpfeil A) geführt ist. Jeder Schieber besteht aus einem Grundkörper 8 und einem Druckstück 9. Die Druckstücke 9 liegen jeweils an einer kreiszylindrischen, konkaven, muldenartigen Gegenfläche 10 des zugeordneten Grundkörpers 8 des betreffenden Schiebers flächig an.

Den Führungskörper 4 umgibt ein Druckring 11, der innerhalb des Gehäuses 1 um die Pressenachse 12 drehbar gelagert ist. Der Druckring 11 weist an seiner radialen Innenfläche vier Keilschrägen 13 auf, die jeweils gebildet sind durch ein exzentrisch zur Pressenachse 12 angeordnetes Kreisbogensegment. Die Druckstücke 9 der Schieber 7 liegen flächig an den Keilschrägen 13 an; hierzu sind sie radial außen jeweils durch ein Kreisbogensegment begrenzt, dessen Krümmung der Krümmung der Keilschrägen entspricht. Wird zum Pressen eines Werkstücks der Druckring 11 um die Pressenachse 12 herumgedreht (Pfeil B) , so gleiten die Keilschrägen 13 auf den Druckstücken 9 der Schieber, wobei durch den sich zunehmend verringernden Abstand der Keilschrägen 13 zur Pressenachse 12 die Schieber 7 radial nach innen bewegt werden. Die Druckstücke 9 werden dabei in den

muldenartigen Gegenflächen 10 der Grundkörper 8 der Schieber 7 um einen kleinen Winkel verdreht.

Der Lagerung des Druckrings 11, so daß dieser um die Pressenachse 12 herum drehbar ist, dienen die vier radial innersten Nasen 14, die auf Lagerflächen 15 gleiten, welche die Segmente 5 des Führungskörpers 4 radial außen begrenzen und auf einem Kreiszylinder um die Pressenachse 12 herum angeordnet sind.

Dem Antrieb des Druckrings 11 dienen zwei Linearantriebe 16 in Form von Plungerkolben 17. Diese beiden Plungerkolben 17 sind einander diametral gegenüberliegend angeordnet. Die entsprechenden Zylinder sind starr mit dem Gehäuse 1, nämlich den beiden Platten 2 des Gehäuses verbunden. Stirnseitig an der Kolbenstange 18 jedes Plungerkolbens 17 ist ein Sattelteil 19 angeordnet, um welches eine Seilschlaufe 20 herumgelegt ist. Die beiden freien Enden 21 der Seilschlaufe 20 sind am Druckring 11 festgelegt. Jedes der beiden Zugbänder (Zugseile) 22 der Seilschlaufe 20 liegt auf einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Fuhrungsflache 23 des Druckrings 11 an, wobei die Führungsflächen 23 in Form von Kreisbogensegmenten, deren Krümmungsmittelpunkt auf der Pressenachse 12 liegt, ausgeführt sind. Zwischen den beiden jeder Seilschlaufe 20 zugeordneten Führungen 23 besteht eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 24, in die die Kolbenstange 18 des zugeordneten Plungerkolbens 17 eintaucht. Die beiden Zugbänder 22 jeder Seilschlaufe 20 liegen auf diese Weise in ihren freien, nicht auf den Führungsflächen 23 des Druckrings 11 anliegenden Bereichen in der selben Ebene wie die Kolbenstange 18 des zugeordneten Plungerkolbens 17, wobei die beiden entsprechenden, den beiden

Plungerkolben 17 zugeordneten Ebenen zueinander parallel verlaufen.

Zum Öffnen der Presse ist eine Rückstellelement 25 in Form eines doppelt wirkenden Hydraulikzylinders 26 vorgesehen. Dieser wirkt zwischen dem Zylinder eines der Plungerkolben 17 einerseits und dem Druckring 11 andererseits. Alternativ könnte der Hydraulikzylinder 26 direkt an dem Gehäuse 1, beispielsweise einer der Platten 2, oder einem anderen gehäusefesten Bauteil angreifen. Der Hydraulikzylinder 26 dient bei entsprechender Beaufschlagung auch als Eilantrieb für ein rasches Schließen der Presse bis kurz vor Beginn des Kraftpressens über die Linearantriebe 16.

Die radial inneren Endabschnitte der Schieber 7 weisen jeweils zwei einen Winkel von 135° miteinander einschließende Führungsflächen 27 auf. Deren Funktion wird in Zusammenhang mit Fig. 3 näher erläutert.

Während gemäß Fig. 1 der Druckring 11 einstückig als Graugußteil ausgeführt ist, veranschaulicht Fig. 2 einen gebauten Druckring, der aus zwei Ringscheiben 28 und vier Keilstücken 29 zusammengefügt ist. Die Keilstücke 29 sind zwischen den beiden Ringscheiben 28 angeordnet und mit diesen verschraubt . Der Außenumfang der beiden Ringscheiben 28 definiert dabei jeweils die Führungsflächen 23 für die Zugbänder 22. Im Übrigen entspricht das in Fig. 2 dargestellte Werkzeug demjenigen der Presse nach Fig. 1, so daß zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Erläuterungen verwiesen wird.

In das Werkzeug ist ein acht Preßbacken 30 umfassender Preßbackensatz eingesetzt. Spezifische Gestaltungsmerkmale des Preßbackensatzes sind in der nachstehend erläuterten Fig. 3 veranschaulicht, wobei Fig. 3 darüber hinaus weitere Gestaltungsmerkmale des Preßwerkzeugs zeigt.

So sind zwischen jeweils zwei einander benachbarten Schiebern 7 Spreizfedern 31 in Form von Schraubenfedern vorgesehen. Diese sind endseitig in zugeordneten

Taschen 32 der Grundkörper 8 der betreffenden Schieber 7 aufgenommen. Die Spreizfedern 31 bewirken ein Öffnen des Preßwerkzeuges durch radial nach außen gerichtete Bewegungen der Schieber 7, wenn der Druckring 11 durch entsprechende Beaufschlagung des Hydraulikzylinders 26 (Fig. 1) entgegen dem in Fig. 1 mit dem Pfeil B gekennzeichneten Drehsinn verdreht wird.

Im übrigen ist Fig. 3 entnehmbar, daß die Durchbrüche, in denen die Schieber 7 radial verschiebbar geführt sind, durch Gleit- und Führungsplatten 33 begrenzt sind. Die Grundkörper 8 der Schieber 7 liegen an jeweils zwei Gleit- und Führungsplatten 33 an, deren Materialwahl und Oberflächenbehandlung eine geringe Reibung gewährleisten. Die Gleit- und Führungsplatten 33 sind dergestalt austauschbar an den zugeordneten Segmenten 5 des Führungskörpers befestigt, daß ein Austausch mit vergleichsweise geringem Aufwand möglich ist .

Auch in die Führungsflächen 27 der Schieber 7 sind Gleitbleche 34 auswechselbar eingesetzt. Auf diesen gleiten beim Öffnen und Schließen der Presse die vier jeweils zwischen zwei Schiebern angeordneten Preßbacken 30 mit zugeordneten Gleitflächen 35. Die vier übrigen, jeweils mit einem der Schieber 7 fluchtenden Preßbacken 30 sind über eine entsprechende Gestaltung ihrer Lagerflächen 36 ortsfest in dem zugeordneten Schieber 7 gelagert .

Zwischen jeweils zwei benachbarten Preßbacken 30 wirken zwei als Schraubenfedern ausgeführte Spreizfedern 37. Diese greifen endseitig in zugeordnete Taschen 38 der Preßbacken 30 ein. Sie sind dort über Halter 39 festgelegt, wobei jeder Halter 39 eine Kerbenscheibe 40 aufweist, die mittels einer Madenschraube 41 in der entsprechenden Tasche 38 der betreffenden Preßbacke 30 fixiert ist. Die Spreizfedern 37 bewirken - durch ihre radial nach außen gerichteten Kraftkomponenten - einen sicheren Halt des Preßbackensatzes innerhalb des Werkzeugs.