Stößelparallelhaltung bei hydraulischen Pressen

Pressentechnik - Teil 5

Hydraulische Pressen weisen auf Grund der langhubigen Arbeitszylinder und der damit verbundenen großen Ölsäule eine relativ geringe Kippsteife auf. Dieser Umstand ist durch die Kompressibilität des Öles gegeben und besonders bei Einleitung von exzentrischen Belastungen für den Umformprozeß nachteilig.

30. März 2004

Pressen ohne Parallelhaltesystem können in der Regel ein maximales außermittiges Moment von circa 7,5 bis 10% der Nennkraft über das Führungssystem des Stößels und das Pressengestell abtragen. Die maximale Stößelkippung liegt dabei bei circa 0,8 bis 1,2mm/m. Da beim Umformprozeß häufig exzentrische Belastungen, zum Beispiel bei Einsatz von Stufenwerkzeugen oder stark unsymmetrischen Ziehteilen auftreten, werden diese Momente häufig überschritten. Um dennoch eine gute Teilequalität zu erzielen, muß die Stößelkippung möglichst klein gehalten werden. Somit werden bei hydraulischen Pressen passive oder aktive Stößelparallellaufsysteme eingesetzt, die je nach Ausführung diese Kippung verringern oder fast ganz eliminieren.

Passives Parallelhaltesystem

Dieffenbacher, Eppingen, kann als ein führender Hersteller von hydraulischen Pressen in dem Bereich der parallellaufgeregelten Pressen mit über 200 ausgelieferten Pressen in den letzten 10 Jahren auf eine lange Tradition und viel Erfahrung zurückblicken und bietet heute im Metallpressenbereich drei verschiedene, dem Umformprozeß entsprechende Parallelhaltesysteme an.

Für Anforderungen, die über die mögliche Momentenaufnahme der Stößelführungen hinausgehen und eine Parallelhaltung über einen begrenzten Ziehhub ausreichend ist, kann ein passives Parallelhaltesystem, basierend auf einem Mehrkammermengenteiler eingesetzt werden. In Verbindung mit vier Kurzhubzylindern, die zwischen Tisch und Pressengestell installiert sind, wird - nachdem der Stößel sich mit den Anschlägen auf die Parallelhaltezylinder aufgesetzt hat - das abströmende Öl aus den Zylindern abdosiert. Der Mehrkammermengenteiler sorgt dafür, daß aus jedem Zylinder immer die gleiche Ölmenge abfließt. Kommt es nun zu einer Schrägstellung aufgrund eines außermittigen Moments, erhöht sich der Druck in dem jeweiligen Zylinder und gewährleistet so den Momentenausgleich. Der Momentenausgleich kann in beiden Ebenen (links-rechts, vorne-hinten) erfolgen.

Geregelte Hauptzeiten

Die Genauigkeit dieses Parallellaufsystems ist abhängig von dem eingeschlossenen Ölvolumen, so daß dieses Prinzip nur sinnvoll eingesetzt wird bei Arbeitshüben bis maximal 50mm. Da bei den meisten Ziehoperationen die Kraft und damit das außermittige Moment erst auf den letzten Millimetern stark ansteigt, kann dieses System bei der Mehrzahl der Anwendungen eingesetzt werden. Die mit diesem System erreichbare Genauigkeit der Stößelkippung liegt bei etwa 0,4 mm/m. Wird zusätzlich das abströmende Öl über ein Düsensystem kontrolliert, so ist damit gleichzeitig die Schnittschlagsdämpfungsfunktion gewährleistet, da beim Durchbrechen des Materials das Beschleunigen des Sößels verhindert wird.

Ein weiteres häufig angewandtes Parallellaufprinzip ist die Stößelparallelhaltung über zwei beziehungsweise vier geregelte Hauptzylinder. Dieses System wird häufig in größeren Pressen und bei hohen Geschwindigkeiten eingesetzt und wirkt über den gesamten Stößelhub. Dabei wird jeder Zylinder mit einem Servoventil ausgestattet. Zusammen mit je einem Wegmeßsystem und einer Mikroprozessorsteuerung wird der Stößel aktiv parallelgeregelt. Diese Lösung stellt eine wirtschaftlich interessante Alternative zu Parallellaufsystemen mit Kurzhubzylindern dar, ist aber auf Grund der großen Ölvolumina und Ölvolumenströme bei hohen Geschwindigkeiten bezüglich Genauigkeit und dynamischem Verhalten den Kurzhubsystemen weit unterlegen. Ein weiterer Nachteil des langhubigen Systems liegt darin, daß es bei geschlossenem Werkzeug und nachfolgendem Druckaufbau kurzzeitig zu einem Geschwindigkeitseinbruch kommt, da aufgrund des großen eingeschlossenen Todvolumens gleichzeitig zum Fahröl der Presse mehr Kompressionsöl benötigt wird.

Das Beste aus beiden

Aus diesem Grund setzt Dieffenbacher seit vielen Jahren immer dann auf das aktive geregelte Parallellaufsystem mit zusätzlichen Kurzhubzylindern, wenn hohe Anforderungen an Genauigkeit und Dynamik bestehen. Ein Beispiel hierfür sind die modernen High-Speed-Tryoutpressen für die Werkzeugeinarbeitung. Die Aufgabe dieser Pressen besteht in der exakten Nachbildung der Bewegungskinematiken der mechanischen Produktionspressen sowie in der Simulation des unterschiedlichen Kippungsverhaltens. Nur durch eine präzise Nachbildung der Eigenschaften der Produktionspressen kann der nachfolgende Serienanlauf der Werkzeuge so schnell wie möglich erfolgen. Diese Anforderungen können unter anderem durch die hohen Ziehgeschwindigkeiten am besten durch vier Kurzhubzylinder die im unteren Querhaupt zwischen Tisch und Pressengestell angeordnet sind und dem Stößel entgegenwirken erfüllt werden. Auf Grund der Lage können durch den großen Hebelarm auch große außermittige Belastungen aufgenommen werden.

So gering wie möglich

Da der Hub der Zylinder immer nur für den Arbeitsbereich der Presse ausgelegt wird, wird das Ölvolumen und die zu regelnden Ölmengen so klein wie nötig gehalten. An jedem Zylinder ist ein Servoventil angeflanscht, das in Verbindung mit einem im Zylinder integrierten hochauflösenden Wegmeßsystem sowie modernster Regelungstechnik ein hochdynamisches Ausregeln von Störgrößen erlaubt. Die maximale Kippung liegt bei Geschwindigkeiten von 100 mm/s bis 500 mm/s zwischen 0,1 bis 0,2 mm/m.

Erschienen in Ausgabe: 03/2004