Projekt: Exzenterpresse

[hpf]

Hallo,

wie schon in einem vorhergehenden Thread angekündigt, starte ich hiermit einen Thread über die Konstruktion/den Bau einer Exzenterpresse. Das Ziel soll am Ende natürlich eine funktionierende Exzenterpresse sein. Der Thread soll den Weg dahin widerspiegeln und vor allem lade ich zur regen Diskussion ein, sprich ich hoffe auf Hilfe um möglichst (grobe) Fehler zu vermeiden. Außerdem soll jeder, der sich auch so eine Presse bauen möchte, Denkanstösse bekommen.

Anstoß für das Projekt ist die Exzenterpresse von Dex, dem ich hiermit gleichzeitig für die "Vorführung" beim Treffen beim Markus danke, ihn aber auch etwas verfluche, da ich seit ein paar Wochen über (fast) nichts Anderes nachdenke.

Folgende Eigenschaften soll die Exzenterpresse haben:

- leise im Betrieb
- möglichst klein und leicht (transportfähig; man möchte ja auch damit auf Schmiedetreffen fahren können)
- ca. 300mm maximales "Arbeitsfenster" (ich meine damit die max. Höhe/Breite des bearbeitbaren Teiles)
- Leistungsklasse in der Größe eines kleinen Luft-/Federhammer
- 120 - 150 Hübe pro Minute
- 5 - 10mm Hubhöhe
- während des Arbeiten schnell und leicht verstellbarer Abstand der Gesenke
- schnell und leicht austauschbare Gesenke
- geringe Materialkosten
- geringer Aufwand
- stabil (soll ja nicht gleich kaputt gehen)

Das sind mal die Eigenschaften, die ich mir so ausgedacht habe.
Anmerken möchte ich noch, dass ich im normalen Leben Informatiker bin und ich von Maschbau soviel Ahnung habe, wie die meisten Maschbauer vom Programmieren.

Danken möchte ich jetzt schon Günter Böhlke. Immer wenn wir uns treffen, diskutieren wir über dieses Projekt und reden uns die Köpfe heiß. Weiterhin hat er mir seine Hilfe und seine Schatzkammer für den Bau angeboten. Ohne ihn bräuchte ich an eine Realisierung erst gar nicht denken.

 

[hpf]

1. Skizze

Hier mal den 1. Entwurf:

Von oben nach unten sieht man als Erstes den Exzenter. Das Lager, in der Mitte die Achse und das hellblaue soll der Exzenter sein. Ich will bei dem Exzenter ohne klassisches Pleuel auskommen, da es für mich die Konstruktion nur vergrößert, ohne (für mich sichtbare) Vorteile zu bringen. Deshalb dann direkt auf die Aufnahme der Gesenke.
Als Höhenverstellung habe ich mir da eine Spindel ausgesucht, die von einem (Schritt)Motor angetrieben werden müsste (nicht gezeichnet).

Verworfen habe ich diesen Entwurf, weil: Erstens mir der Exzenter so nicht gefällt. Das Verkanten bei seitlicher Belastung der Gesenke erscheint mir zu stark. Und Zweitens mir die Lösung der Spindel zu aufwendig ist. Keine Ahnung wie man an eine passende Spindel günstig kommen soll (Schrottplatz ist ja wie Lotteriespiel) und außerdem noch zusätzlich ein Motor nötig wäre. Macht die ganze Sache wesentlich teurer.

Also wieder ans Zeichenbrett.

 

[hpf]

Entwurf Exzenter

Zuerst mal den Exzenter genauer konstruieren. Als Arbeitsfläche für die Gesenke habe ich mal 40mm x 100mm angenommen. Bei der Größe wäre ich so bei einem kleinen Luft-/Federhammer.

Heraus kam folgende Skizze:

Hub des Exzenter wäre hier 5mm. Ich denke das reicht vollkommen; vor allem, wenn man noch während dem Betrieb den Abstand zwischen dem oberen und unteren Gesenk verstellen kann. Weiterhin habe ich noch "Zwischenstücke" vorgesehen um die Gesenkhöhe variieren zu können. Die Zwischenstücke/Gesenke werden mit Stifte (6 pro Teil, 3 würden vielleicht auch reichen) ineinander gesteckt (Prinzip LEGO ) und mit Madenschrauben (nicht eingezeichnet) seitlich fixiert. Damit müssten sie auch schnell und leicht austauschbar sein.

Mit dem Entwurf bin ich zuerst mal zufrieden (bis ihn jemand "zerlegt“, der wirklich Ahnung hat)

 

[hpf]

Gedanken zu "leicht verstellbarer Abstand der Gesenke"

Unter „leicht verstellbar“ versteh ich, dass die Position eines, wie auch immer gearteten, Einstellhebel den Abstand der Gesenke widerspiegelt. D. h. keine Betätigung des Einstellhebel entspricht max. Abstand der Gesenke, volle Betätigung des Einstellhebel min. Abstand der Gesenke. Weiterhin sollte die Einstellung per Fuß passieren, damit man beide Hände frei hat.

Und das ist meiner Meinung nach der Knackpunkt der Konstruktion.

Das Problem ist, wenn Druck auf die Gesenke kommt, und das können ja mehrere Tonnen sein, soll sich die Höhe nicht verstellen. Wird aber der Einstellhebel getätigt, soll sich die Höhe verändern. D. h. die Kraft, die auf die Gesenke wirkt, darf sich nicht oder wenn dann nur in sehr geringem Maße auf den Einstellhebel auswirken.

Verschiedene Ansätze:

Sperrklinke/Ratsche

Da fiel mir keine sinnvolle Konstruktion ein.

Hydraulischer Wagenheber

Hat, wie ich finde, den großen Nachteil, dass man pumpen muss. Damit ist keine schnelle Veränderung der Höhe möglich. Ist aber eine einfache Möglichkeit. Zumindest könnte man aber damit eine grobe Voreinstellung ermöglichen.

Hydraulik Allgemein

Ich finde das ist eine der elegantesten Varianten, aber mit dem großen Nachteil, dass man zusätzlich eine Pumpe benötigt und die Kolben auch nicht gerade billig sind.
Deshalb habe ich den Weg nicht weiter verfolgt.

 

[hpf]

Archimedische Schraube

Als mir diese Möglichkeit einfiel, war ich erst mal fasziniert. Durch Drehen erreicht man eine Höhenverstellung und der Angriffspunkt der Gegenkraft liegt nahe bei der Achsenmitte. Damit wird nur ein relativ kleines Drehmoment erzeugt.
Was ich aber als Problem sehe, ist die kleine Fläche auf die die volle Kraft wirkt. Ich denke, dass gibt Einkerbungen.
Für mich aber trotzdem eine Konstruktionsmöglichkeit um die Höhenverstellung zu realisieren.

 

[hpf]

Schiefe Ebene / Keile

Dex hat bei seinem kleinen Wunderding diese Möglichkeit eingesetzt. Zwei Keile laufen gegeneinander. Einer fest und der andere beweglich.
Zuerst hat mir diese Möglichkeit nicht so gefallen, deshalb auch die ganzen anderen Überlegungen. Dann fiel mir aber auf, das Dex beim Schmieden den beweglichen Keil mit 2 Fingern gehalten hat. Eigentlich hätte das nicht gehen dürfen, weil die Übersetzung der Keile nicht so groß ist. Also muss wohl Reibung eine Rolle spielen. Ich denke, dass die Keile sich, wenn genügend Kraft von der Seite da ist, ineinander verhaken wenn Druck von oben kommt und so der Druck hauptsächlich nach unten wirkt. Fehlt der Druck von oben, so „enthaken“ sich die Keile wieder und lassen sich verschieben.
Das lies mich nicht mehr los, da man damit das Hebelgesetz „austricksen“ kann.
Nach tagelangem Überlegungen ist dass das Ergebnis:


Ein Keil wird nach oben gedrückt und schiebt kleinere Keile ineinander. Damit wird die Konstruktion angehoben. Wird der senkrechte Keil wieder abgelassen, rutschen die kleineren Keile wieder auseinander und die Konstruktion senkt sich.
Bei dieser Zeichnung haben die kleinen Keile ein Verhältnis Höhe zu Breite von 1:4. Min. Höhe der Konstruktion von ca. 31cm, max. Höhe von ca. 37cm. Damit habe ich eine Varianz zwischen den Gesenken von 6cm. Das würde mir reichen. Der große senkrechte Keil hat einen Weg von ca. 17cm. Das ist auch ein Weg, der noch für die Betätigung mit dem Fuß noch angenehm ist, so dass man keine Übersetzung zwischen Fußpedal und dem senkrechten Keil vonnöten ist.
Was mir bei der Konstruktion auch gefällt, ist, dass man keine Wellen, Lager, Zahnräder, etc. einsetzen muss.

Dies ist z. Zt. meine favorisierte Variante.

Die Fragen, die sich mir noch stellen, sind: ist die Reibung groß genug um den gewünschten Effekt zu haben oder gar zu groß und die Keile „fressen“ ineinander und lösen sich nicht mehr von alleine.
Weiterhin, wie ich auf einfache Art an solche Keile komme.

 

[hpf]

Aktuelle Skizze Exzenterpresse

Hier noch die aktuelle Skizze der gesamten Exzenterpresse:


Höhe ca. 90cm, Breite ca. 40cm und Tiefe auch ca. 40cm.
Einen Motor habe ich noch nicht eingezeichnet, da ich die Maße und Übersetzung noch nicht weiß. Wird es ein Getriebemotor, der nicht allzu groß ist, habe ich vor, ihn oben anzubauen. Ansonsten mal schauen.
Die Verstellung des großen Keiles habe ich über Seilzüge konstruiert.
Für den Rahmen habe ich mal 25mm Vierkant (ST52) vorgesehen. Die müssten die zu erwarteten Kräfte abkönnen. Ich weiß aber nicht, ob man den Rahmen besser schweißen oder schrauben soll.

 

[Balduin]

Exzenterpresse

Hallo hpf

Ich finde es toll, das du jetzt einen Tread über den Bau
einer Exzenterpresse geöffnet hast.
Seit anfang Jahr befasse ich mich intensiv mit der Konstruktion einer Walze kombiniert mit einer Presse.
Ich würde zuerst die technischen Eckdaten festlegen:
- Verformfläche
- Stauchkraft
- Motorenleistung

Die daraus resultierenden Kräfte Momente beeinflussen
die Konstruktion nicht unwesentlich.

Bedenke Exzenter- und Kniehebelpressen sind weggebundene Umformmaschinen, sie müssen ihren Hub durchfahren.
Konstruiere eine Sicherung ein
- Scherbolzen
- vorgespanntes Tellerfederpaket mein Favorit
- Hydraulikzylinder mit Überdruckventil
sonst läuft die Presse fest.
Dein Maschinengestell oder dein Antriebsstrang reisst.

Interessante Litheratur über das Umformen
- Praxis der Umformtechnik Vieweg Verlag

Gruss Balduin

 

[hpf]

Hallo Balduin,

Danke für die Tips

Im Moment sind mir 46€ für das Buch zuviel, ich werde aber mal schauen, ob man es nicht über die Bücherei bekommt.
Da ich keinerlei Ahnung von der Theorie habe, habe ich bisher auch kaum bei meiner Konstruktion irgendetwas berechnet. Ist sonst nicht meine Art

Das mit der Sicherung ging mir auch schon durch den Kopf. Meinst Du, das es so kleine Federn gibt, die noch gut in die Konstruktion passen und die man auf mehrere Tonnen vorspannen kann?
Schön wäre es auch, wenn man diese Sicherung in den Antriebsstrang einbauen könnte. Meine Idee war eine Rutschkupplung. Günter hat eine Überstromabschaltung des Motors vorgeschlagen.

Gruß
Harald

 

[Balduin]

Hallo Harald

Die Überlastsicherung im Antriebstrang hat einen Nachteil. Die Presse läuft auf (fest), ob sich deine Keilverstellung unter Last öffnen lässt weiss ich nicht.
Du müsstest die Exzenterwelle zurückdrehen.
Warum soll es eigendlich eine Exzenterpresse sein?

Sende mir deine E-Mailadresse und du bekommst
das Tellerfeder Handbuch der Firma Schnorr und ein
Exel Tabellenblatt zum berechnen.

Gruss Balduin

 

[hpf]

Warum Exzenterpresse

Ich möchte mal so darauf antworten: Weil sie die Vorteile eines Lufthammers mitbringt, ohne die Nachteile zu haben.
Leise, erschütterungsfrei, leichter und einfacher selber zu bauen.
Ideal für jemand der hobbymäßig daheim schmiedet.
Normalerweise wird ja bei einer Presse das untere Gesenk fest eingestellt und damit dann mehrere Teile auf dieses Maß/diese Form gepresst. Das würde für jemanden der freiformschmieden möchte, nicht viel bringen.
Wenn man aber den Abstand der Gesenke während dem Schmieden verändern kann und den "Arbeitstakt" auf 120 - 200 erhöht, hat man quasi dasselbe wie bei einem Lufthammer.

Deshalb möchte ich mir eine bauen

Gruß
Harald

 

[hpf]

Überlastsicherung

Hmm, stimmt, die Keile wären unter Last fest. Dann müßte die Überlastsicherung idealerweise entweder in die Befestigung des unteren Gesenkes oder in die Befestigung des oberen Gesenkes integriert sein.

Danke, habe Dir eine Mail geschickt. Ich bin mal auf die Baugrößen von solchen Tellerfedern gespannt.

Gruß
Harald

 

[Balduin]

Überlastsicherung

Hallo Harald

Meine Überlegung geht dahin, ein Federpaket auf eine bestimmte Kraft vorzuspannen. Die Vorspannung würde knap unter der Pressenkraft liegen der restliche
Federweg (bis auf die Blocklänge der Feder) müsste grösser sein als der Hub der Presse und die Kraft kleiner als die Festigkeit der Presse.
Somit ist sichergestellt, dass die Presse nicht aufläuft
und das Gestell nicht überlastet wird.
Ich hoffe meine Überlegungen stimmen!

Gruss Balduin

 

[newtoolsmith]

@Balduin:

Stimmt.

@hpf:

Mit den Keilen das wird nichts, du bekommst dort nie gleichmäßige Kraftverteilungen hin.

25mm Vierkant halte ich für das Gestell zu schwach. Zwar mag es laut Streckgrenze oder Rm halten aber ein Maschinengestell soll sich ja nicht elastisch verformen sondern gar nicht. An meiner Walze habe ich das Phänomen erfahren müssen.

Daher halte ich auch die angestrebten 300mm Säulenabstand für zu groß. Reichen nicht auch 200mm? Für Messer doch wohl allemal.

Ohne dich zu kennen würde ich veranschlagen, dass eine solche Maschine bestimmt genauso schwer wird, wie du selbst. Eher schwerer.

MfG
newtoolsmith

 

[Guenter]

4 Säulen mit je 625mm² aus ST52/3 vertragen schon bei einer Belastung mit nur 50% ihrer Nennstärke, also 250N/mm², schon über 62t Zug, das sollte eigentlich für so eine Presse reichen.

 

[Balduin]

Exzenterpresse Maschinengestell

@ newtoolsmith
Danke
@ hpf
Der Trick beim Gestell liegt in der Vorspannung siehe
www.wp-mueller.de unter Stanzautomaten nach. Verstehe mich richtig, du sollst nicht so ein Gestell bauen, sondern das soll dich inspirieren.

Was reden wir da, ob das Gestell hält oder nicht!

Wie gross ist die Fläche die du verformen willst?
Oder von der anderen Seite wie stark ist dein Motor?

Gruss Balduin

 

[hpf]

@Balduin
Danke für die Mail. Ich bin gerade erst heimgekommen und hatte noch keine Zeit reinzuschauen. Werde ich aber gleich nachholen

@Newtoolsmith
Was meinst Du mit der Kraftverteilung bei den Keilen? Verstehe Dich da leider gar nicht

Was das Thema Rahmen betrifft: Ich möchte ein möglichst grosses Fenster haben, um auch schräg arbeiten zu können. Deshalb die 300mm.

@Balduin
Max. Fläche wären 40x100, also 4000mm^2.
Dex Maschinchen ist aus 20mm Vierkant zusammengeschweißt. Auch die Gesenke sind aus 20mm Vierkant. Der Exzenter hat 6mm Hub bei ca. 150 Hübe pro Minute und der Antrieb ist ein 1kW Waschmaschinenmotor (ich hoffe, ich habe die Daten noch alle richtig im Kopf).
Ich hatte ihm einen ca. 20mm Vierkant Rohdamast (20 Lagen, 2742 u. härtbaren Nickelstahl) zum Runterschmieden gegeben. Pro Durchgang hat er ca. 4mm runtergeschmiedet und dabei hat man dem Motor nicht mal angemerkt, dass er arbeiten muss.
Aufgrund diesem Anschauungsunterricht habe ich mal 0.6 - 1kW als Motorleistung vorgesehen.

Gruß
Harald

 

[Dex]

Hallo Harald,

Der Motor an meiner Presse hat doch eher 1500W.
Bei breiteren Schmiedestücken und etwas niedrigerer Temperatur quält sich die Maschine schon deutlich.
Um ein Gesenk in den Abmessungen auszunutzen, wie Du es planst, benötigst Du schon eher 3 – 4KW.
Bei einer breiten bauweiße, sind nicht die Säulen das Problem, sondern das Portal.
Die Säulen werden nur auf Zug belastet und sind bei meiner Motorisierung mit 20x20mm recht gut dimensioniert.
Aber das Portal wird auf Biegung belastet, was wesentlich größere Probleme verursacht.
Meine neue Maschine soll eine lichte Weite von 170mm bekommen, was ich für meine arbeiten als ausreichen halte.
Ich mache meine Konstruktion auf einem CAD-System, dass mir ermöglicht, immer das Gewicht der Maschine zu kontrollieren.
Ich befürchte, dass Du schnell in den Bereich kommst, dass Du die Maschine nicht mehr heben kannst.
Die Verstellung über die sich ineinander schiebenden Keile finde ich ganz gut.
Allerdings besteht sie aus sehr vielen Teilen, die Du auch einigermaßen präzise herstellen musst.
Ich bin gespannt wie es weiter geht.

Gruß

Detlef

 

[Damastos]

Hatebur

Hallo,

wenn man bei den Hatebur Pressen mehr Einblick haben könnte, wäre vielleicht auch das ein oder andere Detail für eine kleinere selbstgebaute Presse abzugucken.

http://www.hatebur.com/doc/doc_request.cfm?84B7B7A1802E6CF4393D4A51E7B0BE40

viel hab ich aber nicht gefunden. Die Hatebur HM 75 XL kann bis zu 20 t Stahl pro Stunde verarbeiten, na Mahlzeit.

Grüße

 

[hpf]

@Damastos
Zitat aus dem Prospekt:
<Eine „ordentliche“ Maschine:
Die neue Hatebur-Hotmatic® HM 75
ist über 9 m breit und mehr als 4 m hoch.
Die Länge der Kabine beträgt ca. 12,5 m,
die Gesamtlänge inklusive Stangenerwärmung
bis zu 42 m.>

Ich weiss nicht, ob wir mit der Maschine noch die Prädikate "Hobbyschmiede" und "handmade" behalten dürfen?!? ;-)

Gruß
Harald