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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Hydraulikpresse. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Eine hydraulische Presse ist eine einfache hydraulische Maschine zur Erzeugung hoher Druckkräfte. Früher „Brahma-Presse“ genannt, da sie 1795 von Joseph Brahma erfunden und patentiert wurde.
Die Wirkung einer hydraulischen Presse basiert auf einer der wichtigsten Eigenschaften des Wassers – seiner geringen Komprimierbarkeit. Dadurch wird der auf das in einem geschlossenen Gefäß eingeschlossene Wasser ausgeübte Druck in alle Richtungen mit der gleichen Kraft übertragen, so dass jede Flächeneinheit den gleichen Druck hat wie der von außen erzeugte Druck. Die Kraft, mit der die Oberfläche beaufschlagt wird, wird durch die Formel F=P•S bestimmt, wobei P der Druck und S die Fläche ist, auf die die Kraft ausgeübt wird. Stellen Sie sich ein mit Wasser (oder einer anderen inkompressiblen Flüssigkeit) gefülltes geschlossenes Gefäß vor, in das zwei Kolben eingesetzt sind. Indem wir auf den kleineren Kolben mit einer Kraft F einwirken, lassen wir den größeren Kolben steigen. Die Kraft, mit der das Wasser auf diesen Kolben drückt (wie aus der obigen Formel folgt), ist um ein Vielfaches größer, wenn seine Fläche größer ist als die Fläche des kleineren Kolbens. Dies ist die Essenz der Wirkung der hydraulischen Verstärkung. Wenn beispielsweise der kleinere Kolben mit einer Kraft von 10 kg gedrückt wird, ist die Wirkung auf den Kolben im anderen Knie, dessen Durchmesser doppelt so groß ist, viermal größer (da der Bereich von \u40b \u1bdieser Kolben ist viermal größer), dh er entspricht 4 kg. Durch entsprechende Wahl der Durchmesser beider Kolben kann zwar eine extrem starke Erhöhung des Wasserdrucks auf den zweiten Kolben erreicht werden, jedoch verringert sich auch die Geschwindigkeit, mit der er nach oben steigt, in gleichem Maße. (In unserem Beispiel muss sich der kleine Kolben um XNUMX cm bewegen, damit sich der große Kolben um XNUMX cm hebt.)
Diese bemerkenswerte Eigenschaft einer inkompressiblen Flüssigkeit, die in der modernen Technologie am weitesten verbreitet ist, wurde von Pascal entdeckt. In seiner 1663 posthum veröffentlichten Abhandlung über das Gleichgewicht der Flüssigkeiten schrieb er: „Wenn ein Gefäß voll Wasser, allseitig geschlossen, zwei Löcher hat, und das eine eine hundertmal größere Fläche hat als das andere, mit Kolben dicht eingefügt, dann wird eine Person, die einen kleinen Kolben drückt, die Kraft von hundert Menschen ausgleichen, die einen hundertmal größeren drücken, und 99 von ihnen überwältigen. Nach der Veröffentlichung von Pascals Abhandlung lag die Idee einer hydraulischen Presse in der Luft, konnte aber über hundert Jahre lang nicht in die Praxis umgesetzt werden, weil sie die notwendige Dichtigkeit des Gefäßes nicht erreichen konnte: bei hohen Drücken , sickerte Wasser zwischen die Wände des Zylinders und des Kolbens und es wurde keine Verstärkung erhalten. In den 90er Jahren des XNUMX. Jahrhunderts nahm sich der bekannte englische Erfinder Brama der Entwicklung einer hydraulischen Presse an. Er musste sich auch dem Problem der Versiegelung stellen, aber Brahma half, dieses Problem mit seinem Mitarbeiter und zukünftigen großen Erfinder Henry Maudsley zu lösen, der einen speziellen selbstversiegelnden Kragen (Manschette) entwickelte.
Maudsleys Erfindung war tatsächlich der Erfindung der Presse selbst gleichgestellt, da sie ohne sie niemals funktionieren könnte. Zeitgenossen waren sich dessen durchaus bewusst. Maudsleys Schüler J. Nesmith schrieb später, wenn Maudsley nichts anderes erfunden hätte als diesen selbstdichtenden Kragen, wäre sein Name für immer in die Geschichte der Technik eingegangen. Der Kragen war ein Ring, der im Schnitt die Form eines umgekehrten V hatte, er wurde aus einem Stück dickem, gut in warmes Wasser eingeweichten Yuft gezogen, wobei eine gusseiserne Form verwendet wurde, die aus einer ringförmigen Aussparung und einem Festkörper bestand Ring entsprechend seiner Innenfläche. Vor dem vollständigen Trocknen musste die Haut mit Fett gesättigt werden, damit sie ihre Weichheit behielt. Als der Zylinder unter hohem Druck mit Wasser gefüllt wurde, bewegten sich die Ränder des Lederhalsbands auseinander, drückten fest gegen die Oberfläche des Zylinders und schlossen den Spalt. Bei großen Kolbendurchmessern erwies sich ein solcher Kragen als zu flexibel und blieb daher leicht zurück. In diesem Fall wurde ein Ring darin platziert, ähnlich dem, der zum Dehnen verwendet wird. 1797 baute Brahma die erste hydraulische Presse. Hier stellen EE die Pfosten dar, D den Deckel und C die Plattform der Presse, die mit ihrem Kolben einstückig ist, während der äußere Zylinder zusammen mit der Basis für die Pfosten gegossen wurde. In dem daneben abgebildeten Ausschnitt des Zylinders ist Maudsleys Halsband zu sehen, ebenfalls separat in vergrößerter Form unter dem Buchstaben Q dargestellt. Der Presszylinder war über einen flexiblen Schlauch mit einer freistehenden Druckpumpe verbunden. Ihr massiver Kolben wurde mittels eines Hebels GH, einer Pleuelstange H' und einer Führungsstange K in Bewegung gesetzt. Die Pumpe war meist auf einem gusseisernen Kasten montiert, der als Reservoir für Flüssigkeit (Wasser, Glyzerin o.ä.) diente Öl), floss Flüssigkeit in denselben Behälter zurück, wenn der Druck den eingestellten Wert erreichte und das Sicherheitsventil V seine Last P hob oder wenn die Verschlussschraube geöffnet wurde, um die Flüssigkeit abzulassen und den Kolben wieder nach unten fallen zu lassen. Brahmas Presse diente als Modell für viele andere später erfundene hydraulische Geräte. Bald wurde ein Wagenheber geschaffen - ein Gerät zum Heben von Gewichten. In den 20er Jahren des XNUMX. Jahrhunderts wurde die Presse zum Stanzen von Weichmetallprodukten weit verbreitet. Es vergingen jedoch noch einige Jahrzehnte, bis leistungsstarke Schmiedepressen geschaffen wurden, die zum Stanzen von Stahl- und Eisenteilen geeignet waren. Der dringende Bedarf an solchen Pressen entstand in der zweiten Hälfte des 120. Jahrhunderts, als die Größe der bearbeiteten Werkstücke deutlich zunahm. Ihr Schmieden erforderte immer stärkere Dampfhämmer. Um die Schlagkraft des Dampfhammers zu erhöhen, war es unterdessen erforderlich, entweder das Gewicht des fallenden Teils oder die Fallhöhe zu erhöhen. Aber beide hatten ihre Grenzen. Der schnelle Prozess des Maschinenbaus, die Notwendigkeit, immer mehr große Objekte zu schmieden, brachte das Gewicht der Frau (der Schlagteil des Hammers) schließlich auf eine kolossale Größe - etwa XNUMX Tonnen. Beim Fall solch riesiger Massen war es natürlich unmöglich, die notwendige Genauigkeit zu erreichen. Außerdem wirkte die Stoßkraft, die eine scharfe Verformung des Objekts bewirkt, aufgrund der Trägheit nur auf die Oberflächenschicht des Schmiedestücks. Aus technologischer Sicht war ein langsamer, aber starker Druck viel angemessener, da das Metall Zeit bekam, sich auszudehnen, und dies zu einer korrekteren Verformung beitrug. Schließlich erschütterten starke Hammerschläge den Boden so sehr, dass er für die umliegenden Gebäude und Bauwerke gefährlich wurde. Eine Schmiedepresse wurde erstmals 1860 vom Direktor der Werkstätten der Staatseisenbahnen in Wien, J. Gaswell, entwickelt. Die Werkstätten befanden sich innerhalb der Stadt in der Nähe von Wohngebäuden, sodass es nicht möglich war, einen starken Dampfhammer darin zu platzieren. Dann beschloss Gaswell, den Hammer durch eine Presse zu ersetzen. Die von ihm geschaffene Presse wurde von einer doppeltwirkenden Dampfmaschine mit einem horizontalen Zylinder bedient, der zwei Pumpen antrieb. Die Kraft der Presse betrug 700 Tonnen und wurde erfolgreich zum Stanzen von Lokomotivteilen eingesetzt: Kolben, Klemmen, Kurbeln und dergleichen. 1862 auf der Weltausstellung in London ausgestellt, stieß er auf reges Interesse. Seit dieser Zeit wurden in allen Ländern immer leistungsfähigere Pressen hergestellt. Der englische Ingenieur Whitworth (einer der Schüler von Henry Maudsley und selbst ein herausragender Erfinder) stellte sich, inspiriert vom Beispiel Gaswells, die schwierige Aufgabe, eine solche Presse zu schaffen, mit der Produkte direkt aus Eisen- und Stahlbarren hergestellt werden konnten . 1875 erhielt er ein Patent für seine erste Schmiedepresse. Die Whitworth-Presse bestand aus vier Säulen, die in einer Fundamentplatte befestigt waren. Am oberen Teil der Säulen befand sich ein fester Querbalken (Traverse) mit zwei hydraulischen Hubzylindern - mit ihrer Hilfe bewegte sich eine bewegliche Traverse auf und ab, an der unten ein Stempel angebracht war. Die Vorrichtung der Presse basierte auf dem kombinierten Einsatz von Kraftpumpen und Hydrospeichern. (Ein Hydrospeicher ist ein Gerät, mit dem Sie hydraulische Energie speichern können. Er besteht aus einem Zylinder und einem Kolben, an denen die Last befestigt ist. Zuerst hebt das in den Zylinder eintretende Wasser die Last und dann im richtigen Moment die Last wird freigesetzt, und das Wasser, das den Zylinder unter Druck lässt, verrichtet die notwendige Arbeit.)
In der Whitworth-Presse wurde eine Reihe P zwischen vier Säulen in einer bestimmten Höhe über dem Amboss K platziert; Darin war ein großer Zylinder C eingesetzt, dessen Kolben E der Schmiedeteil der Presse war. Dieser Kolben war mit den Kolben zweier kleiner Zylinder a und a1 verbunden, die ebenfalls in die Reihe eingesetzt waren, so dass im Betrieb alle drei Kolben gleichzeitig gehoben und gesenkt wurden. Der Raum C über dem Kolben des großen Zylinders war mit dem Kasten D verbunden, wo Wasser durch Pumpen angetrieben wurde. Bei kleinen Zylindern wurde der Raum über dem Kolben mit dem Rohr des Ladungsspeichers AB verbunden, dessen Last mit dem Gewicht aller drei Kolben E, a und a1 ausgeglichen wurde. Die Schmiedearbeiten selbst wurden wie folgt durchgeführt: Das Ventil d im Druckkasten wurde geöffnet, das Wasser der Pumpen wurde in den Raum über dem Kolben des großen Zylinders geleitet, wodurch alle drei Kolben herunterfielen. Gleichzeitig drückt ein großer Kolben das Metall zusammen, und kleine Kolben drücken auf das Wasser unter ihnen und heben mit diesem Druck das Ausgleichsgewicht des Speichers an. Als das Druckpumpenventil geschlossen wurde, hörte der Druck auf den großen Kolben auf, und dann begann das angehobene Gewicht des Akkumulators zu fallen und übertrug den Druck auf das Wasser, wodurch alle drei Kolben angehoben wurden. Die Last und drei damit balancierte Kolben stellten also gleichsam zwei Waagen dar. Die Pumpen wurden von einer Dampfmaschine angetrieben. Zur Überwachung der Kompressionskraft wurde ein Pfeil F mit dem Schmiedekolben verbunden, wodurch das Schmieden mit außergewöhnlicher Genauigkeit durchgeführt werden konnte. Die hydraulische Presse von Whitworth wurde erstmals 1884 zum Schmieden von Gussteilen verwendet. Bis zu diesem Zeitpunkt wurde das Schmieden von Kanonenrohren im Werk Whitworth wie viele andere Schmiedearbeiten mit Dampfhämmern durchgeführt. Der Vorteil hydraulischer Pressen gegenüber Dampfhämmern war jedoch unbestreitbar. So erforderte beispielsweise das Schmieden eines Geschützrohres aus einem 36 Tonnen schweren Barren 5 Wochen und 3 Zwischenerwärmungen; Mit einer hydraulischen Presse, die eine Kraft von 33 Tonnen aufwies, dauerte das Schmieden eines 4000 Tonnen schweren Barrens nur 37 Tage und erforderte 5 Zwischenerwärmungen. Das Ersetzen des Hammers durch eine Presse reduzierte die Kosten für das Schmieden großer Teile um etwa das Siebenfache. Daher wurden die Pressen von Whitworth in kurzer Zeit weit verbreitet. Der Einsatz hydraulischer Schmiedepressen führte bald zu großen technischen Veränderungen in großen Hütten- und Maschinenbaubetrieben. Schwere Dampfhämmer wurden überall abgebaut und durch Pressen ersetzt. Zu Beginn der 90er Jahre des 1000. Jahrhunderts gab es bereits Pressen mit einer Kapazität von XNUMX Tonnen. Autor: Ryzhov K.V.
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