Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antreiben des Stössels einer Presse, mit einer hydraulisch-mechanischen Kraftübertragung zum Stössel, dessen Kraftbedarf im Betrieb periodisch variiert, und welche Vorrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung des für das Antreiben des Stössels benötigten Hydraulikdruckes aufweist, die mit einer Kraftübertragungseinrichtung mit einem hydraulischen und anschliessend mechanischen Abschnitt in Verbindung steht, die mit dem Stössel verbunden ist.
Der Stössel von Pressen der genannten Bauart ist üblicherweise mit einem Gliedergetriebe verbunden, welches in der Regel eine Kniehebelanordnung aufweist. Seltener verwendet werden auch Antriebe mit einer Exzentereinrichtung oder einer Kurbeleinrichtung. Diese mechanischen Kraftübertragungsglieder werden ihrerseits durch eine Hydraulik-Kolben-Zylinderanordnung oder einen Hydraulikmotor getrieben. Das dazu erforderliche Drucköl bzw. die erforderliche hydraulische Druckflüssigkeit wird von einer motorgetriebenen Hydraulikpumpe geliefert, wobei der Motor ein Elektromotor sein kann. Zwischen der Hydraulikpumpe und der Hydraulik-Kolben-Zylinderanordnung bzw. den Hydraulikmotor befindet sich im Hydraulik-Kreislauf weiter eine Steuereinrichtung zum Steuern des gelieferten Stromes der Hydraulikflüssigkeit.
An solchen Pressen wird allgemein die Forderung gestellt, das sie im festgelegten Arbeitsbereich des Stössels bis zur unteren Totpunktstellung desselben die Nennpresskraft konstant erbringen. Der Arbeitsbereich ist beispielsweise durch die Dicke eines zu schneidenden Bleches bestimmt. Diese Forderung hat jedoch zur Folge, dass bei der hydraulischen Kolben-Zylinderanordnung bzw. beim Hydraulikmotor ein stark unterschiedlicher Kraftbedarf bzw. Drehmomentbedarf erforderlich ist. Bekannterweise ist der Kraftbedarf bzw. Drehmomentbedarf während des ersten Abschnittes des Arbeitsbereichs übermässig hoch und entsprechend muss derselbe durch den hydraulischen Antrieb, d.h. den genannten Kolben-Zylinder bzw. Hydraulikmotor aufgebracht werden.
Der Kraftbedarf nimmt nach dem Eindringen des Werkzeuges in das zu bearbeitende Werkstück sehr stark ab, d.h. je näher sich der Stössel der unteren Totpunktstellung nähert, desto kleiner wird der Kraftbedarf. Die geringste Kraft muss dann aufgebracht werden, wenn sich der Stössel in der unteren Totpunktstellung befindet, in welcher eigentlich nur noch die Reibungsverluste zu decken sind.
Die Kraft, die durch die hydraulische Kolben-Zylinderanordnung abgegeben werden muss und Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens bzw. das Drehmoment, das der Hydraulikmotor abgeben muss und die Drehgeschwindigkeit seiner treibenden Welle bestimmen die dort erforderliche hydraulische Leistung, d.h. den hydraulischen Leistungsbedarf. Dieser hydraulische Leistungsbedarf ist seinerseits massgebend für die Wahl des die Hydraulikpumpe antreibenden Elektromotors. Bei einem gegebenen Elektromotor kann nun die oben beschriebene Leistungsspitze nur zum geringen Teil durch eine Überlastung desselben aufgefangen werden. Und diese Tatsache führt zwangsläufig zu relativ grossen Anschlussleistungen für den Elektromotor.
Ziel der Erfindung ist, eine Vorrichtung zum Antreiben des Stössels einer Presse zu zeigen, bei der für eine gegebene Pressenauslegung die Anschlussleistung des Elektromotors drastisch reduziert gewählt werden kann bzw. für eine gegebene elektrische Anschlussleistung des Elektromotors den Punkt des möglichen Beginnes der Presskraft bei der Abwärtsbewegung weiter nach oben, d.h. weiter weg vom unteren Totpunkt zu verlegen, so dass der Presskraftbeginn während des Arbeitshubes früher auftreten kann.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet.
Somit lassen sich vorteilhaft bei einer selben Motorleistung dickere Bleche verarbeiten bzw. ist vorteilhaft für eine gegebene Blechdicke eine kleinere Motorleistung erforderlich.
Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Ausführung der Erfindung mit einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung und einer ersten Variante des Ortes des schwungradförmigen Energiespeichers,
Fig. 2 eine Ausführungsvariante mit einem Hydraulikmotor und einer weiteren Variante des Ortes des schwungradförmigen mechanischen Energiespeichers,
Fig. 3 eine Ausführungsvariante mit einem Exzenterantrieb und einer dritten Variante des schwungradförmigen mechanischen Energiespeichers, und
Fig. 4 eine Ausführungsvariante, bei der Teile des Elektromotors als mechanischen Energiespeicher ausgebildet sind.
Der Arbeitsbereich des Stössels 7 der Presse ist in allen drei Figuren mit der Bezugsziffer 9 angedeutet. Dieser Arbeitsbereich 7 ist beispielsweise durch die Dicke eines Bleches bestimmt, welches ein (nicht gezeigtes) mit dem Stössel 7 verbundenes Werkzeug durchschneiden muss. Dieser Arbeitsbereich endet wie bekannt bei dem unteren Totpunkt 10 der hin- und hergehenden Bewegung des Stössels 7.
Der Stössel 7 der Ausführung nach der Fig. 1 ist über ein Gliedergetriebe 1 mit dem Kolben 15 einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einrichtung 2 verbunden.
Das Gliedergetriebe 1 weist eine an sich bekannte Kniehebelanordnung der Getriebeglieder auf. Die Förderung der Hydraulikflüssigkeit bzw. des Hydrauliköls erfolgt durch die Hydraulikpumpe 5. An der Hydraulikpumpe 5 schliesst eine Druckleitung 16 an, welche über ein Steuergerät 6 bekannter Bauart zur Kolben-Zylinder-Einrichtung 2, bzw. bei den Ausführungen nach Fig. 2 und 3 zu einem Hydraulikmotor 3 führt. Die Rücklaufleitung ist mit der Bezugsziffer 17 bezeichnet. Weiter ist als Ausführungsbeispiel im Hydraulikkreislauf eine \lwanne 18 gezeichnet. Diese muss nicht zwingend vorhanden sein, weil der Hydraulikkreislauf gemäss bekannten Ausbildungen beispielsweise auch ein geschlossener Kreislauf sein kann.
Die Hydraulikpumpe 5 weist eine getriebene Pumpenwelle 12 auf, welche über eine Kupplung 14 mit der treibenden Welle 11 eines Elektromotors 4 verbunden ist. Auf der Motorwelle 11 ist nun ein Schwungrad 8 angeordnet. Es muss hier bemerkt werden, dass der Ort des Schwungrades 8 zwischen dem Motor 4 und der Kupplung 14 nur beispielsweise gezeigt ist, offensichtlich könnte dieses Schwungrad 8 aus z.B. konstruktiven Gründen auch beim entgegengesetzten Wellenende des Elektromotors 4 angeordnet sein.
Dieses Schwungrad 8 ist nun ein mechanischer Energiespeicher. Erreicht der Stössel 7 bei seiner Abwärtsbewegung den Beginn des Arbeitsbereiches 9, bei welchem, wie oben dargelegt, der grösste Kraftbedarf vorhanden ist, kann durch das Schwungrad kurzzeitig ein mehrfaches der installierten Leistung des Elektromotors abgegeben werden, wobei ein kleiner Abfall der Drehzahl der Hydraulikpumpe und Elektromotor eintritt, wobei nach der durchgeführten Arbeit, z.B. Durchschneiden eines Bleches, währenddem sich der Stössel wieder aufwärtsbewegt und weiter während der ersten Strecke der folgenden Abwärtsbewegung des Stössels die Drehzahl vom Schwungrad 8, Hydraulikpumpe 5 und Motor 4 wieder auf den ursprünglichen Wert vor dem Beginn des nächsten Arbeitszyklus ansteigt.
Die Fig. 2 zeigt zwei weitere Varianten zur Ausführung nach der Fig. 1. Anstelle der hydraulischen Kolben-Zylinderanordnung 2 ist bei dieser Ausführung als hydraulischer Abschnitt der Kraftübertragung zwischen Hydraulikpumpe 5 und Stössel 7 ein Hydraulikmotor 3 bekannter Ausbildung vorhanden, dessen rotierender Teil mit einem Gliedergetriebe 1 zum Antreiben des Stössels 7 verbunden ist. Weiter ist bei dieser Ausführung der mechanische Energiespeicher, also das Schwungrad 8 auf der Welle 12 der Pumpe 5 angeordnet. Diese Anordnung entlastet die Kupplung 14 beim Auftreten der Leistungsspitze. Die Wirkungsweise dieser Ausführung ist gleich derjenigen der Ausführung nach der Fig. 1.
Bei der Ausführung nach der Fig. 3 ist der Hydraulikmotor 3 mit einem Exzenterantrieb 13 für den Stössel 7 verbunden. Als weitere Untervariante könnte hier auch ein Kurbeltrieb vorhanden sein. Weiter können anstelle des gezeichneten einzigen Pleuel offensichtlich mehrere Pleuel vorhanden sein.
Weiter übernimmt bei dieser Ausführung die Kupplung 14 zwischen der treibenden Welle 11 des Motors 4 und der getriebenen Welle 12 der Hydraulikpumpe 5 die Funktion des mechanischen Energiespeichers bzw. Schwungrades 8 und ist somit mit einer grösseren Masse als lediglich zur Drehmomentübertragung notwendig ausgebildet. Auch hier ist die Wirkungsweise, die Deckung der Leistungsspitze gleich wie oben beschrieben.
Die Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt der Fig. 1-3, wobei noch weitere Ausführungsvarianten dargestellt sind. Gezeichnet sind in der Fig. 4 der Motor 4, ein Elektromotor, die Hydraulikpumpe 5 und die Kupplung 14. Eine der Ausführungsvarianten der Fig. 4 betrifft den Rotor 19 des Motors 4. Im Vergleich mit dem Rotor eines herkömmlichen Motors zur Erzeugung des bei der treibenden Welle auslegungsgemässen Moments ist der Rotor 19 dieser Ausführung der Erfindung derart ausgeführt, dass er eine grössere rotierende Masse aufweist und damit selbst als schwungradförmiger mechanischer Energiespeicher wirkt.
Eine weitere Ausführung sieht vor, das Gebläserad 20 des Motors mit einer grösseren Masse als ein Gebläserad üblicher Auslegung zur Kühlung des Motors auszuführen, so dass das Gebläserad 20 als mechanischer Energiespeicher wirkt.
Es sind in den Fig. 1-4 verschiedene Ausbildungen von schwungradförmigen mechanischen Energiespeichern dargestellt. Es soll hier deutlich festgehalten werden, dass die verschiedenen Ausführungen einander nicht als Ausführungsvarianten ausschliessen. Sie lassen sich in sämtlichen Alternativen miteinander kombinieren. Beispielsweise kann auf der Motorwelle 11 und auf der Pumpenwelle 12 jeweils ein Schwungrad angeordnet sein oder es können sämtliche gezeigte schwungradförmige Ausbildungen gleichzeitig vorhanden sein, so dass an den jeweiligen Orten derselben nur verhältnismässig kleine Änderungen von Abmessungen gegenüber den bekannten Ausbildungen ohne mechanischen Energiespeicher notwendig sind.
The invention relates to a device for driving the ram of a press, with a hydraulic-mechanical power transmission to the ram, the power requirement of which varies periodically during operation, and which device has a device for generating the hydraulic pressure required for driving the ram, which has a power transmission device with a hydraulic and then mechanical section is connected, which is connected to the plunger.
The ram of presses of the type mentioned is usually connected to a link mechanism, which generally has a toggle lever arrangement. Drives with an eccentric device or a crank device are also used less frequently. These mechanical power transmission members are in turn driven by a hydraulic piston-cylinder arrangement or a hydraulic motor. The pressure oil or hydraulic pressure fluid required for this is supplied by a motor-driven hydraulic pump, wherein the motor can be an electric motor. Between the hydraulic pump and the hydraulic piston-cylinder arrangement or the hydraulic motor there is a control device in the hydraulic circuit for controlling the supplied flow of hydraulic fluid.
Such presses generally have the requirement that they constantly provide the nominal pressing force in the defined working range of the ram up to the bottom dead center position thereof. The working area is determined, for example, by the thickness of a sheet to be cut. However, this requirement means that a very different power requirement or torque requirement is required in the hydraulic piston-cylinder arrangement or in the hydraulic motor. As is known, the power requirement or torque requirement during the first section of the work area is excessively high, and accordingly the hydraulic drive, i.e. said piston cylinder or hydraulic motor are applied.
The power requirement decreases very significantly after the tool has penetrated the workpiece to be machined, i.e. the closer the ram approaches the bottom dead center position, the smaller the power requirement. The slightest force has to be applied when the ram is in the bottom dead center position, in which only the frictional losses have to be covered.
The force that must be delivered by the hydraulic piston-cylinder arrangement and the speed of movement of the piston or the torque that the hydraulic motor must deliver and the rotational speed of its driving shaft determine the hydraulic power required there, i.e. the hydraulic power requirement. This hydraulic power requirement is in turn decisive for the choice of the electric motor driving the hydraulic pump. For a given electric motor, the power peak described above can only be compensated for to a small extent by overloading it. And this fact inevitably leads to relatively large connected loads for the electric motor.
The aim of the invention is to show a device for driving the ram of a press, in which the connected load of the electric motor can be selected to be drastically reduced for a given press design, or the point of the possible start of the pressing force during the downward movement for a given connected electrical power of the electric motor further up, ie to be moved further away from the bottom dead center, so that the start of the press force can occur earlier during the working stroke.
The device according to the invention is characterized by the features of claim 1.
Thicker sheets can thus advantageously be processed with the same engine power or a smaller engine power is advantageously required for a given sheet thickness.
The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings, for example.
It shows:
1 shows an embodiment of the invention with a hydraulic piston-cylinder arrangement and a first variant of the location of the flywheel-shaped energy store,
2 shows a variant with a hydraulic motor and a further variant of the location of the flywheel-shaped mechanical energy store,
3 shows a variant with an eccentric drive and a third variant of the flywheel-shaped mechanical energy store, and
Fig. 4 shows an embodiment in which parts of the electric motor are designed as mechanical energy storage.
The working area of the ram 7 of the press is indicated in all three figures with the reference number 9. This working area 7 is determined, for example, by the thickness of a sheet which must cut through a tool (not shown) connected to the ram 7. As is known, this work area ends at bottom dead center 10 of the reciprocating movement of the ram 7.
The plunger 7 of the embodiment according to FIG. 1 is connected to the piston 15 of a hydraulic piston-cylinder device 2 via a link mechanism 1.
The link transmission 1 has a known toggle lever arrangement of the transmission links. The hydraulic fluid or hydraulic oil is conveyed by the hydraulic pump 5. A pressure line 16 is connected to the hydraulic pump 5, which pressure line 16 is connected to the piston-cylinder device 2 via a control device 6 of known type, or in the embodiments according to FIGS. 2 and 3 leads to a hydraulic motor 3. The return line is designated by the reference number 17. Furthermore, a tank 18 is drawn as an exemplary embodiment in the hydraulic circuit. This does not necessarily have to be present, because, according to known designs, the hydraulic circuit can also be a closed circuit, for example.
The hydraulic pump 5 has a driven pump shaft 12, which is connected to the driving shaft 11 of an electric motor 4 via a coupling 14. A flywheel 8 is now arranged on the motor shaft 11. It has to be noted here that the location of the flywheel 8 between the engine 4 and the clutch 14 is only shown for example, obviously this flywheel 8 could e.g. constructive reasons can also be arranged at the opposite shaft end of the electric motor 4.
This flywheel 8 is now a mechanical energy store. When the plunger 7 reaches the start of the working area 9 during its downward movement, in which, as stated above, the greatest power requirement is present, the flywheel can briefly deliver a multiple of the installed power of the electric motor, with a small drop in the speed of the hydraulic pump and Electric motor occurs, after the work done, e.g. Cutting through a sheet while the plunger is moving up again and the speed of the flywheel 8, hydraulic pump 5 and motor 4 again increases to the original value before the start of the next work cycle during the first stretch of the following downward movement of the plunger.
FIG. 2 shows two further variants of the embodiment according to FIG. 1. Instead of the hydraulic piston-cylinder arrangement 2, a hydraulic motor 3 of known design is present in this embodiment as a hydraulic section of the power transmission between hydraulic pump 5 and tappet 7, the rotating part of which with a Link gear 1 for driving the plunger 7 is connected. Furthermore, in this embodiment the mechanical energy store, that is to say the flywheel 8, is arranged on the shaft 12 of the pump 5. This arrangement relieves the clutch 14 when the peak power occurs. The mode of operation of this embodiment is the same as that of the embodiment according to FIG. 1.
In the embodiment according to FIG. 3, the hydraulic motor 3 is connected to an eccentric drive 13 for the tappet 7. A crank mechanism could also be present as a further sub-variant. Furthermore, several connecting rods can obviously be present instead of the single connecting rod shown.
Furthermore, in this embodiment, the clutch 14 between the driving shaft 11 of the motor 4 and the driven shaft 12 of the hydraulic pump 5 takes over the function of the mechanical energy store or flywheel 8 and is therefore designed with a larger mass than is only necessary for torque transmission. Here, too, the mode of action, covering the peak power is the same as described above.
FIG. 4 shows a section of FIGS. 1-3, further embodiment variants being shown. The motor 4, an electric motor, the hydraulic pump 5 and the clutch 14 are drawn in FIG. 4. One of the embodiment variants of FIG. 4 relates to the rotor 19 of the motor 4. In comparison with the rotor of a conventional motor for generating the at Driving shaft according to the design torque, the rotor 19 of this embodiment of the invention is designed such that it has a larger rotating mass and thus itself acts as a flywheel-shaped mechanical energy store.
Another embodiment provides for the impeller 20 of the motor to be of a larger mass than an impeller of conventional design for cooling the motor, so that the impeller 20 acts as a mechanical energy store.
Different designs of flywheel-shaped mechanical energy stores are shown in FIGS. 1-4. It should be clearly stated here that the different versions are not mutually exclusive. They can be combined in all alternatives. For example, a flywheel can be arranged on the motor shaft 11 and on the pump shaft 12, or all of the flywheel-shaped configurations shown can be present at the same time, so that only relatively small changes in dimensions compared to the known configurations without mechanical energy stores are necessary at the respective locations thereof.