DE10011859C2

DE10011859C2 - Einpressvorrichtung

Info

Publication number: DE10011859C2
Application number: DE10011859A
Authority: DE
Inventors: Carsten Winter; Dirk Westrup
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2020-03-11
Also published as: WO2001066338A3; DE10011859A1; WO2001066338A2; US20030188644A1; AU2001258267A1; EP1268174A2; US20050087081A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einpressvorrichtung mit einem Elektromotor, einem Untersetzungsgetriebe und einem Spindelantrieb zur Umwandlung einer Drehbewe gung in eine lineare Bewegung eines Presswerkzeuges, und mit einem Wegsensor zur Ermittlung des zurückgelegten Weges des Presswerkzeuges sowie einem Sensor zur Ermittlung der Einpresskraft des Presswerkzeuges.

Eine solche Vorrichtung ist bereits aus der DE 90 14 783 U1 bekannt. Bei dieser bekannten motorgetriebenen Pressvorrichtung ist eine Gewindespindel drehfest, aber axial verschiebbar gelagert, während eine über ein Untersetzungsgetriebe von einem Elektromotor angetriebene Mutter drehbar und axial unverschiebbar gelagert ist. Die nicht drehbare Gewindespindel ist mit einem Einpresswerkzeug gekoppelt.

Diese bekannte Einpressvorrichtung hat jedoch verschiedene Nachteile. Zum einen erfordert die axiale Lagerung der drehfesten Gewindespindel einen verhältnismäßig hohen Aufwand und zum anderen lassen sich nur verhältnismäßig niedrige Ein presskräfte erzielen. Darüber hinaus wird die auf das Einpresswerkzeug ausgeübte Kraft direkt an der Axiallagerung der Gewindemutter gemessen, was wegen der dort angreifenden hohen Einpresskräfte unstabile Verhältnisse schafft.

Aus der US 2,775,931 ist eine Pressvorrichtung entnehmbar, die als Unterset zungsgetriebe ein Planetengetriebe und als Spindelantrieb einen Kugelgewindespin delantrieb aufweist. Die Gewindespindel ist direkt mit der Ausgangswelle des Planetengetriebes gekoppelt, wobei die Gewindemutter mit dem Presswerkzeug bewegt wird und mit einer Innenhülse verbunden ist, die drehfest in linearer Rich tung geführt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einpressvorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass sich außerordentlich hohe Einpresskräfte erzeugen lassen, und dass sowohl die Einpresskräfte als auch der zurückgelegte Weg des Presswerkzeuges auf einfache und genaue Weise gemes sen werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass als Untersetzungsgetriebe ein Planetengetriebe und als Spindelantrieb ein Planeten rollengewindespindelantrieb vorgesehen ist, dass die Gewindespindel des Spindel antriebes direkt mit der Ausgangswelle des Planetengetriebes gekoppelt ist, und dass die Gewindemutter des Spindelantriebes, die mittels einer Innenhülse in einer äußeren, gehäusefesten Außenhülse mit gegenseitiger Evolventenverzahnung zur Abstützung des Reaktionsmomentes drehfest in linearer Richtung geführt ist, mit dem Presswerkzeug verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Einpressvorrichtung hat gegenüber den bekannten Vor richtungen den Vorteil, dass sie verhältnismäßig kompakt und schlank aufgebaut sein kann, und dass sich sehr hohe Einpresskräfte bei gleichzeitiger genauer Messung des zurückgelegten Weges und der Einpresskraft erzielen lassen.

Eine besonders stabile und wirksame Lagerung der Gewindespindel läßt sich bei dieser Bauart durch ein Kegelrollenlager durchführen, um die Axialkräfte der Gewin despindel aufzufangen.

Der Elektromotor ist vorzugsweise ein elektronisch gesteuerter oder geregelter Elektromotor mit einem Winkelcodierer auf der Motorwelle, und die Winkelsignale des Winkelcodierers werden unter Berücksichtigung des Untersetzungsverhältnis ses des Planetengetriebes und der Steigung des Spindelantriebes zur Berechnung des zurückgelegten Weges des Presswerkzeuges herangezogen. Zur Ermittlung der Einpresskraft des Presswerkzeuges ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform im Planetengetriebe ein Drehmomentsensor zur Ermittlung des übertragenen Drehmomentes vorgesehen, und das gemessene Drehmoment wird unter Berück sichtigung des Untersetzungsverhältnisses des Planetengetriebes und der Steigung des Spindelantriebes zur Berechnung der Einpresskraft des Presswerkzeuges herangezogen. Als Drehmomentsensor sind hierbei vorzugsweise im Abstützbereich des Planetengetriebes angeordnete Dehnungsmeßstreifen vorgesehen, die über eine entsprechende Meßschaltung angeschlossen sind.

Das Planetengetriebe ist vorzugsweise mehrstufig ausgebildet. Eine weitere vor teilhafte Ausführungsform der Steuerung des Elektromotors ist gekennzeichnet durch einen als Anlaufscheibe ausgebildeten, gefederten Endanschlag für das Presswerkzeug bzw. für die Presswerkzeugaufnahme, mit dem beim Rückhub die Nullstellung für die Wegmessung ermittelt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unter ansprüchen enthalten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Einpressvorrichtung, wobei aus Platzgründen in der Darstellung der obere Bereich mit dem Elektromotor gebrochen gezeichnet ist;

Fig. 2 einen Querschnitt II-II im Bereich des Spindelantriebes;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem oberen Bereich des Spindelantriebes.

In der Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Einpressvorrichtung nach Fig. 1 ist im oberen Bereich ein Elektromotor 1 zu sehen, der einen direkt auf der Motorwelle sitzenden Winkelcodierer 7 aufweist. Der Elektromotor ist im vorliegen den Beispiel ein elektronisch gesteuerter Servomotor, wobei die Abtastung des Drehwinkels durch den Winkelcodierer 7 erfolgt. Mit der Motorwelle des Elek tromotors 1 ist die Eingangswelle 21 eines mehrstufigen Planetengetriebes 2 gekoppelt, während die Ausgangswelle 22 des Planetengetriebes 2 über eine entsprechende Keilverzahnung 24 mit einer Gewindespindel 31 eines Spindel antriebes 3 gekoppelt ist.

Die Gewindespindel 31 bildet zusammen mit einer Gewindemutter 32 und Rollen 36 einen Planetenrollengewindespindelantrieb, der besonders reibungsarm ist und hohe Kräfte übertragen kann. Einzelheiten siehe hierzu auch den Schnitt II-II nach Fig. 2.

Die Gewindespindel 31 ist durch einen Flanschabsatz 37 und ein Kegelrollenlager 6 in Axialrichtung gegenüber einem Gehäuse 5 abgestützt. Die Gewindemutter 32 ist mit einer Innenhülse 33 verbunden, die mit einer Evolventenverzahnung 35 versehen ist. Das Gehäuse 5 ist mit einem Gehäusefortsatz versehen, der eine Außenhülse 34 bildet. Diese Außenhülse 34 ist ebenfalls mit einer Evolventenver zahnung 35 versehen, sodass also die Innenhülse 33 in der Außenhülse 34 dreh fest und axial verschiebbar gelagert ist. Mit der Innenhülse 33 ist eine Aufnahme für ein Presswerkzeug befestigt.

Um nun den von der Werkzeugaufnahme bzw. der Gewindemutter 32 axial zurück gelegten Weg zu ermitteln, wird eine Wegmessung nicht wie beim Stand der Technik direkt an diesen Teilen vorgenommen, sondern mittels des sowieso vor handenen Winkelcodierers 7 am Elektromotor 1. Aus den Winkelsignalen des Winkelcodierers 7 werden unter Berücksichtigung des Untersetzungsverhältnisses des Untersetzungs- bzw. Planetengetriebes 2 und unter Berücksichtigung der Steigung des Spindelantriebes 3 der zurückgelegte Weg der Werkzeugaufnahme mittels einer entsprechenden Rechenschaltung berechnet. Auf diese Weise läßt sich der zurückgelegte Weg des Presswerkzeuges bzw. der Presswerkzeugaufnah me sehr genau und mit hoher Auflösung ermitteln.

Das mehrstufig ausgeführte Planetengetriebe 2 weist in bekannter Weise pro Stufe ein Sonnenrad 14, sowie eine Mehrzahl von auf einem Planetenträger 15 drehbar gelagerten Planetenrädern 13 auf, die sich in einer Innenverzahnung 12 des fest stehenden Gehäuses 5 abwälzen. Die Eingangswelle der jeweiligen Stufe des Planetengetriebes 2 ist mit dem Sonnenrad 14 gekuppelt, während die Ausgangs welle 22 mit dem Planetenträger 15 gekuppelt ist. Bei Übertragung einer Last werden die auf der Innenverzahnung 12 abrollenden Planetenräder 13 abgestützt. Das Reaktionsmoment dieser Abstützkraft wirkt auf einen verengten Bereich 9 des Gehäuses 5, wo Dehnungsmeßstreifen als Drehmomentsensor 8 angeordnet sind.

Die auf das Presswerkzeug ausgeübte Presskraft wird also durch Messung des auf den Spindelantrieb 3 ausgeübten Drehmomentes ermittelt, und zwar durch den in das Planetengetriebe 2 intregrierten Drehmomentsensor 8 in Form von Dehnungs meßstreifen. Das durch Drehmomentsensor 8 gemessene Drehmoment im Plane tengetriebe 2 wird dann entsprechend dem Untersetzungsverhältnis des Planeten getriebes 2 und der Spindelsteigung des Spindelantriebes 3 in eine Presskraft umgerechnet, die auf das Presswerkzeug einwirkt. Da im vorliegenden Fall der Drehmomentsensor 8 bzw. die Dehnungsmeßstreifen in der letzten Getriebestufe des Planetengetriebes 2 angeordnet ist, entspricht dieses ermittelte Drehmoment dem Drehmoment an der Gewindespindel 31, so dass dann nur noch die Steigung des Spindelantriebes 3 bei der Berechnung berücksichtigt werden muß.

Es ist jedoch auch möglich, anstelle der Messung des Drehmomentes im Planeten getriebe 2 den Motorstrom des Elektromotors 1 zu messen und hieraus das Dreh moment an der Ausgangswelle des Elektromotors 1 zu ermitteln, woraus dann unter Berücksichtigung der Parameter des Planetengetriebes 2 und des Spindel antriebes 3 die Presskraft am Presswerkzeug berechnet werden kann.

Wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, ist im oberen Bereich des Spindelantriebes 3 ein Endanschlag 10 in Form einer Anschlagscheibe vorgesehen, die durch eine starke Feder 11 abgestützt ist. Bei der Rückholbewegung des Spindelantriebes 3 läuft die Gewindemutter 32 gegen diesen Endanschlag 10, wodurch der Drehmo mentsensor 8 einen Anstieg des Drehmomentes feststellt. Hierauf wird die Rück hubgeschwindigkeit gesenkt. Beim Anfahren gegen den Endanschlag 10 steigt das Drehmoment schnell an und der Elektromotor 1 wird abgeschaltet. Diese Position wird als Nullstellung definiert.

Claims

1. Einpressvorrichtung mit einem Elektromotor (1), einem Untersetzungsgetrie be (2) und einem Spindelantrieb (3) zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine lineare Bewegung eines Presswerkzeuges, und
mit einem Wegsensor zur Ermittlung des zurückgelegten Weges des Presswerkzeu ges sowie einem Sensor zur Ermittlung der Einpreßkraft des Presswerkzeuges,
dadurch gekennzeichnet, dass als Untersetzungsgetriebe (2) ein Planetengetriebe und als Spindelantrieb (3) ein Planetenrollengewindespindelantrieb vorgesehen ist,
dass die Gewindespindel (31) des Spindelantriebes (3) direkt mit der Ausgangs welle (22) des Planetengetriebes (2) gekoppelt ist und
dass die Gewindemutter (32) des Spindelantriebes (3), die mittels einer Innenhülse (33) in einer äußeren, gehäusefesten Außenhülse (34) mit gegenseitiger Evolven tenverzahnung (35) zur Abstützung des Reaktionsmomentes drehfest in linearer Richtung geführt ist, mit dem Presswerkzeug verbunden ist.

2. Einpressvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (31) im Gehäuse (5) durch ein Kegelrollenlager (6) gelagert und bezüglich der Axialkräfte abgestützt ist.

3. Einpressvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) ein elektronisch gesteuerter Elektromotor mit einem Winkelcodierer (7) auf der Motorwelle ist, und dass die Winkelsignale des Winkelcodierers (7) unter Berücksichtigung des Unter setzungsverhältnisses des Planetengetriebes (2) und der Steigung des Spindel antriebes (3) zur Berechnung des zurückgelegten Weges des Presswerkzeuges herangezogen werden.

4. Einpressvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass im Planetengetriebe (2) ein Drehmomentsensor (8) zur Ermittlung des übertragenen Drehmomentes vorgesehen ist, und dass das gemessene Drehmoment unter Berücksichtigung des Untersetzungs verhältnisses des Planetengetriebes (2) und der Steigung des Spindelantriebes (3) zur Berechnung der Einpresskraft des Presswerkzeuges herangezogen wird.

5. Einpressvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Drehmomentsensor (8) im Abstützbereich des Planetengetriebes (2) angeordnete Dehnungsmeßstreifen vorgesehen sind.

6. Einpressvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentsensor (8) im Abstützbereich der letzten Stufe des Planetengetriebes (2) angeordnet ist.

7. Einpressvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromaufnahme des Elektromotors (1) zur Ermitt lung des vom Elektromotor (1) aufgebrachten Drehmomentes und dieses unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses des Planetengetriebes (2) und der Steigung des Spindelantriebes (3) zur Berechnung der Einpresskraft des Press werkzeuges herangezogen wird.

8. Einpressvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein mehrstufiges Planetengetriebe (2).

9. Einpressvorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, gekennzeichnet durch einen als Anlaufscheibe ausgebildeten, gefederten End anschlag (10) für das Presswerkzeug, mit dem beim Rückhub die Nullstellung für die Wegmessung ermittelt wird.