DE10011859C2 - Einpressvorrichtung - Google Patents
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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 (9)
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.
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.
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