DE10107484A1

DE10107484A1 - Hublagenregelung der Stößel von Stanzpressen

Info

Publication number: DE10107484A1
Application number: DE2001107484
Authority: DE
Inventors: Dieter Knoerle; Norbert Konrad
Original assignee: Mueller Weingarten AG
Current assignee: Mueller Weingarten AG
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: DE10107484B4

Abstract

Für Nutenstanzen wird eine Einrichtung vorgeschlagen, die eine Hublagenregelung und eine Anhebung des Stößels ermöglicht. Durch die Verwendung von Servomotoren und Wegmeßsystemen kann ein hochflexibler Regelkreis aufgebaut werden. Nach Vorgabe von z. B. entsprechenden Sollwerten ist eine Fertigung mit optimalen Betriebsparametern möglich.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Nutenstanzen mit einer Einrichtung zum Stößel anheben und Stößelhublagenregelung zur Ausführung von intermittierendem Stanzen von Platinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

In Elektrobleche, als Rotor- oder Statorbleche für die Motoren- und Generatorenfertigung, können Nuten- und gegebenenfalls Lochstanzungen in verschiedenen Herstellverfahren eingebracht werden.

Eine Möglichkeit ist das Einzelnutverfahren, welches auf Nutenstanzen durchgeführt wird. Diese Nutenstanzen zeichnen sich durch hohe Hubzahlen von größer 1000 pro Minute und einer sehr hohen Teilgenauigkeit aus. Die Teilgenauigkeit ergibt sich durch eine Verdrehung des Bleches nach jedem Stößelhub um einen exakten Winkelschnitt. Dabei kann die Stanzung fortlaufend mit gleicher Teilung erfolgen oder es werden periodisch eine bestimmte Anzahl von Nuten nicht gestanzt.

Das Stanzen von Nutbildern aus gestanzten und nicht gestanzten Bereichen wird als intermittierendes Stanzen bezeichnet. Für das Auslassen von Stanzungen wird der Stößel soweit angehoben, dass das Stanzwerkzeug keinen Kontakt mehr zur Platinen hat. Der Stößel führt weiterhin seine Hübe aus die dann als Leerhübe keine Stanzung der Platine ausführen. Gleichzeitig taktet die Teileinrichtung die Platine um den gewünschten Winkel ohne Stanzungen weiter bis in die Drehlage in der das Stanzwerkzeug wieder die Platine stanzt.

Eine Besonderheit ist das Zweistellungsstanzen. Zwei Werkzeugstempel, z. B. ein Nutstempel und ein Lochstempel, sind am Werkzeuggestell in unterschiedlicher Höhe angeordnet. Um das gewünschte Nut- und Lochbild zu fertigen sind nachfolgende 2 Operationsvarianten möglich:

1. Lochen und Nuten
2. Lochen oder Nuten, d. h. nur der tiefere Stempel ist wirksam

Die beschriebenen Abläufe beziehen sich auf das sogenannte mechanische intermittieren.

Bekannt ist die Veränderung der Stößellage aus der DE 38 30 644 A1. Offenbart ist eine Exzenterzapfen der sich in der Antriebskinematik des Stößels befindet. In Wirkverbindung mit dem Exzenterzapfen steht die Kolbenstange eines Zylinders. Die Veränderung der Hublage des Stößels geschieht durch eine Verdrehung des Exzenterzapfens. Zu diesem Zweck wird der Zylinder mit einem Druckmedium beaufschlagt und die Kolbenstange fährt, je nach gewünschter Stößellage, aus oder ein.

Nachteilig an dieser Lösung ist, dass der Zylinder jeweils seinen gesamten Hub durchfährt. Die Hublagenveränderung ist somit immer ein fester Wert und kann nicht individuell auf die optimalen Arbeitsbedingungen, z. B. bei Änderung der Blechdicken, angepaßt werden.

Ein weiterer Nachteil entsteht bei insbesonders hohen Hubzahlen, da aus Zeitgründen keine Maßnahmen für eine Endlagendämpfung möglich sind. Dieses führt zu einem entsprechenden Verschleiß der Anschlagflächen und zu unerwünschten Funktionsstörungen.

Der Stößelhub ergibt sich bei der Abwärtsbewegung aus den 3 Phasen:

1. Sicherheitsabstand zur Platine
2. Stanzen entsprechend Blechdicke
3. Überschnitt nach dem Austritt aus der Platine

Bei dem Rückhub bewirkt in der oberen Stößellage die Abstreifbewegung eine sichere Trennung von Werkzeug und Platine. Aus dieser Aufzählung und unter Berücksichtigung der hohen Hubzahl ist die Notwendigkeit einer optimierten Hubgröße klar ersichtlich.

Aufgabe und Vorteil der Erfindung

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, für Nutenstanzen eine Einrichtung für eine Regelung der Stößellage, insbesondere für ein mechanisches Intermittieren vorzuschlagen, welches sich durch eine hohe Funktionssicherheit bei vernachlässigbarem Verschleiß mit einer der Platinendicke angepaßten Regelung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In den Unteransprüchen sind zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegeben Einrichtung aufgeführt. Die vorgeschlagene Lösung hat den Vorteil durch Verzicht auf feste, vorgegebene Hubwege eine hohe Flexibilität und Einstellmöglichkeit der Stößellage und der Größe des Stanzhubes zu gewährleisten. In Verbindung mit dem Einsatz von Drehmeldern bzw. Wegmeßsystemen wird der Aufbau eines Regelkreises ermöglicht.

Dieser Regelkreis, in Verbindung mit einer Optimierung der Stößellage und der Hubgröße, führt zu einer Steigerung der Teileausbringung und damit zu einer Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Anlagen.

Als Regelgröße können dabei z. B. in Abhängigkeit von der Platinendicke, Sollwerte und ein Toleranzband vorgegeben werden. Eine andere Möglichkeit ist der Einsatz von Fuzzy-Regelsystemen welche die Hubparameter:
Sicherheitsabstand, Überschnitt und Abstreifung
während der Produktion durch den Fuzzy Controller minimiert.

Diese Lösung ist insbesondere auch bei hohen Hubzahlen zur Beherrschbarkeit des Masseneinflußes, der Maschinen- und Werkzeugsteifigkeit, der Temperatur, des Platinenwerkstoffes usw. sinnvoll. Diese Parameter führen zu einer Vergrößerung des Überschnittes und zu einem unerwünschten Verschleiß des Werkzeugstempels bei dem tieferen durchfahren der Platine und gegebenfalls eintauchen in die Werkzeugmatrize.

Weiterhin wird durch das gewählte Konzept, welches ohne Festanschläge arbeitet, der Verschleiß der Verstelleinrichtung auf ein Minimum reduziert. Der Grundgedanke der Verstellung der Stößellage über einen Exzenter wird beibehalten. Jedoch wird die Exzenterverstellung durch einen regelbaren Servomotor in Wirkverbindung mit einem Zahnriementrieb ausgeführt. Da sich der Exzenterbolzen gleichzeitig in der Antriebskinematik des Stößels, als Drehpunkt für einen Schwenkhebel, befindet ist eine sichere vertikale Positionierung des Stößels gegeben.

Mit dem gleichen Antrieb kann der Stößel auch noch um größere Beträge angehoben werden. So ist beispielhaft für das Einlegen oder für die Entnahme der Blechplatine aus dem Werkzeugraum ein größerer Freiraum erforderlich, der ebenfalls durch die Erfindung in vorteilhafter Weise ermöglicht wird.

Auch für einen Werkzeugwechsel kann der erzielbare größere Freiraum in günstiger Weise nutzbar sein.

Der Antrieb von Nutenstanzen kann in Abhängigkeit von Hub- und Geschwindigkeit in unterschiedlichsten Formen ausgeführt werden. Beispielhaft sind nachfolgend 2 Ausführungen genannt:

1. Pleuelstange und Einfachhebelsystem, d. h. bei einer Umdrehung der Exzenterwelle wird ein Stößelhub ausgeführt.
2. Pleuelstange mit Doppelkniehebel und Massenausgleich. Der Kniehebel schwenkt in 2 Richtungen, dadurch werden bei einer Umdrehung der Exzenterwelle 2 Stößelhübe ausgeführt.

Zur Veränderung der Stößellage müßte
bei Variante 1 der Exzenterbolzen nur in eine Richtung gedreht werden,
bei Variante 2 muß der Exzenterbolzen in Abhängigkeit von der Kniehebelstellung in unterschiedlichen Richtungen und Verdrehwinkel gedreht werden.

Hier bietet die Erfindung als weiteren Vorteil die Möglichkeit, dass bei allen technisch sinnvollen Varianten eines Antriebes mittels Hebel eine Lageregulierung des Stößels durchführbar ist.

Weitere Einzelteile und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, dargestellt in den Fig. 1 bis Fig. 4.

Es zeigen:

Fig. 1 Längsschnitt durch eine Nutenstanze

Fig. 2 Eine Ansicht der Verstelleinrichtung für die Stößellage

Fig. 3 eine Einzelheit der Verstelleinrichtung

Fig. 4 Doppel-Kniehebelantrieb schematisch

Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Nutenstanze 1, bestehend aus einem Körper 2, mit Platinen- oder Rondenaufnahme 3, Antrieb Teileinrichtung 4 der über ein spielfreies Getriebe 5 die Schwenk- bzw. Vorschubbewegung der Platinenaufnahme 3 bewirkt. Antrieb 4 ist in der Regel ein Servomotor der zur genauen Positionierung mit einem hochauflösenden Drehgeber ausgerüstet ist.

Antrieb 6 dient über ein Mutter/Spindelsystem 7 zur Teilkreisverstellung und somit auch als Rüstachse für die Einstellung auf unterschiedliche Rondendurchmesser. Der eigentliche Stößelantrieb ist nicht dargestellt und besteht aus einem Hauptmotor, Riementrieb, Schwungrad und Kupplungs- /Bremskombination die in Wirkverbindung mit der Exzenterwelle 8 stehen. Beispielhaft ist als Antriebssystem das Einfachhebelsystem dargestellt mit einem auf der Exzenterwelle 8 drehbar gelagertem Pleuel 9 der über den Einfachhebel 10 den Stößel 11 antreibt. In der Werkzeugaufnahme 12 des Stößel 11 ist das jeweilige Stanzwerkzeug befestigt.

Die Platine in der Regel in Form einer Ronde, ist mit der Nummer 34 bezeichnet. Dreh- und Lagerpunkt des Einfachhebels 10 ist der Bolzen 13 der als Exzenterbolzen ausgeführt sein kann oder fest mit einer Exzenterbuchse 26 verbunden ist. Durch Verdrehung dieses Bolzen 13 mit Exzenterbuchse 26 ändert sich der Drehpunkt des Einfachhebels 10. Über Bolzen 14 ist der Stößel 11 mit dem Einfachhebel 10 verbunden und dadurch bewirkt jegliche Lageveränderung des Einfachhebel 10 auch eine Lageveränderung des Stößels 11. Eine Stößellagenveränderung über das Exzenterprinzip ist bekannt, der eigentliche erfinderische Gedanken ist die Verstellung des Exzenters über den Servoantrieb 15 wie in Fig. 2 und Fig. 3 näher dargestellt.

Wie aus den Fig. 2, 3 ersichtlich ist der Servoantrieb 15 auf dem Körper 2 der Nutenstanze 1 befestigt. An dem Servoantrieb 15 ist ein Getriebe 16 angeflanscht und über eine zwischengeschaltete Kupplung 17 wird die Zahnriemenscheibe 18 angetrieben. Die Zahnriemenscheibe 18 treibt über Zahnriemen 19 die Zahnriemenscheibe 20 an. Da die Zahnriemenscheibe 20 fest mit dem Bolzen 13 und Exzenterbuchse 26 verbunden ist bewirkt deren Verdrehung gleichzeitig auch eine Verdrehung der Exzentereinheit 13, 26 und damit die gewünschte Lageveränderung des Drehpunktes für den Einfachhebel 10.

Durch dieses vorgeschlagene Antriebskonzept kann jeder beliebige Verstellwinkel, sowohl in seiner Größe als auch in der Richtung, erreicht werden. Kleinere Verstellwinkel sind für eine Intermittierung erforderlich, während Verstellwinkel von ca. 180° für den Platinen- bzw. Rondenwechsel oder gegebenenfalls für einen Werkzeugwechsel erforderlich sind. Eine genaue Überwachung der Lage ist durch den Drehmelder 21, als Absolutwertgeber, garantiert. Beispielhaft ist der Drehmelder 21 am Servoantrieb 15 angebaut, ein Anbau z. B. an dem Bolzen 13 ist ebenfalls möglich. In Verbindung mit einem Weg und/oder Dickenmeßgerät 22 (Fig. 1) kann ein kompletter Regelkreis aufgebaut werden.

Da die Steuerung bzw. Regelung der Nutenstanze als offenes baugruppenorientiertes Multiprozessorsystem mit zentralem und lokalem Feldbussystem aufgebaut ist kann ohne weiteres ein zusätzliches Softwaremodul für die Stößellagenregelung integriert werden. Ein weiterer Vorteil ergibt, dass die geforderte hohe Genauigkeit während dem Stanzzyklus durch die regelmäßige Lagekontrolle aller Positionierachsen gewährleistet ist.

Werden auf der Nutenstanze 1 Platinen 34 ohne Intermittierung verarbeitet, so kann als zusätzliche Einrichtung die Lage der Exzentereinheit 13, 26 mechanisch verriegelt werden. Zu diesem Zweck ist ein Riegel 23, mit dem Bolzen 13 fest verbunden. Ein vertikal verschiebbarer Übergriff 24 gewährleistet eine sichere Lagefixierung des Bolzen 13. Ist auch im Intermittierbetrieb eine zusätzliche Verdrehlagensicherung gewünscht, kann ein Anschlag 25 vorgesehen werden.

Eine schematische Darstellung eines alternativen Antriebskonzept für Nutenstanzen zeigt Fig. 4. Zum besseren Verständnis werden dabei funktionsgleiche Bauteile mit den gleichen Positionsnummern wie in Fig. 1 bis 3 gekennzeichnet.

Pleuel 9 ist im Anlenkpunkt 29 mit Doppelhebel 27 verbunden. Hebel 28 im Anlenkpunkt 30 und Hebel 31 im Anlenkpunkt 35 bilden mit dem Doppelhebel 27 ein Doppel-Kniehebelsystem. Der Doppelhebel 27 ist auf der Exzentereinheit 13, 26 drehbar gelagert. Beispielhaft ist eine Exzentrizität mit 36 bezeichnet deren Verstellung in der bereits beschriebenen Form durch den Servoantrieb 15 erfolgt. Die Besonderheit dieses Antriebssystemes ergibt sich dadurch, dass bei einer Umdrehung der Exzenterwelle 8 der Stößel 11 zwei komplette Hübe ausführt. Eine Drehung der Exzenterwelle 8 um 180° bewirkt einen Arbeits- und einen Rückhub des Stößels 11. In geänderter Linienart ist der Kniehebel nach erfolgtem ersten Hub dargestellt.

Während der Hebel 31 zum Massenausgleich mit der Ausgleichsmasse 32 verbunden sind, besteht über Hebel 28 die Verbindung zum Stößel 11. In gleicher Art wie bereits beschrieben findet die Änderung der Stößellage durch Drehung der Exzentereinheit 13, 26 statt. Die 3 angedeuteten Stößelstellungen entsprechen dem unteren Totpunkt (UT), dem oberen Totpunkt (OT) und in 37 einer angehobenen Stößellage, wie dargestellt. Da sich bei jedem kompletten Stößelhub jedoch die Ausgangslage für den nächsten Hub, bezogen auf die Vertikalachse 33, ändert muß bei einem intermittierendem Stanzen auch eine Drehsinnänderung bei der Verschwenkung der Exzentereinheit 13, 26 möglich sein. Entsprechend muß auch die Hubgröße bzw. der Schwenkwinkel eine Variable sein.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der Schutzrechtsansprüche. So können statt des Zahnriementriebes auch andere spielarme Bewegungsübertragungsmittel verwendet werden. Wie bereits erwähnt, kann die Verstelleinrichtung auch für andere Hebelantriebssysteme von Nutenstanzen, ohne Einschränkung Verwendung finden. 1 Nutenstanze
2 Körper
3 Platinenaufnahme
4 Antrieb Teileeinrichtung
5 Getriebe
6 Antrieb
Teilkreisverstellung
7 Mutter-/Spindelsystem
8 Exzenterwelle
9 Pleuel
10 Einfachhebel
11 Stößel
12 Werkzeugaufnahme
13 Bolzen
14 Bolzen
15 Servoantrieb
16 Getriebe
17 Kupplung
18 Zahnriemenscheibe
19 Zahnriemen
20 Zahnriemenscheibe
21 Drehmelder
22 Weg und/oder Dickenmeßgerät
23 Riegel
24 Übergriff
25 Anschlag
26 Exzenterbuchse
27 Doppelhebel
28 Hebel
29 Anlenkpunkt
30 Anlenkpunkt
31 Hebel
32 Ausgleichsmasse
33 Vertikalachse
34 Platine
35 Anlenkpunkt
36 Exzentrizität
37 Stößellage

Claims

1. Einrichtung zur Steuerung oder Regelung der Hublage eines Stößels, insbesondere einer Nutenstanze, bei der mittels einem Hebelgetriebe die Stößelbewegung eingeleitet wird und die auf den Stößel mittelbar oder unmittelbar einwirkenden Hebel mit ihrem Drehpunkt auf einem Exzenterbolzen oder einer Exzenterbuchse gelagert sind, wobei die Lage der Exzentrizität durch Verdrehung veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehung der Exzentrizität (13, 26) ein Servomotor (15) derart bewirkt, dass der Betrag der Verdrehung in Abhängigkeit von der jeweiligen Fertigungssituation als Steuer- oder Regelgröße durch die Maschinensteuerung erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Exzenterverdrehung (13, 26) bei einem intermittierenden Stanzen in Abhängigkeit von der Platinendicke ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Exzenterverdrehung (13, 26) so gewählt wird, dass er bei einem Platinen (34) einlegen oder entnehmen ein maximales Stößel anheben bewirkt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Weg- oder Dickenmeßsysteme (21, 22) vorgesehen sind und deren Signale von der Maschinensteuerung verarbeitbar sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgröße ein Sollwert mit Toleranzband ist oder durch ein Fuzzy-Regelsystem ermittelbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Servomotor (15) und Bolzen (13) Bewegungsübertragungsmittel (18, 19, 20) angeordnet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Bolzen (13) ein Riegel (23) befestigt ist der durch einen Übergriff (24) fixierbar ist.