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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine handbetätigte Presse mit einem an eine
Welle gekoppelten Betätigungsorgan,
dessen Betätigung
in eine Hubbewegung eines an die Welle gekoppelten Pressenstößels, und
damit auch in eine Änderung
einer relativen Lage des Pressenstößels, umgesetzt wird, und mit
einer Kupplung zum Unterbrechen eines Kraftflusses zwischen dem
Betätigungsorgan
und dem Pressenstößel.
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Eine
solche handbetätigte
Presse ist aus dem deutschen Patent
DE 102 23 153 C1 bekannt.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Schützen einer handbetätigten Presse
vor einer Überlast
bzw. zum Abbrechen eines zufriedenstellend ausgeführten Pressvorgangs.
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Die
handbetätigte
Presse der
DE 102
23 153 C1 betrifft eine Presse, bei der eine Rückhubsperre, wie
sie z.B. aus der
DE
199 59 627 A1 bekannt ist, elektronisch implementiert ist.
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Handbetätigte Pressen
der vorbeschriebenen Art werden üblicherweise
bei Akkord-Arbeitsplätzen
eingesetzt. Da der Kraftaufwand beim manuellen Betätigen der
Presse zum Ende des Presshubes hin zunimmt, neigen manche Bedienungspersonen
dazu, zu viel Kraft aufzuwenden und dadurch zu verpressenden Werkstücke qualitativ
schlecht zu bearbeiten bzw. diese sogar zu beschädigen.
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Bei
vielen herkömmlichen
manuellen Pressvorgängen
wird im Gegensatz zu automatisch durchgeführten Pressvorgängen, bei
denen üblicherweise numerisch
gesteuerte Pneumatikpressen eingesetzt werden, keine Dokumentationen
erstellt. Dies ist heutzutage in vielen Anwendungsbereichen nicht mehr
akzeptabel, insbesondere dann, wenn Herstellungsprozesse nach ISO
9000 zertifiziert werden sollen.
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Um
sicherzustellen, dass zwischen „guten" und „schlechten" Teilen unterschieden
werden kann, ist aus der
DE
102 23 153 C1 bekannt, eine Presse mit einem Sensor für den Presshub
(Weg) sowie mit einem weiteren Sensor für die Presskraft auszurüsten, um
ein Weg-Kraft-Diagramm für
jeden Pressvorgang erstellen zu können, das charakteristisch
für eine
gute bzw. eine schlechte Pressung ist. Wenn eine gemessene Weg-Kraft-Kurve
innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegt, wird das Teil
als gut verpresst erkannt. Anderenfalls handelt es sich um ein Schlechtteil,
das ausgesondert werden muss.
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Um
die bei einem Pressvorgang wirkende Presskraft, mit der Werkstücke, wie
z.B. ein Seegerring, ein Lager, eine Ritze, eine Dichtung usw.,
verfügt
werden können,
zu bestimmen, wird ein Pressenstößel der
Presse als Kraftaufnehmer ausgebildet. Der Kraftaufnehmer hat ein
Kraftmesssystem, wie z.B. einen Dehnungsmessstreifen (DMS), integriert.
Der DMS steht mit einer Steuereinrichtung der Presse in Verbindung,
die wiederum bspw. mit einem Drehgeber verbunden ist, um den Verdrehwinkel
des Betätigungshebels,
und somit den Weg, zu erfassen. Die Steuereinrichtung wertet dann
die erfassten Daten aus, um nach erfolgtem Pressvorgang die oben erwähnte Unterscheidung
zwischen guten und schlechten Teilen durchführen zu können.
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Ergibt
die Prüfung,
dass ein schlechtes Teil gepresst wurde, so kann die Presse automatisch
abschalten, während
sich das Schlechtteil noch in der Presse befindet. Dies geschieht
ebenfalls auf Veranlassung der Steuereinrichtung hin.
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Zunächst besteht
ein erstes Problem darin, dass bei herkömmlichen manuellen Pressvorgängen, im
Gegensatz zu automatisch durchgeführten Pressvorgängen, unbeabsichtigt
hohe Presskräfte
auftreten können,
die bspw. durch eine Unachtsamkeit der Bedienungsperson verursacht
werden. Hohe Presskräfte
können
auch dann auftreten, wenn die zu verpressenden Werkstücke bereits
ausreichend miteinander verfügt
sind, die mechanische Endlage des Pressenhubs jedoch noch nicht
erreicht ist. In diesem Fall „spürt" die Bedienungsperson,
dass ein Betätigungshebel
noch weiter in Pressrichtung betätigt werden
kann und führt
diese Bewegung deshalb auch bis zum Ende aus. In einem solchen Fall
kann eine zu hohe Presskraft ausgeübt werden, die in einer „schlechten" Verpressung resultiert.
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Es
ist deshalb erforderlich, dass die ausgeübte Presskraft so genau wie
möglich
gemessen wird, um die darauf basierende Qualitätsbeurteilung optimal durchführen zu
können.
Dazu werden hochsensitive Kraftmesssysteme eingesetzt, die jedoch bei
allzu großer Überlastung
zerstört
oder zumindest beschädigt
werden können.
Ferner treten mitunter so hohe Überlasten
auf, dass zulässige Überlastfestigkeiten
von 100 bis 200% überschritten
werden.
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Wie
oben bereits erwähnt,
wird im Stand der Technik die Kraft als Funktion des Wegs aufgezeichnet,
um nach einem vollendeten Pressvorgang eine Qualitätsbeurteilung
vornehmen zu können (Gut/Schlecht).
Da der Pressvorgang manuell ausgeführt wird, wird jeder Pressvorgang
mit unterschiedlicher Kraft ausgeübt. Dies führt dazu, dass zu verpressende
Werkstücke
teilweise vor Erreichen einer mechanischen Endlage des Pressenstößels bereits ausreichend „gut" miteinander verfügt sind
bzw. teilweise erst in der Endlage ausreichend verfügt sind.
In Falle eines vorzeitigen Erreichens der Verfügung, wäre es wünschenswert, den Pressvorgang
schon vor dem Erreichen der (mechanischen) Endlage abbrechen zu
können.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine handbetätigte Presse
der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die geschilderten
Probleme vermieden werden. Insbesondere soll eine handbetätigte Presse
zur Verfügung
gestellt werden, bei der zulässige Überlasten auf
einen vorbestimmten Grenzwert beschränkt werden können und
ein Kraftsensor gegenüber Überlasten
geschützt
ist. Ferner soll bei vorzeitig erreichter Sollpresskraft der Pressvorgang
auch bereits vorzeitig abgebrochen werden können. „Schlechte" Verpressungen sollen vermieden werden.
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Bei
einer Presse der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Welle zumindest zweiteilig, und zwar mindestens mit einer
Eingangswelle und einer Ausgangswelle, ausgebildet ist, und dass
die Kupplung derart eingerichtet ist, dass sie die Eingangswelle und
die Ausgangswelle in Abhängigkeit
von der Presskraft und/oder der relativen Lage des Pressenstößels voneinander
trennt.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen
gelöst.
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Dadurch,
dass die erfindungsgemäße Welle im
Gegensatz zum Stand der Technik zweiteilig ausgebildet ist, eröffnet sich
anders als bisher die Möglichkeit,
den Kraftfluss zwischen dem Betätigungsorgan
und dem Pressenstößel willkürlich zu
unterbrechen, und zwar unabhängig
von der tatsächlichen Betätigung des
Betätigungsorgans.
Im Stand der Technik ist bisher nur bekannt, eine einteilige Welle bei
Auftreten eines Fehlers abzubremsen bzw. festzulegen, insbesondere
wenn der Rückstellhub
vorzeitig eingeleitet wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Kraftfluss zwischen dem Pressenstößel und
dem Betätigungshebel
jederzeit durch die Kupplung unterbrochen werden, in dem die Wellen
voneinander getrennt werden. Wird bereits vor dem Erreichen einer (mechani schen)
Endlage des Pressvorgangs eine Sollpresskraft ausgeübt, lassen
sich die Wellen – in Abhängigkeit
von diesem Ereignis – voneinander trennen.
Wird während
eines Pressvorgangs eine unzulässig
hohe Presskraft ausgeübt,
die einen Kraftsensor beschädigen
oder in „schlecht" verpressten Werkstücken resultieren
könnte,
lassen sich die Wellen ebenfalls – in Abhängigkeit wiederum von diesen Ereignissen – voneinander
trennen.
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Dazu
ist es von Vorteil, wenn zusätzlich
ein Sensor zum Erfassen der Presskraft und/oder ein Sensor zum Erfassen
der relativen Lage des Pressenstößels vorgesehen
ist bzw. sind.
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Sollte
lediglich ein Presskraftsensor vorgesehen sein, lässt sich
ein Kraftmesssystem der Presse gegen Überlast schützen. Sollte lediglich ein
Sensor zum Erfassen der relativen Lage des Pressenstößels vorgesehen,
lässt sich
anhand des zurückgelegten
Hubwegs rückschließen, welche
Presskraft ausgeübt
wurde, vorausgesetzt alle dazu nötigen
weiteren Parameter, wie z.B. Übersetzung
der Hebelbewegung in Pressenhub, Eigenschaften der zu verpressenden
Werkstück
usw., sind bekannt.
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Werden
beide Sensoren in Kombination eingesetzt, ermöglicht dies die Aufzeichnung
einer Kraft-Weg-Kurve zu jeden Pressvorgang, so dass bereits während des
Pressvorgangs eine Gut/Schlecht-Unterscheidung getroffen werden kann.
Insbesondere lässt
sich feststellen, wann eine „gute" Verpressung eingetreten
ist. Wird die Kraft in Abhängigkeit
vom Weg aufgezeichnet, kann beispielsweise mittels einer übergeordneten
Steuerung entscheiden werden, dass der Pressvorgang bereits vor
dem Erreichen einer (mechanischen) Endlage des Pressenstößels ab gebrochen
wird, weil eine Sollpresskraft erreicht ist. Auf diese Weise werden „schlechte" Verpressung allgemein
vermieden.
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Vorzugsweise
ist dazu eine entsprechende Steuereinrichtung vorgesehen, die an
den ersten und/oder den zweiten Sensor sowie an die Kupplung gekoppelt
ist, um entsprechende Kupplungssignale an die Kupplung auszugeben.
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Die
Steuereinrichtung tastet den bzw. die Kraftsensor(en) ab, um in
Reaktion auf vom den Sensoren ausgegebnen Signalen Kupplungssignale
an die Kupplung auszugeben.
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Die
Steuereinrichtung gibt vorzugsweise ein Kupplungssignal aus gemäß dem die
Kupplung geschlossen bleibt, wenn die erfasste Presskraft bzw. die
relative Lage des Pressenstößels kleiner
als ein vorbestimmter Grenzwert ist.
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Bei
offener Kupplung kann kein Kraftfluss zwischen Betätigungsorgan
und Pressenstößel stattfinden.
Befindet sich das Betätigungsorgan
nicht in seiner vorbestimmten Ausgangslage, wird durch die geöffnete Kupplung
ein Pressvorgang erst gar nicht zugelassen. Dies erhöht die Prozesssicherheit.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn die Steuereinrichtung ein Kupplungssignal
zum Öffnen
der Kupplung ausgibt, wenn die Presskraft bzw. die relative Lage
des Pressenstößels größer oder
gleich einem vorbestimmten Grenzwert ist. Der Grenzwert kann entweder
eine maximal zulässige
Presskraft sein, bei der ein Kraftsensor nicht beschädigt wird,
und/oder kann ein minimal zurückzulegender
Presshub sein, um eine „gute" Verpressung der
Werkstücke
zu erhalten.
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Die
Steuereinrichtung verfügt
insbesondere über
Mittel zum Bestimmen, ob eine vorbestimmte Presskraftgrenze überschritten
wird bzw. ob eine Sollpresskraft erreicht ist. Wird die Grenze überschritten,
wird ein Signal zum Öffnen
der Kupplung ausgegeben. Damit wird der Kraftfluss zwischen Betätigungsorgan
und Pressenstößel unterbrochen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
die handbetätigte
Presse ferner eine Hubsperre zum Festlegen der Eingangswelle auf,
wobei die Hubsperre insbesondere eine Bremsscheibe und einen Bremsmagneten
umfasst.
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Mit
einer derart ausgebildeten Hubsperre lässt sich die Betätigung des
Betätigungsorgans
sowohl in Vorwärts-
als auch in Rückwärtsrichtung
arretieren. Der Betätigungshebel
ist fest mit der Eingangswelle verbunden, so dass eine Arretierung
der Eingangswelle in einer Arretierung des Betätigungshebels resultiert.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Hubsperre in Form einer Bremsscheibe,
die mit einem Bremsmagneten zusammenwirkt, ist die Bremsscheibe
vorzugsweise drehfest mit der Eingangswelle verbunden und der Bremsmagnet
ist raumfest mit der Presse verbunden. Da es sich in diesem Fall
bei der Hubsperre um eine elektrisch betriebene Bremseinrichtung
handelt, kann die Bremseinrichtung ebenfalls durch die bereits oben
erwähnte
Steuereinrichtung gesteuert werden, indem entsprechende Signale
von der Steuereinrichtung an die Hubsperre bzw. deren Elemente gesendet
werden.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn ein dritter Sensor zum Erfassen der relativen
Lage Eingangswelle vorgesehen ist, wobei die Bremsscheibe derart
ausgestaltet sein kann, dass der dritte Sensor die relative Lage
in Zusammenwirkung mit der Bremsscheibe erfasst.
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Mit
Hilfe des dritten Sensors kann ein Signal erzeugt werden, gemäß dem die
Kupplung geschlossen wird, vorausgesetzt das Betätigungsorgan befindet sich
in seiner entsprechenden Ausgangslage. Die Ausgangslage kann dabei
mit Hilfe der Bremsscheibe bzw. einem Bremsscheibenflansch erfasst
werden, die drehfest mit der Eingangswelle und somit auch mit dem
Betätigungsorgan
verbunden ist. Dadurch ist immer gewährleistet, dass der Kraftfluss erst
dann zwischen dem Betätigungshebel
und dem Pressenstößel errichtet
wird, wenn sich der Betätigungshebel
in seiner Ausgangslage befindet. So ist gewährleistet, dass der durch den
Betätigungshebel zurücklegbare
Weg den zum Erzielen eines zufriedenstellenden Pressvorgangs benötigten Presshub durchführen kann.
Insbesondere wird die Kupplung erst dann geschlossen, wenn sich
auch der Pressenstößel in seiner
Ausgangslage befindet.
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Auch
ist es von Vorteil, wenn eine Rückstellvorrichtung,
insbesondere eine Feder, vorgesehen ist, die mit der Eingangswelle
gekoppelt ist.
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Durch
diese Maßnahme
kann erreicht werden, dass das Betätigungsorgan selbstständig in
seine Ausgangslage zurückbewegt
wird, insbesondere dann, wenn die Kupplung geöffnet wird, d.h. der Kraftfluss
zwischen Betätigungsorgan
und Pressenstößel getrennt
wird, und die Bedienungsperson den Betätigungshebel möglicherweise
schon losgelassen hat. Für
eine automatische Rückstellbewegung
des Betätigungshebels
ist es natürlich
erforderlich, dass die Hubsperre nicht arretiert ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Betätigungsorgan
ein Handhebel, ist die Eingangswelle eine innere Handhebelwelle und
ist die Ausgangswelle eine äußere Hohlwelle.
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Durch
diese Maßnahmen
wird erreicht, dass die handbetätigte
Presse kurz baut, da die Eingangswelle eine innere Welle darstellt,
die koaxial zur äußeren Hohlwelle
angeordnet ist.
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Insbesondere
kann es sich bei dem zweiten Sensor um ein lineares inkrementales
Wegmesssystem handeln, das an den Pressenstößel gekoppelte Wegmarkierungen
erfasst.
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Durch
die Kopplung von Wegmarkierungen an den Pressenstößel, im
Gegensatz zum Stand der Technik, wo der Weg mit Hilfe eines Drehgebers
an der Eingangswelle abgetastet wurde, erfolgt hier eine Messung
des zurückgelegten
Weges am Pressenstößels, ohne
dass es zu Ungenauigkeiten bspw. aufgrund von Übersetzungen kommen könnte.
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Auch
ist es von Vorteil, wenn die zwei Wellen durch die Kupplung zusätzlich formschlüssig miteinander
verbunden werden, um die Hubbewegung umzusetzen. Durch die zusätzliche
formschlüssige
Verbindung lässt
sich eine mechanische Überlastsicherung
realisieren, mit der spontan auftretende Überlasten mit (sehr) hoher
Intensität
abgefangen werden können,
bevor diese einen Kraftsensor zerstören.
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Dazu
wird vorzugsweise eine Verzahnung mit Raststellung verwendet, die
derart ausgebildet ist, dass sie sich bei einem vorbestimmten Drehmoment,
welches über
das Betätigungsorgan
ausgeübt wird,
aus einem geschlossenen Zustand selbsttätig öffnet. Die Raststellung ist
vorzugsweise dann erreicht, wenn sich die Wellen in ihrer jeweiligen
Ausgangslage befinden.
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Tritt
plötzlich
ein unzulässig
hohes Drehmoment an den über
die Verzahnung gekoppelten Wellen auf, wird durch diese Art der
Kopplung eine selbsttätige
Trennung der Kopplung hervorgerufen. Die durch die Kupplung ausgeübte Schließkraft reicht nicht
mehr aus, um eine durch die Verzahnung bedingte Auskopplungskraft
zu kompensieren. In diesem Fall öffnet
sich die Kupplung spontan, d.h. ohne dass eine übergeordnete Steuerung eingreift,
um den Kraftfluss zu unterbrechen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
stark schematisierte Seitenansicht (teilweise aufgebrochen) eines
Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen handbetätigten Presse;
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2 eine
Einrastverzahnung eines ersten und zweiten Wellenabschnitts gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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3 ein
schematisiertes Kräfteverhältnis am
Ort der Verzahnung gemäß der 2.
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In
der 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine
handbetätigte
Presse im Prinzip bekannter Bauart.
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Die
Presse 10 weist ein Basisteil 12 auf, das auf
einem geeigneten Untergrund, bspw. einer Werkbank, steht. Vom Basisteil 12 führen Stützen 14 nach oben
zu einem Kopfteil 16, das auch als Schieber bezeichnet
wird, da das Kopfteil 16 je nach gewünschtem Hub in Richtung der
Stützen 14 verstellbar
ist. Seitlich am Kopfteil 16 ist ein Betätigungshebel 18 angebracht,
der mit einer in Lagern 20 im Schieber 16 gelagerten
Welle 22 verbunden ist. Die Welle 22 lässt sich
mittels des Betätigungshebels 18 um
ihre Achse 24 verdrehen, wie es mit einem Pfeil 26 angedeutet
ist, wobei in 1 die Ausgangslage des Hebels 18 dargestellt
ist.
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Im
Schieber 16 ist ein äußerst schematisch angedeutetes
Getriebe 28 vorgesehen, welches im einfachsten Fall eine
Ritzel-Zahnstangen-Anordnung ist.
Diese Anordnung dient dazu, die Drehbewegung der Welle 22 in
eine mit dem Pfeil 30 angedeutete vertikale Hubbewegung
eines Pressenstößels 32 umzusetzen.
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Die
untere Stirnfläche 34 des
Pressenstößels 32 setzt
bei einem Pressvorgang auf ein oberes Werkstück 36 eines Paares
von Werkstücken 36, 38 auf,
die miteinander verpresst werden sollen.
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Die
Presse 10 weist eine Bremsscheibe 40 auf, die
drehfest mit der Welle 22 verbunden ist. Unmittelbar neben
der Bremsscheibe 40 ist eine zweite Scheibe 42 angeordnet,
die als Ring ausgebildet ist, damit die Welle 22 durch
die zweite Scheibe 42 hindurchgeführt werden kann. Die zweite
Scheibe 42 ist starr mit dem Schieber 16 verbunden,
und wird daher nachfolgend als raumfest bezeichnet.
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Mit
44 ist
ein Bremsmagnet bezeichnet, der elektrisch an ein elektronisches
Steuergerät
46 angeschlossen
ist. Dem elektronischen Steuergerät
46 können über Eingänge
48 Steuersignale
von außen zugeführt werden,
bspw. von einer numerischen Steuereinheit, um die in der
DE 102 23 153 C1 offenbarte
elektronische Rückhubsperre
realisieren zu können.
Diese Funktion ist mit der vorliegenden Presse
10 ebenfalls
möglich.
Für weitere
Details wird auf die
DE
102 23 153 C1 verwiesen.
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Die
aus den Elementen 40, 42 und 44 bestehende
Hubsperre zeichnet sich im Wesentlichen durch die Magnetkupplungswirkung
des Elektromagneten 44 aus, die dieser auf die Kupplungsscheiben 40 und 42 ausübt. Diese „Magnetbremse" kann jedoch auch
durch eine pneumatische oder hydraulische Bremse realisiert werden,
die die beiden Scheiben 40 und 42 kraftschlüssig miteinander
verbindet, um eine Drehung der Welle 22 um ihre Achse 24 zu unterbinden.
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Der
Pressenstößel 32 kann
mit einem Kraftsensor 49 versehen sein, mit dem eine jeweils
wirkende Presskraft erfasst werden kann. Auch der Kraftsensor 49 ist
an das elektronische Steuergerät 46 angeschlossen.
Der Pressenstößel 32 kann
dabei als Kraftaufnehmer für
einen in ihm integrierten Dehnungsmessstreifen (DMS) dienen. Der
Sensor 49 könnte
jedoch auch an einem anderen Ort angeordnet sein, z.B. im Basisteil 12.
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Andere
Kraftmesssysteme, wie z.B. induktive Kraftsensoren, magnetoelastische
Kraftsensoren oder piezoelektrische Sensoren usw., könnten ebenfalls
verwendet werden.
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Insoweit
ist die Presse 10 von herkömmlicher Bauart.
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Im
Gegensatz zu bekannten Pressen weist die Presse 10 eine
zweite (äußere) Hohlwelle 50 auf, die
koaxial zur Welle 22 gelagert ist. Die erste Welle 22 wird
nachfolgend als innere Handhebelwelle bezeichnet werden, da sie
durch die äußere Hohlwelle 50 hindurchgeführt ist.
Die äußere Hohlwelle 50 ist
direkt mit einem Zahnrad verbunden bzw. mit einem Ritzel versehen,
um das mit 28 bezeichnete Getriebe zu realisieren. Der
Pressenstößel 32 weist
eine entsprechende Verzahnung 52 auf, die mit dem Ritzel bzw.
dem Zahnrad der äußeren Hohlwelle 50 kämmt. vorzugsweise
greifen die Verzahnungen der Hohlwelle 50 und der Pressenstößel 32 direkt
ineinander ein. Es könnten
jedoch weitere Getriebeelemente dazwischen angeordnet werden.
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Die äußere Hohlwelle 50 kann
mit einer vorzugsweise elektromagnetischen Kupplung 54 kraftschlüssig und/oder
formschlüssig
mit der inneren Handhebelwelle 22 verbunden werden. Die
elektromagnetische Kupplung 54 ist ebenfalls mit dem Steuergerät 46 verbunden.
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Die
innere Handhebelwelle 22 stellt eine Eingangswelle dar,
die mittels der Kupplung 54 an eine Ausgangswelle koppelbar
ist, die im vorliegenden Beispiel der 1 durch
die äußere Hohlwelle 50 realisiert
ist.
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Alternativ
könnte
lediglich die innere Handhebelwelle 22, d.h. ohne Hohlwelle 50,
in axialer Richtung zweigeteilt sein, so dass bspw. ein dann rechts
angeordneter Wellenteil die Eingangswelle und ein links angeordneter
Wellenteil die Ausgangswelle darstellen würde. In diesem Falle müsste jedoch
auch der Pressenstößel auf
den linken Wellenteil verlegt werden. Diese alternative Ausführungsform,
wie sie gerade diskutiert wurde, ist in der 1 nicht
dargestellt.
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Im
Nachfolgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Presse 10 näher erläutert werden.
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Mit
einem weiteren Sensor 56, der z.B. in der Nähe der Bremsscheibe 40 angeordnet
ist und mit dieser zusammenwirkt, kann die relative Lage der Handhebelwelle 22 ermittelt
werden. Dazu kann der Sensor 56 ebenfalls mit dem Steuergerät 46 verbunden
sein. Da der Betätigungshebel 18 genau
wie die Scheibe 40 (dreh-)fest mit der Welle 22 verbunden ist,
lassen sich somit auch Rückschlüsse über die Lage
des Hebels 18 ziehen.
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Wird
bestimmt, dass sich sowohl die Handhebelwelle 22 als auch
der Pressenstößel in ihren
jeweiligen Ausgangslagen befinden, aus der ein Pressvorgang gestartet
werden kann, wird vom Steuergerät 46 ein
Signal an die Kupplung 54 ausgegeben, so dass sich die
Kupplung 54 schließt,
d.h. die innere Welle 22 und die äußere Hohlwelle 50 werden
zumindest kraftschlüssig
miteinander verbunden. Ein Kraftfluss zwischen dem Hebel 18 und
dem Pressenstößel 32 ist
somit möglich.
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Anschließend wird
der Hebel 18 in Richtung des Pfeils 26 verdreht,
um die Werkstücke 36, 38 miteinander
zu verpressen.
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Im
Normalfall, d.h. wenn keine unzulässig große Presskraft auftritt, die
mit dem Kraftmesssystem 49 gemessen werden kann, erreicht
der Hebel 18, und somit auch der Pressenstößel 32,
irgendwann seine (elektronische oder mechanische) Endlage. Die mechanische
Endlage ist dann erreicht, wenn der Pressenstößel den maximalen möglichen
Presshub durchlaufen hat bzw. der Hebel 18 gegen einen entsprechenden
mechanischen Anschlag bewegt wird. Die elektronische Endlage ist
erreicht, wenn entweder der Hebel 18 um einen vorbestimmten
Winkel verdreht wurde oder wenn der Pressenstößel 32 einen vorbestimmten
(Hub-)Weg zurückgelegt
hat.
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Die
elektronische Endlage könnte
einerseits durch den Sensor 56 detektiert werden, indem
die Bremsscheibe 40 z.B. in einem der Endlage entsprechenden
Bereich derart ausgestaltet ist, dass der raumfeste Sensor 56 die
Endlage erkennen kann. Wird als Sensor 56 z.B. ein induktiver
Sensor verwendet, so könnte
die Bremsscheibe 40 in diesem Bereich in axialer Richtung 24 mehr
oder weniger stark massiv ausgebildet sein.
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Die
elektronische Endlage kann auch so definiert sein, dass eine Sollpresskraft
(in Abhängigkeit vom
Weg des Pressenstößels 32)
erreicht wurde, d.h. zu verpressende Werkstücke ausreichend „gut" miteinander verpresst
wurden. Dazu kann ein Wegmesssystem 58 vorgesehen sein,
das in 1 schematisch durch eine ge strichelte Linie dargestellt
ist. Das Wegmesssystem 58 erfasst an den Pressenstößel 32 gekoppelte
Wegmarkierungen 59.
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Beim
Erreichen der Endlage kann das Steuergerät 46 – in Abhängigkeit
von Presskraft und/oder zurückgelegtem
Hubweg – die
Kupplung 54 dazu veranlassen, sich zu öffnen, womit der Kraftfluss
zwischen dem Hebel 18 und dem Pressenstößel 32 unterbrochen
wird. Der Stößel 32 kann
dann insbesondere durch eine in der 1 nicht
dargestellten Gasdruckfeder wieder in seine Ausgangslage zurückgestellt
werden, die der Ausgangslage des Hebels 18 entspricht.
Es ist von Vorteil, wenn der Pressenstößel 32 mit der Wegmarkierung 59 gekoppelt
ist, um die relative Lage des Pressenstößels 32 feststellen
zu können,
da aus dieser Information Rückschlüsse über die
erreichte Presskraft gezogen werden können. Durch die Bestimmung
der relativen Lage des Pressenstößels 32 kann
ferner verhindert werden, dass ein nachfolgender Pressvorgang durchgeführt wird,
bevor der Pressenstößel 32 sich
in seiner Ausgangslage befindet.
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Dieses
zusätzliche
Wegmesssystem 58 könnte
in Form eines linearen inkrementalen Messsystems realisiert sein,
das z.B. eine Auflösung
5 μm aufweist.
Die Wegmarkierungen 59 können mit Hilfe eines Messkopfes
abgetastet werden, der vorzugsweise im Kopfteil 16 angeordnet
ist und ebenfalls mit dem Steuergerät 46 verbunden ist.
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Die
Bremsscheibe 40 kann mit einer Rückstelleinrichtung, insbesondere
einer Feder (nicht dargestellt) verbunden sein. Die Feder ist dann
mit dem raumfesten Kopfteil 16 verbunden. In der Ausgangslage
ist diese Feder vorgespannt. In der Endlage ist sie derart gespannt,
dass, sollte die Bedienungsperson den Hebel 18 loslassen,
der Hebel 18 selbsttätig in
seine entsprechende Ausgangslage zurückgestellt wird. Dazu sollte
die Kupplung 54 geöffnet
sein.
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Sobald
der Pressenstößel 32 und
der Hebel 18 ihre jeweilige Ausgangslage wieder erreicht
haben, kann ein neuer Pressvorgang durchgeführt werden.
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Sollte
es bei einem Pressvorgang zu einer unvorhergesehen Überschreitung
der zulässigen Presskraft
kommen, bei der insbesondere eine Beschädigung des Kraftmesssystems 49 befürchtet werden
muss, kann gemäß der vorliegenden
Erfindung die Kupplung 54 vor dem Erreichen der Endlage
des Pressvorgangs geöffnet
werden. In diesem Falle wird der Kraftfluss zwischen dem Hebel 18 und dem
Pressenstößel 32 unterbrochen.
Die Kraft kann nicht mehr weiter auf den Kraftsensor 49 wirken.
Der Kraftsensor 49 ist somit gegen eine Überlast
geschützt.
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Ähnlich kann
ein vorzeitig abgeschlossener Pressvorgang, der als „gut" bewertet wird, beendet werden.
Dies bedeutet, dass der Kraftfluss auch dann unterbrochen wird,
sollte der Pressvorgang vor dem Erreichen des Endpunkts abgeschlossen
sein. Die über
den Betätigungshebel 18 ausgeübte Presskraft
kann mittels des Sensors 49 durch die (übergeordnete) Steuerung 46 registriert
werden. Die Steuerung 46 kann z.B. einen entsprechend vorbereiteten Mikroprozessor
umfassen. Wird durch die Steuerung 46 basierend auf einer
Kraft-Weg-Messung bestimmt, dass die zu verpressenden Werkstücke 36, 38 „gut" verfügt sind,
unterbricht die Steuerung 46 durch ein entsprechendes Signal
an die Kupplung 54 den Kraftfluss zwischen dem Hebel 18 und
dem Stößel 32.
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Die
Wegmessung erfolgt in diesem Fall vorzugsweise über das lineare inkrementale
Wegmesssystem 58.
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Ein
Pressvorgang kann auch alleine in Abhängigkeit von der relativen
Lage des Pressenstößels 32 abgebrochen
werden, ohne dass die Presskraft tatsächlich gemessen wird. Dazu
ist es jedoch erforderlich, dass die Kraft-Weg-Charakteristik der Presse
bekannt ist, so dass allein auf Grund des Hubwegs festgestellt werden
kann, ob bzw. wann eine „gute" Verpressung erzielt
wurde.
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Damit
nun die Bedienungsperson den Hebel 18 nicht einfach ins „Leere" bewegt, was mitunter
zu Verletzungen der Bedienungsperson selbst führen könnte, wird vorzugsweise zuerst
die Bremseinrichtung 40, 42, 44 betätigt.
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Konkret
geschieht dies wie folgt: Der Kraftsensor 49 erfasst die über den
Hebel 18 ausgeübte Presskraft;
die erfasste Presskraft wird vom Steuergerät 46 in zuvor festgelegten
Intervallen abgetastet; anschließend bestimmt das Steuergerät 46,
ob eine unzulässig
hohe Presskraft vorliegt, die den Kraftsensor 49 beschädigen könnte, indem
z.B. bestimmt wird, ob die erfasste Presskraft größer oder
gleich einem vorbestimmten Grenzwert ist, bzw. wann eine „gute" Verpressung der
Werkstücke 36, 38 eingetreten
(z.B. eine Sollpresskraft erreicht) ist; überschreitet die erfasste Presskraft
den vorbestimmten Grenzwert oder ist eine Sollpresskraft erzielt,
so gibt das Steuergerät 46 vorzugsweise
zuerst ein Signal an die Bremseinrichtung 40, 42, 44 aus,
um die Bewegung des Hebels 18 mehr oder weniger abrupt
zu stoppen; anschließend
wird von dem Steuergerät 46 ein
Kupplungssignal an die Kupplung 54 ausgegeben, um die Kupplung 54 zu öffnen; die
Kupplung 54 öffnet
sich; der Kraftfluss zwischen dem Hebel 18 und dem Pressenstößel 32 ist
somit unterbrochen; optional kann die Bremse wieder gelöst werden.
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Ähnliches
gilt, wenn nur der Hubweg gemessen wird.
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Je
nachdem, ob die Bedienungsperson weiterhin den Hebel 18 betätigt, kann
der Hebel 18 bis zum mechanischen Anschlag bewegt werden,
ohne jedoch in kraftschlüssiger
Verbindung mit dem Pressenstößel 32 zu
stehen, so dass die Gefahr einer Beschädigung des Kraftsensors 49 ausgeschlossen
ist. Oder die Bedienungsperson hat den Hebel 18 bereits losgelassen.
Wenn die Bedienungsperson den Betätigungshebel 18 bereits
losgelassen hat und die oben erwähnte
Rückstelleinrichtung
zwischen Bremsscheibe 40 und dem Kopfteil 16 vorgesehen
ist, stellt sich der Hebel 18 selbsttätig in seine Ausgangslage zurück.
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Im
ausgeschalteten Zustand der Presse 10 besteht vorzugsweise
keine Verbindung zwischen dem Hebel 18 und dem Pressenstößel 32,
was in einer erhöhten
Prozesssicherheit resultiert. Damit eine Verbindung errichtet werden
kann, muss die Kupplung 54 zuerst unter Strom gesetzt werden.
Es versteht sich jedoch, dass die Kupplung 54 auch genau umgekehrt
funktionieren könnte,
d.h. die Kupplung 54 könnte
auch im nicht aktivierten Zustand geschlossen sein, wobei dann das
Steuergerät 46 die Verbindung
zuerst unterbricht, bevor ein Pressvorgang durchgeführt werden
kann und dann die zuvor erwähnte Überprüfung der
Ausgangslage durchführt. Somit
ist immer gewährleistet,
dass die entsprechenden Ausgangslagen des Hebels 18 und
des Pressenstößels 32 zu
Anfang eines Pressvorgangs vorliegen.
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Anstatt
der eingangs erwähnten
Getriebeart, bei der eine Zahnstange mit einem Ritzel oder einem Zahnrad
kämmt,
könnte
auch ein Planetengetriebe, Schneckenradgetriebe, Kettentrieb, Riementrieb,
Kegelradtrieb, ein Kniehebel, ein Schuhhebel, ein Hydraulikgetriebe
o.Ä. verwendet
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die innere Handhebelwelle 22 und
die äußere Hohlwelle 50 nicht
nur kraftschlüssig,
sondern auch formschlüssig
miteinander verbunden.
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2 zeigt
eine stark schematisierte Schnittansicht senkrecht zu einer Kopplungsfläche zwischen
der inneren Handhebelwelle 22 und der äußeren Hohlwelle 50.
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Die
Zeichnungsebene der 2 entspricht der Ebene, die
senkrecht auf der Zeichnungsebene der 1 steht.
Die in 2 dargestellte Verzahnung 60 mit Raststellung
umfasst vorzugsweise einen einzigen (Rast-)Zahn 62, der
hier mit der äußeren Hohlwelle 50 ausgebildet
ist, und eine entsprechende Ausnehmung 64 in der inneren
Handhebelwelle 22. 2 stellt
einen Zustand dar, bei dem die Kupplung 54 (vgl. 1)
offen ist, so dass die Wellen 22 und 50 frei gegeneinander
verdreht werden könnten.
Sollte sich die Kupplung 54 schließen, bewegen sich die Wellen 22 und 50 entlang
der Achse 24 relativ aufeinander zu, so dass der Zahn 62 in
Eingriff mit der Ausnehmung 64 kommt.
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Es
versteht sich, dass der Zahn 62 alternativ auch mit der
inneren Handhebelwelle 22 und die Ausnehmung 64 mit
der äußeren Hohlwelle 50 ausgebildet
sein könnte.
Anstatt einer einzigen Zahnpaarung können auch mehrere Paare 62, 64 vorgesehen
sein. Ausgestaltungen mit lediglich einem (Rast-)Zahn sind jedoch
bevorzugt, wie es nachfolgend noch erläutert werden wird.
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Das
Zahnpaar 60 kann zusätzlich
dazu verwendet werden, die Ausgangslage des Pressenstößels 32 festzulegen.
Dies bedeutet, nur wenn die Wellen 22 und 50 richtig
zueinander stehen, d.h. wenn sich die Hohlwelle 50, und
somit auch der Pressenstößel 32,
in ihrer Ausgangslage befindet, können der Zahn 62 und
die Ausnehmung 64 ineinander eingreifen. Befindet sich
der Pressenstößel 32 (noch) nicht
in seiner Ausgangslage, ist auch keine Kopplung zwischen den Wellen 22 und 50 möglich.
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Ferner
sind in der 3 auf die Wellen 22, 50 bzw.
auf deren Verzahnung 62, 64 wirkenden Kräfte schematisch
entlang einer Verzahnungsflanke dargestellt, die parallel zu einer
imaginären
Linie 66 liegt.
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Angenommen,
zum Schließen
der Kupplung 54 (vgl. 1) ist eine
magnetische Kraft FM (3) erforderlich,
um bspw. die äußere Hohlwelle 50 bzw. deren
Zahn 62 in Richtung der inneren Hohlwelle 22 bzw.
deren Ausnehmung 64 zu bewegen. Die (Schließ-)Kraft
FM des Kupplungsmagneten 54 lässt sich
mit Hilfe eines Kräfteparallelogramms
in die zwei Kraftkomponenten FE und FS1 zerlegen, wobei FE die entlang
der imaginären
Linie 66 wirkende Einkopplungskraft und FS1 die
senkrecht zur Verzahnungsflanke wirkende Kraft repräsentiert.
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Wenn
die beiden Wellen 22, 50 miteinander gekoppelt
sind und der Betätigungshebel 18 von
einer Bedienungsperson betätigt
wird, wird die innere Handhebelwelle 22 eine Drehkraft
FD auf die äußere Hohlwelle 50 übertragen,
wie es ebenfalls in 3 dargestellt ist. Die Drehkraft
FD lässt
sich wiederum in zwei Kraftkomponenten FA und
FS2 zerlegen, wobei FA die
Auskoppelkraft und FX2 die senkrecht zur
Verzahnungsflanke wirkende Kraft repräsentiert.
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Solange
die Drehkraft einen gewissen Schwellenwert nicht überschreitet,
ist die auskoppelnde Kraftkomponente FA kleiner
als die einkoppelnde Komponente FE. Übt die Bedienungsperson jedoch
(spontan) eine sehr große
Kraft auf die Welle 22 aus, so wird sich die Drehkraft
FD schlagartig vergrößern, was in einer Vergrößerung der
auskoppelnd wirkenden Kraft FA resultiert.
Wird die Kraftkomponente FA größer als
die Kraftkomponente FE, so kommt es zu einer Öffnung der
Verzahnung 60, obwohl die Kupplung 54 geschlossen
bzw. noch nicht geöffnet
ist. Die Kraft, bei der die Verzahnung 60 selbsttätig öffnet, hängt von
deren Baugrößen, insbesondere
dem Flankenwinkel α,
ab. Die Kupplung 54 wirkt dann als mechanische Überlastkupplung.
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Mit
dieser Maßnahme
kann erreicht werden, dass, sollte es zu spontan auftretenden Drehmomenten
kommen, die von der Steuerung in dieser Geschwindigkeit nicht mehr
kompensiert werden können,
sich die Kopplung der Wellen 22, 50 selbsttätig öffnet. Dies
bedeutet wiederum, dass der Kraftfluss zwischen dem Betätigungshebel 18 und
dem Pressenstößel 32 getrennt
wird, so dass ein Kraftsensor wiederum gegen eine Überlast
gesichert ist.
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Anstatt
einer Verzahnung könnten
z.B. auch Rollen o.Ä.
verwendeten werden.