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Die
Erfindung betrifft eine Stanzeinrichtung für Elektrobleche, insbesondere
zum Stanzen von Rotor- oder Statorblechen für elektrische Maschinen.
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Bei
der Produktion von Elektroblechen, insbesondere Blechen für elektrische
Maschinen, können
verschiedene Fertigungsverfahren zum Einbringen der Statornuten,
Rotornuten, Lüftungslöcher oder
anderer Ausnehmungen zur Anwendung kommen. Dazu wird auf so genannten
Nutenstanzmaschinen häufig
ein Einzelnutverfahren durchgeführt, bei
dem die Nuten einzeln nacheinander erzeugt werden. Dieses Verfahren
verbindet Wirtschaftlichkeit mit hoher Flexibilität bei unterschiedlichen
Stanzradien und variantenreichen Lochbildern. Die Be- und Entladung
der Nutenstanzmaschine erfolgt entweder manuell oder automatisiert.
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Ein
Beispiel für
eine Nutenstanzmaschine ist der
DE 101 07 484 A1 zu entnehmen. Diese Druckschrift
offenbart einen mechanischen Stößelantrieb, bei
dem die Schwenkachse eines kraftübertragenden Hebels
mittels eines Exzenters verstellbar ist. Zur Verstellung des Exzenters
dient ein Servomotor. Damit lässt
sich der Stanzhub während
des Betriebs der Stanzeinrichtung verändern.
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Die
maximal aufbringbare Kraft hängt
bei dieser Lösung
von der Stellung des Exzenters ab, weil dieser die wirksame Länge der
Hebelarme des Schwenkhebels je nach Drehstellung verändert. Wird ein
Exzenter mit geringer Exzentrizität verwendet, ist das Ausmaß der Hubverstellung
ebenfalls gering.
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Die
EP 0364715 A1 offenbart
ebenfalls eine Nutenstanzeinrichtung mit mechanischem Stößelantrieb.
Zur Hubweitenverstellung dient wiederum ein Exzenter, der über einen
Pneumatikzylinder verstellt werden kann. Die Verstellung des Stempelhubs
ist durch die Endlagen des Antriebszylinders festgelegt.
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Die
DE 14 52 633 A offenbart
eine Nutenstanzeinrichtung mit einem nachgeordneten Magazin, das
einen fluidbetriebenen Druckstempel enthält. In dem Magazin werden die
ausgestanzten Bleche aufgestapelt. Der Stapel wird von dem Druckstempel zusammengedrückt. An
dem Magazin ist ein Höhenstandsgeber
vorgesehen, um die Stapelhöhe
zu bestimmen.
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Davon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Einrichtung
zum automatischen Stanzen von Elektroblechen insbesondere mit erhöhter Ausbringung
anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Einrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs
1 aufweist:
Die erfindungsgemäße Einrichtung weist für das Stanzwerkzeug
einen Stellantrieb auf, der mit dem Stößel verbunden ist, um diesen
zur Ausübung
des Stanzhubs wegkontrolliert zu verstellen. Zur aktuellen Wegerfassung
dient eine Wegmesseinrichtung, beispielsweise in Form eines linearen
Weggebers. Dieser kann die Position des Stellantriebs oder die Position
des Stößels erfassen.
Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Stanzeinrichtung eine Vorschubeinrichtung
zur kontrollierten Bewegung der Elektrobleche in Bezug auf die Matrize
des Stanzwerkzeugs auf. Die Verbindung von frei programmierbaren
Stößel/Weg-Verlauf
und frei programmierbarer Vorschubeinrichtung gestattet eine optimale Abstimmung
der Stanzzeiten und Transportzeiten ohne jede Beschränkung, die
sich sonst aus einer mechanischen Antriebskinematik zwangsläufig ergeben
würde.
Außerdem
können
die Be- und Entladepositionen im manuellen oder im automatisierten
Betrieb zeitoptimiert angefahren werden. Dies schlägt sich
in einer Ausbringung nieder, die gegenüber Maschinen nach dem jetzigen
Stand der Technik erhöht ist.
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Einige
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Der
Stellantrieb kann ein elektrischer, rotatorischer oder linearer
Antrieb sein. Er ist vorzugsweise ein Servoantrieb, der ständig positionsgeregelt
arbeitet. Als Stellantrieb kann außerdem ein Hydraulikzylinder
dienen, dessen Kolben mit dem Stößel verbunden
ist, um diesen anzutreiben. Vorzugsweise ist die Verbindung unmittelbar,
d.h. ohne Zwischenschaltung eines Getriebes, über eine Stange oder über direkten
Anschluss des Stößels an
dem Kolben gegeben. Der Stößel ist
gesondert geführt.
Bezüglich
quer zur Bewegungsrichtung des Stempels orientierten Richtungen
ist vorzugsweise eine Entkopplung zwischen Stellantrieb und Stößel vorgesehen.
Die Bewegungsübertragung
in Stempelbewegungsrichtung ist vorzugsweise spielfrei.
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Der
Hydraulikzylinder bildet einen Direktantrieb für den Stößel. Er legt einen Maximalhub
fest, der größer ist
als ein Stanzhub. Vorzugsweise ist der Maximalhub größer als
ein Lüfthub,
wie er zum Werkzeugwechsel oder zum Werkstückwechsel erforderlich ist.
Somit sind sämtliche
Stößelbewegungen
frei programmierbar festlegbar. Die Bewegung des Stanzstempels erfolgt
vorzugsweise zu jedem Zeitpunkt positionsgeregelt. Es ist jedoch
alternativ auch möglich,
lediglich definierte Punkte der Bewegungsbahn des Stößels festzulegen,
beispielsweise seinen oberen und seinen unteren Totpunkt sowie die
Zeiten, zu denen er die Totpunkte erreichen, bzw. verlassen muss.
In diesem Fall erfolgt die Kontrolle über die Stößelbewegung lediglich zeitabschnittsweise
positionsgeregelt.
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Vorzugsweise
ist der Hydraulikzylinder über elektrisch
betätigte
Ventile gesteuert. Diese sind vorzugsweise als schnell schaltende
elektrisch betätigte Ventile
ausgebildet, die unter der Kontrolle der Steuereinrichtung stehen.
Damit kann die Steuereinrichtung die Bewegung des Stellantriebs,
seine Positionen und seine Momentangeschwindigkeiten steuern.
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Die
Vorschubeinrichtung enthält
zumindest einen Servomotor, der mit einer Aufnahme für das Elektroblech
vorzugsweise unmittelbar oder aber auch über eine Getriebestufe zumindest
mittelbar verbunden ist. Die Drehposition des Servomotors entspricht
somit der Drehposition des Elektroblechs. Bei Verbindung ohne ein
Getriebe wird ein Getriebespiel oder dergleichen vermieden. Der
Positionsregler des Servomotors kann somit ohne weiteres zur Positionierung
des Elektroblechs herangezogen werden. Gesonderte Wegaufnehmer sind überflüssig.
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Sowohl
der Stellantrieb des Stößels auch
der Servomotor der Vorschubeinrichtung gestatten eine stufenlose
Einstellung der Stanzweiten bzw. der Transportschritte. Es können jedoch
auch z.B. mittels der Software der Steuereinrichtung Stufen oder Schrittweiten
für die
Einstellung der Bewegungen des Stellantriebs und der Vorschubeinrichtung
vorgegeben werden.
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Weitere
Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und der Figurenbeschreibung.
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In
der Zeichnung ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
Es zeigen:
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1 eine
Stanzeinrichtung in schematisierter Seitenansicht,
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2 das
Stanzwerkzeug der Stanzeinrichtung nach 1 und
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3 und 4 verschiedene Weg/Zeit-Verläufe, die
von dem Stößel zu durchfahren
sind.
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In 1 ist
eine Stanzeinrichtung 1 veranschaulicht, mit einem Maschinengestell 2,
die einen vorzugsweise in zumindest einer Richtung verstellbaren
Tisch 3 aufweist. Vorzugsweise ist dieser mit einem nicht
weiter veranschaulichten Stellantrieb in einer Horizontalrichtung
verstellbar. Der Tisch 3 trägt eine Vorschubeinrichtung 4,
die zur Positionierung eines nicht weiter veranschaulichten Elektroblechs dient,
wenn dieses zu stanzen ist. Die Vorschubeinrichtung 4 umfasst
einen Servomotor 5, dessen Abtrieb unmittelbar oder mittelbar
mit einem Träger
für das
Elektroblech verbunden ist. Außerdem
kann an dem Servomotor 5 ein inkrementaler oder sonstiger Winkelgeber 5a vorgesehen
sein, der die Drehposition des Servomotors 5 und somit
auch die Drehposition des zu stanzenden Elektroblechs erfasst. Das Elektroblech
ist dazu während
der Bearbeitung mit dem von dem Servomotor 5 betätigten Träger drehfest
verbunden.
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Das
Maschinengestell 2 trägt
außerdem
einen Stellantrieb 6, beispielsweise ein Form eines Hydraulikzylinders 7,
dessen Abtrieb 8 in Form einer Kolbenstange mit einer Aufnahme 9 für einen
Stanzstempel 10 verbunden ist. Der Stanzstempel gehört zu einem
Stanzwerkzeug 11, zu dem außerdem eine Matrize 12 gehört. Das
Stanzwerkzeug 11 ist von einem an dem Maschinengestell 2 vorgesehenen
Träger 13 lösbar gehalten.
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Der
Hydraulikzylinder 7 ist durch Ventile 14, 15 gesteuert,
die über
Leitungen 16 bis 19 mit einem Hydrauliksystem
verbunden sind. Mit den Leitungen 16, 18 wird
Hydraulikfluid unter Druck zu den Ventilen 14, 15 geliefert.
Die Leitungen 17, 19 leiten aus dem Hydraulikzylinder 7 kommendes
Hydraulikfluid ab. Die Ventile 14, 15 sind elektrisch
betätigte
Schnellventile, die an eine Steuereinrichtung 20 angeschlossen
sind. Außerdem
ist ein Weggeber 21 an den Hydraulikzylinder 7 angeschlossen,
um die Position des nicht weiter veranschaulichten Hydraulikkolbens
und somit mittelbar auch die Position des insoweit starr mit dem
Kolben verbundenen Stanzstempels 10 zu erfassen. Alternativ
kann der Weggeber 21 an dem Abtrieb 8 oder der
Aufnahme 9 angeordnet sein.
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Wie
vorstehend beschrieben, ist die Steuereinrichtung 20 somit
sowohl mit dem Stellantrieb 6 wie auch mit dem Servomotor 5 verbunden,
um diese zu steuern. Außerdem
ist die Steuereinrichtung 20 mit dem Weggeber 21 und
dem Geber 6a verbunden, um die jeweilige Ist-Position des
Stanzstempels 9 bzw. des Elektroblechs zu erfassen. Der
Servomotor 5 und der Stellantrieb 6 sind durch
die Steuereinrichtung programmgesteuert stufenlos und kontrolliert, d.h.
positionsgeregelt positionierbar. Es können variable und aufeinander
abgestimmte optimierte Weg/Zeit-Kurven für beide Antriebe vorgesehen
werden. Unter „stufenloser" Verstellung wird
auch jede Verstellung verstanden, die sehr kleine z.B. durch inkrementale
Wegsensoren vorgegebene Stufen bedingt, deren Größe unterhalb der geforderten
Einstellgenauigkeit liegt.
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Das
in 1 lediglich schematisch veranschaulichte Stanzwerkzeug 11 ist
in 2 gesondert dargestellt. Es weist einen zu dem
Stanzstempel 10 gehörigen
oberen Träger 22 auf,
der mehrere, beispielsweise zwei, Stempel 23, 24 hält. Die
Stempel 23, 24 können eine unterschiedliche
Länge aufweisen,
so dass sie das Elektroblech 25 bei unterschiedlichen Positionen
durchstoßen.
Damit können
abhängig
von der Größe des Stanzhubs
verschiedene Lochmuster erzeugt werden, indem nur der Stempel 23 oder
beide Stempel 23, 24 durch das Elektroblech 25 stoßen.
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Die
insoweit beschriebene Stanzeinrichtung 1 arbeitet wie folgt:
Die
Steuereinrichtung 20 gestattet die Einstellung einer frei
programmierbaren Stößelbewegung
sowie einer frei programmierbaren Bewegung des Servomotors 5.
Gegebenenfalls kann die Steuereinrichtung 20 zusätzlich einen
Servomotor steuern, der den Tisch 3 kontrolliert bewegt,
um beispielsweise Nutenstanzpositionen radial gegeneinander zu versetzen. Zu
jedem Zeitpunkt oder in zeitlich schneller Folge erhält die Steuereinrichtung 20 von
dem Weggeber 21 und dem Geber 6a Signale, die
die Position des Stanzstempels 10 sowie des Elektroblechs 25 kennzeichnen.
Sie vergleicht diese Ist-Positionen mit Soll-Positionen und steuert
den Stellantrieb 6 wie auch den Servomotor 5 entsprechend
an, um die Ist-Positionen mit den Soll-Positionen in Übereinstimmung
zu bringen. Dabei kann sie den Stanzstempel 10 gezielt
und stufenlos in gewünschte
Positionen überführen. 3 veranschaulicht
dazu einen möglichen
Weg/Zeit-Verlauf. Der Stanzstempel 10 bewegt sich dabei
zwischen einem oberen Maximum, das er im so genannten Lüfthub LH
einnimmt. Die sonstigen Arbeitsspiele können sich zwischen einem oberen Totpunkt
OT, einem ersten unteren Totpunkt UT1 und einem zweiten unteren
Totpunkt UT2 abspielen, der tiefer liegt als der Totpunkt UT1. Es
ist möglich,
die Bewegung des Stellantriebs 6 und somit des Stanzstempels 10 genau
vorzugeben, indem der Ort des Stanzstempels 10 für jeden
Zeitpunkt festgelegt wird. In diesem Fall legt die Steuereinrichtung 20 die
gesamte Kurve gemäß 3 fest.
Wenn nur der untere Totpunkt UT1 erreicht wird, ist nur der Stempel 24 aktiv.
Wird der untere Totpunkt UT2 erreicht, sind beide Stanzstempel 23, 24 aktiv.
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Es
ist auch möglich,
für die
Stößelbewegung nur
die Zeitpunkte vorzugeben, zu denen der obere Totpunkt OT, der untere
Totpunkt UT1, der untere Totpunkt UT2 und die Lüftposition LH erreicht werden sollen.
In diesem Fall wird der Stanzstempel 10 noch immer in dem
Sinne wegkontrolliert gesteuert, indem die Totpunkte wegkontrolliert
eingenommen werden. Die Position der Totpunkte ist stufenlos festlegbar.
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4 veranschaulicht
einen Bewegungsverlauf, bei dem zwischen dem maximal möglichen
oberen Totpunkt PO und dem tiefsmöglichen unteren Totpunkt PU
verschiedene Totpunkte P0, P1, P2 und P3 angefahren werden. Wie
ersichtlich, ist die Stößelposition
durch den hydraulischen Stößelantrieb
im Verfahrbereich des Hydraulikzylinders 7 frei programmierbar.
Die angegebenen Totpunkte sowie jeder weitere beliebige Punkt sind
im Bereich des Verfahrwegs des Hydraulikzylinders 7 frei
wählbar.
So wird es möglich,
auch in mehr als zwei Ebenen zu stanzen und eine optimale Anpassung
an den Prozess zu erreichen. Der Stößelweg wird dabei mittels des
Wegmesssystems überwacht,
das durch den Weggeber 21 und die angeschlossene Steuereinrichtung 20 gebildet
ist, so dass eine Lageregelung realisiert werden kann. Außerdem ist
es möglich,
an dem Hydraulikzylinder 7 und/oder dem Stanzstempel 10 und/oder in
oder an dem Abtrieb 8 und/oder der Aufnahme 9 einen
Druck- bzw. Kraftsensor vorzusehen, so dass auch die Presskraft
gemessen und geregelt werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, durch
solche Sensoren einen Überlastschutz
zu realisieren. Außerdem
ist es möglich,
die Presskraft ständig
zu überwachen.
Eine solche Presskraftüberwachung lässt Rückschlüsse auf
den Stanzprozess zu, beispielsweise auf den Stempelverschleiß oder auf
die Zuführung
von falschem Material.
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Der
erfindungsgemäße Stößelantrieb
ist einfach aufgebaut. Es entfallen verschleißbehaftete mechanische Baugruppen,
wie Exzenterwelle, mechanische Hubverstellung, Kupplung, Bremse,
Schwungrad, Riemen, Hebel usw. Zudem wird die Funktion des Lüftungshubs
durch den Hydraulikzylinder 7 übernommen, so dass die sonst
zur Durchführung des
Lüftungshubs
erforderlichen Baugruppen ebenfalls entfallen können.
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Ein
weiterer Vorteil liegt im Wegfall einer manuellen Stößelverstellung.
Auch diese Funktion kann mit dem hydraulischen Stellantrieb 6 realisiert
werden.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Stanzeinrichtung
wird der Stanzstempel 10 durch einen hydraulischen Stellantrieb 6 angetrieben,
wobei in Verbindung mit einer servomotorisch ange triebenen Vorschubeinrichtung 4 und
Wegmesssystemen an der Stößelachse
und der Teilapparateachse (Vorschubachse) die Stößelbewegung relativ zur Vorschubbewegung
des Teilapparates frei programmierbar ist.