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Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem einer Mehrpunkt-Umformpresse mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff einer der Patentansprüche 1 bis 5.
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Stand der Technik
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Nach
DE 10 2004 009 256 ist eine mechanische Mehrservopresse bekannt, bei der Servomotoren mit zugeordnetem Ritzel als einstufiges Getriebe an beabstandeten Stellen jeweils ein Exzenterrad zum Antrieb eines Stößels mit zwei Druckpunkten antreiben. Durch das begrenzte Übersetzungsverhältnis des einstufigen Getriebes sind bei großen Presskräften hohe Drehmomente der Servomotoren erforderlich. Die Schrift offenbart diesbezüglich, dass die Servomotoren durch die Nutzung der Schwungenergie der Massenträgheitsmomente des Getriebes entlastbar sind. Da dieser Effekt nur bei erhöhten Drehzahlen nutzbar ist, wären die Servomotoren insbesondere im Einrichtbetrieb bei geringen Drehzahlen unterdimensioniert, um die installierte Presskraft aufzubringen.
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Die für den Fall der mechanischen Synchronisierung zusätzlich im Getriebe erforderlichen, die Exzenterräder verbindenden Zwischenräder verursachen erhöhte Aufwendungen.
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Zum Abbremsen und Arretieren des Stößels werden Bremsmotoren vorgeschlagen. Aufgrund des begrenzten Übersetzungsverhältnisses des einstufigen Getriebes sind erhöhte Bremsmomente erforderlich, wodurch das Massenträgheitsmoment zunimmt. Erforderliche Mittel zur Erreichung einer für den Pressenbetrieb notwendigen Sicherheitkategorie, einschließlich der möglichen Verriegelung des Stößels sind nicht offenbart.
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Nach
WO 2004/056559 ist eine weitere Pressvorrichtung mit einem Druckpunkt bekannt, bei der ein unmittelbar auf der Exzenterwelle angeordneter Direktantrieb in Form eines frequenzgesteuerten Drehstrommotors die Bewegung des Stößels steuert. Die begrenzt verfügbaren Drehmomente des Servomotors ermöglichen ohne zwischenliegendes Getriebe relativ geringe Presskräfte.
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Für die betriebsmäßigen Ein/Aus Bewegungen der Pressvorrichtung sind Not-Aus-Vorrichtungen über die Motorsteuerung und/oder mechanische Vorrichtungen vorgesehen, ohne den zur Erfüllung der Sicherheitsanforderungen notwendigen Aufbau und deren Funktionen zu offenbaren.
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Die
JP 2006061974 beschreibt ein Antriebssystem einer Mehrpunkt-Umformpresse, deren Kurbelräder jeweils über ein zweistufiges Getriebe mittels eines separat steuerbaren Servomotors antreibbar sind, wobei die erste Getriebestufe als Zugmittelgetriebe ausgebildet ist, deren Zugmittel im Fall einer Vierpunkt-Presse unterschiedliche Längen zwischen der vorderen und hinteren Druckpunktgruppe aufweisen.
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In einer weiteren Mehrpunkt-Umformpresse nach
JP 2005271070 wird das jedem Druckpunkt separat zugeordnete, mit einer Kurbel verbundene Antriebsrad jeweils über ein oder zwei einstufige Zahnradgetriebe von einen Servomotor angetrieben, wobei im Fall einer Vierpunkt-Presse der Antrieb für die beiden zu einer Druckpunktgruppe gehörenden Antriebsräder alternativ von einem oder zwei gemeinsamen einstufigen Getriebe erfolgen kann.
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Erforderliche Mittel zur Erreichung einer für den Pressenbetrieb notwendigen Sicherheitskategorie, einschließlich der möglichen Verriegelung des Stößels sind in den beiden letztgenannten Druckschriften nicht offenbart.
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Aus der
DE 199 32 990 ist für eine mit einem Schwungrad und einer Kupplungs-Bremskombination ausgerüstete konventionelle mechanische Presse eine Stößelver- und Stößelentriegelungseinrichtung bekannt, bei der eine kraftschlüssige von der Hauptbremse unabhängig gesteuerte Zusatzbremse auf einer zentralen Welle angeordnet ist, deren Funktion zur Erfüllung der Sicherheitsanforderungen zyklisch und redundant überwacht wird und in die Pressensicherheitssteuerung integriert ist.
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Eine weitere Verriegelungseinrichtung für einen Pressenstößel ist aus der
DE 199 10 965 bekannt, bei der die stufenlose Verriegelung einer gegebenenfalls auf mehrere Stößel gleichzeitig wirkenden Hauptantriebswelle durch eine mittels Positioniereinrichtung in Eingriff bringbare Außen- und Innenverzahnung erreicht wird.
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Die
DE 101 35 663 beschreibt eine an eine Bremseinrichtung angebaute formschlüssige Hochhalteeinrichtung, bei der ein Zahnkranz in der gemeinsamen Führung der Außenlamellen einer Lamellenbremse drehfest gelagert und in einen Gegenzahnkranz längsverschiebbar ist, wobei der Gegenzahnkranz zur formschlüssigen Kopplung eine Drehbewegung ausführen kann.
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Aus den drei letztgenannten Druckschriften sind keine Anwendungen in im Wesentlichen schwungrad- und kupplungslosen Servo-Pressen offenbart.
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Aus der
DE 102 44 318 ist eine Presse mit Servo-Spindelantrieb bekannt, deren Antriebsbewegung durch einen Bremsmotor und/oder durch eine mechanische Bremseinrichtung anbremsbar ist.
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Die
JP 2003290997 offenbart eine Einpunkt-Umformpresse, deren mit einer Kurbel verbundenes Antriebsrad über ein einstufiges Getriebe von einem Servomotor beaufschlagbar ist, wobei zwischen dem Servomotor und dem Antriebsrad eine gestellseitig gelagerte Bremse vorgesehen ist.
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Um die maschinentechnischen und personellen Sicherheitsforderungen an Pressen zu erfüllen, sind die Maßnahmen der beiden letztgenannten Druckschriften zur Einstufung in eine definierte Sicherheitskategorie nicht ausreichend.
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Aufgabe und Vorteil der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem für eine Mehrpunkt-Umformpresse so zu gestalten, dass einerseits mit den verfügbaren Drehmomenten von Servomotoren hohe Presskräfte erreichbar sind und andererseits der getriebetechnische Aufwand sowohl bei der Ausgestaltung des Antriebes mit mehreren mechanisch synchronisierten Druckpunkten als auch bei der Ausgestaltung des Antriebes mit jeweils unabhängig voneinander steuerbaren Druckpunkten zu reduzieren. Dabei zielt die letztere Ausgestaltungsvariante insbesondere auf eine räumliche Kippungsregelung des Stößels in zwei Ebenen bei Anwendung einer mit vier Druckpunkten ausgestalteten Umformpresse. Weiterhin sind die maschinen- und personellen Sicherheitsforderungen für die von einem oder mehreren Servomotoren steuerbaren Presse zu erfüllen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Antriebssystem einer Mehrpunkt-Umformpresse mit den Merkmalen von jeweils einem der Patentansprüche 1 bis 5 gelöst. Weitere detaillierte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 6 bis 19 beschrieben.
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Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, die für eine hohe Presskraft des Stößels erforderlichen Drehmomente von den Servomotoren über Zwischengetriebe, vorzugsweise doppelte Vorgelege auf die Exzenter- oder Kurbelmechanismen zu übertragen, wobei bei Mehrpunktpressen die symmetrisch gestalteten Antriebszweige für die rechten und linken Druckpunkte bei Zwei-Punktpressen oder Druckpunktgruppen bei Vier-Punktpressen wahlweise miteinander mechanisch so synchronisierbar sind, dass jeweils die Zwischenräder des ersten oder eines der ersten Vorgelege wirkverbunden sind. Es ist ebenso denkbar, mit einem einfachen Vorgelege jeweils die separat zu einem Druckpunkt einer Vier-Punktpresse gehörigen Exzenter- oder Kurbelmechanismen anzutreiben, wodurch eine räumliche Kippungsregelung des Stößels in zwei Ebenen möglich ist.
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Dazu sind in einem ersten Ausgestaltungstyp die dem jeweiligen Kurbelrad separat zugeordneten, mittels eines Servomotors steuerbaren Ritzelwellen so radial zueinander versetzt angeordnet, dass die Ritzelwellen einerseits mit einem gestellseitig gelagerten Servomotor und andererseits mit einer gestellseitig gelagerten Halteeinrichtung verbunden sind. Dabei können die Servomotoren und Halteeinrichtungen jeweils gemeinsam auf einer Seite oder bezüglich der benachbart hintereinander liegenden Druckpunkte vorzugsweise jeweils gespiegelt zueinander angeordnet sein.
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Es ist weiterhin denkbar, mit einem einfachen Vorgelege ein den beiden Druckpunktgruppen einer Vier-Punktpresse jeweils gemeinsam zugeordnetes Kurbelrad separat anzutreiben, wodurch eine Kippungsregelung des Stößels lediglich in einer Ebene möglich ist.
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Bei Verzicht auf eine vom Stößelantrieb steuerbare Kippungsregelung kann diese Ausführung auf eine Umformpresse mit alternativer Lage der Antriebswellen in Längsrichtung abgewandelt werden, indem ein einfaches Vorgelege ein den beiden Druckpunkten einer Zwei-Punktpresse gemeinsam zugeordnetes Kurbelrad antreibt.
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In einem zweiten Ausgestaltungstyp wird jedes Kurbelrad von einer ersten servomotorgetriebenen Ritzelwelle angetrieben, wobei mittels der koaxial auf den Ritzelwellen angeordneten Zwischenräder eine mechanische Synchronisation der zu einer Mehrpunktpresse gehörenden rechten und linken Druckpunkte oder Druckpunktgruppen möglich ist.
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Für höhere Leistungen steht in einem dritten Ausgestaltungstyp jeweils ein zweites Vorgelege einerseits mit einem servomotorgetriebenen ersten Vorgelege und andererseits über eine zweite Ritzelwelle mit dem zugehörigen Kurbelrad in Wirkverbindung. Die zum ersten Vorgelege gehörigen, jeweils koaxial auf der zweiten Ritzelwelle angeordneten Zwischenräder sind zwecks wahlweiser mechanischer Synchronisierung der Druckpunkte wirkverbindbar. Um in einem vierten Ausgestaltungstyp das in das Kurbelrad eingeleitete Moment zu teilen, ist es möglich, je Kurbelrad zwei zweite Ritzelwellen einzusetzen, deren jeweils koaxial angeordnete und zum ersten Vorgelege gehörigen Zwischenräder so beabstandet sind, dass diese von einer servomotorgetriebenen ersten Ritzelwelle gemeinsam antreibbar sind. Auch hier sind die koaxial angeordneten Zwischenräder einer der zweiten Ritzelwellen benachbarter Druckpunkte untereinander zwecks mechanischer Synchronisierung wirkverbindbar.
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In einer vorteilhaften Ausführung kann durch axiales Verschieben dieser Zwischenräder und des zugehörigen Ritzels die Wirkverbindung zwischen den Druckpunkten an- und abwählbar gestaltet werden.
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In einem fünften Ausgestaltungstyp sind die Kurbelräder der nebeneinander liegenden Druckpunke oder Druckpunktgruppen über ein einfaches oder vorzugsweise doppeltes Vorgelege zentral von einem oder mehreren Servomotoren mit Leistungsverzweigung über ein die Kurbelräder mechanisch synchronisierendes Zwischenrad antreibbar. Bei einem einfachen Vorgelege kann in einer vorteilhaften Ausführung die einerseits auf eines der beiden Kurbelräder und andererseits auf das die Kurbelräder synchronisierende Zwischenrad wirkende Ritzelwelle von einem am ersten Ende gelagerten Servomotor angetrieben werden, wobei die zugehörige Halteeinrichtung am zweiten Ende gelagert ist.
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Bei einer weiteren Ausführung dieses Ausgestaltungstyps mit doppeltem Vorgelege wird die Ritzelwelle der voran beschriebenen Ausführung von einem ersten Vorgelege so angetrieben, dass die zum ersten Vorgelege zugehörige erste Ritzelwelle einerseits mit einem Servomotor und andererseits mit einer Halteeinrichtung wirkverbunden ist.
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Es ist darüber hinaus möglich, dass die Ritzelwelle des ersten Vorgeleges mit gegenüberliegend gestellseitig gelagerten Servomotoren verbunden ist und die zugehörige Halteeinrichtung mit der Ritzelwelle des zweiten Vorgeleges oder des Zwischenrades in Wirkverbindung steht.
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Es ist ebenso denkbar, das in das zweite Vorgelege eingeleitete Moment zu teilen, indem zwei erste, radial zueinander versetzt angeordnete Ritzelwellen gemeinsam auf das zum zweiten Vorgelege gehörige Zahnrad wirken, wobei die ersten Ritzelwellen einerseits mit einem gestellseitig gelagerten Servomotor und mindestens eine erste Ritzelwelle andererseits mit einer gestellseitig gelagerten Halteeinrichtung verbunden sind.
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Zur weiteren Reduzierung des Antriebsmomentes ist es möglich, zwischen den Kurbelrädern und den Druckpunkten des Stößels jeweils ein eine Übersetzung bildendes Hebelgetriebe anzuordnen.
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Zur Erfüllung der maschinentechnischen und personellen Sicherheitsforderungen an Servopressen, die gegenüber konventionellen Pressen keine Kupplungs-Bremskombination zwischen Motor und Getriebe aufweisen, ist weiterhin erfindungswesentlich, dass der oder die Servomotoren mit einer Kombination aus einer mechanischen Halteeinrichtung und einer Einrichtung zur elektrischen Drehmomenten-Freischaltung wirkverbunden sind. Als mechanische Halteeinrichtungen sind entweder zwei unabhängig wirkende kraftschlüssige Sicherheitsbremsen in Form von Rotations- und/oder Linearbremsen oder mindestens eine kraftschlüssige Sicherheitsbremse und eine formschlüssige Blockiereinrichtung in Form einer Rotations- und/oder Linearblockierung einsetzbar. Die Rotationsbremse und Rotationsblockierung können je nach Ausgestaltungstyp vorteilhaft koaxial auf dem freien, dem Servomotor gegenüberliegenden Wellenende angeordnet sein, wobei die Lage auf der dem Servomotor zugeordneten schnelllaufenden Welle vorteilhaft zur Reduzierung des Brems- und Blockiermomentes nutzbar ist. Demgegenüber können Linearbremsen und Linearblockierungen zwischen dem Gestell und dem linear bewegbaren Stößel angeordnet werden.
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Die elektrische Drehmomenten-Freischaltung ist erforderlich, um ein unkontrolliertes Anlaufen der Servomotoren zu verhindern. Dazu ist in einer ersten Ausführung im Servo-Umrichtersystem ein abschaltbares Netzschütz vorgesehen. Ein abschaltbares Leistungsschütz in der Motorleitung ist in einer zweiten Ausführung anwendbar. In einer dritten Ausführung dient ein Abschaltelement für die Steuerenergie der Halbleiterventile des Motorwechselrichters zur Drehmomenten-Freischaltung.
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Je nach Einstufung der Presse in eine definierte Sicherheitskategorie können die Einrichtungen der jeweiligen Ausführung redundant ausgeführt werden, wobei es ebenso denkbar ist, mehrere dieser Ausführungen zu kombinieren.
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Ausführungsbeispiele
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Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:
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1 Antriebssystem einer Umformpresse nach einem ersten Ausgestaltungstyp in einer ersten Ausführung mit vier elektronisch synchronsierbaren Druckpunkten
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2 Antriebssystem einer Umformpresse nach einer zweiten Ausgestaltung mit zwei mechanisch synchronisierbaren Druckpunktgruppen
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3 Antriebssystem einer Umformpresse nach einer dritten Ausgestaltung mit zwei elektronisch synchronisierbaren Druckpunktgruppen
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4 Antriebssystem einer Umformpresse nach einer dritten Ausgestaltung mit zwei mechanisch synchronisierbaren Druckpunktgruppen
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5 Antriebssystem einer Umformpresse nach der dritten Ausgestaltung für variable Druckpunktabstände
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6 Antriebssystem einer Umformpresse nach der dritten Ausgestaltung mit wahlweise mechanisch und elektronisch synchronisierbaren Druckpunktgruppen
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7 Antriebssystem einer Umformpresse nach einer vierten Ausgestaltung mit zwei mechanisch synchronisierbaren Druckpunktgruppen
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8 Antriebssystem einer Umformpresse nach einer fünften Ausgestaltung mit Zentralantrieb für benachbarte Druckpunktgruppen und doppeltem Vorgelege mit zwei ersten Ritzelwellen
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9 Antriebssystem einer Umformpresse nach einer fünften Ausgestaltung mit Zentralantrieb für benachbarte Druckpunktgruppen und doppeltem Vorgelege mit einer ersten Ritzelwelle
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10 Sicherheitsvorrichtung in Kombination einer Halteeinrichtung und einer Einrichtung zur Drehmomenten-Freischaltung nach einer ersten Ausgestaltung
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11 Sicherheitsvorrichtung in Kombination einer Halteeinrichtung und einer Einrichtung zur Drehmomentenf-Feischaltung nach einer zweiten Ausgestaltung
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12 Detailansicht der Einrichtung zur Drehmomenten-Freischaltung aus 10 und 11
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13 Antriebssystem einer Umformpresse nach einem ersten Ausgestaltungstyp in einer zweiten Ausführung mit zwei elektronisch synchronsierbaren Druckpunktgruppen
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14 Antriebssystem einer Umformpresse in Längswellenanordnung mit einer mechanisch synchronisierten Druckpunktgruppe
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15 Antriebssystem einer Umformpresse nach einer fünften Ausgestaltung mit Zentralantrieb für benachbarte Druckpunktgruppen und einfachem Vorgelege
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In einem ersten Ausführungsbeispiel des ersten Ausgestaltungstyps ist aus 1 eine Vierpunkt-Umformpresse ersichtlich, deren Antrieb 2 mittels eines Kurbelmechanismus 3 auf die vier Druckpunkte 4 des Stößels 1 erfolgt, wobei jeder Druckpunkt 4 separat angetrieben wird. Der Kurbelmechanismus 3 jedes Druckpunktes 4 besteht aus einem im Kopfstück 27 gelagerten Kurbelrad 6, das abtriebsseitig über ein exzentrisch angelenktes Pleuel 28 mit dem Druckpunkt 4 des Stößels 1 und antriebsseitig mit einer ersten Ritzelwelle 8 verbunden ist. Im zweiten Ausführungsbeispiel des ersten Ausgestaltungstyps nach 13 ist jeweils den beiden Druckpunkten 4 einer Druckpunktgruppe 5 ein gemeinsames Kurbelrad 6 zugeordnet, dass antriebsseitig mit einer ersten Ritzelwelle 8.1, 8.2 verbunden ist. Diesen beiden Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass die im Kopfstück 27 gelagerte erste Ritzelwelle 8 von einem an deren ersten Wellenende angeordneten frei programmierbaren Servomotor 7 steuerbar ist. Der Servomotor ist vorteilhaft als Hohlwellenmotor ausgebildet. Das zweite Wellenende ist mit einer gestellseitig gelagerten Halteeinrichtung 9 wirkverbunden. Nach 1 sind die ersten Ritzelwellen 8 der hintereinander gelegenen, jeder Druckpunktgruppe 5 zugeordneten Kurbelrädern 6 dabei radial zueinander so versetzt angeordnet, dass die Servomotoren 7 für den Antrieb der vorderen Druckpunkte 4 an der Vorderseite und die Halteeinrichtungen 9 an der Rückseite des Kopfstücks 27 gelagert sind. Für die hinteren Druckpunkte 4 sind die Servomotoren 7 an der Rückseite und die zugehörigen Halteeinrichtungen 9 an der Vorderseite des Kopfstücks 27 gelagert. Die Halteeinrichtungen 9 sind als Rotationsbremsen 14 vorzugsweise als kraftschlüssige Sicherheitsbremsen 12 ausgebildet.
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Die separat steuerbaren Servomotoren 7 können durch elektronische Kopplung einerseits eine synchrone Bewegung des Stößels 1 erzeugen und andererseits durch eine asynchrone Bewegung eine Schiefstellung des Stößels 1 infolge der elastischen Federung bei außermittiger Belastung ausgleichen oder eine Soll-Schiefstellung bewerkstelligen, wobei durch die Vierpunkt-Ausführung eine räumliche Kippungsregelung des Stößels 1 in zwei Ebenen möglich ist.
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Das Ausführungsbeispiel nach 14 beschreibt eine Umformpresse in Längswellenanordnung mit zwei Druckpunkten 4, die von einem gemeinsamen, mittig angeordneten Kurbelrad 6 über eine Ritzelwelle 35 von einem Servomotor 7 angetrieben wird. Am gegenüberliegenden Ende der Ritzelwelle 35 ist die zugehörige Halteeinrichtung 9 in Form einer kraftschlüssigen, axial hintereinander angeordneten Doppelbremse 36 gelagert.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel nach 2 wirken die benachbarten Kurbelräder 6 jeweils auf die Druckpunkte 4 im Fall einer Zweipunkt-Umformpresse oder auf die Druckpunktgruppe 5 im Fall einer Vierpunkt-Umformpresse. Es ist im Fall einer Vierpunkt-Umformpresse ebenso möglich, dass jedem Druckpunkt ein separates Kurbelrad zugeordnet ist. Die Kurbelräder 6 werden jeweils über eine erste Ritzelwelle 8.1, 8.2 mittels eines Servomotors 7 angetrieben, wobei mittels der koaxial auf den Ritzelwellen 8.1, 8.2 angeordneten Zwischenräder 10.1, 10.2 eine mechanische Synchronisation der benachbarten Druckpunkte 4 oder Druckpunktgruppen 5 möglich ist.
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Den auf der Rückseite am Kopfstück 27 angeordneten Servomotoren 7 stehen auf der Vorderseite die koaxial mit den ersten Ritzelwellen 8.1, 8.2 wirkverbundenen Halteeinrichtungen 9 gegenüber. Die Halteeinrichtung 9 ist an der zum linken Kurbelrad 6 gehörigen ersten Ritzelwelle 8.1 als kraftschlüssige Sicherheitsbremse 12 und an der zum rechten Kurbelrad 6 gehörigen ersten Ritzelwelle 8.2 als Rotationsblockierung 16 vorzugsweise als formschlüssige Blockiereinrichtung 13 ausgebildet. Gegenüber der Sicherheitsbremse 12 mit kraftschlüssigem Wirkprinzip kann das formschlüssige Wirkprinzip der Blockiereinrichtung 13 beispielsweise durch eine in Eingriff bringbare Außen- und Innenverzahnung realisiert werden.
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Aus 3 und 4 ist eine dritte Ausgestaltung des Antriebssystems ersichtlich, bei der mittels eines doppelten Vorgeleges eine mit dem jeweiligen Kurbelrad 6 wirkverbundene zweite Ritzelwelle 11.1, 11.2 über ein koaxial angeordnetes Zwischenrad 10.1, 10.2 von einer mittels einem Servomotor 7 steuerbaren ersten Ritzelwelle 8.1, 8.2 angetrieben wird. Dabei erfüllen die in der Ausführung nach 4 untereinander wirkverbundenen Zwischenräder 10.1, 10.2 die zusätzliche Funktion der mechanischen Synchronisierung der benachbarten Druckpunkte 4.
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Es ist im Fall einer Vierpunkt-Umformpresse darüber hinaus möglich, dass jedem Druckpunkt ein separates Kurbelrad zugeordnet ist und die zweiten Ritzelwellen 11 gemeinsam auf zwei hintereinander liegende Kurbelräder 6 wirken.
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In Analogie zum Ausführungsbeispiel nach 2 befinden sich die mit den ersten Ritzelwellen 8.1, 8.2 wirkverbundenen Servomotoren 7 jeweils an der Rückseite und die Halteeinrichtungen 9 an der Vorderseite des Kopfstücks 27. Dabei ist die zur Ritzelwelle 8.1 zugehörige Halteeinrichtung 9 als kraftschlüssige Sicherheitsbremse 12 und die zur Ritzelwelle 8.2 zugehörige Halteeinrichtung 9 als formschlüssige Blockiereinrichtung 13 ausgebildet. Im Fall der aufgehobenen Wirkverbindung der Zwischenräder 10.1, 10.2 untereinander erfolgt entsprechend der Ausführung nach 3 eine elektronische Synchronisierung der benachbarten Druckpunkte 4. Dabei sind der Ritzelwelle 8.1 und 8.2 vorzugsweise jeweils eine kraftschlüssige Sicherheitsbremse 12 als Halteeinrichtung 9 zugeordnet.
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Um in Abhängigkeit der Pressenbaugröße unterschiedliche Abstände zwischen den benachbarten Druckpunkten 4 zu realisieren, können die den Kurbelrädern 6 zugeordneten zweiten Ritzelwellen 11.1, 11.2 auf einer gemeinsamen Kreisbahn 29 jeweils gleichsinnig um den gleichen Winkel entsprechend 5 verdreht angeordnet werden. Als Halteeinrichtungen 9 sind in dieser Ausgestaltung auf die Bewegung des Stößels linear wirkende Systeme in Form einer Linearbremse 15 und einer Linearblockierung 17 alternativ zu rotativ wirkenden Systemen beispielhaft dargestellt.
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Das vorstehend beschriebene doppelte Vorgelege ist darüber hinaus im Antriebssystem mit Längswellenanordnung gemäß 14 ebenso einsetzbar.
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Die dritte Ausgestaltung nach 4 kann vorteilhaft mit der Umschalt-Möglichkeit zwischen einer mechanischen und elektronischen Synchronisierung der Druckpunkte 4 modifiziert werden, indem entsprechend 6 mittels einer Schiebeeinrichtung 33 beispielsweise das zur ersten Ritzelwelle 8.2 gehörige Ritzel 34 und das damit wirkverbundene Zwischenrad 10.2 auf der zweiten Ritzelwelle 11.2 relativ so verschiebbar sind, dass die Wirkverbindung der Zwischenräder 10.1 und 10.2 aufhebbar ist.
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Um die Krafteinleitung in die Kurbelräder 6 zu optimieren, ist es entsprechend der vierten Ausgestaltung nach 7 mit für eine halbe Maschine dargestellten Antrieb 2 möglich, die in die Kurbelräder 6 eingeleiteten Momente zu teilen, indem zwei radial versetzt angeordnete zweite Ritzelwellen 11.1, 11.3 (dargestellt) und 11.2, 11.4 (nicht dargestellt) mit dem jeweiligen Kurbelrad 6 im Eingriff stehen. Auf den zweiten Ritzelwellen 11 sind jeweils die Zwischenräder 10.1, 10.3 (dargestellt) und 10.2, 10.4 (nicht dargestellt) koaxial angeordnet, wobei die Zwischenräder 10.1, 10.3 gemeinsam von der ersten Ritzelwelle 8.1 und die Zwischenräder 10.2, 10.4 gemeinsam von der ersten Ritzelwelle 8.2 (nicht dargestellt) steuerbar sind. Die untereinander wirkverbundenen Zwischenräder 10.1, 10.2 übernehmen die zusätzliche Funktion der mechanischen Synchronisierung der benachbarten Druckpunkte 4. Die ersten Ritzelwellen 8.1, 8.2 sind jeweils von den an der Rückseite des Kopfstücks 27 angeordneten Servomotoren 7 steuerbar. An der Vorderseite des Kopfstücks 27 sind die zu den ersten Ritzelwellen 8.1, 8.2 gehörigen Halteeinrichtungen 9 gelagert, die auf der ersten Ritzelwelle 8.1 als kraftschlüssige Sicherheitsbremse 12 (dargestellt) und auf der ersten Ritzelwelle 8.2 als formschlüssige Blockiereinrichtung 13 (nicht dargestellt) ausgebildet ist.
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8 und 9 beschreiben ein Antriebssystem nach einer fünften Ausgestaltung mit einem auf die benachbarten Kurbelräder 6 gemeinsam wirkenden Zentralantrieb. Hierzu treiben nach 9 ein oder wie dargestellt vorzugsweise zwei auf der ersten Ritzelwelle 8 koaxial gegenüberliegend angeordnete Servomotoren 7 über ein Vorgelegerad 32 eine zweite Ritzelwelle 11 an, deren Ritzel einerseits mit dem rechten Kurbelrad 6 und andererseits über ein im Kopfstück 27 separat gelagertes Zwischenrad 10 mit dem benachbarten linken Kurbelrad 6 wirkverbunden ist. Die Druckpunkte 4 sind über das Zwischenrad 10 mechanisch synchronisiert. Die als Halteeinrichtung 9 wirkende kraftschlüssige Sicherheitsbremse 12 und formschlüssige Blockiereinrichtung 13 sind am Kopfstück 27 gelagert mit der zweiten Ritzelwelle 11 verbunden.
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Um die von den Halteeinrichtungen 9 zu übertragenden Drehmomente zu reduzieren, werden im alternativen Ausführungsbeispiel nach 8 gegenüber der Ausführung nach 9 die Halteeinrichtungen 9 auf den schnelllaufenden Motorwellen angeordnet. Dazu treiben zwei zueinander versetzt angeordnete erste Ritzelwellen 8.1, 8.2 gemeinsam das auf der zweiten Ritzelwelle 11 befindliche Vorgelegerad 32 an. Jede der ersten Ritzelwellen 8.1, 8.2 wird von einem an der Rückseite des Kopfstücks 27 gelagerten Servomotor 7 gesteuert. Die zugehörigen Halteeinrichtungen 9 sind auf der ersten Ritzelwelle 8.1, 8.2 jeweils koaxial den Servomotoren 7 gegenüberliegend an der Vorderseite des Kopfstücks 27 gelagert. Die Halteeinrichtung 9 der Ritzelwelle 8.1 ist in Form einer Rotationsbremse 14 als kraftschlüssige Sicherheitsbremse 12 und die der Ritzelwelle 8.2 in Form einer Rotationsblockierung 16 als formschlüssige Blockiereinrichtung 13 ausgebildet. Analog 9 ist das Ritzel der zweiten Ritzelwelle 11 einerseits mit dem linken Kurbelrad 6 und andererseits über das im Kopfstück 27 separat gelagertes Zwischenrad 10 mit dem benachbarten rechten Kurbelrad 6 wirkverbunden. Zur Reduzierung der Drehmomente an den Halteeinrichtungen ist es ebenso möglich, analog der Ausführung nach 9 zusätzlich zu der mit zwei Servomotoren 7 steuerbaren ersten Ritzelwelle 8 auf einer weiteren ersten Ritzelwelle die zur Halteeinrichtung 9 gehörige kraftschlüssige Sicherheitsbremse 12 und formschlüssige Blockiereinrichtung 13 koaxial gegenüberliegend anzuordnen, wobei beide erste Ritzelwellen analog zur Ausführung nach 8 gemeinsam mit dem auf der zweiten Ritzelwelle 11 angeordneten Vorgelegerad 32 wirkverbunden sind.
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In einer weiteren Ausführung der fünften Ausgestaltung ist nach 15 das Antriebssystem mit Zentralantrieb für benachbarte Druckpunktgruppen mit einem einfachen Vorgelege ausgeführt. Dabei steht die Ritzelwelle 35 einerseits mit dem rechten Kurbelrad 6 und andererseits mit dem die beiden Kurbelräder 6 synchronisierenden Zwischenrad 10 in Wirkverbindung. Die Ritzelwelle 35 wird von einem Servomotor 7 angetrieben. Am gegenüberliegenden Ende der Ritzelwelle 35 ist die zugehörige Halteeinrichtung 9 in Form einer kraftschlüssigen, axial hintereinander angeordneten Doppelbremse 36 gelagert.
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Es ist im Fall einer Vierpunkt-Umformpresse darüber hinaus möglich, dass jedem Druckpunkt ein separates Kurbelrad zugeordnet ist und die Ritzelwelle 11, 35 mit zugehörigen Ritzeln gemeinsam auf zwei hintereinander liegende Kurbelräder 6 wirken.
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In diesem Fall stehen zur mechanischen Synchronisierung der benachbarten Druckpunkte die beiden auf der Ritzelwelle 11, 35 angeordneten Ritzel mit je einem Zwischenrad 10 in Wirkverbindung.
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Allen Ausführungen ist gemeinsam, dass durch die Servomotoren 7 flexible Weg- und Geschwindigkeitsprofile für die Bewegung des Stößels 1 erzielbar sind, wobei die Sollpositionen des Stößels 1 vorzugsweise mit Hilfe von leitwellengesteuerten elektronischen Kurvenscheiben erzeugt werden. Bezüglich des Wegprofils kann zwischen einer 360°-Umlaufbewegung, einer Reversierbewegung im Winkel <360° mit Durchlaufen des unteren Umkehrpunktes oder einer Bewegung im Winkel <180° mit Reversierung im Bereich des unteren Umkehrpunktes gewählt werden. Letztere Betriebsweise kann vorzugsweise in Verbindung mit der bei elektronischer Synchronisierung der Druckpunkte 4 möglichen Kippungsregelung des Stößels 1 jeweils in einer Ebene bei einer Zweipunkt-Umformpresse oder in zwei Ebenen bei einer Vierpunkt-Umformpresse genutzt werden.
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Es ist weiterhin allen Ausführungen gemeinsam, dass zur Erfüllung der personellen Sicherheitsforderungen der sichere Halt des Stößels 1 durch eine Kombination aus einer Halteeinrichtung 9 und einer Einrichtung zur Drehmomenten-Freischaltung 19 gewährleistet wird. Als mechanische Halteeinrichtungen 9 sind dabei entweder zwei unabhängig wirkende kraftschlüssige Sicherheitsbremsen 12 gemäß den Ausführungsbeispielen nach 1, 3, 6, 7 oder mindestens eine kraftschlüssige Sicherheitsbremse 12 und eine formschlüssige Blockiereinrichtung 13 gemäß den Ausführungsbeispielen nach 2, 4, 5, 8 einsetzbar, die den Stößel 1 in jeder beliebigen Stellung ohne Zeitverzögerung sicher ver- und entriegeln. Die Halteeinrichtungen 9 sind in ihrer Funktion zyklisch und redundant überwacht und in die Pressensicherheitssteuerung integriert. In den kraftschlüssigen, vorzugsweise federbetätigten Sicherheitsbremsen 12 wird dazu einerseits die Bremskraft zur Kontrolle der Federkraft durch Strommessung an dem mit einem definierten Antriebsmoment im Stillstand beaufschlagten Servomotor kontrolliert und andererseits die Endlage des Bremskolbens in der Bremsstellung im unverschlissenen Zustand überwacht. Die Überwachungssignale werden von der Sicherheitssteuerung mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen.
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In Ergänzung der voranbeschriebenen Maßnahmen zum sicheren Stillsetzen und Halten des Stößels 1 ist es zur Erfüllung maschinentechnischer Sicherheitsforderungen, insbesondere zur Vermeidung unzulässiger Belastungen möglich, einerseits das Drehmoment der Servomotoren 7 mit oder ohne direkte Kraftmessung zu begrenzen und andererseits in der Getriebekette Überlastelemente vorzusehen. Neben den mit einem Hydraulikpolster ausgestatteten Überlastsicherungen in den Druckpunkten 4 des Stößels 1 kann bedarfsweise mindestens ein rotativ wirkendes Überlastelement im rotierenden Teil der Getriebekette vorgesehen werden. Die Überlastsicherung ist über die Sicherheitssteuerung 26 mit der Steuerung der Servomotoren 7 verknüpft, um im Überlastfall den Antrieb zusätzlich abzubremsen.
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Aus 10 ist die Sicherheitsvorrichtung in Kombination einer Halteeinrichtung 9 und einer Einrichtung zur Drehmomenten-Freischaltung 19 nach einer ersten Ausgestaltung entsprechend dem Antriebssystems beispielsweise gemäß Ausführungsbeispiel mit elektronisch synchronisierbaren Druckpunkten nach 1 oder 3 ersichtlich. Die Kurbelräder 6 sind unabhängig voneinander über die erste Ritzelwelle 8.1, 8.2 vom jeweiligen Servomotor 7 steuerbar. Beiden Ritzelwellen 8.1, 8.2 ist eine kraftschlüssige Sicherheitsbremse 12 als Halteeinrichtung 9 zugeordnet.
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Die zweite Ausgestaltung der Sicherheitsvorrichtung gemäß 11 unterscheidet sich gegenüber der ersten Ausgestaltung im Wesentlichen darin, dass entsprechend der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele mit mechanisch synchronisierbaren Druckpunkten nach 2, 5, 7, 8 oder 9 die erste Ritzelwelle 8.1 mit einer kraftschlüssigen Sicherheitsbremse 12 und die zweite Ritzelwelle 8.2 mit einer formschlüssigen Blockiereinrichtung 13 als Halteeinrichtung 9 in Wirkverbindung steht. In beiden Ausgestaltungen werden die Servomotoren 7 über das vom Netzanschluss 23 gespeiste Servo-Umrichtersystem 18 mit der integrierten Einrichtung zur Drehmomenten-Freischaltung 19 gesteuert.
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Zur Erfüllung der personellen und maschinentechnischen Sicherheitsforderungen wirken die mechanischen Halteeinrichtungen 9 und die Einrichtungen zur elektrischen Drehmomenten-Freischaltung 19 in Kombination und werden von der Sicherheitssteuerung 26 gemeinsam gesteuert und überwacht. Die zur Verhinderung eines unkontrollierten Anlaufens der Servomotoren 7 erforderliche Drehmomenten-Freischaltung 19 kann durch folgende aus 11 ersichtliche Maßnahmen jeweils einzeln oder in Kombination realisiert werden. Neben dem im Servo-Umrichtersystem 18 in einer ersten Ausführung abschaltbar ausführbaren Netzschütz 20.1 ist ein abschaltbares Leistungsschütz 20.3 in der Motorleitung in einer zweiten Ausführung anwendbar. Ein Abschaltelement 20.2 für die Steuerenergie der Halbleiterventile des Motorwechselrichters 25 kann in einer dritten Ausführung zur Drehmomentenfreischaltung verwendet werden. Es ist ebenso denkbar, mittels eines Kurzschlussschützes 21 die Motorleitung in Verbindung mit Lastwiderständen 22 kurzzuschließen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stößel
- 2
- Antrieb
- 3
- Kurbelmechanismus
- 4
- Druckpunkt
- 5
- Druckpunktgruppe
- 6
- Kurbelrad
- 7
- Servomotor
- 8, 8.1, 8.2
- erste Ritzelwelle
- 9
- Halteeinrichtung
- 10, 10.1, 10.2
- Zwischenrad
- 11, 11.1, 11.2
- zweite Ritzelwelle
- 12
- kraftschlüssige Sicherheitsbremse
- 13
- formschlüssige Blockiereinrichtung
- 14
- Rotationsbremse
- 15
- Linearbremse
- 16
- Rotationsblockierung
- 17
- Linearblockierung
- 18
- Servo-Umrichtersystem
- 19
- Einrichtung zur Drehmomentenfreischaltung
- 20.1
- Netzschütz
- 20.2
- Abschaltelement für die Steuerenergie der Halbleiterventile des Motorwechselrichters
- 20.3
- Leistungsschütz in der Motorleitung
- 21
- Kurzschlußschütz
- 22
- Lastwiderstände
- 23
- Netzanschluß
- 24
- Netzstromrichter
- 25
- Motorwechselrichter
- 26
- Sicherheitssteuerung
- 27
- Kopfstück
- 28
- Pleuel
- 29
- Kreisbahn
- 30
- Motorleitung
- 31
- Hohlwellenmotor
- 32
- Vorgelegerad
- 33
- Schiebeeinrichtung
- 34
- Ritzel
- 35
- Ritzelwelle
- 36
- Doppelbremse
