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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für eine Presse.
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Bei Pressen der in Rede stehenden Art handelt es sich um Anlagen, bei welchen insbesondere kleinere Teile durch Umformprozesse bearbeitet werden. Bei derartigen Pressen liegen die Presskräfte zur Bearbeitung der Teile typischerweise im Bereich von 100 kN und 1000 kN. Dabei werden typischerweise mehrere hundert Bearbeitungen pro Minute mit den Pressen durchgeführt. Derartige Pressen können in Form von Stanzautomaten ausgebildet sein. Weiterhin können mit derartigen Pressen auch Umformprozesse wie Schneiden, Biegen und Prägen durchgeführt werden.
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Bekannte Pressen weisen einen Stößel zur Durchführung von Bearbeitungsvorgängen auf, wobei an dem Stößel ein Werkzeugoberteil angeordnet ist, das zur Durchführung von Umformprozessen mit einem stationär gelagerten Werkzeugunterteil zusammenwirkt. Zur Erzeugung einer vertikalen Auf- und Ab-Bewegung des Stößels ist ein elektrischer Antriebsmotor vorgesehen. Wie beispielsweise in der
DE 20 2005 062 181 A1 beschrieben, ist zudem ein Getriebe zur mechanischen Ankopplung des Antriebsmotors an den Stößel vorgesehen. Das Getriebe ist beispielsweise in Form eines Planetengetriebes ausgebildet.
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Derartige Systeme weisen generell einen relativ aufwändigen mechanischen Aufbau auf, was zu unerwünscht hohen Herstellkosten führt.
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Weiterhin besteht bei derartigen Pressen generell ein Problem darin, den Stößel ohne Verkippungen zu führen, um exakt reproduzierbare Umformprozesse durchführen zu können. Derartige Probleme treten insbesondere dann auf, wenn am Stößel größere Werkzeuge wie Folge-Verbundwerkzeuge befestigt sind, mit welchen Folgen unterschiedlicher Umformprozesse, wie zum Beispiel Schneiden, Biegen und Prägen von Teilen durchführbar sind. Durch die dabei auftretenden, sehr unterschiedlichen Belastungen des Stößels treten Verkippungen des Stößels auf.
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Aus der
DE 199 16 369 A1 ist eine Maschine zum Stanzen, Biegen und/oder Montieren von Blechteilen bekannt. Diese Maschine umfasst eine Antriebsvorrichtung, die in einer speziellen Ausgestaltung zwei Antriebsmotoren in Form von Torquemotoren aufweist, deren Antriebswellen jeweils eine Exzenterwelle bilden. Beide Exzenterwellen sind über Pleuel fest mit einem Schlitten verbunden, um diesen in vertikaler Richtung bewegen zu können.
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Aus der
US 2003/0066332 A1 ist eine Antriebsvorrichtung für eine Presse bekannt, bei welcher ein erster Servomotor vorgesehen ist, um eine vertikale Arbeitsbewegung eines Stößels zu erzeugen. Zudem ist ein weiterer Servomotor vorgesehen, um eine Höhenverstellung des Stößels vorzunehmen.
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Die
JP 2001113393 A betrifft eine Antriebsvorrichtung mit einem Antriebsmotor, der eine Exzenterwelle antreibt, durch welche ein Stößel in vertikaler Richtung bewegbar ist.
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Die
DE 10 2006 015 581 B3 betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines Umformprozesses, die einen Direktantrieb zum Antrieb eines Umformwerkzeuges aufweist. Im Direktantrieb werden mittels integrierter Messeinrichtungen zeitliche Verläufe des Motorstroms als Maß für die Kraft oder das Drehmoment des Direktantriebes und der Geschwindigkeit des Direktantriebs als Prozessparameter zur Erfassung und/oder Überwachung des Umformprozesses ermittelt.
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Aus der
DE 33 32 173 A1 ist eine Exzenterpresse bekannt, die als Ein-Pleuel-Maschine oder als Zwei-Pleuel-Maschine ausgebildet sein kann.
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Die
EP 0 367 035 A1 betrifft eine Presse mit einem Stößel, dessen Tauchtiefe einstellbar ist.
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Die
DE 10 2005 040 263 A1 betrifft ein Verfahren für eine Regelung einer Stößelbewegung bei einer servoelektronischen Presse.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung für eine Presse bereitzustellen, welche einerseits einen kompakten, kostengünstigen Aufbau aufweist und mittels derer reproduzierbare Umformprozesse mit hoher Bearbeitungsqualität durchführbar sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für eine Presse, die wenigstens zwei separate mechanisch entkoppelte elektrische Antriebsmotoren umfasst. Jeder Antriebsmotor treibt eine Antriebswelle an. Die Antriebswellen bilden Exzenterwellen, die jeweils über ein Gestänge mit dem Stößel gekoppelt sind. Die Bewegungen der Exzenterwellen sind in eine Arbeitsbewegung des Stößels umgesetzt. Die Motorströme der Antriebsmotoren werden als Prozessparameter in einer Steuereinheit ausgewertet. In Abhängigkeit der Motorströme ist eine Stößelverstellung zur Kompensation einer Stößelverkippung durchführbar. Jedem Gestänge ist ein Stellmotor zugeordnet. Die Stellmotoren sind zur Stößelverstellung vorgesehen. Jedes Gestänge weist eine Pleuelstange auf, an deren unteren Ende ein Pleuelzapfen mit einem Außengewinde gelenkig angekoppelt ist. Der Pleuelzapfen ist in einer im Stößel gelagerten Mutter geführt, die mittels eines Stellmotors betätigbar ist.
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Gegensatz zu bekannten Antriebseinrichtungen wird somit nicht nur an eifern Punkt des Stößels ein Gestänge angekoppelt, das von einem Antriebsmotor angetrieben wird und so die Arbeitsbewegung des Stößels erzeugt.
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Vielmehr sind nunmehr mehrere, jeweils von einem Antriebsmotor getriebene Gestänge an den Stößel angekoppelt, wobei diese Einheiten bevorzugt identisch ausgebildet und symmetrisch bezüglich von Symmetrieebenen des Stößels angeordnet sind. Damit erfolgt an mehreren Punkten des Stößels eine Krafteinleitung, die eine bessere Sicherung des Stößels gegen unerwünschte Verkippungen bewirkt.
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Die Führung des Stößels und damit die Qualität der mit diesem durchzuführenden Umformprozesse wird dadurch signifikant erhöht, indem die Motorströme der Antriebsmotoren als Kenngrößen für den Umformprozess ausgewertet werden. Da die Antriebsmotoren mechanisch entkoppelt sind, liefern deren Ströme aktuelle Informationen über den Kraftbedarf gerade durchgeführter Umformprozesse. Erfindungsgemäß werden die Motorströme der Antriebsmotoren dazu verwendet, um insbesondere während des laufenden Umformprozesses eine Stößelverstellung vorzunehmen, wodurch Verkippungen des Stößels unmittelbar nach deren Entstehung ausgeglichen und eliminiert werden können.
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Dabei weist jedes Gestänge eine Pleuelstange auf, an deren unteren Ende ein Pleuelzapfen mit einem Außengewinde gelenkig angekoppelt ist. Der Pleuelzapfen ist in einer im Stößel gelagerten Mutter geführt, welche mittels eines Stellmotors betätigbar ist.
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Zur Durchführung der Stößelverstellung ist erfindungsgemäß jedem Antriebsmotor ein Stellmotor in Form eines weiteren Servomotors zugeordnet. Mit wenigstens einem Stellmotor wird dann in Abhängigkeit der erfassten Motorströme aller Antriebsmotoren die diesem zugeordnete Mutter betätigt, wodurch der Pleuelzapfen in der Mutter verstellt wird und so eine entstandene Verkippung des Stößels kompensiert wird. Die so vorgenommene Stößelverstellung kann schnell und präzise durchgeführt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung eine Massenausgleichsvorrichtung vorgesehen. Die Massenausgleichsvorrichtung weist eine der Anzahl der Antriebsmotoren entsprechende Anzahl von Ausgleichsmassen auf, welche gelenkig an den Stößel angekoppelt sind. Jeweils eine Ausgleichsmasse ist einem von einem Antriebsmotor betätigten Gestänge zugeordnet.
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Die Funktionsweise der Massenausgleichsvorrichtung ist derart, dass von einem Antriebsmotor generierten Bewegung eines Gestänges eine Gegenbewegung der Ausgleichsmasse generiert wird, die in dem Stößel entstehende Schwingungen kompensiert.
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Hierzu sind die Ausgleichsmassen an die Masse des Stößels in geeigneter Weise angepasst. Durch die so durchgeführte Reduktion von Schwingungen wird die Qualität der mit der Antriebseinrichtung durchgeführten Bearbeitungsprozesse weiter verbessert.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1: Darstellung einer Antriebseinrichtung für eine Presse.
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2: Erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung für eine Presse.
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3: Zweites Ausführungsbeispiel einer Antriebseinrichtung für eine Presse.
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1 zeigt ein nicht beanspruchtes erstes Ausführungsbeispiel einer Antriebseinrichtung 1 für eine Presse, wobei diese teilweise im Schnitt dargestellt ist. Die Presse weist ein Pressengestell 2 in Schweiß- oder Gusskonstruktion mit einem Pressentisch 3 auf. Der Pressentisch 3 dient zur Aufnahme und Abstützung eines nicht dargestellten Werkzeugunterteils. Weiterhin ist ein Stößel 4 vorgesehen, welcher in vertikaler Richtung Arbeitsbewegungen ausführt.
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An dem Stößel 4 wird ein ebenfalls nicht dargestelltes Werkzeugoberteil befestigt. Zur Durchführung von Umformprozessen wird durch den Stößel 4 das Werkzeugoberteil gegen das Werkzeugunterteil bewegt. Die Bewegung des Stößels 4 erfolgt in vertikaler Richtung, in 1 angedeutet mit einem Doppelpfeil.
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Die Presse kann beispielsweise als Stanzautomat ausgebildet sein, bei welcher das Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil ein Stanzwerkzeug bilden, mit welchem Stanzvorgänge durchgeführt werden, bei welchen das Werkzeug mit konstanter, hoher Geschwindigkeit bewegt wird. Weiterhin kann die Presse derart ausgebildet sein, dass mit dem Werkzeug langsamere Umformprozesse durchgeführt werden, wobei während eines solchen Umformprozesses die Geschwindigkeit des Werkzeugs variieren kann. Insbesondere kann die Presse derart ausgebildet sein, dass das Werkzeug ein Folge-Verbundwerkzeug bildet, mit welchem in einer zeitlichen Abfolge nacheinander zum Beispiel Schneid-, Biege- und Stanzprozesse als Umformprozesse durchgeführt werden.
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Die Antriebseinrichtung gemäß 1 umfasst als Antriebsmotor 5 einen Servomotor. Der Servomotor weist eine Antriebswelle auf, die in Form einer Exzenterwelle 6 ausgebildet ist. An die im Pressengestell 2 gelagerte Exzenterwelle 6 ist ein Gestänge mit einer Pleuelstange 7 angekoppelt. An dem unteren Ende der Pleuelstange 7 ist ein Pleuelzapfen 8 gelenkig angekoppelt. An der äußeren Mantelfläche des Pleuelzapfen 8 ist ein Außengewinde 9 vorgesehen. Der Pleuelzapfen 8 ist in einer Mutter 10 mit einem Innengewinde gelagert, wobei das Innengewinde in Eingriff mit dem Außengewinde 9 des Pleuelzapfens 8 steht. Die Mutter 10 ist im Stößel 4 gelagert, so dass diese gedreht werden kann.
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Durch Drehen der Mutter 10 wird die Position des Pleuelzapfens 8 in der Mutter 10 geändert und damit die Lage des Stößels 4 in vertikaler Richtung variiert. Durch Betätigen der Mutter 10 erfolgt somit eine Stößelverstellung.
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Die Stößelverstellung erfolgt auf elektronischem Weg. Hierzu ist ein Stellmotor 11 vorgesehen, der von einem Servomotor gebildet ist. Durch den Stellmotor 11 wird ein Betätigungsgestänge 12 betätigt, wodurch die Mutter 10 verstellt wird.
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Die Antriebseinrichtung 1 gemäß 1 bildet ein mechatronisches Antriebssystem für die Presse. Dieses Antriebssystem benötigt weder ein Getriebe noch mechanische Kupplungen, noch ein Schwungrad als Energiespeicher. Die Antriebswelle des Antriebsmotors 5 bildet zugleich die Exzenterwelle 6, durch deren Drehbewegung über das Gestänge mit der Pleuelstange 7 unmittelbar die Vertikalbewegung des Stößels 4 zur Durchführung der Umformprozesse ererzeugt wird. Die Antriebseinrichtung 1 weist somit eine äußerst geringe Anzahl mechanischer Komponenten auf. Als weitere, in 1 nicht dargestellte mechanische Komponente muss lediglich eine dem Servomotor zugeordnete Bremse vorgesehen sein, um bei einem Notstopp unkontrollierte Bewegungen des Antriebsmotors 5 und des Stößels 4 zu verhindern.
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Ein weiteres Merkmal des mechatronischen Antriebssystems besteht in der elektronischen Stößelverstellung. Hierzu wird durch Messen der Motorströme des Antriebsmotors 5 der Kraftbedarf während des Umformprozesses in einer Steuereinheit fortlaufend erfasst. In Abhängigkeit der erfassten Motorströme wird mittels der Steuereinheit der Stellmotor 11 zur Durchführung der Stößelverstellung angesteuert. Im Gegensatz zu bekannten mechanischen Stößelverstellungen, die nur einmalig vor Durchführung der Umformprozesse durchgeführt werden können, kann bei der Antriebseinrichtung 1 gemäß 1 die elektronische Stößelverstellung auch während der Umformprozesse durchgeführt werden, um diese gezielt zu optimieren.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Antriebseinrichtung 1 für eine Presse. In Übereinstimmung mit der Ausführungsform gemäß 1 ist wiederum ein Pressengestell 2 mit einem Pressentisch 3 zur Aufnahme eines Werkzeugunterteils und ein Stößel 4 zur Aufnahme eines Werkzeugoberteils vorgesehen.
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Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 weist die Antriebseinrichtung 1 gemäß 2 zur Generierung der Arbeitsbewegungen zwei identisch ausgebildete mechanisch entkoppelte Antriebssysteme auf. Jedes dieser Antriebssysteme weist einen Antriebsmotor 5a, 5b in Form eines Servomotors auf. Die Antriebsmotoren 5a, 5b sind identisch ausgebildet und entsprechen der Ausführungsform gemäß 1, das heißt jeder Antriebsmotor 5a, 5b weist als Antriebswelle eine Exzenterwelle 6a, 6b auf. Die daran angekoppelten Gestänge mit Pleuelstangen 7a, 7b sowie die Komponenten der Stößelverstellung, nämlich die Pleuelzapfen 8a, 8b mit den Außengewinden 9a, 9b und die Muttern 10a, 10b entsprechen ebenfalls der Ausführungsform gemäß 1. Dasselbe gilt für die Stellmotoren 11a, 11b in Form von Servomotoren mit den nachgeordneten Betätigungsgestängen 12a, 12b zur Durchführung der Stößelverstellung.
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Die Komponenten der beiden Antriebssysteme sind symmetrisch zur Symmetrieebene des Pressengestells 2 und des Stößels 4 ausgebildet. Insbesondere sind die Gestänge mit den Pleuelstangen 7a, 7b und Pleuelzapfen 8a, 8b symmetrisch zur Symmetrieebene angeordnet und sorgen so für eine symmetrische Kraftbeaufschlagung des Stößels 4 über die Antriebsmotoren 5a, 5b. Die Längsachsen der Exzenterwellen 6a, 6b laufen dabei parallel in Abstand zueinander, wobei die Längsachsen der Exzenterwellen 6a, 6b senkrecht zur Zeichenebene in 2 orientiert
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Durch die symmetrische Betätigung des Stößels 4 über die von den Antriebsmotoren 5a, 5b betätigten Gestänge, wird eine gleichmäßige, symmetrische Kraftbeaufschlagung des Stößels 4 erzielt, wodurch bereits die Gefahr von Stößelverkippungen signifikant reduziert ist.
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Dennoch können, insbesondere bei Umformprozessen mit sehr unterschiedlichen, zeitabhängigen Belastungen, Stößelverkippungen auftreten. Diese können mit der Antriebseinrichtung 1 auf elektronischem Weg über die Stößelverstellung zeitabhängig während des Umformprozesses kompensiert werden. Hierzu werden in der Steuereinheit die Motorströme der Antriebsmotoren 5a, 5b separat erfasst. Da die Antriebsmotoren 5a, 5b mechanisch entkoppelt sind, liefern die Motorströme ortsaufgelöst den Kraftbedarf für den Stößel 4. Eine Stößelverkippung wird durch Asymmetrie der Motorströme der beiden Antriebsmotoren 5a, 5b festgestellt. In Abhängigkeit hiervon werden die Stellmotoren 11a, 11b über die Steuereinheit in unterschiedlicher Weise angesteuert, so dass die Mutter 10a, 10b von diesen in unterschiedlicher Weise betätigt werden, wodurch die Stößelverkippung eliminiert wird.
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3 zeigt eine Erweiterung der Ausführungsform gemäß 2. Die Ausbildung des Pressengestells 2 sowie die Komponenten der Antriebseinrichtung 1 in 3 entsprechen der Ausführungsform gemäß 2. In Erweiterung zur Ausführungsform gemäß 2 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 zusätzlich eine Massenausgleichsvorrichtung vorgesehen.
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Die Massenausgleichsvorrichtung umfasst zwei identisch ausgebildete, symmetrisch zur Symmetrieebene des Pressengestells 2 angeordnete Subsysteme Jedes dieser Subsysteme weist eine Ausgleichsmasse 13a, 13b an einer Stange 14a, 14b auf, die in der Mitte gelenkig an dem Pressengestell 2 gelagert ist. An das freie Ende jeder Stange 14a, 14b ist ein Ende der Gelenkstange 15a, 15b gelenkig angekoppelt. Das andere freie Ende der Gelenkstange 15a, 15b ist gelenkig am Stößel 4 befestigt. Die erste Ausgleichsmasse 13a mit der ersten Stange 14a befindet sich oberhalb der Pleuelstange 7a. Die zweite Ausgleichsmasse 13b mit der zweiten Stange 14b befindet sich oberhalb der Pleuelstange 7b. Die Ausgleichsmassen 13a, 13b sind an die Masse des Stößels 4 angepasst.
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Bei Durchführen von Arbeitsbewegungen des Stößels 4 führen die Ausgleichsmassen 13a, 13b Gegenbewegungen zum Stößel 4 aus, ein Entstehen oder Aufschaukeln von Schwingungen in der Presse vermieden wird. Um den Massenausgleich optimal an den Stößel 4 und dessen Arbeitsbewegungen anzupassen, sind die Ausgleichsmassen 13a, 13b bevorzugt verstellbar angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebseinrichtung
- 2
- Pressengestell
- 3
- Pressentisch
- 4
- Stößel
- 5
- Antriebsmotor
- 5a
- Antriebsmotor
- 5b
- Antriebsmotor
- 6
- Exzenterwelle
- 6a
- Exzenterwelle
- 6b
- Exzenterwelle
- 7
- Pleuelstange
- 7a
- Pleuelstange
- 7b
- Pleuelstange
- 8
- Pleuelzapfen
- 8a
- Pleuelzapfen
- 8b
- Pleuelzapfen
- 9
- Außengewinde
- 9a
- Außengewinde
- 9b
- Außengewinde
- 10
- Mutter
- 10a
- Mutter
- 10b
- Mutter
- 11
- Stellmotor
- 11a
- Stellmotor
- 11b
- Stellmotor
- 12
- Betätigungsgestänge
- 12a
- Betätigungsgestänge
- 12b
- Betätigungsgestänge
- 13a
- Ausgleichsmasse
- 13b
- Ausgleichsmasse
- 14a
- Stange
- 14b
- Stange
- 15a
- Gelenkstange
- 15b
- Gelenkstange
