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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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Diese
Pressen weisen generell 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.
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Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Erzeugung der Arbeitsbewegungen
des Stößels Antriebssysteme mit mehreren sogenannten
Druckpunkten vorzusehen. Bei einem derartigen Antriebssystem sind
mehrere Exzenter- oder Kurbelmechanismen vorgesehen, die an verschiedenen
Stellen, den einzelnen Druckpunkten, an der Oberseite des Stößel
angekoppelt sind. Die einzelnen Kurbel- oder Exzentersysteme werden,
wie beispielsweise in der
DE 10 2004 009 256 A1 oder in der
DE 10 2007 026 727
A1 beschrieben, über mehrere einzelne Antriebsmotoren
angetrieben und/oder sind über relativ aufwändige Getriebeanordnungen
miteinander gekoppelt, was generell einen unerwünscht hohen
konstruktiven Aufwand mit sich bringt.
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Vorteilhaft
bei derartigen Mehrpunktpressen gegenüber Einpunktpressen
ist generell, dass die Krafteinleitung in den Stößel
nicht nur an einem Punkt erfolgt, sondern an mehreren, über
die Oberseite des Stößels verteilten Druckpunkten,
wodurch generell unerwünschte Verkippungen des Stößels bei
dessen Arbeitsbewegungen reduziert werden. Wie in der
DE 10 2007 026 727 A1 beschrieben,
können die die einzelnen Druckpunkte definierenden Exzenter-
oder Kurbelmechanismen einzeln von jeweils einem Servomotor gesteuert
werden, um so gegebenenfalls auftretende Verkippungen des Stößels
auszugleichen. Nachteilig hierbei ist jedoch der relativ große
Aufwand für die Einzelsteuerung der Exzenter- oder Kurbelmechanismen über
separate Antriebsmotoren. Weiterhin besteht generell ein Problem
darin, die Verkippungen des Stößels möglichst
schnell und genau zu erfassen.
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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
erfindungsgemäße Antriebseinrichtung für
eine Presse umfasst mehrere Exzenterwellen, die jeweils über
ein Gestänge an einem gemeinsamen Stößel
gekoppelt sind. Die Bewegungen der Exzenterwellen werden in eine
Arbeitsbewegung des Stößels umgesetzt. Zum Antrieb
sämtlicher Exzenterwellen ist ein Antriebsmotor vorgesehen,
wobei die Exzenterwellen über Zahnräder gekoppelt
sind.
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Da
die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung mehrere
Exzenterwellen aufweist, die jeweils über ein Gestänge
angekoppelt sind, wird eine Mehrpunktpresse erhalten, bei welcher
die Krafteinleitung zur Generierung der Arbeitsbewegungen des Stößels
an mehreren Druckpunkten auf der Stößeloberseite
erfolgt, so dass auch bei großflächigen Stößeln eine
verbesserte Sicherung gegen unerwünschte Stößelverkippungen
erhalten wird.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht dabei darin, dass nur
ein einzelner Antriebsmotor zum Antrieb der einzelnen Exzenterwellen
vorgesehen sein muss, wobei die einzelnen Exzenterwellen mechanisch über
Zahnräder gekoppelt sind. Der Antriebsmotor ist vorteilhaft
von einem Servomotor gebildet. Die so ausgebildete Antriebseinrichtung weist
einen kompakten, kostengünstigen Aufbau auf.
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Bei
einer Antriebseinrichtung mit zwei Exzenterwellen kann besonders
vorteilhaft auf jeder Exzenterwelle ein Zahnrad vorgesehen sein.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform
greifen diese Zahnräder ineinander, wobei ein drittes Zahnrad auf
der Welle des Antriebsmotors vorgesehen ist, welches in Eingriff
mit einem der beiden Zahnräder auf der Exzenterwelle ist.
Bei dieser Antriebseinrichtung werden somit zur Ankopplung der Exzenterwellen
an den Antriebsmotor nur drei Zahnräder benötigt.
Diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine geringe
Teilezahl und damit durch einen besonders einfachen mechanischen
Aufbau aus.
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Bei
großflächigen Stößeln, wie sie
beispielsweise zur Aufnahme von Folge-Verbundwerkzeugen, mit welchen
unterschiedliche Umformprozesse wie zum Beispiel Schneiden, Biegen
und Prägen von Teilen durchgeführt werden, sind
die Abstände zwischen den Exzenterwellen entsprechend groß.
In derartigen Fällen müssten bei einem direkten
Eingreifen der Zahnräder beider Exzenterwellen die Durchmesser
dieser Zahnräder entsprechend groß sein, wodurch
die zu bewegenden Massen dieser Zahnräder unerwünscht
groß wären. In derartigen Fällen sind
zwischen den Zahnrädern der Exzenterwellen zwei weitere, ineinander
greifende Zahnräder vorgesehen und über die Zahnräder
der Exzenterwellen gekoppelt. Dabei sitzt eines der weiteren Zahnräder
auf der Welle des Antriebsmotors auf.
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Durch
die zusätzlichen Zahnräder können die
Zahnräder auf den Exzenterwellen einen entsprechend kleinen
Durchmesser aufweisen, so dass die zu bewegenden Massen dieser Zahnräder
gering gehalten werden können. Weiterhin weist auch diese Ausführungsform
einen äußerst kompakten Aufbau auf, da zur Ankopplung
der Exzenterwellen an den Antriebsmotor nur vier Zahnräder
benötigt werden.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist bei
der Antriebseinrichtung ein Messsystem zur Detektion von Stößelverkippungen vorgesehen.
In Abhängigkeit der vom Messsystem generierten Signale
ist eine Stößelverstellung durchführbar.
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Mit
dem Messsystem können auftretende Stößelverkippungen
sehr schnell und präzise erfasst werden. Dementsprechend
kann auch die Stößelverstellung zur Eliminierung
der Stößelverkippung sehr genau und mit einer
geringen Reaktionszeit durchgeführt werden.
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Gemäß einer
ersten Variante kann das Messsystem zwei an gegenüberliegenden
Seiten des Stößels angeordnete Positionssensoren
aufweisen, mittels derer jeweils die Position der Unterkante des
Stößels an der jeweiligen Seite des Stößels
erfassbar ist.
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Gemäß einer
zweiten Variante kann das Messsystem zwei an gegenüberliegenden
Seiten des Stößels angeordnete Kraftsensoren vorsehen, mittels
derer vom Stößel ausgeübte Kräfte
erfassbar sind.
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Zweckmäßigerweise
ist die Stößelverstellung mittels Stellmotoren
durchführbar, wobei jedem Gestänge ein Stellmotor
zugeordnet ist. Dabei sind die Stell motoren vorteilhaft als Servomotoren
ausgebildet. 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, welche mittels eines Stellmotors
betätigbar ist. Durch die Betätigung jeweils einer
Mutter über einen Stellmotor kann eine Stößelverkippung
sehr schnell und präzise korrigiert werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist bei der erfindungsgemäßen
Antriebseinrichtung eine Massenausgleichsvorrichtung vorgesehen.
Die Massenausgleichsvorrichtung weist eine der Anzahl der Exzenterwellen
entsprechende Anzahl von Ausgleichsmassen auf, welche gelenkig an
den Stößel angekoppelt sind.
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Die
Funktionsweise der Massenausgleichsvorrichtung ist derart, dass
zu einer 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:
Erstes Ausführungsbeispiel einer Antriebseinrichtung für
eine Presse.
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2:
Zweites Ausführungsbeispiel einer Antriebseinrichtung für
eine Presse.
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1 zeigt
ein 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. 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 1 gemäß 1 weist
einen Antriebsmotor 5 auf, der von einem Servomotor gebildet
ist. Dieser Antriebsmotor 5 dient zum Antrieb zweier Exzenterwellen 6a, 6b,
wobei jede Exzenterwelle 6a, 6b an eine Pleuelstange 7a, 7b gelenkig
angekoppelt ist. Die Unterseite jeder Pleuelstange 7a, 7b ist
an einen Pleuelzapfen 8a, 8b gelenkig angekoppelt,
der im Stößel 4 gelagert ist.
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Das
so ausgebildete System bildet eine Zweipunktpresse, bei welcher
an zwei, durch die Positionen der Pleuelzapfen 8a, 8b bestimmten
Positionen eine Krafteinleitung in den Stößel 4 zur
Durchführung dessen Arbeitsbewegungen erfolgt. Die einzelnen
Komponenten dieses Systems, nämlich die Exzenterwellen 6a, 6b,
die Pleuelstangen 7a, 7b und die Pleuelzapfen 8a, 8b,
sind jeweils identisch ausgebildet und symmetrisch zu der in vertikaler
Richtung verlaufenden Symmetrieebene der Presse ausgebildet.
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Die
in vertikaler Richtung verlaufenden Arbeitsbewegungen des Stößels 4 werden
durch eine mechanische Ankopplung der Exzenterwellen 6a, 6b an
den Antriebsmotor 5 bewirkt. Hierzu ist auf der Welle 5a des
Antriebsmotors 5 als Getriebe ein erstes Zahnrad 9 vorgesehen.
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Weiterhin
ist auf jeder Exzenterwelle 6a, 6b ein weiteres
Zahnrad 10a, 10b vorgesehen, wobei diese beiden
Zahnräder 10a, 10b identisch ausgebildet
sind und ineinander greifen. Weiterhin steht das Zahnrad 9 am
Antriebsmotor 5 in Eingriff mit dem Zahnrad 10b.
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Durch
die mittels des Antriebsmotors 5 bewirkte Drehbewegung
des Zahnrads 9 werden somit auch die Zahnräder 10a, 10b in
Drehbewegungen versetzt, wodurch die Exzenterwellen 6a, 6b simultane
Drehbewegungen ausführen, die über die Pleuelstangen 7a, 7b in
eine Vertikalbewegung des Stößels 4 umgesetzt
werden. Durch die identisch ausgebildeten Zahnräder 10a, 10b werden
die Pleuelstangen 7a, 7b völlig synchron
bewegt, wodurch eine exakte und weitgehend verkippungsfreie Vertikalbewegung des
Stößels 4 erzielt wird.
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Dennoch
können, insbesondere bedingt durch zeitabhängige,
unsymmetrische Belastungen des Stößels 4 bei
der Durchführung von Umformvorgängen, unerwünschte
Stößelverkippungen auftreten. Um diese Stößelverkippungen
zu kompensieren weist die Antriebseinrichtung 1 gemäß 1 eine Stößelverstellung
auf.
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Zur
Durchführung der Stößelverstellung wird selektiv
die Position der Pleuelzapfen 8a, 8b in dem Stößel 4 geändert.
Hierzu ist jedem Pleuelzapfen 8a, 8b ein Stellmotor 11a, 11b in
Form eines Servomotors zugeordnet. Weiterhin ist jeder Pleuelzapfen 8a, 8b in
einer Mutter 12a, 12b mit einem Innengewinde gelagert,
wobei das Innengewinde in Eingriff mit einem am Pleuelzapfen 8a, 8b vorgesehenen
Außengewinde steht. Jede Mutter 12a, 12b ist
im Stößel 4 gelagert, so dass diese gedreht
werden kann.
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Durch
Drehen einer Mutter 12a, 12b wird die Position
des jeweiligen Pleuelzapfens 8a, 8b in der Mutter 12a, 12b geändert
und damit die Lage des Stößels 4 in vertikaler
Richtung variiert. Durch Betätigen einer Mutter 12a, 12b erfolgt
somit die Stößelverstellung.
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Eine
Mutter 12a, 12b wird dabei dadurch gedreht, dass über
den zugeordneten Stellmotor 11a, 11b ein Betätigungsgestänge 13a, 13b bestätigt
wird.
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Die
Stößelverstellung wird zweckmäßig
in einer nicht dargestellten Steuereinheit gesteuert. Dabei erfolgt
diese Steuerung in Abhängigkeit von in einem Messsystem
generierten Signalen, wobei mit dem Messsystem die aktuelle Verkippung
des Stößels 4 gemessen wird. Die Steuerung
erfolgt generell derart, dass in Abhängigkeit der Signale
des Messsystems wenigstens ein Stellmotor 11a, 11b angesteuert
wird um die zugeordnete Mutter 12a, 12b um einen
definierten Winkel zu drehen.
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Im
vorliegenden Fall besteht das Messsystem aus zwei Positionssensoren 14a, 14b die
an gegenüberliegenden Seiten des Stößels 4 in
Abstand zu diesem angeordnet sind. Wie aus 1 ersichtlich,
sind die identisch ausgebildeten Positionssensoren 14a, 14b am
Pressengestell 2 so angeordnet, dass der Bereich der Unterkante
des Stößels 4 an beiden Seiten erfasst
werden kann. Die Positionssensoren 14a, 14b können
dabei als optische oder induktive Sensoren ausgebildet sein. In
jedem Fall liefern diese Signale über die Höhenlage
eines Referenzpunkts des Stößels 4 an
jeder Seite des Stößels 4. Aus der Lagedifferenz
der Referenzpunkte ergibt sich die aktuelle Verkippung des Stößels 4.
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Alternativ
kann das Messsystem von zwei vorzugsweise identisch ausgebildeten
Kraftsensoren ausgebildet sein. Die Kraftsensoren können
von Dehnungsmessstreifen oder dergleichen gebildet sein. Die Kraftsensoren
sind vorteilhaft im Bereich des Pressengestells 2 angeordnet,
so dass der Stößel 4 je nach aktueller
Verkippung unterschiedlich stark gegen die Kraftsensoren gedrückt
wird.
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Die
Presse gemäß 1 weist
weiterhin eine Massenausgleichsvorrichtung auf. Die Massenausgleichsvorrichtung
umfasst zwei identisch ausgebildete, symmetrisch zur Symmetrieebene
des Pressengestells 2 angeordnete Subsysteme. Jedes dieser
Subsysteme weist eine Ausgleichsmasse 15a, 15b an
einer Stange 16a, 16b auf, die in der Mitte gelenkig
an dem Pressengestell 2 gelagert ist. An das freie Ende
jeder Stange 16a, 16b ist ein Ende einer Gelenkstange 17a, 17b gelenkig
angekoppelt. Das andere freie Ende der Gelenkstange 17a, 17b ist
gelenkig am Stößel 4 befestigt. Die erste
Ausgleichsmasse 15a mit der ersten Stange 16a befindet
sich oberhalb der Pleuelstange 7a. Die zweite Ausgleichsmasse 15b mit
der zweiten Stange 16b befindet sich oberhalb der Pleuelstange 7b.
Die Ausgleichsmassen 15a, 15b sind an die Masse
des Stößels 4 angepasst.
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Bei
Durchführen von Arbeitsbewegungen des Stößels 4 führen
die Ausgleichsmassen 15a, 15b Gegenbewegungen
zum Stößel 4 auf, wodurch 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 15a, 15b bevorzugt
verstellbar angeordnet.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel einer Antriebseinrichtung 1 für
eine Presse. Die Antriebseinrichtung 1 gemäß 2 entspricht
weitgehend der Ausführungsform gemäß 1.
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Insbesondere
bildet das System gemäß 2 entsprechend
der Ausführungsform gemäß 1 eine
Zweipunktpresse mit jeweils zwei identisch ausgebildeten Exzenterwellen 6a, 6b mit
einem Gestänge, welches eine Pleuelstange 7a, 7b und
einen Pleuelzapfen 8a, 8b aufweist.
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Auch
bei dem System gemäß 2 werden beide
Exzenterwellen 6a, 6b über einen von
einem Servomotor gebildeten Antriebsmotor 5 angetrieben.
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Die
Ausführungsform gemäß 2 unterscheidet
sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 allein
hinsichtlich der mechanischen Ankopplung der Exzenterwellen 6a, 6b an
den Antriebsmotor 5.
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Bei
der Ausführungsform gemäß 2 stehen
die Zahnräder 10a, 10b nicht direkt in
Eingriff miteinander. Anstelle dessen ist zwischen den Zahnrädern 10a, 10b ein
Paar von identisch ausgebildeten Zahnrädern 18a, 18b angeordnet,
die miteinander in Eingriff stehen. Zudem steht das Zahnrad 18a in
Eingriff mit dem Zahnrad 10a, während das Zahnrad 18b in
Eingriff mit dem Zahnrad 10b steht. Weiterhin sitzt das
Zahnrad 18b auf der Welle 5a des Antriebsmotors 5 auf.
Damit wird durch den Antriebsmotor 5 das Zahnrad 18b in
Drehung versetzt. Dadurch werden auch die Zahnräder 18a, 10a, 10b in
Drehung versetzt, so dass die Exzenterwellen 6a, 6b synchron bewegt
werden, wodurch der Stößel 4 die Arbeitsbewegungen
ausführt.
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- 1
- Antriebseinrichtung
- 2
- Pressengestell
- 3
- Pressentisch
- 4
- Stößel
- 5
- Antriebsmotor
- 6a
- Exzenterwelle
- 6b
- Exzenterwelle
- 7a
- Pleuelstange
- 7b
- Pleuelstange
- 8a
- Pleuelzapfen
- 8b
- Pleuelzapfen
- 9
- Zahnrad
- 10a
- Zahnrad
- 10b
- Zahnrad
- 11a
- Stellmotor
- 11b
- Stellmotor
- 12a
- Mutter
- 12b
- Mutter
- 13a
- Betätigungsgestänge
- 13b
- Betätigungsgestänge
- 14a
- Positionssensor
- 14b
- Positionssensor
- 15a
- Ausgleichsmasse
- 15b
- Ausgleichsmasse
- 16a
- Stange
- 16b
- Stange
- 17a
- Gelenkstange
- 17b
- Gelenkstange
- 18a
- Zahnrad
- 18b
- Zahnrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004009256
A1 [0004]
- - DE 102007026727 A1 [0004, 0005]