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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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Aus
der
EP 0 367 035 A1 ist
eine Presse oder Stanze bekannt, bei welcher ein mit einem Servomotor
getriebener Stößel in seiner
Tauchtiefe einstellbar ist, wobei die Regelung der Tauchtiefe in
Abhängigkeit
der Signale eines von einem Druckaufnehmer gebildeten Messaufnehmers
erfolgt.
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Die
JP 2005 27 1070 A betrifft
eine Presse mit einem Stößel, der
durch ein Antriebssystem mit zwei Servomotoren Arbeitsbewegungen
ausführt. Die
Servomotoren werden dabei so angesteuert, dass Stößelverkippungen
vermieden werden.
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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 zwei 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
zwei 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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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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Erfindungsgemäß 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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Erfindungsgemäß ist die
Stößelverstellung mittels
Stellmotoren durchführbar,
wobei jedem Gestänge
ein Stellmotor zugeordnet ist. Dabei sind die Stellmotoren 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