DE102008046763A1

DE102008046763A1 - Press for metal shaping, comprises moving plunger which is driven to move back and forth, where drive shaft has extender wheel which is connected with plunger by connecting rod for oscillating movement

Info

Publication number: DE102008046763A1
Application number: DE102008046763A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dexling
Original assignee: L Schuler GmbH
Current assignee: L Schuler GmbH
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2009-11-05

Abstract

The press (1) comprises a moving plunger (4) which is driven to move back and forth. A drive shaft has an extender wheel (5,r1) which is connected with the plunger by a connecting rod (6) for an oscillating movement. A balancing weight (9) is supported to move back and forth and is connected with the extender wheel. A drive shaft (3) is provided for the oscillating movement by another connecting rod (10). The oscillating movement provides a torsional moment vibration.

Description

Die Erfindung betrifft eine Presse zur Teileumformung, insbesondere eine Schnellläuferpresse, insbesondere eine Stanzpresse mit mindestens einem Stößel.The The invention relates to a press for part forming, in particular a high-speed press, in particular a punch press with at least one pestle.

Schnellläuferpressen weisen einen Stößel auf, der einen Werkzeugteil trägt. Der Stößel und der Werkzeugteil führen eine hin- und hergehende schwingende Bewegung aus. Als Antrieb dient beispielsweise ein Exzenter, der mit dem Stößel über ein Pleuel verbunden ist. Über das Pleuel wird der Stößel in einer schwingenden Bewegung fortwährend beschleunigt und abgebremst. Die dazu erforderliche Energie wird einem Schwungrad entnommen bzw. in das Schwungrad rückgespeist – je nachdem ob der Stößel gerade beschleunigt oder gebremst wird. Das Schwungrad ist mit dem Exzenter verbunden. Die zwischen dem Schwungrad und dem Stößel zum Beschleunigen und Abbremsen desselben fortwährend hin und her übertragene Leistung ist Blindleistung. Sie belastet Lager und Maschinenelemente, trägt aber nicht zur Nutzarbeit bei. Es zeigt sich, dass die Blindleistung ein Vielfaches der von dem Werkzeug an dem Werkstück verrichteten Arbeit ist, die als Wirkleistung bezeichnet werden kann. Das Verhältnis von Blindleistung zu Wirkleistung kann größer als zehn sein. Die Blindleistung bewirkt nicht nur eine Beschleunigung und Abbremsung des Stößels, sondern auch eine Drehbeschleunigung und Abbremsung des Schwungrads. Um diese möglichst gering zu halten, werden meist Schwungräder mit recht großem Massenträgheitsmoment angewendet. Dies vergrößert die Zeit zum Hochfahren und Anhalten der Presse. Au ßerdem kann die große, in einem Schwungrad gespeicherte Energie ein Gefahrenpotential für Elemente der Presse darstellen.High-speed presses have a ram that has a tool part wearing. The ram and the tool part perform a reciprocating swinging motion. The drive is for example an eccentric, with the plunger over a connecting rod is connected. About the connecting rod, the plunger is in a swinging motion continually accelerates and braked. The required energy becomes a flywheel taken or fed back into the flywheel - ever after that if the plunger is just accelerating or is slowed down. The flywheel is connected to the eccentric. The between the flywheel and the plunger to accelerate and decelerating the same constantly transmitted back and forth Power is reactive power. It loads bearings and machine elements, but does not contribute to useful work. It shows, that the reactive power is a multiple of that of the tool on the workpiece done work that is called active performance can. The ratio of reactive power to active power can be greater than ten. The reactive power causes not only an acceleration and deceleration of the plunger, but also a spin and deceleration of the flywheel. In order to keep these as low as possible, are usually flywheels applied with a fairly large moment of inertia. This increases the time to startup and stop the press. For putting in the big, in a flywheel stored energy is a potential hazard for elements represent the press.

Die hin- und hergehende Masse des Stößels führt außerdem zu Vibrationen des Pressengestells. Die hohen Massenkräfte der Presse erfordern entweder eine aufwendige Fundamentierung oder einen dynamischen Massenkraftausgleich, d. h. die Erzeugung entsprechender Gegenkräfte.The reciprocating mass of the plunger leads in addition to vibrations of the press frame. The high Mass forces of the press require either a complex Foundation or dynamic mass balance, d. H. the generation of corresponding counterforces.

Dazu schlägt die DE 25 34 628 A1 vor, den Stößel mittels eines Exzenters über ein Hebelgetriebe anzutreiben. An das Hebelgetriebe sind Gegengewichte angeschlossen, die in einer der Bewegungsrichtung des Stößels entgegengesetzten Richtung bewegt werden. Diese Maßnahme kompensiert die Massenkräfte des Stößels. Wegen des gleichzeitigen Beschleunigens und Abbremsens von Stößel und Gegengewicht erhöht diese Maßnahme jedoch die Drehschwingungen der Antriebswelle.This suggests the DE 25 34 628 A1 to drive the plunger by means of an eccentric via a lever mechanism. To the lever gear counterweights are connected, which are moved in a direction opposite to the direction of movement of the plunger. This measure compensates for the mass forces of the plunger. However, because of the simultaneous acceleration and deceleration of plunger and counterweight, this measure increases the torsional vibrations of the drive shaft.

Die DE 691 060 40 T2 schlägt vor, die Beschleunigungskraft des Stößels durch eine Kraft zu kompensieren, die durch zwei mit gleicher Drehzahl gegensinnig rotierende Exzentergewichte erzeugt wird.The DE 691 060 40 T2 proposes to compensate the acceleration force of the plunger by a force which is generated by two eccentric weights rotating in opposite directions at the same speed.

Diese Maßnahme kann zu einem vollständigen Ausgleich der freien Massenkräfte des Stößels genutzt werden. Sie trägt aber erheblich zur Vergrößerung des Schwungmoments des Antriebs bei.These Action can lead to a full compensation used the free mass forces of the plunger become. But it contributes significantly to the enlargement the moment of inertia of the drive at.

Die DE 24 34 266 A1 offenbart einen Pressenantrieb mit schwingend bewegten Gegengewichten. Der Stößel wird vertikal bewegt. Die Druckschrift schlägt ein oder zwei ungefähr vertikal bewegte Gegengewichte zum Ausgleich des Massenkraft des Stößels in Vertikalrichtung und ein zweites in Horizontalrichtung geschwenktes Ausgleichsgewicht vor, das die horizontale Komponente der exzentrisch umlaufenden Masse des Exzenters bzw. des Kurbelzapfens und des umlaufenden Anteils des Pleuels kompensieren soll.The DE 24 34 266 A1 discloses a press drive with swinging counterweights. The plunger is moved vertically. The document proposes one or two approximately vertically moved counterweights to compensate for the mass force of the plunger in the vertical direction and a second horizontally pivoted balance weight, which is intended to compensate for the horizontal component of the eccentric rotating mass of the eccentric and the crank pin and the rotating portion of the connecting rod.

Diese Lösung richtet sich nur auf die Kompensation freier Massenkräfte, nicht aber auf eine Reduktion der Blindleistung in dem Antriebsstrang.These Solution is aimed only at the compensation of free mass forces, but not to a reduction in reactive power in the powertrain.

Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung, die an einer Presse in einem Schwungrad und der mit diesem verbundenen Antriebswelle gespeicherte Blindleistung zu vermindern.From that It is an object of the invention, starting from a press in a flywheel and connected to this drive shaft to reduce stored reactive power.

Diese Aufgabe wird mit einer Presse nach Anspruch 1 gelöst:
Die erfindungsgemäße Presse weist mindestens einen beweglich gelagerten hin- und hergehend, d. h. schwingend angetriebenen Stößel auf, der von einem Exzenter angetrieben wird. Dazu ist er über (mindestens) ein Pleuel mit dem Exzenter treibend verbunden. Weiter ist mindestens ein Ausgleichsgewicht vorgesehen, das ebenfalls hin- und hergehend beweglich gelagert und über ein Pleuel mit einem Exzenter der Antriebswelle verbunden ist. Das Ausgleichsgewicht führt eine hin- und hergehende schwingende Bewegung aus. Das Zeitdiagramm der Bewegung des Stößels sowie des Ausgleichsgewichts ist vorzugsweise ungefähr, d. h. in erster Näherung sinusförmig.This object is achieved with a press according to claim 1:
The press according to the invention has at least one movably mounted reciprocating, ie oscillatingly driven ram, which is driven by an eccentric. For this purpose it is drivingly connected to the eccentric via (at least) a connecting rod. Further, at least one balance weight is provided, which is also reciprocally movably mounted and connected via a connecting rod with an eccentric of the drive shaft. The balance weight performs a reciprocating swinging motion. The time diagram of the movement of the plunger and of the balance weight is preferably approximately, ie sinusoidal in the first approximation.

Die schwingende Bewegung des Stößels und des Ausgleichsgewichts weisen in Bezug aufeinander einen Phasenversatz auf. Mit anderen Worten, die Bewegungskurven des Stößels und des Ausgleichsgewichts sind zeitlich (um vorzugsweise ein Viertel der Schwingungsperiode, entspricht 90°) gegeneinander versetzt. Der Phasenversatz und das Aus gleichsgewicht sind vorzugsweise so bemessen, dass die von den schwingenden Bewegungen hervorgerufenen Drehmomentschwingungen in der Summe im Wesentlichen Null sind.The oscillating movement of the ram and balance weight have a phase offset with respect to each other. With others Words, the movement curves of the plunger and the Balance weights are timed (preferably by a quarter of Oscillation period, corresponds to 90 °) offset from each other. The phase offset and the balancing weight are preferably so measured that caused by the oscillatory movements Torque vibrations in the sum are essentially zero.

Der Stößel tauscht bei seiner hin- und hergehenden Bewegung mit der dem Ausgleichsgewicht kinetische Energie aus. Der Energieaustausch des Stößels und des Ausgleichgewichts sind von Größe und Phase so aufeinander abgestimmt, dass die Summe im Wesentlichen Null ist. Damit wird die kinetische Energie im Ergebnis zwischen der Ausgleichsmasse und dem Stößel hin- und herbewegt, wobei die in der Antriebswelle bzw. in einem gegebenenfalls mit dieser verbundenen Schwungrad gespeicherte kinetische Energie zumindest im Wesentlichen konstant bleibt. Damit können die Drehschwingungen der Antriebswelle auf ein Minimum reduziert werden.The ram exchanges with its reciprocating motion with the balance weight kinetic energy. The energy exchange of the plunger and the balance weight are matched by size and phase so that the sum is substantially zero. As a result, the kinetic energy is reciprocated as a result between the balancing mass and the plunger, with the kinetic energy stored in the drive shaft or in a flywheel optionally connected to it remaining at least substantially constant. Thus, the torsional vibrations of the drive shaft can be reduced to a minimum.

Die Erfindung führt somit mindestens zu einer Minderung der Drehschwingungen der Antriebswelle und vorzugsweise zu einer Beseitigung der Drehschwingungen. Damit kann die Masse des Schwungrads auf ein Minimum reduziert werden oder das Schwungrad kann ganz entfallen. Die eine oder mehreren Ausgleichsmassen der Presse sind so angeordnet, dass sich nicht nur die Massenkräfte, sondern auch die Massenmomente wenigstens teilweise, vorzugsweise ganz ausgleichen. Die Bewegung der Ausgleichsmassen kann z. B. 90° phasenverschoben zu der Bewegung des Stößels stattfinden, so dass Momente erster Ordnung vollständig ausgeglichen werden. Vorzugsweise sind die Massen so angeordnet, dass der Energiefluss so kurz wie möglich erfolgen kann, ohne Triebwerksteile unnötig zu belasten. Dazu können beispielsweise die Pleuel von Ausgleichsmassen und Stößel an ein und demselben Exzenter angreifen.The Invention thus leads at least to a reduction of Torsional vibrations of the drive shaft and preferably for elimination the torsional vibrations. This allows the mass of the flywheel on a Minimum be reduced or the flywheel can be completely eliminated. The one or more balancing weights of the press are arranged that not only the mass forces, but also the Mass moments at least partially, preferably completely compensated. The movement of the balancing weights can z. B. 90 ° out of phase take place to the movement of the plunger, so that Moments of first order are completely compensated. Preferably, the masses are arranged so that the energy flow as short as possible, without engine parts unnecessarily burden. This can, for example the connecting rods of balancing weights and plunger attack one and the same eccentric.

Wegen des Wegfalls des ständigen Hin- und Herpendels von kinetischer Energie zwischen der Antriebswelle bzw. dem Schwungrad und dem Stößel ist es nun möglich, die Presse direkt, d. h. ohne Schwungrad und Kupplung anzutreiben. Der Elektromotor muss nur auf die Wirkleistung, d. h. auf die Arbeits- oder Prozessaufgabe hin ausgelegt werden. Eine Energiepufferung über dem Motor und evtl. elektrische Zwischenspeicher ist nicht erforderlich und findet vorzugsweise auch nicht statt. Auch bei Verwendung sehr kleiner Schwungräder oder beim Wegfall derselben, findet an dem Motor in Betrieb keine Drehmomentumkehr statt.Because of the elimination of the constant back and forth of kinetic Energy between the drive shaft or the flywheel and the plunger is it is now possible, the press directly, d. H. without flywheel and to drive clutch. The electric motor needs only to the active power, d. H. be designed for the work or process task. A Energy buffering above the motor and possibly electrical buffer is not required and preferably does not take place. Even when using very small flywheels or when eliminating same, finds no torque reversal on the engine in operation instead of.

Werden an einer Presse zur Kompensation der freien Massenkraft des Stößels lediglich gegensinnig zu dem Stößel bewegte Gegengewichte vorgesehen, führt dies, wie eingangs erläutert, zwar zu einer Verminderung der an der Presse auftretenden Schwingungen, dabei aber auch zu einer Erhöhung der Blindleistung. Bei der Erfindung wird die an der Presse auftretende Blindleistung jedoch auf das notwendige Minimum reduziert, das zum Beschleunigen und Abbremsen des Stößels erforderlich ist. Dies führt zu einer nennenswerten Minderung der an entsprechenden Lagerstellen, z. B. an dem Hubzapfen, auftretenden Reibungsverluste und somit zu einer Minderung der Leerlaufleistung der Presse. Weil die Leerlaufleistung mit steigender Hubzahl überproportional ansteigt, hat die erfindungsgemäße Maßnahme insbesondere bei Schnellläuferpressen Bedeutung. Dank der Erfindung werden die mechanische Belastung der Presse und die Verlustreibung wesentlich gemindert. Zusätzlich kann ein Antrieb ohne Schwungrad als Energiespeicher und auch ohne elektrische Energiespeicher wirtschaftlich dargestellt werden.Become on a press to compensate for the free mass force of the plunger only in opposite directions to the plunger moving counterweights provided, as explained above, although a reduction of the vibrations occurring at the press, but also to an increase in reactive power. at The invention, however, the reactive power occurring at the press reduced to the necessary minimum, to speed up and Braking the ram is required. this leads to to a significant reduction in the corresponding storage locations, z. B. on the crank pin, occurring friction losses and thus to a reduction of the idling performance of the press. Because the idle power increases disproportionately with increasing number of strokes, the inventive measure in particular in high-speed presses meaning. Thanks to the invention be the mechanical stress of the press and the loss friction significantly reduced. In addition, a drive without flywheel as energy storage and even without electrical energy storage economically being represented.

Wie erwähnt ist es vorteilhaft, wenn das Ausgleichsgewicht und der Stößel mit einem Phasenversatz von 90° zueinander schwingen. Dies kann sowohl durch unterschiedliche Schwingungsrichtungen von Stößel und Ausgleichsgewicht, als auch zusätzlich oder alternativ durch einen entsprechenden Winkelversatz der den Stößel und das Ausgleichsgewicht antreibenden Hubzapfen erreicht werden. Alle Maßnahmen können dazu genutzt werden, dass die Summe der von dem Stößel und den Ausgleichsgewichten hervorgerufenen Kraftvektoren null oder ein mit der Antriebswelle umlaufender Kraftvektor konstanter Länge ist. Dieser kann durch ein Gegengewicht kompensiert werden. Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind dabei der Zeichnung, der Beschreibung oder Unteransprüchen zu entnehmen.As mentioned it is advantageous if the balance weight and the plunger with a phase offset of 90 ° to each other swing. This can be due to different vibration directions of Tappet and balance weight, as well as in addition or alternatively by a corresponding angular offset of the Pestle and the balance weight driving Hubzapfen be achieved. All measures can be used to that the sum of the of the ram and the balancing weights caused force vectors zero or a force vector of constant length circulating with the drive shaft is. This can be compensated by a counterweight. details advantageous embodiments of the invention are included the drawing, the description or subclaims remove.

Die Beschreibung beschränkt sich auf wesentliche Aspekte der Erfindung und sonstiger Gegenbenheiten. Die Zeichnung enthält weitere Details und ist ergänzend heranzuziehen.The Description is limited to essential aspects of Invention and other opposites. The drawing contains further details and should be consulted.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Presse in aufs äußerste schematisierter Prinzipdarstellung, 1 a press in the most schematized schematic representation,

2 Kraftvektoren der Presse nach 1, 2 Force vectors of the press after 1 .

3 den Zeitverlauf von Beschleunigungs- und Verzögerungsmomenten an der Presse nach 1, 3 the time course of acceleration and deceleration moments on the press 1 .

4 eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Presse als Vertikalschnitt in Prinzipdarstellung, 4 a modified embodiment of the press according to the invention as a vertical section in schematic representation,

5 die Presse nach 4 im aufs äußerste abstrahierten Querschnitt zur Veranschaulichung der dynamischen Verhältnisse, 5 the press after 4 in the extremly abstracted cross-section to illustrate the dynamic conditions,

6 und 7 weitere Ausführungsformen trägheitsmo mentkompensierter Pressen in auf die Darstellung des kinematischen Prinzips reduzierter Prinzipdarstellung. 6 and 7 further embodiments of inertia-compensated presses in the representation of the kinematic principle reduced schematic representation.

In 1 ist ganz schematisch eine Presse 1 veranschaulicht, die ein als Rahmen veranschaulichtes Pressengestell 2, eine in diesem drehbar gelagerte Antriebswelle 3 und einen Stößel 4 aufweist, der, wie durch einen Pfeil veranschaulicht, in einer Richtung beweglich gelagert und hin- und hergehend angetrieben ist. Die Welle 3 weist mindestens einen Exzenter 5 auf, der mit dem Stößel 4 über ein Pleuel 6 verbunden ist. Der Stößel 4 trägt einen (oberen) Werkzeugteil 7, dem ein (unterer), stationär angeordneter Werkzeugteil 8 zugeordnet ist. Die Werkzeugteile 7 und 8 bilden zusammen ein Werkzeug, z. B. ein Stanzwerkzeug.In 1 is quite schematically a press 1 illustrating a press frame illustrated as a frame 2 , one in this rotatably mounted te drive shaft 3 and a pestle 4 having, as illustrated by an arrow, movably mounted in one direction and driven reciprocally. The wave 3 has at least one eccentric 5 on that with the pestle 4 over a connecting rod 6 connected is. The pestle 4 carries an (upper) tool part 7 , a (lower), stationarily arranged tool part 8th assigned. The tool parts 7 and 8th together form a tool, eg. B. a punching tool.

In dem Pressengestell 2 ist außerdem ein Ausgleichsgewicht 9 in zumindest einer Richtung beweglich gelagert, wie durch einen Pfeil angedeutet ist. Das Ausgleichsgewicht 9 ist mit der Antriebswelle 3 über ein Pleuel 10 verbunden. Dieses wird beispielsweise von dem Exzenter 5 angetrieben – im vorliegenden Ausführungsbeispiel sitzen beide Pleuel 6, 10 auf dem gemeinsamen Exzenter 5 mit einem Radius r1.In the press frame 2 is also a balance weight 9 movably mounted in at least one direction, as indicated by an arrow. The balance weight 9 is with the drive shaft 3 over a connecting rod 10 connected. This is for example from the eccentric 5 driven - sitting in the present embodiment, both connecting rods 6 . 10 on the common eccentric 5 with a radius r1.

Die Welle 3 ist mit einem Antrieb verbunden. Dieser wird beispielsweise durch einen oder mehrere Elektromotoren gebildet. Vorzugsweise sind der oder die Elektromotoren unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung eines Getriebes, sowie ohne Zwischenschaltung von Kupplungen, Schwungrädern oder dergleichen mit der Antriebswelle 3 verbunden. Der Antriebsmotor 11 ist schematisch angedeutet.The wave 3 is connected to a drive. This is formed for example by one or more electric motors. Preferably, the one or more electric motors are direct, ie without the interposition of a transmission, and without the interposition of clutches, flywheels or the like with the drive shaft 3 connected. The drive motor 11 is indicated schematically.

An der Antriebswelle 3 kann bedarfsweise ein Kompensationsgewicht 12 starr angeordnet sein. Dieses ist vorzugsweise bezüglich des Drehzentrums der Antriebswelle 3 dem Exzenter 5 gegenüberliegend angeordnet und läuft mit der Antriebswelle um.At the drive shaft 3 If necessary, a compensation weight 12 be arranged rigidly. This is preferably with respect to the center of rotation of the drive shaft 3 the eccentric 5 arranged opposite and runs with the drive shaft.

Wie ersichtlich, stehen die beiden durch die Pfeile angedeuteten Bewegungsrichtungen 13, 14 in einem rechten Winkel zueinander und ungefähr radial zu der Antriebswelle 3. Somit schwingen der Stößel 4 und das Ausgleichsgewicht 5 mit einem Phasenversatz von 90°. Der Phasenversatz entspricht dem Winkel zwischen den beiden Bewegungsrichtungen 13, 14.As can be seen, are the two directions of movement indicated by the arrows 13 . 14 at a right angle to each other and approximately radially to the drive shaft 3 , Thus, the ram swing 4 and the balance weight 5 with a phase shift of 90 °. The phase offset corresponds to the angle between the two directions of movement 13 . 14 ,

Die insoweit beschriebene Presse 1 arbeitet wie folgt:
Der Stößel 4 hat eine Masse m1. Das Ausgleichsgewicht 9 hat eine Masse m2. Im vorliegenden Beispiel greifen beide Pleuele an dem gleichen Exzenterradius r1 an. Sie können bei Bedarf jedoch auch an Exzentern mit unterschiedlichen Radien r1, r2 angreifen. Die beiden schwingenden Massen m1, m2 rufen, wie in 2 veranschaulicht, Trägheitskräfte hervor. Die Masse m1 verursacht die Trägheitskraft F1 in Richtung der Bewegungsrichtung 13. Die Masse m2 verursacht die Trägheitskraft F2 in Richtung der Bewegungsrichtung 14. Beide Kräfte F1, F2 sind zeitveränderlich und folgen dabei in erster Näherung einer Sinusfunktion bzw. Kosinusfunktion. Der Winkel von 90° zwischen den Bewegungsrichtungen 13 und 14 verursacht einen Phasenversatz von 90° zwischen den sinusähnlichen Schwingungen der Kräfte F1 und F2. Folgt F1 einer Sinusschwingung, folgt F2 einer Kosinusschwingung gleicher Amplitude. Durch den Phasenversatz von 90° addieren sie sich zu einem umlaufenden resultierenden Kraftvektor FR konstanter Länge. Der Kraftvektor FR läuft mit der Antriebswelle 3 synchron zu deren Drehung um. Das Kompensationsgewicht 12 erzeugt eine dem Kraftvektor FR diametral entgegengerichtete Kraft F gleicher Größe, die sich mit dem Kraftvektor FR zu null addiert. Somit sind an der Presse 1 die freien Massenkräfte in erster Näherung ausgeglichen, d. h. sie addieren sich zu Null.The press described so far 1 works as follows:
The pestle 4 has a mass m1. The balance weight 9 has a mass m2. In the present example, both connecting rods engage at the same eccentric radius r1. If necessary, however, they can also engage eccentrics with different radii r1, r2. The two vibrating masses m1, m2 call, as in 2 illustrates inertial forces. The mass m1 causes the inertial force F1 in the direction of the direction of movement 13 , The mass m2 causes the inertial force F2 in the direction of movement 14 , Both forces F1, F2 are time-variable and follow in a first approximation a sine function or cosine function. The angle of 90 ° between the directions of movement 13 and 14 causes a phase shift of 90 ° between the sinusoidal vibrations of the forces F1 and F2. If F1 follows a sine wave, F2 follows a cosine wave of the same amplitude. Due to the phase shift of 90 °, they add up to a circumferential resulting force vector FR of constant length. The force vector FR runs with the drive shaft 3 in sync with their rotation around. The compensation weight 12 generates a force F equal diametrically opposed to the force vector FR equal magnitude, which adds to the force vector FR to zero. Thus, at the press 1 The free mass forces are compensated to a first approximation, ie they add up to zero.

3 veranschaulicht die durch die Massen m1 und m2 verursachten, auf die Welle 3 einwirkenden, zeitabhängig beschleunigend und bremsend wirkenden Momente M1, M2. Weil jedes Gewicht m1, m2 bei einer vollen Umdrehung der Antriebswelle 3 zweimal, d. h. vor jedem der beiden Totpunkte abgebremst und danach wiederum beschleunigt werden muss, schwingt das Beschleunigungsmoment M1 und das Beschleunigungsmoment M2 bezogen auf die Drehzahl der Antriebswelle 3 mit doppelter Kreisfrequenz. Der Phasenversatz der Schwingungen der beiden Gewichte m1, m2 um 90° bewirkt somit in der Drehmomentschwingung M1, M2 einen Phasenversatz von 180°. Somit kompensieren sich die beiden von den Gewichten m1, m2 hervorgerufenen Massenmomente. Mit anderen Worten, die Massenmomente sind vollständig ausgeglichen, wenn die Bedingung m1 × r12 = m2 × r12 eingehalten wird. Dies gilt, wenn beide Massen m1, m2 von dem gleichen Exzenter 5 angetrieben werden. Ist der Masse m2 hingegen ein eigener Exzenter mit einem eigenen Radius r2 zugeordnet, der gleichphasig zu dem Exzenter 5 steht, ist der vollständige Ausgleich der Massenmomente bewirkt, wenn gilt: m1r12 = m2r22 . 3 illustrates that caused by the masses m1 and m2 on the wave 3 acting, time-dependent accelerating and braking moments M1, M2. Because each weight m1, m2 at one full turn of the drive shaft 3 twice, ie decelerated before each of the two dead centers and then again has to be accelerated, oscillates the acceleration torque M1 and the acceleration torque M2 relative to the speed of the drive shaft 3 with double angular frequency. The phase offset of the oscillations of the two weights m1, m2 by 90 ° thus causes a phase shift of 180 ° in the torque oscillation M1, M2. Thus, the two mass moments caused by the weights m1, m2 compensate each other. In other words, the mass moments are fully balanced when the condition m1 × r1 2 = m2 × r1 2 is complied with. This applies if both masses m1, m2 of the same eccentric 5 are driven. If, however, the mass m2 is assigned a separate eccentric with its own radius r2, which is in phase with the eccentric 5 is, the complete compensation of the mass moments is effected, if: M1R1 2 = m2r2 2 ,

Der 90°-Winkelversatz zwischen der Bewegungskurve des Stößels 4 (bzw. der Masse m1) und dem zugeordneten Ausgleichsgewicht 9 (bzw. der Masse m2) kann, wie 1 veranschaulicht, durch einen 90°-Winkel zwischen den beiden Bewegungsrichtungen 13, 14 erzielt werden. Alternativ kann der 90°-Winkelversatz zwiscehn den Bewegungskurven auch gemäß 4 und 5 durch einen Winkelversatz zwischen Exzentern 5a, 5b, die den Stößel 4 antreiben, und Exzentern 15a, 15b erzielt werden, die mit 90°-Versatz ein in gleicher Be wegungsrichtung 13 bewegtes Ausgleichsgewicht 9 antreiben. Der Stößel 4 und das Ausgleichsgewicht 9 schwingen somit wiederum in einer 90°-Phasenbeziehung. Wenn der Stößel 4 eine Sinusschwingung vollführt, vollführt das Ausgleichsgewicht 9 eine Kosinusschwingung.The 90 ° angular offset between the movement curve of the plunger 4 (or the mass m1) and the associated balance weight 9 (or the mass m2) can, as 1 illustrated by a 90 ° angle between the two directions of movement 13 . 14 be achieved. Alternatively, the 90 ° angular offset between the motion curves may also be determined according to FIG 4 and 5 by an angular offset between eccentrics 5a . 5b that the pestle 4 drive, and eccentrics 15a . 15b be achieved with a 90 ° offset in the same movement direction Be 13 moving balance weight 9 drive. The pestle 4 and the balance weight 9 oscillations Thus again in a 90 ° phase relationship. When the pestle 4 performs a sine wave, performs the balance weight 9 a cosine wave.

Es können weitere Ausgleichsmassen 16, 17 vorgesehen sein, die ebenfalls in Bewegungsrichtung 13 beweglich sind. Das Ausgleichsgewicht 16 bildet eine Masse m3 und wird von einem Exzenter mit Radius r3 exakt gegenphasig zu dem Stößel 4, d. h. der Masse m1 angetrieben. Die Exzenter mit den Radien r1 und r3 haben somit 180° Phasenversatz. Das Gegengewicht 17 bildet eine Masse m4, die von einem Exzenter mit Radius r4 exakt gegenphasig zu der Masse m2 des Ausgleichsgewichts 9 angetrieben wird. Die Exzenter mit den Radien r2 und r4 haben einen 180°-Phasenversatz. Die Exzenter mit den Radien r1 und r2 haben einen 90° Phasenversatz. Gleiches gilt für die Exzenter mit den Radien r3 und r4.There can be more balancing weights 16 . 17 be provided, which is also in the direction of movement 13 are mobile. The balance weight 16 forms a mass m3 and is exactly out of phase with the ram by an eccentric with radius r3 4 , ie the mass m1 driven. The eccentrics with the radii r1 and r3 thus have 180 ° phase offset. The counterweight 17 forms a mass m4, which of an eccentric with radius r4 exactly opposite in phase to the mass m2 of the balance weight 9 is driven. The eccentrics with the radii r2 and r4 have a 180 ° phase offset. The eccentrics with the radii r1 and r2 have a 90 ° phase offset. The same applies to the eccentric radii r3 and r4.

Bei dieser Ausführungsform ist der Ausgleich der Massenkräfte dann gegeben, wenn gilt: m1 × r1 = m3 × r3 sowie m2 × r2 = m4 × r4 . In this embodiment, the compensation of the mass forces is given if: m1 × r1 = m3 × r3 as well m2 × r2 = m4 × r4.

Der Ausgleich der Massenmomente ist gegeben, wenn gilt: m1 × r12 + m3 × r32 = m2 × r2 2 + m4 × r42 . The compensation of the mass moments is given if: m1 × r1 2 + m3 × r3 2 = m2 × r2 2 + m4 × r4 2 ,

Wie ersichtlich, erfolgt ein Austausch von Blindleistung nur zwischen den mit 90°-Phasenversatz bewegten Massen. Der Momentausgleich erfolgt somit zwischen den Massen m1, m3 einerseits und den Massen m2, m4 andererseits. Der Ausgleich der Massenkräfte erfolgt hingegen zwischen den Massen m1, m3 und den Massen m2, m4 jeweils paarweise. Mit dem Massenträgheitsmoment der Antriebswelle 3 sowie den angeschlossenen, direkt antreibenden Elektromotoren 11a, 11b, wird keine (oder wenigstens im Wesentlichen keine) Blindleistung ausgetauscht. Infolgedessen können Schwungräder oder dergleichen Energiespeichermittel zur Speicherung von drehender Antriebsenergie entfallen. Die Presse 1 kann im Extremfall schwungradlos ausgebildet werden. Der durch die Elektromotoren 11a, 11b gebildete Direktantrieb muss lediglich die an dem Werkzeug verrichtete Wirkleistung aufbringen.As can be seen, there is an exchange of reactive power only between the masses moved at 90 ° phase offset. The moment compensation thus takes place between the masses m1, m3 on the one hand and the masses m2, m4 on the other hand. The balance of the mass forces, on the other hand, takes place in pairs between the masses m1, m3 and the masses m2, m4. With the moment of inertia of the drive shaft 3 and the connected, directly driving electric motors 11a . 11b , no (or at least substantially no) reactive power is exchanged. As a result, flywheels or the like energy storage means for storing rotational drive energy can be omitted. The press 1 can be formed in the extreme case flywheel. The by the electric motors 11a . 11b formed direct drive must only apply the performed on the tool active power.

6 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Presse 1, die auf der Pressenkonfiguration nach 1 beruht. Entsprechend sind die vorhandenen Massen m1, m2 und der Stößel 4 sowie das Ausgleichsgewicht 9 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wie bei der Pressenkonfiguration nach 4 ist dem Stößel 4 gegenüberliegend ein Ausgleichsgewicht 16 mit einer Masse m3 und dem Ausgleichsgewicht 9 gegenüberliegend ein Ausgleichsgewicht 17 mit einer Masse m4 angeordnet. Die Massen m1 bis m4 werden wiederum durch Pleuel angetrieben, die an von der Antriebswelle 3 getriebenen Exzentern sitzen. Die Exzenter für die Masse m1 hat einen Radius r1. Der Exzenter für die Masse m2 hat einen Radius r2. Der Exzenter für die Masse m3 hat einen Radius r3. Der Exzenter für die Masse m4 hat einen Radius r4. Die Radien können miteinander übereinstimmen oder wie dargestellt, unterschiedlich sein. 6 illustrates a modified embodiment of the press according to the invention 1 Following the press configuration 1 based. Accordingly, the existing masses m1, m2 and the plunger 4 as well as the balance weight 9 provided with the same reference numerals. As with the press configuration after 4 is the pestle 4 opposite a balance weight 16 with a mass m3 and the balance weight 9 opposite a balance weight 17 arranged with a mass m4. The masses m1 to m4 are in turn driven by connecting rods, which are connected to the drive shaft 3 seated eccentrics. The eccentric mass m1 has a radius r1. The eccentric for the mass m2 has a radius r2. The eccentric for the mass m3 has a radius r3. The eccentric for the mass m4 has a radius r4. The radii may coincide with each other or be different as shown.

Die Bewegungsrichtung 14 der Ausgleichsgewichte 9, 17, ist rechtwinklig zu der Bewegungsrichtung 13 des Stößels 4 sowie des Ausgleichsgewichts 16 angeordnet. Die Exzenter r1 und r2, sind gleichphasig unter einem Winkel von 0° zueinander angeordnet. Die Exzenter r3, r4 sind ebenfalls gleichphasig, d. h. ohne Winkelversatz bzw. in einem Winkel von 0° zueinander angeordnet. Zwischen den Exzentern r1, r2 einerseits und den Exzentern r3, r4 andererseits, ist ein Winkelversatz von 180° gegeben.The direction of movement 14 the balance weights 9 . 17 , is perpendicular to the direction of movement 13 of the plunger 4 and the balance weight 16 arranged. The eccentric r1 and r2, are arranged in phase at an angle of 0 ° to each other. The eccentric r3, r4 are also in phase, that is arranged without angular offset or at an angle of 0 ° to each other. Between the eccentrics r1, r2 on the one hand and the eccentrics r3, r4 on the other hand, an angular displacement of 180 ° is given.

Die freien Massenträgheitskräfte von m2 und m4 gleichen einander aus, wenn gilt: r2m2 = r4m4 . The free mass inertia forces of m2 and m4 are equal to each other, if: r2m2 = r4m4.

Die freien Massenträgheitskräfte der Massen m1 und m3 gleichen einander aus, wenn gilt: m1r1 = m3r3 . The free mass inertia forces of the masses m1 and m3 balance each other out if: m1r1 = m3r3.

Die Massenmomente gleichen einander aus wenn gilt: m1r12 + m3r32 = m2r22 + m4r42 . The mass moments balance each other out when: M1R1 2 + m3r3 2 = m2r2 2 + m4r4 2 ,

Bei allen vorstehenden Maschinenkonfigurationen ist ein 90° Phasenversatz zwischen den Bewegungskurven des Stößels und mindestens eines zugeordneten Ausgleichsgewichts gegeben. Es ist jedoch auch möglich, das erfindungsgemäße Prinzip an Kinematiken zu verwirklichen, die keinen 90°-Phasenversatz haben. Eine solche Kinematik ist in 7 stark schematisiert veranschaulicht. Der Stößel 4 wird durch eine Masse m1 symbolisiert. Es sind zwei Ausgleichsgewichte m2, m3 vorhanden. Alle Massen m1, m2, m3 werden von mindestens einem Exzenter mit einem Radius r1, bedarfsweise aber auch von Exzentern unterschiedlicher Länge angetrieben. Die einzelnen Exzenter der Massen m1, m2, m3 haben keinen Winkelversatz zueinander. Im vorliegenden Fall sind Bewegungsrichtungen 13, 18, 19 der drei Massen m1, m2, m3 radial zu dem Drehzentrum des Exzenters r1 orientiert, wobei sie in Winkeln von 120° zueinander stehen. Dem Exzenter r1 gegenüberliegend kann das Kompensationsgewicht 12 angeordnet sein.In all the above machine configurations, there is a 90 ° phase offset between the movement curves of the plunger and at least one associated balance weight. However, it is also possible to realize the inventive principle of kinematics that have no 90 ° phase offset. Such a kinematics is in 7 very schematically illustrated. The pestle 4 is symbolized by a mass m1. There are two balancing weights m2, m3. All masses m1, m2, m3 are driven by at least one eccentric with a radius r1, but if necessary also by eccentrics of different lengths. The individual eccentrics of the masses m1, m2, m3 have no angular offset from each other. In the present case are directions of movement 13 . 18 . 19 of the three masses m1, m2, m3 oriented radially to the center of rotation of the eccentric r1, wherein they are at angles of 120 ° to each other. Opposite the eccentric r1 can the compensation weight 12 be arranged.

Die von den Massen m1, m2, m3 ausgehenden Trägheitskräfte bilden wiederum einen umlaufenden Kraftvektor konstanter Länge, der durch die von dem Kompensationsgewicht 12 hervorgerufene Kraft kompensiert wird. Die an dem Exzenter r1 angreifenden Beschleunigungs- und Bremsmomente, die durch das Beschleunigen und Bremsen der Massen m1, m2, m3 hervorgerufen werden, kompensieren einander wiederum vollständig bzw. nahezu vollständig.Which emanate from the masses m1, m2, m3 The inertial forces in turn form a circumferential force vector of constant length, by that of the compensation weight 12 caused force is compensated. The acceleration and braking torques acting on the eccentric r1, which are caused by the acceleration and braking of the masses m1, m2, m3, in turn compensate each other completely or almost completely.

Bei der vorstehenden Beschreibung des Ausgleichs der Massenkräfte und der Massenmomente wird die Kompensation der Grundwelle der Schwingung der jeweiligen Kraft bzw. des jeweiligen Moments betrachtet. Eine Kompensation von Oberwellen, die durch die Schwenkbewegung des Pleuels entstehen können, erfolgt nicht oder nicht vollständig. Die Kompensation der Schwingung der Grundwelle der Massenmomente führt jedoch zu einer erheblichen Reduktion der in der Presse vorhandenen Blindleistung. Insoweit wird die Presse 1 als im Sinne der Erfindung kompensiert angesehen, wenn nur die Grundwelle der Massenmomente kompensiert ist. Eine erste Bedingung für den weitgehenden Blindleistungausgleich ist der oben beschriebene Phasenversatz zwischen der Bewegung des mindestens einen Ausgleichsgewichts und dem Stößel. Eine weitere Bedingung kann darin gesehen werden, dass die in dem Ausgleichsgewicht und in dem Stößel (nebst Werkzeug) gespeicherte kinetische Energien den gleich groß aber zueinander phasenversetzt sind. Blindleistung pendelt zwischen dem Stößel und dem Ausgleichsgewicht, nicht aber zwischen dem Stößel und dem Pressenantrieb oder einem Schwungrad.In the above description of the balance of the mass forces and the moments of inertia, the compensation of the fundamental wave of the vibration of the respective force or moment is considered. A compensation of harmonics, which may be caused by the pivotal movement of the connecting rod is not or not completely. However, the compensation of the oscillation of the fundamental wave of the mass moments leads to a considerable reduction of the reactive power present in the press. In that regard, the press 1 considered compensated within the meaning of the invention, if only the fundamental wave of the mass moments is compensated. A first condition for the far-reaching reactive power compensation is the above-described phase offset between the movement of the at least one counterweight and the ram. Another condition can be seen in the fact that the kinetic energies stored in the balancing weight and in the ram (together with the tool) are of the same size but phase-shifted with respect to one another. Reactive power oscillates between the plunger and the balance weight, but not between the plunger and the press drive or a flywheel.

Bei einer erfindungsgemäßen Presse 1 ist mindestens ein Ausgleichsgewicht 9 vorgesehen, das dazu dient, Blindleistung des Stößels 4 zu übernehmen und insoweit ein Schwungrad zu ersetzen. Die Phase der Bewegung des Ausgleichsgewichts 9 ist vorzugsweise so auf die Phase der Bewegung des Stößels 4 abgestimmt, dass an der Antriebswelle keine merkliche Drehschwingung mehr auftritt. Diese Maßnahme reduziert die an der Antriebswelle erforderliche Schwungmasse erheblich und ermöglicht den Direktantrieb der Antriebswelle 3.In a press according to the invention 1 is at least a balance weight 9 provided, which serves to reactive power of the plunger 4 to take over and in this respect to replace a flywheel. The phase of the movement of the balance weight 9 is preferably so on the phase of movement of the plunger 4 tuned that on the drive shaft no significant torsional vibration occurs more. This measure considerably reduces the flywheel mass required on the drive shaft and enables the direct drive of the drive shaft 3 ,

11: PressePress
22: Pressengestellpress frame
33: Antriebswelledrive shaft
44: Stößeltappet
55: Exzentereccentric
66: Pleuelpleuel
77: oberer Werkzeugteilupper tool part
88th: unterer Werkzeugteillower tool part
99: Ausgleichsgewichtcounterweight
1010: Pleuelpleuel
11, 11a, 11b11 11a, 11b: Motorengine
1212: Kompensationsgewichtcompensation weight
13, 1413 14: Bewegungsrichtungendirections of movement
r1r1: Radius des Exzenters 5 Radius of the eccentric 5
r2, r3, r4r2, r3, r4: Exzenterradiuseccentric radius
m1m1: Masse des StößelsDimensions of the plunger
m2m2: Masse des AusgleichsgewichtsDimensions the balance weight
FRFR: Kraftvektorforce vector
FF: Kraftforce
15a, 15b15a, 15b: Exzentereccentric
16, 1716 17: Ausgleichsgewichtecounterweights

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2534628 A1 [0004]
- DE 69106040 T2 [0005]
- DE 2434266 A1 [0007]

Claims

Press ( 1 ) for metal forming with at least one movably mounted, reciprocally driven ram ( 4 ), with a drive shaft ( 4 ), which has at least one eccentric ( 5 , r1) associated with the plunger ( 4 ) via a connecting rod ( 6 ) is drivingly connected so that it performs a swinging movement, with at least one balance weight ( 9 ), which is reciprocally movably mounted and connected by a connecting rod ( 10 ) with an eccentric ( 5 , r1 or r2) of the drive shaft ( 3 ) is performed so that it performs a swinging movement, wherein the oscillating movements of the plunger ( 4 ) and the balance weight ( 9 ) have a phase offset with respect to one another, characterized in that the torque oscillations caused by the oscillating movements substantially add up to zero.

Press according to claim 1, characterized in that on the drive shaft ( 3 ) Adding accelerating and decelerating torques acting to zero.

Press according to claim 1, characterized in that the plunger ( 4 ) and the at least one balancing weight ( 9 ) with the at least one eccentric ( 5 ) are directly connected.

Press according to claim 1, characterized in that the balance weight ( 9 ) and the plunger ( 4 ) oscillate with a phase shift of 90 ° to each other.

Press according to claim 1, characterized in that several balancing weights ( 9 . 16 . 17 ) are provided.

Press according to claim 5, characterized in that the plurality of balancing weights ( 9 . 16 . 17 ) with different phase offsets to the movement of the plunger ( 4 swing).

Press according to claim 1, characterized in that the sum of the of the plunger ( 4 ) and the balance weights ( 9 . 16 . 17 ) force vectors (F1, F2) zero or one with the drive shaft ( 3 ) is a circumferential force vector (FR) of constant length.

Press according to claim 8, characterized in that with the shaft ( 3 ) at least one compensation weight ( 12 ) is connected to compensate for the force vector (FR).

Press according to claim 1, characterized in that the direction of movement of the balance weight ( 9 ) parallel or identical to the direction of movement of the plunger ( 4 ), the balance weight ( 9 ) and the plunger ( 4 ) are each driven by different eccentrics (r1, r2).

Press according to claim 9, characterized the eccentrics (r1, r2) have an angular offset of 90 °.

Press according to claim 1, characterized in that the direction of movement ( 14 ) of the balance weight ( 9 ) at right angles to the direction of movement ( 13 ) of the plunger ( 4 ) is aligned.

Press according to claim 11, characterized in that the plunger ( 4 ) and the balance weight ( 9 ) of a common eccentric ( 5 ) or driven by separate eccentrics without phase offset.

Press according to claim 1, characterized in that the drive shaft ( 3 ) is designed flywheel.

Press according to claim 1, characterized in that the drive shaft ( 3 ) by at least one servomotor ( 11 ) is driven.

Press according to claim 14, characterized in that the servomotor ( 11 ) with the drive shaft ( 3 ) is directly connected.