DE102009012111B4 - Mechanical forming press and method for actuating this forming press - Google Patents
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Abstract
Mechanische Umformpresse mit einem Pressengetriebe (1), über welches ein Pressenstößel mit einem Antrieb (2) mechanisch gekoppelt ist, wobei der Antrieb (2) zumindest einen elektrischen Servomotor umfasst, wobei das Pressengetriebe (1) zwischen einer Antriebswelle (20) des Servomotors und einer Abtriebswelle (30) für den Pressenstößel ein stufenlos variierendes Übersetzungsverhältnis aufweist, wobei das Pressengetriebe (1) ein Schleppkurbelgetriebe (3) aufweist, welches die als Exzenterwelle (30) ausgebildete Abtriebswelle (30) für den Pressenstößel und ein Vorgelegerad (31) umfasst, wobei die Abtriebswelle (30) exzentrisch zum Vorgelegerad (31) angeordnet und über eine Schleppkurbel mit dem Vorgelegerad (31) gekoppelt ist und wobei zumindest eine Übersetzungsstufe (4) zwischen dem Antrieb (2) und dem Vorgelegerad (31) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterwelle (30) zumindest zwei Exzenter (32) umfasst und das Vorgelegerad (31) zwischen den beiden Exzentern (32) angeordnet ist, wobei ein den Pressenstößel antreibender Pleuel (34) unter Zwischenschaltung einer Exzenterscheibe (33) verstellbar auf dem Exzenter (32) der Exzenterwelle (30) angeordnet ist und wobei sich die Übersetzungsstufe (4) mit dem Antrieb (2) und mit dem Vorgelegerad (31) in Eingriff befindet.Mechanical forming press with a press gear (1), via which a press ram with a drive (2) is mechanically coupled, wherein the drive (2) comprises at least one electric servomotor, wherein the press gear (1) between a drive shaft (20) of the servomotor and an output shaft (30) for the press ram has a continuously variable transmission ratio, wherein the press gear (1) comprises a drag crank gear (3), which as the eccentric shaft (30) formed output shaft (30) for the press ram and a counter gear (31), wherein the output shaft (30) is arranged eccentrically to the counter gear (31) and coupled via a drag crank to the counter gear (31) and wherein at least one gear stage (4) is arranged between the drive (2) and the counter gear (31), characterized in that the eccentric shaft (30) comprises at least two eccentrics (32) and the counter gear (31) between the two eccentrics Tern (32) is arranged, wherein a press ram driving the connecting rod (34) with the interposition of an eccentric disc (33) adjustable on the eccentric (32) of the eccentric shaft (30) is arranged and wherein the translation stage (4) with the drive (2 ) and engaged with the counter gear (31).
Description
Die Erfindung betrifft eine mechanische Umformpresse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a mechanical forming press according to the preamble of claim 1.
Eine derartige Umformpresse ist in der
Eine solche Umformpresse weist einen komplexen Aufbau mit vielen Bauteilen auf.Such a forming press has a complex structure with many components.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mechanische Umformpresse der eingangs genannten Art bereit zu stellen, die einen besonders einfachen Aufbau mit einer möglichst geringen Anzahl an Bauteilen aufweist.The invention has for its object to provide a mechanical forming press of the type mentioned above, which has a particularly simple structure with the lowest possible number of components.
Um die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zu lösen, stellt die Erfindung die mechanische Umformpresse nach Anspruch 1 bereit, die mit einem Pressengetriebe ausgestattet ist, über welches ein Pressenstößel mit einem Antrieb mechanisch gekoppelt ist, wobei der Antrieb zumindest einen elektrischen Servomotor umfasst und das Pressengetriebe zwischen einer Antriebswelle des Servomotors und einer Abtriebswelle für den Pressenstößel ein stufenlos variierendes Übersetzungsverhältnis aufweist. Im Ergebnis kann erreicht werden, dass die den Pressenstößel treibende Abtriebswelle eine variierende Winkelgeschwindigkeit aufweist, wenn sich eine Antriebswelle des Servomotors mit einer im wesentlichen konstanten Winkelgeschwindigkeit dreht. Durch Ansteuerung und Betätigung des Servomotors mit im wesentlichen konstanter Drehzahl ist so eine Flexibilisierung des Stößelhubes möglich. Der leistungsstarke elektrische Servomotor zeichnet sich durch ein hohes Drehmoment aus und kann als Hauptantrieb eingesetzt werden. Diese Flexibilisierung des Stößelhubes ermöglicht neue technologische Möglichkeiten im Bereich des Umformen, Stanzens und Prägens. Die Drehbewegung des Servomotors wird mit Hilfe des Pressengetriebes in eine translatorische Bewegung des Pressenstößels transformiert. Der Servomotor kann bei einer im wesentlichen konstanten Winkelgeschwindigkeit besonders effizient im Dauerbetrieb betrieben werden, wobei Verlustleistungen, die sich z. B. durch wiederholtes Beschleunigen und Abbremsen des Motors und des gesamten Pressengetriebes ergeben, vermieden werden. Durch das stufenlos variierende Übersetzungsverhältnis des Pressengetriebes kann erreicht werden, dass der Pressenstößel gerade im Umformbereich der mechanischen Umformpresse verlangsamt wird, so dass geringere Auftreffgeschwindigkeiten, geringere Schallemissionen und höhere Werkzeugstandzeiten erzielt werden können. Im Ergebnis weist die mechanische Umformpresse der eingangs genannten Art einen besonders einfachen Aufbau mit einer äußerst geringen Anzahl an Bauteilen auf, so dass die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst wird.To solve the problem underlying the invention, the invention provides the mechanical forming press according to claim 1, which is equipped with a press gear, via which a press ram is mechanically coupled to a drive, wherein the drive comprises at least one electric servomotor and the press gear between a drive shaft of the servomotor and an output shaft for the press ram has a continuously varying transmission ratio. As a result, the output shaft driving the press ram can be made to have a varying angular velocity when a drive shaft of the servomotor rotates at a substantially constant angular velocity. By controlling and operating the servo motor with a substantially constant speed as a flexibilization of the ram stroke is possible. The powerful electric servomotor is characterized by high torque and can be used as the main drive. This flexibility of the ram stroke enables new technological possibilities in the area of forming, stamping and embossing. The rotational movement of the servo motor is transformed by means of the press gear in a translational movement of the press ram. The servomotor can be operated particularly efficiently in continuous operation at a substantially constant angular velocity, wherein power losses, the z. B. result by repeated acceleration and deceleration of the engine and the entire press gear, can be avoided. Due to the continuously variable transmission ratio of the press gear can be achieved that the press ram is slowed down just in the forming of the mechanical forming press, so that lower impact speeds, lower noise emissions and higher tool life can be achieved. As a result, the mechanical forming press of the type mentioned has a particularly simple structure with an extremely small number of components, so that the object underlying the invention is achieved.
Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn das Pressengetriebe ein Mehrkurbelgetriebe aufweist. Durch das Mehrkurbelgetriebe kann ein stufenlos variierendes Übersetzungsverhältnis des Pressengetriebes auf einfache Weise bewerkstelligt werden.It may prove advantageous if the press gear has a multi-crank gear. Due to the multi-crank gear, a continuously variable transmission ratio of the press gear can be accomplished in a simple manner.
Erfindungsgemäß weist das Pressengetriebe ein Schleppkurbelgetriebe auf. Bei dieser Ausführung kann das stufenlos variierendes Übersetzungsverhältnis des Pressengetriebes auf sehr geringem Bauraum bewerkstelligt werden.According to the invention, the press gear has a towing crank mechanism. In this embodiment, the continuously varying transmission ratio of the press gear can be accomplished in a very small space.
Erfindungsgemäß umfasst das Schleppkurbelgetriebe die Abtriebswelle für den Pressenstößel und ein Vorgelegerad umfasst, wobei die Abtriebswelle exzentrisch zum Vorgelegerad angeordnet und über eine Schleppkurbel mit dem Vorgelegerad gekoppelt ist. Nach dieser Ausführungsform lässt sich ein Schleppkurbelgetriebe in sehr kompakter Bauform und auf besonders einfache Weise realisieren.According to the invention, the towing gear comprises the output shaft for the press ram and a counter gear, wherein the output shaft is arranged eccentrically to the counter gear and coupled via a towing with the counter gear. According to this embodiment, a drag crank gear can be realized in a very compact design and in a particularly simple manner.
Erfindungsgemäß ist die Abtrebswelle als Exzenterwelle ausgebildet. Die Exzenterwelle bewerkstelligt die Grundübersetzung des Pressengetrebes. Wenn die Schleppkurbel direkt auf die Exzenterwelle als Abtriebswelle wirkt, kann die Grundübersetzung des Pressengetriebes auf einfache Weise mit dem stufenlos variierenden Übersetzungsverhältnis des Schleppkurbelgetriebes multipliziert werden, wobei das Gesamtübersetzungsverhältnis des Pressengetriebes je nach dem gewünschten Verlauf über den Stößelhub einstellbar ist.According to the Abtrebswelle is designed as an eccentric shaft. The eccentric shaft accomplishes the basic translation of the Pressengetrebes. If the drag crank acts directly on the eccentric shaft as the output shaft, the basic ratio of the press gear can be easily multiplied by the continuously varying gear ratio of the towing gear, wherein the overall gear ratio of the press gear is adjustable depending on the desired course on the ram stroke.
Es kann sich als günstig erweisen, wenn das Übersetzungsverhältnis des Pressengetriebes im Bereich der Umformung der Umformpresse vergrößert wird. Dadurch wird der Pressenstößel im Umformbereich verlangsamt, wobei eine verlangsamte Ziehgeschwindigkeit und ein erhöhter Arbeitsweg vor dem unteren Totpunkt erzielt werden kann.It may prove to be advantageous if the transmission ratio of the press gear is increased in the region of the forming of the forming press. As a result, the press ram is slowed down in the forming area, whereby a slowed down pulling speed and an increased working travel can be achieved before the bottom dead center.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Pressenstößel kupplungsfrei mit dem Antrieb gekoppelt. So kann über den gesamten Stößelhub hinweg ein kontinuierlicher Antrieb des Pressenstößels realisiert werden. Zudem kann die Anzahl der Bauteile weiter reduziert werden, wenn auf eine Kupplung verzichtet wird.In an advantageous development of the invention, the press ram is coupled clutch-free with the drive. Thus, a continuous drive of the press ram can be realized across the entire ram stroke. In addition, the number of components can be further reduced if a clutch is dispensed with.
Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Exzenterwelle zumindest einen Exzenter umfasst, über welchen die Exzenterwelle ein Pleuel antreibt. Dadurch kann die Grundübersetzung des Pressengetriebes auf einfache Weise bewerkstelligt werden.It may prove advantageous if the eccentric shaft comprises at least one eccentric, via which the eccentric shaft drives a connecting rod. This allows the basic translation of the Press gear can be accomplished in a simple manner.
Erfindungsgemäß ist ein den Pressenstößel antreibender Pleuel unter Zwischenschaltung einer Exzenterscheibe verstellbar auf dem Exzenter der Exzenterwelle angeordnet. Dadurch kann das Gesamtübersetzungsverhältnis des Pressengetriebes auf einfache Weise verstellt werden.According to the invention, a connecting rod driving the press ram with the interposition of an eccentric disc is adjustably arranged on the eccentric of the eccentric shaft. Thereby, the overall gear ratio of the press gear can be adjusted easily.
Erfindungsgemäß umfasst die Exzenterwelle zumindest zwei Exzenter, wobei das Vorgelegerad, vorzugsweise mittig, zwischen den beiden Exzentern angeordnet ist. Dadurch entsteht ein sogenannter Mittelantrieb, bei dem die Antriebsleistung vom Vorgelegegetriebe von der Pressenmitte her über die Exzenterwellen auf die Exzenter übertragen wird. Bei einem Seitenantrieb folgt der Antrieb einseitig seitlich neben den Exzentern. Das zu übertragende Drehmoment bewirkt eine Torsion der Exzenterwelle. Diese Torsion hat unterschiedlich große Verdrehwinkel der Exzenter zur Folge. Die unterschiedlich großen Verdrehwinkel bewirken eine Schrägstellung des Pressenstößels. Durch einen Antrieb zwischen den beiden Exzentern lässt sich dieser Effekt vermeiden. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Vorgelegegetriebe mittig zwischen den Exzentern angeordnet sein. Dann ergeben sich an beiden Exzentern Verdrehwinkel gleicher Größe und Richtung. Ein Schrägstellen des Pressenstößels kann dadurch wirkungsvoll vermieden werden.According to the invention, the eccentric shaft comprises at least two eccentrics, wherein the counter gear, preferably centrally, is arranged between the two eccentrics. This creates a so-called center drive, in which the drive power is transmitted from the countershaft gear from the center of the press forth on the eccentric shafts on the eccentric. With a side drive, the drive follows on one side laterally next to the eccentrics. The torque to be transmitted causes a torsion of the eccentric shaft. This torsion has different degrees of rotation of the eccentric result. The differently sized twist angle cause an inclination of the press ram. A drive between the two eccentrics avoids this effect. In an advantageous development of the invention, the countershaft transmission can be arranged centrally between the eccentrics. Then arise at both eccentrics angle of rotation of the same size and direction. A tilting of the press ram can be effectively avoided.
Es kann sich als günstig erweisen, wenn zumindest eine Übersetzungsstufe zwischen dem Antrieb und dem Vorgelegerad angeordnet ist. Dadurch kann das auf das Vorgelegerad einwirkende Drehmoment genau auf die jeweiligen Bedürfnisse abgestimmt werden, so dass optimale Betriebsergebnisse erzielbar sind. In einer bevorzugten Ausführung dreht sich die Antriebswelle des Servomotors mit höherer Drehzahl als das Vorgelegerad und/oder die Abtriebswelle für den Pressenstößel. Bei einem entsprechend leistungsstarken Antrieb ist es auch möglich, den Antrieb unmittelbar mit dem Vorgelegerad zu koppeln.It can prove to be advantageous if at least one transmission stage between the drive and the counter gear is arranged. As a result, the torque acting on the counter gear can be precisely matched to the respective requirements, so that optimum operating results can be achieved. In a preferred embodiment, the drive shaft of the servomotor rotates at a higher speed than the counter gear and / or the output shaft for the press ram. With a correspondingly powerful drive, it is also possible to couple the drive directly to the counter gear.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung befindet sich die Übersetzungsstufe mit dem Antrieb und/oder mit dem Vorgelegerad in Eingriff. Dadurch kann eine schlupffreie Übersetzung bewerkstelligt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the translation stage is in engagement with the drive and / or with the counter gear. As a result, a slip-free translation can be accomplished.
Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Übersetzungsstufe durch vorzugsweise ein einstufiges Stimradgetriebe gebildet wird. So ein Getriebe lässt sich besonders einfach herstellen.It may prove advantageous if the translation stage is formed by preferably a single-stage spur gear. Such a transmission is particularly easy to produce.
Es kann sich als hilfreich erweisen, wenn der elektrische Servomotor über den gesamten Stößelhub im gleichen Drehsinn betätigt wird. Dadurch wird der elektrische Servomotor wenig beansprucht und kann mit geringer Leistung betrieben werden.It can be helpful if the electric servomotor is operated in the same direction of rotation over the entire stroke. As a result, the electric servomotor is little stressed and can be operated with low power.
Ein bevorzugter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betätigung einer mechanischen Umformpresse nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei der elektrische Servomotor über den gesamten Stößelhub mit im wesentlichen gleicher Drehzahl betätigt wird. Dadurch werden energieaufwändige Drehzahländerungen vermieden und der Servomotor kann besonders effizient im Dauerbetrieb betrieben werden.A preferred aspect of the invention relates to a method of actuating a mechanical forming press according to any one of the preceding embodiments, wherein the electric servomotor is operated at substantially the same speed over the entire ram stroke. As a result, energy-intensive speed changes are avoided and the servo motor can be operated very efficiently in continuous operation.
Die bevorzugte Ausführung und Anwendung der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.The preferred embodiment and application of the invention will be described below in detail with reference to the drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten AusführungsbeispielsDetailed Description of the Preferred Embodiment
Die Erfindung betrifft eine mechanische Umformpresse mit einem kontinuierlichen bzw. kupplungsfreien Pressengetriebe, über welches ein Pressenstößel mit einem Antrieb mechanisch gekoppelt ist. Der Antrieb umfasst zumindest einen elektrischen Servomotor mit einer Antriebswelle, wobei das Pressengetriebe zwischen einer Antriebswelle des Servomotors und einer Abtriebswelle für den Pressenstößel ein stufenlos variables Übersetzungsverhältnis aufweist, so dass die Abtriebswelle eine variierende Winkelgeschwindigkeit aufweist, wenn sich die Antriebswelle des Servomotors mit einer im wesentlichen konstanten Winkelgeschwindigkeit dreht.The invention relates to a mechanical forming press with a continuous or clutch-free press gear, via which a press ram is mechanically coupled to a drive. The drive comprises at least one electric servomotor with a drive shaft, wherein the press gear between a drive shaft of the servomotor and an output shaft for the press ram has a continuously variable transmission ratio, so that the output shaft has a varying angular velocity when the drive shaft of the servomotor with a substantially constant angular velocity turns.
Die Umformpresse verfügt über ein Gehäuse, das ein Getriebegehäuse und ein Pressenkopfstück aufweist. Das Pressengehäuse, welches die Lagerstellen für die Getriebeteile bereitstellt, und die Pressenstößel sind der besseren Übersicht halber nicht dargestellt.The forming press has a housing which has a gear housing and a press head. The press housing, which provides the bearings for the gear parts, and the press ram are not shown for clarity.
Der Pressenantrieb umfasst im vorliegenden Fall zwei elektrische Servomotoren
Das Pressengetriebe
Das Schleppkurbelgetriebe
Die Abtriebswelle
Die Antriebswellen
Nachfolgend wird die Wirkungs- und Funktionsweise der Erfindung naher erläutert.Hereinafter, the operation and operation of the invention will be explained in more detail.
Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Umformpresse
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass leistungsstarke Servomotoren
Im Gegensatz zu Servo-Pressen mit Exzentergetrieben, bei welchen aufgrund des konstanten Übersetzungsverhältnisses keine optimale Umsetzung des vorhandenen Motormoments in die benötigte Umformkraft bzw. Arbeitsvermögen der Presse vorhanden ist, wird das Übersetzungsverhältnis bei der erfindungsgemäßen Umformpresse im Bereich der Umformung vergrößert.In contrast to servo presses with eccentric gears, in which due to the constant gear ratio no optimal conversion of the existing engine torque in the required forming force or working capacity of the press is present, the gear ratio is increased in the forming press according to the invention in the field of forming.
Die folgenden Vorteile ergeben sich durch die Erfindung:
Das Übersetzungsverhältnis des Schubkurbelgetriebes (Exzenterwelle) als Grundübersetzung des Pressenantriebes wird mit dem über dem Kurbelwinkel variierenden Übersetzungsverhältnis des Schleppkurbelgetriebes multipliziert.The following advantages result from the invention:
The ratio of the thrust crank gear (eccentric shaft) as a basic translation of the press drive is multiplied by the varying over the crank angle gear ratio of the towing crank mechanism.
Die Flexibilisierung des Hubes des Pressenstößels erfolgt durch die direkte Ansteuerung der Servomotoren, die als Hauptmotoren fungieren.The flexibility of the stroke of the press ram is achieved by the direct control of the servomotors, which act as main motors.
Im Kurbelwinkelbereich von 120–180°, also im Bereich der Umformung, wird das Übersetzungsverhältnis durch das Schleppkurbelgetriebe vergrößert. Dadurch wird erreicht, dass sich der Nennpresskraftweg der Presse bei gegebenen Drehmomenten der Servomotoren vergrößert. So beträgt der Nennpresskraftweg einer 6300 kN-Presse bei herkömmlichem Exzenterantrieb 7,6 mm und bei einer Servo-Presse mit integriertem Schleppkurbelgetriebe 10,5 mm vor dem unteren Totpunkt. Für den technologischen Umformprozess wird beim Einsatz gleicher Servomotoren ein höheres Nennarbeitsvermögen zur Verfügung gestellt.In the crank angle range of 120-180 °, ie in the area of forming, the gear ratio is increased by the drag crank gear. This ensures that increases the Nennpresskraftweg the press at given torques of the servomotors. For example, the nominal force of travel of a 6300 kN press in conventional eccentric drive is 7.6 mm and in the case of a servo press with integrated drag crank mechanism 10.5 mm before bottom dead center. For the technological forming process, a higher nominal working capacity is provided when using the same servomotors.
Es liegen keine zusätzlichen spielbehaftete Gelenke im Kraftfluss der Presse vor, wodurch die gleiche Steifigkeit der Antriebskonfiguration wie bei Exzenterpressen erreicht werden kann.There are no additional backlash joints in the force flow of the press, whereby the same rigidity of the drive configuration as in eccentric presses can be achieved.
Über den gesamten Stößelhub ist ein kontinuierlicher Antrieb realisierbar. Ein reversiver Betrieb im Pressenantrieb ist nicht erforderlich.Over the entire ram stroke a continuous drive can be realized. A reversible operation in the press drive is not required.
Im Ergebnis wird Gesamtenergiebilanz des Pressenantriebs deutlich verbessert und die Anzahl der Bauteile wird deutlich verringert.As a result, the overall energy balance of the press drive is significantly improved and the number of components is significantly reduced.
Claims (8)
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