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Die Erfindung betrifft Presse mit einem direkt angetriebenen Kurbeltrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Weiter betrifft die Erfindung eine Pressenstraße mit derartigen Pressen nach dem Oberbegriff des Anspruches 9. Zusätzlich bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer Presse mit zumindest einem Direktantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches 14.
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Fertigungsmaschinen mit einem reversierenden Stößel weisen in der Regel einen motorischen Antrieb und einen Kurbeltrieb auf, der die Rotationsbewegung des Antriebes in eine lineare und reversierende Bewegung umwandelt. Üblicherweise werden derartige Fertigungsanlagen als Pressen zum Umformen oder Schneiden von Werkstücken verwendet. Insbesondere die Automobilindustrie benötigte Pressenstraßen, bestehend aus mehreren nacheinander angeordneten Pressen und zugehörigem Transportsystem, um beispielsweise aus einfachen angelieferten Coils (Flachbandrollen aus Metall) komplizierte Geometrien, wie Kotflügel, Fahrzeugtüren, Katalysatorhüllen und vieles mehr zu fertigen.
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Insbesondere schnell laufende Pressenanlagen werden als mechanische Pressen wie oben dargestellt ausgeführt. Im Stand der Technik haben sich vielerlei unterschiedliche Terminologien eingebürgert, so dass im Zuge dessen einige verwendete Begriffe erklärt und deren bekanntesten Synonyme ohne Anspruch auf Vollständigkeit dargelegt werden. Ein Kurbeltrieb, ist gemäß der Erfindung ein Antrieb, der eine Rotationsbewegung (von einem Motor) in eine Linearbewegung umformen kann und findet in der Fachliteratur auch als Exzenterantrieb oder Schubkurbelantrieb oder dergleichen seinen Niederschlag. Wie oben ausgeführt ist die Hauptaufgabe des Kurbeltriebes die Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung, wobei eine Exzenter- oder wie im weiteren Verlauf eine Kurbelwelle verwendet wird. Auf der Kurbelwelle findet sich ein außerhalb der Rotationsachse der Kurbelwelle gelagerter Exzenter- bzw. im weiteren Kurbelzapfen, an dem in der Regel ein Schubgestänge, im weiteren Pleuelstange genannt, angeordnet ist. Der Kraftfluss des Antriebs kann vom kleinsten Möglichen Nenner des Kurbeltriebs, einer Kurbelwelle und einem Kurbelzapfen, bis hin zu einem Stößel über mehrere Stationen wie Schubkurbeln, Gelenktriebe, u. a. oder auch nur einer Pleuelstange laufen. Weiter steht der Begriff Pressenrahmen für das tragende Gestell der Presse. Im Sinne der Erfindung sind davon alle Pressengestelle in ihren möglichen Ausführungsformen umfasst, wie zum Beispiel gebaute Pressenrahmen aus mehreren Einzelteilen (Querhaupt oben und unten, Seitenständer) wie auch Pressenrahmen in Fensterrahmenkonstruktion oder in Zugankerbauweise. Direktantriebe und Servopressen zeichnen sich dadurch aus, dass durch die Verwendung, vorzugsweise von Gleichstrommotoren, über einen Pressenhub (OT – UT – OT) verschiedene Geschwindigkeitsgradienten einstellen lassen. Auch ein Pendelhubbetrieb ist möglich ohne eine immerwährender Gefahr der Überlastung von zum Teil aufwendigen Zahnrad- oder Kurbelgetrieben, sofern diese vorhanden sind.
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Aus
DE 28 40 710 ist ein Antriebssystem für eine Umformmaschine bekannt geworden, dass einen Direktantrieb für ein Antriebssystem einer Presse zeigt. Dabei wird der Wellenausgang des Direktantriebes noch über ein Getriebe übersetzt, bevor die Antriebskraft über die Welle auf eine Kurbelscheibe und schließlich auf einen Kurbelzapfen übertragen werden kann. Aus
DE 102 60 127 A1 ist ebenfalls ein Direktantrieb bekannt geworden, der außenseitig an einer Welle angeflanscht ist und seine Antriebskraft ohne die Zuhilfenahme eines Übersetzungsgetriebes direkt an die Kurbelwelle abgibt.
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Alle diese Offenbarungen zeigen einen gravierenden Nachteil, dass der Motor außerhalb der tragenden Strukturen der Presse respektive des Pressenkopfes angeordnet ist. Der Motor wird dafür in der Regel über eine Kupplung oder durch direktes aufsetzen auf die Hauptantriebswelle (Flansch, Spannsatz oder Vielkeilwelle) mit dieser verbunden.
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Ein weiteres Problem besteht darin, dass insbesondere große Umformpressen mit hoher Tonnage an Presskraft einen oder mehrere starke Motoren benötigen. Bei Umformpressen finden sich diese in der Regel im Pressenkopf (oberhalb des Stößels) und treiben über Zahnräder eine oder mehrere Kurbelwellen an. Diese Motoren sind in Ihrer Leistungsaufnahme für den höchsten Belastungsfall ausgelegt und können nur in einem Stück ausgetauscht werden, wenn diese Defekt sind. Üblicherweise ist vorgesehen, dass der Motor mittels eines Kranes nach oben abgehoben werden kann. Bei Pressen mit Anordnung der Motoren aus anlagentechnischen Gründen innerhalb des Pressenkopfes respektive seitlich ist dies beispielsweise so nicht möglich.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin eine Presse zu schaffen, in der die oben genannten Nachteile vermindert oder sogar verhindert sind. Insbesondere soll es möglich sein eine Pressenbaureihe zu schaffen, die schnell und einfach mit unterschiedlicher Antriebsleistung ab- oder aufrüstbar ist und in der insbesondere die Motoren durch Austausch wesentlicher Antriebselemente einfach und schnell repariert werden können.
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Weiter soll eine Pressenstraße geschaffen werden, die bei einem im Wesentlichen ähnlichen Pressenaufbau der einzelnen Pressen aufgrund einer möglichen Pressenbaureihe gleichartige Motoren und/oder Motorenhalterungen bei den Direktantrieben verwendet, die sich aber hinsichtlich ihrer notwendigen Leistung leicht und kostengünstig variieren lassen. Gleichzeitig soll ermöglicht werden, dass die Pressen für andere Aufgaben hinsichtlich ihrer Antriebsleistung leicht umrüstbar sind.
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Schlussendlich soll ein Verfahren zur Herstellung einer Presse geschaffen werden, die einen Direktantrieb aufweißt, der zentral an zumindest einer Kurbelwelle innerhalb oder an einem Pressenrahmen montierbar ist.
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Die Lösung der Aufgabe für eine erfindungsgemäße Presse besteht darin, dass zumindest der Rotor ohne oder zumindest mit einem Teil der Kurbelwelle in die zumindest teilweise montierte Presse verbracht und im Wesentlichen im Bereich des Motors vorläufig gehalten oder betriebsfertig angeordnet wird und dass anschließend der Stator durch die Montage einzelner Leistungsträger oder durch die Montage einer vorgefertigter Montagegruppe aus zumindest zwei Leistungsträgern im Bereich des Motors hergestellt wird.
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Die Lösung für eine Pressenstraße besteht darin, dass in der Pressenstraße zumindest zwei Pressen mit einem Direktantrieb angeordnet sind, wobei in den Motoren jedes Direktantriebes im Stator zumindest zwei Leistungsträger angeordnet sind. Im Wesentlichen zeichnet sich eine Pressenstraße dadurch aus, dass ein Werkstück in einer vorgegebenen Reihenfolge die einzelnen Pressen durchläuft, wobei das Werkstück vorzugsweise durch eine Transfereinrichtung zwischen den Pressen bewegt wird.
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Die Lösung für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Presse mit zumindest einem Direktantrieb besteht darin, dass zumindest der Rotor ohne oder zumindest mit einem Teil der Kurbelwelle in die zumindest teilweise montierte Presse verbracht und im Wesentlichen im Bereich des Motors vorläufig gehalten oder betriebsfertig angeordnet wird und dass anschließend der Stator durch Montage einzelner Leistungsträger oder als vorgefertigte Montagegruppe kombinierter Leistungsträger im Bereich des Motors montiert wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau ergeben sich die folgenden Vorteile:
Bei einer vorzugsweisen Anwendung gleichartiger Leistungsträger in Form, Aufbau und/oder Leistungsaufnahme ergibt sich die Möglichkeit einer verbesserten Verbaubarkeit, Lagerhaltung und Reparaturmöglichkeit. Insbesondere ist es bei einer Pressenbaureihe möglich unterschiedliche Leistungskonzepte (Leistungsaufnahme der Motoren in Kilowatt) anzubieten, die auch im Nachhinein leicht und komplikationslos veränderlich sind. Beispielsweise können die Leistungsträger so aufgebaut sein, dass um den Umfang eines Stators beispielsweise geradzahlige Vielfache der Leistungsträger angeordnet werden können. Wenn in einem Ausführungsbeispiel in einem Stator eines Direktantriebes 64 Leistungsträger mit je 10 KW verbaubar wären, könnte eine Pressenreihe angeboten werden, die beispielsweise eine Motorleistung von 640, 320, 160, 80 KW anbieten, so dass ein Kunde eine kleine Presse mit 160 KW bestellen und später ohne weitere Schwierigkeiten durch Kauf weiterer Leistungsträger auf 320 KW oder 640 KW aufrüsten kann. In diesem Zusammenhang lässt sich auch die Reparatur erleichtern, weil bei Störungen oder Defekten im Antrieb einer Presse nicht mehr der gesamte Motor ausgetauscht werden muss, sondern nur noch im Fall eines Defektes eines Leistungsträgers dieser Leistungsträger entnommen und durch einen neuen Leistungsträger ersetzt wird. Unter Leistungsträger versteht die Erfindung in diesem Zusammenhang beispielsweise eine Antriebsspulenwicklung für die am Rotor befestigten Permanentmagnete. Die Vorteile lassen sich bei einer Vielzahl an Pressen, beispielsweise in einer Pressenstraße, sogar noch besser verdeutlichen. Große Pressenstraßen zur mechanischen Umformung beispielsweise von Blechen weisen mehrere Bearbeitungsstufen auf, die umfassen können:
Ein oder mehrstufige Grobumformung, lokale Tiefziehbereiche, Nachformung, Ausstanzung von Durchbrechungen und/oder Randbesäumung, Umkantung. Werden nun beispielsweise 6 Pressen in einer Pressenstraße verbaut, benötigt in der Regel die erste Presse am meisten Antriebsleistung um die Grobumformung des ebenen Bleches vorzunehmen. Die nachfolgenden Pressen haben dann meist eine gegenüber der ersten Presse verminderte Antriebsleistung. In vorteilhafter Weise lassen sich vorzugsweise alle diese Pressen mit einem Antriebssystem nach der Erfindung ausrüsten und können zum Beispiel beim Wechsel einer Großserienproduktion eines Modells im Automobilbau dennoch problemlos weiterverwendet werden, was die Antriebsleistung betrifft. Wird es beispielsweise bei einer anderen Großserie notwendig in der beispielsweise dritten Presse die Antriebsleistung zu erhöhen, muss nicht der gesamte Motor ausgetauscht werden, sondern es werden nur die Anzahl der Leistungsträger erhöht. Die Leistungsträger sind eigenständige und funktionale Bauteile und stellen per se für sich eine Antriebseinheit bzw. einen Motor dar. Die Besonderheit liegt also darin, dass vorzugsweise eine Vielzahl an Antriebseinheiten respektive Leistungsträger radial am Umfang im Sinne eines Stators montiert werden und dabei für sich eigenständig wirken und ggf. einzeln oder segmentweise in Baugruppen ausgetauscht werden können. Insbesondere ist dabei von Vorteil. Dass der Motor nicht als eine Einheit, sondern aus einer Vielzahl an Einheiten besteht, die entsprechend ausgetauscht oder nacheinander verbaut werden können. Dies ist inbesondere nützlich bei einem engen Bauraum oder besonderen technischen Pressen. Bisherige Direktantriebe konnten deshalb nur außerhalb bzw. am Rande einer Kurbelwelle montiert werden, da die Direktantriebe einstückig vom Hersteller der Antriebe angeliefert werden. Aber auch am Rande einer Kurbelwelle respektive außen am Gehäuse einer Presse kann die Verwendung eines derartigen Direktantriebes sinnvoll sein, insbesondere in Bezug auf gestufte Antriebsleistungen oder den einfachen Austausch einzelner Leistungsträger. Mit vorliegender Erfindung ist es nun insbesondere möglich die Direktantriebe auch innerhalb eines Pressenrahmens anzuordnen, da der Direktantrieb in Teilen verbaut ist und problemlos bei Schäden an den Leistungsträgern bzw. an den Statoreinzelteilen abschnittsweise ausgetauscht werden kann. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Leistungsträger auf vorgefertigen Segmenten, beispielsweise vier 45°-Elementen zur Bildung eines Stators vormontiert sind und diese vier Segmente nacheinander in der Presse oder auf der Drehmomentstütze verbaut werden. Bei einem Rotor mit radial außen angeordneten Permanentmagneten kann die Kurbelwelle vor oder nach dem Einbau der Leistungsträger in der Presse platziert werden, was entsprechend dem Baufortschritt der Presse selbst von Vorteil ist. Natürlich ist auch eine parallel Montage, beispielsweise zwei Segmente oder mehrere Leistungsträger, dann die Einbringung der Welle und anschließend die Nachmontage der restlichen Elemente denkbar.
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Vorzugsweise wird die Welle erst grob in der Presse gelagert, dann die restlichen Leistungsträger montiert und anschließend die Ausrichtung der Welle respektive des Rotors gegenüber dem teilweise oder fertig montierten Stator durchgeführt. In einer speziellen Lösung wird der Rotor mit bereits vorhandenen Permanentmagneten, ggf. noch ohne Verbindung zu einer Kurbelwelle oder nur mit einem Teil der Kurbelwelle in der Presse, vorzugsweise in einem Teil der Presse wie zum Beispiel dem Antriebskopf oder dem Antriebsbereich verbaut. Anschließend werden die Statorsegmente respektive einzelne Leistungsträger verbaut. Wenn nicht bereits während des Einbaus geschehen, wird die Kurbelwelle montiert und eine Ausrichtung des internen Aufbaus des Motors, also des Rotors zum Stator, durchgeführt.
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Vorteile eines Direktantriebes auf der Kurbelwelle:
Durch den nahen Aufbau eines Direktmotors direkt in der Nähe einer Pleuelstange können unterschiedliche Belastung für die Kurbelwelle abtriebsseitig systemunschädlicher weitergeleitet werden, wobei gleichzeitig die Gesamtsteifigkeit des Antriebsstranges signifikant erhöht und/oder die Baulänge des Antriebsstranges minimiert werden kann. Der notwendige Bauraum der Presse mit einem Direktantrieb kann wesentlich optimiert und verkleinert werden und es lassen sich einfache Maßnahmen zur Geräuschdämmung im Wesentlichen des Antriebsstranges durch Kapselung verwirklichen. Die Presse kann mit einer kurzen Baulänge ausgeführt werden, was insbesondere bei Servopressen in Pressenstraßen für die Herstellung von Großkarosserieteilen von Vorteil ist. Um die Transportwege zwischen den Pressen möglichst kurz zu halten, müssen die Pressen dicht hintereinander stehen. Je kürzer der Abstand, je schneller die Transferzeiten. Großpressen sind meist mit einer geradzahligen Anzahl von zwei, vier .... Druckpunkten (Pleuelstangen- oder Gelenkgetriebeanbindungen) am Stößel ausgeführt. Die Abstände quer und längs zwischen den Druckpunkten respektive der Pleuelstangen, kann nicht beliebig gewählt werden, sondern muss nach Gesichtpunkten im Hinblick auf die Reduzierung der Stößeldurchbiegung gewählt werden. Auch die sichere Aufnahme von außermittigen Kräften, insbesondere bei unsymmetrischen Werkzeug- oder Werkstückgeometrien, ist entscheidend für die Anordnung der Kontaktstellen der Pleuelstangen am Stößel der Presse. Die Länge des Pressenkopfes, meist in Durchlaufrichtung, wird durch den Pleuelstangenabstand und den notwendigen Aufbau der Hauptlager und Tragstrukturen bestimmt. Weiter ergibt sich in der vorteilhaften Anordnung des Direktantriebes, insbesondere innerhalb der notwendigen Tragstrukturen der Presse ein wesentlich steiferes Antriebssystem und einhergehend eine Reduzierung der Kurbelwellentorsion. Wird die Kurbelwelle als Hauptantriebswelle von außen angetrieben, wirkt sich die Torsion der Kurbelwelle nachteilig auf das gesamte Antriebssystem aus. Je länger die Distanz zwischen Motor und Kurbelzapfen respektive Exzenterauge, desto weicher wird das Antriebssystem und es kommt zu Regelschwingungen, da die Kurbelwelle wie eine Torsionsfeder wirkt.
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Insbesondere hier treten bei einem Pendelhub gravierende Steuerungs- und Regelungsschwierigkeiten auf. Auch die Schwingungsbereitschaft des gesamten Antriebssystems mit entsprechenden Problemen für die Tragstrukturen respektive den Pressenrahmen sind problematisch und bei der Konstruktion einer Presse auslegungsintensiv. Bei einem einseitigem Antrieb mit zwei Pleuelstangen respektive zwei Kurbelzapfen auf einer Welle, kommt es zudem zu einem Winkelversatz, wodurch die Pleuel unterschiedliche Hublagen einnehmen. Es ergibt sich auch eine verbesserte Steuerungs- und Regelungstechnische Qualität des Systems. Durch die hohe Steifigkeit des Antriebssystems und die genau einstellbare Momenten- und Winkelpositionsregelung des Motors ergeben sich keine messbaren Abweichungen zwischen zwei Kurbelzapfen und damit an den Pleuelstangen an einer Kurbelwelle. Die Prozessdaten können zusätzlich unmittelbar erfasst werden. Die Presse weist durch den Direktantrieb keine zusätzlichen mechanischen Übertragungsglieder (z. B. Getriebestufen) auf. Die am Motor gemessenen Parameter wie Drehzahl, Drehmoment und Winkellage, können ohne Fehler in Stößelgeschwindigkeit, Presskraft und Stößelposition umgerechnet werden. Verfälschungen durch Reibverluste oder Torsion, Zahnflankenspiel etc. sind hervorragend eliminiert. Permanentmagnetmotoren, insbesondere bei einer hohen Antriebsleistung, haben einen recht hohen Geräuschpegel. Durch den Einbau in den Pressenkopf, kann durch relativ einfache Maßnahmen, die Geräuschemissionen einfach reduziert werden, z. B. durch Verschließen des Pressenkopfes an der Ober- und Unterseite.
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Auch verbessert sich der Gesamtwirkungsgrad der Presse deutlich, da wesentlich weniger unbenutzte Kräfte durch die Torsion oder die Momentenaufnahme in den Lagern bei einer fliegenden Lagerung des Motors auftreten. In einem besonderen Ausführungsbeispiel kann der Stator des Direktantriebes im Pressenkopf abgestützt und/oder mit einer entsprechenden Drehmomentenstütze versehen werden. Gegenüber einem konventionellen Direktantrieb, hat der Motor somit keine eigene Lagerung und die Lagerung des Rotors innerhalb des Stators wird durch die Hauptlagerung der Kurbelwelle mit übernommen. Dadurch fallen keine zusätzlichen Verluste mehr an. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, insbesondere bei Großpressen hoher Tonnage, wird der Direktantrieb auf den tragenden Teil der Kurbelwelle gesetzt, d. h. er befindet sich zwischen den Presskraft aufnehmenden Hauptlagern des mechanischen Antriebs. Vorzugsweise befindet sich der Motor dann auch zwischen den haupttragenden Tragstrukturen (zumindest zwei Pressenrahmen der Presse) und konzentrisch zu der Hauptantriebswelle (Kurbelwelle). Die Pleuelstangen, bzw. bei Gelenkantrieben die Schwenkhebel die zur Pleuelstange führen, können sich hierbei entweder links und rechts vom Motor und somit zwischen Motor und Hauptlager (Tragstruktur des Pressenkopfes) oder einseitig zwischen Motor und einem der Hauptlager befinden.
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Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung mit der Zeichnung hervor.
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Es zeigen in schematischer Ansicht:
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1 eine mechanischen Presse mit einem Pressenrahmen und einem Pressentisch, wobei im oberen Bereich der Presse, im Kopfbereich, das Antriebssystem, bestehend aus zwei hintereinander angeordneten Kurbeltrieben mit jeweils einer Kurbelwelle, einem Kurbelzapfen und einer mit einem Stößel wirkverbundenen Pleuelstange,
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2 die gleiche Ausführungsform in Seitenansicht nach 1, mit Darstellung der beiden nebeneinander angeordneten Kurbeltriebe, wobei zum getrennten Antrieb ein separater Direktantrieb je Kurbeltrieb angeordnet ist,
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3 eine weitere mögliche Ausführungsform mit vier angetriebenen Pleuelstangen wobei wiederum zwei Kurbeltriebe hintereinander angeordnet sind,
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4 zwei Darstellungen möglicher Zwangskoppelungen für einen Parallellauf des Stößels in Draufsicht für die Beispiele nach 3 (links) und den 1 und 2 (rechts),
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5 vier schematische Schnittansichten eines Direktantriebes bestehend aus einem Stator und einem Rotor auf einer Kurbelwelle mit unterschiedlicher Anzahl der Leistungsträger,
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6 eine schematische Ansicht einer direkt angetriebenen Kurbelwelle mit am Rotor radial außen angeordneten Permanentmagneten und
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7 einer schematische Ansicht nach 6 mit zwei Reihen angeordneter Permanentmagnete, die von U-förmigen Leistungsträgern umschlossen werden.
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Nach 1 besteht die Presse 21 zumindest aus einem Pressenrahmen 9, einem darin gelagerten Pressentisch 8 und einem mittels zumindest eines Kurbeltriebs 12 angetriebenen Stößel 5. Vorzugsweise wird diese Presse 21 zur Einarbeitung von Werkzeugen 15 oder zur Herstellung von Werkstücken (nicht dargestellt) mittels zumindest einem Fertigungsverfahren in einem Werkzeug 15 verwendet, wobei das Werkzeug zumindest aus einem Werkzeugoberteil 6 an dem Stößel 5 und einem Werkzeugunterteil 7 an dem Pressentisch 8 besteht. Als Kurbeltrieb 12 ist zumindest eine Kurbelwelle 1 mit zumindest einem Kurbelzapfen 2 und zumindest einer Pleuelstange 3 angeordnet, wobei als Motor 14 für den Antrieb der Kurbelwelle 1 zumindest ein direkt die Kurbelwelle 1 antreibender und in einer Halterung 18 gelagerter Direktantrieb vorgesehen ist. In dem Kurbeltrieb 12, auch Exzenterantrieb genannt, kann anstelle der Pleuelstange 3 oder zwischen der Pleuelstange und dem Kurbelzapfen ein Gelenktrieb oder eine Schubkurbel oder ähnliche Zwischenvorrichtungen angeordnet sein, die üblicherweise zur Hubhöhenverstellung, aus Sicherheitsgründen oder zur Einstellung der Sinuskurve des Bewegungsverlaufes des Stößels benutzt werden. Insbesondere ist zum Antrieb eines Kniehebeltriebs, eines Gelenktrieb, einem weiteren Kurbeltrieb oder einer Kombination daraus der Kurbeltrieb 12 mit diesen wirkverbunden angeordnet, wobei diese wiederum abtriebsseitig mit dem Stößel 5 wirkverbunden angeordnet sind.
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In 2 die gleiche Ausführungsform in Seitenansicht nach 1 dargestellt. In diesem besonderen Ausführungsbeispiel sind die Motoren 14 als Direktantriebe zwischen den Pleuelstangen 3 der einzelnen Stößelanbindungen angeordnet. In vorliegendem Beispiel befinden sich die beiden Pleuelstangen auf zwei separaten Kurbelwellen 1, die entsprechend in dem Pressenrahmen 9 der Presse 21 gelagert sind. Eine ggf. notwendige Zwangskoppelung 19 zwischen den beiden Pleuelstangen ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt und findet sich beispielhaft in der rechten Zeichnung der 4. Aus 2 ist ersichtlich, dass die Motoren 14 aus einem am Pressenrahmen 9 angeordneten Stator 4 und einem am Kurbeltrieb 12, respektive der Kurbelwelle 1, angeordneten Rotor 10 bestehen. In vorteilhafter Weise und zur Optimierung des Schwerpunktes der Presse 21 sind hier beide Antriebe zwischen den Pleuelstangen angeordnet. Dies ergibt auch insbesondere Vorteile bei der Leitungsführung der Motoren 14, die effektiv durch ein im Pressenrahmen 9 gelagertes Zwischenlager 20 kinematisch voneinander getrennt sind. In einer Alternative kann die Kurbelwelle natürlich durchgehend gestaltet und nur ein Motor 14 oder aber sogar mehrere Motoren, je nach Lastenheft der Presse 21, angeordnet sein. Eine Zwangskoppelung der beiden Kurbelwellen 1 kann als neben einer parallel zu den Kurbelwellen 1 angeordneten Kopplungsachse mit entsprechender Stirnzahnradverbindung an den einzelnen Kurbelwellen ausgeführt sein oder auch als eine direkte Stirnverbindung der beiden Kurbelwellen ausgeführt sein. Diese muss nicht zwingend innerhalb des Zwischenlagers 20 angeordnet sein. Weiter finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Presse 21 wie separate Lager 17, die in entsprechend großen Montageöffnungen des Pressenrahmens 9 angeordnet sind und einen Lagerdeckel 16 aufweisen.
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In den beiden Zeichnungen der 4 finden sich zwei Darstellungen möglicher Zwangskoppelungen für einen Parallellauf des Stößels in Draufsicht für die Beispiele nach 3 (links) und den 1 und 2 (rechts). Dabei sind die Antriebe respektive die Motoren 14 zumindest teilweise, aber insbesondere bevorzugt vollständig, zwischen den Pleuelstangen 3, respektive deren Kurbelzapfen 2, angeordnet. Die Zwangskoppelung kann dabei über mechanische Stirnradgetriebe mit entsprechenden Eingriffsmöglichkeiten an Stirnrädern der Kurbelwellen 1 verwirklicht sein. Alternativ oder in Kombination kann eine elektronische Zwangskoppelung der Frequenzumrichter respektive der Steuerungseinrichtung für die Motoren 14 verwirklicht sein.
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Nachstehend werden weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele genannt, die im Weiteren nicht unbedingt im Einzelnen zeichnerisch verwirklicht sein müssen. So ist der Motor 14 im Wesentlichen angrenzend, zumindest benachbart zu oder bevorzugt einstückig mit einem Kurbelzapfen 2 an der Kurbelwelle 1 angeordnet. Je nach Ausführungsform und Definitionslage kann eine so genannte Kurbelscheibe innerhalb oder am Motor integriert sein. Bevorzugt ist dabei der Stator 4 des Motors 14 so ausgeführt, dass dieser die Funktion der Kurbelscheibe übernimmt und den Kurbelzapfen 2 außerhalb der Mittelachse der Kurbelwelle 1 führt. Zum Drehmomentenausgleich und/oder zur Lagerung des Motors 14 ist eine Halterung 18 vorgesehen, die mit dem Pressenrahmen 9 verbunden ist. Der Motor 14 kann als Direktantrieb einen Stator 4 mit einer Antriebswicklung 23 und einen darin angeordneten Rotor 10 mit Permanentmagneten 22 und wäre dann als ein Permanent-Magnet-Motor ausgeführt. Grundsätzlich kann bei zumindest zwei Kurbelzapfen 2 auf einer Kurbelwelle 1 zumindest ein Motor 14 zwischen den Kurbelzapfen 2 angeordnet sein. Insbesondere ist bei einer Mehrzahl an Motoren 14 oder Kurbelzapfen 2 eine symmetrische Anordnung innerhalb der Presse 21 oder der Kurbelwellen 1 zu bevorzugen. Es kann also vorgesehen sein, dass bei mehreren Motoren 14 und mehreren Kurbelzapfen 2 zumindest zwei Motoren 14 symmetrisch zu einer der Mittelachsen des Pressenrahmens 9 und/oder einer der Mittelachsen des Stößels 5 und/oder zum Längsmittelpunkt der Kurbelwelle 1 und/oder zur Anordnung der Kurbelzapfen 2 auf der Kurbelwelle 1 angeordnet sind. Von Vorteil wäre auch, wenn der Rotor 10 des Motors 14 und die Kurbelwelle 1 und/oder der Kurbelzapfen 2 aus einem einstückigen Maschinenelement bestehen. Auch kann in dem Kurbeltrieb 12 eine Höhenverstellung für den Hub des Stößels 5 angeordnet sein. Eine Überlastsicherung 11 sollte die Presse bei Störfällen vor größeren Schäden bewahren und entkoppelt im Schadensfall die Pleuelstangen 3 vom Stößel 5. Zum Drehmomentenausgleich kann der Stator 4 eines Motors 14 auf einem Lager an dem Rotor 10 angeordnet sein und zur Kompensation der auftretenden Drehmomente an dem Stator 4 eine Drehmomentenstütze mit Verbindung zum Pressenrahmen 9 sinnvoll erscheinen. Insbesondere bei zwei angeordneten Kurbelwellen 1 könnte jeder Stator 4 eines Motors 14 auf einem Lager an dem Rotor 10 angeordnet sein und zur Kompensation der auftretenden Drehmomente an den Statoren 4 eine Drehmomentenstütze mit Verbindung zum Motor 14 auf der benachbarten Kurbelwelle 1 angeordnet eine gegenseitige Abstützung der Drehmomente ermöglicht. Dies hat insbesondere Vorteile hinsichtlich der Schwingungsübertragung auf den Pressenrahmen 9. Wie dargestellt kann der Motor 14 und der Kurbeltrieb 12 innerhalb einer durch den Pressenrahmen 9 gebildete Tragkonstruktion angeordnet sein, die vorzugsweise für eine Presskraft von über 200 Tonnen, bevorzugt über 500 Tonnen, besonders bevorzugt von über 800 Tonnen ausgelegt ist. Insbesondere ist bei derartigen Pressen der Hub des Stößels 5 von über 300 m, bevorzugt über 600 mm, besonders bevorzugt von über 900 mm möglich. Bevorzugt wird die Presse 21 für ein Fertigungsverfahren, das zumindest das Urformen, das Trennen, das Fügen, das Beschichten und/oder das Umformen, insbesondere das Metallumformen, umfasst, verwendet. Insbesondere kann die Presse 21 als Kopfpresse oder als Einarbeitungspresse für Werkzeuge einer Pressenstraße und/oder als zumindest eine Transferpresse in einer Transferpressenstraße und/oder als Vorpresse in Fertigungsrichtung vor einer Transferpressenstraße angeordnet sein.
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Vorzugsweise sind die Lager 17 der Kurbelwelle 1 in aus dem Pressenrahmen 9 entnehmbaren Lagerschildern angeordnet, damit eine Öffnung mit einem Montagedurchmesser im Pressenrahmen eröffnet werden kann, die vom Durchmesser her vorzugsweise gleich oder größer als der Durchmesser des Rotors 10 auf der Kurbelwelle 1 respektive des größten Durchmessers auf der Kurbelwelle 1 entspricht. Es kann bei der Montage hilfreich sein, dass eine in der Längsachse zumindest einmal geteilte Kurbelwelle 1 in der Presse angeordnet ist, die beispielsweise eine Flanschverbindung, abnehmbare Lagerzapfen oder eine Welle/Nabe-Verbindung aufweist. Besonders bevorzugt ist der Rotor 10 auf der Kurbelwelle 1 unlösbar angeordnet. Hierzu kann zur Verbindung des Rotors 10 mit der Kurbelwelle 1 eine Schrumpfpassung, eine Schweißverbindung, eine Lötverbindung, eine Reibschweißverbindung, eine Verklebung und/oder eine andere untrennbare Fügeverbindung verwendet werden. Eine bevorzugte Ausführung des Rotors 10 wären Nuten und/oder Vertiefungen zur Aufnahme der Permanentmagneten 22. Diese sollten erst nach der Fertigstellung des einstückigen Maschinenelements darin eingesetzt werden.
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Insbesondere sollte bei zwei separaten aber axial fluchtenden Kurbelwellen 1 zumindest ein Motor 14 als Direktantrieb zwischen den Pleuelstangen 3 angeordnet sein. Bei anspruchsvollen Geometrien der Pleuelstangenanordnungen wäre es von Vorteil, wenn bei zwei separaten aber in einer Ebene liegenden Kurbelwellen 1 nach einer koaxialen Projektion der beiden Achsen der Kurbelwellen 1 in eine Achse zumindest ein Motor 14 als Direktantrieb zwischen den Pleuelstangen 3 angeordnet ist. Unter einer koaxialen Projektion wird verstanden, dass die beiden koaxial angeordneten Achsen der beabstandeten Kurbelwellen parallel zueinander verschoben werden, bis diese in einer Achse liegen. Insoweit lässt sich auch hier erkennen, wann ein Direktantrieb „zwischen” zwei Kurbelwellen angeordnet ist, auch wenn diese Kurbelwellen nicht aus einem Stück sind.
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In 5 ist in vier schematische Schnittansichten eines Direktantriebes bestehend aus einem Stator und einem Rotor auf einer Kurbelwelle mit unterschiedlicher Anzahl der Leistungsträger dargestellt. Dabei besteht der Stator 4 des Motors 14 aus achtundzwanzig (5a), aus zwölf (5b), aus acht (5c) oder wahlweise aus sechs (5d) Leistungsträgern 24, die als eigenständige und austauschbare Baueinheiten ausgeführt sind. Die Leistungsträger 24 sind radial zur Kurbelwelle 1 angeordnet und die Leistungsträger 24 sind einzeln oder abschnittsweise mit einer Steuerungseinheit 25 mittels Versorgungsleitungen 26 wirkverbunden. Die nicht durch ein Blitzzeichen markierten und damit freien Bereiche für optionale Leistungsträger 24 sind der Übersichtlichkeit und der besseren Darstellung der untereinander austauschbaren Leistungsträger 24 geschuldet. Es ist natürlich auch vorstellbar, dass beispielsweise immer drei Leistungsträger 24 nebeneinander unter Freilassung eines freien Bereiches angeordnet sind. Insbesondere ist von Vorteil, wenn bei mehreren Leistungsträgern 24 zumindest zwei Leistungsträger 24 mit einer äquivalenten Leistung und/oder einer äquivalenten äußeren Formgebung angeordnet sind. Unter Formgebung versteht man dabei die äußere Größe oder die Anordnung von signifikanten Montageelementen. Bevorzugt sind die Leistungsträger 24 in Gruppen von zumindest zweien angeordnet. Nicht gezeigt ist die Möglichkeit die Leistungsträger 24 direkt oder indirekt über eine Halterung 18 mit dem Pressenrahmen 9 zu verbinden. In 5b und 5c ist die Möglichkeit dargestellt, dass entweder zentral am Stator 4 oder an zumindest einem Leistungsträger 24 zumindest eine Kühlvorrichtung 27 angeordnet ist. In den 5c und 5d sind die einzelnen Versorgungsleitungen und deren beispielhafter Weg zu einer Steuerungseinheit 25, die bevorzugt zumindest aus einem Frequenzumrichter besteht, dargestellt. In 5c sind die Versorgungsleitungen 26 zu Versorgungsabschnitte 28 zusammengefaßt und werden wahlweise direkt oder einer kombinierten Station aus Steuerungseinheit 25 und Kühlvorrichtung 27 zugeführt. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn auch die Steuerungseinheit 25 einer ständigen Kühlung bedarf.
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Nicht in den Figuren verwirklicht sind folgende besondere Ausgestaltungen:
dass bei einer indirekten Anordnung des Stators 4 am Pressenrahmen 9 der Presse 21 zumindest Teile des Stators 4 an einer ein- oder mehrteiligen Drehmomentstütze angeordnet sind, welche mit dem Pressenrahmen 9 wirkverbunden ist, und dass zumindest Teile des Stators 4, eine Drehmomentstütze und/oder Versorgungsleitungen 25 eine Montageeinheit ausbilden.
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Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Presse 21 in einer Pressenstraße sind zumindest zwei Pressen 21 mit einem Direktantrieb angeordnet, wobei in den Motoren 14 jedes Direktantriebes im Stator 4 zumindest zwei Leistungsträger 24 angeordnet sind. Vorzugsweise weisen die Antriebe in den Pressen 21 durch Anordnung einer unterschiedlichen Anzahl an Leistungsträgern 24 unterschiedliche Antriebsleistungen der Direktmotoren auf. Besonders bevorzugt weist der Direktantrieb der in Fertigungsrichtung vorne angeordneten Kopfpresse gegenüber der nachfolgenden Presse eine höhere Leistung auf. Wie bereits ausgeführt, sollten dann zumindest zwei Direktantriebe in einer oder mehrerer Pressen 21 der Pressenstraße mit äquivalenten Leistungsträgern 24 angeordnet sind, was die Lagerhaltung von Ersatzteilen und auch die Produktion einer Presse 21 deutlich kostengünstiger gestaltet, insbesondere wenn zwischen den einzelnen Pressen 21 einer Pressenstraße eine unterschiedliche Anzahl der Leistungsträger 24 in den Statoren 4 der Direktantriebe angeordnet sind.
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Die 6 und 7 zeigen eine übliche und eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Direktantriebes auf. In 6 ist dabei ein Motor 14 als Direktantrieb auf einer Kurbelwelle 1 angeordnet, die zwei Kurbelzapfen 2 aufweist und in Lagern 17 im Pressenrahmen 9 gelagert ist. An einem zentralen Element, vorzugsweise am größten Durchmesser der Kurbelwelle 1 ist der Rotor mit Permantentmagneten 22 am Umfang angeordnet. Direkt gegenüber ist koaxial zur Kurbelwelle ein Stator 4 angeordnet, der mehrere Antriebseinheiten respektive Leistungsträger 24 aufweist. Nach 7 sind die Leistungsträger 24 U-förmig ausgeführt, wobei der Stator 4 mit den daran angeordneten Permanentmagneten in die Öffnung des U-förmigen Leistungsträgers 24 eingreift. Besonders bevorzugt sind dabei die Permanentmagneten 22 beidseits respektive an den axialen außenseitigen Stirnseiten des Rotors 4 angeordnet. Vorzugsweise weisen die Leistungsträger 24 in Ihrer Eigenschaft zur Erbringung eines Antriebsmomentes gegenüber den Permanentmagneten Antriebswicklungen oder Spulen auf, die mit Strom durchflossen sind.
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Betreffend einem nicht näher in den Figuren dargestellten Verfahren zur Herstellung einer Presse 21 wird zumindest der Rotor 10 ohne oder zumindest mit einem Teil der Kurbelwelle 1 in die zumindest teilweise montierte Presse 21 verbracht und im Wesentlichen im Bereich des Motors 14 vorläufig gehalten oder betriebsfertig angeordnet, wobei anschließend der Stator 4 durch die Montage einzelner Leistungsträger 24 oder durch die Montage einer vorgefertigter Montagegruppe aus zumindest zwei Leistungsträgern 24 im Bereich des Motors 14 hergestellt wird. Besonders bevorzugt werden die Leistungsträger 24 einzeln oder abschnittsweise mit einer Steuerungseinheit 25 mittels Versorgungsleitungen 26 verbunden. Bevorzugt können bei einer indirekten Anordnung des Stators 4 am Pressenrahmen 9 der Presse 21 zumindest Teile des Stators 4 an einer ein- oder mehrteiligen Drehmomentstütze angeordnet ein, welche mit dem Pressenrahmen 9 wirkverbunden wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kurbelwelle
- 2
- Kurbelzapfen
- 3
- Pleuelstange
- 4
- Stator
- 5
- Stössel
- 6
- Werkzeugoberteil
- 7
- Werkzeugunterteil
- 8
- Tisch
- 9
- Pressenrahmen
- 10
- Rotor
- 11
- Überlastsicherung
- 12
- Kurbeltrieb
- 13
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- 14
- Motor
- 15
- Werkzeug
- 16
- Lagerdeckel
- 17
- Lager
- 18
- Halterung
- 19
- Zwangskoppelung
- 20
- Zwischenlager
- 21
- Presse
- 22
- Permanentmagnet
- 23
- Antriebswicklung
- 24
- Leistungsträger
- 25
- Steuerungseinheit
- 26
- Versorgungsleitung
- 27
- Kühlvorrichtung
- 28
- Versorgungssegment
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2840710 [0004]
- DE 10260127 A1 [0004]
