-
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit mit einem Motor, einem Kurvengetriebe und einem Linearschlitten, an dem eine Aufnahme für ein Werkzeug, insbesondere für ein Stanz- oder Biegewerkzeug, angeordnet ist.
-
Zur Herstellung gestanzter und gebogener Kleinteile aus einem Metallband werden die Streifen zunächst vorgestanzt und dann einer Biegeeinrichtung zugeführt, die einzelne ausgestanzte Bereiche des Bandes in die gewünschte dreidimensionale Form der herzustellenden Kleinteile biegt. Diese dabei entstehenden so genannten dreidimensionalen Stanzgitter, in denen die Einzelteile noch über Bandabschnitte miteinander verbunden sind, werden teilweise erst unmittelbar vor ihrer Weiterverarbeitung durch pneumatisch-hydraulische Pressen in ihre endgültige Form gebogen und abgetrennt. Anschließend werden die Kleinteile lageorientiert der nächsten Bearbeitungsmaschine, beispielsweise einer Kunststoffspritzgießmaschine, in der einzelne Bereiche der Kleinteile umspritzt werden, zugeführt. Diese pneumatisch-hydraulischen Pressen weisen jedoch nur eine relativ geringe Arbeitsgeschwindigkeit auf, sodass sich maximal 20 Teile pro Minute formen und ausstanzen lassen. Die Pressen benötigen außerdem einen großen Einbauraum und sind hinsichtlich der herstellbaren Formen beschränkt.
-
Für viele Anwendungen ist es jedoch wünschenswert, nicht nur eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit erreichen sondern auch komplexere Biege- und Umformaufgaben durchführen zu können. Dies leisten die eingangs beschriebenen Linearantriebe. Durch eine entsprechende Ansteuerung des Motors und eine entsprechende Auslegung des Kurvengetriebes lassen sich mit solchen Antrieben auch Aufgaben durchführen, die mit einer Presse nicht möglich sind.
-
Der Nachteil der bisher bekannten Linearantriebe besteht jedoch darin, dass sie praktisch keinerlei Toleranzen bei den zu bearbeitenden Werkstücken und den eingesetzten Werkzeugen zulassen. Außerdem sind sie anfällig für eine wärmebedingte Längenausdehnung, die insbesondere durch die hohen Laufgeschwindigkeiten des Linearschlittens bzw. der Wärmeübertragung des Servoantriebs verursacht werden.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für ein Werkzeug, insbesondere ein Stanz- oder Biegewerkzeug zu schaffen, der sich an unterschiedliche Aufgabenbereiche anpassen lässt und der eine geringe Toleranzempfindlichkeit als bisherige Linearantriebe aufweist.
-
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Antriebseinheit mit einem Motor, einem Kurvengetriebe und einem Linearschlitten, an dem eine Aufnahme für ein Werkzeug angeordnet ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass am Linearschlitten eine Einrichtung zum Toleranzausgleich in Bewegungsrichtung des Linearschlittens angeordnet ist.
-
Größere Materialdicken des zu bearbeitenden Werkstücks, ein überlanges Werkzeug oder eine Längenausdehnung des Linearschlittens durch Temperatureinwirkung führen durch den Toleranzausgleich nun nicht mehr zu einer Zerstörung des Werkzeugs, des Werkstücks oder gar des Kurvengetriebes. Der Toleranzausgleich sorgt außerdem dafür, dass sich die Qualität der Bearbeitung nicht durch ein sich aufgrund des Verschleißes verkürzendes Werkzeug oder ein Werkstück geringerer Materialdicke reduziert.
-
Die erfindungsgemäße Antriebseinheit erlaubt außerdem sehr hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten bei einer sehr hohen Gleichmäßigkeit der Qualität, unabhängig von Toleranzschwankungen des Werkstücks, des Werkzeugs oder der Antriebseinheit selbst. Mit den Antriebseinheiten können bis zu 1.000 Hübe/min durchgeführt werden.
-
Vorzugsweise kann die Einrichtung zum Toleranzausgleich eine Feder mit einstellbarer Vorspannung aufweisen, wobei durch den Grad der Vorspannung der Feder der Abstand zwischen der Werkzeugaufnahme und dem Kurvengetriebe einstellbar ist. Durch diese Maßnahme lässt sich der für eine fehlerfreie Werkstückbearbeitung erforderliche Längenausgleich bei auftretenden Toleranzen erreichen.
-
Vorzugsweise kann dabei die Feder eine in einem mit dem Linearschlitten verbundenen Gehäuse gelagerte Schraubenfeder sein, durch die ein Stößel hindurchgeführt ist, dessen rückwärtiges Ende von dem Kurvengetriebe beaufschlagbar ist. Schraubenfedern lassen sich mit sehr großen Steifigkeiten herstellen, die insbesondere beim Einsatz der Antriebseinheit für Stanz- und Biegeprozesse notwendig sind. Andererseits verhindert die Kompressionsmöglichkeit der Feder eine Zerstörung des Werkzeugs oder Werkstücks bei auftretenden Toleranzen am Werkstück, dem Werkzeug oder dem Linearschlitten.
-
Dabei ist es von Vorteil, wenn der Stößel durch das Gehäuse hindurchgeführt und an seinem vorderen Ende mit einem Gewinde versehen ist, auf das eine Einstellmutter aufgeschraubt ist, wobei der Stößel außerdem eine Druckschulter aufweist, an der das rückwärtige Ende der Schraubenfeder anliegt, während sich das vordere Ende der Schraubenfeder an der Innenseite des Gehäuses abstützt. Diese Lösung des Toleranzausgleichs ist konstruktiv einfach und dennoch zuverlässig. Zwischen der Druckschulter und dem rückwärtigen Ende des Gehäuses kann durch Drehen der Einstellmutter ein Spalt ausgebildet werden, der durch Komprimieren der Feder infolge einer Druckbeaufschlagung des Linearschlittens oder des an der Aufnahme angeordneten Werkzeugs zumindest verkürzbar oder ganz schließbar ist. Durch diese Maßnahme können Zerstörungen des Werkzeugs oder Werkstücks bei einem zu langen Werkzeug oder einem Werkstück mit zu hoher Materialstärke zuverlässig vermieden werden. Über die Wahl der Federkonstante und deren Vorspannung lässt sich die Kraft einstellen, ab der diese Sicherheitsmaßnahme durch Verkürzen des Abstands zwischen der Aufnahme für das Werkzeug und dem Kurvengetriebe greift. Wird die Einstellmutter dagegen weiter einwärts gedreht, so lässt sich der Spalt auch vollständig schließen, d. h. der Toleranzausgleich ausschalten. Durch Herausdrehen der Mutter wird dagegen der Abstand zwischen der Werkzeugaufnahme bzw. der Werkzeugspitze und dem Kurvengetriebe verlängert, wodurch eine zu geringe Materialstärke des Werkstücks oder eine zu geringe Länge des Werkzeugs ausgeglichen werden kann. Die Federkraft ist derart gewählt, dass bei den im normalen Betrieb während der Bearbeitung auftretenden Kräften der Spalt nicht verkürzt wird. Die durch das Kurvengetriebe übertragene Kraft wird also direkt und nicht in irgendeiner Form durch die Feder gedämpft auf das Werkzeug übertragen. Erst bei einer Druckbelastung des Werkzeugs, die größer ist als die Federkraft, die beispielsweise 5.000 N betragen kann, kommt es zu einer Verkürzung des Spalts, um Schäden zu vermeiden.
-
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn der Motor ein Servomotor, vorzugsweise ein elektrischer Servomotor ist. Diese Motoren sind hoch präzise und lassen sich in beiden Richtungen betreiben sowie in unterschiedlichen Positionen stoppen. Prinzipiell ist aber auch der Einsatz von pneumatischen oder hydraulischen Motoren möglich.
-
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Antriebseinheit kann der Motor dabei derart ansteuerbar und das Kurvengetriebe derart auslegbar sein, dass ein an der Aufnahme des Linearschlittens angeordnetes Werkzeug intermittierend oder mit hoher Frequenz oszillierend antreibbar ist. Dadurch ist es möglich, Umformprozesse wie Tiefziehen und Prägen, die normalerweise in mehreren Stufen nacheinander erfolgen, in einem Arbeitsprozess durchzuführen. Der intermittierende Betrieb ist insbesondere für Tiefziehprozesse von Bedeutung, die dadurch mit Hilfe eines einzigen Werkzeugs durchgeführt werden können. Eine schnelle Oszillation des Werkzeugs mit kurzen Hüben bietet bei Prägeprozessen Vorteile. Dabei kann zweckmäßigerweise die Geschwindigkeit des Motors stufenlos veränderbar sein.
-
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Antriebseinheit außerdem eine Wegmesseinrichtung aufweisen, die es ermöglicht, einen Werkzeugverschleiß frühzeitig zu erkennen. Das Wegmesssystem ist dabei zweckmäßigerweise derart ausgelegt, dass dieses nur den Weg des Werkzeugs bzw. der Werkzeugaufnahme am Schlitten erfasst und nicht den Toleranzausgleich mit misst, was zu fehlerhaften Resultaten führen würde.
-
Eine weitere Maßnahme neben dem Toleranzausgleich zur Vermeidung von Qualitätsproblemen bei der Werkstückbearbeitung oder Schäden am Werkzeug oder der Antriebseinheit besteht darin, Längenausdehnungen innerhalb der Antriebseinheit aufgrund von Wärmeentwicklung auszuschließen oder zumindest zu minimieren. Die Antriebseinheit kann daher vorzugsweise eine Kühleinrichtung für die Anflanschstelle des Motors aufweisen. Damit kann eine Übertragung der Motorwärme auf das Getriebe reduziert werden. Weitere Vorteile ergeben sich, wenn außerdem in den ortsfesten Teilen des Linearschlittens eine Kühleinrichtung vorgesehen ist. Durch die schnellen Schlittenhübe entsteht hier erhebliche Reibungswärme, die nicht nur zu einer Längenausdehnung des Schlittens sondern unter Umständen auch zur Erhöhung des Laufwiderstandes des Schlittens führen kann.
-
Die Kühleinrichtungen können vorzugsweise in die Bauteile eingebrachte Kanäle mit Anschlüssen für ein Kühlmedium und/oder an den Bauteilen angeordnete Kühlrippen aufweisen. Die Kühleinrichtungen können somit aktive und/oder passive Kühlsysteme sein. Zusätzlich können am bewegten Teil des Linearschlittens ebenfalls Kühlrippen angeordnet sein, sodass auch hier eine Kühlung stattfindet.
-
Die Erfindung betrifft außerdem eine Stanz- und/oder Biegemaschine mit mindestens einer Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für ein Stanz- oder Biegewerkzeug. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit ist zwar nicht auf den Antrieb von Stanz- oder Biegewerkzeugen beschränkt, doch lässt sie sich insbesondere in Stanz- oder Biegemaschinen mit großem Vorteil einsetzen. Die Antriebseinheiten weisen eine hohe Leistung bei äußerst geringem Platzbedarf auf. Daher können ohne Weiteres auch mehrere Antriebseinheiten in einer Stanz- und/oder Biegemaschine vorgesehen werden. Dabei lassen sich die Antriebseinheiten sowohl horizontal als auch vertikal in der Maschine anordnen.
-
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Stanz- und/oder Biegemaschine sind mehrere horizontal und vertikal angeordnete Antriebseinheiten vorgesehen, die parallel zueinander verschiedene Abschnitte eines durch die Maschine hindurchgeführten Bandes bearbeiten. Damit können in einer einzigen Maschine nacheinander an verschiedenen Teilen des Bandes so unterschiedliche Umformarbeiten wie Tiefziehen, Prägen, Biegen oder Stanzen durchgeführt werden. Wenn die Antriebseinheiten zudem als kompakte, leicht austauschbare Einheiten ausgebildet sind, so können die Maschinen mit relativ geringem Aufwand auf andere Aufgaben umgerüstet werden.
-
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit anhand der Zeichnung näher beschrieben.
-
Es zeigen:
-
1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit;
-
2 eine Detaildarstellung der Antriebseinheit aus 1.
-
Die Antriebseinheit 10 aus 1 weist einen Motor 12, ein Kurvengetriebe 14 sowie einen Linearschlitten 16 auf. Der Linearschlitten 16 wird von einem nicht bewegten Führungsteil 18 und einem entlang des Führungsteils 18 bewegbaren Schlitten 20 gebildet. Am vorderen Ende des Schlittens 20 ist eine Aufnahme 22 für ein hier nicht näher dargestelltes Werkzeug, beispielsweise ein Biege- oder Stanzwerkzeug vorgesehen. Am Schlitten 20 ist außerdem eine Einrichtung 24 zum Toleranzausgleich vorgesehen, die mit Bezug auf 2 noch näher beschrieben wird. Der Motor 12 ist über einen Flansch 26 mit der Antriebseinheit 10 verbunden. Das Kurvengetriebe 14 übersetzt die Rotationsbewegung der Motorwelle 28 durch eine oder mehrere, hier nicht näher dargestellte Kurvenscheiben 30 in eine Linearbewegung des Schlittens 20. Der Schlitten 20 wird dabei von einem in nicht näher dargestellter Weise in Wirkkontakt mit dem Kurvengetriebe 14 stehenden Zwischenglied 32 beaufschlagt.
-
Zur Vermeidung von Materialausdehnungen und damit Fehlfunktionen der Antriebseinheit 10 ist in Flansch 26 eine durch eine mit Pfeilen versehen gestrichelte Linie angedeutete Kühleinrichtung 34 vorgesehen, wobei die gestrichelte Linie den Verlauf eines Kanals für ein Kühlmedium durch den Flansch 26 andeutet. Mithilfe der Kühleinrichtung 34 kann vermieden werden, dass die Wärme des Motors 12 auf das Kurvengetriebe 14 übertragen wird.
-
Auch im Linearschlitten 16 kommt es durch die schnellen Bewegungen des Schlittens 20 zu einer beträchtlichen Wärmeentwicklung. Deswegen ist im Führungsteil 18 des Linearschlittens 16 eine zweite Kühleinrichtung 36 vorgesehen, die ebenfalls durch eine mit Pfeilen versehene gestrichelte Linie angedeutet ist. Auch durch das Führungsteil 18 verlaufen Kanäle für ein Kühlmedium.
-
Mit Bezug auf 2 wird nachfolgend die Einrichtung zum Toleranzausgleich 24 näher erläutert. Die Einrichtung 24 besteht aus einem Gehäuse 38, das mit dem Schlitten 20 verbunden ist. Im Inneren des Gehäuses 38 ist eine Schraubenfeder 40 angeordnet, die sich mit ihrem vorderen Ende im Inneren des Gehäuses 38 abstützt. Durch die Schraubenfeder 40 hindurch ist ein Stößel 42 geführt, der mit seiner vorderen Spitze, die mit einem Gewinde versehen ist, aus dem Gehäuse 38 austritt. Auf die vordere Spitze 44 sind eine Einstellmutter 46 sowie eine Kontermutter 48 aufgeschraubt. Der Stößel 42 weist außerdem in seinem oberen Bereich eine Druckschulter 50 auf, an der das obere Ende der Schraubenfeder 40 anliegt. In 2 ist ein Spalt 52 zwischen der Druckschulter 50 und dem hinteren Ende 54 des Gehäuses 38 vorgesehen, dessen Breite durch Drehen der Einstellmutter 46 eingestellt werden kann. In 1 wurde die Einstellmutter 46 so weit eingedreht, dass sich der Spalt 52 vollständig geschlossen hat. Dort ragt deswegen das vordere Ende 44 des Stößels weiter aus dem Gehäuse 38 heraus als bei der in 2 gezeigten Stellung. Ist kein Spalt 52 vorhanden, wie in 1 gezeigt, ist der Abstand zwischen der Werkzeugaufnahme 22 und dem Kurvengetriebe 14 am kürzesten. Der Toleranzausgleich ist unwirksam. Weist das zu bearbeitende Werkstück eine zu hohe Materialstärke auf oder ist das Werkzeug zu lang, kann es zu Beschädigungen des Werkstücks, des Werkzeugs oder gar der Antriebseinheit 10 kommen. In 2 hingegen ist die Distanz zwischen der Werkzeugaufnahme 22 und dem Kurvengetriebe 14 um die Breite des Spalts 52 vergrößert worden. Die Kraft der Feder 40 ist derart hoch, dass im normalen Betrieb die über das Getriebe 14 in das Zwischenglied 32 eingeleitete Kraft ungedämpft auf das an der Werkzeugaufnahme 22 angeordnete Werkzeug und das Werkstück übertragen wird. Die auf das Werkzeug einwirkenden Kräfte im normalen Betrieb sind nicht so stark, dass sie die Feder 40 komprimieren. Sollten jedoch auf das Werkzeug beispielsweise aufgrund einer Überlänge des Werkzeugs oder einer zu hohen Materialstärke des zu bearbeitenden Werkstücks so hohe Druckkräfte wirken, dass die Kraft der Feder 40 überwunden wird, wird der Spalt 52 ganz oder teilweise geschlossen. Dadurch ist es möglich, einen Toleranzausgleich zu schaffen. Je größer der Spalt 52 durch Drehen der Einstellmutter 46 ausgebildet wird, desto größer ist der Toleranzausgleich. Die Einrichtung 24 zum Toleranzausgleich kann somit an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden.
