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HINTERGRUND
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Kurvengetriebeblocks gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie einen Kurvengetriebeblock gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Kurvengetriebeblöcke zur Ansteuerung von Greiforganen einer Transporteinrichtung in einer Mehrstufenpresse.
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Mehrstufenpressen sind Umformmaschinen für die Massivumformung von metallischen Werkstücken, die normalerweise aus einem drahtförmigen Ausgangsmaterial gefertigt werden. Eine gemeinsame Antriebseinrichtung treibt dabei mehrere Presswerkzeuge (Gesenke) an, wobei ein umzuformendes Werkstück mit Hilfe einer Transporteinrichtung von einem Gesenk zum nächsten transportiert, dort zwischen Gesenkteilen (Matrize, Stempel) angeordnet und anschließend mittels Druck umgeformt wird. Für den Transport der Werkstücke von einer Scherstation zur ersten Pressstufe sowie von einer Pressstufe zur nächsten sind in der Regel Greiforgane vorgesehen, deren koordinierte Bewegung über einen Kurvengetriebeblock erzeugt wird. Ein Kurvengetriebeblock hat eine Antriebswelle, die in einem Gehäuse des Kurvengetriebeblocks drehbar gelagert ist, sowie mehrere nebeneinander auf der Antriebswelle angeordnete Kurvenscheiben, von denen jede gegenüber der Antriebswelle und gegenüber anderen Kurvenscheiben verdrehbar ist. Zur Einstellung einer Betriebsgeometrie des Kurvengetriebeblocks wird jede der Kurvenscheiben in einer vorgebbaren Soll-Drehstellung in Bezug auf die Antriebswelle drehfest mit der Antriebswelle gekoppelt. Häufig sind auf der Antriebswelle mehrere Kurvenscheibensätze mit zwei oder mehr dicht nebeneinander angeordneten und relativ zueinander verdrehbaren Kurvenscheiben vorgesehen, deren gemeinsame Außenkontur die maßgebliche Steuerkurve bildet. Die Form der Steuerkurve ist wird dadurch variabel einstellbar.
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Jeder Kurvenscheiben bzw. jedem Kurvenscheibensatz ist ein bewegliches Betätigungsorgan zugeordnet, das bei Drehung der Antriebswelle am Umfang der Kurvenscheibe(n) abrollt oder abläuft. Die Form der durch die Kurvenscheibe(n) gebildeten Steuerkurve bestimmt den zeitlichen Ablauf und das Ausmaß von Bewegungen des Betätigungsorgans. Die Drehstellung der Kurvenscheibe in Bezug auf die Antriebswelle bestimmt die zeitliche Lage (Phase) der Bewegungen während der Drehung der Antriebswelle.
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In der Regel ist für jeden Fertigungsprozess abhängig von der Art des Werkstücks und dem gewünschten Fertigungsablauf eine andere Betriebsgeometrie des Kurvengetriebeblocks erforderlich. Daher müssen beim Einrichten eines neuen Fertigungsprozesses einzelne Kurvenscheiben oder alle Kurvenscheiben ausgehend von ihrer für den letzten Fertigungsprozess eingestellten Drehstellung in eine neue Soll-Drehstellung gedreht und dann wieder drehfest mit der Antriebswelle gekoppelt werden.
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Die europäische Patentanmeldung
EP 0 145 128 A1 beschreibt einen Kur- vengetriebeblock, bei dem auf der Antriebswelle für jede Kurvenscheibe ein individueller Elektromotor montiert ist, der an ein elektrisches Steuergerät angeschlossen werden kann, um die Kurvenscheibe gegenüber der Antriebswelle zu verdrehen. Mit Hilfe eines Sensors kann dabei die Drehposition der Kurvenscheibe relativ zu einer Referenzposition erfasst werden. Die Ausgangssignale der einzelnen Sensoren können an einen Steuercomputer übertragen werden, um jeden Motor selektiv anzusteuern, um die zugeordnete Kurvenscheibe entsprechend zu verstellen. Dieser relativ komplexe Aufbau des Kurvengetriebeblocks ermöglicht eine Verstellung der Drehposition von Kurvenscheiben während der Drehung der Antriebswelle.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 28 56 824 A1 beschreibt eine als Mehr- stufenpresse ausgelegte Umformpresse mit einer Steuerkurveneinrichtung, die eine Reihe von Greiferzangen für den Transport der Werkstücke von einer Pressstufe zur nächsten oder von einer Scherstation zur ersten Pressstufe aufweist. Die einzelnen Kurvenscheiben sind über eine Klemmeinrichtung mit der Antriebswelle verbindbar und können über eine Kupplungseinrichtung mit wenigstens einem Verstellmotor zur Verdrehung der Kurvenscheibe relativ zur Antriebswelle gekoppelt werden. Die Kurvenscheiben können durch Ansteuerung eines Verstellmotors gegenüber der Antriebswelle verdreht werden, wobei die Verbindung zwischen den Kurvenscheiben und der Antriebswelle durch entsprechende Druckmittelbeaufschlagung der Klemmeinrichtung schnell gelöst oder wieder hergestellt werden kann.
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Das Patent
DE 41 03 495 C2 zeigt einen Kurvengetriebeblock mit mehreren nebeneinander auf einer Antriebswelle drehverstellbar und axial verschiebbar angeordneten Kurvenscheiben, denen jeweils Kupplungsstücke zugeordnet sind, über die die Kurvenscheiben drehfest mit der Welle verbunden werden können. Die Kupplungsstücke sind als drehfest mit der Antriebswelle verbundene und auf der Welle axial verschiebbare Mitnehmerscheiben ausgebildet, an die die Kurvenscheiben durch Aufbringen einer in axialer Längsrichtung der Welle auf alle Kurven- und Mitnehmerscheiben gleichzeitig wirkenden Druckkraft reibschlüssig angekoppelt werden. Die Druckkraft wird durch eine einzige Druckeinrichtung erzeugt. Das Einstellen des Kurvengetriebeblocks durch Verdrehen einzelner Kurvenscheiben gegenüber der Antriebswelle kann wahlweise automatisch oder manuell erfolgen und anhand von Winkelskalen an den Kurvenscheiben kontrolliert werden.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Einstellen eines Kurvengetriebeblocks sowie einen zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Kurvengetriebeblock bereitzustellen, bei dem die Einstellung einer neuen Betriebsgeometrie schnell und mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie einen Kurvengetriebeblock mit den Merkmalen für Anspruch 7 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Der Kurvengetriebeblock hat eine „Verstellkonfiguration” und eine „Betriebskonfiguration”. In der Verstellkonfiguration ist mindestens eine der Kurvenscheiben gegenüber der Antriebswelle und gegenüber anderen Kurvenscheiben verdrehbar. Dadurch kann in der Verstellkonfiguration die steuerwirksame Geometrie der Anordnung aus Arbeitswelle und Kurvenscheiben verändert werden. In der Betriebskonfiguration sind die Kurvenscheiben jeweils in einer bestimmten Drehstellung in Bezug auf die Arbeitswelle drehfest mit der Antriebswelle gekoppelt. Damit ist die steuerwirksame Geometrie für den Betrieb festgelegt.
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Die steuerwirksame Geometrie wird in dieser Anmeldung als Betriebsgeometrie bezeichnet. Für einen bestimmten Anwendungsfall ist eine bestimmte Soll-Betriebsgeometrie gewünscht. Zu dieser Soll-Betriebsgeometrie gehören bestimmte Soll-Drehstellungen der Kurvenscheiben in Bezug auf die Arbeitswelle. Wenn die aktuelle Betriebsgeometrie (Ist-Betriebsgeometrie) nicht im Rahmen der Toleranzen mit der Soll-Betriebsgeometrie übereinstimmt, ist eine Einstellung vorzunehmen.
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Gemäß dem Verfahren werden beim Einstellen des Kurvengetriebeblocks zunächst alle noch nicht in ihre Soll-Drehstellung (in Bezug auf die Antriebswelle) gedrehten Kurvenscheiben in ihre Soll-Drehstellung gedreht und drehfest mit der Antriebswelle gekoppelt. Diese Einstellung der Soll-Drehstellung erfordert eine Relativverdrehung zwischen Arbeitswelle und Kurvenscheibe, wobei nur eines dieser Elemente (Kurvenscheibe oder Arbeitswelle) oder beide gleichzeitig gedreht werden können. Danach führt die Antriebswelle eine Referenzdrehung aus. Während der Referenzdrehung wird die Drehstellung der Antriebswelle winkelaufgelöst erfasst. Weiterhin wird bei der Referenzdrehung für jede der Kurvenscheiben mittels einer zugeordneten Sensoreinrichtung ihre aktuelle Drehstellung in Bezug auf die Drehstellung der Antriebswelle ermittelt.
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Vorzugsweise ist die Referenzdrehung eine Drehung um 360° oder mehr, also mindestens eine volle Drehung. Dann ist auf Basis der Referenzdrehung ein eindeutiger Bezug zu den Bewegungsphasen anderer, mit der Bewegung der Antriebswelle gekoppelter Elemente der Maschine herstellbar.
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Bei der Referenzdrehung werden automatisch alle Drehstellungsdaten ermittelt, die die tatsächlich eingestellte Ist-Betriebsgeometrie, d. h. die steuerwirksame Geometrie der Gesamtheit von Kurvenscheiben auf der Antriebswelle, repräsentieren. Die winkelaufgelöst erfasste Drehstellungsinformation für die Antriebswelle wird dabei mit der Drehstellungsinformation jeder der Kurvenscheiben verknüpft. Dabei ist es nicht erforderlich, für jede der Kurvenscheiben eine winkelauflösende Sensoreinrichtung vorzusehen. Vielmehr reicht es aus, für jede Kurvenscheibe eine Drehlagen-Sensoreinrichtung bereitzustellen, die nur dann ein Sensorsignal erzeugt, wenn die zugeordnete Kurvenscheibe bei der Drehung der Antriebswelle eine vorgegebene Drehstellung in Bezug auf ein gehäusefestes Koordinatensystem des Kurvengetriebeblocks einnimmt bzw. erreicht. Der Bezug zur winkelaufgelöst erfassten Drehstellung der Antriebswelle kann bei der Auswertung der bei der Referenzdrehung erfassten Daten rechnerisch hergestellt werden. Diese Variante ist bei vorteilhaften Ausführungsformen vorgesehen.
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Durch einen Vergleich mit Referenzdaten kann somit auf einfache Weise erfasst werden, ob bei der Einstellung die tatsächlich gewünschte Soll-Betriebsgeometrie eingestellt wurde oder ob beispielsweise einzelne Kurvenscheiben noch nicht mit ausreichender Genauigkeit in ihre gewünschte Soll-Drehstellung gebracht wurden. Bei außerhalb von Toleranzgrenzen liegenden Abweichungen kann die Einstellung korrigiert werden.
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Konstruktiv kann ein Kurvengetriebeblock zur Durchführung des Verfahrens in der Weise ausgestaltet sein, dass der Antriebswelle ein Drehgeber zur winkelaufgelösten Erfassung der Drehstellung der Antriebswelle zugeordnet ist, dass für jede Kurvenscheibe eine Sensoreinrichtung zur Erfassung des Erreichens einer vorgegebenen Drehstellung der Kurvenscheibe in Bezug auf ein gehäusefestes Koordinatensystem bei Drehung der Antriebswelle vorgesehen ist und dass die Sensoreinrichtungen und der Drehgeber an eine gemeinsame Auswerteeinrichtung angeschlossen (bei fertig montierter Maschine) bzw. anschließbar sind. Die gemeinsame Auswerteeinrichtung ist dafür eingerichtet, die Sensorsignale des Drehgebers und der Sensoreinrichtungen bzw. daraus abgeleitete Signale gemeinsam zu verarbeiten und eine rechnerische Verknüpfung der entsprechenden Drehstellungsdaten vorzunehmen.
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Die Auswerteeinrichtung ist vorzugsweise ein Teil der Steuereinrichtung der den Kurvengetriebeblock enthaltenden Maschine. Die Auswertung und Verknüpfung der Drehstellungsdaten der Antriebswelle und der Kurvenscheiben kann durch entsprechende Programmteile der Steuerungssoftware umgesetzt werden.
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Als Drehgeber könnte ein winkelauflösender Absolutwertgeber verwendet werden, der aktuelle Absolutwerte für den Drehwinkel der Arbeitswelle relativ zu einen gehäusefesten Koordinatensystem erzeugt. Dies ist jedoch nicht erforderlich, da dieser Bezug bei Auswertung der bei der Referenzdrehung erfassten Sensorsignale automatisch hergestellt bzw. bestimmt wird. Vorzugsweise ist der Drehgeber ein Inkrementalgeber zur Erfassung von Winkeländerungen. Der Drehgeber kann direkt an der Arbeitswelle oder einem schlupffrei mit der Antriebswelle gekoppelten Drehelement des Antriebsstrangs angebracht sein. Als Drehgeber kann auch ein am Wellenantrieb angebrachter Drehgeber genutzt werden. Solche Drehgeber sind häufig z. B. für Steuerungszwecke ohnehin vorhanden und können somit bei Ausführungsformen mit zusätzlichem Nutzen verwendet werden.
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Bei manchen Ausführungsformen weist eine Sensoreinrichtung für eine Kurvenscheibe einen gehäusefest montierten Näherungsschalter bzw. Näherungsinitiator auf, der mit einem Referenzelement der zugeordneten Kurvenscheibe zusammenwirkt. Bevorzugte Näherungsschalter reagieren bei Annäherung des Referenzelements an eine aktive Fläche des Näherungsschalters ohne direkten Kontakt berührungslos. Vorzugsweise sind induktive Näherungsschalter vorgesehen, die bei Annäherung eines metallischen Referenzelements der Kurvenscheiben auf das Auftreten von Wirbelstrom reagieren. Alternativ oder zusätzlich sind auch kapazitive, magnetische, optische, akustische oder nicht-induktive elektromagnetische Näherungsschalter nutzbar. Kontaktierende Näherungsschalter sind grundsätzlich ebenfalls verwendbar.
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Als Referenzelement kann ein mit ausreichender Präzision geformter Abschnitt einer Kurvenscheibe oder ein an der Kurvenscheibe angebrachtes, ggf. auswechselbares, gesondertes Referenzelement vorgesehen sein, welches ggf. hinsichtlich seiner radialen Position an der Kurvenscheibe einstellbar sein kann.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen werden bei der Referenzdrehung erfasste Drehstellungsdaten für die Drehstellung der Kurvenscheiben relativ zur Arbeitswelle in einer Speichereinheit einer Steuereinrichtung abgespeichert. Bei einer später durchgeführten weiteren Einstellung kann dann die gleiche Betriebsgeometrie auf Basis der dauerhaft abgespeicherten Daten automatisch wieder eingestellt werden. Im Bedarfsfall wäre auch eine spätere manuelle Einstellung der gleichen Betriebsgeometrie unter Nutzung der beim Einlernen erzeugten Daten möglich.
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Wenn eine mit einem Kurvengetriebeblock ausgestattete Maschine für einen neuen Prozess erstmals eingerichtet werden soll und dazu der Kurvengetriebeblock neu einzustellen ist, werden häufig erfahrene Maschinenbediener eingesetzt, die die Einstellung des Kurvengetriebeblocks manuell durchführen. Bei manchen Ausführungsformen werden bei einem ersten Einstellen einer neuen Betriebsgeometrie die zu verdrehenden Kurvenscheiben gegenüber einer stillstehenden Antriebswelle manuell verdreht. Erfahrene Bediener können auf diese Weise in vertretbarer Zeit sehr effiziente und „organische” Arbeitsabläufe für die mit Hilfe des Kurvengetriebeblocks gesteuerten Bewegungen einstellen. Wenn danach die bei einer Referenzdrehung erfassten Drehstellungsdaten abgespeichert werden, kann die gleiche, manuell optimierte Betriebsgeometrie später auf Basis der abgespeicherten Drehstellungsdaten in einem automatisierten Einstellprozess wieder reproduziert werden. Es also möglich, die Steuerung der Maschine durch einen Einlernprozess (Teach-in) zu programmieren.
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Bei einer automatisierten Einstellung kann bei bevorzugten Ausführungsformen so vorgegangen werden, dass eine Kurvenscheibe zum Einstellen ihrer Soll-Drehstellung an der Antriebswelle in einer in Bezug auf das Gehäuse des Kurvengetriebeblocks definierten bzw. fixierten Position festgehalten wird und die Antriebswelle mit Hilfe des zugeordneten Wellenantriebs gegenüber der festgehaltenen Kurvenscheibe gedreht wird. Die Blockierung der jeweils zu verstellenden Kurvenscheibe kann automatisiert beispielsweise in der Weise erfolgen, dass ein am Gehäuse befestigtes, durch einen Stellantrieb betätigbares, gegenüber dem Gehäuse bewegliches Blockierelement in eine Ausnehmung der Kurvenscheibe in Umfangsrichtung formschlüssig eingreift und die Kurvenscheibe dadurch stillsetzt. Der Stellantrieb kann z. B. hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch arbeiten.
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Das Verfahren kann bei Kurvengetriebeblöcken unterschiedlicher Konstruktion durchgeführt werden. Bei einer Ausführungsform sind die Kurvenscheiben auf der Antriebswelle axial verschiebbar. Den Kurvenscheiben sind auf der Antriebswelle axial verschiebbar und drehfest mit der Antriebswelle verbundene Mitnehmerelemente zugeordnet. Die Kurvenscheiben können durch Aufbringen einer in Axialrichtung der Antriebswelle auf alle Kurvenscheiben und Mitnehmerelemente gleichzeitig wirkenden Druckkraft reibschlüssig an die Antriebswelle angekoppelt werden.
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Die hierfür vorgesehene Druckeinrichtung kann beispielsweise hydraulisch arbeiten und ein oder mehrere Federelemente aufweisen, die so ausgelegt sein können, dass die Kurvenscheiben und Mitnehmerelemente in Abwesenheit von Hydraulikdruck allein durch die Kraft der Federelemente mit einer Kraft aneinander gepresst werden, die einerseits ausreicht, um ein versehentliches Verstellen einzelner Kurvenscheiben zu verhindern, andererseits aber gering genug ist, um eine gewünschte Verdrehung einer Kurvenscheibe gegenüber anderen Kurvenscheiben zu ermöglichen. Der für das drehfeste Festklemmen der Kurvenscheiben und Mitnehmerelemente erforderliche Druck kann hydraulisch aufgebracht werden. Ein derartiger Aufbau kann mit relativ wenigen Bauelementen kompakt ausgeführt sein uns ist sehr funktionssicher. Auch bei völligem Ausfall der Hydraulik oder nach dem Abschalten bleibt die Konfiguration der Kurvenscheiben auf der Arbeitswelle erhalten.
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Alternativ kann auch für jede Kurvenscheibe eine eigene schaltbare Kupplungseinrichtung vorgesehen sein, mit der die Kurvenscheibe in der gewünschten Soll-Drehstellung drehfest an der Antriebswelle festgelegt wird und für die Verstellung zur Drehung freigegeben wird.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Kurvengetriebeblock gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 zeigt eine schrägperspektivische Ansicht des Kurvenblocks aus 1 und
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3 zeigt in 3A einen senkrecht zur Drehachse der Arbeitswelle geführten Schnitt durch eine Ausführungsform eines Kurvengetriebeblocks im Bereich einer Kurvenscheibe, die mit Hilfe eines Blockierelementes in einer Referenz-Drehstellung festgehalten ist und in 3B das Blockierelement in einer ausgerückten Stellung, die eine Drehung der Kurvenscheibe erlaubt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Kurvengetriebeblocks 100, der in einer Mehrstufenpresse als Teil einer Querfördervorrichtung eingesetzt wird, um eine koordinierte Bewegung von Greiforganen in Form von Greifzangen zu steuern, die Werkstücke von einer Scherstation zu einer ersten Pressstufe und nachfolgend zwischen aufeinanderfolgenden Pressstufen transportieren. 2 zeigt eine schrägperspektivische Ansicht des Kurvengetriebeblocks von der den Greiforganen abgewandten Rückseite, 3 zeigt einen Schnitt durch den Kurvengetriebeblock entlang einer Schnittebene, die senkrecht zur Drehachse 112 der Arbeitswelle 110 des Kurvengetriebeblocks verläuft.
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Die Arbeitswelle 110 ist mittels einer antriebsseitigen, zwei Wälzlagerringe aufweisenden ersten Drehlageranordnung 114 und einer antriebsfernen zweiten Drehlageranordnung 116 mit einem einzelnen Wälzlagerring in Seitenwänden eines mehrteiligen Gehäuses 120 des Kurvengetriebeblocks unbegrenzt drehbar gelagert. Ein Antriebszahnrad 118 ist drehfest am antriebsseitigen Ende der Arbeitswelle befestigt. Über das Antriebszahnrad wird die Antriebswelle schlupffrei mit dem (nicht dargestellten) Hauptmotor der Mehrstufenpresse gekoppelt, welcher bei dieser Ausführungsform daher auch als Wellenantrieb, d. h. als Drehantrieb für die Arbeitswelle, dient. Bei anderen Ausführungsformen kann ein vom Hauptmotor separater Wellenantrieb vorgesehen sein.
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Auf einen zylindrischen Wellenabschnitt zwischen den Drehlageranordnungen 114, 116 ist eine stapelartige Anordnung 130 mit Kurvenscheiben aufgeschoben. Im Beispielsfall sieben Paare 130-1 bis 130-7 von Kurvenscheiben 130-1A, 130-1B bis 130-7A, 130-7B nebeneinander angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur einige dieser Elemente mit Bezugszeichen gekennzeichnet. Jede der Kurvenscheiben ist in einer Verstellkonfiguration gegenüber der Antriebswelle und gegenüber anderen Kurvenscheiben manuell oder automatisch verdrehbar und wird nach Einstellung einer gewünschten Betriebsgeometrie des Kurvengetriebeblocks drehfest mit der Antriebswelle gekoppelt. Hierzu sind die Kurvenscheiben nicht nur gegenüber der Antriebswelle verdrehbar, sondern auch axial gegenüber der Antriebswelle verschiebbar, wozu jede Kurvenscheibe eine zylindrische Durchgangsbohrung hat, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Antriebswelle so angepasst ist, dass die Kurvenscheibe praktisch spielfrei, aber axial und in Umfangsrichtung beweglich auf der Antriebswelle sitzt.
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Zwischen benachbarten Kurvenscheiben 130-1A, 130-1B eines Paares 130-1 von Kurvenscheiben sind jeweils Mitnehmerelemente in Form von ersten Druckscheiben 140-1 bis 140-7 angeordnet, die mit ihren axialen Seiten großflächig an den jeweils unmittelbar benachbarten Kurvenscheiben anliegen können. Die axiale Breite der ersten Druckscheiben ist so bemessen, dass zwischen den unmittelbar benachbarten Kurvenscheiben beim axialen Zusammendrücken der Anordnung ein kleiner Abstand verbleibt, so dass die Kurvenscheiben nie direkt aneinander anliegen.
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Zwischen den einander zugewandten Kurvenscheiben unmittelbar benachbarter Kurvenscheibenpaare sind Mitnehmerelemente in Form von zweiten Druckscheiben 150-1 bis 150-6 angeordnet, die die benachbarten Paare von Kurvenscheiben in einem vorgegebenen Abstand zueinander halten. Die zwischen den Kurvenscheiben angeordneten ersten und zweiten Druckscheiben sind relativ zur Antriebswelle axial verschiebbar, jedoch drehfest mit der Antriebswelle verbunden. Dies wird im Beispielsfall dadurch erreicht, dass an der Innenseite der Druckscheiben Zylinderstifte nach innen ragen, die in eine Längsnut an der Arbeitswelle in Umfangsrichtung formschlüssig eingreifen.
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Durch diese Konstruktion der Kurvenscheiben und Druckscheiben wird erreicht, dass die Kurvenscheiben durch Aufbringen einer parallel zur Drehachse der Antriebswelle wirkenden Druckkraft, die auf alle Kurvenscheiben und Druckscheiben gleichzeitig wirkt, die Kurvenscheiben über die dazwischen eingeklemmten Druckscheiben indirekt reibschlüssig an die Antriebswelle drehfest angekoppelt werden können.
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Die zum Ankoppeln bzw. Freigeben von Kurvenscheiben vorgesehene Druckeinrichtung 160 hat eine hydraulisch betätigbare Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem drehfest und axial fest auf der Antriebswelle befestigten Zylinderelement 162 und einem relativ zur Antriebswelle axial beweglichen und in dem Zylinderelement verschiebbaren Kolbenelement 164. Das Kolbenelement schlägt mit einem antriebsabgewandten Innenabschnitt direkt an der letzten antriebsseitigen Kurvenscheibe 130-7B an. Am gegenüberliegenden Ende der Anordnung 130 aus Kurvenscheiben und Druckscheiben ist auf einem durchmesserreduzierten Abschnitt der Arbeitswelle ein Anschlagselement 169 axial fest befestigt, an das die der Antriebsseite fernste Kurvenscheibe 130-1A bei Aufbringen eines axialen Drucks von der Antriebsseite anschlägt.
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Das zwischen dem Zylinderelement 162 und dem Kolbenelement 164 liegende Volumen variabler Größe ist über einen im Inneren der Arbeitswelle verlaufenden Fluidkanal 165 und eine Drehdurchführung 166 am antriebsseitigen Ende der Antriebswelle an eine Hydraulikpumpe 167 angeschlossen, deren Arbeitsdruck über Signale der Steuereinrichtung 400 der Umformmaschine steuerbar ist.
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Im Inneren des Zylinderelements befindet sich eine Druckfederanordnung 168 mit Druckfedern, die sich axial einerseits am Zylinderelement und andererseits am Kolbenelement abstützen und deren Federkraft so ausgelegt ist, dass das Kolbenelement 164 bei Abwesenheit von Hydraulikdruck allein aufgrund der Federkraft mit einem vorgegebenen Anpressdruck an die angrenzende Anordnung aus Kurvenscheiben und Druckelementen drückt. Die Federkraft ist so bemessen, dass durch den Reibschluss zwischen benachbarten Elementen (Kurvenscheiben und Druckscheiben) der Anordnung eine ungewollte Relativdrehung benachbarter Elemente zuverlässig verhindert wird, eine erwünschte Drehverstellung einzelner Kurvenscheiben gegenüber anderen Kurvenscheiben jedoch möglich ist. Diese Konfiguration wird hier als Verstellkonfiguration bezeichnet. Diese bleibt auch erhalten, wenn die Maschine abgeschaltet wird oder der Hydraulikdruck aus anderen Gründen abfällt.
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Grundsätzlich ist es möglich, die Druckeinrichtung ohne Federanordnung aufzubauen. Ausgehend von der Betriebskonfiguration (die bei hohem Hydraulikdruck vorliegt) kann die Verstellkonfiguration erreicht werden, indem der Hydraulikdruck auf einen geeigneten niedrigeren Wert abgesenkt wird, der das relative Verdrehen der Kurvenscheiben erlaubt, aber dennoch einen Reibschluss aufrechterhält.
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Am Umfang jeder Kurvenscheibe sind in gleichen Winkelabständen acht radiale Sacklochbohrungen 132 angebracht, in die bei der manuellen oder automatischen Verstellung der Drehposition einer Kurvenscheibe relativ zur Antriebswelle ein Stift oder ein anderes Werkzeug gesteckt werden kann, um die Relativverdrehung durchzuführen. In eine der Sacklochbohrungen ist ein radial nach außen überstehender metallischer Bolzen 192 eingesetzt, dessen radiale Stirnfläche einen mit hoher Genauigkeit definierten radialen Abstand zur Drehachse 112 der Antriebswelle hat. Der Bolzen dient als Referenzelement einer induktiven Sensoreinrichtung 190, mit der das Erreichen einer bestimmten Drehstellung der Kurvenscheibe relativ zu einem gehäusefesten Koordinatensystem KS1 erfasst werden kann. Die einer Kurvenscheibe zugeordnete Sensoreinrichtung weist einen gehäusefest montierten, berührungslos arbeitenden induktiven Näherungsschalter 194 auf, der über eine Leitung 195 signalleitend mit einer in die Steuereinrichtung 400 der Umformmaschine integrierten Auswerteeinrichtung verbunden ist. Der Näherungsschalter 194 erzeugt ein Signal, wenn bei der Drehung der Kurvenscheibe der als Referenzelement dienende Bolzen 192 die in 3A gezeigte Drehstellung (Referenz-Drehstellung) erreicht, bei der die radial verlaufende Achse des Bolzens mit der Achse des Näherungsschalters fluchtet. In dieser Drehstellung ist ein exakt bekannter Bezug zwischen dem Koordinatensystem KS2 der Kurvenscheibe und dem gehäusefesten Koordinatensystem KS1 gegeben.
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Zusätzlich zu den Bohrungen 132 ist am Umfang der Kurvenscheibe eine radial nach außen konisch erweiterte Ausnehmung 220 vorgesehen, die im Beispielsfall 20° winkelversetzt zum Referenzelement 192 der Sensoreinrichtung liegt. In die Ausnehmung greift bei der in 3A gezeigten Blockierstellung der Kurvenscheibe ein in Radialrichtung der Antriebswelle linear verschiebbares Blockierelement 210 einer Blockiereinrichtung 200 formschlüssig ein. Das Blockierelement kann mit Hilfe eines hydraulischen Stellantriebs 230 zwischen der in 3A gezeigten Blockierstellung mit Eingriff in die Ausnehmung 220 und in der in 3B gezeigten ausgerückten Stellung mit freigegebener Kurvenscheibe verschoben werden. Ein vollständiges Einfahren in die Ausnehmung 220 ist nur dann möglich, wenn die Kurvenscheibe die in 3A gezeigte Referenz-Drehstellung einnimmt, die bei einer Verdrehung der Kurvenscheibe genau dann erreicht ist, wenn der Näherungsschalter 194 ein Signal erzeugt.
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Die 2 und 3 zeigen weitere Details zur Verwendung des Kurvengetriebeblocks in einer Mehrstufenpresse. An der Steuerkontur, die durch ein Paar unmittelbar benachbarter Kurvenscheiben eines Paares gebildet wird, greift bei zusammengebauter Maschine ein Betätigungsorgan 300 in Form eines maschinenfest gelagerten Schwenkhebels an, der um eine parallel zur Drehachse 112 der Antriebswelle verlaufende Drehachse schwenkbar ist und am kurvenseitigen Ende eine Rolle 302 trägt, die bei Drehung der Kurvenscheiben an deren gemeinsamer Außenkontur abrollt. Das gegenüberliegende Ende drückt über einen Hebelmechanismus auf einen Schwenkhebel 310, der um eine senkrecht zur Drehachse der Kurbelwelle verlaufende Schwenkachse verschwenkbar ist. Dieser Schwenkhebel wirkt auf die federbelasteten Arme eines zangenartigen Greiforgans 320, das durch die Feder 330 in eine Schließstellung vorgespannt ist und über den Schwenkhebel geöffnet wird, wenn die Rolle des Betätigungsorgans 300 durch den radial außen vorstehenden Abschnitt 133 der Steuerkurve von der Arbeitswelle weggedrückt wird. Die Öffnungszeit kann dementsprechend durch die Umfangslänge des nach außen ragenden Abschnitts 133 vorgegeben werden. Diese kann durch Relativverdrehung der Kurvenscheiben eines Paares gegeneinander verlängert oder verkürzt werden. Die zeitliche Lage der Öffnungsbewegung wird durch dessen Umfangsposition in Bezug auf die Arbeitswelle vorgegeben. Sie kann verändert werden, indem die Kurvenscheiben eines Paares gemeinsam gegenüber der Antriebswelle verdreht werden. Beide Größen können somit durch Verdrehung der Kurvenscheiben beim Einrichten der Maschine stufenlos verstellt werden.
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Die Greiforgane 320 sind an einem parallel zur Drehachse der Arbeitswelle linear hin und her verschiebbaren Schieber oder Schlitten 350 gelagert, dessen horizontal verlaufende, periodisch hin und her gehende Bewegung über eine drehfest mit der Arbeitswelle verbundene Steuerkurve 250 (2) gesteuert wird.
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Die Einstellung einer neuen Betriebsgeometrie des Kurvengetriebeblocks beim Einrichten der Umformmaschine, beispielsweise für einen Produktwechsel, ist sowohl automatisiert als auch manuell möglich.
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Wenn die Umformmaschine für einen Fertigungsprozess eingestellt werden soll, der an der Maschine erstmals durchgeführt wird, erfolgt vorzugsweise eine manuelle Einstellung durch einen erfahrenen Bediener. Die Maschine steht hierzu still, so dass sich auch die Arbeitswelle 110 nicht dreht. Die Anordnung wird in die Verstellkonfiguration gebracht, indem der Hydraulikdruck der Druckeinrichtung 160 z. B. durch Abschalten der Hydraulikpumpe reduziert wird. Dann werden alle Kurvenscheiben, die sich nicht in ihrer für den nächsten Prozess gewünschten Drehstellung bezüglich der Arbeitswelle befinden, möglichst genau in diese Drehstellung gedreht, indem der Bediener mit einem Werkzeug in eine der radialen Bohrungen 132 eingreift und die entsprechende Kurvenscheibe gegenüber der stillsitzenden Arbeitswelle verdreht. Der Bediener kann sich hierbei an Winkelskalen orientieren, die an jeder Kurvenscheibe angebracht sind. Sind alle Kurvenscheiben in ihre Soll-Drehstellung gebracht, haben die Kurvenscheiben die richtige relative Orientierung zueinander. Dann wird die Anordnung 130 von Kurvenscheiben und zwischengeschalteten Druckscheiben mittels der Druckeinrichtung 160 durch Einschalten des Hydraulikdrucks zusammengepresst, so dass alle Kurvenscheiben vermittelt über die Druckelemente gleichzeitig reibschlüssig drehfest an die Arbeitswelle gekoppelt werden. In diesem Stadium ist der Bezug der Kurvenscheiben untereinander hergestellt. Die Steuerung der Maschine hat jedoch noch keine Information darüber, wie die Anordnung 130 mit Kurvenscheiben in Bezug auf die aktuelle Drehstellung bzw. das Koordinatensystem KS3 der Arbeitswelle orientiert ist.
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Dann wird der Hauptmotor der Umformmaschine in Gang gesetzt, so dass die Arbeitswelle mindestens eine vollständige Referenzdrehung ausführt. Bei der Referenzdrehung wird mittels des als Inkrementalgeber ausgeführten Drehgebers 115 die Drehstellung der Antriebswelle winkelaufgelöst erfasst und entsprechende Drehstellungs-Daten der Antriebswelle an die Steuereinrichtung 400 übergeben. Gleichzeitig sind alle Näherungsschalter 194 aktiv. Jedes mal, wenn eine der Kurvenscheiben ihre in 3A gezeigte Referenz-Drehstellung (mit bekanntem Bezug zum gehäusefesten Koordinatensystem KS1) erreicht, wird im entsprechenden Näherungsschalter ein Signal ausgelöst, welches die Drehstellungs-Information der Kurvenscheibe repräsentiert. Anhand der Signale des Drehgebers 115 und der Signale der Näherungsschalter kann in der Auswerteeinrichtung für jede der Kurvenscheiben die aktuelle Drehstellung in Bezug auf die Arbeitswelle mit hoher Genauigkeit errechnet werden. Dadurch liegt nach einer vollständigen Referenzdrehung in der Auswerteeinrichtung ein kompletter Datensatz vor, der die aufgrund einer Messung bestimmte tatsächliche Drehstellung der Kurvenscheiben in Bezug auf die Arbeitswelle repräsentiert. Für jede der Kurvenscheiben wird dabei ein Bezug des entsprechenden Kurvenscheiben-Koordinatensystems KS2 zum Koordinatensystem KS3 der Antriebswelle hergestellt. Außerdem wird ein eindeutiger Bezug zur Bewegung des Schlittens 350 hergestellt. Der Nullpunkt der Drehstellung der Arbeitswelle kann z. B. rechnerisch auf einen Umkehrpunkt (Totpunkt) der oszillierenden Linearbewegung des Schlittens gelegt werden.
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Die Daten werden mit entsprechenden Soll-Daten abgeglichen. Dabei wird einerseits überprüft, ob jede der Kurvenscheiben relativ zu den anderen Kurvenscheiben die richtige Drehstellung hat. Außerdem erhält die Maschinensteuerung die Information, wie das Gesamtpakt von Kurvenscheiben relativ zum Koordinatensystem in der Arbeitswelle liegt, so dass der Nullpunkt für die Drehbewegung der Arbeitswelle in Bezug auf das gehäusefeste Koordinatensystem KS1 errechnet werden kann. Wenn die Kurvenscheiben relativ zueinander richtig orientiert sind, ist der Einrichtprozess abgeschlossen und die Maschinensteuerung „kennt” die eingestellte Betriebsgeometrie. Die bei der Referenzdrehung erfassten Drehstellungsdaten für die Drehstellung der Kurvenscheiben relativ zur Arbeitswelle werden in einer Speichereinheit der Steuereinrichtung abgespeichert und stehen zur weiteren Nutzung permanent zur Verfügung.
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Die Programmierung des neuen Prozesses in der Steuereinrichtung wird also in diesem Fall durch einen Einlernvorgang (Teach-in) vorgenommen, der die manuelle Einstellung der Kurvenscheiben in Verbindung mit der anschließenden, von Sensoren (Dreheber 115, Sensoreinrichtungen 190) überwachten Referenzdrehung umfasst.
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Normalerweise werden auf einer Umformmaschine im Laufe der Zeit die unterschiedlichsten Werkstücke produziert und dementsprechend unterschiedlichste Fertigungsprozesse mit jeweils spezifischen Betriebsgeometrien des Kurvengetriebeblocks gefahren. Wenn für einen Produktwechsel an der Maschine eine Betriebsgeometrie eingestellt werden soll, für die beispielsweise aufgrund einer früheren Einstellung bereits entsprechende Drehstellungs-Daten in der Speichereinheit vorliegen, so können diese Daten genutzt werden, um einen automatisierten Einrichtprozess zu fahren.
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Bei einer automatisierten Einstellung der Betriebsgeometrie greift die Maschinensteuerung auf einen die Betriebsgeometrie repräsentierenden Datensatz zu, der für jede der Kurvenscheiben ihre gewünschte Soll-Drehstellung in Bezug auf die Drehstellung der Arbeitswelle repräsentiert. Nachdem die Verstellkonfiguration eingestellt ist (Hydraulikpumpe ausgeschaltet) wird für jede der Kurvenscheiben, die noch nicht ihre Soll-Drehstellung einnimmt, die Kurvenscheibe in einer in Bezug auf das Gehäuse des Kurvengetriebeblocks fixierten Position festgehalten und die Arbeitswelle wird motorisch gegenüber der festgehaltenen Kurvenscheibe verdreht. Diese Arbeitsschritte können mit Hilfe der Sensoreinrichtungen und der Blockiereinrichtungen schnell und präzise durchgeführt werden.
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Soll beispielsweise die in 3A gezeigte Kurvenscheibe 130-1A verdreht werden, so wird zunächst die Arbeitswelle motorisch so lange gedreht, bis der Näherungsschalter 192 anspricht und ein Sensorsignal erzeugt. Dieses zeigt an, dass sich die zu verstellende Kurvenscheibe in ihrer Referenz-Drehstellung in Bezug auf das gestellfeste Koordinatensystem KS1 befindet. Der Motor wird als Antwort auf das Signal angehalten. Die Ausnehmung 200 für den Eingriff des Blockierelementes 210 liegt dann genau in der in 3B gezeigten Position, in der das Blockierelement zentrisch in die Ausnehmung eingefahren werden kann. Der entsprechende Stellantrieb 230 für das Blockierelement wird aktiviert und fährt das Blockierelement in die in 3A gezeigte Blockierposition mit Eingriff in die Ausnehmung, so dass die Kurvenscheibe mit Bezug auf das Gehäuse 120 fixiert ist. Dann wird der Antrieb der Antriebswelle wieder aktiviert und verdreht diese um einen vorgegebenen Winkel so lange, bis die blockierte Kurvenscheibe die gewünschte Drehstellung relativ zum Koordinatensystem der Antriebswelle einnimmt. Diese Folge von Arbeitsschritten wird für jede zu verdrehende Kurvenscheibe durchgeführt, bis alle Kurvenscheiben ihre gewünschte Soll-Drehstellung haben. Dann wird der Hydraulikdruck in der Druckeinrichtung wieder gesteigert, so dass die richtig positionierten Kurvenscheiben reibschlüssig an die Antriebswelle gekoppelt sind und somit die Betriebskonfiguration hergestellt ist. Damit ist der automatische Einstellprozess abgeschlossen.
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Der automatische Einstellprozess kann immer dann durchgeführt werden, wenn in der Steuerung der Umformmaschine bereits die Drehstellungsdaten für die Drehstellung der Kurvenscheiben relativ zur Arbeitswelle gespeichert sind. Wie erwähnt, können diese bei einem ersten Einrichten einer entsprechenden Betriebsgeometrie auf Basis einer manuellen Ersteinrichtung durch Einlernen (Teach-in) erzeugt werden. Es ist auch möglich, diese Daten ohne vorherige tatsächliche Einstellung z. B. durch eine Transportsimulation rechnerisch zu ermitteln und in der Steuereinrichtung für eine spätere Nutzung zu speichern.
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Häufig wird auch so vorgegangen, dass zunächst in einer Transportsimulation eine neue Betriebsgeometrie ermittelt und eingestellt wird, dass diese dann danach durch einen erfahrenen Bediener nachjustiert bzw. optimiert wird und dass diese manuell optimierte Betriebsgeometrie dann im Rahmen der Referenzdrehung erfasst und gespeichert wird.
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Einige Ausführungsformen wurden anhand eines Kurvengetriebeblocks erläutert, der die Bewegung von Greiforganen eines Querförderers einer Mehrstufenpresse steuert. Das Einstellverfahren und ein entsprechender Kurvengetriebeblock kann auch bei anderen Anwendungen genutzt werden, bei denen eine koordinierte Betätigung mehrerer Funktionsorgane gewünscht ist, beispielsweise bei einer Staucherauswerfereinrichtung.
