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Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine Presse, die aufweist: einen Maschinenständer, in dem eine um eine Drehachse drehbare Antriebswelle gelagert ist, einen Exzenter, der auf der Antriebswelle angeordnet ist, eine Druckstange mit einem ersten und einem zweiten Lagerpunkt, wobei der Exzenter in dem ersten Lagerpunkt gelagert ist und wobei ein Stößel in dem zweiten Lagerpunkt gelagert ist, wobei der Stößel zur Ausführung einer Hubbewegung relativ zum Maschinenständer ausgebildet ist.
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Ein Pressenantrieb dieser Art ist aus der
DE 10 2006 056 520 A1 bekannt. Angestrebt wird dort, in energetisch günstiger Weise variable Weg-Pressenwinkel-Verläufe der Presse zu erzielen. Gemäß einer offenbarten Lösung ist der Pressenantrieb mit einem angetriebenen Zahnrad ausgestattet, wobei zur Beeinflussung der Stößelbetätigung an diesem ein Verstellexzenter vorgesehen ist. Auf dem Verstellexzenter wiederum sitzt ein weiterer Exzenter. Eine Verdrehung des Verstellexzenters bewirkt so eine Veränderung der Exzentrizität des Exzenters. Es ist damit möglich, Einfluss auf die Betätigung des Stößels zu nehmen. Hierfür wird neben dem eigentlichen Pressenantrieb noch ein zweiter Antrieb eingesetzt.
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Nachteilig ist bei den vorbekannten Lösungen, dass gegebenenfalls eingesetzte Torquemotoren die Umformarbeit erbringen müssen. oder zumindest hieran beteiligt sind. Dementsprechend müssen die Motoren dimensioniert sein.
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Weiterhin ist ein Durchlaufbetrieb des Pressenantriebs nicht möglich bzw. es ist das entsprechende Schalten einer mechanischen Kupplung erforderlich.
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Weiterhin sind die vorbekannten Lösungen konstruktiv relativ aufwändig und benötigen eine Vielzahl an Bauteilen. Entsprechend kostenintensiv ist die Herstellung und Montage derartiger Antriebssysteme für Pressen. Das gilt insbesondere für den Einsatz von Verzahnungen, die in der Regel benötigt werden und kostenintensiv sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für eine Presse der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass ein Durchlaufbetrieb des Antriebs insbesondere unter Verzicht auf eine hydraulische Kupplungs-Brems-Kombination möglich wird; es soll ein Durchlaufbetrieb der Presse ohne Schalten einer mechanischen Kupplung möglich werden. Dabei soll gleichzeitig ein einfacher und kostengünstiger Aufbau des Antriebs ermöglicht werden. Des Weiteren soll der Antrieb besonders funktionssicher ausgebildet sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Antrieb für eine Presse, umfassend die Merkmale des Anspruchs 1, gelöst.
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Der Außenexzenter und der Innenexzenter weisen bevorzugt jeweils eine kreisförmige Gestalt auf.
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Die Exzentrizität zwischen dem Mittelpunkt des Außenexzenters und der Ausnehmung und der Abstand des Mittelpunkts des Innenexzenters von der Drehachse sind vorzugsweise gleich groß.
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Die Mittel zur Verdrehung des Außenexzenters relativ zum Innenexzenter umfassen einen Schwenklenker, der mittels eines Stellmotors um die Drehachse verschwenkt werden kann.
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An dem von der Drehachse entfernten Ende des Schwenklenkers kann gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Ende einer Pendelstütze angelenkt sein, wobei das andere Ende der Pendelstütze am Außenexzenter mit Abstand von dessen Mittelpunkt angelenkt ist.
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Eine alternative Konzeption sieht vor, dass ein an dem von der Drehachse entfernten Ende des Schwenklenkers angeordneter Nocken in einer Führungskulisse im Außenexzenter verschieblich angeordnet ist. In diesem Falle kann die Führungskulisse eine linear verlaufende Führungsbahn für den Nocken aufweisen, die sich zumindest teilweise in radiale Richtung des Außenexzenters erstreckt.
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Der Stellmotor ist koaxial zur Antriebswelle angeordnet. Er ist zumeist als Torquemotor oder Servomotor ausgebildet.
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Der Stellmotor kann ausgebildet sein, eine Verschwenkung des Schwenklenkers gemäß einem vorgegebenen Profil vorzunehmen. Das Profil kann dabei als Funktion der Zeit oder als Funktion des Drehwinkels vorgebbar sein.
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Wie im weiteren noch zu sehen sein wird, kann mit der Erfindung der effektiv wirksame Hub zwischen einem Maximalwert und Null stufenlos eingestellt werden, so dass effizient auf den Bewegungsverlauf des Antriebs während eines Presszyklus Einfluss genommen werden kann.
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Es wird hiermit möglich, dass der Antrieb der Presse im Wesentlichen kontinuierlich durchläuft, wobei die Presse automatisiert ist. Damit kann ein zeitlich optimierter Bewegungsablauf erreicht werden. Die Presse kann also in ein Gesamtsteuerungskonzept mit dem Ziel einer durchlaufenden und gegebenenfalls automatisierten Kurbelpresse eingebunden werden.
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Auf eine Kupplungs-Bremskombination einschließlich des in der Regel hierfür benötigten Hydraulikaggregats kann wegen des nicht mehr notwendigen Start-Stopp-Betriebs verzichtet werden. Bereits dies führt zu einer Teilereduzierung und zu einem entsprechend verringerten Montageaufwand.
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Demgemäß wird es möglich, mit der vorgeschlagenen Konstruktion die Funktion einer Kupplung zu ersetzen. Das vorgeschlagene Umlaufrastgetriebe stellt die benötigte Funktion bereit.
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Die zur Umformung in der Presse notwendige Energie stellt ein Schwungrad zur Verfügung, das mit der Antriebswelle in Drehverbindung steht; vorzugsweise ist das Schwungrad koaxial an der Antriebswelle angeordnet.
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Die Verstellung des Stößels kann durch die Verstellbewegung der Mittel zum Verdrehen des Außenexzenters ersetzt werden (Verstellbewegung des Lenkers am Ende des Hubes). Der konstruktive Aufbau des erfindungsgemäßen Antriebskonzepts ist somit sehr einfach gehalten, so dass eine Bauteilreduzierung – verglichen mit vorbekannten Lösungen – erreicht werden kann. Auch kann weitgehend auf Verzahnungen verzichtet werden, die in der Regel kostenintensiv sind. Auch die Montage des Antriebssystems kann einfacher als bislang erfolgen. Vermindert ist auch der Instandhaltungsaufwand der Maschine.
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Durch die Bewegung des Schwenklenkers ergibt sich für den Stößel eine insgesamt kürzere Druckberührzeit mit dem Werkzeug, was prozesstechnische Vorteile hat. Der schnellere Durchlauf des Stößels im unteren Totpunkt (UT) gewährt der Quertransportbewegung mehr Zeit für das Greifen, das Transportieren und das Sprühen der Werkstücke bzw. der Werkzeuge.
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Der bevorzugt eingesetzte Torquemotor dient hier nur noch zur Steuerung des Bewegungsablaufs, d. h. er braucht keine Leistung zur Umformarbeit aufzubringen und kann daher entsprechend klein ausgeführt werden.
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Es ist weiterhin in sehr vorteilhafter Weise möglich, einen starken Einfluss auf den Bewegungsablauf des Pressenantriebs während eines Presszyklus zu nehmen, was durch die entsprechende Steuerung der Einstellmittel erreicht wird. Konkret lassen sich durch die Variation des Bewegungsgesetzes der Lenkerbewegung (Bewegung des Einstellmittels) unterschiedliche Geschwindigkeitsprofile für den Gesamtprozess des Umformvorgangs erzeugen, z. B. eine Optimierung für die Bewegung des oberen Auswerfers. Die zeitliche und steuerungstechnische Einbindung der kontinuierlich umlaufenden Antriebswelle in das Gesamtkonzept ermöglicht eine durchlaufende automatisierte Kurbelpresse innerhalb eines kurvenscheibengesteuerten Hubbalkentransfersystems.
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Der Antrieb ist besonders für eine Servopresse geeignet.
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Sehr vorteilhaft ist weiterhin, dass insbesondere beim Einsatz des Schwenklenkers samt angelenkter Pendelstütze das Schwenklager beim Ausfall des Antriebs ein selbsttätiges Zurückschwenken bzw. eine Rückstellung in die Ausgangsposition ermöglicht.
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Die Schmierung der Antriebswellenlagerung wird auf die kontinuierlich umlaufende Welle entsprechend optimiert.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 schematisch die Vorderansicht eines Antriebs für eine Presse;
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2 schematisch einen Teil des Antriebs gemäß dem Schnitt A-B nach 1;
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3 den oberen Teil des Antriebs in der Darstellung gemäß 2, wobei eine erste Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist, und zwar bei Einstellung eines maximalen Hubs;
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4 dieselbe Darstellung wie in 3, wobei jetzt ein Hub von Null eingestellt ist;
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5 den oberen Teil des Antriebs in der Darstellung gemäß 2, wobei eine zweite Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist, und zwar bei Einstellung eines maximalen Hubs; und
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6 dieselbe Darstellung wie in 5, wobei jetzt ein Hub von Null eingestellt ist.
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In 1 ist der Antrieb 1 einer Presse in der Vorderansicht dargestellt, in 2 der entsprechende Schnitt A-B. Der Antrieb 1 weist einen Maschinenständer 2 auf. Im Maschinenständer 2 ist eine Antriebswelle 4 drehbar gelagert, die um eine Drehachse 3 drehen kann. Der Antrieb der Antriebswelle 4 ist nicht dargestellt, aber hinlänglich bekannt. Auf der Antriebswelle 4 ist ein Exzenter 5 angeordnet, d. h. eine mehrteilige Exzenteranordnung. Diese wird durch die Antriebswelle 4 gedreht, folglich drehangetrieben, und ist ihrerseits in einem ersten, oberen Lagerpunkt 7 einer Druckstange 6 angeordnet. Die Druckstange 6 hat weiterhin einen zweiten, unteren Lagerpunkt 8, in dem ein Stößel 9 gelagert ist. Wird seitens des Exzenters 5 in Bezug auf die Drehachse 3 eine Exzentrizität erzeugt, bewegt sich bei der Rotation der Antriebswelle 4 der Stößel 9 auf und ab. Die für einen Umformprozess benötigte Energie wird durch ein Schwungrad 19 zur Verfügung gestellt (s. 1).
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In der Zusammenschau der 2, 3 und 4 ergeben sich der Aufbau und die Wirkungsweise einer ersten Ausführungsform.
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Der Exzenter 5 besteht aus einem Außenexzenter 10 und einem Innenexzenter 12. Beide Exzenterteile 10, 12 sind kreisförmig ausgebildet und können um Achsen drehen, die parallel zueinander sind. Im Außenexzenter 10 ist eine kreisförmige Ausnehmung 11 angeordnet, die zur Aufnahme des Innenexzenters 12 dient. Der Außenexzenter 10 hat einen geometrischen Mittelpunkt MAE; der Innenexzenter 12 hat entsprechend einen geometrischen Mittelpunkt MIE. Wie sich aus 3 ergibt, ist der Mittelpunkt MAE des Außenexzenters 10 vom Mittelpunkt MIE des Innenexzenters 12 um einen Abstand e (Exzentrizität) entfernt. Des weiteren liegt der Mittelpunkt MIE des Innenexzenters 12 von der Drehachse 3, d. h. dem Drehzentrum der Antriebswelle 4, um einen Abstand r entfernt.
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Konzentrisch zur Antriebswelle 4 bzw. deren Drehachse 3 ist ein Stellmotor 15 wirksam angeordnet, s. 1. Der Stellmotor 15, der stationär auf dem Maschinenständer 2 befestigt ist, kann einen drehfest mit der Motorachse verbundenen Schwenklenker 14 drehen, und zwar genau gemäß einer gewünschten Funktion über der Zeit. Wie aus den 2, 3 und 4 gesehen werden kann, ist am radial außenliegenden Ende des Schwenklenkers 14 das eine Ende einer Pendelstütze 16 angelenkt. Das andere Ende der Pendelstütze 16 ist über ein Gelenk 20 mit dem Außenexzenter 10 verbunden, und zwar an einem radial außenliegenden Ort des Außenexzenters 10, beabstandet von dessen Mittelpunkt MAE. Stellmotor 15, Schwenklenker 14 und Pendelstütze 16 sind Elemente von Mitteln 13, die zum Verdrehen des Außenexzenters 10 relativ zum Innenexzenter 12 dienen.
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Die damit ermöglichte Wirkungsweise geht aus dem Vergleich der 3 und 4 hervor:
In 3 ist eine Einstellung des Exzenters 5 dargestellt, in der dieser beim Antrieb durch die Antriebswelle 4 (d. h. Drehung der Antriebswelle um die Drehachse 3) einen maximalen Hub h ausführt und folglich den Stößel 9 mit maximalem Oszillationshub auf und ab bewegt. Die gesamte in 3 gezeigte Exzenteranordnung rotiert dann um die Drehachse 3, so dass der Hub h erzeugt wird.
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Wird nunmehr über den Stellmotor 15 der Schwenklenker 14 in die Stellung nach 4 verschwenkt, hat dies zur Folge, dass über die Pendelstütze 16 der Außenexzenter 10 relativ zum Innenexzenter 12 verdreht wird. Dies ist in der in 4 dargestellten Position hier in einer solchen Weise erfolgt, dass der Mittelpunkt MAE des Außenexzenters 10 in die Drehachse 3 verlegt wurde, was erfolgen kann, weil die Exzentrizität e gleich groß ist wie der Abstand r.
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Die Folge ist, dass bei der Rotation der gesamten in 4 skizzierten Exzenteranordnung um die Drehachse 3 jetzt kein Hub h mehr stattfindet.
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Der zentrisch in der Drehachse 3 der Antriebswelle 4 gelagerte Stellmotor 15 ermöglicht also letztlich über den Schwenklenker 14 und die Pendelstütze 16 eine Schwenkbewegung des Außenexzenters 10 auf der Antriebswelle 4. Hiermit ist die Beeinflussung des Hubs h bei der Rotation der Antriebswelle 3 möglich.
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In den 5 und 6 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt. Es gilt dasselbe hinsichtlich des Schwenkantriebs des Schwenklenkers 14 über den Stellmotor 15. Allerdings ist hier das radial außenliegende Ende des Schwenklenkers 14 mit einem Nocken 17 verbunden, der in einer als Langloch im Außenexzenter 10 ausgebildeten Führungskulisse 18 gleiten kann. Wird konkret der Schwenklenker 14 um den Winkel β geschwenkt (s. 5), gleitet der Nocken 17 in der Führungskulisse 18 radial nach außen, wodurch der Außenexzenter 10 relativ zum Innenexzenter 12 um den Winkel α verdreht wird.
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Die Wirkung ist dieselbe, wie im Zusammenhang mit 3 und 4 erläutert: Der Mittelpunkt MAE des Außenexzenters 10 kann bis in die Drehachse 3 verlagert werden, so dass ein anfänglicher Hub h ungleich Null (s. 5) auf einen Hub von Null (s. 6) reduziert werden kann.
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Der Schwenklenker 14 überträgt seine Drehbewegung über den Nocken 17 auf die Führungskulisse 18 innerhalb des Außenexzenters 10.
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Die Form dieser Bewegungseinleitung wird dadurch ermöglicht, dass zur Lagerung des Außenexzenters 10 der Innenexzenter 12 verwendet wird, der hier dann einen gekröpften Abschnitt (radialer Versatz zwischen Drehachse 3 und Mittelpunkt MIE) der Antriebswelle 4 bildet (die Antriebswelle 4 dreht also nach wie vor um die Drehachse 3; die Ausnehmung 11 sitzt indes auf einem gekröpften Abschnitt 12 der Antriebswelle).
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Es gilt für die 3 und 5: Die hier dargestellte Lageposition beschreibt den ausgeschwenkten Zustand des Außenexzenters 10. In dieser Stellung beschreibt der Außenexzenter 10 um die Drehachse 3 der Antriebswelle 4 die maximale mögliche Hubbewegung h, die sich aus der Exzentrizität der Innenexzenters 12 und des Außenexzenters 10 zusammensetzt. Diese Maximalbewegung stellt den Gesamthub h des Stößels 9 bis zum unteren Totpunkt (UT) des Bewegungsablaufs dar.
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Analog gilt für die 4 und 6: Die hier dargestellte Lageposition stellt den eingeschwenkten Zustand des Außenexzenters 10 dar; der geometrische Mittelpunkt MAE des Außenexzenters 10 und die Drehachse 3 der Antriebswelle 4 sind identisch. Demzufolge liegt auch bei einer Drehung der Antriebswelle 4 kein Hub h vor. So wird ein Quasistillstand von Druckstange 6 und Stößel 9 erzeugt. Diese Minimalbewegung (Null-Bewegung) stellt den oberen Totpunkt (OT) des Stößels 9 dar.
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In den Stillstandszeiten der Schwenkbewegung haben der Stellmotor 15 und der Außenexzenter 10 die gleiche Winkelgeschwindigkeit. Beim Ausschwenken ist die Winkelgeschwindigkeit des Stellmotors 15 höher, beim Einschwenken niedriger.
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Der zeitliche Verlauf dieser Schwenkbewegung kann durch die Wahl eines geeigneten Bewegungsgesetzes und durch eine Phasenverschiebung der Schwenkbewegung zur Stellung der Antriebswelle 4 wesentlich beeinflusst werden.
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Es wird somit bei einer Exzenterpresse ein durchlaufender Schwungradantrieb ohne Kupplung, d. h. die Antriebswelle 4 und das Schwungrad 19 haben immer die gleiche Winkelgeschwindigkeit, ermöglicht. Die notwendigen Stillstandszeiten des Stößels 9 für die Bewegung der Nebentriebe (wie Teiletransport, Auswerfen und Sprühen) werden durch diesen Schwenkmechanismus ermöglicht, der sich immer in direkter Abhängigkeit zur Stellung der Antriebswelle 4 bewegt.
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Alle Bewegungen des Produktionsprozesses der Presse müssen sich zwingend dem zeitlichen Verlauf des Kurbeltriebes unterordnen und erlauben somit einen Durchlaufbetrieb dieses Maschinensystems.
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Sicherheitstechnisch ergeben sich durch diesen Schwenkmechanismus zwei Merkmale:
Die Anordnung von Schwenklenker 14 und Pendelstütze 16 zur Antriebswelle 4 erlaubt eine Absicherung gegen Überlast, da der Stellmotor 15 für diese Stellung in UT ein Haltemoment aufbringen muss. Sind äußere Momente kurz vor UT größer als dieses Haltemoment, bleibt die Antriebswelle 4 und somit auch die Druckstange 6 und der Stößel 9 stehen, wobei die Antriebswelle 4 sich mit dem Drehmoment des Schwungrades 19 weiterdreht.
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Für die Einschwenkbewegung des Außenexzenters 10 auf dem Weg von UT nach OT muss der Stellmotor 15 ein Moment aufbringen, damit der Gesamtexzenterhub spätestens bei Erreichen des OT gleich Null ist (Quasistillstand des Stößels). Bei Versagen des Stellmotors 15 ermöglicht eine Zwangsführung der Gelenkverbindung von Pendelstütze 16 und Außenexzenter 10 das sichere Einschwenken des Außenexzenters 10. Eine Ausführung der Exzenteramplitude oberhalb von OT ist damit ausgeschlossen. Diese Sicherungsmaßnahme ist jedoch nur für die in 3 und 4 skizzierte Ausführungsform (Schwenklenker samt Pendelstütze) möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antrieb
- 2
- Maschinenständer
- 3
- Drehachse
- 4
- Antriebswelle
- 5
- Exzenter
- 6
- Druckstange
- 7
- erster Lagerpunkt
- 8
- zweiter Lagerpunkt
- 9
- Stößel
- 10
- Außenexzenter
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Innenexzenter
- 13
- Mittel zum Verdrehen des Außenexzenters relativ zum Innenexzenter
- 14
- Schwenklenker
- 15
- Stellmotor
- 16
- Pendelstütze
- 17
- Nocken
- 18
- Führungskulisse (Langloch)
- 19
- Schwungrad
- 20
- Gelenk
- MAE
- Mittelpunkt des Außenexzenters
- MIE
- Mittelpunkt des Innenexzenters
- e
- Exzentrizität
- r
- Abstand
- h
- Hub
- α
- Drehwinkel Außenexzenter
- β
- Drehwinkel Schwenklenker
