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Die Erfindung betrifft eine Pressenantriebsvorrichtung für eine Presse, die zum Antreiben eines Stößels der Presse dient. Die Erfindung betrifft außerdem eine Presse, die eine solche Pressenantriebsvorrichtung aufweist.
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Pressenantriebsvorrichtungen zum Antreiben eines Pressenstößels sind in vielen verschiedenen Varianten bekannt. Es wurde bereits mehrfach vorgeschlagen, Elektromotoren oder Servomotoren in der Pressenantriebsvorrichtung einzusetzen. Beispielsweise beschreibt
DE 10 2008 034 971 A1 eine Presse mit mehreren Direkt-Antriebsmodulen, die jeweils auf einen Druckpunkt des Stößels wirken. Im Direkt-Antriebsmodul kann ein Servomotor verwendet werden. Die Servomotoren verschiedener Direkt-Antriebsmodule können entweder mechanisch gekoppelt oder elektronisch synchronisiert sein. Bei elektronischer Synchronisierung mit vier Druckpunkten kann der Stößel um zwei senkrecht aufeinander stehende Achsen gedreht bzw. gekippt werden.
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DE 10 2008 063 473 A1 schlägt einen modular aufbaubaren Pressenantrieb vor. Ein elektrischer Antriebsmotor, beispielsweise ein Servo- oder ein Torquemotor kann mit einem Getriebemodul an einer Schnittstelle der Presse angeordnet werden. In dem Motormodul kann außerdem eine Bremse vorhanden sein. Der Motor ist über ein Getriebemodul mit einer entsprechenden Schnittstelle an der Presse verbindbar.
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Ein weiteres modulares Antriebssystem für eine Presse ist aus
DE 10 2011 113 624 A1 bekannt. In einem Antriebsgehäuse ist eine Kurbelwelle über Radiallager gelagert. Seitlich am Antriebsgehäuse ist der Antrieb angeflanscht. An einem Pleuellager der Kurbelwelle ist ein Pleuel befestigt, das die Drehbewegung der Kurbelwelle in eine oszillierende Bewegung umsetzt. Eine Bremseinrichtung und ein Planetengetriebe kann zwischen dem Antrieb und dem Antriebsgehäuse angeordnet sein. Die Bremse und der Antrieb können auch an entgegensetzten Seiten mit dem Getriebe verbunden werden. Durch die Modulbauweise sind verschiedene Anordnungsmöglichkeiten geschaffen.
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Bei den bisherigen Pressen ist der benötigte Bauraum für die Pressenantriebseinrichtung häufig beträchtlich. Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine Pressenantriebsvorrichtung bzw. eine Presse bereitzustellen, die einen kompakteren Aufbau ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch eine Pressenantriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Presse mit den Merkmalen des Patentanspruches 17 gelöst.
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Zu der Pressenantriebsvorrichtung gehört ein Pleuel, das ein Antriebsende und ein Abtriebsende aufweist. Das Abtriebsende ist vorzugsweise über ein Kniehebelgetriebe oder auch über ein anderes Pressengetriebe mit dem Stößel gekoppelt. Die Pressenantriebsvorrichtung weist außerdem eine Antriebswelle, beispielsweise eine Kurbelwelle oder eine Exzenterwelle auf. Die Antriebswelle ist um eine Wellenachse drehbar gelagert. Sie hat ein gegenüber der Wellenachse exzentrisch angeordnetes Pleuellager. An dem Pleuellager ist das Antriebsende des Pleuels gelagert.
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Die Pressenantriebsvorrichtung weist wenigstens einen elektrischen Antriebsmotor, insbesondere einen Torquemotor, mit einem Stator und einem Rotor auf. Unter einem „Torquemotor“ ist ein Servomotor zu verstehen, der für hohe Drehmomente bei geringeren Drehzahlen ausgelegt ist. Der Torquemotor weist eine hohe Polpaarzahl auf. Der Durchmesser eines Torquemotors ist vorzugsweise deutlich größer als dessen axiale Abmessung. Der Torquemotor benötigt in Axialrichtung lediglich einen geringen Bauraum.
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Es ist wenigstens ein Antriebsgehäuse vorhanden. Vorzugsweise sind zumindest ein erstes und ein zweites Antriebsgehäuse vorhanden. Die Anzahl der Antriebsgehäuse kann auch größer als zwei sein. Das erste Antriebsgehäuse und das zweite Antriebsgehäuse sind auf axial entgegengesetzten Seiten des Pleuellagers angeordnet. Die Antriebswelle ragt vorzugsweise in das erste und/oder das zweite Antriebsgehäuse hinein.
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In einem oder mehreren der vorhandenen Antriebsgehäuse ist ein Antriebsmotor angeordnet, der einen Stator und einen hohlzylindrischen Rotor aufweist. Der Gehäuseinnenraum stellt einen Bauraum für den Antriebsmotor bereit. Vorzugsweise radial innerhalb des Stators ist der Rotor angeordnet. An seiner dem Stator zugewandten Seite kann der Rotor Permanentmagnete tragen.
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Der Rotor wird von einer Rotornabe getragen. Der Rotor ist mit der Rotornabe drehfest verbunden. Der Rotor oder zumindest Teile davon und die Rotornabe können auch integral ohne Naht- und Fügestelle ausgeführt sein. Die Rotornabe wiederum ist drehfest mit einer Motorwelle verbunden. Die Drehung des Rotors um einen bestimmten Drehwinkel um die Wellenachse verursacht somit die Drehung der Rotornabe und der Motorwelle um denselben Drehwinkel.
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Die Pressenantriebsvorrichtung hat wenigstens ein Planetengetriebe. Jedem vorhandenen Antriebsmotor kann ein Planetengetriebe zugeordnet sein. Ein Antriebsmotor und ein zugeordnetes Planetengetriebe bilden eine gemeinsame Antriebseinheit. Jede Antriebseinheit kann in einem separaten Antriebsgehäuse angeordnet sein. Es ist auch möglich, das Planetengetriebe und den Antriebsmotor einer gemeinsamen Antriebseinheit in zwei separaten Antriebsgehäusen anzuordnen, die axial nebeneinander bezüglich der Wellenachse angeordnet und miteinander verbunden werden.
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Das Planetengetriebe weist einen Getriebeeingang und einen Getriebeausgang auf. Der Getriebeeingang ist drehfest mit der Motorwelle verbunden. Der Getriebeausgang ist drehfest mit der Antriebswelle verbunden. Das Planetengetriebe hat ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem Getriebeeingang und dem Getriebeausgang von mindestens 3 und vorzugsweise mindestens 5. Das Übersetzungsverhältnis ist vorzugsweise eine ganze Zahl oder eine Dezimalzahl mit endlich vielen Dezimalstellen, insbesondere weniger als 5 oder weniger als 3 Dezimalstellen. Dadurch kann anhand einer Drehlagen- bzw. Drehwinkelbestimmung der Motorwelle mittels einer Pressensteuerung sehr einfach und genau die Drehlage bzw. der Drehwinkel der Antriebswelle ermittelt werden, ohne dass deren Drehstellung separat erfasst werden muss.
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Radial zwischen der Motorwelle und dem Rotor und axial benachbart zu der Rotornabe ist durch die Anordnung ein Einbauraum vorhanden, der zum Anordnen einer Bremseinrichtung in dem betreffenden Antriebsgehäuse eingerichtet ist.
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Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Pressenantriebsvorrichtung lassen sich modulartig in einem Antriebsgehäuse eine Antriebseinheit und/oder eine Bremseinrichtung anordnen. Die Pressenantriebsvorrichtung kann daher flexibel an die Presse angepasst werden. Außerdem ist der Bauraum insbesondere in Axialrichtung parallel zur Wellenachse sehr klein. Es ist dadurch möglich, eine kompakte Presse zu realisieren, bei der die Wellenachse der wenigstens eine Antriebswelle in der Richtung orientiert ist, in der auch der Werkstücktransport erfolgt. Die Pressenantriebsvorrichtung ragt dabei vorzugsweise nicht über die Außenkontur des Pressengestells der Presse hinaus. Dadurch ist die Zugänglichkeit zur Vorder- bzw. Rückseite der Presse für den Werkstücktransport und/oder zum Auswechseln des Pressenwerkzeugs erheblich verbessert.
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Das Planetengetriebe weist ein Sonnenrad, ein Hohlrad und mehrere zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad angeordnete und sowohl mit dem Sonnenrad, als auch mit dem Hohlrad in Eingriff stehende Planetenräder auf. Die Planetenräder sind vorzugsweise an einem gemeinsamen Planetenradträger drehbar gelagert. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Getriebeeingang durch das Sonnenrad gebildet. Das Sonnenrad ist dabei vorzugsweise unmittelbar drehfest mit der Motorwelle verbunden und kann beispielsweise direkt auf der Motorwelle sitzen. Es ist auch möglich, die Motorwelle und das Sonnenrad integral ohne Naht- und Fügestelle auszuführen.
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Der Durchmesser der Motorwelle kann im Verhältnis zu ihrer axialen Länge entlang der Wellenachse groß sein, wodurch sich eine hohe Torsionssteifigkeit ergibt. Die Motorwelle wirkt also nicht als Torsionsfeder. Beispielsweise kann das Verhältnis des Durchmessers geteilt durch die Länge der Motorwelle größer sein als 0,1 oder als 0,25 oder als 0,3 oder als 0,5 oder als 0,7 oder größer gleich 1,0. Die Erfassung der Drehlage der Antriebswelle anhand einer Drehlagenmessung der Motorwelle ist daher sehr genau.
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Der Getriebeausgang kann bei einem Ausführungsbeispiel durch den Planetenradträger gebildet sein. Der Planetenradträger ist drehbar um die Wellenachse gelagert.
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Die Planetenräder können fliegend gelagert sein. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, die Planetenräder am Antriebsgehäuse und/oder an der Motorwelle abzustützen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Pressenantriebsvorrichtung ist der Getriebeausgang über eine Kopplungseinrichtung drehfest mit der Antriebswelle gekoppelt. Die Kopplungseinrichtung ist dabei insbesondere so ausgeführt, dass eine Radialbewegung radial zur Wellenachse zwischen der Antriebswelle und dem Getriebeausgang ermöglicht ist. In Drehrichtung bzw. in Umfangsrichtung um die Wellenachse stellt die Kopplungseinrichtung eine drehfeste und vorzugsweise spielfreie Verbindung zwischen dem Getriebeausgang und der Antriebswelle her. Es ist weiter vorteilhaft, wenn die Kopplungseinrichtung außerdem eine axiale Relativbewegung zwischen dem Getriebeausgang und der Antriebswelle ermöglicht.
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Die Antriebswelle ist bei einer Ausführungsform über lediglich zwei Lagerstellen drehbar gelagert. Die erste Lagereinrichtung und/oder die zweite Lagereinrichtung sind vorzugsweise durch Wälzlagereinrichtungen gebildet, könnten aber für Pressen mit größeren Press- bzw. Pleuelkräften auch als Gleitlager ausgeführt sein.
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Die Antriebswelle ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel an einer ersten Lagerstelle über eine erste Lagereinrichtung und an einer zweiten Lagerstelle über eine zweite Lagereinrichtung drehbar gelagert. Die beiden Lagerstellen sind bezüglich des Pleuellagers auf axial entgegengesetzten Seiten angeordnet. Die erste Lagereinrichtung ist zwischen einem ersten Lagerteil und der Antriebswelle und die zweite Lagereinrichtung ist zwischen einem zweiten Lagerteil und der Antriebswelle angeordnet.
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Vorzugsweise bildet die erste Lagereinrichtung ein Festlager und die zweite Lagereinrichtung ein Loslager. Axiale Ausdehnungen der Antriebswelle führen daher nicht zu Spannungen in der Pressenantriebsvorrichtung. Ein axiales Auswandern der Antriebswelle wird durch das Festlager verhindert.
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Vorzugsweise ist die erste Lagereinrichtung im Bereich der Kopplungseinrichtung vorhanden. Über die erste Lagereinrichtung wird der Getriebeausgang und/oder die Kopplungseinrichtung und/oder die Antriebswelle am ersten Lagerteil abgestützt bzw. gelagert. Vorzugsweise ist die erste Lagereinrichtung zwischen dem ersten Lagerteil und dem Getriebeausgang oder der Kopplungseinrichtung angeordnet, so dass die Antriebswelle mittelbar über die erste Lagereinrichtung am Antriebsgehäuse abgestützt wird.
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Es ist bevorzugt, wenn ein erstes Antriebsgehäuse und ein zweites Antriebsgehäuse vorhanden ist. Insbesondere sind die beiden Antriebsgehäuse auf unterschiedlichen Axialseiten des Pleuellagers angeordnet.
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Jedes Antriebsgehäuse kann eine sich in Umfangsrichtung um die Wellenachse und/oder koaxial zu der Wellenachse erstreckende Umfangswand aufweisen. Insbesondere kann der Stator eines Antriebsmotors an der der Wellenachse zugeordneten Innenfläche der Umfangswand angeordnet sein. Zumindest bei dem ersten und dem zweiten Antriebsgehäuse ist vorzugsweise außerdem jeweils eine Innenwand vorhanden. Die Innenwand ist mit der Umfangswand auf der axialen Seite verbunden, die dem Pleuellager zugewandt ist und als innere Axialseite des ersten bzw. zweiten Antriebsgehäuses bezeichnet werden kann. Das Antriebsgehäuse hat somit eine topfförmige Gestalt. Die Innenwand ist im Bereich der Wellenachse durchbrochen.
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Es ist vorteilhaft, wenn das erste Lagerteil mit der ersten Lagerstelle Bestandteil des ersten Antriebsgehäuses ist und/oder wenn das zweite Lagerteil mit der zweiten Lagerstelle Bestandteil des zweiten Antriebsgehäuses ist. Insbesondere ist die erste Lagerstelle an der Innenwand des ersten Antriebsgehäuses und die zweite Lagerstelle an der Innenwand des zweiten Antriebsgehäuses gebildet. Dort stützt sich die Antriebswelle mittelbar oder unmittelbar über die betreffende Lagereinrichtung an der Innenwand ab. Bei dieser Anordnung ist die Antriebswelle somit nicht am Pressengestell, sondern vorzugsweise ausschließlich an den beiden Antriebsgehäusen gelagert. Es ist aber auch möglich, die Antriebswelle zusätzlich am Pressengestell zu lagern, insbesondere bei Pressen mit größeren Presskräften.
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Die Motorwelle ist bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Pressenantriebsvorrichtung an einer Motorwellen-Lagerstelle über eine Motorwellen-Lagereinrichtung an dem Antriebsgehäuse gelagert, das sie durchsetzt, beispielsweise am ersten Antriebsgehäuse. Die Motorwellen-Lagerstelle ist vorzugsweise axial benachbart und insbesondere möglichst nahe am Getriebeeingang angeordnet. Die Motorwellen-Lagereinrichtung kann in Axialrichtung der Wellenachse betrachtet eine größere axiale Abmessung aufweisen als die erste und/oder die zweite Lagereinrichtung zur Lagerung der Antriebswelle. Die Motorwellen-Lagerstelle bzw. die Motorwellen-Lagereinrichtung ist bei einem Ausführungsbeispiel zwischen dem Getriebeeingang und dem Antriebsmotor bzw. zwischen dem Getriebeeingang und der Rotornabe angeordnet. Es ist dabei vorteilhaft, wenn sich der Einbauraum für die Bremseinrichtung zwischen der Motorwellen-Lagereinrichtung und der Rotornabe befindet. Hierzu kann die Rotornabe beispielsweise mit dem Axialende des Rotors verbunden sein, das der Motorwellen-Lagereinrichtung abgewandt ist.
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Die Motorwelle und/oder die Rotornabe und/oder der Rotor sind vorzugsweise ausschließlich über die Motorwellen-Lagereinrichtung an der Motorwellen-Lagerstelle gelagert. Der Rotor und/oder die Rotornabe werden somit über die Motorwellen-Lagereinrichtung mittelbar über die Motorwelle an dem Antriebsgehäuse gelagert. Von der Verbindungsstelle der Rotornabe mit der Motorwelle betrachtet ist der Rotor bzw. die Rotornabe nur auf einer Axialseite gelagert.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Bremseinrichtung vorhanden. Die Bremseinrichtung ist dazu vorgesehen, im Notfall, beispielsweise bei einem Ausfall der elektrischen Energieversorgung, die Stößelbewegung zu stoppen. In einem oder mehreren der vorhandenen Antriebsgehäuse kann jeweils eine Bremseinrichtung angeordnet sein.
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Vorzugsweise ist der Rotor an einem axialen Ende an der Rotornabe befestigt. Beispielsweise kann in einem Antriebsgehäuse sowohl einen Antriebsmotor als auch eine Bremseinrichtung angeordnet sein. Dabei kann die Bremseinrichtung axial zumindest teilweise in den Einbauraum zwischen dem Rotor und der Wellenachse eingreifen. Vorzugsweise ist die Bremseinrichtung dabei axial benachbart zur Rotornabe angeordnet.
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Bei einem vorteilhaften Ausfügungsbeispiel hat die Rotornabe eine Hohlwelle, die die Motorwelle umschließt. Die Hohlwelle kann in Drehrichtung, also in Umfangsrichtung um die Wellenachse kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Motorwelle verbunden sein. Von der Hohlwelle können sich Speichen oder kann sich eine Scheibe im Wesentlichen radial oder schräg zur Wellenachse erstrecken, wobei der Rotor durch die Scheibe bzw. die Speichen getragen ist.
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Es ist vorteilhaft, wenn das erste und das zweite Antriebsgehäuse jeweils einen Befestigungsflansch zur Befestigung an einem Pressengestell aufweist. Der Befestigungsflansch ist vorzugsweise an einer Stelle angeordnet, die von der dem Pleuellager zugeordneten inneren Axialseite bzw. vom Getriebeausgang axial beabstandet ist. Der Befestigungsflansch kann als Ringflansch ausgeführt sein. Das erste und das zweite Antriebsgehäuse wird vorzugsweise an zwei sich gegenüberliegenden Platten oder Wangen des Pressengestells derart montiert, dass lediglich der Ringflansch und die Befestigungsschrauben aus Zwischenraum herausragen, der durch die beiden Platten oder Wangen des Pressengestells definiert ist.
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Ein optional vorhandenes drittes Antriebsgehäuse kann mit einem Verbindungsflansch an dem Befestigungsflansch des ersten oder zweiten Antriebsgehäuses befestigt sein. Es lassen sich auf diese Weise im Prinzip beliebig viele Antriebsgehäuse axial nebeneinander anordnen und mit dem ersten und/oder zweiten Antriebsgehäuse verbinden.
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Bei einer Ausführungsform ragt die Pressenantriebsvorrichtung nicht über die Außenkontur des Pressengestells hinaus. Unter der Außenkontur ist ein kleinstmöglicher Quader zu verstehen, in dem das Pressengestell angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung lässt sich eine kompakte Bauform der Pressenantriebsvorrichtung erreichen. Insbesondere ist es möglich, die Pressenantriebsvorrichtung am bzw. im Pressengestell, beispielsweise im Kopfteil einer Presse, anzuordnen. Außerdem ergibt sich der Vorteil, dass der Werkzeugwechsel vereinfacht ist, da der Bereich unmittelbar vor bzw. hinter der Presse von oben gut zugänglich ist und ein zu wechselndes Werkzeug beispielsweise über einen Kran direkt neben dem Pressengestell auf den Pressentisch abgelegt werden kann.
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Über den elektrischen Antriebsmotor bzw. Torquemotor sind hohe Drehmomente realisierbar. Aufgrund der direkten Verbindung des Rotors mit der Antriebswelle sind hohe Drehbeschleunigungen bzw. Drehverzögerungen der Antriebswelle möglich. Diese werden über das Pleuel und das vorzugsweise vorhandene Kniehebelgetriebe auf den Stößel übertragen. Somit werden Beschleunigungen und Verzögerungen des Stößels mit hohen Beträgen erreicht. Die Pressenantriebsvorrichtung bzw. eine damit ausgestattete Presse hat somit neben der hohen Energieeffizienz auch eine hohe Dynamik. Die volle Drehzahl der Pressenantriebsvorrichtung ist bei einem Ausführungsbeispiel in weniger als 40 Millisekunden erreicht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Pressenantriebsvorrichtung neben einer geringen Reibung auch im Verhältnis zum bereitgestellten Drehmoment lediglich geringe Massenträgheitsmomente aufweist.
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Der Rotor und/oder die Rotornabe und/oder andere drehfest mit der Antriebswelle verbundenen Teile können durch Vergrößerung ihrer Masse oder durch Anbringen von wenigstens einem Schwungmassenelement als Schwungmasse dienen. Der im Gehäuseinnenraum verfügbare freie Bauraum kann ausgenutzt werden, um eine solche zusätzliche Schwungmasse bereitzustellen. Die zusätzliche Schwungmasse muss unwuchtfrei angeordnet werden.
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Die Wellenachse erstreckt sich vorzugsweise in einer Tiefenrichtung, in der auch der Werkstücktransport zu oder aus der Presse stattfindet.
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Eine Presse gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine oder mehrere der vorstehend beschriebenen Pressenantriebsvorrichtungen aufweisen. Jeder Pressenantriebsvorrichtung ist insbesondere ein Kniehebelgetriebe zugeordnet, das vom Pleuel der Pressenantriebsvorrichtung beaufschlagt wird. Weist die Presse mehrere Pressenantriebsvorrichtungen auf, sind diese mechanisch nicht miteinander gekoppelt. Jede in der Presse verwendete Pressenantriebsvorrichtung kann den Drehwinkel der Antriebswelle und mithin die Stellung des Pleuels bzw. des damit jeweils verbundenen Kniehebelgetriebes unabhängig von den anderen Pressenantriebsvorrichtungen einstellen. Die Pressenantriebsvorrichtungen werden durch eine Pressensteuerung koordiniert und sozusagen steuerungstechnisch gekoppelt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, sowie der Beschreibung. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Presse mit zwei Pressenantriebsvorrichtungen,
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2 die Presse aus 1 in einer Vorderansicht,
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3 die Presse aus den 1 und 2 in einer Seitenansicht,
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4 die Presse gemäß der 1–3 in einer Draufsicht,
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5 eine geschnittene Teildarstellung der Presse gemäß der 1–4 in einem Schnittbild gemäß der Schnittlinie V-V in 2 mit einer schematisch dargestellten Antriebseinheit,
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6 eine Teildarstellung der Presse gem. der 1 bis 5 im Schnittbild gemäß der Schnittlinie VI-VI in 2,
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7 einen Pressenstößel und die Stößelführung der Presse gemäß der 1 bis 6 in perspektivischer Ansicht, sowie eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kniehebelgetriebes der Presse,
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8 bis 11 jeweils ein Blockschaltbild unterschiedlicher Konfigurationen einer Pressenantriebsvorrichtung,
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12 eine schematische Prinzipdarstellung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Kniehebelgetriebes der Presse,
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13 eine schematische Prinzipdarstellung einer Lageranordnung für ein Kniehebelgetriebe und
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14 eine schematische Prinzipdarstellung einer weiteren Lageranordnung für ein Kniehebelgetriebe.
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In den 1 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Presse 10 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Die Presse 10 weist einen Stößel 11 auf, der in einer Hubrichtung H, insbesondere in Vertikalrichtung, an einem Pressengestell 12 geführt bewegbar gelagert ist. Zur Führung des Stößels 11 dienen beispielsgemäß an dem Stößel 11 befestigte Rollen 15, die an einer jeweils zugeordneten Anlagefläche 13 eines pressengestellseitigen Führungselements 14 anliegen (7).
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Das Pressengestell 12 weist ein Fußteil 18 mit einem Pressentisch 19 auf. Auf dem Pressentisch 19 kann ein Unterwerkzeug angeordnet werden. Mit dem Unterwerkzeug kann ein Oberwerkzeug zusammenwirken, das am Stößel 11 angeordnet wird. Bei der hier beschriebenen Presse 10 ist das Unterwerkzeug relativ zum Pressengestell 12 unbeweglich angeordnet. Lediglich das Oberwerkzeug kann mittels des Stößels 11 relativ zum Pressengestell und zum Unterwerkzeug bewegt werden. Die Presse 10 kann zum Schneiden und/oder Stanzen, Prägen und/oder Ziehen und/oder Biegen und/oder für andere Umformverfahren verwendet werden.
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Das Pressengestell 12 weist außerdem ein Kopfteil 20 auf. Der Stößel 11 befindet sich zwischen dem Kopfteil 20 und dem Fußteil 18. Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Presse 10 als Monoblock-Presse ausgeführt, wobei das Fußteil 18 und das Kopfteil 20 des Pressengestells 12 sind über zwei in einer Querrichtung Q mit Abstand zueinander angeordnete Verbindungsteile bzw. Seitenständer miteinander verbunden, die sich jeweils vom Fußteil 18 zum Kopfteil 20 in Hubrichtung H erstrecken. In Abwandlung hierzu könnte die Presse 10 auch als C-Gestell-Presse ausgeführt sein oder in geteilter Bauweise, bei der die Pressenelemente (Kopfstück, Ständer, Pressentisch) in geeigneter Weise verbunden sind.
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Eine Tiefenrichtung T ist rechtwinklig zur Hubrichtung H und zur Querrichtung Q orientiert. In Tiefenrichtung T betrachtet hat die Presse 10 eine Vorderseite (2) und der Vorderseite entgegengesetzt eine Rückseite. Bei der hier veranschaulichten Presse 10 findet der Transport eines Werkstücks von der Vorderseite oder der Rückseite in die Presse 10 bzw. aus der Presse 10 zur Vorderseite oder zur Rückseite statt.
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Am Kopfteil 20 ist wenigstens eine und bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel zwei Pressenantriebsvorrichtungen 21 angeordnet. Die wenigstens eine Pressenantriebsvorrichtung 21 dient zum Bewegen des Stößels 11 in Hubrichtung H.
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Am Kopfteil 20 weist das Pressengestell 12 zwei in Tiefenrichtung T beabstandete Pressengestellplatten 22 auf. Die Pressengestellplatten 22 erstrecken sich in einer Ebene, die durch die Querrichtung Q und die Hubrichtung H definiert ist. Die beiden Pressengestellplatten 22 weisen für jede Pressenantriebsvorrichtung 21 jeweils eine kreisrunde Aufnahmeöffnung 23 auf (5). Die Aufnahmeöffnungen 23 in den beiden Pressengestellplatten 22 für eine gemeinsame Pressenantriebsvorrichtung 21 sind in Tiefenrichtung T fluchtend und koaxial um eine Wellenachse W der betreffenden Pressenantriebsvorrichtung 21 angeordnet.
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Die Pressenantriebsvorrichtung 21 weist wenigstens ein Antriebsgehäuse auf. Die Pressenantriebsvorrichtung 21 nach den 1–7 weist beispielsgemäß ein erstes Antriebsgehäuse 24 und ein zweites Antriebsgehäuse 25 auf. Das erste Antriebsgehäuse 24 ist in der einen Pressengestellplatte 22 und das zweiten Antriebsgehäuse 25 in der jeweils anderen Pressengestellplatte 22 jeweils koaxial zu derselben Wellenachse W angeordnet. Die Wellenachse W jeder Pressenantriebsvorrichtung 21 erstreckt sich in Tiefenrichtung T.
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Jedes Antriebsgehäuse 24, 25 weist eine in Umfangsrichtung um die Wellenachse W ringförmig geschlossene und beispielsgemäß koaxial zur jeweiligen Wellenachse W angeordnete ringförmige Umfangswand 26 auf. Die Umfangswand hat beispielsgemäß eine um die Wellenachse verlaufende kreisrunde Gestalt, könnte aber auch andere Formen aufweisen. Bei dem in den 1–7 veranschaulichen Ausführungsbeispiel ist eine Innenwand 27 vorhanden, die im Wesentlichen radial zur jeweiligen Wellenachse W verläuft. Die Innenwand 27 eines jeweiligen Antriebsgehäuses 24, 25 befindet sich an der axialen Seite, an der das Antriebsgehäuse 24, 25 dem jeweils anderen Antriebsgehäuse 25 bzw. 24 zugewandt ist. An der der Innenwand 27 axial gegenüberliegenden Seite hat das jeweilige Antriebsgehäuse 24, 25 eine Gehäuseöffnung 33 (5), die durch einen Deckel 28 verschlossen ist. In jedem Antriebsgehäuse 24, 25 ist somit ein im Wesentlichen zylindrisch konturierter Gehäuseinnenraum 29 gebildet. In dem Gehäuseinnenraum 29 kann ein Antriebsmotor 30 und/oder eine Bremseinrichtung 31 angeordnet werden.
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Das erste Antriebsgehäuse 24 sowie das zweite Antriebsgehäuse 25 hat jeweils auf der der Innenwand 27 entgegengesetzten Axialseite ein Befestigungsmittel, um das jeweilige Antriebsgehäuse 24, 25 an der zugeordneten Pressengestellplatte 22 zu befestigen. Als Befestigungsmittel dient beispielsgemäß wenigstens ein Befestigungsflansch 32. Der Befestigungsflansch 32 ist beim hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel als Ringflansch ausgeführt und umschließt die Gehäuseöffnung 33 des betreffenden Antriebsgehäuses 24, 25 vollständig. Über Löcher im Befestigungsflansch 32 kann das Antriebsgehäuse 24, 25 an der jeweils zugeordneten Pressengestellplatte 22 verschraubt werden.
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Jede Antriebsvorrichtung 21 weist eine Antriebswelle 35 auf. Die Antriebswelle 35 ist beim Ausführungsbeispiel gemäß der 1–7 als Exzenterwelle ausgeführt und kann in Abwandlung hierzu auch durch eine Kurbelwelle (8–11) gebildet sein.
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Die Antriebswelle 35 erstreckt sich entlang der Wellenachse W und ist drehbar um die Wellenachse W gelagert. Verschiedene Möglichkeiten der Lagerung sind schematisch in den 8–11 veranschaulicht. Zur Lagerung der Antriebswelle 35 ist an einer ersten Lagerstelle 36 eine erste Lagereinrichtung 37 vorgesehen. Die erste Lagerstelle 36 ist in einer zylindrischen Lageraussparung 38 der Innenwand 27 des ersten Antriebsgehäuses 24 gebildet. Zwischen der Lageraussparung 38 und der Antriebswelle 35 ist die erste Lagereinrichtung 37 angeordnet. Die Antriebswelle 35 ist außerdem an einer zweiten Lagerstelle 39, die beispielsgemäß durch eine Lageraussparung 38 in der Innenwand 27 des zweiten Antriebsgehäuses 25 gebildet ist, mittels einer zweiten Lagereinrichtung 40 gelagert. Die zweite Lagereinrichtung 40 ist zwischen der Lageraussparung 38 und der Antriebswelle 35 angeordnet.
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Die Antriebswelle 35 kann bei einer Ausführungsform ausschließlich über die erste und zweite Lagereinrichtung 37, 40 an der ersten Lagerstelle 36 bzw. der zweiten Lagerstelle 39 gelagert sein (5, 8 und 9). Zusätzliche Lagerstellen sind nicht vorhanden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den 5, 8, 9 und 11 bilden somit die Innenwände 27 mit den Lageraussparungen 38 ein erstes Lagerteil 41 für die erste Lagerstelle 36 und ein zweites Lagerteil 42 für die zweite Lagerstelle 39. In Abwandlung zu diesem Ausführungsbeispiel kann das erste Lagerteil 41 und/oder das zweite Lagerteil 42 auch durch ein Element des Pressengestells 12 gebildet sein (10).
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Zumindest eine der Lagerstellen 36, 39 ist als Festlager ausgeführt, um ein axiales Verschieben der Antriebswelle 35 zu vermeiden. Die jeweils andere Lagerstelle und beispielsgemäß die zweite Lagerstelle 39 bzw. 36 ist als Loslager ausgeführt, um Verspannungen und Zwangskräfte in der Pressenantriebsvorrichtungen 21 zu vermeiden.
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Zwischen den beiden Lagerstellen 36, 39 hat die Antriebswelle 35 ein Pleuellager 46. Das Pleuellager 46 ist exzentrisch zur Wellenachse W angeordnet. Beispielsgemäß sitzt das Pleuellager 46 auf einem exzentrisch zur Wellenachse W angeordneten Exzenterteil 47a oder einem Kurbelzapfen 47b der Antriebswelle 35.
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Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die erste und die zweite Lagereinrichtung 37, 40 durch Wälzlager gebildet. Das Pleuellager 46 ist beim Ausführungsbeispiel ebenfalls als Wälzlager ausgeführt.
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Mittels des Pleuellagers 46 ist die Antriebswelle 35 und beispielsgemäß das Exzenterteil 47a oder der Kurbelzapfen 47b mit einem Antriebsende 48 eines Pleuels 49 verbunden.
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Das Pleuel 49 einer jeweiligen Pressenantriebsvorrichtung 21 erstreckt sich abhängig von der Drehwinkelstellung der Antriebswelle 35 in etwa in Querrichtung Q oder leicht schräg hierzu. An dem dem Antriebsende 48 entgegengesetzten Ende hat das Pleuel 49 ein Abtriebsende 50.
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Das Abtriebsende 50 des Pleuels 49 ist bei der hier beschriebenen Presse 10 mit einem zugeordneten Pressengetriebe, beispielsweise einem Kniehebelgetriebe 51 gekoppelt. Es wäre auch möglich, das Abtriebsende des Pleuels 49 über ein Exzentergetriebe oder auch direkt mit dem Pressenstößel 11 zu koppeln.
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Jeder Pressenantriebsvorrichtung 21 ist beispielsgemäß ein Pressengetriebe bzw. Kniehebelgetriebe 51 zugeordnet. Die beispielsgemäß zwei Kniehebelgetriebe 51 sind beispielsweise stark schematisiert in 7 veranschaulicht. Die konkrete Anordnung eines Kniehebelgetriebes 51 in der Presse 10 ist aus 6 zu erkennen. Jedes Kniehebelgetriebe 51 weist einen ersten Kniehebel 52 und einen zweiten Kniehebel 53 auf. Die beiden Kniehebel 52, 53 sind über eine Gelenkverbindung 54 und beispielsgemäß ein Kniegelenk 55 gelenkig miteinander verbunden. Der zweite Kniehebel 53 ist außerdem gelenkig mit einem Druckpunkt 56 verbunden. Der erste Kniehebel 52 ist jeweils an seinem dem Kniegelenk 55 entgegengesetzten Ende gelenkig mit dem Pressengestell 12 verbunden.
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12 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung der Gelenkverbindung 54. Das Pleuel 49 weist drei Gelenkpunkte auf, nämlich einen am Antriebsende 48 (wie in 7), einen Gelenkpunkt 54a zur Verbindung mit dem ersten Kniehebel 52 und einen Gelenkpunkt 54b zur Verbindung mit dem zweiten Kniehebel 53. Im Übrigen entspricht das Kniehebelgetriebe 51 dem Kniehebelgetriebe 51 aus 8.
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Wie in den 6 und 13 und teilweise auch in 3 zu erkennen ist, ist das Kniegelenk 55 durch einen Kniegelenkzapfen 57 gebildet, an dem das Abtriebsende 50 des Pleuels 49 gelagert ist. Der zweite Kniehebel 53 ist beispielsgemäß durch zwei Kniehebelelement 53a, 53b gebildet, die an einem Ende den Kniegelenkzapfen 57 umgreifen und am anderen Ende mit Hilfe eines ersten Lagerzapfens 58 gelenkig mit dem jeweils zugeordneten Druckpunkt 56 des Stößels 11 verbunden sind. Die beiden Kniehebelelemente 53a, 53b sind in axialer Richtung des Kniegelenkzapfens 57 auf entgegengesetzten Seiten des Abtriebsendes 50 des Pleuels 49 angeordnet.
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Entsprechend dem zweiten Kniehebel 53 ist auch der erste Kniehebel 52 durch zwei Kniehebelelemente 52a, 52b gebildet. Die beiden Kniehebelelemente 52a, 52b sind auf entgegengesetzten Seiten des Kniegelenkzapfens 52 angeordnet, so dass sich das Abtriebsende 50 des Pleuels 49 sowie die dem Kniegelenk 55 zugeordneten Enden der beiden Kniehebelelemente 53a, 53b des zweiten Kniehebels 53 dazwischen befinden. In Tiefenrichtung T betrachtet ist der Abstand zwischen den beiden Kniehebelelementen 52a, 52b des ersten Kniehebels 52 größer als der Abstand zwischen den beiden Kniehebelelementen 53a, 53b des zweiten Kniehebels 53. In Abwandlung zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, das Abtriebsende 50 des Pleuels 49 gabelförmig auszuführen. Der erste Kniehebel 52 und/oder der zweite Kniehebel 53 könnten auch nur mit jeweils einem Kniehebelelement 52a oder 52b bzw. 53a oder 53b ausgeführt sein.
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An dem dem Kniegelenk 55 entgegengesetzten Ende sind die beiden Kniehebelelemente 52a, 52b des ersten Kniehebels 52 über einen zweiten Lagerzapfen 59 gelenkig am Pressengestell 12 gelagert. Der zweite Lagerzapfen 59 ist an seinen beiden axialen Enden beispielsgemäß in einer Lagerausnehmung einer Wange 60 des Pressengestells 12 gelagert. Die beiden Wangen 60 zur Lagerung des zweiten Lagerzapfens 59 haben beim Ausführungsbeispiel in Tiefenrichtung T denselben Abstand wie die beiden Pressengestellplatten 22 (1 und 4).
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Wie in den 6 und 13 veranschaulicht, sind die relativ zueinander drehbaren Elemente des Kniehebelgetriebes 51 über Wälzlager gelagert. Beispielsweise ist der zweite Lagerzapfen 59 über jeweils ein Wälzlager an den Wangen 60 des Pressengestells 12 gelagert. Die beiden Kniehebelelemente 52a, 52b des ersten Kniehebels 52 sitzen drehfest auf dem zweiten Lagerzapfen 59 und sind über jeweils ein Wälzlager drehbar am Kniegelenkzapfen 57 gelagert. Die beiden Kniehebelelemente 53a, 53b des zweiten Kniehebels 53 sitzen drehfest auf dem Kniegelenkzapfen 57 und sind über jeweils ein Wälzlager drehbar am zweiten Lagerzapfen 59 gelagert. Der zweite Lagerzapfen 59 ist am Druckpunkt 56 drehfest mit dem Stößel 11 verbunden.
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In 13 ist zu erkennen, dass die Wälzlager durch die Einleitung der Pressenkraft am Druckpunkt 56 in Hubrichtung an ihrer oberen Seite belastet werden. In einer alternativen Ausführung nach 14 ist die Belastungszone der Lager im unteren Bereich angeordnet. Dies ist dadurch erreicht, dass die Lager im Unterschied zu der Anordnung aus 13 zwischen den Kniehebelelementen 52a, 52b des ersten Kniehebels 52 und dem zweiten Lagerzapfen 59, zwischen den Kniehebelelementen 53a, 53b des zweiten Kniehebels 53 und dem Kniegelenkzapfen 57, sowie zwischen dem Druckpunkt 56 und dem ersten Lagerzapfen 58 angeordnet sind. Der erste Lagerzapfen 58 ist drehfest mit den Kniehebelelementen 53a, 53b des zweiten Kniehebels 53 und verbunden. Der Kniegelenkzapfen 57 ist drehfest mit den Kniehebelelementen 52a, 52b des ersten Kniehebels 52 verbunden und der zweite Lagerzapfen 59 sitzt drehfest in den Wangen 60 des Pressengestells 12.
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Die Anordnung nach 14 hat gegenüber der Anordnung nach 13 den Vorteil, dass sich alle Lager innerhalb der Außenkontur des Pressengestells bzw. Pressenkörpers befinden. Dies erleichtert die Abdichtung des Pressenkörpers, insbesondere bei Gleitlagerungen mit Öl- bzw. Fettschmierung.
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Anstelle der beispielsgemäß zur Lagerung eingesetzten Wälzlager könnten prinzipiell auch andere Lager verwendet werden, wie etwa Gleitlager. Gleitlager können vorteilhaft sein, wenn an der betreffenden Einbaustelle des Lagers größere Kräfte wirken, die nur durch sehr teure Wälzlager aufgenommen werden können.
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Beim Ausführungsbespiel hat der Stößel 11 der Presse 10 zwei in Querrichtung Q mit Abstand angeordnete Druckpunkte 56. Die Druckpunkte 56 sind entlang einer sich in Querrichtung Q erstreckenden Geraden angeordnet. Der Abstand der beiden Druckpunkte 56 ist größer als die Abmessung des Pressentischs 19 in Querrichtung Q. Die beiden Druckpunkte 56 befinden sich daher nicht über dem Pressentisch 19, sondern in Querrichtung Q betrachtet nahe an den beiden Seitenständern des Pressengestells, die das Fußteil 18 und das Kopfteil 20 miteinander verbinden. Dadurch entfällt eine Biegebeanspruchung des Kopfteils 20 und die Pressensteifigkeit wird erhöht.
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Wie erläutert, weist jede Pressenantriebsvorrichtung 21 wenigstens einen elektrischen Antriebsmotor 30 auf. Der wenigstens eine Antriebsmotor 30 ist im ersten Antriebsgehäuse 24 oder im zweiten Antriebsgehäuse 25 angeordnet. Es ist auch möglich, in beiden Antriebsgehäusen 24, 25 jeweils einen Antriebsmotor 30 anzuordnen. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß der 1 bis 10 weist jede Pressenantriebsvorrichtung 21 einen einzigen Antriebsmotor 30 auf.
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Der Antriebsmotor 30 ist beispielsgemäß im ersten Antriebsgehäuse 24 angeordnet. Er hat einen Stator 65 der koaxial zur Wellenachse W angeordnet ist. Der Stator 65 ist beispielsgemäß an der der Wellenachse W zugewandten Innenfläche der Umfangswand 26 befestigt.
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Radial bezüglich der Wellenachse W ist innerhalb des Stators 65 ein ringförmiger Rotor 66 koaxial um die Wellenachse W angeordnet. Der Rotor 66 trägt beim Ausführungsbeispiel Permanentmagnete. Die Erregerspulen sind im Stator 65 angeordnet. Der Antriebsmotor 30 ist vorzugsweise als Servomotor bzw. Torquemotor ausgeführt. Der Torquemotor hat im Unterschied zu Servomotoren eine hohe Polpaarzahl und ist für geringere Drehzahlen und höhere Drehmomente ausgelegt. Deswegen ist sein Durchmesser im Vergleich zu seiner axialen Baugröße beispielsgemäß deutlich größer.
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Der Rotor 66 des Antriebsmotors 30 ist an seinem der Innenwand 27 bzw. dem Pleuellager 46 zugeordneten axialen Ende an einer Rotornabe 67 befestigt. Die Rotornabe 67 weist beispielsgemäß eine sich radial oder schräg zur Wellenachse W erstreckende Scheibe 68 auf. Das radial innere Ende dieser Scheibe 68 ist mit einer Hohlwelle 69 verbunden, die auf einer Motorwelle 73 sitzt. Die Hohlwelle 69 kann in Drehrichtung um die Wellenachse W formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Motorwelle 73 verbunden sein. An dem der Hohlwelle 69 entgegengesetzten radial äußeren Ende weist die Rotornabe 67 ein Halteteil 70 auf, an dem der Rotor 66 befestigt ist.
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Anstelle der Scheibe 68 könnten zwischen der Hohlwelle 69 und dem Halteteil 70 auch mehrere Speichen verlaufen.
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Die Rotornabe 67 ist vorzugsweise einstückig ohne Naht- und Fügestelle ausgeführt. Die Rotornabe 67 und der daran befestigte Rotor 66 haben insgesamt eine felgenähnliche Gestalt. Radial innerhalb des Rotors 66 und axial benachbart zur Scheibe 68 bzw. zur Rotornabe 67 verbleibt ein Bauraum oder Aufnahmeraum 71. In diesem Aufnahmeraum 71 ist ausreichend Platz, wenn in einem Antriebsgehäuse zusätzlich zu einem Antriebsmotor 30 eine Bremseinrichtung 31 angeordnet werden soll.
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Der Rotor 66 ist über die Rotornabe 67 drehfest mit der Motorwelle 73 verbunden. Eine Drehung des Rotors 66 um einen vorgegebenen Drehwinkel um die Wellenachse W führt somit zur Drehung der Motorwelle 73 um denselben Drehwinkel. Die unmittelbare drehfeste mechanische Verbindung zwischen dem Rotor 66 und der Motorwelle 73 ist beispielsgemäß spielfrei.
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An wenigstens einem Antriebsgehäuse 24, 25 und beispielsgemäß am ersten Antriebsgehäuse 24 ist ein Sensor 72 angeordnet. Der Sensor 72 sitzt beispielsgemäß in Verlängerung der Motorwelle 73 und wird durch die Wellenachse W durchsetzt. Das Sensorgehäuse befindet sich innerhalb (5) oder außerhalb des Gehäuseinnenraums 29 (8 bis 11) und kann beispielsweise an dem das erste Antriebsgehäuse 24 verschließenden Deckel 28 angeordnet sein. Der Sensor 72 dient zur Erfassung der Drehlage des Antriebsmotors 30. Die Drehlagenerfassung kann berührend oder berührungslos erfolgen. Jedem Antriebsmotor 30 bzw. jeder Motorwelle 73 ist vorzugsweise wenigstens ein Sensor 72 zugeordnet.
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Sind mehrere Antriebsmotoren 30 mit einer gemeinsamen Motorwelle 73 verbunden, so kann die Drehlage beider Antriebsmotoren 30 mittels eines gemeinsamen Sensors 72 bestimmt werden. Die Antriebsmotoren 30 werden dazu in übereinstimmenden Drehlagen montiert.
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Jedem Antriebsmotor 30 ist ein Planetengetriebe 76 zugeordnet, so dass jeweils ein Antriebsmotor 30 und ein Planetengetriebe 76 eine Antriebseinheit 77 bilden. Das Planetengetriebe ist in einem Zwischenraum zwischen der Motorwelle 73 und der Antriebswelle 35 koaxial zu der Wellenachse W angeordnet. Ein Getriebeeingang 78 des Planetengetriebes ist drehfest mit der Motorwelle 73 verbunden. Ein Getriebeausgang 79 ist drehfest mit der Antriebswelle 35 gekoppelt. Zur Koppelung des Getriebeausgangs 79 mit der Antriebswelle 35 dient eine Kopplungseinrichtung 80. Die Kopplungseinrichtung 80 gestattet eine Relativbewegung zwischen dem Getriebeausgang 79 und der Antriebswelle 35 radial zur Wellenachse W. Zusätzlich kann die Kopplungseinrichtung 80 auch eine axiale Relativbewegung entlang der Wellenachse W ermöglichen. In Drehrichtung bzw. Umfangsrichtung um die Wellenachse W erzeugt die Kopplungseinrichtung 80 eine drehfeste und vorzugsweise spielfreie Kopplung. Die Kopplung kann kraftschlüssig und/oder formschlüssig erfolgen.
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Bei den in den 5 und 8–11 veranschaulichten Ausführungsbeispielen ist die erste Lagerstelle 36 im Bereich des Getriebeausgangs 79 bzw. der Kopplungseinrichtung 80 angeordnet. Die Antriebswelle 35 ist mittelbar über die Kopplungseinrichtung 80 und/oder den Getriebeausgang 79 am ersten Antriebsgehäuse 24 gelagert bzw. abgestützt.
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Das Planetengetriebe 76 weist ein Sonnenrad 81, ein koaxial um das Sonnenrad 81 angeordnetes Hohlrad 82, sowie mehrere Planetenräder 83 auf, die sowohl mit einer Außenverzahnung des Sonnenrads 81 als auch mit einer Innenverzahnung des Hohlrades 82 in Eingriff stehen. Das Hohlrad 82 ist im Gehäuseinnenraum 29 des ersten Antriebsgehäuses 24 befestigt, beispielsweise an der Umfangswand 26.
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Das Sonnenrad 81 bildet den Getriebeeingang 78. Es sitzt vorzugsweise unmittelbar drehfest auf der Motorwelle 73 oder kann integral ohne Naht- und Fügestelle mit der Motorwelle 73 ausgeführt sein. Bei einer Drehung der Motorwelle 73 dreht sich das Sonnenrad 81 um den gleichen Drehwinkel und treibt die Planetenräder 83 an, die sich im Hohlrad 82 abwälzen.
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Die Planetenräder 83 sind drehbar an einem Planetenradträger 84 des Planetengetriebes 76 gelagert. Der Planetenradträger 84 ist drehfest mit dem Getriebeausgang 79 verbunden bzw. bildet den Getriebeausgang 79. Als Getriebeausgang 79 kann auch eine Ausgangwelle dienen, die drehfest mit dem Planetenradträger 84 verbunden ist.
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Die Planetenräder 83 können fliegend gelagert sein, oder – wie lediglich punktiert in 8 veranschaulicht – über eine Stützeinheit 89 am ersten Getriebegehäuse 24 radial zur Wellenachse W abgestützt sein.
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Die Antriebseinheit 77 kann in einem gemeinsamen Antriebsgehäuse beispielsgemäß dem ersten Antriebsgehäuse 24 und/oder dem zweiten Antriebsgehäuse 25 angeordnet sein (5 und 9–11). Alternativ ist es auch möglich, das Planetengetriebe 76 und den Antriebsmotor 30 einer Antriebseinheit 77 in zwei separaten Antriebsgehäusen anzuordnen. Beispielhaft schematisch ist in 8 veranschaulicht, dass das Planetengetriebe 76 im ersten Antriebsgehäuse 24 und der dazugehörige Antriebsmotor 30 der Antriebseinheit 77 in einem dritten Antriebsgehäuse 87 angeordnet ist, wobei das dritte Antriebsgehäuse 87 über einen koaxial zur Wellenachse W angeordneten Verbindungsflansch 88 mit dem Befestigungsflansch 32 verbunden werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Verbindungsmöglichkeiten zwischen zwei axial nebeneinander angeordneten Antriebsgehäusen 24, 87 verwendet werden können.
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Der Sensor 72 zur Erfassung der Drehlage der Motorwelle 73 kann auch dazu verwendet werden, die Stößelposition zu ermitteln. Anhand der Drehlage der Motorwelle 73 lässt sich mittels der bekannten Getriebeübersetzung die Drehlage der Antriebswelle 35 und mithin die Stößelposition ermitteln. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes 76 vom Getriebeeingang 78 zum Getriebeausgang 79 ganzzahlig oder eine Dezimalzahl mit einer endlichen Anzahl von Dezimalstellen ist, beispielsweise 3 bis 5 Dezimalstellen, um eine exakte Berechnung zu ermöglichen.
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Alternativ dazu ist es auch möglich, einen weiteren Sensor 72 vorzusehen, der die Drehlage der Antriebswelle 35 erfasst. Dieser zusätzliche Sensor 72 zur Erfassung der Drehlage der Antriebswelle 35 ist optional.
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Die Bremseinrichtung 31 ist bei den Ausführungsbeispielen gemäß der 1 bis 8 und 11 im zweiten Antriebsgehäuse 25 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann auch in dem ersten Antriebsgehäuse 24 eine Bremseinrichtung 31 vorhanden sein (9, 10 und 11). Ist in dem Antriebsgehäuse 24, 25 auch eine Antriebseinheit 77 vorhanden, verbleibt im Aufnahmeraum 71 Platz zur Anordnung der Bremseinrichtung 31. Ein Bremsenteil ist fest mit dem zweiten Antriebsgehäuse 25 und beispielsgemäß der Innenwand 27 verbunden, während der andere Bremsenteil drehfest mit der Antriebswelle 35 verbunden ist. An der Innenseite der Innenwand 27 sind beispielsgemäß entsprechende Befestigungsmittel für die Bremseinrichtung 31 bzw. deren gehäusefesten Teil vorhanden. Tritt eine Notsituation auf, beispielsweise bei einem Ausfall der elektrischen Energieversorgung für die Pressenantriebsvorrichtung 21, wird die Bremseinrichtung 31 ausgelöst und stoppt die Drehbewegung der Antriebswelle 35 und mithin die oszillierende Bewegung des Stößels 11. Jede Antriebsvorrichtung 21 weist wenigstens eine Bremseinrichtung 31 auf.
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Die Presse 10 verfügt über keine hydraulische Überlastsicherung. Die Überlastsicherung wird durch eine elektrische bzw. elektronische Ansteuerung des wenigstens einen elektrischen Antriebsmotors 30 jeder Pressenantriebsvorrichtung 21 ausgeführt.
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Die elektrischen Antriebsmotoren 30 unterschiedlicher Pressenantriebsvorrichtungen 21 sind mechanisch nicht miteinander zwangsgekoppelt. Das koordinierte Drehen der elektrischen Antriebsmotoren 30 unterschiedlicher Pressenantriebsvorrichtungen 21 um die jeweils zugeordnete Wellenachse W erfolgt durch die Pressensteuerung. Es erfolgt also eine Koordinierung der Drehbewegungen der Antriebsmotoren 30 unterschiedlicher Pressenantriebsvorrichtungen 21 durch steuerungstechnische bzw. regelungstechnische Maßnahmen. Dadurch, dass die Pressenantriebsvorrichtungen 21 nicht mechanisch zwangsgekoppelt sind, kann über jede Pressenantriebsvorrichtung 21 eine andere Position des betreffenden Druckpunktes 56 in Hubrichtung H vorgegeben werden. Um Beschädigungen der Führung des Stößels 11 zu vermeiden, erlaubt die Führung dem Stößel 11 zusätzlich zu der Bewegung in Hubrichtung H wenigstens einen weiteren Bewegungsfreiheitsgrad, nämlich eine Schrägstellung bezüglich einer Ebene, die durch die Tiefenrichtung T und die Querrichtung Q aufgespannt wird. Die Schrägstellung ist beispielsgemäß eine Kippbewegung um eine Achse parallel zu der Tiefenrichtung T.
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Sind bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel zusätzlich in Tiefenrichtung T mit Abstand zueinander angeordnete Druckpunkte 56 vorhanden, kann zusätzlich eine Kippbewegung um eine Achse zugelassen werden, die parallel zu der Querrichtung Q ausgerichtet ist. Bei dem hier veranschaulichen Ausführungsbeispiel ist der Stößel 11 an zwölf Stellen über jeweils eine Rolle 15 gegenüber einer pressengestellseitigen Anlagefläche 13 abgestützt (7). Vier Anlageflächen 13 haben entweder einen Normalenvektor in Tiefenrichtung T und vier Anlageflächen haben einen Normalenvektor in Querrichtung Q. Die Rollen 15 sind in Hubrichtung in zwei voneinander beabstandeten Höhenlagen am Stößel 11 angeordnet. In der einen Höhenlage, beispielsgemäß der unteren Höhenlage, liegt an jeder der acht Anlageflächen 13 eine Rolle 15 an. In der anderen Höhenlage, beispielsgemäß der oberen Höhenlage, liegt nur an den vier Anlageflächen 13 jeweils eine Rolle 15 an, deren Normalenvektor in Tiefenrichtung T zeigt. Dadurch ist ein Kippen des Stößels 11 um eine Achse parallel zu der Tiefenrichtung T ermöglicht. Auf dieselbe Weise könnte alternativ ein Kippen um eine Achse parallel zu der Querrichtung Q realisiert werden, wenn in der anderen Höhenlage, beispielsgemäß der oberen Höhenlage, die Rollen 15 nur an den vier Anlageflächen 13 jeweils eine Rolle an, deren Normalenvektor in Querrichtung Q zeigt. Werden die Rollen 15 nur in einer Höhenlage angeordnet ist ein Kippen des Stößels 11 um Achsen in zwei Raumrichtungen T, Q möglich.
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Zur Bestimmung der vom Stößel 11 aufgebrachten Pressenkraft weist die Presse 10 nicht dargestellte Kraftsensoren auf. Die Kraftsensoren können an einer beliebigen Stelle im Antriebsstrang zwischen dem Antriebsmotor und dem Stößel 11 angeordnet sein. Beispielsweise kann an jedem Kniehebelgetriebe 51 ein Kraftsensor zur Bestimmung der Pressenkraft vorhanden sein. Das Sensorsignal des Kraftsensors wird der Steuerung der Presse 10 übermittelt und ausgewertet. Zur Vermeidung einer Überlast wird abhängig von der aktuellen Drehstellung und mithin abhängig von der aktuellen Position des Stößels 11 sowie abhängig vom Sensorsignal des Kraftsensors erkannt, ob eine Überlast und mithin eine Beschädigung der Presse 10, des Werkzeugs oder des Werkstücks droht. In diesem Fall kann der wenigstens eine Antriebsmotor 30 so bestromt oder in einen Generatorbetrieb umgeschaltet werden, dass eine Bremskraft entgegen der aktuellen Drehrichtung erzeugt und die Stößelbewegung angehalten wird. Auch eine solche Überlastfunktion kann durch regelungstechnische bzw. steuerungstechnische Maßnahmen ohne die Verwendung von hydraulischen Überlasteinrichtungen ausgeführt werden.
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Weist eine Pressenantriebsvorrichtung 21 mehrere Antriebsmotoren 30 auf, so kann dadurch das Antriebsmoment und/oder der Nennkraftweg erhöht werden. Vorzugsweise werden die vorhandenen Antriebsmotoren 30 einer gemeinsamen Pressenantriebsvorrichtung 21 unabhängig voneinander, beispielsweise über separate Frequenzumrichter, durch eine Pressensteuerung angesteuert. Wird bei einer Umformaufgabe nicht das Drehmoment aller Antriebsmotoren 30 benötigt oder wird während der Stößelbewegung zumindest in einem Abschnitt des Bewegungsprofils nicht das Drehmoment aller Antriebsmotoren 30 benötigt, so können ein oder mehrere der Antriebsmotoren beispielsweise stromlos passiv oder im Generatorbetrieb betrieben werden. Es ist auch möglich, die Antriebsmotoren 30 so anzusteuern, dass insgesamt die Verluste aller Antriebsmotoren 30 minimiert werden. Die Ansteuerung der vorhandenen Antriebsmotoren 30 erfolgt dabei derart, dass das benötigte Drehmoment von den Antriebsmotoren 30 so bereitgestellt wird, dass sich ein möglichst hoher Gesamtwirkungsgrad ergibt. Um eine größere Variabilität zu haben, können auch Antriebsmotoren 30 mit unterschiedlichen Drehmoment-Strom-Kennlinien und/oder unterschiedlichen Wirkungsgradkennfeldern eingesetzt werden.
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Im Generatorbetrieb kann beispielsweise Energie in Energiespeicher in einem elektrischen Zwischenkreis zurück gespeist werden. Diese Energie kann beim nächsten Arbeitshub verwendet werden. Die Netzbelastung lässt sich dadurch redzieren.
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Abhängig von der Umformaufgabe kann der Pressenstößel 11 mit einem beliebigen Bewegungsprofil in Hubrichtung H bewegt werden. Beispielsweise kann der Pressenstößel 11 im unteren Totpunkt angehalten werden. Zur oszillierenden Bewegung des Pressenstößels 11 kann der wenigstens eine Antriebsmotor am oberen Totpunkt und am unteren Totpunkt der Stößelbewegung seine Drehrichtung umkehren und mithin in einem Drehwinkelbereich pendelnd angetrieben werden. Es ist auch möglich, den Drehwinkelbereich symmetrisch oder unsymmetrisch um den unteren Totpunkt zu wählen, so dass nach jeder Drehrichtungsumkehr des wenigstens einen Antriebsmotors 30 der untere Totpunkt der Stößelbewegung durchlaufen wird. Der wenigstens einen Antriebsmotor 30 kann außerdem ohne Drehrichtungsumkehr rotierend um die Wellenachse W angetrieben werden. Somit kann eine Stößelbewegung nach folgenden Prinzipien erfolgen:
- – weggebunden, wie bei einer klassischen Schwungradpresse oder
- – kraftgebunden, wie bei einer hydraulischen Presse oder
- – energiegebunden, wie bei einer Schmiedepresse mit einer Spindel oder nach dem Hammerprinzip.
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In den 8 bis 11 sind unterschiedliche Konfigurationen einer Pressenantriebsvorrichtung 21 veranschaulicht. Wie bereits erläutert, zeigt die Konfiguration nach 8 ein erstes Antriebsgehäuse 84 mit einem Planetengetriebe 76, ein damit verbundenes drittes Antriebsgehäuse 87 mit dem Antriebsmotor 30 der Antriebseinheit 77 und ein zweites Antriebsgehäuse 25 mit einer Bremseinrichtung 31. Das zweite Antriebsgehäuse 25 ist gegenüber dem Pleuellager 46 auf der axial entgegengesetzten Seite angeordnet.
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Das Ausführungsbeispiel nach 9 entspricht im Wesentlichen der Konfiguration aus 8. Der Unterschied besteht darin, dass das zweite Antriebsgehäuse 25 hier lediglich zur Bereitstellung der zweiten Lagerstelle 39 mit der zweiten Lagereinrichtung 40 dient. Die Bremseinrichtung 31 ist zwischen dem Planetengetriebe 76 und dem Antriebsmotor 30 der Antriebseinheit 77 angeordnet. Um dies zur ermöglichen, ist die Rotornabe 67 mit dem axial vom Planetengetriebe abgewandten Ende des Rotors 66 verbunden. Dadurch wird ein ausreichend großer Aufnahmeraum 71 radial innen vom Rotor 66 um die Motorwelle 73 herum bereitgestellt, in dem die Bremseinrichtung 31 angeordnet ist.
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Ein weiterer Unterschied des Ausführungsbeispiels nach 9 gegenüber der Ausführung nach 8 besteht darin, dass die Antriebseinheit 77 vollständig im ersten Antriebsgehäuse 24 angeordnet ist. Da im zweiten Antriebsgehäuse 25 ein großer Bauraum zur Verfügung steht, kann ein Sensor 72, der die Drehlage der Antriebswelle 35 erfasst, innerhalb des zweiten Antriebsgehäuses 25 angeordnet werden.
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Bei der in 10 schematisch veranschaulichten Ausführung ist nur das erste Antriebsgehäuse 24 vorhanden. Das erste Antriebsgehäuse 24 ist bei dieser Ausführung vollständig außerhalb des Zwischenraumes zwischen den beiden Pressengestellwänden 22 des Pressengestells 12 angeordnet. Der Befestigungsflansch 32 des ersten Antriebsgehäuses 24 ist hier auf der dem Pressengestell 12 zugeordneten Axialseite angeordnet. Die zweite Lagerstelle 39 bzw. die zweite Lagereinrichtung 40 ist zwischen der Antriebswelle 35 und dem Pressengestell 12 bzw. der Pressengestellwand 22 vorgesehen. Zusätzlich kann an der zum ersten Antriebsgehäuse 24 benachbarten Pressengestellwand 22 eine weitere, dritte Lagerstelle 90 mit einer dritten Lagereinrichtung 91 vorgesehen sein.
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Bei der in 11 veranschaulichten Ausführungsform entspricht die Anordnung der Antriebseinheit 77 und der Bremseinrichtung 31 im ersten Antriebsgehäuse 24 der Konfiguration aus 10. Die Anordnung der Antriebseinheit 77 und der Bremseinrichtung 31 im zweite Antriebsgehäuse 25 ist hier analog zum der des ersten Antriebsgehäuses 24. Die erste Lagerstelle 36 ist am ersten Antriebsgehäuse 24 und die zweite Lagerstelle 39 am zweiten Antriebsgehäuse 25 vorgesehen. Analog zur dritten Lagerstelle 90 ist unmittelbar benachbart zur zweiten Lagerstelle 39 eine vierte Lagerstelle 92 mit einer vierten Lagereinrichtung 93 vorgesehen.
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Die in den 10 und 11 vorgeschlagenen weiteren Lagereinrichtungen 91, 93 können dann zweckmäßig sein, wenn vom Pleuel 49 große Kräfte auf die Antriebswelle 35 wirken, die gegen das Pressengestell 12 besser abgestützt werden können als gegen ein Antriebsgehäuse 24, 25. Ansonsten könnten bei den Ausführungen nach 10 und 11 auch optional die dritte Lagerstelle 90 und/oder die vierte Lagerstelle 92 entfallen.
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Wie in den 8–11 ferner zu erkennen ist, ist eine Motorwellen-Lagereinrichtung 97 zur Lagerung der Motorwelle 73 vorhanden. Die Motorwellen-Lagereinrichtung 97 ist in einer Stützwand 98 des ersten Antriebsgehäuses 24 und beim Ausführungsbeispiel nach 11 auch im zweiten Antriebsgehäuse 25 vorgesehen. Die Stützwand 98 ist benachbart zum Getriebeeingang 78 angeordnet und kann eine axiale Abschlusswand bilden (8) oder als Zwischenwand im Inneren des Antriebsgehäuses 24 bzw. 25 ausgeführt sein (9–11).
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Die Motorwelle 73 ist bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen ausschließlich über die Motorwellen-Lagereinrichtung 97 an der Stützwand 98 gelagert. Über die Motorwellen-Lagereinrichtung 97 ist auch die Rotornabe 67 und/oder der Rotor 66 drehbar gelagert, wobei beispielsgemäß weitere Lagereinrichtungen für den Rotor 66 und/oder die Rotornabe 67 an zusätzlichen Lagerstellen nicht vorgesehen sind. Ausgehend vom Rotor 66 bzw. der Rotornabe 67 erfolgt die Lagerung der Motorwelle 73 gemeinsam mit der Rotornabe 67 und dem Rotor 66 axial nur auf einer Seite des Antriebsmotors 30 bzw. der Rotornabe 67.
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Bei allen Ausführungsformen der Pressenantriebsvorrichtung 21 könnte anstelle des beispielsgemäß verwendeten Innenläufermotors prinzipiell auch ein Außenläufermotor verwendet werden, was aber für die kompakte die Anordnung im Antriebsgehäuse weniger vorteilhaft ist.
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Bei allen Ausführungsformen der Pressenantriebsvorrichtung 21 können der Rotor und/oder die Rotornabe und/oder andere drehfest mit der Antriebswelle 35 verbundenen Teile durch Vergrößerung ihrer Masse und/oder durch Anbringen von wenigstens einem Schwungmassenelement 99 als Schwungmasse dienen (11). Der im Gehäuseinnenraum 29 verfügbare freie Bauraum kann ausgenutzt werden, um eine solche zusätzliche Schwungmasse bereitzustellen.
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Die Erfindung betrifft eine Pressenantriebsvorrichtung 21 für eine Presse 10 mit einem Pleuel 49, das ein Antriebsende 48 und ein Abtriebsende 50 aufweist. Das Abtriebsende 50 ist vorzugsweise über ein Pressengetriebe mit einem Stößel 11 gekoppelt. Eine Antriebswelle 35 ist drehbar um eine Wellenachse W gelagert und hat ein exzentrisch gegenüber der Wellenachse W angeordnetes Pleuellager 46. Eine Antriebseinheit 77 mit einem Antriebsmotor 30 und einem Planetengetriebe 76 dient zum Antreiben der Antriebswelle 35. Hierzu ist ein Getriebeausgang 79 drehfest mit der Antriebswelle 35 und ein Getriebeeingang 78 drehfest mit einer Motorwelle 73 verbunden. Der Antriebsmotor 30 weist einen Rotor 66 auf, der über eine Rotornabe 67 drehfest mit der Motorwelle 73 verbunden ist. Der Rotor 66 ist hohlzylindrisch ausgeführt und konzentrisch zur Motorwelle 73 angeordnet. Dadurch wird zwischen der Motorwelle 73 und dem Rotor 66 ein Einbauraum bereitgestellt, der zum Anordnen einer Bremseinrichtung 31 vorgesehen und eingerichtet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Presse
- 11
- Stößel
- 12
- Pressengestell
- 13
- Anlagefläche
- 14
- Führungselement
- 15
- Rolle
- 18
- Fußteil
- 19
- Pressentisch
- 20
- Kopfteil
- 21
- Pressenantriebsvorrichtung
- 22
- Pressengestellplatte
- 23
- Aufnahmeöffnung
- 24
- erstes Antriebsgehäuse
- 25
- zweites Antriebsgehäuse
- 26
- Umfangswand
- 27
- Innenwand
- 28
- Deckel
- 29
- Gehäuseinnenraum
- 30
- Antriebsmotor
- 31
- Bremseinrichtung
- 32
- Befestigungsflansch
- 33
- Gehäuseöffnung
- 35
- Antriebswelle
- 36
- erste Lagerstelle
- 37
- erste Lagereinrichtung
- 38
- Lageraussparung
- 39
- zweite Lagerstelle
- 40
- zweite Lagereinrichtung
- 41
- erstes Lagerteil
- 42
- zweites Lagerteil
- 46
- Pleuellager
- 47a
- Exzenterteil
- 47b
- Kurbelzapfen
- 48
- Antriebsende
- 49
- Pleuel
- 50
- Abtriebsende
- 51
- Kniehebelgetriebe
- 52
- erster Kniehebel
- 52a
- Kniehebelelement des ersten Kniehebels
- 52b
- Kniehebelelement des ersten Kniehebels
- 53
- zweiter Kniehebel
- 53a
- Kniehebelelement des zweiten Kniehebels
- 53b
- Kniehebelelement des zweiten Kniehebels
- 54
- Gelenkverbindung
- 54a
- Gelenkpunkt
- 54b
- Gelenkpunkt
- 55
- Kniegelenk
- 56
- Druckpunkt
- 57
- Kniegelenkzapfen
- 58
- erster Lagerzapfen
- 59
- zweiter Lagerzapfen
- 60
- Wange
- 65
- Stator
- 66
- Rotor
- 67
- Rotornabe
- 68
- Scheibe
- 69
- Hohlwelle
- 70
- Halteteil
- 71
- Aufnahmeraum
- 72
- Sensor
- 73
- Motorwelle
- 76
- Planetengetriebe
- 77
- Antriebseinheit
- 78
- Getriebeeingang
- 79
- Getriebeausgang
- 80
- Kopplungseinrichtung
- 81
- Sonnenrad
- 82
- Hohlrad
- 83
- Planetenrad
- 84
- Planetenradträger
- 87
- drittes Antriebsgehäuse
- 88
- Verbindungsflansch
- 89
- Stützeinheit
- 90
- dritte Lagerstelle
- 91
- dritte Lagereinrichtung
- 92
- vierte Lagerstelle
- 93
- vierte Lagereinrichtung
- 97
- Motorwellen-Lagereinrichtung
- 98
- Stützwand
- 99
- Schwungmassenelement
- H
- Hubrichtung
- Q
- Querrichtung
- T
- Tiefenrichtung
- W
- Wellenachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008034971 A1 [0002]
- DE 102008063473 A1 [0003]
- DE 102011113624 A1 [0004]
