DE102016107594A1

DE102016107594A1 - Spielfreier Zwischenantrieb einer Presse mit Servomotor

Info

Publication number: DE102016107594A1
Application number: DE102016107594.9A
Authority: DE
Inventors: Jan Patrick Viesel
Original assignee: Georg Maschinentechnik & Co KG GmbH
Current assignee: Georg Maschinentechnik & Co KG GmbH
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2017-10-26
Also published as: EP3243645B1; EP3243645A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Presse mit einem Stößel, der in wenigstens einer vorgegebenen Richtung hin und her bewegbar ist. Um eine Presse bereitzustellen, mit der Umformarbeiten besonders exakt und effizient ausgeführt werden können, ist vorgesehen, dass die Presse eine Hauptantriebseinheit zum Antrieb des Stößels, die einen einkuppelbaren nicht positionsgeregelten Antriebsmotor mit einer Schwungmasse und eine Antriebswelle mit einer exzentrischen Führungseinheit aufweist, ein Getriebe, das mit der exzentrischen Führungseinheit und dem Stößel verbunden ist, und einen positionsgeregelten Zwischenantrieb mit einer separaten Zwischenantriebswelle, der mit dem Stößel verbunden und zum Erzeugen einer Positionierbewegung des Stößels ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Umformvorrichtung mit einem Stößel zum Bearbeiten von Werkstücken, aufweisend eine mit dem Stößel verbundene Hauptantriebseinheit und einen Zwischenantrieb zum Bewegen des Stößels.
Vorrichtungen zum Umformen, Trennen und Fügen von Werkstücken, beispielsweise Blechen oder Schmiedestücken, sind bekannt. So werden hierfür bspw. Exzenterpressen oder Kniehebelpressen verwendet.
Bei derartigen Umformvorrichtungen werden für eine Positionierung des Stößels in einer vorgegebenen Position entlang seiner Bewegungsbahn Servomotoren als Antriebsmotor in der Antriebseinheit eingesetzt.
Aus der DE 102005001878 B3 ist zudem eine Servopresse mit Kniehebelgetriebe bekannt, die neben einem positionsgeregelten Hauptantrieb zusätzlich einen positionsgeregelten Zwischenantrieb aufweist, der den Stößel zur Vergrößerung des Stößelhubs in einem oberen Bewegungsbereich antreibt, in dem die Kniehebelarme einen spitzen Winkel bilden und aus dem sie sich aus eigenem Antrieb nicht herausbewegen können. Aufgrund dessen, dass die Anforderungen an die zu verarbeitenden Werkstücke immer weiter steigen, besteht ein hoher Bedarf an Umformvorrichtungen, die eine besonders hohe Umformqualität und zusätzliche Arbeitsschritte am umzuformenden Werkstück in der Schließ- und Öffnungsbewegung des Stößels ermöglichen. Hierfür ist es notwendig, dass die Führung des Pressenstößels und die Kraftübertragung der Antriebseinheit auf den Pressenstößel weiter verbessert werden.
Ein weiterer wichtiger Aspekt moderner Umformvorrichtung ist deren Effizienzsteigerung, um sowohl die Betriebskosten als auch die Stückkosten für die auf der Umformvorrichtung herzustellenden Werkstücke abzusenken.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, eine Umformvorrichtung bereitzustellen, mit der besonders effizient eine hohe Umformqualität eines Werkstückes und zusätzliche Arbeitsschritte am umzuformenden Werkstück in der Schließ- und Öffnungsbewegung des Stößels ermöglicht werden.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Umformvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Dabei sind alle beschriebenen Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Die erfinderische Umformvorrichtung weist einen Stößel auf, der in wenigstens eine vorgegebene Richtung hin und her bewegbar ist und eine Hauptantriebseinheit zum Antrieb des Stößels, die einen einkuppelbaren, nicht positionsgeregelten Antriebsmotor mit einer Schwungmasse, eine Antriebswelle mit einer exzentrischen Führungseinheit und ein Getriebe, das mit der exzentrischen Führungseinheit und dem Stößel verbunden ist und einen positionsgeregelten Zwischenantrieb, der mit dem Stößel verbunden ist, eine separate Zwischenantriebswelle umfasst und zum Erzeugen eine Positionierbewegung des Stößels ausgebildet ist.
Mittels des Zwischenantriebes wird somit ein zum Hauptantrieb parallel geschaltetes Antriebssystem bereitgestellt, das ein im Verhältnis zum Hauptantrieb geringes Antriebsmoment aufweist und eine exakte Positionierung des Stößels in einer vorgegebenen Position bei besonders geringem Energieaufwand ermöglicht. Zudem wird durch die Entkopplung der Antriebe auf zwei separate Antriebssysteme und insbesondere zwei unabhängig voneinander angetriebene, separate Antriebswellen eine besonders hohe Betriebssicherheit gewährleistet.
Unter einer Umformvorrichtung werden neben Vorrichtungen zum Umformen auch Vorrichtungen mit Stößel zum Trennen und Fügen von Werkstücken, insbesondere Blechen oder Schmiedestücken, verstanden. Dementsprechend kann unter der am Werkstück verrichteten Arbeit ein Umformen, Trennen oder Fügen verstanden werden. D.h., unter dem Ausdruck Umformen wird neben dem verändern der Form eines Werkstückes auch das Trennen eines Werkstückes oder Fügen von Werkstücken verstanden. Erfindungsgemäße Umformvorrichtungen sind vorzugsweise mechanische Pressen.
Die Umformvorrichtung weist mindestens einen Stößel auf, kann ggf. aber auch mehrere Stößel zum Bearbeiten von Werkstücken umfassen. Dabei können nur einzelne Stößel oder alle Stößel jeweils mit dem Hauptantrieb und/oder dem Zwischenantrieb gekoppelt sein.
Unter dem Ausdruck „Stößel“ werden im Sinne der Erfindung auch Stößel mit entsprechendem Werkzeug zum Bearbeiten eines Werkstückes verstanden.
Positionsgeregelte Antriebseinheiten weisen, wie bereits erwähnt, den besonderen Vorteil auf, dass mit ihnen eine exakte Bewegungssteuerung des Stößels im Vergleich zum so genannten Nachlaufweg des Stößels, der bei nicht positionsgesteuerten Antriebseinheiten auftritt, möglich ist. Eine positionsgesteuerte Antriebseinheit ermöglicht somit, den Stößel in einer vorgegebenen exakten Position entlang seiner Bewegungsbahn anzuhalten (Positionieren) und ggf. in dieser Position zu halten. Da aufgrund der notwendigen Presskraft zum Umformen eines Werkstückes positionsgeregelte Antriebseinheiten mechanischer Pressen entsprechend groß ausgelegt sein müssen und einen hohen Energiebedarf aufweisen, ist der wirtschaftliche Betrieb von mechanischen Pressen mit derartigen Hauptantriebseinheiten schwierig.
Nicht positionsgeregelte Antriebseinheiten, beispielsweise übliche gegebenenfalls frequenzgeregelte Elektromotoren mit Schwungmasse, sind dagegen energetisch deutlich günstiger, da die Bewegungsenergie kinetisch in der Schwungmasse gespeichert wird. Nicht positionsgeregelte Antriebseinheiten ermöglichen jedoch kein Anhalten des Stößels in einer vorgegebenen, exakten Position, da sie – wie oben erwähnt – einen Nachlaufweg aufweisen.
Der positionsgeregelte Zwischenantrieb kann insbesondere einen oder mehrere Servomotoren, Asynchronmotoren, Synchronmotoren, Gleichstrommotoren oder Torquemotoren umfassen.
Unter der Positionierbewegung des Stößels wird eine durch den Zwischenantrieb erzeugte Bewegung des Stößels entlang eines Abschnittes seiner Bewegungsbahn ggf. mit einem Anhalten des Stößels in eine vorgegebene exakte Position verstanden. Unter der Bewegungsbahn des Stößels wird die durch den Hauptantrieb bedienbare Bewegungsbahn des Stößels verstanden. Der Zwischenantrieb ist nicht für eine Vergrößerung der Bewegungsbahn, bspw. des Stößelhubs ausgebildet, sondern insbesondere für eine besonders exakte Positionierbarkeit des Stößels entlang der durch den Hauptantrieb ermöglichten Bewegungsbahn.
Die Positionierbewegung kann entlang einer Öffnungsbewegung und/oder einer Schließbewegung des Stößels erfolgen. Auch kann die Positionierbewegung des Stößels entlang einer Arbeitsbewegung erfolgen, wobei in diesem Fall eine auf den Stößel aufgebrachte Arbeitskraft ausschließlich durch den Zwischenantrieb erzeugt wird.
Unter der Arbeitsbewegung des Stößels wird der Bewegungsabschnitt entlang seiner Bewegungsbahn verstanden, in dem der Stößel (ggf. mit seinem Werkzeug) auf ein zu verarbeitendes Werkstück einwirkt.
Die Öffnungsbewegung ist der Bewegungsabschnitt entlang seiner Bewegungsbahn, bei dem der Stößel nach der Arbeitsbewegung von dem Werkstück weggeführt, bspw. angehoben wird, während die Schließbewegung der Bewegungsabschnitt des Stößels ist, mit dem der Stößel an das Werkstück geführt, bspw. abgesenkt wird.
In einer geöffneten Position (entlang der Bewegungsbahn der Öffnungsbewegung und/oder der Schließbewegung) kann die Umformvorrichtung mit einem neuen Werkstück beladen oder es können bspw. weitere Arbeitsvorgänge an dem in der Umformvorrichtung vorhandenen Werkstück durchgeführt werden.
Die vorgegebene Bewegungsrichtung kann bei gattungsgemäßer Umformvorrichtung eine Vertikalrichtung sein, sodass der Stößel vertikal auf und ab bewegt wird.
Die Hauptantriebseinheit weist mindestens einen Antriebsmotor mit Schwungmasse auf, die auf eine Antriebswelle wirken. Alternativ kann der Hauptantrieb jedoch auch mehrere gleiche bzw. gleichartige Antriebswellen mit einem oder mehreren gleichen oder gleichartigen Antrieben mit Schwungmasse umfassen.
Der Antriebsmotor kann bspw. ein herkömmlicher Elektromotor mit entsprechender bekannter Schwungscheibe, bspw. einem Schwungrad sein. Zwischen dem Antriebsmotor mit Schwungmasse ist eine ebenfalls weitestgehend bekannte Kupplung zum Ein- und Auskuppeln des Antriebsmotors mit Schwungmasse angeordnet sowie eine ebenfalls weitestgehend bekannte Bremse zum Abbremsen des Hauptantriebes bevorzugt mittels Reibung.
Der Antriebsmotor und/oder die Schwungmasse sind mit der Antriebswelle über eine Kupplung verbunden, um diese anzutreiben. Unter einkuppelbar wird somit das Herstellen einer Kraft übertragenden Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Antriebsmotor mit Schwungmasse verstanden. Hierdurch ist es möglich, bei bestimmten Bewegungen des Stößels, bspw. bei einer Arbeitsbewegung, bei der hohe Arbeitskräfte notwendig sind, und/oder bei der Öffnungsbewegung ohne exakte Positionierung des Stößels, den Antriebsmotor mit Schwungmasse mit der Antriebswelle zu koppeln bzw. zu entkoppeln und zu bremsen, um die Kraft der Hauptantriebseinheit und der Schwungmasse über das Getriebe auf den Stößel zu übertragen. Die Schwungmasse mit Antriebsmotor bleibt bei der Öffnungsbewegung des Stößels bevorzugt eingekuppelt, um die eigene Strecklage mit dem Hauptantrieb überwinden zu können. Sofern nach der Arbeitsbewegung keine Positionierbewegung notwendig ist, wird die Schwungmasse mit Antriebsmotor also erst kurz nach dem oberen Totpunkt des Stößels ausgekuppelt.
Im ausgekoppelten Zustand ist die vorhandene Bewegungsenergie in der Schwungmasse kinetisch gespeichert und die Antriebswelle dreht sich mit Nenndrehzahl bzw. lädt die Schwungmasse. Während der Antriebsmotor mit Schwungmasse von der Antriebswelle getrennt ist, wird die Bewegung des Stößels über den Zusatzantrieb erzeugt. Da dieser jedoch nur die Masse des Stößels bewegen muss und gegen den Widerstand des Kniehebelgetriebes und der exzentrischen Führung arbeitet, ist die zum Bewegen des Stößels aufzubringende Kraft des Zwischenantriebs deutlich geringer.
Die Ausführung dieses zweiteiligen Antriebes für eine Umformvorrichtung mit einer Hauptantriebseinheit und einem Zwischenantrieb eignet sich insbesondere für Pressen mit einer Presskraft ab 400 t. Die vom Stößel durchlaufbare Hubhöhe ist dabei von der Hauptantriebseinheit und dem Getriebe vorgegeben.
Zum Übertragen der von dem Antriebsmotor der Antriebseinheit erzeugten Kraft ist das Getriebe zwischen der exzentrischen Führungseinheit und dem Stößel vorgesehen.
Das Getriebe kann bevorzugt als Pleuel ausgebildet sein, der die exzentrische Führungseinheit umfasst und mit dem Stößel, bspw. über einen Druckpunkt, gekoppelt ist.
Besonders bevorzugt ist das Getriebe als Kniehebelgetriebe mit mindestens zwei Kniehebelgetriebearmen ausgebildet. Diese Verbindungsvorrichtung zwischen den Kniehebelarmen und der exzentrischen Führungseinheit weist vorzugsweise jeweils eine Schubstange auf, die mit einem ersten Ende mit der exzentrischen Führungseinheit und mit einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende mit einem oberen Hebelarm eines Kniehebelarmes verbunden ist.
Weiter kann die Schubstange bspw. in einer Führung am Pressengestell (Ständerführung) und/oder einer Kulissenführung im oberen Hebelarm des Kniehebelarmes gelagert sein. Hierbei können die Schubstangen vorzugsweise mit einer einzelnen exzentrischen Führungseinheit verbunden sein, die an einer (ggf. einzelnen) Antriebswelle angeordnet ist. Diese wird wiederum von einem oder mehreren Antriebsmotoren mit Schwungmasse angetrieben.
Das Kniehebelgetriebe weist vorzugsweise mindestens zwei Kniehebelarme auf, die mit einem unteren Ende mit dem Stößel verbunden und mit einem oberen Ende mit der Schubstange gekoppelt sind. Jeder Kniehebelarm kann – wie bereits oben angedeutet – zwei Hebelarme, bspw. einen oberen und einen unteren Hebelarm, aufweisen. Einer oder beide Hebelarme können gekröpft ausgebildet sein. Zudem kann jeder Kniehebelarm an einer zentralen Lagerachse drehbar gelagert sein. Die zentrale Lagerachse ist bspw. mit dem Pressengestell verbunden und kann im oberen Hebelarm angreifen. Die Kniehebelarme sind vorzugsweise spiegelbildlich um eine die Antriebswelle schneidende, vertikale Mittelachse angeordnet.
Bei dieser Ausführung können unter der exzentrischen Führungseinheit an der Antriebswelle angeordnete Verbindungselemente verstanden werden, die über jeweils eine Schubstange mit jeweils einem Kniehebelarm in Verbindung stehen und exzentrisch, d.h. außermittig an der Antriebswelle angeordnet sind.
Diese Ausbildung der exzentrischen Führungseinheit und der Kniehebelarme ermöglicht in besonders günstiger Weise den Einsatz einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Presse mit einer einzelnen angetriebenen Antriebswelle und einer einzelnen exzentrischen Führungseinheit, die mit beiden Kniehebelarmen und der Antriebswelle verbunden ist. Diese Ausführungsform gewährleistet auf besonders einfache Weise eine synchrone Kniehebelarmbewegung und somit auch die präzise Bewegung des Stößels.
Die Hauptantriebseinheit mit exzentrischer Führungseinheit, Kniehebelkinematik und Stößelverbindung ist somit insbesondere entsprechend der DE 2014 111 683.6 ausgebildet nur ohne positionsgeregelten Antriebsmotor in der Hauptantriebseinheit.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Zwischenantrieb zwischen der Antriebseinheit und dem Stößel und zwischen den Kniehebelarmen des Kniehebelgetriebes angeordnet. So kann der Zusatzantrieb bspw. in Vertikalrichtung unterhalb der Antriebseinheit und oberhalb des Stößels und – bei sich in weitestgehend in Vertikalrichtung erstreckenden Kniehebelarmen – in Horizontalrichtung zwischen den Kniehebelarmen angeordnet sein. Der Zwischenantrieb ist bspw. im Bereich einer vertikalen Mittelachse der Presse positioniert. Durch diese vorteilhafte Anordnung des Zwischenantriebes ist eine besonders kompakte Bauweise der Presse möglich.
Besonders bevorzugt weist der Zwischenantrieb einen mit der Zwischenantriebswelle verbundenen positionsgeregelten Antriebsmotor und eine exzentrische Führungseinheit auf, die über ein Zwischenantriebsgetriebe, insbesondere ein Zwischenkniehebelgetriebe oder einem Zwischenantriebspleuel, mit dem Stößel verbunden ist.
Die Zwischenantriebswelle ist vorzugsweise nicht entkuppelbar mit dem positionsgeregelten Antriebsmotor verbunden. D.h., im Gegensatz zur Hauptantriebseinheit ist der Zwischenantrieb dauerhaft mit der Zwischenantriebswelle verbunden. Der Zwischenantrieb ist somit auch ohne Schwungmasse ausgebildet.
Der Zusatzantrieb ist dazu ausgebildet, den Stößel alleine anzutreiben bzw. zu bremsen, der Bewegung des Stößels ohne eine Kraft auf den Stößel aufzubringen zu folgen und/oder zusätzlich zum Hauptantrieb eine Kraft auf den Stößel aufzubringen, d.h., das zur Verfügung stehende Moment des Zwischenantriebs kann die resultierende Presskraft des Hauptantriebs ergänzen.
Unter einer Zwischenantriebswelle wird eine von einem Antriebsmotor des Zwischenantriebes angetriebene Antriebswelle verstanden, die separat zur Antriebswelle der Hauptantriebseinheit ausgebildet ist.
Die Zwischenantriebswelle ist somit baulich getrennt von der Antriebswelle des Hauptantriebes ausgebildet und kann insbesondere parallel zu der Antriebswelle des Hauptantriebs angeordnet sein.
Das Zwischenkniehebelgetriebe oder der Zwischenantriebspleuel können entsprechend dem oben beschrieben Kniehebelgetriebe bzw. Pleuel der Hauptantriebseinheit ausgebildet sein. Vorzugsweise sind das Getriebe des Hauptantriebes als Kniehebelgetriebe und das Getriebe des Zwischenantriebes als Pleuel ausgebildet.
Die Lagerung der Zwischenantriebswelle kann an einer Lagereinheit erfolgen. Besonders bevorzugt weist der Zwischenantrieb jedoch zwei Lagereinheiten zum Lagern der Zwischenantriebswelle auf, wodurch die Präzision der Stößelbewegung bei der Schließ- und Positionsbewegung weiter verbessert wird. Jede Lagereinheit kann bspw. mit einem Gestell der Umformvorrichtung verbunden sein.
Um die hohen Kräfte der Hauptantriebseinheit sicher übertragen zu können, sind zumindest die Lager der Hauptantriebseinheit, der exzentrischen Führungseinheit und des Kniehebelgetriebes als Gleitlager ausgeführt. Dementsprechend können auch die wenigen Lager des Zwischenantriebes zumindest teilweise als Gleitlager ausgeführt sein.
Um jedoch die Positioniergenauigkeit des Stößels weiter zu verbessern, ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Lager des Zwischenantriebes, insbesondere der Zwischenantriebswelle und/oder eines Zwischengetriebes, wälzgelagert sind. Die Wälzlager sind spielfrei oder zumindest weitestgehend spielfrei ausbildbar, so dass sie im Gegensatz zu den Gleitlagern eine weitestgehend spielfreie Bewegung des Stößels ermöglichen. Der Stößel kann somit bei der Positionierbewegung besonders exakt positioniert werden. Die Wälzlager sind insbesondere als Zylinderrollenlager ausgebildet, da diese Bauart sich durch eine hohe Tragzahl auszeichnet und die typischen zulässigen Drehzahlen bei Weitem nicht ausgeschöpft werden. Zylinderrollenlager mit konischer Bohrung lassen sich zudem spielfrei einstellen. Alternativ können die Wälzlager bspw. auch als Schrägkugellager ausgebildet sein, die bei geringerer Tragzahl besonders einfach spielfrei einstellbar sind.
Wie bereits oben erwähnt, folgt der Zwischenantrieb vorzugsweise der Bewegung des Stößels. Damit auf den Zwischenantrieb wirkende, von der Hauptantriebseinheit kommende Kräfte den Zwischenantrieb nicht beschädigen, ist die Lagereinheit besonders bevorzugt federnd gelagert. Die federnde Lagerung kann als Hydrauliklagerung, bspw. ein (vorgespanntes) Hydraulikkissen umfassend, ausgebildet sein.
Das Hydraulikkissen kann zudem als Schnittschlagdämpfung ausgebildet sein, die bei einer vorab in ihrer Stärke bestimmten, wirkenden Kraft Hydraulikflüssigkeit abgibt. Bei der Schnittschlagdämpfung fließt zur Dämpfung der auftreffenden Kraft bspw. Hydraulikflüssigkeit aus dem vorgespannten hydraulischen Kissen in einen Auffangbehälter ein. Sobald eine Entlastung der Schnittschlagdämpfung erfolgt, wird die ausgeleitete Flüssigkeit umgehend und voll automatisiert zurück in das Hydraulikkissen geführt und es wird wieder eine Vorspannung im Hydraulikkissen erzeugt.
Zusätzlich oder ergänzend ist besonders bevorzugt auch der Pleuel im Stößel federnd gelagert. Hierfür kann entsprechend der Lagerung der Lagereinheit ebenfalls ein vorgespanntes Hydraulikkissen vorgesehen sein. Diese federnde Lagerung zwischen dem Pleuel und dem Stößel ist zudem besonders bevorzugt als Überlastsicherung ausgebildet.
Die federnden Lagerungen der Lagereinheit und des Pleuels im Stößel bilden somit gemeinsam ein System aus parallel geschalteten Federn, dessen Steifigkeit so aufeinander abgestimmt ist, dass die Steifigkeit des Zusatzantriebes geringer ist, als die Steifigkeit der im Umformprozess zugeschalteten Antriebseinheit.
Gleitlager sind bauartbedingt spielbehaftet. Um ein Spiel in der Bewegung der Gleitlager zu minimieren, ist es bekannt, einen Stößelgewichtsausgleich einzusetzen. Beim Stößelgewichtsausgleich handelt es sich um eine Einrichtung, die der Gewichtskraft des Stößels (und des Oberwerkzeugs) entgegenwirkt. Ohne Gewichtsausgleich bewirkt die Schwerkraft eine Mittelpunktsverschiebung in den Gleitlagern der Antriebseinheit, d.h., die Wellen liegen in der Richtung der Schwerkraft, also entgegen der Prozesskraft, in den Gleitlagern an.
Mit dem Kraftaufbau, der der Schwerkraft entgegenwirkt, verschiebt sich die Welle im Gleitlager bis an die gegenüberliegende Anlagefläche. Der Hub im Gleitlager ist hierbei fast so groß wie das Lagerspiel und führt zu Schlägen in der Lagerung. Dieser Gewichtsausgleich hat zum Ziel, diese Schläge zu unterbinden, indem der Stößel inkl. Werkzeug und den wirksamen Antriebskomponenten bereits in der kraftlosen Schließbewegung nach oben gezogen wird. Hierfür sind große Pneumatikzylinder als Lösung bekannt.
Um das Lagerspiel in den Gleitlagern, insbesondere des Hauptantriebes, zu minimieren, ist nach einer Weiterbildung der Erfindung eine Spannvorrichtung zum Verspannen des Zwischenantriebes gegen die Hauptantriebseinheit angeordnet. Die Spannvorrichtung kann alternativ oder ergänzend zum Stößelgewichtsausgleich angeordnet sein.
Die Spannvorrichtung verschiebt den Zwischenantrieb oder zumindest die Zwischenantriebswelle gegen die Hauptantriebseinheit oder zumindest gegen die Antriebswelle der Hauptantriebseinheit.
Da die Lagerung der Zwischenantriebswelle vorzugsweise über Wälzlager spielfrei oder weitgehend spielfrei ist und als separate Welle ausgeführt ist, können durch diesen, bspw. vertikalen Versatz der gesamten Zwischenantriebswelle gegen die Struktur der Presse und damit auch gegen eine, Gleitlager aufweisende, spielbehaftete Hauptantriebseinheit die Wellen in den Gleitlagern gegen die Anlagefläche der Gleitlager in Richtung der Prozesskraft gedrückt werden. Dadurch wird ein Hub (infolge Spiel) in den Gleitlagern beim Kraftaufbau sicher verhindert.
Die Spannvorrichtung kann bspw. als Keilsystem ausgebildet sein. Das Keilsystem ist insbesondere an den Lagereinheiten der Zwischenantriebswelle anordbar und so ausgebildet, dass die Lagereinheiten mit der Zwischenantriebswelle gegen die Hauptantriebseinheit verschoben werden.
Der Zwischenantrieb kann – wie ausgeführt – mit einer exzentrischen Führungseinheit und einem Kniehebelgetriebe oder einem Pleuel ausgeführt werden. Alternativ kann der Zwischenantrieb als Spindelhubantrieb, bei dem die Motoreneinheit/en mit der separaten Zwischenantriebswelle über ein oder mehrere Spindelgetriebe die Bewegung des Stößels bewirkt oder als servohydraulischer Antrieb, bei dem die Motoreneinheit/en mit der separaten Zwischenantriebswelle ein oder mehrere als Getriebe ausgebildeten Hydraulikzylinder die Bewegung des Stößels bewirken, ausgebildet sein.
Der besondere Vorteil des Spindelhubantriebs ist die gute Zugänglichkeit infolge einer Anordnung außen am Stößel, eine Reduzierung eines möglichen Winkelfehlers infolge größerer Führungslänge, der Einbau standardisierter Komponenten und der variable Hub im Gegensatz zu einem Exzenter ohne Hubverstellung.
Die Vorteile des servohydraulischen Antriebs entsprechen weitestgehend denen des Spindelhubantriebs. Zusätzlich weist die Hydraulik eine hohe Energiedichte auf und beansprucht somit wenig Bauraum.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt:
1 schematisch in einer Ansicht eine Kniehebelpresse mit einem Zusatzantrieb und einem Stößel;
2 schematisch in einer perspektivischen Darstellung eine Zwischenwellenlagerung des Zusatzantriebs aus 1;
3 schematisch im Querschnitt die Zwischenwellenlagerung aus 2;
1 zeigt eine als mechanische Presse 1 ausgebildete Umformvorrichtung mit einem Pressengestell 2 und einer Hauptantriebseinheit 3. Die Hauptantriebseinheit 3 weist einen Antriebsmotor mit einer Schwungmasse (hier nicht dargestellt) und einer zentralen Antriebswelle 4 auf, die mit einer einzelnen exzentrischen Führungseinheit 5 verbunden ist. Zwischen dem Antriebsmotor mit Schwungmasse und der Antriebswelle 4 ist eine Kupplung (hier nicht dargestellt) zum Ein- und Auskuppeln des Antriebsmotors mit Schwungmasse von der Antriebswelle 4 angeordnet.
Die exzentrische Führungseinheit 5 ist über Schubstangen (hier nicht dargestellt) mit zwei Kniehebelarmen 7, 8 eines Kniehebelgetriebes 6 verbunden. Hierfür ist jede Schubstange mit einem ersten Ende in der exzentrischen Führungseinheit 5 und mit einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende über eine Verbindungsachse 12 in einer Gleitführung 13 beweglich gelagert, die jeweils in einem ersten Hebelarm 10a, 11a angeordnet ist.
Weiter sind als Gleitführung ausgebildete Ständerführungen 9 angeordnet, in der jeweils eine der Schubstangen (hier linear) ebenfalls beweglich gelagert ist.
Jeder Kniehebelarm 7, 8 umfasst den ersten Hebelarm 10a, 10b mit der Gleitführung 13 für die Verbindungsachse 12 und einen zweiten Hebelarm 10b, 11b der über ein Drehgelenk 14 mit dem ersten Hebelarm 10a, 11a verbunden ist. An einem dem Drehgelenk 14 gegenüberliegenden Ende ist der zweite Hebelarm 10b, 11b über eine Stößelverbindung 15 mit dem Stößel 16 beweglich verbunden. Der erste Hebelarm 10a, 10b ist zudem gekröpft ausgebildet und beide Kniehebelarme 7, 8 sind über jeweils eine am ersten Hebelarm 10a, 11a angreifende zentrale Lagereinheit 18 am Pressengestell 2 gelagert.
Weiter weist die Presse 1 einen Pressentisch 17 auf. Der Stößel 16 und der Pressentisch 17 können mit einem Pressenwerkzeug (hier nicht dargestellt) verbunden sein, wobei bspw. ein Oberwerkzeug (hier nicht dargestellt) am Stößel 16 und ein Unterwerkzeug (hier nicht dargestellt) am Pressentisch 17 angeordnet sind. Das zu bearbeitende Werkstück (hier nicht dargestellt) wird zwischen dem Ober- und Unterwerkzeug angeordnet und bei der Bewegung des Stößels 16 bearbeitet. Der Stößel 16 ist zudem in einer Linearführung (hier nicht dargestellt) im Pressengestell 2 gelagert.
Die Drehgelenke 14 zwischen den ersten und zweiten Hebelarmen 10a, 10b, 11a, 11b, die Stößelverbindungen 15 und die zentrale Lagereinheit 18 sind als Gleitlager ausgeführt, um die hohen Kräfte der Antriebseinheit 4 auf den Stößel 16 übertragen zu können.
In vertikaler Richtung V (durch einen Pfeil dargestellt) unterhalb der exzentrischen Führungseinheit 5 und in Horizontalrichtung H (durch einen Pfeil dargestellt) zwischen den Kniehebelarmen 7, 8, ist ein Zwischenantrieb 19 angeordnet. Der Zwischenantrieb 19 ist als Exzenterantrieb mit einem positionsgeregelten Antriebsmotor ausgebildet. Alternativ könnte auch ein Spindelhubgetriebe mit einem positionsgeregelten Antriebsmotor als Zwischenantrieb 19 vorgesehen sein.
2 zeigt schematisch in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt des Zwischenantriebs 19 aus 1. Der Zwischenantrieb 19 weist eine Zwischenantriebswelle 20 auf, die an zwei Lagereinheiten 21 drehbar gelagert ist. Die Lagereinheiten 21 umfassen jeweils ein an der Zwischenantriebswelle 20 angeordnetes Wälzlager 21c, um eine spielfreie Lagerung und somit eine besonders präzise Bewegungsführung des Stößels 16 zu ermöglichen. Die Lagereinheiten 21 sind mit dem Pressengestell 2 verbunden.
Zwischen den Lagereinheiten 21 ist ein Zwischenantriebsgetriebe 22 angeordnet, das einen Pleuel 23 mit Schaft 23a zum Verbinden mit einem Druckpunkt 26 aufweist. Das Zwischenantriebsgetriebe 22 umfasst ein Wälzlager 25 mit einer im Wälzlager 25 angeordneten exzentrischen Aufnahmeeinheit 30. Die exzentrische Aufnahmeeinheit 30 ist mit der Zwischenantriebswelle 20 verbunden. Diese erstreckt sich hier durch die exzentrische Führungseinheit 30 bis in beide Lagereinheiten 21. Zum Antrieb der Zwischenantriebswelle 20 ist zudem ein positionsgeregelter Motor (hier nicht dargestellt), wie bspw. ein Servomotor, mit der Zwischenantriebswelle 20 verbunden.
Das Pleuel 23 ist über seinen Schaft 23a mit dem Druckpunkt 26 drehbar verbunden. Hierfür ist zwischen dem Schaft 23a und dem Druckpunkt 26 ebenfalls eine zwei Wälzlager 29 umfassende Drehlagerung 24 ausgebildet. An dem dem Schaft 23a gegenüberliegenden Ende ist der Druckpunkt 26 mit dem Stößel 16 gekoppelt.
Weiter ist eine Spannvorrichtung 32 zum Verspannen des Zwischenantriebes 19 gegen die Hauptantriebseinheit 3 angeordnet. Die Spannvorrichtung 32 ist als Keilsystem zum Bewegen des Zwischenantriebs in vertikale Richtung auf die Hauptantriebseinheit zu ausgebildet.
3 zeigt schematisch in einem Querschnitt den Ausschnitt des Zwischenantriebs aus 2.
Deutlich erkennbar sind die Lagereinheiten 21 mit Zwischenantriebswelle 20, das Zwischenantriebsgetriebe 22 mit Pleuel 23, Schaft 23a, Wälzlager 25, exzentrischer Führungseinheit 30 und dem über die Drehlagerung 24 mit dem Schaft 23 verbundenen Druckpunkt 26 mit Stößel 16.
Die Lagereinheiten 21 sind ähnlich dem Zwischenantriebsgetriebe 22 ausgebildet und weisen einen Aufnahmering 21a mit Schaft 21b und ein zur Lagerung der Zwischenantriebswelle 20 ausgebildetes Wälzlager 21c auf. Die Lagereinheiten 21 sind zudem in Vertikalrichtung V federnd gelagert. Hierfür sind die freien Enden der Schäfte 21b als Kolben 21d ausgebildet, die in einer zylindrischen Aufnahme 27 gelagert sind, wobei jeweils ein Hydraulikkissen 28 als Feder vorgesehen ist.
Zudem ist das Hydraulikkissen 28 als Schnittschlagdämpfung ausgebildet, um bspw. die beim Einkoppeln der Antriebseinheit 4 oder die beim Durchschlagen des Stößels 16 bei Schneidbewegungen auftretenden hohen Kräften aufzunehmen und abzufedern. Während bei einer hydraulischen Überlastsicherung die abspritzende Hydraulikflüssigkeit im Ruhezustand der Umformvorrichtung 1 zurück gepumpt werden muss, ist die Schnittschlagdämpfung 31 derart ausgebildet, dass die austretende Hydraulikflüssigkeit nach Entlastung automatisch und umgehend zurückgeführt wird.
Das Drehlager 24 wird über sich am unteren Ende des Schaftes 23a in Horizontalrichtung H nach außen erstreckende Drehachsenabschnitte 23b gebildet, an denen jeweils über ein Wälzlager 29 der Druckpunkt 26 drehbar gelagert ist.
Der Druckpunkt 26 ist wiederum im Stößel 16 in Vertikalrichtung V federnd gelagert und weist hierfür an seinem freien Ende eine Kolbenform 26a auf, die in einer Zylinderaufnahme 16a im Stößel 16 hydraulisch gelagert ist. Die hydraulische Lagerung erfolgt ebenfalls über ein Hydraulikkissen 31, welches jedoch als Überlastsicherung ausgebildet ist.
Im Betrieb übernimmt der Zwischenantrieb 19 die Positionierbewegung des Stößels 16. D.h., der Zwischenantrieb 19 bewegt den Stößel 16 mit dem Oberwerkzeug in eine exakt vorgegebene Position, bspw. an das zu bearbeitende Werkstück heran, welches auf dem Unterwerkzeug angeordnet ist. Zum Umformen des Werkstücks wird der Antriebsmotor mit Schwungmasse an die Antriebswelle 4 gekoppelt, so dass die Kraft des Antriebsmotors mit der Schwungmasse über die exzentrische Führungseinheit 5 und das Kniehebelgetriebe 6 zum Umformen des Werkstückes genutzt werden.
Nach dem Umformen des Werkstücks kann der Antriebsmotor ausgekoppelt werden und der Zwischenantrieb 19 hebt den Stößel 16 mit dem Oberwerkzeug mit einer Positionierbewegung in eine Öffnungsposition an. In dieser kann das Werkstück anderweitig bearbeitet werden oder es wird aus der Presse entnommen.
Nach einer Bearbeitung des Werkstückes in der Öffnungsposition kann dieses aus der Umformvorrichtung entnommen und ein neues Werkstück kann eingelegt werden.
Auch ist es bspw. möglich nach einem ersten Bearbeitungsschritt – in der durch den Zwischenantrieb hergestellten Öffnungsposition – den Stößel nochmals auf das Werkstück aufzusetzen, um bspw. eine Ausstanzung oder Verklebung am Werkstück durchzuführen. Diese zweite Positionierbewegung kann ebenfalls durch den Zwischenantrieb erzeugt werden, sofern keine hohen Arbeitskräfte notwendig sind. Zudem ermöglicht es der Zwischenantrieb bspw. auch, den Stößel auf dem Werkstück aufzusetzen und in der aufgesetzten Position zu halten, um mit einer geringen Arbeitskraft bspw. eine Verklebung am Werkstück oder mehrere Werkstücke herzustellen. Sollten für die zweite Bearbeitung des Werkstückes besonders hohe Arbeitskräfte notwendig sein, kann hierfür der Hauptantrieb eingekoppelt werden.
Aufgrund der Ausführung des Zusatzantriebes 19 als positionsgeregelter Zwischenantrieb 19 kann der Stößel 16 besonders exakt positioniert werden. Da ferner die Lagerung 21 des Zwischenantriebs 19 und des Pleuels 26 keinen hohen Umformlasten widerstehen muss und daher Wälzlager aufweisen kann, ist der Stößel 16 annähernd spielfrei bewegbar, wodurch die Präzision der Bewegung deutlich verbessert wird.
Die Verwendung eines Antriebsmotors mit Schwungmasse in der Hauptantriebseinheit zur Erzeugung der Arbeitskraft für die Umformbewegung des Stößels ermöglicht zudem einen besonders geringen Energieverbrauch der Umformvorrichtung, so dass die Umformvorrichtung besonders wirtschaftlich betrieben werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Umformvorrichtung
2: Pressengestell
3: Hauptantriebseinheit
4: Antriebswelle
5: Exzentrische Führungseinheit
6: Kniehebelgetriebe
7, 8: Kniehebelarme
9: Ständerführung
10a, 11a: Erster Hebelarm
10b, 11b: Zweiter Hebelarm
12: Verbindungsachse
13: Gleitführung
14: Drehgelenk
15: Stößelverbindung
16: Stößel
17: Pressentisch
18: zentrale Lagereinheit
19: Zwischenantrieb
20: Zwischenantriebswelle
21: Lagereinheit
21a: Aufnahmering
21b: Schaft
21c: Wälzlager
21d: Kolben
22: Zwischenantriebsgetriebe
23: Pleuel
23a: Schaft
23b: Drehachsenabschnitte
24: Drehlagerung
25: Wälzlager
26: Druckpunkt
26a: Kolbenform
27: zylindrische Aufnahme
28: Hydraulikkissen
29: Wälzlager
30: Exzentrische Führungseinheit
31: Hydraulikkissen
32: Spannvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005001878 B3 [0004]
DE 2014111683 [0034]

Claims

Umformvorrichtung mit einem Stößel (16), der in wenigstens einer vorgegebenen Richtung hin und her bewegbar ist, mindestens umfassend: – eine Hauptantriebseinheit (3) zum Antrieb des Stößels (16), die einen einkuppelbaren nicht positionsgeregelten Antriebsmotor mit einer Schwungmasse und eine Antriebswelle (4) mit einer exzentrischen Führungseinheit (5) aufweist, – ein Getriebe, das mit der exzentrischen Führungseinheit (5) und dem Stößel (16) verbunden ist, und – einen positionsgeregelten Zwischenantrieb (19) mit einer separaten Zwischenantriebswelle (20), der mit dem Stößel (16) verbunden und zum Erzeugen einer Positionierbewegung des Stößels (16) ausgebildet ist.
Umformvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe der Hauptantriebseinheit (3) als Kniehebelgetriebe (6) oder Pleuel ausgebildet ist.
Umformvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenantrieb (19) zwischen der Hauptantriebseinheit (3) und dem Stößel (16) und zwischen zwei Kniehebeln (7, 8) des Kniehebelgetriebes (6) angeordnet ist.
Umformvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenantrieb (19) einen mit der Zwischenantriebswelle (20) verbundenen positionsgeregelten Antriebsmotor und eine exzentrische Führungseinheit (30) aufweist, die über ein Zwischenantriebsgetriebe (22), insbesondere ein Kniehebelgetriebe oder einen Pleuel (23), mit dem Stößel (16) verbunden ist.
Umformvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenantrieb (19) zwei Lagereinheiten (21) zum Lagern der Zwischenantriebswelle (20) aufweist.
Umformvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager des Zwischenantriebes (19), insbesondere der Zwischenantriebswelle (20) und/oder eines Zwischengetriebes (22) wälzgelagert sind.
Umformvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinheiten (21) und/oder der Pleuel (23) im Stößel (16) federnd gelagert sind.
Umformvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Lagerung als Hydrauliklagerung, insbesondere Hydraulikkissen (28, 31) aufweisend, ausgeführt ist.
Umformvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Pleuel (23) und dem Stößel (16) eine Überlastsicherung angeordnet ist.
Umformvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannvorrichtung (32) zum Verspannen des Zwischenantriebes (19) gegen die Hauptantriebseinheit (3) angeordnet ist.
Umformvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenantrieb (19) als positionsgeregelter Spindelhubantrieb oder als servohydraulischer Antrieb ausgebildet ist.