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Die vorliegende Erfindung betrifft eine handbetätigte Presse, bei der ein Kniehebelmechanismus zum Antreiben des Pressenstößels verwendet wird. Derartige Pressen werden in der Praxis typischerweise als Kniehebelpressen bezeichnet.
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Die erfindungsgemäße Kniehebelpresse ist als handbetätigte Presse ausgeführt. Der Kniehebelmechanismus wird über ein, vorzugsweise als Betätigungshebel ausgeführtes, Betätigungsorgan von Hand angetrieben bzw. bewegt.
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Bei Kniehebelpressen wird der Pressenstößel mittels einer Kniehebelmechanik bewegt. Hierbei wird der sog. Kniehebel-Effekt ausgenutzt. Im Vergleich zu Zahnstangenpressen, bei denen der Pressenstößel über eine separate Zahnstange bzw. über eine im Pressenstößel eingebrachte Verzahnung durch eine Stirnradwelle angetrieben wird, lassen sich mit Kniehebelpressen wesentlich größere Presskräfte bei gleichem Bauraum erzeugen. Nachteilig bei Kniehebelpressen ist allerdings, dass die hohe Presskraft nur in einem sehr kleinen Hubbereich des Pressenstößels aufgebracht werden kann.
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Bedingt durch die Kniehebelmechanik erfährt der Pressenstößel eine nicht-lineare Bewegung. Mit zunehmendem Verstellwinkel des handgeführten oder motorisch angetriebenen Betätigungsorgans übt der Pressenstößel eine kleinere Wegstrecke aus. Befindet sich der Kniehebelmechanismus in der sog. „Streckstellung“, ist der Hub des Pressenstößels voll ausgefahren. Kurz vor Erreichen der Streckstellung des Kniehebelmechanismus kann, bedingt durch den Aufbau der Kniehebelmechanik, eine große Kraft auf den Pressenstößel ausgeübt werden. Insbesondere handbetätigte Kniehebelpressen eignen sich daher vorzugsweise für Pressprozesse, bei denen eine hohe Kraft auf kleiner Wegstrecke benötigt wird.
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Bei konventionellen, handbetätigten Kniehebelpressen ist das Betätigungsorgan, also bspw. der Handhebel, direkt an dem Kniehebelmechanismus angebaut. Der Kniehebelmechanismus weist dazu meist zwei Gelenkhebel auf, über die der Handhebel mit dem Pressenstößel verbunden ist. Die beiden Gelenkhebel sind über eine Gelenkwelle drehbar miteinander verbunden. Der Handhebel ist typischerweise im Drehpunkt der beiden Gelenkhebel an der Gelenkwelle angebracht.
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Bei Betätigung des Handhebels erfährt dieser eine Bewegung, welche sowohl durch den Drehpunkt der beiden Gelenkhebel als auch durch den Drehpunkt des einen Gelenkhebels, der an dem Pressengehäuse bzw. Schiebergehäuse der Presse drehbar gelagert ist, bestimmt ist. Bei der Bewegung des Handhebels handelt es sich somit nicht um eine rein rotative Bewegung um einen Drehpunkt, sondern um eine entsprechend komplexere Bewegung. Dies führt zu der bereits erwähnten nicht-linearen Bewegung des Pressenstößels, der in der Presse typischerweise entlang seiner Längsachse oder parallel dazu längs geführt ist.
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Aufgrund der beschriebenen, nicht-linearen Bewegung des Pressenstößels, welche durch die Kniehebelmechanik bedingt ist, lässt sich die sehr hohe Presskraft nur im Endbereich des Stößelhubes erzeugen, nicht jedoch über den gesamten Stößelhub. Ein weiterer Nachteil konventioneller Kniehebelpressen besteht darin, dass die oben beschriebene, relativ komplexe Bewegung des Handhebels für einen Benutzer nicht allzu ergonomisch ist.
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Aus der
DE 547 236 A ist eine elektrisch angetriebene Schmiedepresse bekannt, bei der ein Elektromotor als Antrieb des Pressstempels dient. Der Elektromotor ist über ein Getriebe mit einer Exzenterscheibe gekoppelt, welche über einen Kniehebel den Pressstempel antreibt. Weitere Pressen oder Pressvorrichtungen ähnlicher Art sind aus der
DE 41 11 404 A1 , der
US 4,956,992 A , der
JP S56-60595 U , der
DE 28 19 729 A1 , der
DE 450 508 A sowie aus der
DD 217 176 A1 bekannt.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Presse bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile überwindet. Hierbei ist es insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die beschriebenen Vorzüge einer Kniehebelpresse, große Kräfte erzeugen zu können, beizubehalten, gleichzeitig jedoch über einen wesentlich größeren Hubbereich des Pressenstößels zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine handbetätigte Presse gemäß Anspruch 1, mit:
- - einem Gehäuse;
- - einer um eine Antriebsachse drehbar gelagerten Antriebswelle, auf der ein Nocken angeordnet ist;
- - einem Betätigungsorgan, das drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist;
- - einem Pressenstößel, der parallel zu seiner Längsachse beweglich ist;
- - einem Kniehebelmechanismus, der mit dem Pressenstößel gekoppelt ist; und
- - einem Federelement, das den Kniehebelmechanismus gegen den Nocken drückt;
wobei der Kniehebelmechanismus einen ersten Gelenkhebel, der über eine erste Welle derart mit dem Gehäuse gekoppelt ist, dass der erste Gelenkhebel relativ zu dem Gehäuse drehbar ist, sowie einen zweiten Gelenkhebel, der mit dem Pressenstößel gekoppelt ist, aufweist, wobei der erste Gelenkhebel und der zweite Gelenkhebel über eine zweite Welle, die relativ zu dem Gehäuse beweglich ist, miteinander gekoppelt sind,
wobei der Nocken mit dem Kniehebelmechanismus derart gekoppelt ist, dass eine Drehung der Antriebswelle samt des Nockens um die Antriebsachse eine Bewegung des Kniehebelmechanismus und damit eine Bewegung des Pressenstößels entlang seiner Längsachse bewirkt,
wobei der Nocken eine Wirkfläche aufweist, die mit dem Kniehebelmechanismus zusammenwirkt, wobei ein als Wirkradius bezeichneter Abstand zwischen der Antriebsachse und der Wirkfläche zumindest in einem Abschnitt der Wirkfläche in Abhängigkeit eines um die Antriebsachse herum gemessenen Drehwinkels variiert, und
wobei das Federelement als Torsionsfeder oder Spiralfeder ausgestaltet ist, die dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment auf die erste Welle zu erzeugen.
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Anders als bei konventionellen Kniehebelpressen ist die Antriebswelle der Presse erfindungsgemäß nicht unmittelbar mit dem Kniehebelmechanismus verbunden, sondern separat zu dem Kniehebelmechanismus ausgestaltet. Auf der Antriebswelle ist ein Nocken angeordnet, der vorzugsweise drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist und sich bei Drehung der Antriebswelle mit dieser mitdreht.
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Die Antriebswelle ist über den Nocken mit dem Kniehebelmechanismus gekoppelt. Bei dieser Kopplung handelt es sich vorzugsweise um eine reine Bewegungskopplung. Der Nocken liegt an einem Teil des Kniehebelmechanismus an bzw. drückt auf diesen Teil des Kniehebelmechanismus und verursacht dadurch während seiner Bewegung eine Bewegung des Kniehebelmechanismus, der seinerseits den Pressenstößel antreibt. Die Drehung der Antriebswelle samt des darauf angeordneten Nockens bewirkt somit also eine Bewegung des Kniehebelmechanismus und damit eine Bewegung des Pressenstößels entlang seiner Längsachse.
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Unter einem „Nocken“ wird erfindungsgemäß ein Vorsprung an der Antriebswelle verstanden, der bspw. scheiben- oder plattenförmig ausgestaltet sein kann. Der Nocken ist mit der Antriebswelle vorzugsweise fix verbunden oder mit dieser integral ausgeführt und steht mit seinem Außenumfang zumindest teilweise über den Außenumfang der Antriebswelle radial ab. Die Außenkontur des Nockens kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. Sie kann zumindest teilweise zylindrisch, spiralförmig oder als komplexe Freiform ausgestaltet sein. Die Ausgestaltung der Außenkontur des Nockens ist abhängig von dem gewünschten zu erzielenden Kraft- bzw. Wegverlauf des Pressenstößels.
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An seiner Außenkontur weist der Nocken eine Wirkfläche auf, die mit dem Kniehebelmechanismus zusammenwirkt. Die Form dieser Wirkfläche bestimmt den Bewegungsverlauf des Kniehebelmechanismus und damit den Kraft- bzw. Wegverlauf des mit dem Kniehebelmechanismus gekoppelten Pressenstößels.
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Als „Wirkradius“ wird vorliegend der Abstand zwischen der Antriebsachse der Antriebswelle und der Wirkfläche des Nockens bezeichnet. Bedingt durch die Form des Nockens variiert dieser Wirkradius zumindest in einem Abschnitt der Wirkfläche in Abhängigkeit eines um die Antriebsachse herum gemessenen Drehwinkels. Aufgrund dieses variierenden Abstandes variiert der Abstand des mit dem Nocken gekoppelten bzw. an dem Nocken anliegenden Kniehebelmechanismus zu der Antriebsachse der Antriebswelle, auf der der Nocken angebracht ist.
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Dies kann bspw. dadurch erreicht werden, dass der Nocken exzentrisch auf der Antriebswelle gelagert ist und/oder eine die Wirkfläche bestimmende Außenkontur aufweist, die von einer reinen Zylinderform abweicht. Es versteht sich, dass im Falle einer Ausgestaltung der Wirkfläche als Zylindermantelfläche die beschriebenen Eigenschaften lediglich durch eine exzentrische Lagerung des Nockens auf der Antriebswelle erreichbar sind.
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Ein wesentlicher Vorteil durch die Verwendung des Nockens auf der separat zu dem Kniehebelmechanismus angeordneten Antriebswelle besteht darin, dass sich mit Hilfe des Nockens die nicht-lineare Bewegung des Kniehebelmechanismus ausgleichen und damit eine kontinuierlichere und verbesserte Bewegung des Pressenstößels erzeugen lässt.
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Durch den Einsatz des Nockens in Verbindung mit dem Kniehebelmechanismus, der ansonsten konventionelle ausgestaltet sein kann, lässt sich die Kraft-Weg-Kennlinie des Pressenstößels signifikant verändern. Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass der Stößelhub bei der erfindungsgemäßen Presse im Vergleich zu einer konventionellen Kniehebelpresse nur halb so groß ist. Ein wesentlicher Unterschied ergibt sich jedoch bei der Kraftentwicklung. Diese ist bei der erfindungsgemäßen Presse um ein Vielfaches höher als bei einer konventionellen Kniehebelpresse.
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Im Vergleich zu einer konventionellen Kniehebelpresse findet bei der erfindungsgemäßen Presse bei gleichem Drehwinkel der Antriebswelle bzw. des daran montierten Betätigungsorgans eine geringere Hubänderung statt. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass sich die über den Pressenstößel übertragbare Kraft erheblich erhöht. Der vergrößerte Drehwinkel sowie der reduzierte Stößelhub, die durch das Vorsehen des Nockens erzeugt werden, entsprechen somit einer mechanischen Untersetzung.
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Somit lassen sich mit der erfindungsgemäßen Presse bei gleichem Kraftaufwand für den Benutzer oder die motorische Antriebseinheit wesentlich größere Kräfte als mit einer konventionellen Kniehebelpresse erzeugen. Umgekehrt ist es mit der erfindungsgemäßen Presse auch möglich, die gleichen Presskräfte bei erheblich reduziertem Kraftaufwand für den Benutzer der Presse bzw. der für den Antrieb der Presse verwendeten Antriebseinheit zu erzeugen.
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Durch die beschriebene, vorteilhafte Charakteristik, welche durch den Nocken erreicht wird, lässt sich darüber hinaus die durch den Pressenstößel erzeugte Presskraft (insbesondere aufgrund des vergrößerten Drehwinkelbereichs) sehr feinfühlig dosieren. Die erfindungsgemäße Presse eignet sich daher hervorragend für Pressprozesse, bei denen von Beginn an bis zum Ende des Pressvorgangs eine hohe Presskraft benötigt wird und diese sehr exakt definiert sein muss.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Presse resultiert aus der Tatsache, dass die Antriebswelle separat zu dem Kniehebelmechanismus ausgestaltet ist und nicht unmittelbar mit diesem verbunden ist. Anders als bei konventionellen Kniehebelpressen führt das Betätigungsorgan (bspw. der Handhebel) während seiner Betätigung damit eine rein rotatorische Bewegung und nicht, wie eingangs beschrieben, eine komplexe bzw. eine aus mehreren Bewegungen zusammengesetzte Bewegung aus. Im Falle der Ausbildung der erfindungsgemäßen Presse als handbetätigte Presse wird die Ergonomie für den Benutzer der Presse dadurch erheblich verbessert.
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Erfindungsgemäß weist der Kniehebelmechanismus einen ersten Gelenkhebel auf, der über eine erste Welle derart mit einem Gehäuse der Presse gekoppelt ist, dass der erste Gelenkhebel relativ zu dem Gehäuse drehbar ist, sowie einen zweiten Gelenkhebel auf, der mit dem Pressenstößel gekoppelt ist, wobei der erste Gelenkhebel und der zweite Gelenkhebel über eine zweite Welle, die relativ zu dem Gehäuse beweglich ist, miteinander gekoppelt sind.
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Das Gehäuse, mit dem die erste Welle gekoppelt ist, ist vorzugsweise als Schiebergehäuse der Presse ausgestaltet. In diesem Schiebergehäuse ist der Pressenstößel längs, parallel zu seiner Längsachse, geführt. Die erste Welle ist in dem Schiebergehäuse vorzugsweise drehbar gelagert. Gegenüber dem Schiebergehäuse ist die erste Welle jedoch nicht translatorisch bewegbar. Bei der ersten Welle handelt es sich also um eine „unbewegte“ (lediglich drehbare) Welle.
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Die zweite Welle, die die beiden Gelenkhebel miteinander verbindet, ist hingegen gegenüber dem Schiebergehäuse translatorisch beweglich. Diese zweite Welle bewegt sich mit dem Kniehebelmechanismus während der Hubbewegung des Pressenstößels mit.
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Der Kniehebelmechanismus kann ansonsten in herkömmlicher Weise ausgestaltet sein, sowie es aus Kniehebelpressen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, typischerweise der Fall ist. Der Unterschied zu dem bereits aus dem Stand der Technik bekannten, herkömmlichen Kniehebelpressen besteht, wie bereits erwähnt, jedoch darin, dass die Antriebswelle, an der ein handbetätigtes Betätigungsorgan oder eine motorische Antriebseinheit angreift, separat zu dem Kniehebelmechanismus ausgestaltet ist.
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Erfindungsgemäß weist die Presse ferner ein Federelement auf, das den Kniehebelmechanismus gegen den Nocken drückt.
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Dieses Federelement sorgt für den notwendigen Anpressdruck zwischen dem Nocken und dem Kniehebelmechanismus. Das Federelement hat ferner den Zweck, dass dieses entgegen der Betätigungsrichtung des Pressenstößels wirkt und damit den Kniehebelmechanismus samt des daran gekoppelten Pressenstößels in seine Ausgangsstellung zurückbringt. Das Federelement wirkt also als Rückholmechanismus.
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Bei dem Federelement handelt es sich um eine Torsionsfeder oder um eine Spiralfeder, die dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment auf die erste Welle zu erzeugen.
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Die Torsions- bzw. Spiralfeder ist vorzugsweise zwischen dem Schiebergehäuse und der ersten Welle angebracht. Besonders bevorzugt weist das Federelement eine Spiralfeder auf, die als spiralförmig aufgewickelte Blattfeder ausgestaltet ist. Im Vergleich zu einer Torsionsfeder nimmt eine solche Spiralfeder einen wesentlich geringeren Platz ein, so dass sie sehr platzsparend an der Presse montierbar ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Schraubenfedern, welche in derartigen Pressen typischerweise als Rückholmechanismus verwendet werden, wird durch das Anbringen der Torsions- bzw. Spiralfeder unmittelbar an der ersten Welle und damit in einem Bereich, der durch einen Bediener der Presse nicht von Hand zugänglich ist, das Verletzungs- und Gefahrenpotential für den Bediener auf ein Minimum reduziert.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung steigt der Wirkradius zumindest in einem ersten Abschnitt der Wirkfläche in Abhängigkeit des Drehwinkels stetig an.
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Hierdurch bedingt wird eine kontinuierliche und stetige Bewegung des Kniehebelmechanismus und damit eine stetige und kontinuierliche Hubbewegung des Pressenstößels bewirkt, wenn die Antriebswelle und damit auch der Nocken um die Antriebsachse gedreht werden.
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Die Einschränkung des stetigen Anstiegs des Wirkradius auf den ersten Abschnitt der Wirkfläche ist nicht zwangsweise erforderlich. Grundsätzlich kann der Wirkradius in Abhängigkeit des Drehwinkels auch auf der gesamten Wirkfläche stetig ansteigen. Es ist jedoch auch möglich, dass der Wirkradius in einem zweiten Abschnitt der Wirkfläche nicht mehr stetig ansteigt, sondern bspw. konstant bleibt. Dies hätte zur Folge, dass der Kniehebelmechanismus und damit auch der Pressenstößel sich ab einem vordefinierten Drehwinkel der Antriebswelle nicht mehr weiterbewegt. Hierdurch ließen sich bspw. unerwünschte Überlasten, die am Pressenstößel auftreten, vermeiden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass der Wirkradius in dem ersten Abschnitt der Wirkfläche in Abhängigkeit des Drehwinkels linear ansteigt.
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Ein solcher linearer Anstieg des Wirkradius tritt bspw. dann auf, wenn die Wirkfläche des Nockens, im Querschnitt des Nockens betrachtet, im Wesentlichen spiralförmig bzw. einen Abschnitt einer archimedischen Spirale bildet.
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Eine solche Form des Nockens eignet sich besonders gut, um die nicht-lineare Bewegung des Kniehebelmechanismus auszugleichen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Nocken im Wesentlichen scheiben- oder plattenförmig ausgestaltet.
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Ein solcher scheiben- oder plattenförmiger Nocken lässt sich sehr einfach herstellen und auf der Antriebswelle montieren oder integral mit dieser ausbilden. Zudem ist eine scheiben- oder plattenförmige Ausbildung des Nockens sehr platzsparend, so dass sich der gesamte Bauraum der Antriebseinheit der Presse im Vergleich zu einer konventionellen Kniehebelpresse nicht vergrößert oder sogar verkleinern lässt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Nocken exzentrisch auf der Antriebswelle angeordnet.
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Dies ist, wie bereits beschrieben, insbesondere dann notwendig, wenn der Nocken eine zylindrische Außenkontur hat, also wenn die Wirkfläche als zylindrische Mantelfläche ausgebildet ist. Eine solche exzentrische Anordnung des Nockens auf der Antriebswelle ist jedoch auch bei anderen Formausgestaltungen des Nockens von Vorteil, bspw. wenn die Außenkontur des Nockens im Querschnitt betrachtet zumindest abschnittsweise spiralförmig ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Antriebswelle, die erste Welle und die zweite Welle jeweils voneinander beabstandet und parallel zueinander ausgerichtet.
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Die Ausrichtung der drei genannten Wellen ist vorzugsweise orthogonal zu der Längsachse bzw. der Führungsachse des Pressenstößels.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der erste Gelenkhebel zwei erste Hebelelemente auf, die parallel zueinander angeordnet sind und jeweils einerseits mit der ersten Welle und andererseits mit der zweiten Welle gekoppelt. Gemäß dieser Ausgestaltung weist vorzugsweise auch der zweite Gelenkhebel zwei zweite Hebelelemente auf, die parallel zueinander angeordnet sind und jeweils einerseits mit der zweiten Welle und andererseits mit dem Pressenstößel gekoppelt sind.
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Die beiden Gelenkhebel weisen gemäß dieser Ausgestaltung also jeweils zwei Hebelelemente auf, die zu deren besserer Differenzierung vorliegend als erste bzw. zweite Hebelelemente bezeichnet werden.
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Die beiden ersten Hebelelemente sind vorzugsweise identisch zueinander ausgestaltet. Ebenso sind die beiden zweiten Hebelelemente vorzugsweise identisch zueinander ausgestaltet. Die Hebellängen der beiden ersten Hebelelemente können sich von den Hebellängen der zweiten Hebelelemente jedoch unterscheiden. Grundsätzlich ist jedoch es auch möglich, dass die Hebellängen der ersten Hebelelemente den Hebellängen der zweiten Hebelelemente gleichen.
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Die Verwendung zweier Hebelelemente für jeden der beiden Gelenkhebel der Kniehebelmechanismus hat insbesondere den Vorteil, dass hierdurch die Steifigkeit des Kniehebelmechanismus und damit die Steifigkeit des Gesamtsystems der Presse um ein Vielfaches erhöht wird. Dies ermöglicht auch eine Erhöhung der Maximalkraft, welche mit Hilfe des Kniehebelmechanismus auf den Pressenstößel übertragbar ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung übt der Nocken mit seiner Wirkfläche auf die zweite Welle unmittelbar oder mittelbar unter Zwischenlage einer drehbar auf der zweiten Welle gelagerten Rolle eine Kraft aus.
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Vorzugsweise liegt der Nocken lösbar an der zweiten Welle oder der darauf gelagerten Rolle an. Vorzugsweise kommt es dabei zwischen den genannten Bauteilen (zwischen der Nocke und der zweiten Welle oder zwischen der Nocke und der Rolle) zu einer Linienberührung. Zwischen dem Nocken und der zweiten Welle bzw. der darauf montierten Rolle besteht vorzugsweise lediglich ein Kraftschluss.
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Die Verwendung einer drehbar auf der zweiten Welle gelagerten Rolle hat den Vorteil, dass diese ein einfaches Abrollen des Nockens ermöglicht. Hierdurch wird die an der Wirkfläche des Nockens entstehende Reibung minimiert. Die Rolle kann bspw. mit Hilfe eines Wälzlagers oder eines Gleitlagers auf der zweiten Welle gelagert sein. Grundsätzlich wäre es durch entsprechende Schmierung jedoch auch möglich, dass der Nocken bzw. dessen Wirkfläche unmittelbar an der zweiten Welle anliegt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Kniehebelmechanismus derart montiert, dass ein Abstand zwischen der Antriebswelle und der zweiten Welle zumindest während eines Großteils der Hubbewegung des Pressenstößels kleiner ist als ein Abstand zwischen der Antriebswelle und der ersten Welle.
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Die beiden Gelenkhebel des Kniehebelmechanismus weisen also mit anderen Worten vorzugsweise auf die Antriebswelle bzw. den darauf montierten Nocken zu. Die zweite Welle des Kniehebelmechanismus hat dabei zumindest während eines Großteils der Hubbewegung des Pressenstößels im Vergleich zu den übrigen Wellen des Kniehebelmechanismus den kürzesten Abstand zu dem Nocken.
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Da die Antriebswelle samt des Nockens vorzugsweise innerhalb des Schiebergehäuses montiert ist, hat dies zur Folge, dass sich auch die zweite Welle des Kniehebelmechanismus während der gesamten Hubbewegung des Pressenstößels innerhalb des Schiebergehäuses bewegt. Dies hat den Vorteil, dass sich der Kniehebelmechanismus samt seiner Bauteile während der gesamten Hubbewegung des Pressenstößels vorzugsweise vollständig innerhalb des Schiebergehäuses der Presse bewegen. Im Vergleich zu herkömmlichen Kniehebelpressen, bei denen Teile des Kniehebelmechanismus, bspw. insbesondere die zweite Welle, von dem Schiebergehäuse hervorstehen bzw. aus diesem heraustreten, hat dies den Vorteil, dass durch die vollständige Integration des Kniehebelmechanismus in das Schiebergehäuse eine Verletzungsgefahr bis auf ein Minimum reduziert ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist an der Presse ein erster Anschlag angeordnet, mit dem der Nocken in einer ersten Pressenstellung, in der sich der Pressenstößel in einer eingefahren Stellung befindet, physisch in Kontakt kommt. Ferner ist an der Presse vorzugsweise auch ein zweiter Anschlag angeordnet, mit dem der Kniehebelmechanismus in einer zweiten Pressenstellung, in der sich der Pressenstößel in einer ausgefahrenen Stellung befindet, physisch in Kontakt kommt.
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Der zweite Anschlag wird durch den Kniehebelmechanismus also in seiner Streckstellung, in der der Pressenstößel vollständig ausgefahren ist, kontaktiert. Der erste Anschlag wird hingegen von der Nocke in der Ausgangsstellung der Presse bzw. des Pressenstößels kontaktiert. Somit sind beide Stellungen der Presse eindeutig definiert.
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Zur Einstellung der beiden genannten Endstellungen lässt sich die Position des ersten und/oder des zweiten Anschlags vorzugsweise verstellen. Der erste und/oder der zweite Anschlag kann dabei jeweils bspw. als Gewindestift ausgestaltet sein, der durch eine Kontermutter gesichert ist.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Presse gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine Seitenansicht der in 1 gezeigten Presse;
- 3 eine Detailansicht der in 1 gezeigte Presse;
- 4a-4c mehrere Längsschnittansichten der in 1 gezeigten Presse, die dazu dienen, den Bewegungsablauf eines Nockens und eines damit gekoppelten Kniehebelmechanismus zu veranschaulichen;
- 5 eine Draufsicht einer Spiralfeder gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 6 eine perspektivische Ansicht eines Federelements gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 7 das in 6 gezeigte Federgehäuse samt der in 5 gezeigten Spiralfeder in eine Explosionsdarstellung;
- 8 ein Ausführungsbeispiel einer in der erfindungsgemäßen Presse verwendbaren Welle in einer Draufsicht;
- 9 eine Schnittansicht der in 8 gezeigten Welle;
- 10 ein Kraft-Weg-Diagramm in dem die Kraft-Weg-Kennlinie der erfindungsgemäßen Presse einer konventionellen Kniehebelpresse gegenübergestellt ist; und
- 11 ein Diagramm in dem die Veränderung eines Stößelhubs in Abhängigkeit eines Drehwinkels eines Handhebels dargestellt ist, wobei auch hier die Charakteristik der erfindungsgemäßen Presse der Charakteristik einer konventionellen Kniehebelpresse gegenübergestellt ist.
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Die 1 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Presse gemäß der vorliegenden Erfindung, In diesem Ausführungsbeispiel ist die Presse als handbetätigte Presse ausgestaltet. Die Presse ist darin gesamthaft mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
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Die Presse 10 weist ein Basisteil 12 auf, welches typischerweise als Pressenständer bezeichnet wird. Der Pressenständer 12 bildet die Grundstruktur der Presse 10 und dient im Wesentlichen als Träger für die übrigen Bauteile der Presse 10. Der Pressenständer 12 wird üblicherweise auf einem Untergrund, bspw. einer Werkbank, abgestellt.
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Am Pressenständer 12 ist ein sog. Schieber 14 montiert, der in dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel entlang der Höhenrichtung, welche mit dem Doppelpfeil 16 angedeutet ist, am Pressenständer 12 verstellbar angeordnet ist. Durch diese Verstellbarkeit lässt sich der Schieber 14 je nach Werkstückgröße und gewünschtem Hub entlang der Höhenrichtung 16 einstellen.
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Seitlich am Schieber ist ein Betätigungsorgan 18 angebracht, welches in dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel als länglicher Betätigungshebel 20 ausgestaltet ist. Dieses Betätigungsorgan 18 dient der Betätigung der Presse 10 von Hand. Anstelle eines Betätigungshebels 20 kann grundsätzlich auch ein Rad oder ein anderweitiger Griff verwendet werden, um die Presse 10 von Hand zu betätigen. Ebenso ist es durch einfache Modifikation möglich, anstelle eines handbetätigten Betätigungsorgans 18 an dieser Stelle eine motorische Antriebseinheit anzubringen, die die Presse 10 motorisch, dann also nicht mehr von Hand, antreibt.
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Im Gehäuse des Schiebers 14, welches als Schiebergehäuse 22 bezeichnet wird, ist ein Pressenstößel 24 längsgeführt. Des Weiteren ist in dem Schiebergehäuse 22 ein Kniehebelmechanismus 26 angeordnet, über den der Pressenstößel 24 angetrieben wird. Dieser Kniehebelmechanismus 26 koppelt den Pressenstößel 24 zum einen mit dem Schiebergehäuse 22 und zum anderen mit dem Betätigungsorgan 18 bzw. dem Handhebel 20 (davor Betätigungshebel 20).
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Der Kniehebelmechanismus 26 weist einen ersten Gelenkhebel 28 sowie einen damit gelenkig verbundenen zweiten Gelenkhebel 30 auf (siehe 4a-4c). Der erste Gelenkhebel 28 ist über eine erste Welle 32 drehbar in dem Schiebergehäuse 22 gelagert. Hierzu ist die erste Welle 32 im Schiebergehäuse 22 vorzugsweise drehbar gelagert und der erste Gelenkhebel 28 mit der ersten Welle 32 drehfest verbunden.
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Im Bereich seines anderen, gegenüberliegenden Endes ist der erste Gelenkhebel 28 über eine zweite Welle 34 drehbar mit dem zweiten Gelenkhebel 30 verbunden. Die zweite Welle 34 bildet den Drehpunkt, um den die beiden Gelenkhebel 28, 30 während der Bewegung des Kniehebelmechanismus 26 relativ zueinander verschwenkt werden. Aufgrund der Lagerung der ersten Welle 32 an dem Schiebergehäuse 22 rotiert der erste Gelenkhebel 28 während dieser Bewegung um die Achse der ersten Welle 32.
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Der zweite Gelenkhebel 30 ist im Bereich seines unteren Endes über eine dritte Welle 36 oder ein entsprechendes Gelenk mit dem Pressenstößel 24 verbunden. Da die zweite Welle 34 und die dritte Welle 36, anders als die erste Welle 32, nicht mit dem Schiebergehäuse 22 gelagert sind, bewegen sich diese beiden Wellen 34, 36 während der Hubbewegung des Pressenstößels 24 mit diesem mit. Der zweite Gelenkhebel 30 erfährt während dieser Bewegung somit, anders als der erste Gelenkhebel 28, nicht nur eine rotatorische Bewegung, sondern eine aus der rotatorischen Bewegung des ersten Gelenkhebels 28 und der translatorischen Bewegung des Pressenstößels 24 zusammengesetzte, komplexe Bewegung.
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Anders als bei konventionellen Kniehebelpressen ist das Betätigungsorgan 18 bei der erfindungsgemäßen Presse 10 nicht unmittelbar mit der zweiten Welle 34 des Kniehebelmechanismus 26 verbunden, sondern mit einer separat dazu ausgestalteten Antriebswelle 38. Diese Antriebswelle 38 ist im Schiebergehäuse 22 drehbar gelagert. Außerhalb des Schiebergehäuses 22 ist das Betätigungsorgan 18 bzw. der Handhebel 20 drehfest auf der Antriebswelle 38 montiert. Die Antriebswelle 38 dreht sich demnach mit dem Betätigungsorgan 18 bzw. dem Handhebel 20 mit. Die Antriebswelle 38 dient somit als Krafteinleitungspunkt für den Handhebel 20.
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Auf der Antriebswelle 38 ist ein Nocken 40 angeordnet, der fest mit der Antriebswelle 38 verbunden ist oder integral mit dieser ausgestaltet ist. Der Nocken 40 ist exzentrisch auf der Antriebswelle 38 angeordnet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Nocken 40 um ein platten- oder scheibenförmiges Element, das sich auch als Kurvenscheibe, Exzenterscheibe oder Nockenscheibe beschreiben lässt.
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Der Nocken 40 ist mit dem Kniehebelmechanismus 26 derart gekoppelt, dass eine Drehung der Antriebswelle 38 samt des Nockens 40 um die Antriebsachse 42 eine Bewegung des Kniehebelmechanismus 26 und damit eine Bewegung des Pressenstößels 24 entlang seiner Längsachse 44 bewirkt. Mit zunehmendem Drehwinkel des Handhebels 20 bzw. der Antriebswelle 38 wird, bedingt durch die Außenkontur des Nockens 40 der Kniehebelmechanismus 26 in Richtung seiner Strecklage gedrückt, in der sich der Pressenstößel 24 in seiner in 4c gezeigten, unteren Stellung befindet, in der er aus dem Schiebergehäuse 22 vollständig ausgefahren ist.
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Der Nocken 40 rollt während einer Betätigung des Handhebels 20, also während einer Drehung der Antriebswelle 38, auf einer Rolle 46 ab, die drehbar auf der zweiten Welle 34 gelagert ist. Dabei kontaktiert der Nocken 40 die Rolle 46 vorzugsweise linienförmig. Der Nocken 40 ist jedoch nicht fest, sondern rein kraftschlüssig mit dem Kniehebelmechanismus 26 verbunden.
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Die Außenkontor bzw. Mantelfläche des Nockens 40, die nachfolgend als Wirkfläche 48 bezeichnet wird, ist derart ausgebildet, dass der Nocken 40 durch seine Rotationsbewegung der nicht-linearen Bewegung des Kniehebelmechanismus 26 entgegenwirkt. Hierzu variiert ein als Wirkradius r bezeichneter Abstand zwischen der Antriebsachse 42 und der Wirkfläche 48 zumindest in einem Abschnitt der Wirkfläche 48 in Abhängigkeit eines um die Antriebswelle 38 herum gemessenen Drehwinkels φ (siehe 4c). Die Zunahme des Wirkradius r mit zunehmendem Drehwinkel φ ist in 4c mittels zweier beispielhaft eingezeichneter Wirkradien r1 und r2 angedeutet. Vorzugsweise nimmt dieser Wirkradius r entlang der Wirkfläche 48 mit zunehmendem Drehwinkel φ stetig zu. Besonders bevorzugt besteht eine lineare Abhängigkeit zwischen der Zunahme des Wirkradius r und dem Drehwinkel φ. Hierdurch entsteht eine Außenkontur des Nockens 40, welche im Querschnitt des Nockens betrachtet einer archimedischen Spirale entspricht oder dieser zumindest angenähert ist.
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Es sei jedoch erwähnt, dass ein spiralförmiges Aufweiten des Nockens 40 entlang seiner Außenkontur nicht zwangsweise erforderlich ist. Der Nocken 40 kann grundsätzlich auch zylindrisch ausgestaltet sein, sofern dieser dann exzentrisch auf der Antriebswelle 38 angeordnet ist. Weitere, beliebig komplexe Formen des Nockens 40 sind denkbar. Wie bspw. aus 4 ersichtlich ist, weitet sich der Nocken 40 lediglich in einem ersten Abschnitt 50 der Wirkfläche 48 mit zunehmendem Drehwinkel φ spiralförmig auf, wohingegen in einem zweiten Abschnitt 52 der Wirkfläche 48 die Zunahme des Wirkradius r mit zunehmendem Drehwinkel φ wesentlich geringer oder sogar konstant ist. Somit lässt sich durch die Außenkontur des Nockens bzw. durch die Form der Wirkfläche 48 ein beliebiger Bewegungsablauf des Kniehebelmechanismus 26 und damit eine beliebige Hubbewegung des Pressenstößels 24 erzeugen.
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In dem in 4a-4c gezeigten Ausführungsbeispiel kontaktiert der Nocken 40 die Rolle 46 in der Ausgangslage (obere Position) des Pressenstößels 24 mit einem relativ kleinen Wirkradius r1 (siehe 4a). Durch Betätigen des Handhebels 20, also durch Drehen der Antriebswelle 38, wird der Kniehebelmechanismus 26 somit anfangs nur geringfügig ausgelenkt. Bei einem konventionellen Kniehebelmechanismus wäre die Auslenkung bei gleichem Drehwinkel φ der Antriebswelle 38 in dieser Situation wesentlich größer.
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Wird die Antriebswelle 38 durch den Handhebel 20 im Gegenuhrzeigersinn (in Richtung φ) weitergedreht, vergrößert sich der Wirkradius r2 des Nockens 40 (siehe 4b).
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Nahe der Strecklage des Kniehebelmechanismus 26 ist der Wirkradius r3 des Nockens 40 am größten. Durch die räumliche Anordnung der Antriebswelle 38 in Bezug zu der Rolle 46 bewirkt eine weitere Drehung der Antriebswelle 38 und somit des Nockens 40 nur eine geringe Auslenkung des Kniehebelmechanismus 26.
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Generell lässt sich feststellen, dass durch den Einsatz des Nockens 40 in Verbindung mit einem konventionellen Kniehebelmechanismus 26 die Kraft-Weg-Kennlinie signifikant verändert werden kann. Wird bei einer konventionellen Kniehebelpresse bei kleiner Winkeländerung des Handhebels eine große Hubänderung des Pressenstößels erzeugt, ist die Kraft am Pressenstößel verhältnismäßig klein. Durch den Einsatz des Nockens 40 kann die Winkeländerung am Handhebel 20 bei gleicher Hubänderung des Pressenstößels 24 erheblich vergrößert werden. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass sich die Kraft erheblich erhöht.
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In einem von der Anmelderin durchgeführten, empirischen Versuch wurden die Presskräfte einer konventionellen Kniehebelpresse im Vergleich zu den Presskräften der erfindungsgemäßen Presse mit Nocken 40 ermittelt. Die Ergebnisse dieses empirischen Versuchs sind in 10 in einem Kraft-Weg-Diagramm dargestellt, wobei die mit der Kennziffer 1 gekennzeichnete Kennlinie die Kraft-Weg-Kennlinie der erfindungsgemäßen Presse 10 zeigt und die mit der Kennziffer 2 gekennzeichnete Kraft-Weg-Kennlinie die Kennlinie einer konventionelle Kniehebelpresse zeigt. Bei diesem empirischen Versuch wurde bei beiden Pressen ein konstantes Drehmoment von 50 Nm auf die mit dem Handhebel 20 verbundene Welle (Antriebswelle 38 im Falle der erfindungsgemäßen Presse 10) aufgebracht. Bei beiden Pressen wurde die Kinematik des Kniehebelmechanismus mit gleichen Längenverhältnissen ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Lagerpunkte der Gelenkhebel des Kniehebelmechanismus (Kniehebelmechanismus 26 im Falle der erfindungsgemäßen Presse 10) mit der gleichen Länge ausgeführt wurden.
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Wie aus 10 ersichtlich ist, ist für die Kraft-Weg-Kennlinie 1 der erfindungsgemäßen Presse 10, dass der Stößelhub nur halb so groß ist im Vergleich zu der konventionellen Kniehebelpresse (vgl. Kennlinie 2). Ein wesentlicher Unterschied ergibt sich jedoch bei der Kraftentwicklung. Bei der Presse mit konventioneller Kniehebelmechanik (siehe Kennlinie 2) wird von Beginn an eine Presskraft von ca. 1,1 kN über einen Stößelhub von 30 mm erzeugt. Im Hubbereich von 30 mm bis 42 mm steigt die Presskraft auf 2 kN an. Im Bereich des Stößelhubes von 42 mm bis 45 mm steigt die Presskraft steil auf den Endwert von 12 kN an. Bei 45 mm Stößelhub ist die Strecklage des Kniehebels erreicht.
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Bei der erfindungsgemäßen Presse 10 hingegen wird zu Beginn eine Presskraft von 5 kN erzeugt. Diese fällt zwar im Bereich von 8 mm bis 17 mm Stößelhub auf das Niveau von 3,8 kN ab, jedoch verfügt sie genau in diesem Bereich aber über eine Presskraft, die um Faktor 3,42 höher ist als eine konventionelle Kniehebelpresse. Im Bereich von 17 mm bis 22 mm Stößelhub erhöht sich die Presskraft bis auf den Wert von 14 kN.
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Auffällig ist, dass die Maximalkraft der erfindungsgemäßen Presse 10 um 2 kN höher gegenüber der Maximalkraft der konventionellen Kniehebelpresse ist. Dies erklärt sich unter anderem durch die höhere Systemsteifigkeit des Kniehebelmechanismus 26.
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Die Steifigkeitserhöhung lässt sich bei der erfindungsgemäßen Presse 10 auch dadurch erreichen, dass die Gelenkhebel 28, 30 jeweils doppelt ausgeführt sind. Dies ist bei dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall. Wie aus 3 ersichtlich ist, weist der erste Gelenkhebel 28 zwei Hebelelemente 54a, 54b auf. Diese beiden Hebelelemente 54a, 54b werden vorliegend als erste Hebelelemente bezeichnet. Die beiden ersten Hebelelemente 54a, 54b sind parallel zueinander angeordnet und jeweils einerseits mit der ersten Welle 32 und andererseits mit der zweiten Welle 34 gekoppelt.
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Auch der zweite Gelenkhebel 30 ist doppelt ausgeführt und weist zwei Hebelelemente 56a, 56b auf. Diese beiden Hebelelemente 56a, 56b werden vorliegend als zweite Hebelelemente bezeichnet. Die zweiten Hebelelemente 56a, 56b sind ebenfalls parallel zueinander angeordnet. Diese sind jeweils einerseits mit der zweiten Welle 34 und andererseits mit der dritten Welle 36 gekoppelt.
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Eine weitere Steifigkeitserhöhung lässt sich durch einen vergrößerten Querschnitt der drei Wellen 32, 34, 36 erreichen.
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11 zeigt ein weiteres Diagramm, in dem der Stößelhub in Abhängigkeit des Drehwinkels des Handhebels 20 bzw. in Abhängigkeit des Drehwinkels φ der Antriebswelle 38 dargestellt ist. In dem in 11 gezeigten Diagramm ist wiederum die Kennlinie der erfindungsgemäßen Presse 10 mit der Kennziffer 1 gekennzeichnet, wohingegen die Kennlinien einer konventionellen Kniehebelpresse mit der Kennziffer 2 gekennzeichnet ist.
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Wie aus 11 ersichtlich ist, beträgt der maximale Drehwinkel des Handhebels der konventionellen Kniehebelpresse 100°. Hierbei wird ein Stößelhub von 45 mm erzeugt (siehe Kennlinie 2 in 11).
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Der Drehwinkel des Handhebels 20 der erfindungsgemäßen Presse 10 kann jedoch gegenüber einer konventionellen Kniehebelpresse auf 167° erhöht werden. Somit ist der Drehwinkel um Faktor 1,67 im Vergleich zur konventionellen Kniehebelpresse größer. Der Stößelhub reduziert sich jedoch auf 22 mm. Dies entspricht 48,8% (Faktor 0,488), bezogen auf den Stößelhub von 45 mm der konventionellen Kniehebelpresse.
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Der vergrößerte Drehwinkel sowie der reduzierte Stößelhub entsprechen somit einer mechanischen Untersetzung. Der Gesamtfaktor der Untersetzung berechnet sich aus dem Faktor 1,67 (Drehwinkel) dividiert durch den Faktor 0,488 (Stößelhub) und ergibt somit 3,42.
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Deutlich zu erkennen aus 11 ist, dass die Kennlinie des Stößelhubs der erfindungsgemäßen Presse 10 viel flacher ist als die Kennlinie des Stößelhubs einer konventionellen Kniehebelpresse. Dies bedeutet, dass bei gleichem Drehwinkel des Handhebels 20 geringere Hubänderungen stattfinden. In der Nähe der Strecklage des Kniehebelmechanismus 26 wird eine wesentlich größere Drehwinkeländerung benötigt, um den Kniehebelmechanismus 26 in Strecklage zu bringen. Durch den vergrößerten Drehwinkelbereich kann die hohe Kraft am Pressenstößel 24 sehr feinfühlig durch den Handhebel 20 dosiert werden. Die erfindungsgemäße Presse 10 eignet sich daher hervorragend für Pressprozesse, bei denen von Beginn bis zum Ende des Pressvorgangs eine hohe Presskraft benötigt wird. Der Unterschied zu einer Zahnstangenpresse liegt jedoch darin, dass die Presskraft bei gleicher Krafteinleitung am Handhebel 20 wesentlich größer ist.
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Wird die erfindungsgemäße Presse anstelle einer konventionellen Kniehebelpresse eingesetzt und der Pressprozess bedingt nur eine Presskraft von 1,1 kN, reduziert sich die Betätigungskraft am Handhebel 20 um den Faktor 3,42. Somit ist die Ergonomie der erfindungsgemäßen Presse 10 im Vergleich zu einer konventionellen Kniehebelpresse für den Bediener signifikant verbessert. Generell wäre es demnach auch denkbar, einen kürzeren Handhebel 20 zu verwenden, um die Armbewegung des Bedieners zu reduzieren.
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Da sich bedingt durch den Einsatz des Nockens 40 der Betätigungswinkel des Handhebels 20 bei der erfindungsgemäßen Presse 10 auf 167° erhöht, ist am Handhebel 20 in dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel ein Ergo-Griff 58 angebracht (siehe 1 und 2). Durch diesen Ergo-Griff 58 kann der maximale Drehbereich des Handhebels 20 ohne Umsetzen der Hand des Bedieners vollzogen werden.
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Ein weiteres Merkmal des vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Presse 10 ist der Einsatz von Ausgleichgewichten 60, welche an der Antriebswelle 38 in derart angebracht sind, dass das Drehmoment, das durch den Handhebel 20 sowie den Ergo-Griff 58 auf die Antriebswelle 38 wirkt, kompensiert wird (siehe 1 und 2). Der Achsabstand zwischen der ersten Welle 32 und der Antriebswelle 38 ist so gewählt, dass der Nocken 40 die Rolle 46 auch in Strecklage des Kniehebelmechanismus 26 mit ausreichender Überdeckung berührt. Ein Überdrehen des Handhebels wird somit verhindert. Die exakte Position der Strecklage des Kniehebelmechanismus 26 kann durch einen Anschlag 62 festgelegt werden. Der Anschlag 62 ist in dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel als Gewindestift ausgestaltet, der durch eine Kontermutter 64 gesichert ist (siehe 4a-4c). In Strecklage des Kniehebelmechanismus 26 befinden sich die Gelenkhebel 28, 30 in Selbsthemmung und müssen aktiv aus dieser Zwangslage herausgedrückt werden. Da der Nocken 40 in diese Situation nur lose auf der Rolle 46 aufliegt, ist ein zusätzlicher Mitnahmestift 66 an dem Nocken 40 angebracht. Dieser Mitnahmestift 66 ist fest mit dem Nocken 40 verbunden oder integral mit diesem ausgestaltet.
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Wird der Handhebel 20 in Richtung seiner Ausgangslage zurückgedreht, legt sich der Mitnahmestift 66 an einer dafür vorgeformten Fläche 68 des ersten Gelenkhebels 28 bzw. der beiden ersten Hebelelemente 54a, 54b an. Wird der Handhebel 20 weiter in Richtung seiner Ausgangsposition bewegt, wird der Kniehebelmechanismus 26 aus seiner Strecklage gedrückt und die Selbsthemmung aufgehoben. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Anschlag 62 derart einzustellen, dass der Kniehebelmechanismus 26 nicht in die Selbsthemmung gerät.
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Zur Erleichterung der Bedienbarkeit weist die Presse 10 ferner einen Rückstellmechanismus auf, der zumindest in Teilen in 5-7 gezeigt ist. Dieser Rückstellmechanismus dient der Rückstellung des Kniehebelmechanismus 26 und somit auch des Pressenstößels 24 und des Betätigungshebels 20. Der Rückstellmechanismus bewirkt eine Rückstellung des Pressenstößels bzw. des Betätigungshebels 20, welche der Hubbewegung des Pressenstößels 24 bzw. der Betätigungsbewegung des Betätigungshebels 20 entgegengesetzt ist.
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Die Kraft des Rückstellmechanismus wird über ein Federelement 70 erreicht. Dieses Federelement 70 erzeugt ein Drehmoment auf die erste Welle 32. Das Federelement 70 drückt somit auch den Kniehebelmechanismus 26 gegen den Nocken 40.
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Ein Ausführungsbeispiel des Federelements 70 ist in 5 dargestellt. Das Federelement 70 ist darin als Spiralfeder ausgestaltet. Die Spiralfeder weist ein bandförmiges Federblatt 72 oder Federblech auf, das spiralförmig aufgewickelt ist. Anders als eine Schraubenfeder bzw. Torsionsfeder wird eine solche Spiralfeder 70 bei Überlastung auf Zug beansprucht. Durch die Belastung wird das spiralförmig aufgewickelte Federblatt 72 in sich zusammengezogen bzw. aufgewickelt. Hierdurch verkürzt sich der Abstand zwischen den radial außenliegenden Windungen und den radial innenliegenden Windungen des Federblatts 72. Eine solche Spiralfeder 70 wird auch als Triebfeder bezeichnet.
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Die Spiralfeder 70 ist in der erfindungsgemäßen Presse 10 vorzugsweise zwischen dem Schiebergehäuse 22 und der ersten Welle 32 angeordnet. Sie erzeugt ein Drehmoment auf die erste Welle 32, so dass der erste Gelenkhebel 28, der vorzugsweise fix mit der ersten Welle 32 verbunden ist, nach oben gezogen wird, was in 4a-4c einer Drehung der Welle 32 bzw. des Gelenkhebels 28 im Gegenuhrzeigersinn entspricht. Durch diese Drehbewegung des ersten Gelenkhebels 28 wird der zweite Gelenkhebel 30 und somit der Pressenstößel 24 in die in 4 gezeigte Ausgangsstellung zurückgebracht.
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Die Spiralfeder 70 befindet sich vorzugsweise im aufgewickelten, vorgespannten Zustand.
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Durch die Vorspannung verfügt die Spiralfeder 70 über eine sehr hohe potentielle Energie. Die vorgespannte Spiralfeder 70 will sich mit hoher Energie ausdehnen, um in den Ursprungszustand (Federstahlstreifen) zu gelangen. Um dies zu vermeiden, ist die aufgewickelte Spiralfeder 70 in ein Federgehäuse 74 eingebracht (siehe 6 und 7).
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Das Federgehäuse 74 ist im Wesentlichen zweiteilig ausgeführt. Das Federgehäuse 74 weist einen Federkorb 76 sowie ein Deckelteil 78 auf, das mit dem Federkorb 76 vorzugsweise lösbar verbindbar ist. In dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Deckelteil 78 mittels mehrerer Metalllaschen 80, die an dem Federkorb 76 endseitig angeordnet sind, mit dem Federkorb 76 verbunden.
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Die Spiralfeder 70 weist an ihrem radial innenliegenden Ende eine erste Lasche 82 zur Befestigung an der Antriebswelle 38 auf. An ihrem radial außenliegenden Ende weist die Spiralfeder 70 eine zweite Lasche 84 auf. Diese dient der Befestigung an dem Federkorb 76. Die zweite Lasche 84 lässt sich dazu an einem Steg 86 des Federkorbs 76 einhängen.
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Die beiden Laschen 82, 84 der Spiralfeder 70 sind vorzugsweise integral mit dem Federblatt 72 verbunden. Besonders bevorzugt sind die beiden Laschen 82, 84 als gekrümmte Abschnitte ausgestaltet, die durch Umbiegen der Enden der Spiralfeder 70 hergestellt werden. Die erste Lasche 82 ist vorzugsweise in Richtung der Krümmung der Spiralfeder 70 gekrümmt. Die zweite Lasche 84 ist vorzugsweise entgegengesetzt zu der Krümmung der Spiralfeder 70 gekrümmt.
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Mit Hilfe der zuvor erwähnten Laschen 82, 84 lässt sich die Spiralfeder 70 relativ einfach durch Einhängen an der Antriebswelle 38 bzw. dem Federkorb 76 befestigen. An der Antriebswelle 38 ist als Gegenstück zu der ersten Lasche 82 ein Steg 88 vorgesehen (siehe 8 und 9). Dieser Steg 88 verläuft parallel zu der Antriebsachse 42 der Antriebswelle 38. Unterhalb des Steges 88 befindet sich ein Hohlraum 90, in den die erste Lasche 82 der Spiralfeder 70 eingreift. Der Hohlrahmen 90 ergibt sich zwischen einer auf den Steg 88 zuweisenden Außenseite der Antriebswelle 38, die gegenüber dem Umfang der Antriebswelle 38 zurückgesetzt ist. An dieser Außenseite weist die Antriebswelle 38 vorzugsweise eine Planfläche 92 auf. Diese Planfläche 92 bzw. der sich zwischen der Planfläche 92 und dem Steg 88 ergebende Hohlraum 90 vereinfacht das Einführen der ersten Lasche 82 der Spiralfeder 70.
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Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Art der Anbringung der Spiralfeder 70 in dem Federgehäuse 74 besteht darin, dass die potentielle Energie der Spiralfeder 70 bei einem Bruch dieser durch das Federgehäuse 74 aufgenommen wird. Es besteht somit keinerlei Verletzungsgefahr für den Bediener.
