DE102020105082B4 - Press with linear connecting rod drive - Google Patents

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Presse• mit einem Pressengestell (6), das als lastaufnehmende Struktur ein Joch aufweist, welches mit dem Pressenständer verbunden ist,• mit einer vertikal verfahrenden Stößelplatte (1) eines Pressenstößels,• mit einem Stößelantrieb, bestehend aus mehreren Schlitten (3), welche jeweils auf einer horizontalen Achse verfahren und von einem oder mehreren im Joch angeordneten Antriebselementen (4) bewegt werden,• wobei die Schlitten (3) sich in Hochrichtung mittels mit dem Joch verbundenen Führungselementen (5) abstützen und nach unten hin über jeweils ein oder mehrere Pleuel (2) mit der Stößelplatte (1) verbunden sind,• wobei die Schlitten (3) elektronisch, mechanisch oder hydraulisch miteinander synchronisiert sind und gegenseitig die Massekräfte aufheben sowie eine Verkippung des Stößels entlang der Verfahrachsen der Schlitten (3) eliminieren,• wobei bei einer Hubbewegung der Schlitten (3) vor und zurück die Stößelplatte (1) zwei Hübe absolviert.Press• with a press frame (6), which has a yoke as a load-bearing structure, which is connected to the press stand,• with a vertically moving ram plate (1) of a press ram,• with a ram drive, consisting of several slides (3), which are each traversed on a horizontal axis and are moved by one or more drive elements (4) arranged in the yoke,• the carriages (3) being supported in the vertical direction by means of guide elements (5) connected to the yoke and downwards by one or more Connecting rods (2) are connected to the ram plate (1),• the carriages (3) being electronically, mechanically or hydraulically synchronized with one another and mutually canceling out the mass forces and eliminating tilting of the ram along the travel axes of the carriages (3),• wherein with a stroke movement of the carriage (3) back and forth the ram plate (1) completes two strokes.

Description

Herkömmliche Exzenter- und Kniehebelpressen verfügen über einen Kraft-Hub-Verlauf, welcher direkt von Drehmoment und Geschwindigkeit des Motors abhängig ist und sich aufgrund der Schwungmasse nur schwer regeln lässt. Auch treten durch die Geometrie bedingt Querkräfte auf, welche die Führungselemente von Presse und Werkzeug stark belasten. Es existieren Pressen mit Raumlenkerantrieb, welche diese Querkräfte reduzieren, aber nachwievor einen nicht optimal kontrollierbaren Kraft-Weg-Verlauf aufweisen. Mechanische Servopressen mit Torque-Motoren können während des Hubes stehen bleiben, bieten beim Kraftverlauf jedoch keinen Vorteil. All diesen Pressenkonzepten ist gemein, dass die Kraft im Bereich des unteren Totpunktes gegen unendlich ansteigt, was bei einer falschen Werkzeugauslegung zu einer Zerstörung der gesamten Presse mitsamt Werkzeug führen kann.Conventional eccentric and toggle presses have a force-stroke curve that is directly dependent on the torque and speed of the motor and is difficult to control due to the flywheel mass. Lateral forces also occur due to the geometry, which heavily stress the guide elements of the press and tool. There are presses with space link drives that reduce these transverse forces, but still have a force-displacement curve that cannot be optimally controlled. Mechanical servo presses with torque motors can stop during the stroke, but offer no advantage when it comes to force distribution. What all these press concepts have in common is that the force in the area of the bottom dead center increases towards infinity, which can lead to the destruction of the entire press including the tool if the tool is incorrectly designed.

Bei hydraulischen Pressen ist eine Regelung des Kraft-Hub-Verlaufs relativ einfach, jedoch erlauben diese keine hohen Hubzahlen. Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Pressentypen ist der große Bauraumbedarf der Antriebssysteme, welche ein hohes Gewicht und großen Gesamt-Bauraumbedarf der Presse zur Folge haben. Ebenso ist bei mechanischen Pressen die Verstellung des Stößelhubes mit großem Aufwand verbunden.In the case of hydraulic presses, it is relatively easy to control the force-stroke curve, but these do not allow high stroke rates. A further disadvantage of the types of press described is the large amount of space required for the drive systems, which results in a high weight and large overall amount of space required for the press. In the case of mechanical presses, adjusting the ram stroke also involves a great deal of effort.

Aus US 2017 / 0 144 214 A1 ist eine Presse mit einem vertikal verfahrenden Pressenstößel bekannt, dessen Hubbewegung mittels eines angetriebenen, am oberen Pressenquerhaupt geführten und hin- und herbeweglichen Horizontalschlitten unter Zwischenschaltung von Pleuelstangen bzw. Pleueln zwischen diesen beiden Bauteilen bewerkstelligt wird, wobei bei einer Hubbewegung des Horizontalschlittens vor und zurück der Pressenstößel zwei Hübe absolviert. Aufgrund des alleinlaufenden Schlittens treten hierbei erhebliche Massenkräfte auf, welche Präzision und Lebensdauer der Maschine beeinträchtigen.US 2017 / 0 144 214 A1 discloses a press with a vertically moving press ram, the lifting movement of which is accomplished by means of a driven horizontal slide that is guided on the upper press crosshead and can be moved back and forth, with the interposition of connecting rods or connecting rods between these two components one stroke movement of the horizontal slide back and forth, the press ram completes two strokes. Due to the carriage running alone, considerable inertial forces occur, which impair the precision and service life of the machine.

Aus US 5 289 096 A ist ein hierzu ähnliches Antriebskonzept für eine Presse bekannt, die zwar zwei sich auf einer gemeinsamen Antriebsachse bewegende und am oberen Pressenrahmen horizontal geführte Schlitten aufweist, wobei jedoch der vertikal verfahrende Pressenstößel bei einer Hubbewegung der Schlitten konzeptbedingt lediglich einen Hub absolviert.Out U.S. 5,289,096 A a similar drive concept for a press is known, which has two carriages moving on a common drive axis and guided horizontally on the upper press frame, but the vertically moving press ram, due to the concept, only completes one stroke during a lifting movement of the carriage.

Das neue Pressenkonzept hat den Anspruch, die Presskraft über den gesamten Hubverlauf kontrollieren zu können, höchste Hubzahlen zu erreichen und gleichzeitig den Bauraumbedarf der Presse zu verringern. Dieses Pressenkonzept wird im Detail in Anspruch 1 dargestellt.The new press concept aims to be able to control the press force over the entire stroke, to achieve the highest number of strokes and at the same time to reduce the space required by the press. This press concept is presented in detail in claim 1.

Die neue Presse zeichnet sich aus durch einen Stößelantrieb, bestehend aus mehreren Schlitten, welche horizontal verfahren und nach unten hin über jeweils eine oder mehrere Pleuelstangen mit dem Pressenstößel verbunden sind. Diese können untereinander gekoppelt sein, beispielsweise über Zahnräder, um eine synchrone Bewegung zu garantieren. Gleichzeitig wird dadurch ein Ausgleich der bewegten Massen erzielt. Die Schlitten sind vorzugweise an der Oberseite an einem Joch geführt, welches mit dem Pressenständer verbunden ist, um die entstehenden Vertikalkräfte aufzunehmen. Der Antrieb der Schlitten erfolgt vorzugweise kollinear zur Verfahrachse und kann durch einfach- oder doppeltwirkende Hydraulikzylinder, welche ein- oder beidseitig angebracht sind, Linearmotoren, Hydromotoren, Exzenter, Getriebemotoren, Torquemotoren oder Zahnradverbindungen auf Zug oder Schub erfolgen.The new press is characterized by a ram drive consisting of several carriages, which move horizontally and are connected to the press ram via one or more connecting rods. These can be coupled to one another, for example via gear wheels, in order to guarantee synchronous movement. At the same time, this balances out the moving masses. The carriages are preferably guided at the top on a yoke which is connected to the press stand in order to absorb the vertical forces that arise. The slides are preferably driven collinear to the traversing axis and can be done by single or double-acting hydraulic cylinders, which are attached on one or both sides, linear motors, hydraulic motors, eccentrics, geared motors, torque motors or toothed wheel connections with pull or push.

Diese Bauart zeichnet sich durch das im Vergleich zu anderen Pressenantrieben geringe Gewicht sowie den verringerten Bauraumbedarf aus, wobei die Einsparung im Bereich von 30 bis 50% liegt. Gleichzeitig sind die benötigten Antriebsmomente und -Leistungen niedriger. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Presse während eines Schlittenhubes zwei Stößelhübe absolviert. In Abhängigkeit vom Antriebskonzept ergeben sich weitere Vorteile. So besteht bei der Verwendung eines Exzenterantriebs die Möglichkeit, durch Gegengewichte auf der Exzenterwelle eventuelle Unwuchten der Schlittenbewegung auszugleichen. Bei einem Hydraulikantrieb mit gegensätzlich arbeitenden Differentialdruckzylindern besteht über den vollen Hub des Stößels eine verlustfreie Schnittschlagdämpfung. Bei der Verwendung mehrerer Schlitten und/oder Pleuelstangen ist durch den Aufbau der Presse automatisch ein Kippausgleich des Stößels gegeben, sowie bei mehreren Schlitten ein Masseausgleich.This design is characterized by its low weight compared to other press drives and the reduced space requirement, with savings in the range of 30 to 50%. At the same time, the required drive torques and outputs are lower. Another advantage is that the press completes two ram strokes during one slide stroke. Depending on the drive concept, there are further advantages. When using an eccentric drive, there is the possibility of compensating for any imbalances in the carriage movement by means of counterweights on the eccentric shaft. In the case of a hydraulic drive with differential pressure cylinders working in opposite directions, there is loss-free cutting impact damping over the full stroke of the ram. When using several carriages and/or connecting rods, the design of the press automatically compensates for tilting of the ram, and if there are several carriages, there is also a mass balance.

Ein weiterer Vorteil gegenüber den bekannten mechanischen Pressen ist die präzise Kontrollier- und Regelbarkeit von Presskraft und Stößelgeschwindigkeit. Durch das Anbringen von Wegmesselementen an Schlitten und Stößelplatte sind deren jeweilige Position messbar und daraus die aktuelle Geschwindigkeit und Übersetzung berechenbar. Durch eine Überwachung der Antriebsparameter wie beispielsweise des Hydraulikdrucks ist die aktuelle Antriebskraft des Schlittens messbar. Verrechnet mit der Übersetzung ergibt sich daraus die aktuell am Stößel wirkende Presskraft. Somit erlaubt dieses System eine präzise Kontrolle der Prozessparameter, was beispielsweise bei Prägeprozessen hilfreich ist und die Sicherheit des Systems gegen Überlastung und Fehlbedienung erhöht. Dies wird durch die Implementation eines Mehrkammerzylinders, wie in 4 dargestellt, weiter verbessert.Another advantage compared to the well-known mechanical presses is the precise control and regulation of the pressing force and ram speed. By attaching distance measuring elements to the carriage and ram plate, their respective position can be measured and the current speed and translation can be calculated from this. By monitoring the drive parameters such as the hydraulic pressure, the current drive force of the carriage can be measured. Calculated with the translation, this results in the pressing force currently acting on the ram. This system thus allows precise control of the process parameters, which is helpful, for example, in embossing processes and increases the security of the system against overload and incorrect operation. this will through the implementation of a multi-chamber cylinder, as in 4 shown, further improved.

Figurenlistecharacter list

  • 1 stellt eine Presse mit einem Schlitten, einem Pleuel und Antrieb durch hydraulische Zylinder da.
    • 1, Pos. 1: Stößelplatte
    • 1, Pos. 2: Pleuel zwischen Schlitten und Stößelplatte
    • 1, Pos. 3: Schlitten
    • 1, Pos. 4: Antriebselement, hier: Hydraulikzylinder, zum Antrieb des Schlittens
    • 1, Pos. 5: Schlittenführung
    • 1, Pos. 6: Pressengestell mit Aufnahme zur Schlittenführung
     1 represents a press with a carriage, a connecting rod and drive by hydraulic cylinders.
    • 1 , Item 1: Ram plate
    • 1 , Pos. 2: Connecting rod between slide and tappet plate
    • 1 , item 3: slide
    • 1 , Pos. 4: drive element, here: hydraulic cylinder for driving the slide
    • 1 , Pos. 5: Carriage guide
    • 1 , Pos. 6: Press frame with mount for slide guide
  • 2, stellt zwei miteinander verbundene Schlitten mit je einem Pleuel dar
    • 2, Pos. 1: Stößelplatte
    • 2, Pos. 2: Pleuel
    • 2, Pos. 3: Schlitten
    • 2, Pos. 7: Zahnrad zur Synchronisation und Kraftübertragung zwischen den beiden Schlitten
     2 , represents two interconnected slides, each with a connecting rod
    • 2 , Item 1: Ram plate
    • 2 , item 2: connecting rod
    • 2 , item 3: slide
    • 2 , Pos. 7: Gear wheel for synchronization and power transmission between the two slides
  • 3 stellt einen Schlitten mit zwei Pleueln dar
    • 3, Pos. 1: Stößelplatte
    • 3, Pos. 2: Pleuel
    • 3, Pos. 3: Schlitten
     3 represents a carriage with two connecting rods
    • 3 , Item 1: Ram plate
    • 3 , item 2: connecting rod
    • 3 , item 3: slide
    • 4, Pos. 1: Stößelplatte 4 , Item 1: Ram plate
    • 4, Pos. 2: Pleuel 4 , item 2: connecting rod
    • 4, Pos. 3: Schlitten 4 , item 3: slide
    • 4, Pos. 8: Antriebselement, hier: Mehrkammer-Plunger 4 , Pos. 8: drive element, here: multi-chamber plunger

Claims (9)

Presse • mit einem Pressengestell (6), das als lastaufnehmende Struktur ein Joch aufweist, welches mit dem Pressenständer verbunden ist, • mit einer vertikal verfahrenden Stößelplatte (1) eines Pressenstößels, • mit einem Stößelantrieb, bestehend aus mehreren Schlitten (3), welche jeweils auf einer horizontalen Achse verfahren und von einem oder mehreren im Joch angeordneten Antriebselementen (4) bewegt werden, • wobei die Schlitten (3) sich in Hochrichtung mittels mit dem Joch verbundenen Führungselementen (5) abstützen und nach unten hin über jeweils ein oder mehrere Pleuel (2) mit der Stößelplatte (1) verbunden sind, • wobei die Schlitten (3) elektronisch, mechanisch oder hydraulisch miteinander synchronisiert sind und gegenseitig die Massekräfte aufheben sowie eine Verkippung des Stößels entlang der Verfahrachsen der Schlitten (3) eliminieren, • wobei bei einer Hubbewegung der Schlitten (3) vor und zurück die Stößelplatte (1) zwei Hübe absolviert.Press • with a press frame (6), which has a yoke as a load-bearing structure, which is connected to the press frame, • with a vertically moving ram plate (1) of a press ram, • with a ram drive, consisting of several carriages (3), which each move on a horizontal axis and are moved by one or more drive elements (4) arranged in the yoke, • the carriages (3) being supported in the vertical direction by means of guide elements (5) connected to the yoke and being connected downwards to the ram plate (1) via one or more connecting rods (2), • the carriages (3) being electronically, mechanically or hydraulically synchronized with one another and mutually canceling out the mass forces and eliminating tilting of the ram along the travel axes of the carriages (3), • with one stroke movement of the carriage (3) back and forth, the ram plate (1) completes two strokes. Presse nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet dadurch, dass jeder Schlitten, welcher seine Bewegung über die Pleuelstange auf den Stößel übertragt, vorzugsweise durch einfach- oder doppeltwirkende Zylinder, welche ein- oder beidseitig angebracht sind, Linearmotoren, Hydromotoren, Exzenter, Getriebemotoren, Torquemotoren oder Zahnradverbindungen auf Zug oder Schub angetrieben werden kann.Press according to the preceding claim, characterized in that each carriage, which transmits its movement to the ram via the connecting rod, preferably by single or double-acting cylinders, which are attached on one or both sides, linear motors, hydraulic motors, eccentrics, geared motors, torque motors or Gear connections can be driven on train or push. Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass bei der Verwendung von gegenüberliegenden Hydraulikzylindern diese mit Differentialdruck gefahren werden können, wodurch die Presse über den gesamten Hub über eine verlustfreie Schnittschlagdämpfung verfügt, welche keine Gegenkraft erzeugt.Press according to one of the preceding claims, characterized in that when using opposing hydraulic cylinders, these can be operated with differential pressure, as a result of which the press has loss-free cutting impact damping over the entire stroke, which does not generate any counterforce. Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass bei einer Kopplung der Schlitten nicht jede Einheit über einen eigenen Antrieb verfügen muss.Press according to one of the preceding claims, characterized in that when the slides are coupled, each unit does not have to have its own drive. Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Schlitten mit jeweiligen Pleueln entlang der Verfahrachse zueinander versetzt sein können, um eine Stößelverkippung quer zur Verfahrachse ausgleichen zu können.Press according to one of the preceding claims, characterized in that the slides with respective connecting rods can be offset from one another along the axis of travel in order to be able to compensate for tilting of the ram transversely to the axis of travel. Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass durch die Verwendung von mehreren Pleueln an einem Schlitten die übertragbaren Kräfte erhöht werden und eine Verkippung des Stößels quer zur Verfahrachse des Schlittens eliminiert wird.Press according to one of the preceding claims, characterized in that the use of several connecting rods on a carriage increases the forces which can be transmitted and tilting of the ram transversely to the axis of travel of the carriage is eliminated. Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass durch eine Einschränkung der Auslenkung der Schlitten der obere Totpunkt des Stößels eingestellt werden kann, was bei hydraulischer oder linearmotorischer Ansteuerung ohne zusätzliche mechanische Elemente geschieht, wobei die Auslenkung der Schlitten mechanisch oder regelungstechnisch auch auf eine Hälfte der Verfahrachse beschränkt sein kann, wodurch ebenfalls der untere Totpunkt ohne zusätzliche mechanische Elemente einfach und genau begrenzt werden kann.Press according to one of the preceding claims, characterized in that the upper dead center of the ram can be adjusted by limiting the deflection of the carriage, which is done with hydraulic or linear motor control without additional mechanical elements, the deflection of the carriage mechanically or by means of control technology also on a Half of the travel axis can be limited, which also the bottom dead center can be easily and accurately limited without additional mechanical elements. Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass durch eine Positions- bzw. Hubüberwachung von Schlitten und Stößelplatte und deren elektronische Zusammenführung jederzeit eine exakte Positions-, Geschwindigkeits- und Kraftbestimmung und -regelung der Presse möglich ist.Press according to one of the preceding claims, characterized in that an exact position, speed and force determination and control of the press is possible at any time by monitoring the position or stroke of the slide and ram plate and combining them electronically. Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Antrieb des Schlittens über beidseitige hydraulische Zylinder erfolgen kann, wobei diese Zylinder jeweils über eine große und eine kleine Wirkfläche verfügen, was durch unterschiedliches Ansprechen der Wirkflächen eine weitere Verfeinerung der Kraft-, Positions- und Geschwindigkeitsregelung erlaubt.Press according to one of the preceding claims, characterized in that the carriage can be driven by hydraulic cylinders on both sides, these cylinders each having a large and a small effective surface, which, through different responses of the effective surfaces, allows further refinement of the force, position and speed control allowed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5289096A (en) 1992-12-21 1994-02-22 Mechtro Joban International Co., Ltd. Press machine stroke operation mechanism and operation control method therefor
US20170144214A1 (en) 2015-11-25 2017-05-25 Btm Company Llc Linkage press machine

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