DE19815655C2 - Antriebseinrichtung für eine Arbeitsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung der im Ober­ begriff des Anspruchs 1 genannten Art für eine Arbeitsma­ schine, beispielsweise für eine Umformmaschine, im besonde­ ren für eine Presse, in der durch eine rotatorische An­ triebsbewegung mit Hilfe eines geeigneten Getriebes ein Schieberelement, z. B. eine Niederhalterstößel, oszillierend und translatorisch bewegt wird.

Bei der Bearbeitung von Werkstücken auf einer Presse durch einen Tiefziehvorgang wird beispielsweise ein als Niederhal­ ter bezeichnetes Arbeitsorgan verwendet, welches das Werk­ stück mit einer definierten Kraft gegen das Unterwerkzeug preßt. Dazu muß der Niederhalterstößel während des Umform­ vorganges eine Rast im unteren Totpunkt seiner oszillieren­ den Vertikalbewegung aufweisen.

Aus der Zeitschrift "Werkstatt und Betrieb, 104 (1971) Heft 10, S. 737 ff" ist ein Gelenkantrieb zur Bewegung des Nieder­ halters bekannt, der das Kniehebelprinzip verwendet. Ein grundsätzlicher Nachteil von Gelenkantrieben besteht darin, daß diese prinzipbedingt nur angenäherte Rasten ermöglichen. Diese tragen zu einer schwankenden Niederhalterkraft bei, die nicht den technologischen Anforderungen entspricht. Der in der Zeitschrift "Werkstatt und Betrieb, 104 (1971) Heft 10, S. 737 ff" beschriebene Antrieb gleicht die Schwan­ kungen der Niederhalterkraft nur teilweise durch eine hydro­ pneumatische Einrichtung aus. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Niederhalterantriebs besteht darin, daß neben der mechanischen Antriebseinheit für den Gelenkantrieb ein wei­ terer, hydraulischer Antrieb sowie die Steuerungstechnik für die Ausgleichseinrichtung notwendig sind.

Aus dem "VDI-Bericht Nr. 1146 (1994), S. 121 ff" sowie aus der EP 0 561 604 A1 ist die Verwendung von Umlaufräderge­ trieben als Überlagerungsgetriebe von zwei Antriebsbewegun­ gen prinzipiell bekannt.

Mit derartigen Überlagerungsgetrieben ist die Erzeugung von exakten Rasten des Abtriebsgliedes grundsätzlich möglich. Dieses wird bei dem Pressenantrieb genutzt, der in EP 0 561 604 A1 offenbart wird. Hier wird der vom Schwungrad kommenden zeitlich gleichbleibenden Drehbewegung im Umlauf­ rädergetriebe eine zeitlich veränderliche Drehbewegung über­ lagert, die mit Hilfe eines drehzahlregelbaren Servomotors erzeugt wird, so daß eine zeitlich veränderliche Abtriebsbe­ wegung entsteht. Ein Nachteil dieses Antriebs besteht darin, daß neben dem Hauptantrieb ein weiterer, drehzahlregelbarer Antrieb zur Bewegung des Nebenantriebs vorhanden sein muß.

Aus der EP 0 786 297 A1 ist die Verwendung von unrunden Zahnrädern im Antriebsstrang von Pressen zur Optimierung des durch den Gelenkantrieb vorgegebenen Stößelweg-Zeit- Verlaufes bekannt. Ein genereller Nachteil dieses Antriebs besteht darin, daß beim Einsatz eines Unrundrädergetriebes, das unmittelbar auf den Gelankantrieb wirkt, keine Rasten des Stößels erzeugt werden können.

Aus der EP 0 786 297 A1 ist desweiteren ein Antrieb bekannt, der ein Überlagerungsgetriebe mit einem Satz unrunder Zahn­ räder kombiniert. Gemäß einer beispielhaften Ausführung wird die Antriebsbewegung über ein erstes, unrundes Zahnradpaar auf eine Vorgelegewelle verzweigt und die Antriebsdrehung mit der Vorgelegewelle in dem Umlaufrädergetriebe wieder zur Kurbelwellenbewegung zusammengeführt. Mit dieser Anordnung ist es grundsätzlich möglich, mit einem einzigen fortwährend gleichförmig drehenden Antrieb exakte Rasten der Stößelbewe­ gung zu erreichen. Ein Nachteil dieses bekannten Antriebs besteht darin, daß die konstante Drehzahl der Antriebswelle sowie die mittlere Drehzahl der Kurbelwelle identisch sein müssen, wenn die Bewegung des Stößels während des gesamten Arbeitstaktes individuell und den Anforderungen entsprechend beeinflußt werden soll. Denn grundsätzlich gilt, daß die Pe­ riodendauer des zu beeinflussenden Glieds mit der des an­ treibenden Unrundzahnrades übereinstimmt.

Aus der DE 25 07 844 A1 ist ein Hochgeschwindigkeitsmecha­ nismus mit einer Kombination eines Umlaufrädergetriebes so­ wie eines Unrundzahnradgetriebes für bekannt. Bei konstanter Antriebsdrehzahl ist es mit diesem Antrieb möglich, einen zeitweisen Stillstand des Abtriebs ohne stoßartige Belastung während des Anhaltens und des Anfahrens zu erzeugen. Dieses wird erreicht, indem die gleichförmige Drehbewegung der An­ triebswelle über eine Zahnradstufe mit konstanter Überset­ zung auf eine andere Welle übertragen wird, die die erste Eingangswelle eines Umlaufrädergetriebes darstellt. Mit Hil­ fe eines Paares unrunder Zahnräder wird die gleichförmige Drehbewegung der Antriebswelle auf eine weitere Welle über­ tragen, die die zweite, ungleichförmig drehende Eingangswel­ le des Umlaufrädergetriebes darstellt. In diesem Umlaufrä­ dergetriebe erfolgt die Überlagerung beider Bewegungen auf die parallel zur Antriebswelle verlaufende Abtriebswelle. Als Anwendungsgebiet für diesen Antrieb wird die Überführung schwerer Gegenstände bei hoher Geschwindigkeit genannt. Der wesentliche Nachteil dieses Antriebs besteht darin, daß die mittlere Gesamtübersetzung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bedingt durch den Aufbau des Getriebes gleich Eins sein muß, wenn während einer Umdrehung der Ab­ triebswelle genau eine Bewegungsperiode mit einem Rastbe­ reich erzeugt werden soll.

Die vorgenannten Antriebe mit Umlaufrädergetriebe und Un­ rundrädergetrieb erfordern daher beim Einsatz als Pressenan­ trieb ein weiteres Getriebe zur Drehzahlreduktion zwischen Motor bzw. Schwungrad und den genannten Antrieben, um die Drehzahl der Antriebswelle dem erforderlichen Arbeitstakt der Presse anzupassen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebseinrichtung der betreffenden Art für eine Arbeitsmaschine anzugeben, die mindestens eine exakte Rast des Schie­ berelementes während eines Arbeitstaktes ermöglicht und bei der gleichzeitig die mittlere Drehzahl des Gelenkantriebes größer oder kleiner als die Drehzahl ist, mit der die An­ triebseinrichtung ihrerseits angetrieben wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfin­ dung gelöst. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß die Erzeugung exakter Rasten des Schieberelemen­ tes des Gelenkantriebes möglich wird, während gleichzeitig eine Übersetzung ins Schnelle oder Langsame zwischen der An­ triebswelle und der Abtriebswelle des Zwischengetriebes er­ möglicht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeich­ nungen, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen An­ triebseinrichtung in schematischer Seitenansicht,

Fig. 2a exemplarisch einen Stößelweg-Drehwinkel-Verlauf so­ wie einen Stößelgeschwindigkeit-Drehwinkel-Verlauf,

Fig. 2b die Wälzkurven eines unrunden Zahnradpaares, mit de­ nen das in Fig. 2a dargestellte Bewegungsgesetz er­ reicht wird,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä­ ßen Antriebseinrichtung in schematischer Seitenan­ sicht.

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem das Zwi­ schengetriebe zwischen zwei gleichen Ausführungen des Gelenkantriebes angeordnet ist, die auf ein ge­ meinsames Schieberelement wirken.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung in einer vorzugsweisen Ausgestaltung dargestellt, bei der ein Schieberelement 14, beispielsweise ein Pressenstößel, einer nicht näher dargestellten Maschine, zum Beispiel einer Pres­ se, über einen Kurbeltrieb 13, eine Welle 12 sowie über ein Zwischengetriebe, welches aus einem Umlaufrädergetriebe 8, einem Paar unrunder Zahnräder 10, einer Vorgelegewelle 4 so­ wie einem Verzweigungsgetriebe 9 mit konstanter Übersetzung besteht, mit der gleichförmig drehenden Antriebswelle 1 in Antriebsverbindung steht. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet ein nicht näher dargestelltes Gestell mit den Bauteilen zur Führung des Schieberelementes. Die jeweils zu einem Zahn­ radpaar 9 bzw. 10 zugehörigen Zahnräder stehen miteinander permanent in Eingriffsverbindung.

Die Funktion des Zwischengetriebes besteht nun zunächst dar­ in, die Antriebsdrehbewegung der Antriebswelle 1, welche zu­ gleich eine Antriebswelle des Umlaufrädergetriebes 8 dar­ stellt, mit Hilfe des Verzweigungsgetriebes 9, welches aus einem drehfest mit der Antriebswelle 1 verbundenen Zahnrad 2 sowie einem drehfest mit der Vorgelegewelle 4 verbundenen Zahnrad 3 besteht, auf diese Vorgelegewelle 4 zu verzweigen. Das unrunde Antriebszahnrad 5 des Paares unrunder Zahnräder 10 ist drehfest mit dieser Vorgelegewelle 4 verbunden. Das mit dem unrunden Antriebszahnrad 5 in Eingriffsverbindung stehende unrunde Abtriebszahnrad 6 ist drehfest mit der zweiten Antriebswelle 7 des Umlaufrädergetriebes 8 verbun­ den. Im Umlaufrädergetriebe 8 erfolgt die Überlagerung der Drehbewegungen der Wellen 1 und 7 zur Drehbewegung der Ab­ triebswelle 11 des Umlaufrädergetriebes 8, die gleichzeitig die zur Bewegung des Schieberelements 14 notwendige Kurbel­ welle 12 darstellt.

In Fig. 2a sind ein durch das in Fig. 1 beschriebene Ausfüh­ rungsbeispiel realisierbarer Stößelweg-Drehwinkel-Verlauf 16 mitsamt des dazugehörigen Stößelgeschwindigkeits-Drehwinkel- Verlaufs 17 dargestellt. Im besonders gekennzeichneten Be­ reich 18 weist der Stößelweg-Drehwinkel-Verlauf 16 einen ex­ akten Rastbereich auf.

In Fig. 2b sind die Wälzkurven des unrunden Antriebszahnra­ des 19 sowie des unrunden Abtriebszahnrades 20 dargestellt, welche in dem vorzugsweisen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 verwendet werden, um den in Fig. 2a dargestellten Stößelweg- Drehwinkel-Verlauf zu realisieren. Die Verzahnung der beiden Zahnräder ist aus Gründen der Vereinfachung nicht darge­ stellt. Die Geometrie der Wälzkurven 19 und 20 der unrunden Zahnräder basiert auf einer Übersetzung i des Verzweigungs­ getriebes 9 von -3,9 ins Langsame und auf einer Standüber­ setzung i₀ des Umlaufrädergetriebes 8 von -1,45. Beim Durch­ laufen des Rastbereiches 18 steht der Bereich 21 eines be­ stimmten konstanten Wälzkurvenradius der unrunden Antriebs­ wälzkurve 19 mit einem entsprechenden Bereich 22 eines ande­ ren bestimmten konstanten Wälzkurvenradius der unrunden Ab­ triebswälzkurve 20 in Eingriffsverbindung.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Antriebseinrichtung dargestellt. Das Verzwei­ gungsgetriebe 9 besteht in diesem Fall aus einem Umschlin­ gungsgetriebe, inbesondere aus einem Zahnriemengetriebe, welches aus der drehfest mit der Antriebswelle 1 verbundenen Antriebsriemenscheibe 23, der drehfest mit der Vorgelegewel­ le 4 verbundenen Abtriebsriemenscheibe 24 und dem Zahnriemen 25 besteht. Der übrige Aufbau und die Funktionsweise ent­ sprechen dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, wobei das an sich bekannte Umlaufrädergetriebe 8 ohne Aus­ wirkung auf die Funktion der erfindungsgemäßen Antriebsein­ richtung beispielhaft in anderer Weise aufgebaut ist. Die Ausbildung des Verzweigungsgetriebes 9 als Umschlingungsge­ triebe ist besonders bei kleinen Antriebsdrehmomenten vor­ teilhaft.

Fig. 4 zeigt ein drittes vorzugsweises Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung. Bei Verwendung von zwei gleichartigen Gelenkantrieben 13, die ein gemeinsa­ mes Schieberelement 14 besitzen, ist bei dieser Ausführung des Zwischengetriebe 27 zwischen den Gelenkantrieben 13 an­ geordnet. Diese Anordnung ist besonders bei Pressenantrieben zweckmäßig. Der weitere prinzipielle Aufbau entspricht der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels zu Fig. 1.

Claims (5)

1. Antriebseinrichtung für eine Arbeitsmaschine
mit einem Drehantrieb (26) und
mit mindestens einem Gelenkantrieb (13) für ein trans­ latorisches Schieberelement, wobei der Gelenkantrieb mit dem Drehantrieb über ein Zwischengetriebe (27) in Antriebsverbindung steht,
und wobei das Zwischengetriebe wenigstens ein Verzwei­ gungsgetriebe (9) und wenigstens zwei miteinander im Eingriff stehende unrunde Zahnräder (10), die ein peri­ odisch variierendes Übersetzungsverhältnis aufweisen, und wenigstens ein Umlaufrädergetriebe (8) als Summati­ onsgetriebe enthält,
und wobei die Schieberbewegung mindestens eine absolute Rast über einen endlich langen Zeitraum der Antriebs­ drehbewegung aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Zwischengetriebe (27) eine mittlere Gesamtüberset­ zung ungleich Eins, insbesondere eine mittlere Gesamtüber­ setzung ins Langsame, aufweist und die Periodendauer der un­ gleichförmigen Übersetzung der unrunden Zahnräder (10) gleich der Periodendauer des Gelenkantriebs ist.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Antriebsdrehbewegung eine erste Welle (1) eines im Dreiwellenbetrieb arbeitenden Umlaufrädergetriebes (8) antreibt und zugleich über ein gleichförmig übersetzendes Getriebe (9) mit anderer Geschwindigkeit eine parallel zur ersten Welle angeordnete zweite Welle (4) antreibt, von der aus das Unrundzahnradgetriebe (10) eine weitere Antriebswel­ le (7) des Umlaufrädergetriebes (8) antreibt, wobei die Ab­ triebswelle (11) des Umlaufrädergetriebes mit dem Gelenkan­ trieb (13) in Antriebsverbindung steht.

3. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsrast erzeugt wird, indem die unrunden Zahnräder bereichsweise ein be­ stimmtes konstantes Übersetzungsverhältnis aufweisen, wo­ durch im Umlaufrädergetriebe die beiden eingehenden An­ triebsbewegungen gegeneinander aufgehoben werden und es zum Stillstand der Abtriebswelle des Umlaufrädergetriebes kommt.

4. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Standübersetzung des als Summationsgetriebe verwendeten Umlaufrädergetriebes zwangsläufig aus der frei gewählten Übersetzung des Verzwei­ gungsgetriebes und aus der sinnfällig gewählten mittleren Übersetzung des Unrundzahnradgetriebes ergibt.

5. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß sich die mittlere Ge­ samtübersetzung des Zwischengetriebes zwangsläufig aus der frei gewählten Übersetzung des Verzweigungsgetriebes und aus der sinnfällig gewählten mittleren Übersetzung des Unrund­ zahnradgetriebes ergibt.