DE19918700A1 - Hydromechanischer Pressenantrieb - Google Patents
Hydromechanischer PressenantriebInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein hydromechanisches Antriebssystem für mindestens einen Pressenstößel einer Schneid- und/oder Umformpresse, wobei mindestens ein Antriebszylinder mit einer nachfolgenden kinematischen Kette verbunden ist. Diese kinematische Kette ist so gestaltet, daß bei einem einfachen Kolbenhub in nur eine Richtung ein kompletter Stößelhub, d. h. eine abwärts- und aufwärtsgerichtete Bewegung erfolgt. Das vorgeschlagene Antriebssystem ist zusätzlich mechanisch zwangssynchronisiert.
Description
Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Pressen, insbesondere Schneid- und/oder
Umformpressen, mit druckbeaufschlagten Antriebszylindern die in Wirkverbindung
mit Gelenkelementen einen Pressenstößel antreiben. Bei einem Einsatz von zwei
oder mehreren Druckpunkten zur Weg- und Krafteinleitung auf den Stößel sind die
Gelenkelemente zwangssynchronisiert. Durch Verwendung weiteren von
Koppelgelenken können auch mehrere Stößel angetrieben werden.
Nach der Art des Pressenantriebes unterscheiden sich u. a. weg- und kraftgebundene
Pressen. Mechanisch angetriebene Pressen arbeiten weggebunden, d. h. erst wenn
die Antriebskinematik, z. B. ein Exzenter, sich dem unteren Totpunkt nähert steigt die
gewünschte Umform- oder Nennkraft stark an. Im Gegensatz dazu steht bei der
kraftgebundenen, hydraulisch angetriebenen Presse, in jeder Stößelposition die
maximale Umformkraft zu Verfügung. Diesem Vorteil der hydraulische angetriebenen
Presse stehen eine Reihe wesentlicher Nachteile gegenüber wie z. B. niedrige
Hubzahl und hohe zu installierende Antriebsleistung bei schlechtem
Gesamtwirkungsgrad.
Eine ausführliche Darstellung der Vorteile und Nachteile einer hydraulischen Presse
gegenüber einer mechanischen Presse kann aus dem Aufsatz "Eine Stückkosten-
Analyse erleichtert die Wahl" veröffentlicht im Industrieanzeiger 16/97 Seite 30 und
31 entnommen werden.
Ein Nachteil der mechanisch angetriebenen Presse ist der aufwendige und teure
Antrieb bestehend z. B. aus Motor, Kupplungs-/Bremskombination, Schwungrad mit
Antrieb, Getriebekette mit Zahnräder, Exzenterräder, Pleuel, Wellen und
Lagerungen. Der Versuch die Vorteile einer hydraulisch angetriebenen Presse mit
denen einer mechanischen Presse zu verbinden ist aus der EP 0 616 882 zu
ersehen. Sie hat sich zur Aufgabe gestellt über den gesamten Umformvorgang eine
im wesentlichen konstante Umformgeschwindigkeit zu erreichen. Im wesentlichen ist
der Inhalt dieser Schrift die hydraulische Ansteuerung des Arbeitszylinders und die
dafür erforderlichen Steuer- und Regelbausteine, die eigentliche Antriebskinematik
ist nicht Gegenstand des Schutzrechtes. Die in Prinzipskizzen dargestellte Kinematik
entspricht dem z. B. aus Fruck- oder Spritzgußmaschinen bekannte Kniehebel- oder
Kniegelenkantrieb. Dieser Kniegelenkantrieb erfordert insbesondere bei Annäherung
an die Strecklage der Gelenke sehr große Wege des Antriebszylinders mit
entsprechend großen Ölmengen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Antriebssystem für eine Presse
vorzuschlagen, welches bei niedriger Antriebsleistung eine höhere Hubzahl als eine
hydraulisch angetriebene Presse erreicht und durch Reduzierung der
Antriebselemente kostengünstiger als eine mechanische Presse ist, ohne Verzicht
der bei mechanischen Pressen vorhandenen Zwangssynchronisation der Kraft- bzw.
Wegeinleitungsbauteile.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Antriebssystem nach dem Oberbegriff des
Anspruch 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 gelöst. In den
Unteransprüchen werden vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des
Antriebssystems vorgeschlagen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde das Antriebssystem so zu gestalten, daß
mit einem einfachen Zylinderhub in einer Richtung ohne Umkehrschaltung der
komplette Stößelhub, d. h. Abwärts- und Aufwärtshub, gefahren werden kann. Dabei
soll mit diesem Antriebskonzept jeder beliebige Stößelhub vom minimalen bis
maximalen Weg fahrbar sein. Minimale Hübe werden für reine Schnittoperationen
realisiert, während maximale Hübe z. B. bei der Verwendung von Transfersystemen
mit entsprechenden Freiheitsgraden erforderlich sind. Insbesondere bei einem
großflächigen Stößel sind mehrere Antriebspunkte zur Vermeidung einer
Stößelkippung erforderlich. In diesem Fall ist eine mechanische
Zwangssynchronisation zwischen den Antriebshebeln vorgesehen.
Die Bewegungscharakteristik der vorgeschlagenen Hebelsysteme ist gekennzeichnet
durch eine in Richtung unterer Totpunkt immer größer werdenden Übersetzung und
damit entsprechend steigender Preßkraft.
Im Gegensatz zur konventionellen hydraulischen Presse kann somit ein im
Durchmesser wesentlich kleinerer Antriebszylinder gewählt werden, trotz geringerer
zu installierender Antriebsleistung wird die Hubzahl deutlich gesteigert. Besonders
vorteilhaft zur Erzeugung gleicher Hub- bzw. Kraftverhältnisse bei einfachster
Regelung ist die Verwendung von einem sogenannten Gleichgangzylinder. Da in
beiden Hubrichtungen bei diesem Zylinder jeweils gleiche Durchmesser- und somit
Flächenverhältnisse vorliegen ist auch ein sehr günstiges Regelverhalten gegeben.
Durch den kleineren Antriebszylinder reduziert sich auch die für den Betrieb
erforderliche Ölmenge, wodurch die unerwünschte Kompressibilität des
Druckmediums geringer wird. Aufgrund der zwischengeschalteten Hebelgetriebe hat
allerdings diese Kompressibilität nur noch eine untergeordnete Bedeutung was sich
insbesondere zur Verringerung des bei Schneidoperationen auftretende
Schnittschlag günstig auswirkt.
Vorteilhaft wirkt sich auch das von den mechanischen Pressen bekannte
Bewegungs- und Geschwindigkeitsprofil aus. Im Schneid- und Umformbereich steigt
einerseits die Kraft an jedoch reduziert sich die Geschwindigkeit. Diese gegen den
unteren Totpunkt immer geringer werdende Geschwindigkeit ist insbesondere beim
Materialfluß während des Umformvorganges zur Erzielung guter Werkstücke
erforderlich.
Dieser vorteilhafte kinematische Bewegungsablauf wird durch eine gegenüber einer
mechanischen Presse erheblich geringen Zahl von Bauteilen erreicht. Die Presse
wird kostengünstiger, hat somit eine entsprechende Wirtschaftlichkeit bei optimalen
umformtechnischen Bewegungsabläufen.
Wie bereits erwähnt kann mit dem vorgeschlagenen Antrieb jede beliebige Hubgröße
im Rahmen der vorgegebenen Geometrie gefahren werden. Hierzu kann der
Antriebszylinder mit einem Wegmeßsystem versehen werden, welches in Verbindung
mit einem Wegmeßsystem am Stößel zu einem Lageregelkreis ausbaubar ist. Dabei
wird auch in diesem Einsatzfall gewährleistet, daß für einen kompletten Stößelhub,
d. h. Abwärts- und Aufwärtsbewegung, der Zylinder jeweils nur in eine Richtung fährt.
Der jeweils erforderliche Stößelhub wird dann durch die Größe des zugeordneten
Hubes des Antriebszylinder realisiert. Somit sind in einem Umformprozeß auch
unterschiedliche Stößelhübe z. B. für eine Ziehoperation mit anschließendem
Kalibrierschlag möglich.
Ein geregelter Antriebszylinder ermöglicht durch Aufprägung eines entsprechenden
Geschwindigkeitsprofil ein beliebiges Geschwindigkeitsverhalten des Stößels. Neben
dem Umformprozeß bieten sich dadurch auch große Vorteile bei der Verwendung
von Automatisierungsgeräten durch Optimierung der Freigängigkeiten.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt beispielhaft den Antrieb
mehrerer Stößel durch Einsatz von zusätzlichen Koppelgelenken. Diese Anordnung
ist z. B. bei Stufenpressen erwünscht, die einen vorgeschalteten Schnittstößel zum
Schneiden von Formplatinen benötigen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Die Figuren zeigen:
Fig. 1 hydromechanisches Antriebssystem mit einem Antriebszylinder
in der Darstellung Hubanfang und Hubende eines maximalen
Stößelhubes,
Fig. 2 wie Fig. 1 jedoch Stößellage im unteren Totpunkt,
Fig. 3 wie Fig. 1 jedoch geringerer Stößelhub,
Fig. 4 hydromechanisches Antriebssystem mit zwei Antriebszylindern
und Stößellage im unteren Totpunkt,
Fig. 5 hydromechanisches Antriebssystem für 2 Stößel,
Fig. 6 Ausführungsvariante von Fig. 5.
Fig. 1 zeigt den oberen Teil einer Presse 1 mit Ständerabschnitt 2 und Stößel 3.
Senkrecht auf Ständer 2 ist Antriebszylinder 4 bestehend aus Zylindergehäuse 5,
Kolben 6 und Kolbenstange 7, 8 angebaut, Gelenkhebel 9 ist mit einem Ende an der
Kolbenstange 7 und mit dem anderen Ende an Zahnsegment 10 befestigt.
Kreisbogenförmig kann Zahnsegment 10 um Drehpunkt 11 schwenken. Ebenfalls am
Zahnsegment 10 ist Koppelhebel 12 mit einem Ende befestigt, während das andere
Ende mit Doppelhebel 13 verbunden ist. Der Drehpunkt von Doppelhebel 13 ist mit
14 gekennzeichnet. Weiterhin ist Doppelhebel 13 mit Schubhebel 15 verbunden
zwischen dem eine Verbindung zu Druckpunkt 16 besteht. Dieser aus mechanischen
Pressen bekannte Druckpunkt 16 kann sowohl zur Schonung von Presse 1 und
Werkzeug als Überlastschutz dienen, wie auch eine Einrichtung zur Anpassung an
verschiedene Werkzeughöhen beinhalten.
Der Aufbau des auf der linken Pressenhälfte dargestellten Hebelsystem ist völlig
identisch dem Hebelsystem auf der rechten Seite der Presse. Die Darstellung in Fig. 1
zeigt zwei unterschiedliche Stellungen des Gelenksystem 17. Diese Darstellung
wurde gewählt um zu zeigen, daß mit einem Zylinderhub in nur einer Richtung, hier
nach unten, ein kompletter Stößelhub, d. h. abwärts und aufwärts, erzielt wird. Die
linke Seite der Zeichnung zeigt den Kolben 6 des Antriebszylinder 4 in der oberen
Position und den Stößel in der oberen Totpunktlage. Die Situation nach erfolgtem
Abwärtshub des Kolben 6 zeigt die rechte Zeichnungshälfte. Der Kolben 6 befindet
sich jetzt in der unteren Position, jedoch der Stößel wieder in der oberen
Totpunktlage. Die Lageveränderung des Gelenksystem 17 ist aus Fig. 1 zu ersehen.
Die Ausgangslage für den nächsten kompletten Stößelhub ist jetzt bei Kolben 6
unten gegeben.
Wie auch in den folgenden Beispielen dienen die Zahnsegmente 10 zur
Synchronisation der Bewegungsabläufe bei dem Einsatz von mehreren Stößel-
Druckpunkten.
In Fig. 2 ist der Stößel 3 im unteren Totpunkt dargestellt. Kolben 6 befindet sich
dann exakt in der mittleren Position des Zylindergehäuses 5. Der erwünschte Effekt
von hohen Kräften bei niedriger Umform- oder Schnittgeschwindigkeit wird durch die
Gestaltung des Gelenksystems 17 erzielt. Die Wirkung der Übersetzung besteht
demnach darin, daß mit Annäherung an den unteren Totpunkt die
Stößelgeschwindigkeit reduziert wird und dafür die Kraft ansteigt. Der Extremfall ist in
Fig. 2 gezeigt in dem die Geschwindigkeit Null beträgt bei theoretisch unendlicher
Kraftgröße. Symbolisiert wird dieses durch die zueinander in Strecklage befindlichen
Doppelhebel 13 und Schubhebel 15. Der Aufwärtshub von Stößel 3 wird nun durch
ein weiteres abwärts fahren von Kolben 6 eingeleitet.
Einen weiteren möglichen Bewegungsablauf zeigt Fig. 3. Wird ein kleiner
Stößelhub als der maximale Hub z. B. für Schnitt- oder Prägearbeiten, gefordert so
kann dieses ohne Probleme durch einen entsprechenden geringeren Hub des
Antriebszylinders realisiert werden. Zu diesem Zweck wird Antriebszylinder 4 mit
einem nicht näher dargestellten Wegmeßsystem ausgerüstet. Durch den kleineren
Antriebshub ist auch der symmetrische Schwenkwinkel W des Doppelhebel 13 um den
Drehpunkt 14 entsprechend kleiner, was sich unmittelbar auf die Größe des
Stößelhubes auswirkt. Dieser beschriebene Vorgang ermöglicht eine stufenlose
Veränderung des Stößelhubes. Hintereinander folgende unterschiedliche Stößelhübe
bei entsprechenden Umformvorgängen sind ebenfalls möglich.
Die Wichtigkeit der Synchronisationsfunktion durch die Zahnsegmente 10 ist
insbesondere bei Verwendung von zwei Antriebszylindern 4 erkennbar, wie in
Fig. 4 dargestellt. Aus baulichen oder funktionellen Gründen kann der Einbau von
zwei separaten Antriebszylindern 4 erforderlich sein. Die prinzipielle Funktion des
Gelenksystem 17 unterscheidet sich nicht von der Beschreibung der vorhergehenden
Ausführungsbeispiele. Die analogen Hebel wurden mit den gleichen
Positionsnummern wie bei den anderen Ausführungsvarianten versehen.
Aus der Strecklage von Doppelhebel 13 und Schubhebel 15 und der Lage von
Kolben 6 ist ersichtlich das sich der Stößel 3 in der Position unterer Totpunkt
befindet.
Fig. 5 zeigt den Antrieb mehrerer Stößel. Außer dem Stößel 3 für Umformprozesse
ist als weiterer Stößel, z. B. für Schnittoperationen, der Stößel 18 vorgeschaltet. Es
handelt sich somit um ein Pressenkonzept mit 2 Arbeitsstößel 3, 18. Wichtig ist nun,
daß mit geringstem Aufwand das beschriebene Antriebssystem erweitert werden
kann zum Antrieb weiterer Stößel. Im Prinzip braucht das Antriebssystem nur um
einen Doppelhebel 13, Schubhebel 15 und Koppelhebel 19 erweitert zu werden. Eine
evtl. erforderliche unterschiedliche Antriebskraft kann durch eine entsprechend
differenzierte Druckbeaufschlagung der Antriebszylinder 4 erfolgen.
Eine platzsparende Variante von Fig. 5 zeigt Fig. 6. Neben einer einfachen
Gestaltung von Pressenständer 2 kann für den Antrieb des Stößel 18 statt eines
Doppelhebel ein einfacher Schwenkhebel 20 verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Ausgestaltungen im Rahmen des
geltenden Anspruches 1.
1
Presse
2
Ständer
3
Stößel
4
Antriebszylinder
5
Zylindergehäuse
6
Kolben
7
Kolbenstange
8
Kolbenstange
9
Gelenkhebel
10
Zahnsegment
11
Drehpunkt
12
Koppelhebel
13
Doppelhebel
14
Drehpunkt
15
Schubhebel
16
Druckpunkt
17
Gelenksystem
18
Stößel
19
Koppelhebel
20
Schwenkhebel
Claims (12)
1. Antrieb für einen Pressenstößel einer Schneid- und/oder Umformpresse mit
einem Antriebszylinder und einem Gelenkhebelsystem zwischen Arbeitszylinder
und Pressenstößel, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (7) des
Antriebszylinder (4) über eine kinematische Kette (9, 10, 12) mit einem um
Drehpunkt (14) schwenkbaren Doppelhebel (13) verbunden ist der über Schubhebel
(15) eine Verbindung zu einem Stößel 3 hat.
2. Antrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation des
Stößelhubes durch unterschiedliche Kolbenhübe des Antriebszylinder (4) erfolgt.
3. Antrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Antriebszylinder (4) ein- oder mehrfach anbaubar ist.
4. Antrieb nach Anspruch 1 bis 3, daß der oder die Antriebszylinder (4) waagerecht
oder senkrecht anbaubar sind.
5. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenksystem (17)
über Zahnsegmente (10) zwangssynchronisiert ist.
6. Antrieb nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Doppelhebel (13)
kreisförmig um Drehpunkt (14) um den Winkel 2 mal (W) schwenkbar ist, wobei die
jeweilige Winkelgröße (W) abhängig von dem Hub der Antriebskolben (6) ist.
7. Antrieb nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung der
Winkelgröße 2 mal (W) der Antriebskolben (6) in nur eine Richtung verfahrbar ist.
8. Antrieb nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubgröße des
Antriebskolben (6) über ein Wegmeßsystem erfaßbar und/oder regelbar ist.
9. Antrieb nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Hubgeschwindigkeit
des Antriebskolben (6) regelbar ist.
10. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelhebel (13)
miteinander verbindbar sind und über einen weiteren Schubhebel (15) ein weiterer
Stößel (18) antreibbar ist.
11. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelhebel (13) über
Koppelhebel (19) mit Schwenkhebel (20) verbindbar ist und über einen weiteren
Schubhebel (15) ein weiterer Stößel (18) antreibbar ist.
12. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stößel (1, 18)
Druckpunkt (16) mit Überlastschutz und Formhöhenverstelleinrichtung angeordnet
sind.
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