DE19959395C2

DE19959395C2 - Antriebsvorrichtung für eine Umformmaschine

Info

Publication number: DE19959395C2
Application number: DE1999159395
Authority: DE
Inventors: Peter Hupfer; Arnold Bernd
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: DE19959395A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Umformmaschine, insbesondere für eine mechanische Umformpresse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Antriebsvorrichtung der vorgenannten Art ist aus der DE 40 04 290 A1 bekannt.

Antriebsvorrichtungen für mechanische Pressen, insbesondere Umformpressen, wie sie z. B. zur Bearbeitung von Blechwerkstücken verwendet werden, und die vielfach aufgrund einer Werkstückgeometrie und einer Automatisierungseinrichtung einen großen Hub auf weisen, haben eine oder mehrere parallel angeordnete Schubkurbeln. Dabei ist der Ge schwindigkeitsverlauf eines Pressenstößels durch die Drehzahl einer Hauptwelle und die Charakteristik einer Schubkurbel fest vorgegeben. Zu Beginn eines Arbeitsvorganges trifft der Stößel mit hoher Geschwindigkeit je nach Hubzahl und Größe des Arbeitsweges auf eine Blechplatine bzw. ein vorgefertigtes Werkstück, die auf einem Unterwerkzeug abgelegt sind, woraus erhebliche Stoßbelastungen für Werkzeug und Maschine sowie Lärmemissionen resultieren. Diese Belastungen sowie die geeigneten Umformgeschwin digkeiten setzen häufig der Arbeitsgeschwindigkeit eine Obergrenze. Um die Produktivität derartiger Umformpressen zu erhöhen, ist es vorteilhaft, die Hubgeschwindigkeit inner halb eines Hubzyklus derart zu verändern, daß der Pressenstößel einen schnellen Hub abwärts, eine in der Geschwindigkeit reduzierte Schließbewegung und Arbeitsbewegung des Werkzeuges und einen schnellen Rückhub realisiert.

Derartige Modifikationen des Geschwindigkeitsverlaufes des Pressenstößels werden in herkömmlicher Weise durch mehrgliedrige Koppelgetriebe erreicht. Diese sind jedoch aufwendig, haben einen großen Raumbedarf und eine geringe statische Steife.

Aus der EP 644 805 B1 ist bekannt, daß ein Umlaufrädergetriebe eine kinematische Be wegungsablaufkurve der Kurbelbahn in Form einer Hypozykloide erreicht, wodurch auch beschleunigte Bewegungsphasen ermöglicht werden. Diese Lösung hat den Nachteil, daß die Bewegungsphase des Pressenstößels durch die konstruktive Lösung fest vor gegeben ist und nicht an die jeweilige Bearbeitungsaufgabe angepaßt werden kann, so daß eine flexible Geschwindigkeitssteuerung des Pressenstößels auf diese Weise nicht realisierbar ist.

Es ist ferner bekannt, einen Pressenstößel mit zwei Schwungrädern und zugehörigen Kupplungen auszurüsten und durch wechselseitiges Schalten der Kupplungen ein ge wünschtes Geschwindigkeitsprofil des Stößels einzustellen. Derartige Antriebe sind je doch verhältnismäßig aufwendig und energetisch unwirtschaftlich.

Für die Realisierung unterschiedlicher Profile der Stößelgeschwindigkeit ist es in jüngerer Zeit auch bekannt geworden, dem Hauptantrieb für den Pressenstößel, im allgemeinen ein Schwungrad-Antrieb mit anschließendem Getriebe, einen Zusatzantrieb zu überla gern, so daß eine hohe Variabilität des Geschwindigkeitsverlaufes für den Pressenstößel ermöglicht wird. Eine solche Lösung ist z. B. aus der DE 40 04 290 A1 bekannt. Hierbei wird die Zusatzantriebsenergie über ein Dreiwellenplanetengetriebe mit zwei Eingängen eingeleitet. Es wird eine dem Schwungrad-Antrieb nachgeschaltete Eingangswelle als Primärantrieb verwendet, und eine weitere Eingangswelle des Planetengetriebes mit einem drehzahlgeregelten Servomotor beschaltet zum Abtrieb von dem Planetengetriebe mit modifizierter Drehzahl. An das Planetenradgetriebe schließt sich ein mit der Abtriebs welle desselben verbundenes Stirnradgetriebe und ein konventioneller Schubkurbelan trieb für den Antrieb des Pressenstößels an. Nachteilig an dieser Lösung ist, daß der Zusatzantrieb, wenn er aktiviert werden soll, eine solche Leistung aufbringen muß, die in der Größe der dem Primärantrieb zugeführten Augenblicksleistung liegt. Während der Motor des Primärantriebes jedoch die Unterstützung des Schwungrades hat, muß der Servomotor des Zusatzantriebes nach dieser Augenblicksleistung ausgelegt sein. Die Lösung mit drehzahlgeregeltem Servomotor ist deshalb für mittlere und große Pressen unwirtschaftlich oder gar nicht realisierbar.

Es ist ferner aus der DE 43 09 785 C2 und der DE 197 33 326 A1 bekannt, für Pressen antriebe von Umformpressen einstufige Planetenradschaltgetriebe einzusetzen, bei de nen über Kupplungsbremskombinationen zwei unterschiedliche Getriebeabtriebsdreh zahlen eingestellt werden. Dabei wird von einem Dreiwellengetriebe jeweils ein Glied blockiert. Wird beispielsweise das äußere Außenrad blockiert, arbeitet das Planetenrad getriebe als Übersetzungsgetriebe mit Arbeitsgeschwindigkeit des Pressenstößels. Wird dagegen der Planetenträger mit dem Abtrieb verbunden, arbeitet das Getriebe mit der Übersetzung i = 1 mit einer hohen Leerlaufgeschwindigkeit des Stößels.

Diese Lösung hat den Nachteil, daß die Funktion des Planetenradgetriebes als kompak tes Übersetzungsgetriebe eingeschränkt wird. Mit Planetenradgetrieben läßt sich in einer Stufe leicht ein Übersetzungsverhältnis von i = 6 erreichen. In den beiden Schaltstellun gen des Getriebes folgen dann die Übersetzungen i = 1 und i = 6 aufeinander, wodurch ein Schalten bei laufendem Getriebe mit sehr hohen Geschwindigkeitssprüngen und Be schleunigungsstößen verbunden ist. Somit besteht der Nachteil dieser Lösung darin, daß mit dem Festlegen des Übersetzungsverhältnisses des Planetenradgetriebes gleichzeitig das Verhältnis von Leerlauf zu Arbeitsgeschwindigkeit des Stößels festgelegt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß der Leerlauf des Hubes des Pressenstößels mit einer erhöhten Geschwindigkeit durchfahren werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung besteht darin, daß die Arbeits- und Leerlaufphase flexibel variierbar sind. Dabei kann vorteilhafterweise das Drehzahl verhältnis der Arbeits- und Leerlaufphase konstruktiv festgelegt werden, ohne die Ge samtübersetzung zu beeinflussen.

Das in der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung eingesetzte Planetenradgetriebe dient als Übersetzungsgetriebe mit zwei wahlweise schaltbaren Abtriebsdrehzahlen, mit einer möglichst hohen Drehzahlübersetzung in einer ersten Schaltstufe, bei dem in einer zweiten Schaltstufe auch Übersetzungen größer als i = 1 verwirklicht werden können, so daß das Verhältnis der ersten Abtriebsdrehzahl zur zweiten konstruktiv in einem weiten Bereich unabhängig vom Übersetzungsverhältnis beeinflußt werden kann.

Bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprü chen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen. Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine Antriebsvorrichtung (Getriebeplan) nach einem ersten Ausführungs beispiel mit Kupplungs-Bremseinrichtung im Übersetzungsgetriebe;

Fig. 2 eine Antriebsvorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel mit Bremsvorrichtung am Planetenradgetriebe;

In Fig. 1 wird eine Antriebsvorrichtung für eine Umformpresse (Kurbelpresse) mit einem Schwungradantrieb 20 mit Kupplung 21 und Bremse 22 und einem anschließenden Übersetzungsgetriebe gezeigt.

Das Übersetzungsgetriebe besteht aus einem überlagerten Planetengetriebe und, falls erforderlich, einer weiteren Zahnradstufe 23 bis zur Kurbel- oder Exzenterwelle 24 für den (hier nicht gezeigten) Pressenstößel. Das überlagerte Planetengetriebe besteht aus ei nem Sonnenrad 2 einem oder mehreren Planeten-Umlaufrädern 3 die auf einem gemein samen Planetenträger, dem Steg 5, sitzen und einem mit den Planeten-Umlaufrädern 3 im Eingriff stehenden Außenrad 4 mit Innenverzahnung. Das Außenrad 4 ist koaxial zur Kupplungswelle 14 auf dem Gehäuse 1 des Planetenradgetriebes gelagert. Der Antrieb erfolgt über das Sonnenrad 2, der Abtrieb über den Steg 5. Das überlagerte Planetenradgetriebe ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Sonnenrad 2 eine Getriebeverzweigung mit einer Zahnradstufe mit einem zweiten Zahnrad 6 und ei nem dritten Zahnrad 8 und der Welle 12 angeordnet ist, die parallel zur Kupplungswelle 14 liegt. Dieser Getriebezweig treibt mit dem ersten Zahnrad 9 ebenfalls auf das große Au ßenrad 4, das zusätzlich zur Innenverzahnung eine Außenverzahnung 10 aufweist. Die Drehrichtung des Außenrades 4 soll der des Sonnenrades 2 gleichgerichtet sein. Durch eine Kupplungs-Bremskombination (Kupplungs-Bremsvorrichtung) 13 mit zwei Schalt stellungen kann entweder das Überlagerungsgetriebe gegen das Gehäuse 1 blockiert werden (Stellung I, Arbeitsgeschwindigkeit) oder aktiviert werden (Stellung II, Leerlaufge schwindigkeit). Dafür ist das dritte Zahnrad 8 frei drehbar auf der Welle 12 gelagert und kann durch die Kupplungs-Bremsvorrichtung 13 freigegeben oder mit der Welle 12 verbun den werden. In Stellung I der Kupplungs-Bremsvorrichtung 13 (Arbeitsgeschwindigkeit) beträgt die Abtriebsdrehzahl am Steg 5

mit n₂ = n_an als Kupplungswellendrehzahl nach dem Schwungrad und n₅ = n_ab als Ab triebsdrehzahl des Planetenradgetriebes.

In Stellung II der Kupplungs-Bremsvorrichtung 13 (Leerlaufgeschwindigkeit) beträgt da gegen die Abtriebsdrehzahl

mit i_ges als der Gesamtübersetzung des überlagerten Planetengetriebes und den Einzel übersetzungsstufen

Die Zähnezahlen z₂ bis z₉ entsprechen den jeweiligen Zahnrädern 2 bis 9, und z₁₀ ist die Zähnezahl der Zusatzverzahnung am Außenrad 4. In dieser Stellung wird also die Bewe gungsüberlagerung wirksam und es tritt eine erhöhte Abtriebsdrehzahl auf. Durch eine geeignete Wahl der Parameter i_K1 und i_K2 kann das Drehzahlverhältnis der beiden Schalt stellungen konstruktiv festgelegt werden, ohne die Gesamtübersetzung, die durch die Zähnezahlen des Sonnenrades 2 und des Außenrades 4 festgelegt ist, zu beeinflussen.

Ein modifiziertes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt. Es ist dadurch gekenn zeichnet, daß zwecks Erhöhung des Bremsmomentes während der Arbeitsphase auf dem Außenrad 4 eine drehfeste, aber axial verschiebbare Schalthülse 25 (Hülse) mit einem ringförmigen, radial abstehenden Reibflansch 26 angebracht ist, der durch mehre re am Gehäuse 1 angebrachte Bremssättel 27 über Kolben 28 durch Wirkung eines Druckmediums mit dem Gehäuse 1 verbunden wird. Das lose drehbare dritte Zahnrad 8 des Überlagerungsgetriebes wird während der Leerlaufphase durch eine Kupplungs- Bremsvorrichtung 13 mit der Welle 12 verbunden (Schaltstellung II in Fig. 2) oder während der Arbeitsphase der Kurbel entkuppelt (Schaltstellung I).

Die Erfindung gestattet in einfacher Weise und ohne Zusatzantriebe eine variable Ein stellung des Verhältnisses von Leerhubgeschwindigkeit/Arbeitshubgeschwindigkeit des Pressenstößels und eine Minimierung von Totzeiten durch Erhöhung der Rückhub- (Leerhub-)Geschwindigkeit des Pressenstößels.

Claims

1. Antriebsvorrichtung für eine Umformmaschine, insbesondere für eine mechanische Umformpresse, mit einem Schwungradantrieb verbunden über eine Kupplungswelle und ein Planetenradgetriebe mit einer Antriebswelle eines Stößelantriebs, wobei das Planetenradgetriebe ein Sonnenrad und ein Außenrad aufweist und mit Hilfe wenig stens eines Überlagerungsgetriebes zur Steuerung der auf die Antriebswelle übertra genen Drehzahl schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtungen des Sonnenrades (2) und des Außenrades (4) gleichsinnig sind und das Überlage rungsgetriebe vom Schwungradantrieb (20) antreibbar ist.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlage rungsgetriebe ein erstes Zahnrad (9) in Kämmeingriff mit dem Außenrad (4) des Pla netenradgetriebes ist, das Sonnenrad (2) drehfest mit der Kupplungswelle (14) ver bunden ist und das Außenrad (4) durch wenigstens eine Kupplungs- Bremsvorrichtung (13) entweder festbremsbar oder mit dem Überlagerungsgetriebe verbindbar ist.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlage rungsgetriebe zumindest eine Zahnradstufe mit einem zweiten und dritten Zahnrad (6), (8) aufweist, wobei das zweite Zahnrad (6) mit der Kupplungswelle (14) drehfest verbunden ist, und das dritte Zahnrad (8) drehbar gelagert ist, wobei das erste Zahn rad (9) mit einem Gehäuse (1) verbunden ist, wenn die Kupplungs-Bremsvorrichtung (13) in einer Bremsstellung ist, und das zweite Zahnrad (6) über das dritte Zahnrad (8) mit dem ersten Zahnrad (9) gekuppelt ist, wenn die Kupplungs-Bremsvorrichtung (13) in einer Kupplungsstellung ist.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Zahnrad (8) auf einer zur Kupplungswelle (14) parallelen Welle (12) drehbar gelagert ist, mit der das erste Zahnrad (9) drehfest verbunden ist, wobei das dritte Zahnrad (8) mit der Welle (12) durch die Kupplungs-Bremsvorrichtung (13) verbunden ist, wenn die Kupplungs-Bremsvorrichtung (13) in der Kupplungsstellung ist.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Au ßenrad (4) eine drehfeste, axial verschiebbare Hülse (25) mit einem radial abstehen den Reibflansch (26) angebracht ist, der durch wenigstens einen Bremssattel (27) mit einem ortsfesten Gehäuse (1) verbindbar ist.

6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit dem ortsfesten Gehäuse (1) des Planetenradgetriebes der Bremssattel (27) eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten, fluiddruckbetätigten Kol beneinrichtungen (28) zum Eingriff mit dem Reibflansch (26) des Außenrades (4) aufweist und dies bei Betätigung der Kolbeneinrichtungen (28) unmittelbar gebremst ist.