DE19962630A1 - Antriebsvorrichtung für eine Umformmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Antriebsvorrichtung für eine Umformmaschine, insbesondere für eine mechanische Umformpresse, mit einem Schwungradantrieb, der über ein Planetenradgetriebe mit einer Antriebswelle eines Stößelantriebs verbunden ist, wobei das Planetenradgetriebe mittels wenigstens eines Überlagerungsgetriebes schaltbar ist. Diese Antriebsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß das Überlagerungsgetriebe mit dem Schwungradantrieb verbindbar ist und ein weiterer unabhängiger Schwungradantrieb dem Überlagerungsgetriebe zugeordnet ist.

Description

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

Eine Antriebsvorrichtung für eine Umformmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der DE 40 04 290 A1 bekannt.

Stößelantriebe für mechanische Pressen, insbesondere Umformpressen, wie sie z. B. bei der Blechbearbeitung verwendet werden, haben meist eine oder mehrere parallel angeordnete Schubkurbeln. Dabei ist der Geschwindigkeitsverlauf des Pressenstößels durch die Drehzahl der Hauptwelle und die Charakteristik der Schubkurbel fest vorgege­ ben. Zu Beginn eines Arbeitsvorganges trifft der Stößel mit großer Geschwindigkeit (je nach Hubzahl und Größe des Arbeitsweges) auf die Blechplatine bzw. das vorgefertigte Werkstück, die auf dem Unterwerkzeug abgelegt sind, woraus erhebliche Stoßbelastun­ gen für Werkzeug und Maschine sowie Lärmemissionen resultieren. Diese Belastungen sowie geeignete Umformgeschwindigkeiten setzen häufig der Arbeitsgeschwindigkeit eine Obergrenze. Um die Produktivität derartiger Umformpressen zu erhöhen, ist es vorteilhaft, die Hubgeschwindigkeit innerhalb eines Hubzyklus derart zu verändern, daß der Pressenstößel einen schnellen Leerhub abwärts, eine in der Geschwindigkeit redu­ zierte 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.

Für die Realisierung unterschiedlicher Profile der Stößelgeschwindigkeit ist es in jünge­ rer Zeit auch bekannt geworden, dem Hauptantrieb für den Pressenstößel, im allgemei­ nen ein Schwungrad-Antrieb mit anschließendem Getriebe, einen Zusatzantrieb zu überlagern, so daß eine hohe Variabilität des Geschwindigkeitsverlaufes für den Pres­ senstößel ermöglicht wird. Eine solche Vorrichtung ist z. B. aus der DE 40 04 290 A1 bekannt. Hierbei wird die Zusatzantriebsenergie auf ein Dreiwellenplanetengetriebe mit zwei Eingängen eingeleitet. Es wird eine dem Schwungrad-Antrieb nachgeschaltete Eingangswelle als Primärantrieb verwendet und eine weitere Eingangswelle des Plane­ tengetriebes mit einem drehzahlgeregelten Servomotor zum Abtrieb von dem Planeten­ getriebe mit modifizierter Drehzahl beschaltet. An das Planetenradgetriebe schließt sich ein mit der Abtriebswelle desselben verbundenes Stirnradgetriebe und ein konventionel­ ler Schubkurbelantrieb für den Antrieb des Pressenstößels an. Nachteilig an dieser Lö­ sung ist, daß der Zusatzantrieb, wenn er aktiviert werden soll, eine solche Leistung auf­ bringen muß, die in der Größe der dem Primärantrieb zugeführten Augenblicksleistung liegt. Während der Motor des Primärantriebes jedoch die Unterstützung des Schwung­ rades hat, muß der Servomotor des Zusatzantriebes nach dieser Augenblicksleistung ausgelegt sein. Die Vorrichtung mit drehzahlgeregeltem Servomotor ist deshalb für mitt­ lere 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 Kupplungs-Bremskombinationen zwei unterschiedliche Getriebeabtriebsdreh­ zahlen eingestellt werden. Dabei wird von einem Dreiwellengetriebe jeweils ein Glied blockiert. Wird beispielsweise das äußere Hohlrad blockiert, arbeitet das Planetenradge­ triebe 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 Vorrichtung hat den Nachteil, daß die Funktion des Planetenradgetriebes als kompaktes Übersetzungsgetriebe eingeschränkt wird. Mit Planetenradgetrieben läßt sich in einer Stufe leicht ein Übersetzungsverhältnis von i = 6 erreichen. In den beiden Schaltstellungen des Getriebes folgen dann die Übersetzungen i = 1 und i = 6 aufein­ ander, wodurch ein Schalten bei laufendem Getriebe mit sehr hohen Geschwindigkeits­ sprüngen und Beschleunigungsstößen verbunden ist. Somit besteht der Nachteil dieser Vorrichtung darin, daß mit dem Festlegen des Übersetzungsverhältnisses des Planeten­ radgetriebes gleichzeitig das Verhältnis von Leerlauf- zu Arbeitsgeschwindigkeit des Stößels festgelegt ist.

Unabhängig von der Arbeits- und Leerlaufbewegung ist an Blechformpressen stets noch ein sogenannter Schleichgang erforderlich, um ein Einrichten von Umform- und Schneidwerkzeugen sowie das Abdrücken von Probeteilen mit stark reduzierter Stößel­ geschwindigkeit (< 1 Hub/min) zu ermöglichen.

Üblicherweise wird der Schleichgang, d. h. die drastische Senkung der Stößelgeschwin­ digkeit beim Einrichten der Werkzeuge, durch einen separaten, vom Hauptantrieb der Presse unabhängigen Antrieb erzeugt. Der Schleichgangantrieb besteht aus einem An­ triebsmotor und einem hochstufigen Übersetzungsgetriebe (Zahnradgetriebe, Schnec­ kengetriebe), dessen Ausgangswelle über ein Ritzel ein großes, achsparallel zur Kupp­ lungswelle gelagertes Zahnrad antreibt. Dieses Zahnrad kann durch axiales Verschie­ ben über eine Zahnkupplung mit der Kupplungswelle drehfest gekuppelt werden. Das Verschieben des Zahnrades erfolgt durch mit Druckluft beaufschlagbare Kolben- Zylindereinheiten.

Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß bei mechanisch gekoppelten Kupp­ lungs-Bremsvorrichtungen ein gleichzeitiges Öffnen von Kupplung und Bremse nicht möglich ist. Das ist aber Voraussetzung für das Betreiben des Schleichgangantriebes. Deswegen ist eine zusätzliche Bewegung des Bremslamellenträgers über einen Schneckenantrieb und ein zusätzliches Festhalten, desselben über eine weitere Bremse erforderlich. Dieser Nachteil wird durch die in der DE-A-34 24 540 beschriebene kombi­ nierte Kupplungs- und Bremsvorrichtung mit Schleichgang für Pressen vermieden. Durch eine spezielle Ausführung der Kupplungs-Bremsvorrichtung für den Hauptantrieb mit einer weiteren Zylinder-Kolbeneinheit kann während des Schleichgangbetriebes ein gleichzeitiges Öffnen der Kupplung und Bremse erreicht werden. Der eigentliche Schleichgangantrieb behält dabei die bekannte prinzipielle Ausführung. Durch diese Maßnahme erhöht sich der Aufwand für den Schleichgang, da keine handelsüblichen Kupplungs-Bremsvorrichtungen eingesetzt werden können.

Zur Erzeugung großer Übersetzungen bei gleichzeitig kompakter Bauweise werden auch Planetengetriebe in mechanischen Pressen eingesetzt. Sie haben die Funktion eines Übersetzungsgetriebes und daher nur einen Antrieb und einen Abtrieb. Die Schwierigkeiten bei der Realisierung des Schleichganges werden damit in keiner Weise berührt. Das trifft auch auf die DE 197 33 326 A1 zu, nach der über eine Kupplungs- Bremskombination zwei unterschiedliche Getriebeabtriebsdrehzahlen eingestellt werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung für eine Um­ formmaschine der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß der Leerlauf des Hu­ bes des Pressenstößels mit einer erhöhten Geschwindigkeit durchfahren werden kann und wahlweise eine normale Arbeitsbewegung des Pressenstößels oder eine Schleich­ gangbewegung ausgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkma­ len des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung besteht darin, daß die Arbeits- und Leerlaufphasen flexibel gestaltet werden können und zwar flexibel sowohl bezüglich der Zeitphasen als auch der Geschwindigkeiten. Darüber hinaus ist kein leistungsstarker Servomotor erforderlich. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung besteht darin, daß serienmäßige Kupplungs-Bremskombinationen eingesetzt werden können und für die Realisierung des Schleichganges kein separater Schleichgangantrieb erforderlich ist.

Den beiden Schwungradantrieben sind vorteilhafterweise jeweils eine Kupplungs- Bremskombination zugeordnet, mit deren Hilfe die Schwungradantriebe unabhängig voneinander zugeschaltet werden können. Vorzugsweise weist das Planetenradgetriebe ein Sonnenrad, ein Hohlrad und wenigstens einen mit dem Stößelantrieb verbundenen Planetenradträger auf. Das Sonnenrad ist dabei über eine Kupplungswelle mit dem ei­ nen der beiden Schwungradantriebe verbindbar.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Überlagerungsgetriebe ein Zahnrad auf, das mit einer Verzahnung des Hohlrades in Eingriff ist. Ferner ist in diesem Überla­ gerungsgetriebe eine Zahnradstufe mit zwei weiteren Zahnrädern vorgesehen. Das mit der Verzahnung des Hohlrades in Eingriff befindliche Zahnrad kann entweder über die lösbare Zahnradstufe mit einem der beiden Schwungradantriebe verbunden sein oder durch die entsprechende Kupplungs-Bremsvorrichtung mit dem anderen der beiden Schwungradantriebe verbunden sein. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, daß das Verhältnis von Arbeits- zu Leerlaufgeschwindigkeit durch die Drehzahlen der beiden Schwungradantriebe variiert werden kann. Außerdem wird der Schleichgang­ antrieb vom Hauptantrieb mit übernommen, so daß ein separater Schleichgangantrieb entfällt.

In bevorzugter Weise sind die Drehrichtungen des Sonnenrades und des Hohlrades ge­ gensinnig, wenn das mit der Verzahnung des Hohlrades in Eingriff befindliche Zahnrad mit dem einen der beiden Schwungradantriebe verbunden ist. Die Drehrichtungen des Sonnenrades und des Hohlrades sind gleichsinnig, wenn dieses Zahnrad mit dem ande­ ren der beiden Schwungradantriebe, also dem weiteren Schwungradantrieb, verbunden ist. Das Hohlrad kann durch die einem der beiden Schwungradantriebe zugeordnete Kupplungs-Bremsvorrichtung festbremsbar sein.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das eine der beiden Zahnräder der lösbaren Zahnradstufe drehfest mit der Kupplungswelle verbunden und das andere Zahnrad axial verschieblich gelagert. Vorzugsweise ist das axial verschiebliche Zahnrad auf einer zur Kupplungswelle parallelen Welle gelagert, die mit dem mit der Verzahnung des Hohlra­ des in Eingriff befindlichen Zahnrad drehfest verbunden ist und die mit dem weiteren Schwungradantrieb durch die diesem zugeordnete Kupplungs-Bremsvorrichtung kup­ pelbar ist.

Alternativ kann die mit dem Zahnrad des Überlagerungsgetriebes in Eingriff stehende Verzahnung des Hohlrades eine Innenverzahnung oder eine Außenverzahnung sein. Im Falle der Innenverzahnung werden die beiden Zahnräder der Zahnradstufe direkt mit­ einander in Eingriff gebracht, während im Falle der Außenverzahnung die beiden Zahn­ räder der Zahnradstufe über ein drehbar gelagertes Zwischenzahnrad verbunden wer­ den.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und der zugehöri­ gen einzigen Figur näher erläutert. In dieser ist ein Ausführungsbeispiel einer Antriebs­ vorrichtung (Getriebeplan) gezeigt, die zwei Schwungradantriebe umfaßt.

In der Zeichnung ist dargestellt, wie der Hauptantrieb von einem ersten Schwungradan­ trieb 20a und die Überlagerungsbewegung von einem zweiten Schwungradantrieb 20b eingeleitet wird. Beide Schwungradantriebe weisen je eine Kupplungs- Bremskombination 21a, 21b auf. Das überlagerte Planetengetriebe besteht aus einem Sonnenrad 2, einem oder mehreren Planetenumlaufrädern 3, die auf einem gemeinsa­ men Planetenträger, dem Steg 5, sitzen, und einem mit den Planetenrädern im Eingriff stehenden Hohlrad 4 mit Innenverzahnung. Das Hohlrad 4 ist koaxial zur Kupplungswel­ le 14 auf dem Gehäuse 1 des Planetenradgetriebes drehbar gelagert. Der Antrieb erfolgt über das Sonnenrad 2, der Abtrieb über den Planetenträger 5. Ferner treibt ein zweiter Schwungradantrieb 20b mit der Kupplungswelle 12 und einem Zahnrad 9 auf das Hohl­ rad 4, das zusätzlich zur Innenverzahnung eine Außenverzahnung 10 aufweist. Mit Hilfe der Kupplungs-Bremskombination 21b kann entweder der zweite Schwungradantrieb 20b eingekuppelt werden (Leerlaufgeschwindigkeit) oder die Kupplungswelle 12 gegen ein Gehäuse blockiert werden (Arbeitsgeschwindigkeit). In der blockierten Schaltstellung der Welle 12 beträgt die Abtriebsdrehzahl am Steg 5

mit n_an1 als Antriebsdrehzahl des ersten Schwungradantriebes. In der eingekuppelten Schaltstellung der Kupplung 21b beträgt dagegen die Abtriebsdrehzahl

wenn die Drehrichtung des zweiten Schwungradantriebes derjenigen des ersten Antrie­ bes entgegengesetzt ist, und es wird je nach der Größe der Antriebsdrehzahl der zwei­ ten Schwungradwelle n_an2 eine erhöhte Abtriebsgeschwindigkeit ausgeführt. Die Zähne­ zahlen z₂ und z₄ entsprechen dem Rad 2 und der Innenverzahnung des Hohlrades 4.

Zwischen den Kupplungswellen 12, 14 der beiden Schwungradantriebe besteht eine lösbare, kinematische Verbindung durch die Zahnräder 6, 7 und 8. Das Rad 6 ist fest mit der Kupplungswelle 14 verbunden, das Rad 8 sitzt als Schieberad drehfest, aber axial verschiebbar, auf der Kupplungswelle 12. Das Rad 7 ist ein lose laufendes Zwischenrad und bewirkt, daß in der Eingriffsstellung des Schieberades 8 die Drehrichtung des Hohl­ rades 4 der des Sonnenrades 2 entgegengesetzt ist. In dieser Stellung muß die Bremse 21b geöffnet sein. Ist zudem der Motor des zweiten Schwungradantriebes abgeschaltet, beträgt die Abtriebsdrehzahl am Steg 5

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

z₁₀ ist die Zähnezahl der Zusatzverzahnung am Hohlrad 4. Ist der Klammerausdruck in Gl. 2 positiv, erfolgt ein Vorlauf der Presse. Durch geeignete Wahl von i_k1 und i_k2 kann der Klammerausdruck feinstufig sehr klein gewählt werden, so daß Pressenhubzahlen < 1 Hübe/min erreicht werden können und ein Schleichgang somit vom Hauptantrieb er­ folgt. Kupplungs- und Bremssteuerung des Hauptantriebes erfolgen in der bekannten Weise. Dabei ist nach dem Energieerhaltungssatz das erforderliche Kupplungsmoment für den Schleichgang bei Vernachlässigung der Verluste lediglich ein Bruchteil des Ab­ triebsmomentes:

Das vom Motor-Schwungradantrieb im Schleichgang benötigte Moment und erst recht die Leistung sind daher sehr klein.

Die verschiedenen Betriebszustände des vorgestellten Pressenantriebes werden durch vier Steuerungszustände erreicht:

Im ersten Steuerungszustand ist das mit dem Hohlrad 4 in Eingriff stehende Zahnrad 9 durch die Kupplungs-Bremsvorrichtung 21b mit einem ortsfesten Gestell verbunden. Das Hohlrad 4 ist dadurch festgebremst und die Presse führt die Arbeitsbewegung aus. Im zweiten Steuerungszustand ist das Zahnrad 9 durch die Kupplungs-Bremsvorrichtung 21b mit dem weiteren Schwungradantrieb 20b verbunden. Dabei drehen das Sonnenrad und das Hohlrad gleichsinnig, und die Presse ist in der Leerlaufphase. Im dritten Steue­ rungszustand ist das Zahnrad 9 mit der geschalteten Zahnradstufe 6, 7, 8 verbunden und der Schwungradantrieb 20b ist eingekuppelt. Die Drehrichtungen des Sonnenrades 2 und des Hohlrades 4 sind im dritten Steuerungszustand gegensinnig, so daß die Pres­ se im Schleichgang arbeitet.

Claims (9)

1. Antriebsvorrichtung für eine Umformmaschine, insbesondere für eine mechanische Umformpresse, mit einem Schwungradantrieb, der über ein Planetenradgetriebe mit einer Antriebswelle eines Stößelantriebs verbunden ist, wobei das Planetenradge­ triebe mittels wenigstens eines Überlagerungsgetriebes schaltbar ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Überlagerungsgetriebe mit dem Schwungradantrieb (20a) verbindbar ist und ein weiterer unabhängiger Schwungradantrieb (20b) dem Überla­ gerungsgetriebe zugeordnet ist.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Schwungradantrieben (20a, 20b) jeweils eine Kupplungs-Bremsvorrichtung (21a, 21b) zugeordnet ist.

3. Antriebsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Pla­ netenradgetriebe ein Sonnenrad (2), ein Hohlrad (4) und wenigstens ein mit dem Stößelantrieb verbundenen Planetenradträger (5) aufweist, wobei das Sonnenrad (2) über eine Kupplungswelle (14) mit dem Schwungradantrieb (20a) verbindbar ist, da­ durch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsgetriebe ein Zahnrad (9) und we­ nigstens eine lösbare Zahnradstufe mit den Zahnrädern (6, 8) aufweist, wobei das Zahnrad (9) mit einer Verzahnung des Hohlrades (4) in Eingriff ist und das Zahnrad (9) entweder über die lösbare Zahnradstufe (6, 8) mit dem Schwungradantrieb (20a) oder durch die Kupplungs-Bremsvorrichtung (21b) mit dem weiteren Schwungradan­ trieb (20b) verbindbar ist.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrich­ tungen des Sonnenrades (2) und des Hohlrades (4) gegensinnig sind, wenn das Zahnrad (9) mit dem Schwungradantrieb (20a) verbunden ist, und die Drehrichtun­ gen des Sonnenrades (2) und des Hohlrades (4) gleichsinnig sind, wenn das Zahn­ rad (9) mit dem weiteren Schwungradantrieb (20b) verbunden ist.

5. Antriebsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Hohlrad (4) durch die Kupplungs-Bremsvorrichtung (21b) festbremsbar ist.

6. Antriebsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Zahnrad (6) drehfest mit der Kupplungswelle (14) verbun­ den ist und das Zahnrad (8) axial verschieblich gelagert ist.

7. Antriebsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das axial verschiebliche Zahnrad (8) auf einer zur Kupplungswel­ le (14) parallelen Welle (12) gelagert ist, die mit dem Zahnrad (9) drehfest verbun­ den ist und mit dem weitere Schwungradantrieb (20b) durch die Kupplungs- Bremsvorrichtung (21b) kuppelbar ist.

8. Antriebsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Zahnrad (9) mit einer Innenverzahnung des Hohlrades (4) in Eingriff ist und das Zahnrad (8) direkt mit dem Zahnrad (6) in Eingriff bringbar ist.

9. Antriebsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Zahnrad (9) mit einer Außenverzahnung des Hohlrades (4) in Eingriff ist und das Zahnrad (8) über ein drehbar gelagertes Zwischenzahnrad (7) mit dem Zahnrad (6) verbindbar ist.