DE20020007U1

DE20020007U1 - Stößelantrieb für eine Presse

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Publication number: DE20020007U1
Application number: DE20020007U
Authority: DE
Original assignee: PROCON MASCHINEN GmbH
Current assignee: Procon-Maschinen De GmbH
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2001-03-01
Anticipated expiration: 2010-11-25

Description

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BESCHREIBUNG Stößelantrieb für eine Presse

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stößelantrieb entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stößelantriebe für im Rahmen der Umformtechnik eingesetzte Pressen sind in

&iacgr;&ogr; der Form mechanischer Exzenterantriebe oder hydraulischer Antriebe bekannt. Die Anforderungen an die konstruktive Ausbildung von hydraulischen Antrieben gestalten sich vielfältig. Abgesehen von Sicherheitsanforderungen und einer an die Presskraft sowie den Pressenzyklus angepassten Antriebsleistung muss bei der Dimensionierung des Hubes neben den, dem reinen Umformvorgang zugeordneten Hubanteil auch ein Hubanteil beachtet werden, der mit dem Öffnen des Werkzeugs, insbesondere dem Ladevorgang, nämlich dem Einführen eines zu bearbeitenden Werkstücks in den Arbeitsbereich der Presse zusammenhängt. Zur Erzielung kurzer Pressenzyklen muss der Öffnungs- und Schließvorgangs des Werkzeugs möglichst rasch ablaufen, welches die Bewegung einer dementsprechend großen Menge an Hydraulikflüssigkeit mit einer dementsprechenden Geschwindigkeit voraussetzt. Dieser, durch die Beladung bedingte Hubanteil fällt im Vergleich zu dem durch den reinen Umformvorgang bedingten Hubanteil regelmäßig verhältnismäßig groß aus, so dass die Auslegung des Hydrauliksystems, insbesondere die Größe eines Hydraulikbehälters, die zu installierende Pumpen- und Kühlleistung maßgeblich auch durch den Beladevorgang mitbestimmt werden. Zur Durchführung des Umformvorgangs ist demgegenüber die Bewegung lediglich einer vergleichsweise geringen Menge an Hydraulikflüssigkeit erforderlich.

Es ist vor diesem Hintergrund die Aufgabe der Erfindung, den Stößelantrieb einer Presse mit der Maßgabe auszugestalten, dass sich insgesamt ein geringerer konstruktiver und apparativer Aufwand ergibt, wobei von einem hydrauli-

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sehen Stößelantrieb ausgegangen wird. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem solchen Stößelantrieb durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Erfindungswesentlich ist hiernach, dass der Stößelantrieb grundsätzlich aus zwei Antrieben zusammengesetzt ist, die funktionell jeweils auf bestimmte Arbeitsphasen des Pressenzyklus zugeschnitten sind. Für den reinen Umformvorgang, der im Regelfall mit einem vergleichsweise geringen Hub abläuft und nur auf diese Phase hin ist der hydraulische Antrieb bemessen. Für den Öffnungs- und Schließvorgang des Werkzeugs, der im Regelfall durch einen relativ zu dem Umformverfahren großen Hub gekennzeichnet ist, der schnell durchlaufen werden muss, ist ein zweiter Antrieb vorgesehen. Dieser zweite Antrieb, der unabhängig von dem hydraulischen Antrieb ist, kann beispielsweise als elektrischer Antrieb ausgebildet sein. Die konstruktive Integration der über den zweiten Antrieb bereitgestellten Bewegung in das Konzept des Stößelantriebs kann grundsätzlich beliebig erfolgen.

Die Merkmale der Ansprüche 2 bis 4 sind auf die weitere Ausgestaltung dieses Konzepts gerichtet. Hiernach ist der genannte zweite Antrieb als elektromechanischer Antrieb ausgebildet, insbesondere als Spindelantrieb, wobei über eine Gewindespindel die Verbindung des Stößels mit beiden Antrieben bereitgestellt wird.

Das Bindeglied im engeren Sinne zwischen dem Stößel und den beiden Antrieben bildet entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 5 eine mit der Gewindespindel in Eingriff befindliche Spindelmutter.

Die Merkmale der Ansprüche 6 und 7 sind auf eine konstruktive Konkretisierung des Erfindungsgegenstands gerichtet und es wird der hydraulische Antrieb hierbei durch ein System von Ringzylindern und Ringkolben gebildet, die sich konzentrisch zu der Achse der Gewindespindel erstrecken, wobei über die genannten Ringkolben Stützkräfte auf ein Gehäuse und über dieses auf das Pressengestell übertragen werden. Die Ringkolben sind innerhalb eines Stütz-

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Zylinders gleitfähig geführt, der seinerseits innerhalb des genannten Gehäuses verschiebbar ist, und zwar um ein Ausmaß, welches durch den, dem reinen Umformvorgang zugeordneten Hub bestimmt wird. Dadurch, dass dieser Hubanteil verhältnismäßig gering ausfällt, kann das Hydrauliksystem dieses ersten Antriebs ebenfalls vergleichsweise einfach ausgeführt sein, da nach Maßgabe des geringen Hubes lediglich geringe Mengen an Druckmedium bewegt werden müssen. Demzufolge können ein Vorratsbehälter für das Druckmedium, die erforderliche Pumpenleistung sowie der dem zugeordnete Aufwand an Kühlmittel geringer als bei dem eingangs dargelegten Stand der Technik gehalten &iacgr;&ogr; werden. Der Stützzylinder steht über ein Axiallager mit der Spindelmutter in Verbindung, welches sämtliche, durch die Führung des Stößels sowie den Umformprozess bedingte Kräfte auf das Pressengestell überträgt.

Die Merkmale der Ansprüche 8 und 9 sind auf die weitere Ausgestaltung der Spindelmutter bzw. deren Antriebs gerichtet. Die Spindelmutter steht hierbei beispielsweise über ein Getriebe mit einem Antrieb, regelmäßig einem Elektromotor in Verbindung, der an dem, die Spindelmutter aufnehmenden Gehäuse befestigt ist. Hierbei kann grundsätzlich jedes Getriebe Anwendung finden, welches in Abstimmung mit der Abtriebsdrehzahl des Motors, den räumlichen Einbauverhältnissen sowie der gewünschten Vorschubgeschwindigkeit des Stößels während des Beladevorgangs geeignet ist.

Das Gehäuse ist entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 10 koaxial zu der Achse der Gewindespindel angeordnet und steht unmittelbar mit der Kopfplatte des Pressengestells in Verbindung. Während somit die Kopfplatte eine Kraftüberleitungsfläche für einen Ringkolben bildet, wird die dieser gegenüberliegende Kraftüberleitungsfläche durch eine ringartige Deckplatte gebildet, so dass in dem ringzylindrischen Raum zwischen der Deckplatte und der Kopfplatte der eingangs genannte Stützzylinder axial geführt ist. Das Gehäuse umgibt eine zylindrische Ausnehmung, innerhalb welcher die Spindelmutter angeordnet, insbesondere an den Innenseiten des Stützzylinders gelagert ist und durch welche hindurch sich die Gewindespindel erstreckt.

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Die Merkmale der Ansprüche 11 und 12 sind auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstands gerichtet. Der Stützzylinder ist hiernach bezüglich der Achse der Gewindespindel unverdrehbar aufgenommen, wobei ferner die Gewindespindel, die mit dem Stößel in Verbindung steht, aufgrund dieser Anbindung bezüglich ihrer Achse ebenfalls unverdrehbar gehalten ist. Der Drehung der Spindelmutter ist somit eine eindeutige und dementsprechende axiale Bewegung der Gewindespindel zugeordnet. Dadurch dass der Eingriff zwischen der Gewindespindel und der Gewindemutter beziehungsweise der gesamte mechanische Antrieb selbsthemmend ausgebildet ist, ergibt sich ein hohe Pressensicherheit.

Das oben dargelegte, aus der Gewindespindel, der Spindelmutter und den beiden Antrieben bestehende Kraftübertragungselement kann bezüglich eines Stößels einfach vorgesehen sein - es können jedoch auch zwei oder mehrere derartige Elemente vorgesehen sein, um Verlagerungen des Stößels bei exzentrischer, aus dem Umformprozess resultierender Belastungen weitestgehend zu vermeiden.

Man erkennt aus obigen Ausführungen, dass der erfindungsgemäße Stößelantrieb aufgrund seiner beiden Antriebseinheiten die Vorzüge des hydraulischen Antriebs aufweist, wobei jedoch ein durch den Beladevorgang, insbesondere die hiermit verbundenen Hubanteile bedingtes aufwendiges Hydrauliksystem vermieden wird und die hiermit zusammenhängenden Bewegungen des Stößels elektromechanisch erzeugt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf das in der Zeichnung schematisch wiedergegebene Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Mit 1 ist der Stößel einer Presse bezeichnet, der in einem zeichnerisch nicht dargestellten Pressengestell vertikal, d.h. in Richtung der Pfeile 2 geführt ist. Diese Führung kann über einen, zwei oder auch vier Seitenständer des Pressengestells erfolgen, wobei ein Mehrständerpressengestell bekanntlich eine

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stabilere Stößelführung, insbesondere bei außermittiger Belastung ermöglicht. Hierauf soll jedoch im Folgenden nicht näher eingegangen werden.

An dem Stößel 1 ist das Oberwerkzeug 3 eines Werkezeugsatzes mittels elektromechanischer oder hydraulischer Spannvorrichtungen befestigt, welches im Betrieb mit einem zeichnerisch nicht dargestellten Unterwerkzeug zusammenwirkt. Letzteres ist während des Umformprozesses im Regelfall stationär angeordnet.

&iacgr;&ogr; Mit 4 ist eine Gewindespindel bezeichnet, welche das Kraftübertragungselement zwischen dem Stößel 1 einerseits und einem im Folgenden noch zu beschreibenden Stößelantrieb bildet. Zu diesem Zweck ist das dem Stößel 1 zugekehrte Ende der Gewindespindel 4 in den Aufnahmeabschnitt 5 eines Lagerkörpers eingesetzt, hier eingeschraubt, der um eine, sich parallel zur Grundebene des Stößels 1 sowie senkrecht zur Zeichenebene erstreckende Achse 6 schwenkbar gelagert ist. Die Lagerung erfolgt mittels Lagerwangen 7, die an dem Stößel 1 beiderseits des Aufnahmeabschnitts 5 fest angeordnet sind. Man erkennt, dass das aus den Elementen 5 bis 7 gebildete Spindellager Verlagerungsbewegungen des Stößels 1 um die Achse 6 ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Presse kann mit einem der in der Zeichnung wiedergegebenen Kraftübertragungselemente, hier einer Gewindespindel ausgerüstet sein. Entsprechend der flächenhaften Erstreckung des Stößels 1, jedoch auch zur Vermeidung von Verlagerungen desselben, beispielsweise infolge exzentrischer Belastung während des Umformprozesses sind mehrere derartiger Kraftübertragungselemente vorgesehen, wodurch eine größere Genauigkeit bei der Werkzeugführung und hiermit zusammenhängend, ein dementsprechend geringerer Werkzeugverschleiß erreicht wird. Auch hierauf soll jedoch im Folgenden nicht näher eingegangen werden.

Mit 8 ist die Kopfplatte des erfindungsgemäßen Pressengestells dargestellt, über welche die aus dem Umformprozess resultierenden Kräfte aufgenommen

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und auf das Pressengestell übertragen werden. Diese Kopfplatte 8 ist gleichzeitig Träger des Stößelantriebs.

Mit 9 ist eine Spindelmutter bezeichnet, die mit dem Außengewinde der Gewindespindel 4 im Eingriff steht und die global aus einem Mittelabschnitt 10 und jeweils einem, oberseitig bzw. unterseitig an diesen angesetzten, einen größeren Durchmesser aufweisenden Stirnabschnitt 11, 12 besteht. Beide Stirnabschnitte 11,12 weisen gleiche Größen auf, wobei der in der Zeichnung obere Stirnabschnitt 11 lösbar mit dem Mittelabschnitt 10 in Verbindung steht, insbesondere mit diesem verschraubt ist.

Die radial über den Mittelabschnitt 10 hinausragenden Oberseiten des unteren Stirnabschnitts 12 sowie die entsprechenden Unterseiten des oberen Stirnabschnitts 11 bilden jeweils kreisringförmige Lagerflächen 13, 14, auf deren Bedeutung im Folgenden noch näher eingegangen werden wird.

Die Spindelmutter 9 ist innerhalb der zylindrischen Ausnehmung 15 eines Gehäuses 16 aufgenommen, dessen Boden durch die Kopfplatte 8 gebildet ist, wobei in dieser eine Öffnung 17 vorgesehen ist, durch welche die Gewindespindel 4 hindurchgeführt ist. Diese Ausnehmung 15 weist in einem mittleren Bereich einen sich radial einwärts erstreckenden, ringzylinderartigen Vorsprung auf, dessen obere und untere, in die Ausnehmung 15 hineinragende kreisringartige Flächen zusammen mit den genannten Lagerflächen 13,14 jeweils Axiallager für die Spindelmutter 9 bilden, über welche in der Gewindespindel 4 auftretende Axialkräfte auf das Gehäuse 16 und über dieses auf die Kopfplatte 8 bzw. das Pressengestell übertragbar sind.

Mit 19 ist ein innenseitig die Ausnehmung 15 definierender Stützzylinder bezeichnet, der sich koaxial zu der Achse 20 der Gewindespindel 4 und auch der Ausnehmung 15 erstreckt. Der Stützzylinder 19 beinhaltet in seinen oberen und gleichermaßen seinen unteren Stirnseiten jeweils einen Ringzylinder 21, in den jeweils ein Ringkolben 23, 24 gleitfähig eingesetzt ist. Jeder der beiden Ringzylinder ist über ein System von Bohrungen 25, 26 sowie Anschlussbohrungen

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27, 28 individuell mit einem Druckmittel beaufschlagbar, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird.

Das Gehäuse 16 besteht im Wesentlichen aus einer zylindrischen, wiederum koaxial zu der Achse 20 angeordneten Außenwandung 29, die mit der Kopfplatte 8 verschraubt ist und einer kreiszylindrischen, mit dem der Kopfplatte 8 abgekehrten Ende der Außenwandung 29 verschraubten Deckplatte 30, aus deren Oberseite sich das freie Ende der Gewindespindel 4 herauserstreckt. Innerhalb des unterseitig durch die Oberseite der Kopfplatte 8 und oberseitig

&iacgr;&ogr; durch die Unterseite der Deckplatte 30 umgrenzten ringzylindrischen Raumes ist der Stützzylinder 19 um ein definiertes Maß axial in Richtung der Achse 20 bewegbar, und zwar in Abhängigkeit von der Druckmittelbeaufschlagung der Ringzylinder 21, 22. Die axialen Erstreckungen der Anschlussleitungen 27, 28 innerhalb der Außenwandung 29 sind konstruktiv derart bemessen, dass eine fluiddurchgängige Verbindung zu den sich radial erstreckenden Bohrungsabschnitten der Bohrungssysteme 25, 26 über den gesamten axialen Bewegungsbereich des Stützzylinders 19 relativ zu den Außenwandungen 29 gegeben ist. Diese Bewegungsmöglichkeit ist konstruktiv mit der Maßgabe angelegt, dass sie an den maximalen Weg des Umformwerkzeugs während des Umform-Vorgangs angepasst ist.

Man erkennt aus obigen Ausführungen, dass nach Maßgabe der Druckbeaufschlagung der Anschlussleitungen 27, 28 die Ringkolben 23. 24 und damit über den Stützzylinder 19, die Spindelmutter 9 sowie die Gewindespindel 4 der Stößel 1 beiderseitig in Richtung der Pfeile 2 vorschiebbar ist. Die aus dem Umformprozess resultierenden Kräfte werden somit über die Ringkolben 23, 24 entweder direkt oder indirekt über das Gehäuse 16 auf die Kopfplatte 8 übertragen. Auf eine Darstellung und nähere Erläuterung des mit den Anschlussleitungen 27, 28 in Verbindung stehenden Hydrauliksystems ist verzichtet worden, da sich dessen grundsätzlicher Aufbau für den Fachmann aus obigen Ausführungen ohne Weiteres ergibt.

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Mit 31 ist eine Schnecke bezeichnet, deren Achse sich senkrecht zur Zeichenebene sowie parallel zu der Grundebene des Stößels 8 erstreckt und die mit der Maßgabe innerhalb des Vorsprungs 18 aufgenommen ist, dass sie mit einem in die Außenseite des Mittelabschnitts 10 der Spindelmutter 9 eingeformten Verzahnungsprofil 32 im Eingriff steht. Die Schnecke 31 steht mit einem zeichnerisch nicht dargestellten, an dem Gehäuse 16 befestigten Elektromotor in Antriebsverbindung, so dass über eine Betätigung dieses Antriebs die Gewindespindel 4 gleichermaßen in Richtung der Pfeile 2 vorschiebbar ist.

&iacgr;&ogr; Der erfindungsgemäße Stößelantrieb ist somit durch zwei Antriebssysteme gekennzeichnet, die unterschiedlichen Betriebszuständen der Presse zugeordnet sind. Während der letztgenannte elektrische Antrieb zur Bewältigung eines großen Verschiebeweges bei hoher Geschwindigkeit angelegt ist, wie er beispielsweise zum Öffnen des Werkzeugs bei einem Beladevorgang, d.h. beim Einlegen eines zu bearbeitenden Werkstücks, somit ohne ein Auftreten von Umformkräften anfällt, ist der hydraulische, durch das System der oben beschriebenen Ringzylinder gekennzeichnete Antrieb ausschließlich für vergleichsweise kurze Verschiebewege angelegt sowie für ein Übertragen hoher, genau steuerbarer, durch den Umformprozess bedingter Kräfte.

Dadurch, dass auf hydraulischem Wege lediglich vergleichsweise kurze Vorschubwege des Stößels bewältigt werden müssen, ergibt sich der Vorteil, dass nur geringe Mengen an Druckmedium bewegt werden müssen, so dass ein Hydrauliksystem dementsprechend einfach ausgebildet sein kann. Dies betrifft insbesondere die Größe eines Druckflüssigkeitsbehälters sowie das Fördervolumen einer Pumpe, den Aufwand für die Kühlung der Druckflüssigkeit usw.

Claims

1. Stößelantrieb für den in einem Gestell geführten, zumindest ein Umformwerkzeug tragenden Stößel (1) einer Presse, wobei der Hub des Stößels (1) mit der Maßgabe bemessen ist, dass neben dem Umformvorgang auch der Beladevorgang, nämlich das Einlegen eines zu bearbeitenden Werkstücks in den Arbeitsbereich des Werkzeugs möglich ist, mit einer an dem Gestell befestigten Antriebseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit aus einem ersten, wirkungsmäßig auf den Umformvorgang beschränkten druckmittelbetätigten Antrieb einerseits und einem zweiten, auf den Beladevorgang hin ausgerichteten Antrieb andererseits besteht.

2. Stößelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb ein elektromechanischer Antrieb ist.

3. Stößelantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (1) über eine Gewindespindel (4) sowohl mit dem druckmittelbetätigten ersten Antrieb als auch mit dem zweiten Antrieb in Wirkverbindung steht.

4. Stößelantrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Antriebe unabhängig voneinander betreibbar angelegt sind.

5. Stößelantrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (4) über eine mit dieser in Eingriff stehende Spindelmutter (9) mit beiden Antrieben in Wirkverbindung steht.

6. Stößelantrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch einen zur Achse (20) der Gewindespindel (4) konzentrischen, innerhalb eines ebenfalls zu der Achse (20) konzentrischen, an dem Gestell befestigten Gehäuses (16) axial zwischen zwei Grenzpositionen beweglich angeordneten Stützzylinder (19), ein zu der genannten Achse (20) konzentrischen, in die eine Stirnseite des Stützzylinders (19) eingeformten Ringzylinder (22), in welchem ein Ringkolben (24) gleitfähig aufgenommen ist, einen in die andere Stirnseite des Stützzylinders (19) eingeformten Ringzylinder (21), in welchem ein Ringkolben (23) gleitfähig aufgenommen ist, wobei nach Maßgabe der Druckmittelbeaufschlagung der genannten Ringzylinder (21, 22) der Stützzylinder (19) über den einen oder den anderen Ringkolben (23, 24) in dem Gehäuse (16) abgestützt ist und wobei der Abstand der genannten Grenzpositionen nach Maßgabe des dem Umformvorgang zugeordneten Hubanteils bemessen ist.

7. Stößelantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützzylinder (19) über ein Axiallager mit der Spindelmutter (9) in Verbindung steht.

8. Stößelantrieb nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (9) innerhalb des Gehäuses (16) um die Achse (20) antreibbar ist und mit dem genannten zweiten Antrieb in Wirkverbindung steht.

9. Stößelantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Antrieb und der Spindelmutter (9) ein Getriebe angeordnet ist.

10. Stößelantrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) aus einer sich koaxial zu der Achse (20) erstreckenden, mit der Kopfplatte (8) des Gestells in Verbindung stehenden Außenwandung (29) und einer, den der Kopfplatte (8) abgekehrten Seite zugeordneten Abschluss bildenden, ringartigen Deckplatte (30) besteht und eine Ausnehmung (15) umschließt, innerhalb welcher die Spindelmutter (9) angeordnet ist.

11. Stößelantrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeeingriff der Gewindespindel (4) und der dieser zugeordneten Spindelmutter (9) selbsthemmend ausgestaltet ist.

12. Stößelantrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützzylinder (19) bezüglich der genannten Achse (20) unverdrehbar innerhalb des Gehäuses (16) geführt ist.