DE202006016203U1

DE202006016203U1 - Umformaggregat, insbesondere Biegeaggregat

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Publication number: DE202006016203U1
Application number: DE202006016203U
Authority: DE
Original assignee: Otto Bihler Handels Beteiligungs GmbH
Current assignee: Otto Bihler Handels Beteiligungs GmbH
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2016-10-24

Abstract

Umformaggregat, insbesondere Biegeaggregat (18) umfassend:
einen Umformstempel (58) zur Ausübung einer Umformkraft auf ein Werkstück,
ein Antriebsglied (26), welches mit einer Antriebsquelle verbunden oder verbindbar ist, um Bewegungskraft bereitzustellen, sowie
einen Kraftübertragungsmechanismus, welcher Bewegungskraft von dem Antriebsglied (26) in eine auf den Umformstempel (58) wirkende Verschiebungsbewegungskraft überträgt, um den Umformstempel (58) zwischen einer Vorschubstellung und einer Rückzugsstellung zu bewegen,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kraftübertragungsmechanismus umfasst:
ein drehbar gelagertes Drehübertragungsglied (28, 30), welches durch Bewegungskraft des Antriebsglieds (26) drehend angetrieben wird und einen Ausgabeabschnitt (32, 36) aufweist, der bei einer Drehung des Drehübertragungsglieds (28, 30) eine Verschiebungsbewegungskraft ausgibt, und
einen Doppelarmhebel (48) mit einem Eingabehebel (50), welcher mit dem Ausgabeabschnitt (32, 36) des Drehübertragungsglieds (28, 30) zur Übertragung von Verschiebungsbewegungskraft gekoppelt ist, und einem Ausgabehebel (52), welcher mit dem Umformstempel (58) zur Übertragung von Verschiebungsbewegungskraft gekoppelt ist,
wobei eine Achse (A) des Ausgabehebels...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Umformaggregat, insbesondere Biegeaggregat, umfassend einen Umformstempel zur Ausübung einer Umformkraft auf ein Werkstück, ein Antriebsglied, welches mit einem Antrieb verbunden oder verbindbar ist, um Bewegungskraft bereitzustellen, sowie einen Kraftübertragungsmechanismus, welcher Bewegungskraft von dem Antriebsglied in eine auf den Umformstempel wirkende Verschiebungsbewegungskraft überträgt, um den Umformstempel zwischen einer Vorschubstellung und einer Rückzugsstellung zu bewegen.
Biegeaggregate dieser Art sind aus der industriellen Metallbearbeitung bekannt und werden insbesondere dafür eingesetzt, platten- oder bandförmige metallische Werkstücke in gewünschte Formen plastisch zu verbiegen. Dazu wird das Werkstück in einer Biegemaschine durch geeignete Zuführmittel in den Wirkungsbereich des Biegeaggregats gebracht, während der Biegestempel zurückgezogen ist. Anschließend fährt der Biegestempel in Richtung seiner Vorschubstellung auf das Werkstück zu, gelangt dabei in Anlage mit einem zu biegenden Abschnitt des Werkstücks und verformt das Werkstück plastisch auf seinem verbleibenden Vorschubweg bis zur Vorschubstellung. Anschließend fährt der Biegestempel zurück in Richtung seiner Rückzugsstellung und ermöglicht den Abtransport des gebogenen Werkstücks von dem Biegeaggregat.
Um die Wirtschaftlichkeit von Biegeaggregaten bzw. Biegemaschinen der eingangs genannten Art zu steigern, werden diese allgemein mit einer möglichst hohen Arbeitsgeschwindigkeit, d. h. einer möglichst kurzen Zyklusdauer für jeden Biegevorgang, betrieben. Die Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit wird dabei jedoch begrenzt durch die Anforderungen an eine zuverlässige und präzise Biegeverformung der Werkstücke innerhalb vorgegebener Toleranzen. Zur Sicherstellung einer hohen Qualität der gebogenen Werkstücke darf dabei eine maximale Geschwindigkeit des Biegestempels bei der Verformung des Werkstücks nicht überschritten werden.
Darüber hinaus muss der Hubweg des Biegestempels zwischen Vorschubstellung und Rückzugsstellung ausreichend groß sein, um ein problemloses Zuführen und Abtransportieren des Werkstücks zu gewährleisten. Insbesondere nach dem eigentlichen Biegevorgang können jedoch Teile des Werkstücks sperrig von der Ausgangsgeometrie des ungebogenen Werkstücks abstehen und somit einen relativ weiten Rückzug des Biegestempels erforderlich machen. Die maximale Arbeitsgeschwindigkeit der Biegemaschine bzw. des Biegeaggregats ist somit auch durch einen relativ großen erforderlichen Hubweg des Biegestempels begrenzt, da auch der Kraftübertragungsmechanismus, welcher die Biegekraft während der Vorschubbewegung des Biegestempels von dem Antrieb an den Biegestempel überträgt, für einen entsprechend großen Hubweg ausgelegt sein muss.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Umformaggregat, insbesondere Biegeaggregat sowie eine zugeordnete Umformmaschine bereitzustellen, welche auch bei größerem Hubweg des Umformstempels einen besonders wirtschaftlichen Betrieb des Umformaggregats bzw. der Umformmaschine mit hoher Umformkraft ermöglichen, ohne dass die Qualität der bearbeiteten Werkstücke beeinträchtigt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Umformaggregat, umfassend einen Umformstempel zur Ausübung einer Umformkraft auf ein Werkstück, ein Antriebsglied, welches mit einem Antrieb verbunden oder verbindbar ist, um Bewegungskraft bereitszustellen, sowie einen Kraftübertragungsmechanismus, welcher Bewegungskraft von dem Antriebsglied in eine auf den Umformstempel wirkende Verschiebungsbewegungskraft überträgt, um den Umformstempel zwischen einer Vorschubstellung und einer Rückzugsstellung zu bewegen, wobei der Kraftübertragungsmechanismus umfasst: ein drehbar gelagertes Drehübertragungsglied, welches durch Bewegungskraft des Antriebsglieds drehend ange trieben wird und einen Ausgabeabschnitt aufweist, der bei einer Drehung des Drehübertragungsglieds eine Verschiebungsbewegungskraft ausgibt, und einen Doppelarmhebel mit einem Eingabehebel, welcher mit dem Ausgabeabschnitt des Drehübertragungsglieds zur Übertragung von Verschiebungsbewegungskraft gekoppelt ist, und einem Ausgabehebel, welcher mit dem Umformstempel zur Übertragung von Verschiebungsbewegungskraft gekoppelt ist, wobei eine Achse des Ausgabehebels, die zwischen seinem Hebeldrehpunkt und seinem Kraftausgabepunkt verläuft, in der Vorschubstellung des Umformstempels im Wesentlichen entlang der Verschiebungsrichtung des Umformstempels ausgerichtet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Prinzip zugrunde, dass bei einer Umwandlung einer Drehbewegung in eine Verschiebungsbewegung, zum Beispiel durch das Zusammenwirken einer Nockenanordnung mit einem Nockenfolger oder einer Kurbelwelle mit einer Pleuelstange, in den Bereichen der Umkehrpunkte der Verschiebungsbewegung der Betrag der Verschiebungsgeschwindigkeit geringer ist als zwischen den Umkehrpunkten. Im einfachsten Fall einer Pleuelstange schwankt die Verschiebungsgeschwindigkeit der ausgegebenen Verschiebungsbewegung periodisch mit dem Kurvenverlauf einer Sinusfunktion. Gleichzeitig ist jedoch nach dem Energieerhaltungssatz die in dem Bereich langsamerer Verschiebungsbewegung übertragbare Kraft entsprechend höher als die in dem Bereich schnellerer Verschiebungsbewegung übertragbare Kraft.
Die vorliegende Erfindung nutzt diese beiden Prinzipien dazu aus, um in einem erfindungsgemäßen Umformaggregat in einem Arbeitsbereich des Umformstempels, in welchem sich der Umformstempel in unmittelbarer Nähe des Werkstücks befindet, insbesondere in Kontakt mit dem Werkstück ist und eine Umformkraft auf dieses ausübt, den Umformstempel mit relativ niedriger Verschiebungsgeschwindigkeit, jedoch hoher Kraftübertragung zu bewegen, während der Umformstempel in einem Rückzugsbereich, in welchem keine hohe Kraftübertragung erforderlich ist, mit relativ hoher Geschwindigkeit bewegt wird. Der Umformstempel kann somit einerseits relativ schnell einen großen Hubweg durchlaufen, so dass in einer solchen Vorrichtung die Zyklusdauer jedes Umformvorgangs reduziert werden kann, während andererseits während des eigentlichen Verformens des Werkstücks eine ausreichend hohe Umformkraft auf das Werkstück übertragen werden kann und die Verformung mit einer qualitätssichernden, moderaten Geschwindigkeit erfolgen kann.
Die beschriebene Verzögerung der Verschiebungsgeschwindigkeit des Umformstempels im Bereich seiner Vorschubstellung wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zumindest durch die Orientierung des Ausgabehebels erreicht, welcher in der Vorschubstellung des Umformstempels im Wesentlichen in einer Linie mit der Verschiebungsrichtung des Umformstempels ausgerichtet ist. Der Ausgabehebel ist Teil eines Doppelarmhebels, dessen Eingabehebel während der kontinuierlichen Drehung des Drehübertragungsglieds periodisch zwischen zwei Endwinkelstellungen hin- und herbewegt wird.
An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, dass unter einer Kopplung zur Übertragung von Bewegungskraft im Sinne dieser Beschreibung bzw. der Ansprüche sowohl eine direkte als auch eine indirekte mechanische Kopplung zu verstehen ist. Wenn demnach hierin davon die Rede ist, dass ein erstes Element mit einem zweiten Element zur Übertragung von Bewegungskraft gekoppelt ist, so kann diese Kopplung einerseits durch direkte Verbindung der Elemente miteinander oder andererseits unter Zwischenschaltung eines oder mehrerer gegebenenfalls drehbar miteinander verbundener Übertragungsglieder verwirklicht sein, solange sichergestellt ist, dass die Bewegung des einen Elements durch eine entsprechende Bewegung des anderen Elements hervorgerufen wird.
Prinzipiell ist als Drehübertragungsglied in einem Umformaggregat der vorliegenden Erfindung jede Anordnung geeignet, welche eine kontinuierliche Drehbewegung in eine periodische Hubbewegung am Ausgabeabschnitt umsetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist insbeson dere vorgesehen, dass der Ausgabeabschnitt des ersten Drehübertragungsglieds durch eine Nockenanordnung gebildet ist, welche mindestens einen zugeordneten Nockenfolger bewegt, der mit dem Eingabehebel des Doppelarmhebels zur Übertragung von Bewegungskraft gekoppelt ist. Eine solche Nockenanordnung in Zusammenwirkung mit einem zugeordneten Nockenfolger bietet die Möglichkeit, über eine entsprechende Formgebung der Steuerkurven der Nockenanordnung bei der Konstruktion des Umformaggregats direkt Einfluss auf das Bewegungsprofil des Eingabehebels des Doppelarmhebels und damit auch auf das Bewegungsprofil des Umformstempels zu nehmen.
Das Drehübertragungsglied kann dann kostengünstig mit konstanter Drehgeschwindigkeit angetrieben werden, wobei über eine entsprechende Formgebung der Steuerkurve der Nockenanordnung unterschiedliche Verschiebungsgeschwindigkeiten/-kräfte des Umformstempels in unterschiedlichen Verschiebungspositionen des Umformstempels geschaffen werden können. Insbesondere kann dann die Steuerkurve so gebildet sein, dass das durch den Doppelarmhebel, wie oben beschrieben, bereitgestellte Bewegungsprofil des Umformstempels, nämlich mit langsamer und kraftvoller Bewegung im Arbeitsbereich und schnellerer Bewegung im restlichen Bereich des Hubwegs, durch die Nockenbewegung noch verstärkt wird.
Besonders positiven Einfluss auf das Bewegungsprofil des Umformstempels kann die Nockenanordnung nehmen, wenn eine kraftübertragende Steuerkurve der Nockenanordnung eine solche Form aufweist, dass eine Steuergeschwindigkeit dr/dφ, definiert als eine Radienänderung dr pro Winkelabschnitt dφ bezogen auf das Drehzentrum des Drehübertragungsglieds, in einem Arbeitsabschnitt der Steuerkurve, welcher einem Arbeitsbereich des Umformstempels zugeordnet ist, in dem er sich in der Vorschubstellung oder in einer der Vorschubstellung benachbarten Stellung befindet, einen kleineren Wert aufweist als im restlichen Abschnitt der Steuerkurve. Somit wird erreicht, dass in dem Arbeitsbereich des Umformstempels, d. h. in der näheren Umgebung der Vorschubstellung, die gewünschte hohe Kraftübertra gung sowie niedrige Bewegungsgeschwindigkeit nicht nur durch die erfindungsgemäße Ausrichtung des Ausgabehebels im Wesentlichen in Richtung der Verschiebungsrichtung des Umformstempels geschaffen wird, sondern zusätzlich durch die relativ niedrige Steuergeschwindigkeit dr/dφ des in dieser Stellung wirksamen Arbeitsabschnitts der Steuerkurve dieses Bewegungsprofil des Umformstempels noch verstärkt wird. Aber auch durch die beschriebene Formgebung der Steuerkurven allein lässt sich das vorteilhafte Bewegungs- und Kraftprofil gemäß der Erfindung erreichen und somit die Aufgabe der Erfindung lösen, so dass für diesen Aspekt selbständiger Schutz beansprucht wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet der Arbeitsabschnitt der Steuerkurve, d. h. der Abschnitt mit relativ geringer Steuergeschwindigkeit, den größten Teil des Umfangs der Steuerkurve des Drehübertragungsglieds. Wenn sich das Drehübertragungsglied mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit dreht, so entspricht ein gewisser Winkelabschnitt der Steuerkurve um das Drehzentrum des Drehübertragungsglieds einem entsprechenden Zeitabschnitt innerhalb eines vollständigen Bewegungszyklus des Umformstempels zwischen Rückzugsstellung und Vorschubstellung. Wenn dann der Arbeitsabschnitt der Steuerkurve einen Winkelabschnitt von mehr als 180° des Drehübertragungsglieds überspannt, so bedeutet dies, dass der Umformstempel sich während des größten Teils seines Bewegungszyklus im Arbeitsbereich befindet und nur einen kleineren Zeitabschnitt des Bewegungszyklus mit der Bewegung zu und von der Rückzugsstellung verbringt. So kann bei gegebener Zykluszeit die für den eigentlichen Verformungsprozess verwendete Zeit zugunsten der Qualität der Verformung vergrößert werden, während ein relativ großer Hubweg zu und von der Rückzugsstellung für die Zuführung bzw. Wegführung des Werkstücks in vergleichsweise kurzer Zeit durchlaufen werden kann. Gleichzeitig wird aus Energieerhaltungsgründen in dem Arbeitsabschnitt der Steuerkurve eine entsprechend höhere Kraft übertragen als in dem übrigen Abschnitt.
Grundsätzlich ist der Hauptteil der Verformungskraft von dem Uniformaggregat in dem Arbeitsbereich des Umformstempels aufzubringen, in welchem sich der Umformstempel der Vorschubstellung annähert. Insbesondere während der Rückzugsbewegung des Umformstempels ist die erforderliche Verschiebungskraft vergleichsweise gering. Dementsprechend kommt es prinzipiell auch in Frage, die Verschiebungsbewegungskraft des Drehübertragungsglieds nur während der Vorschubbewegung des Umformstempels auf den Umformstempel zu übertragen und den Umformstempel mittels einer elastischen Einrichtung oder dgl. in die Rückzugsstellung zurückzuholen. Die elastische Einrichtung müsste dann jedoch auch während der Vorschubbewegung in entgegengesetzter Richtung auf den Kraftübertragungsmechanismus bzw. den Umformstempel wirken, wodurch die durch das Umformaggregat in Vorschubrichtung aufzubringende Kraft vergrößert wird. Darüber hinaus arbeiten elastische Rückholeinrichtungen oft mit für den Dauereinsatz bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten unzureichender Zuverlässigkeit.
Um die Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit des Umformaggregats zu erhöhen, wird daher ferner vorgeschlagen, dass die Nockenanordnung mindestens einen ersten Nockenfolger und einen zweiten Nockenfolger bewegt, wobei die Nockenanordnung für eine Vorschubbewegung des Umformstempels Verschiebungsbewegungskraft auf den ersten Nockenfolger ausübt und für eine Rückzugsbewegung des Umformstempels Verschiebungsbewegungskraft auf den zweiten Nockenfolger ausübt. Somit kann auch die Rückzugsbewegung des Umformstempels mit der gleichen Zuverlässigkeit erfolgen wie die Vorschubbewegung, und das Bewegungsprofil des Umformstempels während der Rückzugsbewegung kann ebenfalls durch die entsprechende Formgebung der Steuerkurven der Nockenanordnung definiert eingestellt werden.
Eine solche Anordnung mit mindestens zwei Nockenfolgern kann in besonders einfacher und zuverlässiger Weise realisiert werden, wenn der erste und der zweite Nockenfolger an zwei Hebeln eines Nockenfolger-Doppel armhebels derart angeordnet sind, dass eine Annäherung des einen Nockenfolgers an das Drehzentrum des Drehübertragungsglieds mit einer Wegbewegung des anderen Nockenfolgers von dem Drehzentrum des Drehübertragungsglieds einhergeht.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Nockenanordnung zwei drehfest an dem Antriebsglied angebrachte Nockenscheiben umfasst, wobei eine erste Nockenscheibe den ersten Nockenfolger bewegt und eine zweite Nockenscheibe den zweiten Nockenfolger bewegt. Eine solche Anordnung separater Nockenscheiben für jeden Nockenfolger ermöglicht es, die Krümmung der Steuerkurve für die Vorschubbewegung und für die Rückzugsbewegung separat zu konfigurieren und auf die entsprechenden Anforderungen während der Vorschubbewegung bzw. der Rückzugsbewegung anzupassen. Insbesondere kann das während der Rückzugsbewegung des Umformstempels wirkende Paar aus Nockenscheibe und Nockenfolger zur Einsparung von Material und Trägheitsmoment mit geringerer Kraftübertragungskapazität ausgebildet sein als das während der Vorschubbewegung wirkende Paar.
Wie bereits erwähnt, müssen in dem erfindungsgemäßen Umformaggregat die zur Übertragung von Verschiebungsbewegungskraft miteinander gekoppelten Elemente nicht notwendigerweise unmittelbar aneinander gekoppelt sein, wenngleich dies in einer strukturell besonders einfachen Variante durchaus der Fall sein kann. Um die Verschiebungsbewegung des Nockenfolgers sowie die Verschiebungsbewegung des Eingabehebels, welche ggf. nicht geradlinig, sondern entlang eines Kreisbogens verlaufen, miteinander bewegungsübertragend zu koppeln, ohne übermäßiges Spiel zwischen den Elementen bereitstellen zu müssen, wird vorgeschlagen, dass der Nockenfolger mit dem Eingabehebel des Doppelarmhebels über eine erste Stangenanordnung, vorzugsweise eine erste Verbindungslasche, gekoppelt ist, welche an ihrem einen Ende drehbar mit dem Nockenfolger oder dem Nockenfolger-Doppelarmhebel verbunden ist und an ihrem anderen Ende drehbar mit dem Eingabehebel des Doppelarmhebels verbunden ist.
Ebenso wird daran gedacht, dass der Ausgabehebel des Doppelarmhebels mit dem Uniformstempel über eine zweite Stangenanordnung, vorzugsweise eine zweite Verbindungslasche, gekoppelt ist, welche an ihrem einen Ende drehbar mit dem Ausgangshebel verbunden ist und an ihrem anderen Ende drehbar mit dem Umformstempel verbunden ist, wobei in der Vorschubstellung des Umformstempels die Achse des Ausgabehebels, die zweite Stangenanordnung, vorzugsweise die zweite Verbindungslasche, und die Verschiebungsrichtung des Umformstempels im Wesentlichen in einer Linie miteinander ausgerichtet sind. Die Verwendung einer solchen zweiten Verbindungslasche hat insbesondere den weiteren Vorteil, dass in einfacher Weise die Verschiebung des Kraftausgabepunkts des Ausgabehebels entlang einer Kreisbahn in eine im Wesentlichen geradlinige Vorschubbewegung ermöglicht wird.
Eine besonders kompakte Gestalt des Umformaggregats wird in einer Ausführungsform erreicht, in welcher eine an dem Eingabehebel des Doppelarmhebels wirkende Verschiebungsbewegungskraft im Wesentlichen parallel zur Verschiebungsrichtung des Umformstempels verläuft. Es ist dann insbesondere möglich, das Drehübertragungsglied in einem Bereich neben dem Umformstempel anzuordnen.
Nach einem weiteren Aspekt wird die oben genannte Aufgabe der Erfindung durch eine Umformmaschine, insbesondere Biegemaschine gelöst, welche einen Antrieb sowie mindestens ein Umformaggregat der vorstehend beschriebenen Art umfasst, dessen Antriebsglied mit dem Antrieb verbunden ist. Insbesondere können vorteilhaft mehrere Umformaggregate einem einheitlichen Antrieb zugeordnet sein, um auf wirtschaftliche Weise mehrere Verformungen vorzugsweise gleichzeitig oder direkt nacheinander an einem Werkstück auszuführen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Umformmaschine, nämlich Biegemaschine gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Biegeaggregats gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer der Rückzugsstellung benachbarten Stellung des Biegestempels.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht des in 2 gezeigten Biegeaggregats mit einer der Vorschubstellung benachbarten Stellung des Biegestempels.
4 zeigt eine Draufsicht des in 2 dargestellten Biegeaggregats.
5 zeigt eine Draufsicht des in 3 dargestellten Biegeaggregats.
6 zeigt ein Weg-Kraft-Diagramm des Biegestempels des in den 2–5 dargestellten Biegeaggregats.
In 1 ist eine Biegemaschine allgemein mit 10 bezeichnet. Die Biegemaschine 10 ist für die Verarbeitung eines kontinuierlich zugeführten Metallbandes eingerichtet, welches in der Maschine nach einer Vorbearbeitung in einzelne plattenförmige Werkstücke gestanzt wird, die anschließend einem oder mehreren Biegeprozessen unterzogen werden. Dazu weist die Maschine 10 einen Eintrittsabschnitt 12 auf, welcher Aufnahme- und Transportmittel für das in diesem Bereich zugeführte Metallband enthält. Dem Eintrittsabschnitt 12 folgt in Verarbeitungsrichtung eine Press- und Stanzeinheit, in welchem eine Vorformung des Metallband sowie ein Abstanzen des Metallbands in einzelne plattenförmige Werkstücke erfolgt.
Die einzelnen Werkstücke werden anschließend an eine Biegeeinheit 16 übergeben, welche eine Mehrzahl von später noch detaillierter zu beschreibenden Biegeaggregaten 18 aufweist, um mehrere plastische Verformungen des Werkstücks gleichzeitig oder kurz nacheinander auszuführen. Dazu sind die Biegeaggregate 18 um einen Werkstückaufnahmebereich 20 herum angeordnet, so dass Biegestempel 22 der Biegeaggregate 18 aus verschiedenen Richtungen mit dem Werkstück in Kontakt treten können, um die gewünschten Biegeverformungen durchzuführen.
Um das Werkstück problemlos in den Werkstückaufnahmebereich 20 einführen zu können und auch nach der Verformung aus diesem abtransportieren zu können und gleichzeitig eine Vielzahl von Biegeaggregaten 18 in der Umgebung des Werkstückaufnahmebereichs 20 anordnen zu können, sind die Biegestempel 22 der Biegeaggregate 18 nicht nur in dem für die Biegeverformung notwendigen Hubweg verschiebbar, sondern lassen sich darüber hinaus weiter zurückziehen.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 wird nachfolgend der Aufbau des Biegeaggregats 18 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Das Biegeaggregat 18 weist eine Grundplatte 24 auf, welche die zum Biegeaggregat 18 gehörenden Bauteile trägt. Die Grundplatte 24 lagert eine Antriebswelle 26, welche durch eine nicht gezeigte Antriebsquelle in Rotation mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit versetzt wird. Drehfest auf der Antriebswelle befestigt sind eine erste Nockenscheibe 28 sowie eine zweite Nockenscheibe 30, so dass beide Nockenscheiben 28, 30 gemeinsam mit der Antriebswelle 26 rotieren.
Am Außenumfang der ersten Nockenscheibe 28 ist eine erste Steuerkurve 32 ausgebildet, welche in Anlage mit einer ersten Nockenrolle 34 gebracht ist, so dass die erste Nockenrolle 34 bei einer Drehung der Antriebswelle 26 an der ersten Steuerkurve 32 abrollt. Am Außenumfang der zweiten Nockenscheibe 30 ist eine zweite Steuerkurve 36 ausgebildet, welche in Anlage mit einer zweiten Nockenrolle 38 gebracht ist, so dass bei einer Drehung der Antriebswelle 26 die zweite Nockenrolle 38 an der zweiten Steuerkurve 36 abrollt.
Wie in 2 und 3 zu erkennen ist, ist die erste Nockenscheibe 28 dicker als die zweite Nockenscheibe 30 und die erste Nockenrolle 34 ist breiter ausgebildet und stabiler gelagert als die zweite Nockenrolle 38.
Die Nockenrollen 34 und 38 sind an einem ersten Arm 40 bzw. an einem mit dem ersten Arm 40 starr verbundenen zweiten Arm 42 gelagert, welche Teil eines Nockenfolger-Doppelarmhebels 44 sind, der um eine zur Antriebswelle 26 parallele Schwenkachse 46 drehbar an der Grundplatte 24 gelagert ist.
Ein weiterer Doppelarmhebel 48 mit einem Eingabehebel 50 und einem starr mit dem Eingabehebel 50 verbundenen Ausgabehebel 52 ist um eine ebenfalls zur Antriebswelle 26 parallele Schwenkachse 54 schwenkbar an der Grundplatte 24 gelagert. Der erste Arm 40 des Nockenfolger-Doppelarmhebels 44 ist mit dem Eingabehebel 50 zur Übertragung von Verschiebungsbewegungskraft mittels einer ersten Verbindungslasche 56 gekoppelt, welche an ihrem einen Ende drehbar mit dem ersten Arm 40 verbunden ist und an ihrem anderen Ende drehbar mit dem Eingabehebel 50 verbunden ist.
Das Biegeaggregat 18 weist ferner einen Biegestempel 58 auf, welcher auf einem Stempelschlitten 60 befestigt ist, der geradlinig verschiebbar in einer Schienenanordnung 62 geführt ist. An einem vorderen Ende des Biegestempels 58 trägt dieser einen Formvorsprung 64, welcher dazu ausgebildet ist, in Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück zu gelangen und die entsprechende plastische Biegeverformung vorzunehmen.
Der Biegestempel 58 ist mit dem Ausgabehebel 52 des Doppelarmhebels 48 zur Übertragung von Verschiebungsbewegungskraft über eine zweite Lasche 66 gekoppelt. Die zweite Lasche 66 ist an ihrem einen Ende drehbar mit einem Kopplungspunkt 68 des Biegestempels 58 verbunden und an ihrem anderen Ende drehbar mit einem Kraftausgabepunkt 70 des Ausgabehebels 52 des Doppelarmhebels 48 verbunden.
In dem wie vorstehend beschrieben aufgebauten Biegeaggregat 18 wird eine an der Antriebswelle 26 bereitgestellte Rotationsantriebskraft während einer Vorschubbewegung des Biegestempels 58 über die erste Nockenscheibe 28, die erste Nockenrolle 34, den ersten Arm 40, die erste Lasche 56, den Eingabehebel 50 des Doppelarmhebels 48, den Ausgabehebel 52 und die zweite Lasche 66 auf den Biegestempel 58 übertragen. Um den Biegestempel 58 aus seiner Vorschubstellung in die Rückzugsstellung zurückzuholen, wird Antriebskraft der Antriebswelle 26 über die zweite Nockenscheibe 30, die zweite Nockenrolle 38, den Nockenfolger-Doppelarmhebel 44, die erste Lasche 56, den Eingabehebel 50 des Doppelarmhebels 48, den Ausgabehebel 52 und die zweite Lasche 66 auf den Biegestempel 58 übertragen.
In 4 und 5 ist das erfindungsgemäße Biegeaggregat 18 in einer der Rückzugsstellung benachbarten Stellung bzw. in einer der Vorschubstellung benachbarten Stellung in Draufsicht gezeigt, so dass die für die erfindungsgemäße Funktion der Biegevorrichtung wesentlichen Merkmale betreffend die Form der Steuerkurven sowie die Orientierung einzelner Hebelarme besonders gut erkennbar sind.
Zunächst wird näher auf die Form der ersten und zweiten Steuerkurve 32, 36 der Nockenscheiben 28, 30 eingegangen. Wenngleich in 4 und 5 die erste Nockenscheibe 28 durch die zweite Nockenscheibe 30 zum größten Teil verdeckt ist, so gelten die nachfolgenden Ausführungen zur Form der zweiten Steuerkurve 36 prinzipiell auch für die ähnlich gestaltete erste Steuerkurve 32.
Bezüglich des Drehzentrums der Antriebswelle 26 weist die zweite Steuerkurve 36 einen winkelabhängigen Radius r auf, welcher von einem Punkt 72 mit maximalem Radius zu einem gegenüberliegenden Punkt 74 mit minimalem Radius hin abnimmt. Eine als Quotient aus Radienänderung dr durch Winkeländerung dφ definierte Steuergeschwindigkeit dr/dφ der Steuerkurve 36 ist dabei jedoch entlang der Umlaufrichtung der zweiten Nockenscheibe 30 nicht durchweg konstant. Stattdessen weist die Steuerkurve 36 einen Arbeitsabschnitt 76 auf, der sich über einen Winkelbereich von mehr als 180° zwischen zwei in 4 prinzipiell angedeuteten Übergangsbereichen 78 erstreckt und in dessen Mitte der Punkt 72 mit maximalem Radius angeordnet ist, wobei in diesem Arbeitsabschnitt 76 die Steuergeschwindigkeit dr/dφ deutlich größer ist als in dem verbleibenden Steuerkurvenabschnitt, in dessen Mitte der Punkt 74 mit minimalem Radius liegt.
Somit wird bei kontinuierlicher Drehung der Antriebswelle 26 mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit die in 4 gezeigte Stellung in der Nähe der Rückzugsstellung des Biegestempels 58 mit relativ hoher Geschwindigkeit durchfahren, während der Biegestempel 58 in dem in 5 gezeigten Arbeitsbereich über einen Zeitraum von mehr als der Hälfte der Umlaufperiode hinweg mit der geringeren Steuergeschwindigkeit dr/dφ des Arbeitsabschnitts 76 der Steuerkurve 36 bewegt wird.
Ein weiteres wesentliches Merkmal des Biegeaggregats 18 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft die Orientierung des Ausgabehebels 52 des Doppelarmhebels 48. Wie in 4 und 5 illustriert ist, ist eine Achse des Ausgabehebels 52 zwischen dem Hebeldrehpunkt 54 des Doppelarmhebels 48 und dem Kraftausgabepunkt 70 des Ausgabehebels 52 (dem Gelenkpunkt 70 des Ausgabehebels 52 mit der zweiten Lasche 66) definiert. Eine Verschiebungsrichtung des Biegestempels 58 ist mit dem Bezugszeichen B bezeichnet.
Wie in 4 zu erkennen ist, schließt die Achse A des Ausgabehebels 52 mit der Verschiebungsachse B des Biegestempels 58 bzw. mit einer Längs achse der zweiten Lasche 66 im Bereich der Rückzugsstellung des Biegestempels 58, d. h. außerhalb seines Arbeitsbereichs, einen relativ großen Winkel ein, so dass eine am Eingabehebel 50 des Doppelarmhebels 48 eingegebene Verschiebungsbewegung in eine etwa gleich schnelle, umgekehrt gerichtete Verschiebungsbewegung des Ausgabehebels 52 und somit des Biegestempels 58 übertragen wird. Zwar ist aufgrund des relativ großen Winkels zwischen der Achse A und der Achse B bzw. der zweiten Lasche 66 auch die Kraftübertragung auf den Biegestempel 58 begrenzt, da der Biegestempel 58 bzw. die zweite Lasche 66 in dieser Stellung bei gegebener Reaktionskraft ein größtmögliches Gegendrehmoment in den Doppelarmhebel 48 einleiten könnte, jedoch führt dies zu keinen tatsächlichen Nachteilen, da eine besondere Kraftübertragung auf den Biegestempel 58 außerhalb des Arbeitsbereichs des Biegestempels 58 nicht erforderlich ist.
In dem in 5 gezeigten Arbeitsbereich des Biegestempels 58, in welchem der Biegestempel 58 der Vorschubstellung benachbart liegt, ist die Achse A des Ausgabehebels 52 im Wesentlichen entlang der Verschiebungsrichtung B des Biegestempels 58 ausgerichtet. "Im Wesentlichen ausgerichtet" bedeutet dabei, dass zwischen der Achse A und der Verschiebungsrichtung B ein möglichst kleiner Winkel, vorzugsweise ein Winkel kleiner als ungefähr 20°, stärker bevorzugt ein Winkel kleiner als ungefähr 10°, am besten ein Winkel kleiner als ungefähr 5°, eingeschlossen ist. Diese Winkelbeziehungen gelten in den Arbeitsstellungen des Biegestempels 58 analog auch für die zweite Lasche 66, so dass insbesondere in der in 5 gezeigten Vorschubstellung die Achse A des Ausgabehebels 52, die zweite Lasche 66 und die Verschiebungsrichtung B des Biegestempels 58 im Wesentlichen auf einer Linie ausgerichtet sind.
6 zeigt ein Kraft-Weg-Diagramm, welches die am Biegestempel 58 ausgegebene Verschiebungskraft in verschiedenen Verschiebungsstellungen des Biegestempels 58 zeigt. Im vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel weist das Biegeaggregat einen relativ großen Hubweg von 140 mm zwischen Rückzugsstellung und Vorschubstellung auf. Bei Annähe rung des Biegestempels an die Vorschubstellung nimmt die Kraft am Biegestempel kontinuierlich zu, jedoch nicht linear, sondern mit schnell wachsender Geschwindigkeit, so dass insbesondere in unmittelbarer Nähe der Vorschubstellung sehr hohe Kräfte am Biegestempel erreicht werden können. So wächst gemäß 6 die Kraft am Biegestempel im Bereich der letzten 10% des Hubwegs vor Erreichen der Vorschubstellung auf Werte oberhalb 110 kN an und erreicht eine Endkraft von mehr als 160 kN unmittelbar vor der Vorschubstellung.
Wie für den Fachmann ohne Weiteres erkennbar sein wird, lässt sich durch geeignete Formgebung der Steuerkurven oder/und Ausrichtung des Ausgabehebels das Bewegungsprofil des Biegestempels, einschließlich des Kraftverlaufs gemäß 6, in gewünschter Weise verändern, um spezielle Biegeaufgaben zu bewältigen.

Claims

Umformaggregat, insbesondere Biegeaggregat (18) umfassend: einen Umformstempel (58) zur Ausübung einer Umformkraft auf ein Werkstück, ein Antriebsglied (26), welches mit einer Antriebsquelle verbunden oder verbindbar ist, um Bewegungskraft bereitzustellen, sowie einen Kraftübertragungsmechanismus, welcher Bewegungskraft von dem Antriebsglied (26) in eine auf den Umformstempel (58) wirkende Verschiebungsbewegungskraft überträgt, um den Umformstempel (58) zwischen einer Vorschubstellung und einer Rückzugsstellung zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftübertragungsmechanismus umfasst: ein drehbar gelagertes Drehübertragungsglied (28, 30), welches durch Bewegungskraft des Antriebsglieds (26) drehend angetrieben wird und einen Ausgabeabschnitt (32, 36) aufweist, der bei einer Drehung des Drehübertragungsglieds (28, 30) eine Verschiebungsbewegungskraft ausgibt, und einen Doppelarmhebel (48) mit einem Eingabehebel (50), welcher mit dem Ausgabeabschnitt (32, 36) des Drehübertragungsglieds (28, 30) zur Übertragung von Verschiebungsbewegungskraft gekoppelt ist, und einem Ausgabehebel (52), welcher mit dem Umformstempel (58) zur Übertragung von Verschiebungsbewegungskraft gekoppelt ist, wobei eine Achse (A) des Ausgabehebels (52), die zwischen seinem Hebeldrehpunkt (54) und seinem Kraftausgabepunkt (70) verläuft, in der Vorschubstellung des Umformstempels (58) im Wesentlichen entlang der Verschiebungsrichtung (B) des Umformstempels (58) ausgerichtet ist.
Umformaggregat (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgabeabschnitt (32, 36) des Drehübertragungsglieds (28, 30) durch eine Nockenanordnung (32, 36) gebildet ist, welche mindestens einen zugeordneten Nockenfolger (34, 38) bewegt, der mit dem Eingabehebel (50) des Doppelarmhebels (48) zur Übertragung von Bewegungskraft gekoppelt ist.
Umformaggregat (18) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine kraftübertragende Steuerkurve (32, 36) der Nockenanordnung (32, 36) eine solche Form aufweist, dass eine Steuergeschwindigkeit (dr/dφ), definiert als eine Radienänderung (dr) pro Winkelabschnitt (dφ) bezogen auf das Drehzentrum des Drehübertragungsglieds (26), in einem Arbeitsabschnitt (76) der Steuerkurve (32, 36), welcher einem Arbeitsbereich des Umformstempels (58) zugeordnet ist, in dem er sich in der Vorschubstellung oder in einer der Vorschubstellung benachbarten Stellung befindet, einen kleineren Wert aufweist als im restlichen Abschnitt der Steuerkurve (32, 36).
Umformaggregat (18) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsabschnitt (76) der Steuerkurve (32, 36) einen Winkelbereich von mehr als 180° an der Nockenanordnung (32, 36) überspannt.
Umformaggregat (18) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenanordnung (32, 36) mindestens einen ersten Nockenfolger (34) und einen zweiten Nockenfolger (38) bewegt, wobei die Nockenanordnung (32, 36) für eine Vorschubbewegung des Umformstempels (58) Verschiebungsbewegungskraft auf den ersten Nockenfolger (34) ausübt und für eine Rückzugsbewegung des Umformstempels (58) Verschiebungsbewegungskraft auf den zweiten Nockenfolger (38) ausübt.
Umformaggregat (18) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Nockenfolger (34, 38) an zwei Hebeln (40, 42) eines Nockenfolger-Doppelarmhebels (44) derart angeordnet sind, dass eine Annäherung des einen Nockenfolgers (34, 38) an das Drehzentrum (26) des Drehübertragungsglieds (28, 30) mit einer Wegbewegung des anderen Nockenfolgers (38, 34) von dem Drehzentrum (26) des Drehübertragungsglieds (28, 30) einhergeht.
Umformaggregat (18) nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenanordnung (32, 36) zwei drehfest an dem Antriebsglied (26) angebrachte Nockenscheiben (28, 30) umfasst, wobei eine erste Nockenscheibe (28) den ersten Nockenfolger (34) bewegt und eine zweite Nockenscheibe (30) den zweiten Nockenfolger (38) bewegt.
Umformaggregat (18) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenfolger (34, 38) mit dem Eingabehebel (50) des Doppelarmhebels (48) über eine erste Stangenanordnung (56), vorzugsweise eine erste Verbindungslasche, gekoppelt ist, welche an ihrem einen Ende drehbar mit dem Nockenfolger oder dem Nockenfolger-Doppelarmhebel (44) verbunden ist und an ihrem anderen Ende drehbar mit dem Eingabehebel (50) des Doppelarmhebels (48) verbunden ist.
Umformaggregat (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgabehebel (52) des Doppelarmhebels (48) mit dem Umformstempel (58) über eine zweite Stangenanordnung (66), vorzugsweise eine zweite Verbindungslasche, gekoppelt ist, welche an ihrem einen Ende drehbar mit dem Ausgangshebel (52) verbunden ist und an ihrem anderen Ende drehbar mit dem Umformstempel (58) verbunden ist, wobei in der Vorschubstellung des Umformstempels (58) die Achse des Ausgabehebels (52), die zweite Stangenanordnung (66), vorzugsweise die zweite Verbindungslasche, und die Verschiebungsrichtung (B) des Umformstempels (58) im Wesentlichen in einer Linie miteinander ausgerichtet sind.
Umformaggregat (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine an dem Eingabehebel (50) des Doppelarmhebels (48) wirkende Verschiebungsbewegungskraft im Wesentlichen parallel zur Verschiebungsrichtung (B) des Umformstempels (58) verläuft.
Umformmaschine (10) umfassend einen Antrieb sowie mindestens ein Umformaggregat (18) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Antriebsglied (26) mit dem Antrieb verbunden ist.
Umformaggregat (18) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftübertragungsmechanismus eine durch Bewegungskraft des Antriebsglieds (26) drehend angetriebene Nockenanordnung (32, 36) umfasst, wobei eine kraftübertragende Steuerkurve (32, 36) der Nockenanordnung (32, 36) eine solche Form aufweist, dass eine Steuergeschwindigkeit (dr/dφ), definiert als eine Radienänderung (dr) pro Winkelabschnitt (dφ) bezogen auf das Drehzentrum des Drehübertragungsglieds (28, 30), in einem Arbeitsabschnitt der Steuerkurve (32, 36), welcher einer Arbeitsstellung des Umformstempels (58) zugeordnet ist, in der er sich in der Vorschubstellung oder in einer der Vorschubstellung benachbarten Stellung befindet, einen kleineren Wert aufweist als im restlichen Abschnitt der Steuerkurve (32, 36).