DE29906519U1 - Drive for a mechanical press - Google Patents
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Description
Dr. Dipl.-Phys. R. BASFELD 12.04.1999/Sche/lrl Dr. Dipl.-Phys. R. BASFELD 12.04.1999/Sche/lrl
Patentanwälte Mühlenberg 74 59759 ArnsbergPatent Attorneys Mühlenberg 74 59759 Arnsberg
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Desch Antriebstechnik GmbH & Co. KG KleinbahnstraßeDesch Antriebstechnik GmbH & Co. KG Kleinbahnstrasse
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"Antrieb für eine mechanische Presse""Drive for a mechanical press"
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antrieb für eine mechanische Presse nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.The present invention relates to a drive for a mechanical press according to the preamble of claim 1.
Aus der DE 44 21 527 Al· ist ein Kurbelantrieb einer Kurbelpresse großer Preßkraft bekannt, bei der die Kurbelwelle an beiden Wellenenden von je einem Getriebe mittels eines Haupt- und eines Hilfsantriebs antreibbar ist. Der Hilfsantrieb beschleunigt die Kurbelwelle lastfrei auf die Synchrondrehzahl des Hauptantriebes, zur Durchführung des Arbeitshubes wird der Hauptantrieb mit einer Kupplung zugeschaltet und nach Durchführung des Arbeitshubes, somit in der Regel kurz nach Erreichen des unteren Totpunktes, abgekoppelt. Überschüssige Energie wird nun von dem als Generator geschalteten Hilfsantrieb abgebaut.DE 44 21 527 Al discloses a crank drive for a crank press with a high pressing force, in which the crankshaft can be driven at both shaft ends by a gear unit using a main and an auxiliary drive. The auxiliary drive accelerates the crankshaft without load to the synchronous speed of the main drive. To carry out the working stroke, the main drive is connected with a clutch and is disconnected after the working stroke has been carried out, usually shortly after the bottom dead center is reached. Excess energy is then dissipated by the auxiliary drive, which is connected as a generator.
Nachteilig an dem zuvor beschriebenen Kurbelantrieb nach dem Stand der Technik ist es, daß dieser keine Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle in der Zuführphase vor Ausführung des Arbeitshubes durch den Stößel ermöglicht, da ein Zuschalten des Hauptantriebes nur bei einer Synchrondrehzahl möglich ist.A disadvantage of the previously described crank drive according to the state of the art is that it does not allow an increase in the angular speed of the crankshaft in the feed phase before the working stroke is carried out by the ram, since the main drive can only be switched on at a synchronous speed.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Antrieb für eine mechanische Presse bereitzustellen, der ein schnelles Zuführen des Werkzeuges bis zum Arbeitspunkt ermöglicht und eine langsame Bewegung während des Arbeitshubes erlaubt.The present invention is based on the problem of providing a drive for a mechanical press which enables a rapid feeding of the tool to the working point and allows a slow movement during the working stroke.
Dieses Problem wird durch einen Antrieb nach Schutzanspruch gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Schwungräder mit einer gemeinsamen Antriebswelle des Planetengetriebes kuppelbar sind. Durch unterschiedliche Drehzahlen der Schwungräder läßt sich so während eines Pressenhubes eine Veränderung der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle und damit des Hubgeschwindigkeitsverlaufs des Pressenstößels erzielen. Vor Beginn des Arbeitshubes kann die Presse mit relativ großer Geschwindigkeit vom oberen Totpunkt bisThis problem is solved by a drive according to the protection claim. According to the invention, the flywheels can be coupled to a common drive shaft of the planetary gear. By varying the speed of the flywheels, a change in the angular speed of the crankshaft and thus the stroke speed of the press ram can be achieved during a press stroke. Before the start of the working stroke, the press can be moved at a relatively high speed from the top dead center to
Einsetzen des Arbeitshubes gefahren werden, der Arbeitshub kann mit einer relativ geringen an die Erfordernisse des Umformprozeßes angepaßten Geschwindigkeit erfolgen, das Zurückfahren des Stößels in die obere Position beziehungsweise der Kurbelwelle zum oberen Totpunkt kann wiederum mit einer erhöhten Geschwindigkeit erfolgen. Die Taktzeit für einen Arbeitshub kann auf diese Weise gegenüber einem gleichmäßigen Antrieb der Kurbelwelle verringert werden.The working stroke can be started at a relatively low speed adapted to the requirements of the forming process, the return of the ram to the upper position or the crankshaft to the top dead center can in turn be carried out at an increased speed. The cycle time for a working stroke can be reduced in this way compared to a uniform drive of the crankshaft.
Vorteilhaft ist die Antriebswelle mittels einer dritten Kupplung abbremsbar und gehäusefest festlegbar. Die Antriebswelle der Presse und damit der Pressenstößel können somit in einer Ruhelage arretiert werden. Dies ist aus Sicherheitsgründen zum Beispiel bei einem Werkzeugwechsel erforderlich.It is advantageous if the drive shaft can be braked using a third clutch and secured to the housing. The drive shaft of the press and thus the press ram can thus be locked in a rest position. This is necessary for safety reasons, for example when changing tools.
In der bevorzugten Ausführungsform des Antriebes ist vorgesehen, daß erste Kupplung und/oder zweite Kupplung und/oder dritte Kupplung hydraulisch betätigbare Kupplungen sind. Hydraulische Komponenten zur Steuerung von Kupplungen sind standardisierte Artikel und damit kostengünstig.In the preferred embodiment of the drive, it is provided that the first clutch and/or second clutch and/or third clutch are hydraulically actuated clutches. Hydraulic components for controlling clutches are standardized items and therefore cost-effective.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn erste sowie zweite Kupplung über Bohrungen in der Antriebswelle, die mittels eines Rotors mit Druck beaufschlagbar sind, betätigbar sind.It is particularly advantageous if the first and second clutches can be actuated via holes in the drive shaft, which can be pressurized by means of a rotor.
In der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß eine Kurbelwelle der Presse mit Hilfe einer Ausgleichskupplung lösbar mit dem Pressenantrieb verbunden ist. Diese Bauweise erleichtert Montage und Demontage des Antriebes und verringert die Auswirkungen von Fluchtungsfehlern zwischen miteinander zu verbindenden Wellen.In the preferred embodiment, a crankshaft of the press is detachably connected to the press drive by means of a compensating coupling. This design simplifies assembly and disassembly of the drive and reduces the effects of misalignment between shafts that are to be connected to one another.
In der bevorzugten Ausführungsform ist das Hohlrad des Planetengetriebegehäuses fest. Weiterhin ist in der bevorzugten Ausführungsform der Planetenträger des Planetengetriebes mit der Ausgleichskupplung verbunden. DasIn the preferred embodiment, the ring gear of the planetary gear housing is fixed. Furthermore, in the preferred embodiment, the planet carrier of the planetary gear is connected to the compensating clutch. The
Sonnenrad des Planetengetriebes ist in der bevorzugten Ausführungsform fest mit der Antriebswelle verbunden. Diese Konfiguration des Planetengetriebes ermöglicht eine besonders platzsparende und besonders einfache Bauweise des Getriebes.In the preferred embodiment, the sun gear of the planetary gear is firmly connected to the drive shaft. This configuration of the planetary gear enables a particularly space-saving and particularly simple design of the gear.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigenIn the following, the present invention is described in more detail using an embodiment with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Pressenantriebs;Fig. 1 is a schematic representation of the press drive;
Fig. 2 ein Beispiel für den Verlauf derFig. 2 an example of the course of the
Stößelgeschwindigkeit über den Kurbelwinkel.Tappet speed over the crank angle.
Zunächst wird anhand von Fig. 1 der prinzipielle Aufbau des Pressenantriebs beschrieben. Eine Presse 1 verfügt über einen Pressenantrieb 2. Presse 1 und Pressenantrieb 2 sind in der Prinzipskizze Fig. 1 durch gestrichelte Linien voneinander getrennt. Der Pressenantrieb 2 verfügt über ein Getriebegehäuse 3, welches mittels eines Befestigungsflansches 4 an der Presse 1 befestigt ist.First, the basic structure of the press drive is described using Fig. 1. A press 1 has a press drive 2. Press 1 and press drive 2 are separated from each other by dashed lines in the schematic diagram in Fig. 1. The press drive 2 has a gear housing 3, which is attached to the press 1 by means of a fastening flange 4.
Der Pressenantrieb 2 umfaßt ein Planetengetriebe 5, bestehend aus einem Hohlrad 6, mehreren Planetenrädern 7 sowie einem Sonnenrad 8. Das Hohlrad 6 ist in das Getriebegehäuse 3 integriert. Die Planetenräder 7 sind gelagert auf einem Planetenträger 9, der über eine Ausgleichskupplung 10 eine Kurbelwelle 11 der Presse 1 antreibt. Die Kurbelwelle 11 treibt einen Stößel 12 der Presse 1. Der Antrieb des Planetengetriebes 5 erfolgt über das Sonnenrad 8, welches auf einer Antriebswelle 13 angeordnet ist.The press drive 2 comprises a planetary gear 5, consisting of a ring gear 6, several planetary gears 7 and a sun gear 8. The ring gear 6 is integrated into the gear housing 3. The planetary gears 7 are mounted on a planetary carrier 9, which drives a crankshaft 11 of the press 1 via a compensating coupling 10. The crankshaft 11 drives a ram 12 of the press 1. The planetary gear 5 is driven via the sun gear 8, which is arranged on a drive shaft 13.
Das Getriebegehäuse 3 verfügt über einen Lagerhals 14, der ein erstes Schwungrad 15 sowie ein zweites Schwungrad 16 trägt. Auf der Antriebswelle 13 sind eine erste Kupplung 17 sowie eine zweite Kupplung 18 angeordnet. Das Gehäuse der ersten Kupplung 17 ist mit dem ersten Schwungrad 15 fest verbunden, das Gehäuse der zweiten Kupplung 18 ist mit dem zweiten Schwungrad 16 fest verbunden. Auf der Antriebswelle 13 ist weiterhin eine dritte Kupplung 19 angeordnet, deren Gehäuse fest mit dem Getriebegehäuse 3 verbunden ist. Die Schaltung der Kupplungen 17 und 18 erfolgt hydraulisch, dazu sind Steuerbohrungen in die Antriebswelle 13The transmission housing 3 has a bearing neck 14, which carries a first flywheel 15 and a second flywheel 16. A first clutch 17 and a second clutch 18 are arranged on the drive shaft 13. The housing of the first clutch 17 is firmly connected to the first flywheel 15, the housing of the second clutch 18 is firmly connected to the second flywheel 16. A third clutch 19 is also arranged on the drive shaft 13, the housing of which is firmly connected to the transmission housing 3. The clutches 17 and 18 are switched hydraulically, for this purpose control holes are drilled into the drive shaft 13.
• a
t• a
t
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eingebracht, welche über einen dreikanaligen Rotor 24 mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagt werden können. Der Rotor 24 ist über eine erste Steuerleitung 25 mit einem ersten Ventil 27 sowie über eine zweite Steuerleitung 26 mit einem zweiten Ventil 28 verbunden. Erstes Ventil 27 sowie zweites Ventil 28 werden über Zuleitungen 29, 30 von einer nicht dargestellten Hydraulikpumpe mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit versorgt. Durch Schließen des ersten Ventils 27 kann über die erste Steuerleitung 25, den Rotor sowie der in die Antriebswelle 13 eingebrachte Bohrung die erste Kupplung 17 gelöst werden. Entsprechend kann durch Öffnen des zweiten Ventils 28 die zweite Kupplung 18 geöffnet werden. Die dritte Kupplung 19 wird gehäuseseitig angesteuert und ist über eine dritte Steuerleitung 31 mit einem dritten Ventil 32 verbunden, welches über eine Zuleitung 33 mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit versorgt wird. Die Kupplung schließt drucklos federbelastet selbsttätig und öffnet bei Druckbeaufschlagung.introduced, which can be pressurized with a hydraulic pressure medium via a three-channel rotor 24. The rotor 24 is connected to a first valve 27 via a first control line 25 and to a second valve 28 via a second control line 26. The first valve 27 and the second valve 28 are supplied with pressurized hydraulic fluid via supply lines 29, 30 from a hydraulic pump (not shown). By closing the first valve 27, the first clutch 17 can be released via the first control line 25, the rotor and the bore made in the drive shaft 13. The second clutch 18 can be opened accordingly by opening the second valve 28. The third clutch 19 is controlled on the housing side and is connected via a third control line 31 to a third valve 32, which is supplied with pressurized hydraulic fluid via a supply line 33. The clutch closes automatically under spring load when pressure is not applied and opens when pressure is applied.
Das erste Schwungrad 15 wird über einen Keilriemen 34 von einem ersten Antriebsmotor 35 angetrieben, das zweite Schwungrad 16 wird über einen weiteren Keilriemen 34 von einem zweiten Antriebsmotor 36 angetrieben.The first flywheel 15 is driven by a first drive motor 35 via a V-belt 34, the second flywheel 16 is driven by a second drive motor 36 via another V-belt 34.
Der Pressenantrieb 2 kann über das erste Ventil 27, das zweite Ventil 28 sowie das dritte Ventil 32 in verschiedene Betriebszustände gebracht werden, dabei bedeutet "geschlossen", daß die zu betätigende Leitung mit Druck beaufschlagt ist, "geöffnet", daß dieselbe drucklos ist. Bei geöffnetem dritten Ventil 32 ist die Antriebswelle 13 mit dem Getriebegehäuse 3 verbunden, der Antrieb ist also gesperrt. Bei geschlossenem dritten Ventil 32 und geschlossenem ersten Ventil 27 ist die Antriebswelle 13 über das erste Schwungrad 15 mit dem ersten Antriebsmotor 35 verbunden. Bei geschlossenem ersten Ventil 27 und geöffnetem zweiten Ventil 28 ist die Antriebswelle 13 entsprechend über das zweite Schwungrad 16 mit dem zweiten Antriebsmotor 3 6 verbunden. Durch wechselweises Öffnen des ersten Ventils 27 und zweitenThe press drive 2 can be brought into different operating states via the first valve 27, the second valve 28 and the third valve 32. "Closed" means that the line to be operated is pressurized, "open" means that it is depressurized. When the third valve 32 is open, the drive shaft 13 is connected to the gear housing 3, so the drive is blocked. When the third valve 32 is closed and the first valve 27 is closed, the drive shaft 13 is connected to the first drive motor 35 via the first flywheel 15. When the first valve 27 is closed and the second valve 28 is open, the drive shaft 13 is connected to the second drive motor 36 via the second flywheel 16. By alternately opening the first valve 27 and the second
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Ventils 28 kann so zwischen dem Antrieb durch den ersten Antriebsmotor 35 und dem zweiten Antriebsmotor 36 umgeschaltet werden. Durch Schließen des dritten Ventils 32 kann der Pressenantrieb 2 abgebremst werden beziehungsweise bei Stillstand gesperrt werden.Valve 28 can thus be switched between the drive by the first drive motor 35 and the second drive motor 36. By closing the third valve 32, the press drive 2 can be braked or blocked when at a standstill.
Durch geeignete Ansteuerung des ersten Ventils 27 und zweiten Ventils 28 läßt sich die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 13 und damit der Kurbelwelle 11 sowie der Verlauf der translatorische Geschwindigkeit des Stößels 12 im Verlauf eines Hubes des Stößels 12 verändern. Voraussetzung dazu ist, daß der erste Antriebsmotor 35 sowie der zweite Antriebsmotor 36 bei unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden.By appropriately controlling the first valve 27 and the second valve 28, the angular speed of the drive shaft 13 and thus of the crankshaft 11 as well as the course of the translational speed of the tappet 12 can be changed in the course of a stroke of the tappet 12. The prerequisite for this is that the first drive motor 35 and the second drive motor 36 are operated at different speeds.
Fig. 2 zeigt beispielhaft die Stößelgeschwindigkeit aufgetragen über den Kurbelwinkel der Kurbelwelle 11.Fig. 2 shows an example of the tappet speed plotted against the crank angle of the crankshaft 11.
Im Beispiel der Fig. 2 ist die Drehzahl des ersten Antriebsmotors 35 doppelt so hoch gewählt wie die Drehzahl des zweiten Antriebsmotors 36, entsprechend ist die Drehzahl des ersten Schwungrads 15 doppelt so hoch wie die des zweiten Schwungrades 16. Über die X-Achse der Darstellung in Fig. 2 ist der Kurbelwinkel &agr; der Kurbelwelle 11 aufgezeichnet, über die Y-Achse ist die Stößelgeschwindigkeit &ngr; des Stößels 12 aufgetragen. Der Ursprung des Koordinatensystems ist auf den oberen Totpunkt der Kurbelwelle 11 festgelegt, der untere Totpunkt ist entsprechend bei 180°. Der Arbeitsbereich der Presse setzt zwischen oberem Totpunkt und unterem Totpunkt ein und endet am unteren Totpunkt. In diesem Beispiel wird angenommen, daß der Arbeitsbereich bei 135° Kurbelwinkel &agr; einsetzt und bei 180° im unteren Totpunkt endet.In the example in Fig. 2, the speed of the first drive motor 35 is selected to be twice as high as the speed of the second drive motor 36, and accordingly the speed of the first flywheel 15 is twice as high as that of the second flywheel 16. The crank angle α of the crankshaft 11 is plotted on the X-axis of the illustration in Fig. 2, and the ram speed v of the ram 12 is plotted on the Y-axis. The origin of the coordinate system is set at the top dead center of the crankshaft 11, and the bottom dead center is accordingly at 180°. The working range of the press begins between top dead center and bottom dead center and ends at bottom dead center. In this example, it is assumed that the working range begins at 135° crank angle α and ends at 180° at bottom dead center.
Wird die erste Kupplung 17 geschlossen, so dreht die Kurbelwelle 11 mit einer konstanten Drehzahl V1. Bei geöffneter ersten Kupplung 17 und geschlossener zweiter Kupplung 18 dreht die Kurbelwelle 11 mit der konstanten Drehzahl V2. Bei geschlossener erster Kupplung 17 kann durchIf the first clutch 17 is closed, the crankshaft 11 rotates at a constant speed V 1 . If the first clutch 17 is open and the second clutch 18 is closed, the crankshaft 11 rotates at the constant speed V 2 . If the first clutch 17 is closed,
Öffnen der ersten Kupplung 17 und Schließen der zweiten Kupplung 18 die Geschwindigkeit des Stößels 12 von der sinusförmigen Kurve V1 in Fig. 2 auf die sinusförmige Kurve V2 umgeschaltet werden. Entsprechend kann bei geschlossener zweiter Kupplung 18 umgekehrt von der sinusförmigen Kurve v2 auf die sinusförmige Kurve V1 umgeschaltet werden. Wird beispielsweise im Schaltpunkt Sl bei geschlossener erster Kupplung 17 diese geöffnet und die zweite Kupplung 18 geschlossen, so wird die Geschwindigkeit des Stößels 12 etwa einer Kurve S3 folgen und beispielsweise in einem Punkt Z in die Kurve v2 übergehen. Der Kurvenverlauf ist abhängig von der Trägheit des Stößels 12 beziehungsweise daran befestigtem nicht dargestelltem Werkzeug, der Drehträgheit des Antriebsstranges zwischen Kurbelwelle 11 und Antriebswelle sowie der Drehträgheit von erstem Schwungrad 15 beziehungsweise zweitem Schwungrad 16. Je höher das Massenträgheitsmoment von erstem Schwungrad 15 beziehungsweise zweitem Schwungrad 16 gegenüber dem auf das Trägheitsmoment der Antriebswelle 13 umgerechneten Trägheiten des zuvor dargestellten Antriebsstranges beziehungsweise Stößels 12 samt Werkzeug ist, desto steiler wird die Kurve S3 im Schaubild Fig. 2 verlaufen. Der Stößel 12 wird also zunächst mit einer höheren Geschwindigkeit V1 bewegt, bei etwa 90° Kurbelwellenwinkel &agr; auf die niedrigere Geschwindigkeit V2 umgestellt, vollführt den Arbeitshub mit der niedrigen Geschwindigkeit v2 und wird im unteren Totpunkt wieder auf die höhere Geschwindigkeit V1 umgestellt und bis kurz vor den oberen Totpunkt bewegt. Kurz vor dem oberen Totpunkt wird die erste Kupplung 17 geöffnet und die dritte Kupplung 19 geschlossen, Antriebswelle 13, Kurbelwelle 11 sowie der Stößel 12 werden so abgebremst und im oberen Totpunkt zum Stillstand gebracht und festgehalten.By opening the first clutch 17 and closing the second clutch 18, the speed of the plunger 12 can be switched from the sinusoidal curve V 1 in Fig. 2 to the sinusoidal curve V 2. Similarly, when the second clutch 18 is closed, the speed can be switched from the sinusoidal curve v 2 to the sinusoidal curve V 1. For example, if the first clutch 17 is closed and the second clutch 18 is opened at switching point Sl, the speed of the plunger 12 will follow a curve S3 and, for example, change to the curve v 2 at a point Z. The curve depends on the inertia of the tappet 12 or the tool (not shown) attached to it, the rotational inertia of the drive train between the crankshaft 11 and the drive shaft, and the rotational inertia of the first flywheel 15 or the second flywheel 16. The higher the mass moment of inertia of the first flywheel 15 or the second flywheel 16 compared to the inertia of the previously shown drive train or tappet 12 including tool converted to the moment of inertia of the drive shaft 13, the steeper the curve S3 in the diagram in Fig. 2 will be. The tappet 12 is therefore initially moved at a higher speed V 1 , switched to the lower speed V 2 at approximately 90° crankshaft angle α, completes the working stroke at the low speed v 2 and is switched back to the higher speed V 1 at bottom dead center and moved until shortly before top dead center. Shortly before top dead center, the first clutch 17 is opened and the third clutch 19 is closed, drive shaft 13, crankshaft 11 and tappet 12 are thus braked and brought to a standstill and held at top dead center.
Bei Einsatz der Presse im Dauerbetrieb entfällt das Abbremsen bei Erreichen des oberen Totpunktes, es erfolgt also jeweils bei Erreichen des Umschaltpunktes Sl eine Umschaltung von Vl auf V2 und bei Erreichen des unteren Totpunktes ein Umschalten von V2 auf Vl, jedoch kein Abschalten desWhen the press is used in continuous operation, braking is not required when the top dead center is reached, so that when the switchover point Sl is reached, there is a switchover from Vl to V2 and when the bottom dead center is reached, there is a switchover from V2 to Vl, but the
Antriebes und ein Festhalten im oberen Totpunkt. Ist ein Umschalten auf verschiedene Geschwindigkeiten V1,V2 nicht erforderlich, so können erster Antriebsmotor 35 und zweiter Antriebsmotor 36 mit gleicher Drehzahl betrieben werden. In diesem Fall ist durch Zuschalten eines der beiden Motoren bei antrieb durch den jeweils anderen Motor eine Erhöhung des Drehmoments des Gesamtantriebes sowie eine Erhöhung der gespeicherten Energie des Antriebes erzielbar.drive and holding it at the top dead center. If switching to different speeds V1, V2 is not necessary, the first drive motor 35 and the second drive motor 36 can be operated at the same speed. In this case, by switching on one of the two motors when driven by the other motor, an increase in the torque of the overall drive and an increase in the stored energy of the drive can be achieved.
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