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Mechanische Presse, insbesondere Ziehpresse Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf mechanische Pressen, insbesondere Ziehpressen, mit mehreren Arbeitsgeschwindigkeiten.
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Bei mechanischen Pressen ist die Umlaufgeschwindigkeit bzw. die Anzahl
der Auf- und Niedergänge des Pressenstößels in der Minute und damit die Ausbringleistung
der Presse durch die größte zulässige Verformungsgeschwindigkeit des zu verarbeitenden
Werkstoffs bestimmt. Weiter ist zu berücksichtigen, daß bei Kurbel- oder Exzenterpressen
der Geschwindigkeitsverlauf der Stößelbewegung während des Arbeitsvorganges sich
verändert und in der Regel im Augenblick des Ziehbeginnes am größten ist.
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Mit Rücksicht auf eine weitgehendste Ausnutzung der Ziehfähigkeit
des zu verarbeitenden Werkstoffes ist eine möglichst geringe Auftreffgeschwindigkeit
bzw. Anfangsziehgeschwindigkeit erwünscht. Andererseits ist man bestrebt, um wirtschaftlich
zu fertigen, die Arbeitsgeschwindigkeit der Presse möglichst hoch zu halten.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Ausbringleistung
der Presse, d. h. die Anzahl der Stößelniedergänge pro Minute zu steigern, ohne
die Arbeitsgeschwindigkeit bzw. die Anfangsziehgeschwindigkeit zu erhöhen.
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Gemäß der Erfindung sind dem Pressenstößel für die innerhalb eines
Arbeitsspiels zu durchfahrenden Wege (Leerlauf und Arbeitsweg) verschiedene Antriebseinrichtungen
zugeordnet, die bei Beginn der Wege zu- bzw. abgeschaltet werden.
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Zweckmäßigerweise arbeitet dieLeerlaufantriebseinrichtung, die bei
Beginn des Arbeitsweges unwirksam wird, unmittelbar auf die Antriebswelle,
während
die Arbeitsantriebseinrichtung über Kupplungen auf dieselbe Antriebswelle schaltbar
ist.
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Die Erfindung ist bei einfach- und mehrfachwirkenden Pressen anwendbar.
Bei mehrfachwirkenden Pressen ist es zwar bekannt, für die verschiedenen Pressenstößel,
z. B. den Blechhalterstößel und den Ziehstößel, verschiedene Arbeitsgeschwindigkeiten,
und zwar mittels gemeinsamer oder besondererAntriebe für dieStößel vorzusehen. Jedoch
wird bei diesen Pressen im Gegensatz zur Erfindung jeder Stößel stets mit der gleichen
Geschwindigkeit angetrieben.
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Die Abbildungen zeigen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung entsprechend
den bekannten zwei Antriebsarten für Pressen, nämlich Fig: i das Antriebsschema
einer Presse, deren Stößel mittels einer Zahnstange über ein Rädergetriebe direkt
mittels Elektromotor schwungradlos angetrieben wird, Fig. 2 das Antriebsschema einer
Presse, deren Stößel mittels einer Kurbel- oder Exzenterwelle über ein Rädergetriebe
durch ein Schwungrad angetrieben wird, Fig. 3 das Geschwindigkeits-Weg-Schaubild
für eine Kurbel- oder Exzenterpresse mit Schwungradantrieb, Fig. q. das Geschwindigkeits-Weg-Schaubild
für eine Zahnstangenpresse als Beispiel eines Schwungradlosen Pressenantriebes.
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Gemäß Fig. i ist i der Pressenstößel, welcher sich in prismatischen
Führungen der beiden Pressen-Ständer 2 und 2a hin und her bewegt. Am Pressen-Stößel
i ist die Zahnstange 3 befestigt, in welche das Zahnritzel4 eingreift. Das Zahnritzel4
wird angetrieben über das Zahnradgetriebe 5, 5d-6; 6° und 7-8 und 9-io durch
den reversierbaren Elektromotor i i. Eine Bremse 12 ist vorgesehen, um bei abgeschaltetem
Antrieb die Getriebemassen abzubremsen und den Pressenstößel nach dem Abbremsen
festzuhalten.
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Die soweit beschriebene Antriebsanordnung entspricht der bis jetzt
üblichen Ausführung eines schwungrädlosen Pressenantriebes. Die Wirkungsweise des
Antriebes ist derart, daß jeweils in Höchst- und Tiefststellung des Pressenstößels
der Motor i i elektrisch abgebremst und reversiert wird. Das Drehmoment des Motors
ist dabei für den auszuübenden Preßdruck.zu bemessen.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. i zeigt nun gemäß der Erfindung
eine zweite Antriebseinrichtung. Diese ist auf der Vorgelegewelle 13 zwischen dem.
Zahnrad 8 und 9 angeordnet und besteht aus dem fest mit der Vorgelegewelle 13 verbundenen
inneren Kupplungsteil 14 der Lamellenkupplung 15. Der äußere Kupplungsteil 16 der
Lamellenkupplung ist mit dem Zahnrad 17 verschraubt, welches auf der Vorgelegewelle
13 frei läuft. Durch Betätigen der Kupplung 15 kann das Zahnrad 17 über den
inneren Kupplungsteil 14 mit der Vorgelegewelle 13 verbunden werden. In das Zahnrad
17 greift das von dem zweiten Motor i8 angetriebene Ritzel ig ein. Der Motor 18
läuft nur in einer Drehrichtung, und zwar für die Bewegung des Pressenstößels in
Arbeitsrichtung.. Es ist deshalb dieser Arbeitsmotor entsprechend dem auszuübenden
Preßdruck zu bemessen. Weiter ist das Gesämtübersetzungsverhältnis des Zahnradgetriebes
5-6 und 7-8 und 17-x9 so zu wählen, daß die Geschwindigkeit des Pressenstößels die
größtmöglichste Ausnutzung der Ziehfähigkeit des zu verarbeitenden Werkstoffs ermöglicht.
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Das Gesamtübersetzungsverhältnis des Zahnradgetriebes 5-6 und 7-8
und 9-1o ist derart ausgeführt,: daß die mittels dieses Antriebes erzeugte Leerlaufgeschwindigkeit
ein- Mehrfaches der Arbeitsgeschwindigkeit des Pressenstößels ist. Die Bemessung
des Leerlaufmotors i i hat dabei entsprechend den bei der Beschleunigung der Getriebemassen
auftretenden Massenkräften zu erfolgen.
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In Fig. 4 ist der Verlauf der Pressenstößelbewegung während eines
Arbeitsspieles dargestellt. Es ist angenommen, däb der Hub H des Pressenstößels
iooo mm beträgt und der Motor ii den Pressenstößel mit einer Leerlaufgeschwindigkeit
von v1 = 12 m/Min. bewegt, während der Motor 18 den Pressenstößel mit der für den
zu verarbeitenden Werkstoff höchst zulässigen Verformungsgeschwindigkeit, beispielsweise
va = 6 m/Min. antreibt: Die Wirkungsweise der neuen Antriebseinrichtung ist folgende:
In Höchststellung A des Pressenstößels wird der Motor i i eingeschaltet und beschleunigt
den Pressenstößel auf dem WegeA-B auf v1 = z2m/Min. Kurz bevor das Oberwerkzeug
auf dem Unterwerkzeug auftrifft, d. h. kurz vor Arbeitsbeginn bei Punkt C der Bewegungskurve
wird die Stromzuführung für den Motor i i abgeschaltet und die Kupplung 15 betätigt.
Damit wird der dauernd umlaufende Motor 18 über das Vorgelege 17-z9 auf die Vorgelegewelle
13 für den folgenden Ziehvorgang geschaltet. Der Pressenstößel wird dabei auf die
Arbeitsgeschwindigkeit va = 6 m/Min. abgebremst, und mit dieser Geschwindigkeit
erfolgt auf der Strecke D-E der Bewegungskurve die Arbeitsleistung des Pressenstößels:
Nach Beendigung der Zieharbeit bei Punkt E wird die Kupplung gelöst und der Motor
i i auf umgekehrte Drehrichtung eingeschaltet, wodurch auf der _ Wegstrecke E-F
zunächst ein Abbremsen des Pressenstößels und anschließend auf der Strecke F-G eine
Beschleunigung desselben auf die Rücklaufgeschwindigkeit v,. = z2 m/Min. erfolgt.
Kurz vor Erreichen der Stößelhöchststellung (Punkt I der Bewegungskurve) wird durch
kurzzeitiges Gegenstromgehen der Motor i i und damit der Pressenstößel stillgesetzt.
In -Höchststellung A tritt dann die Stopp- und Haltebremse 12 in Tätigkeit. Durch
erneutes Anfahren des Motors i i, nach vorheriger Lüftung der Bremse 12, erfolgt
dann ein neues Stößelspiel.
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Der Vorteil dieses neuen Antriebes geht ohne weiteres aus dem Geschwindigkeitsschaubild
Fig:4 hervor. Während. bei dem bisher üblichen Antrieb der Geschwindigkeitsverlauf
durch die Kurve A-B'-D-E-F-G'-I'-A gebildet wird; ergibt der neue Antrieb, wie beschrieben,
den Geschwindigkeitsverlauf A-B-C-D-E-F-G-T-A: Durch den neuen Antrieb
kann
demnach die Stößelspielzahl pro Minute wesentlich gesteigert werden, ohne die für
den zu verarbeitenden Werkstoff höchstzulässige Arbeitsgeschwindigkeit zu erhöhen.
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Mittels eines vom Pressenstößel betätigten elektrischen Kontaktes
kann der Punkt C jeweils dem veränderlichen Arbeitsweg D-E entsprechend eingestellt
werden.
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Durch diesen neuen Antrieb wird jedoch nicht nur eine wesentlich größere
Ausbringleistung erreicht, sondern auch die Wirtschaftlichkeit der Presse hinsichtlich
des Stromverbrauchs bedeutend verbessert. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei Pressen
für größere Preßdrücke die Massenwirkung des Antriebsmotors (Rotormasse), der zur
Erzeugung des Preßdruckes erforderlich ist, ein Vielfaches der Massenwirkung der
gesamten Getriebemassen beträgt. Zur Umkehrung der Hubbewegung des Pressenstößels
müssen durch Reversieren des Antriebsmotors die Getriebemassen und die Rotormasse
des Antriebsmotors zunächst abgebremst und wieder beschleunigt werden. Bei dem bisherigen
Antrieb mit nur einem Arbeitsmotor mußten dessen Rotormassen bei Umkehrung der Stößelbewegung
mit abgebremst und reversiert werden, wobei sehr große Stromspitzen auftraten. Bei
dem neuen Antrieb läuft der Arbeitsmotor dauernd in einer Drehrichtung, während
durch den Leerlaufmotor, dessen Leistung und Rotormasse nur ein Bruchteil derjenigen
des Arbeitsmotors beträgt, das Anfahren, Rev ersieren und Abbremsen der Getriebemassen
mit einem wesentlich geringeren Stromaufwand bewerkstelligt werden kann. ' Der oben
beschriebene schwungradlose Pressenantrieb beschränkt sich nicht auf das Beispiel
der Zahnstangenpresse, sondern ist unabhängig von dem Übertragungsmittel der Drehbewegung
des Getriebes auf die Hinundherbewegung des Pressenstößels. Dasselbe gilt für den
folgend beschriebenen Schwungradantrieb als beispielsweise Anwendung bei einer Kurbelpresse.
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Gemäß Fig.2 ist 31 der Pressenstößel, welcher durch die Kurbel- oder
Exzenterwelle 32 über die Pleuelstange 33 auf und nieder bewegt wird. Die Kurbel-
oder Exzenterwelle 32 wird über das Zahnradgetriebe 34-35 und 36-37 durch die Antriebswelle
38 angetrieben. Die Antriebswelle 38 wird ihrerseits über die Lamellenkupplung 39
durch das Schwungrad 4o angetrieben, welches wiederum über ein Riemengetriebe 41
durch den Antriebsmotor 42 in Drehung versetzt wird. Eine Bremse 43 ist vorgesehen,
um nach gelöster Kupplung zwischen Schwungrad und Antriebswelle die letztere und
damit den Pressenstößel samt dem übrigen Getriebe abzubremsen und stillzuhalten.
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Die soweit beschriebene Antriebsanordnung entspricht den seither üblichen
Antriebsausführungen von mittels Schwungrads angetriebenen Pressen, im besonderen
von Exzenter- und Kurbelziehpressen.
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Die Wirkungsweise dieses Antriebes ist derart, daß zur Einleitung
der Pressenstößelbewegung zunächst die Bremse 43 gelüftet, hierauf die Kupplung
39 eingeschaltet und damit die Verbindung zwischen dem dauernd umlaufenden Schwungrad
4o und der Antriebswelle 38 hergestellt wird. Über das Zahnradgetriebe wird dann
die Kurbelwelle in Drehung versetzt, derPressenstößel bewegt sich nach abwärts und
führt gegen Ende seines Niederganges die Zieharbeit aus. Nach Durchfahren des unteren
Totpunktes wird der Pressenstößel wieder in seine Ausgangslage zurückgeführt. In
Kurbelhöchststellung wird die Kupplung und damit die Verbindung zwischen Schwungrad
4o und Antriebswelle 38 gelöst, gleichzeitig durch Betätigen der Bremse 43 der Pressenstößel
stillgesetzt.
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Das Ausführungsbeispiel Fig.2 zeigt nun erfindungsgemäß die Anordnung
eines zweiten reversierba.ren Elektromotors 44, welcher über das Zahnradgetriebe
45-46 auf die Antriebswelle 38 treibt. In ähnlicher Weise wie beim ersten Beispiel
(Fig. i) des schwungradlosen Antriebes wird auch hier die Gesamtübersetzung des
Getriebes 34-35 und 36-37 für die hinsichtlich der Ziehfähigkeit des zu. verarbeitenden
Werkstoffes günstigste Arbeitsge.schwindigkeit des Pressenstößels ausgelegt, während
das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 34-35 und 36-37 und d.5-46 so bemessen
ist, daß hierdurch der Pressenstößel mit einem Mehrfachen seiner Arbeitsgeschwindigkeit
angetrieben wird.
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In Fig.3 ist der Geschwindigkeitsverlauf des Pressenstößels während
eines Arbeitsspiels beispielsweise dargestellt. Es ist ein Stößelhub H von iooo
mm angenommen und eine größte Geschwindigkeit des Pressenstößels im Leerlauf von
v1 = 12 in/Min. beim Antrieb durch den Motor 44 und eine größte Arbeitsgeschwindigkeit
des Pressenstößels von va = 4 m/Min. beim Antrieb durch das Schwungrad 40.
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Die Wirkungsweise des neuen Antriebes ist nun folgende: In Höchststellung
O des Pressenstößels wird durch Einschalten des Motors 44 nach vorheriger Lüftung
der Bremse 43 die Antriebswelle 38 in Drehung versetzt, während der Niedergang des
Pressenstößels entsprechend dem Geschwindigkeitsverlauf der Kurve 0-1b1 erfolgt.
Kurz vor Arbeitsbeginn bei Punkt M wird die Stromzuführung des Motors 44 abgeschaltet
und gleichzeitig durch Betätigung der Kupplung 39 der Schwungradantrieb eingeschaltet.
Der Pressenstößel wird dabei auf die Anfangsarbeitsgeschwindigke t (Auftreffgeschwindigkeit)
va = 3,8 m/Min. abgebremst (M-N der Geschwindigkeitskurve). Auf der Wegstrecke
N-T erfolgt hierauf die Arbeitsleistung des Pressenstößels, wobei die Stößelgeschwindigkeit
auf Null sinkt. Bei Stößeltiefstellung T wird durch Entkuppeln der Schwungradantrieb
abgeschaltet, gleichzeitig der Motor 44 eingeschaltet 'und der Pressenstößel in
seine Höchststellung O zurückgeführt, wobei die Geschwindigkeit des Pressenstößels
in Hubmitte den Höchstwert v,. = 12 m/Min. erreicht. In Höchststellung des Pressenstößels
wird der Motor 44 abgeschaltet und durch Betätigen. der Bremse43 das Getriebe
abgebremst und der Pressen-Stößel stillgesetzt.
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Der Vorteil des neuen Antriebes geht aus der Fig. 3 klar hervor. Erfahrungsgemäß
liegt die
höchstzulässige Aüftreffgeschwindigkeit, beispielsweise
für Tiefziehbleche, bei 7 bis 8 m/Min. Dies entspricht einem Geschwindigkeitsverlauf
des Pressenstößels nach der gestrichelten mittlerem Geschwindigkeitskurve der Fig.
3. Mit Rücksicht auf eine bessere Ausnutzung der Tiefziehfähigkeit des zu verarbeitenden
Werkstoffes wird bei dem neuen Antrieb die Anfangsziehges.chwindigkeit niedriger
gehalten, z. B. entsprechend dem Verlauf der inneren Geschwindigkeitskurve mit maximal
4 m/Min. Dagegen ist die Geschwindigkeit des Leerlaufs, die mittels des Antriebsmotors
44 erzeugt wird; entsprechend der äußeren, Geschwindigkeitskurve der Fig. 3 bis
zu einer Maximalgeschwindigkeit von 12 m/Min. erhöht. Es wird somit trotz Verringerung
der Anfangsziehgeschwindigkeit gegenüber dem alten. Antrieb die Ausbringleistung
der Presse bei dem neuen Antrieb gesteigert, da der Ziehweg N-T für die in der Hauptsache
vorkommenden Zieharbeiten, bei welchen der Ziehteil nach oben aus dem Werkzeug entfernt
wird, höchstenfalls gleich dem halben Ziehhub, also im vorliegenden Beispiel 5oo
mm, betragen kann und somit der Pressenstößel nur ein Viertel seines gesamten Hin-
und Rückweges mit der niederen Arbeitsgeschwindigkeit durchläuft: Die Ausführung
des Motors 44 als Reversiermotor gibt die Möglichkeit, den Pressenstößel in jeder
Lage während des Niederganges durch Reversiegen des Motors 44 in die Höchstlage
zurückzuführen. Außerdem kann durch Gegenstromgeben gegen Höchststellung es Pressenstößels
der Motor als Zusatzbremse wirken.
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Anstatt den Pressenstößel für den Leerlauf über das Rädergetriebe
q.5-46 anzutreiben, kann der Antrieb über ein Schwungrad und Kupplung erfolgen,
welcher spiegelbildlich zu dem Schwungradantrieb für die Arbeitsleistung am anderer.
Ende der Antriebswelle 38 angeordnet wird. Die beiden Schwungräder laufen dann mit
verschiedener Drehzahl um, entsprechend der Arbeits- bzw. Leerlaufgeschwindigkeit
des Pressenstößels.