EP0300000B1

EP0300000B1 - Pressenantrieb

Info

Publication number: EP0300000B1
Application number: EP88901014A
Authority: EP
Inventors: Waldemar Hellwig
Original assignee: Bruderer AG
Current assignee: Bruderer AG
Priority date: 1987-02-03
Filing date: 1988-02-03
Publication date: 1991-07-10
Anticipated expiration: 2008-02-03
Also published as: US4920782A; WO1988005724A1; DE8890008U1; JPH01502011A; EP0300000A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Pressenantrieb, z.B. für Tiefzieh-, Abgrat- oder Stanzpressen und insbesondere für Hochfrequenzstanzpressen mit mindestens 500 Stanzbewegungen pro Minute (die bekanntlich hiefür besonders ausgestaltet sein müssen), nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. In den meisten Fällen ist in solchen Pressen nur ein Werkzeugträger, in der Regel der obere, beweglich, doch kommt es letzten Endes nur auf die Relativbewegung an, weshalb es im Rahmen der Erfindung auch denkbar wäre, beide Werkzeugträger beweglich auszubilden.
Die Anforderungen an den Antrieb einer Stanzmaschine sind ganz besonderer Art, denn es wird höchste Präzision im Bereich unter einem Hundertstel Millimeter gefordert, und das bei - ihrer Natur nach - ständig schwingenden Maschinenteilen und bei hohen Druckkräften.
Nun ist beispielsweise in "Werkzeugmaschinen" von Charcut/Tschätsch, Hauser-Verlag, 1984, S. 290, ein Antrieb mit einer Kurbelwelle dargestellt und beschrieben (derselbe Effekt liesse sich auch mit einer Exzenterwelle, sei es in einer Ausführung mit einem Kreisexzenter, sei es mit einem Gleichdick, erzielen), der in dies er Hinsicht manche Vorteile besitzt, da der die grösste Annäherung der Werkzeugträger bestimmende - im allgemeinen unterste - Totpunkt durch den Scheitelpunkt einer Sinuskurve gegeben ist, so dass kleine Toleranzen in der Exzenterjustierung sich praktisch gar nicht auswirken. Dieser bekannte Antrieb entsprach aber den Anforderungen in mancherlei Hinsicht nicht. Es konnte z.B. seine Masse nicht im wünschbaren Ausmass vermindert werden, da zur Bereitstellung der notwendigen Stanzkraft ein Schwungrad vorgesehen weden musste. Die Anordnung eines Schwungrades erfordert ausserdem die Verwendung einer steuerbaren Kupplung, was einen zusätzlichen, manchmal reparaturanfälligen Bauteil mit sich brachte. Ausserdem sind der Geschwindigkeit Grenzen gesetzt, da der Antrieb jedesmal volle Beschleunigung aufbringen muss, obwohl ein Teil der Antriebsenergie wieder abgebremst werden muss. Schlussendlich ergibt sich daraus auch eine entsprechend grosse Antriebsdimensionierung, was natürlich auch einen hohen Energieverbrauch zur Folge hat.
Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, einen Pressenantrieb zu schaffen, der in jeder Stellung einen genau entsprechenden Bewegungsablauf sichert, der auf ein Schwungrad verzichtet und der mit einem verkleinerten Antrieb und einem geringeren Energiebedarf auskommt. Dies gelingt erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Kennzeichen der Unteransprüche beschrieben.
Durch die Anwendung von Antriebselementen, die das Antreiben (Beschleunigen) und Bremsen (Energie pneumatisch speichern bzw. Strom ins Netz zurückspeisen, beim sog. Vierquadrantenantrieb) erlauben, ist es möglich, nicht nur die Kupplung, sondern auch allfällige Bremsen wegzulassen. Bei der Hubbewegung werden nur wenig Massen bewegt.
Durch die erfindungsgemässe Konzeption der Maschine mit den synchronisierten Doppelkniehebeln und dem Massenausgleich entstand somit eine neue, elektronisch steuerbare Pressenart. Die erfindungsgemäss beschriebene Pressmaschine hat folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik:

1) Statisch sehr steife Auführung im Vergleich zu Exzenter-Pressen, da im Bereich des unteren Totpunktes nur je zwei auf Druck beanspruchte Stangen im Kraftfluss stehen;
2) die Genauigkeit des unteren Totpunktes ist durch einfache Geometrie gut einzuhalten.
3) dynamische Stabilität: bei jeder Hubfrequenz (Hubzahl/ min.) herrschen gleiche dynamische Verhältnisse, d.h. es ist bei Veränderung der Hubfrequenz keine Nachstellung des unteren Totpunktes nötig;
4) "sanfter" Schlag beim Schneiden, da die Auftreffgeschwindigkeit auf das Band beim Kniehebelprinzip erheblich kleiner ist als bei Exzenterpressen; es entsteht ein "Schneiden" der Schnittstelle, kein Ausbrechen;
5) durch die Einstellbarkeit des Schwenkwinkels bzw. Kolbenweges kann ein stufenloser Stösselhub gewählt werden;
6) nur hin- und hergehender Massenausgleich (Ausgleich erster Ordnung);
7) Minimum an bewegten Teilen (einfache Mechanik);
8) gegenüber üblichen Kniehebel- bzw. Differenzpressen ist eine hohe Hubfrequenz möglich;
9) vorwählbarer Geschwindigkeitsablauf des Stössels;
10) vielseitigerer Einsatz (gegenüber Exzenterpressen);
11) es können grosse Presskräfte mit relativ kleinen Antriebskräften erreicht werden;
12) geringer Energiebedarf.

Eine genaue Führung und eine taumelfreie Bewegung lässt sich durch die Merkmale des Anspruches 9, und zwar gewünschtenfalls auch mit einem einzigen Antriebsenergieträger, erhalten, wobei an den Kreuzköpfen in räumlichem Abstand von den Kniehebeln der Energiespeicher stabil befestigt sein kann. Hier wird angemerkt, dass der Begriff "Antriebsenergieträger" in der vorliegenden Beschreibung alles umfasst, was eine Antriebsenergie, und zwar auch nur in einem Teilbereich der Bewegung, zu liefern im Stande ist, d.h. eben auch den Energiespeicher.
Ein derartiger Energiespeicher lässt sich ganz allgemein mit Vorteil anwenden, ganz unabhängig davon, wie der Antrieb im übrigen ausgebildet sein mag, d.h. mittels Drehantriebes oder Linearantriebes, ja sogar ganz unabhängig davon, ob zwei Kniehebelsysteme vorgesehen sind oder nicht. Ganz besonders eignet sich ein Druckspeicher aber dann, wenn sowieso ein fluidischer Antrieb, wie z.B. nach Anspruch 7, vorgesehen wird.
Das Merkmal des Anspruches 2 schafft sehr genau und einfach jene Justiermöglichkeit, insbesondere für den oberen Totpunkt, die bei den eingangs erwähnten beiden Literaturstellen abging. Dabei ist es in Verbindung mit den Merkmalen des Anspruches 1 von Bedeutung, dass die hin- und hergehenden Antriebe massearm sind, insbesondere bei einer Ausbildung nach Anspruch 9.
Praktische Versuche haben gezeigt, dass bei Drehantrieben Hydro- oder Asynchronmotore wegen ihrer Charakteristik hinsichtlich des Anfahrdrehmomentes besonders geeignet sind.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1: ein Prinzipschaltbild mit elektrischem Antrieb, wobei auch die sich bietenden Justiermöglichkeiten dargestellt werden;
Fig. 2: eine erste Ausführungsform mit zwei völlig symmetrisch aufgebauten Antrieben für beide Seiten eines beweglichen Werkzeugträgers, wobei eine Kreuzkopfführung an den Gelenkpunkten der beiden Kniehebel zusätzlich eine gleichmässige, taumelfreie Bewegung sichert;
Fig. 3: ein erstes Ausführungsbeispiel für die Verwirklichung der Erfindung mit Hilfe zentral angeordneter fluidischer Linearantriebe (Zylinder-Kolben-Aggregate); und
Fig. 4 und 5: weitere Varianten mit unterschiedlich placiertem Energiespeicher.

Die Figuren werden zusammenhängend beschrieben. Gleiche Teile tragen gleiche Bezugsziffern. Sich wiederholende Teile sind zum Teil nicht dargestellt (z.B. Energiespeicher bei Fig. 2).
Fig. 2 zeigt einen völlig symmetrisch aufgebauten Antrieb 1, der sich auch besonders für einen hin- und hergehenden Drehantrieb eignet. Zwei parallele Kurbel- oder Exzenterwellen (davon nur eine schematisch als Antrieb 1 dargestellt), die als schwungscheibenlose Motorwellen eines Hydro- oder Elektromotors ausgebildet sind, sorgen für den Antrieb der Kniehebel 29, 29′. Dabei ist darauf geachtet, dass die Bewegung der beiden Wellen bzw. Antriebe 1 zueinander synchron erfolgt, damit die Bewegung der beiden Kniehebel 29, 29′ gleichförmig ist. Die Synchronisierung kann dabei eine elektrische sein, was auf Grund der impulsabhängigen Lage der Läufer von Synchron- oder Asynchronmotoren leicht möglich ist. Zusätzlich oder alternativ kann aber auch eine mechanische Kopplung gegeben sein. Es könnte sogar auch nur eine einzige Kurbelwelle (Antrieb 1) vorgesehen sein.
Die in Fig. 2 gezeigte Konstruktion eignet sich auch deswegen besonders für einen hin- und hergehenden Drehantrieb, weil sich eine gewisse Vereinfachung dadurch ergibt, dass für zwei Hübe des Werkzeugträgers 5 jeweils der Winkel α zu beiden Seiten des Kurbeltotpunktes T (entsprechend dem oberen Totpunkt des Werkzeugträgers 5) durchfahren wird, was hinsichtlich der Laufruhe und des Energieaufwandes günstig ist. Selbstverständlich muss dann die Bewegung nach beiden Seiten hin durch eine entsprechende Begrenzereinrichtung limitiert sein, wie sie an Hand der Fig. 1 noch besprochen wird.
Zwei Kniehebel 29, 29′ bilden ein Scherensystem zu einer Geradführungskonstruktion. Sie sind einerends über je eine Lagerung 26, 26′ an einem Ausgleichsgewicht 31 angelenkt. Andernends sind die Kniehebel 29, 29′ an einem Werkzeugträger 5 angelenkt. Zur Unterstützung der Führung sind dem Werkzeugträger 5 Säulen 106 in Führungen 30 zugeordnet, und analog dazu kann eine Führungssäule 32 eine Öffnung 33 in einem Ausgleichsgewicht 31 durchsetzen (Fig. 5).
Die Knie der Kniehebel 29, 29′ sind an Kreuzköpfen 25, 25′ gelagert, wodurch die von Pleuelstangen 104, 104′ übertragene Bewegung nach oben und unten, d.h. auf das Gewicht 31 und den Werkzeugträger 5 aufgeteilt und damit halbiert wird.
Der wesentliche Unterschied der Konstruktion nach den Fig. 3 bis 5 gegenüber derjenigen nach Fig. 2 besteht darin, dass an Stelle der Lagerung 26, 26′ im Ausgleichsgewicht 31 ein ortsfestes Schwenklager 126, 126′ für jeden Kniehebel 129, 129′; 229, 229′ vorgesehen ist. Somit wirkt sich der gesamte, von den Pleuelstangen 404, 404′; 504, 504′ übertragene Hub auf den Werkzeugträger 5 aus, der übrigens im gezeigten Beispiel nach Fig. 3 auch noch mit einer zusätzlichen Führungssäule 34 an seiner Oberseite versehen sein kann, die mit einer ortsfesten Führung 35 zusammenwirkt.
Um aber deshalb dennoch nicht auf ein Ausgleichsgewicht 31 verzichten zu müssen, können die oberen Schenkel 128, 128′; 228, 228′ der Kniehebel 129, 129′; 229, 229′ über den ortsfesten Drehpunkt 126, 126′ hinaus verlängert sein und einen kurzen verlängerungsarm 36, 36′ aufweisen. An diesem Arm 36 bzw. 36′ ist jeweils ein Lenker 37 bzw. 37′ schwenkbar, der theoretisch nur ein Druckglied darstellt, angesichts der hohen Hubfrequenzen der Stanzpresse jedoch sowohl Zug- wie auch Druckbelastungen ausgesetzt ist.
Auch hier ist wieder eine Führungssäule 32 für das Ausgleichsgewicht 31 vorgesehen. Es ist nicht näher ersichtlich, dass diese Säule 32 an einem Rahmen in Haltebuchsen 39 be-festigt ist. Zur Ermöglichung der freien Auf- und Abbewegung des Gewichtes 31 weist der Rahmen eine Aussparung auf.
In Fig. 1 ist eine Justiereinrichtung 22 angedeutet, durch die nicht nur der obere Umkehrpunkt des beweglichen Werkzeugträgers 5, sondern auch sein unterer Totpunkt höhenverstellbar ist.
Eine weitere, nicht näher dargestellte Justiereinrichtung kann z.B. wie folgt ausgebildet sein: über Führungssäulen sind Muttern mit einem Gewinde angeordnet, wobei der Rahmen mit Führungshülsen versehen ist, die jeweils eine Bohrung zur Aufnahme der Führungssäulen aufweisen. Die Hülsen können im Querschnitt eine etwa rechteckige Aussenkontur besitzen, deren längere Seite in eine Ebene verläuft, die kürzere Seite hingegen senkrecht zu dieser Ebene. Ein Ausschnitt durchsetzt so wenigstens eine äussere Mantelfläche der Hülsen, beispielsweise nur die Vorderfläche, gegebenenfalls aber auch die hintere Mantelfläche, so dass die Muttern teilweise nach aussen ragen und von aussen her betätigbar sind.
Durch Verdrehen der Muttern kann nun die Höhenlage des Rahmens verstellt werden, wobei selbstverständlich die Muttern gleichsinnig und um ein gleich grosses Mass verstellt werden müssen. Um dies zu erleichtern, können sie einen gemeinsamen Verstelltrieb besitzen, der beispielsweise eine Verzahnung besitzt, mit der z.B. eine Kette, Zahnstange oder ein Schwenkantrieb im Eingriff steht.
Für eine Stanzpresse extrem hoher Stanzfrequenz ist eine Ausgestaltung nach Fig. 2 bevorzugt. Die Pleuelstangen 104, 104′ sind relativ lang ausgebildet und übergreifen bzw. überlappen einander während ihres Durchganges durch den Totpunkt T. Zu diesem Zweck sind die beiden Pleuelstangen 104, 104′ axial gegeneinander versetzt.
Es wird deutlich, dass die Anordnung zweier zueinander paralleler und untereinander synchronisierter Kurbel- oder Exzenterwellen 1, hinsichtlich der Unterbringung der Aggregate für eine erhöhte Antriebsleistung besondere Vorteile besitzt, unabhängig davon, ob der hin- und hergehende Antrieb verwirklicht ist oder nicht. Die paarweise Anordnung bewirkt zusätzlich auch einen horizontalen Ausgleich der schwingenden Massen, so dass sich auch ein ruhigerer Lauf ergibt, bzw. höhere Geschwindigkeiten möglich sind und die Wirkung der oder des Energiespeichers voll zur Geltung kommt. Dies wird bei der gezeigten Ausführung noch durch die geringe Anzahl der Kraftübertragungsglieder und Gelenkpunkte unterstützt, woraus einerseits geringe Massen, andererseits eine hohe Präzision resultieren, zumal es in allen Ausführungen keinerlei auf Biegung beanspruchte Teile gibt.
Zur Erläuterung des nun schon mehrfach erwähnten hin- und hergehenden Drehantriebes nach Fig. 1 ist dort lediglich eine Kurbelwelle (Antrieb 1) dargestellt, die um eine geometrische Achse 2 drehbar ist, wobei an einem Kurbelzapfen 3 eine Pleuelstange 4 angelenkt ist. Am gegenüberliegendern. unteren Ende der Pleuelstange 4 ist ein beweglicher Werkzeugträger der Einfachheit halber direkt angeschlossen dargestellt; in der Praxis ist auch hier ein Kniehebelsystem dazwischen geschaltet. Der Werkzeugträger 5 ist entlang von Führungssäulen 6 auf- und abbewegbar, die mit einem ortsfesten Werkzeugträger 7 verbunden sind. Beide Werkzeugträger 5, 7 sind in an sich bekannter, hier nicht dargestellter Weise zur Befestigung von strichpunktiert angedeuteten Werkzeugen 8 ausgebildet. Diese Werkzeuge 8 liegen in der untersten Totpunktlage des Kurbelzapfens 3 aneinander, bzw. haben die grösste Annäherung aneinander.
Eine Exzenterwelle (Antrieb 1) ist durch einen Elektromotor 9 antreibbar. Dabei ist die Welle 1 hinsichtlich ihres Durchmessers so bemessen, bzw. mit einem Rad derartigen Durchmessers versehen, dass eine Drehung um 180° aus der dargestellten untersten Totpunktlage den bei dieser Stanzpresse maximal möglichen Hub ergibt, der nur bei gewissen Werkzeugen erforderlich ist, wogegen in den meisten Fällen ein kleinerer Hub genügt.
Um daher einerseits an Hub zu sparen und dadurch auch eine höhere Stanzfrequenz zu ermöglichen, andererseits den oberen Umkehrpunkt für die bewegliche Werkzeugträgerplatte den Erfordernissen anpassen zu können, ist der im Motor- und Bremsbetrieb arbeitende Motor 9 mit einer Umsteuereinrichtung 10 für die Drehrichtung versehen. Auf diese Weise ist es möglich, die Drehrichtung der Welle (Antrieb) 1 an einem bestimmten Punkt umzukehren.
Es kommt nun darauf an, diesen Punkt möglichst genau zu bestimmen, wobei im Falle des oberen "Tot" - bzw. Umkehrpunktes die Anforderungen an die Genauigkeit geringer sind als für die untere, in Fig.l dargestellte Totpunkt- Stellung. Zu diesem Zweck besitzt der Motor 9 einen Läufer, dessen Position von der jeweiligen Anzahl von Impulsen bestimmt ist, die dem Motor 9 zugeführt werden. Solche Motore sind entweder Schrittmotore, oder es handelt sich - was wegen der besseren Antriebseigenschaften bevorzugt ist - um Synchron- oder Asynchronmotoren.
Dem Motor 9 ist dementsprechend eine Begrenzereinrichtung 11 vorgeschaltet, über die ihm eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen zuführbar ist. Um diese Anzahl exakt zu bestimmen, ist ein Impulsgeber 12 für die Abgabe dieser vorbestimmten Impulsanzahl vorgesehen. Eine solche Baugruppe kann dabei aus mechanisch-galvanischen Elementen aufgebaut sein (z.B. eine mit einem Schalter zusammenwirkende Schaltnocke, die nach der vorbestimmten Anzahl von Impulsen angehalten wird), es kann sich um einen Aufbau in Relaistechnik handeln, oder - wie dargestellt - um einen Taktgenerator 13, an den eine Zählstufe 14 angeschlossen ist.
Die Zählstufe 14 besitzt in üblicher Weise eine Anzahl von nur angedeuteten Ausgängen und kann ein dekadischer Zähler oder ein Binärzähler sein. Einer seiner Ausgänge, der Ausgang nx, ist mit einem Abstelleingang A der Begrenzereinrichtung 11 verbunden. Dies ist der Fall, wenn der Zähler 14 ein dekadischer Zähler ist, wogegen im Falle eines Binärzählers für die der vorbestimmten Impulsanzahl entsprechende Zahl an einigen Ausgängen logisch L, an anderen Ausgängen "O" steht. In diesem letzteren Fall ist es notwendig, alle Ausgänge über ein UND-Gatter mit der Begrenzereinrichtung 11 zu verbinden, und zwar beispielsweise alle Ausgänge mit dem Signal "L" direkt, alle Ausgänge mit dem Signal "O" über einen Inverter, so dass dem UND-Gatter nur "L" Signale zugeführt werden, wenn die vorbestimmte Anzahl erreicht ist.
Sobald also der Zähler 14 bei der vorbestimmten Zahl angelangt ist, wird über den Ausgang nx der Motorstrom des Motors abgeschaltet. Es kann nun die Anordnung so getroffen sein, dass gleichzeitig eine Abbremseinrichtung in Form eines Bremsschaltkreises 15 eingeschaltet wird, durch den der Motor 9 in den Generatorbetrieb umgeschaltet wird. Es ist aber ebenso möglich, die Presse unter der Wirkung ihrer Massenträgheit weiterlaufen zu lassen und erst kurze Zeit später die Bremsung einzuleiten. Das bedeutet, dass der Strom schon abgeschaltet wird, bevor der obere Umkehrpunkt erreicht ist, wobei die Bremsung erst beim Erreichen dieses Umkehrpunktes eingeleitet wird.
Dies kann über einen Ausgang ny des Zählers 14 erfolgen, der einerseits, zweckmässig über eine Torschaltung 16, mit der Abbremseinrichtung 15 verbunden ist, andererseits mit einem Reset-Eingang R, der bewirkt, dass der Zähler 14 wieder auf Null geschaltet wird und dann mit einer neuen Zählung beginnt. Ferner ist der letzte Ausgang des Zählers 14, d.h. der Ausgang ny, der der höchsten Zahl und damit der vorherbestimmten obersten Stellung des Werkzeugträgers 5 entspricht, auch mit der als Drehumkehrstufe ausgebildeten Umsteuereinrichtung 10 verbunden, so dass mit dem Weiterzählen des Zählers 14 derselbe Weg von der Exzenterwelle nunmehr in Gegenrichtung zurückgelegt wird.
Wenn hier vom "selben Weg" die Rede ist, so weiss jeder Fachmann, dass eine genaue Positionierng vor allem mit Schrittmotoren möglich ist. Solche Motoren könnten theoretisch hier eingesetzt werden, doch besitzen sie im allgemeinen kleinere Anfahrdrehmomente als etwa Synchron- oder Asynchronmotoren. Dabei kommt nun zustatten, dass die sehr kritische untere Totpunktlage bei der dargestellten Konstruktion durch die tiefste Lage des Kurbelzapfens 3 gegeben ist, wobei im Bereiche des Kulminationspunktes einer Sinuskurve kleine Abweichungen entlang der Kurve kaum eine Veränderung der Lage des beweglichen Werkzeugträgers 5 ergeben. Daher lassen sich die weniger genau abbremsbaren, aber mit einer besseren Drehmomentcharakteristik ausgestatteten Synchron- oder Asynchronmotoren einsetzen.
Der Weg, den die Kurbelwelle (Antrieb) 1 hin und her zurücklegt, ist als Winkel α eingetragen. Es versteht sich, dass es in vielen Fällen (nicht in allen) erwünscht sein wird, diesen Winkel α einstellen zu können. Zur variablen Begrenzung des Hubes des Werkzeugträgers 5 wird also zweckmässig eine Justiereinrichtung vorgesehen werden. Bei der dargestellten Ausführung kann eine solche Justiereinrichtung dadurch geschaffen werden, dass die Ausgänge des Zählers 14 wahlweise an die Stufen 10, 11 und 15 anschliessbar sind, so dass sie jeweils in Abhängigkeit vom jeweils angeschlossenen Ausgang und dem ihm entsprechenden Zählerstand in Funktion gesetzt werden. Ferner wäre es möglich, mehrere Zählstufen an Stelle eines einzigen Zählers 14 vorzusehen, wobei jede Zählstufe einem anderen maximalen Zählwert und damit einem anderen Winkel α entspricht.
In Fig. 1 ist jedenfalls angedeutet, dass der Abstelleingang A der Begrenzereinrichtung 11 über eine als Schleifkontakt ausgebildete Justiereinrichtung 17 mit verschiedenen Ausgängen des Zählers 14 verbindbar ist, und analog dazu kann der Reseteingang R, der Eingang der Umsteuereinrichtung 10 und der Abbremseinrichtung 15 über einen weiteren (nicht dargestellten) Schleifkontakt wahlweise mit verschiedenen Ausgängen verbindbar sein.
Es wurde bereits die Torschaltung 16 erwähnt, deren einer Eingang vom Ausgang ny der Zählstufe 14 gebildet ist. Der andere Eingang mag über eine mit dem Hauptschalter 18 für den Motorstrom des Motors 9 verbundene Schalterzunge S1 geführt sein, bzw. mag mit diesem Hauptschalter 18 (in nicht dargestellter Weise) eine Schalterzunge S2 verbunden sein, über die der Taktgenerator 13 zugleich mit dem Motor 9 einschaltbar ist. Auch die Abbremseinrichtung 15 kann nur bei eingeschaltetem Motor 9 in ihren Bremszustand gekippt werden.
Aus der obigen Erläuterung sei noch folgendes hervorgehoben: Es ist ersichtlich, dass durch die dargestellte Schaltung ein hin- und hergehender Antrieb geschaffen wird, durch den der obere Totpunkt des Werkzeugträgers 5 leicht einstellbar ist. Es versteht sich daraus, dass dieser Antrieb an sich durch äquivalente Antriebe ersetzt werden kann, wenngleich sich der gezeigte, bzw. beschriebene Antrieb auch durch geringe Masse und hohe Leistung auszeichnet, vor allem wegen des guten Zusammenwirkens mit dem Energiespeicher. Die Ansteuerung der verschiedenen Stufen 10, 11 und 15 erfolgt hier durch ein elektronisches Programmsteuerwerk, doch können selbstverständlich auch andere bekannte Programmsteuerwerke für diesen Zweck herangezogen werden. Beispielsweise könnte hiezu ein Mikroprozessor vorgesehen sein, der dann gegebenenfalls zusätzliche Steueraufgaben übernehmen könnte. Die Eingabe des jeweils gewünschten Winkels α kann dann besonders einfach über ein Tastengerät erfolgen.
Während bei einer Schrittsteuerung, wie sie oben beschrieben ist, eine Rückmeldung über Sensoren nicht erforderlich ist, kann ein Programmsteuerwerk auch solche Fühler in Form von Positionsgebern beinhalten. Zu diesem Zwecke kann ein Schalter S3 die Steuerung der Abbremseinrichtung 15 über den Zähler 14 unterbrechen. Ferner ist eine Wähleinrichtung 19 vorgesehen, der drei Schaltstellungen zugeordnet sind. In der dargestellten Position I erfolgt die Funktion in der oben beschriebenen Weise; in der Position II ist eine Umkehr der Drehrichtung nicht möglich, d.h. der Motor 9 dreht sich ständig in einer Richtung, macht also wenigstens eine Drehung um 360°.
Die als Schleifkontakt ausgebildete Justiereinrichtung 17 wird für diese Funktion in eine Stellung 20 gebracht, so dass die Stufe 11 kein Abschaltsignal mehr erhalten kann, während sie andererseits weiterhin (wie auch in der Funktion gemäss Stellung I der Justiereinrichtung 19) über eine Klemme B mit dem Taktgenerator 13 verbunden ist und von ihm Impulse erhalten kann. Diese Schaltung mit der Klemme B kann aber gegebenenfalls unterbleiten, wenn die Taktfrequenz des Taktgenerators 13 auf die Netzfrequenz abgestimmt oder gar synchronisiert ist, so dass die dem Motor 9 zugeführte Impulsanzahl - in Uebereinstimmung mit der des Taktgenerators 13 - eigentlich vom Netz herrührt.
In der Position III dagegen ist die Begrenzereinrichtung 11 mit einem Positionsgeber-Schalter S4 verbunden. Ein weiterer Positionsgeber-Schalter S5 ist dem Schalter S4 in einem einstellbaren Abstand vorgeordnet. Im Prinzip sind aber beide Schalter S4, S5 durch einen Bügel 21 miteinander verbunden und gemeinsam entlang einer - als strichliert angedeutete Führung ausgebildeten - Justiereinrichtung 22 zur Einstellung des Winkels α verschiebbar. Falls eine solche Steuerung erwünscht ist, ist der Antrieb 1 mit einem radialen Anschlagfortsatz 23 versehen, der im Verlaufe seines Weges den Schalter S5 betätigt und über ihn ein Signal einerseits an einen Abschalteingang A′ (es kann auch A sein) der Begrenzereinrichtung 11 für den Motor 9 gibt, um dessen Stromzufuhr zu unterbrechen, andererseits auch die Abbremseinrichtung 15 zum Umschalten des Motors 9 auf Generatorbetrieb bringt.
Die Abbremseinrichtung 15 schaltet nach Art einer monostabilen Kippstufe nach Stillstand des Motors 9, d.h. wenn dieser keinen Strom mehr abgibt, automatisch wieder auf "Motorbetrieb" um, ohne hiezu eines gesonderten Signales zu bedürfen Beispielsweise kann sie zu diesem Zweck mit einem Selbsthaltekreis ausgestattet sein, der von einem Relais (das von dem Strom des Motors 9 gespeist ist) so lange gehalten wird, bis dieser Strom auf Null abfällt.
Sobald die Bremsung über den Schalter S5 eingeleitet ist, mag sich die Kurbelwelle unter dem Einfluss der Trägheitskräfte noch ein Stück weiterbewegen, obwohl diese Strecke sehr kurz sein kann, insbesondere wenn zusätzlich zur elektrischen Abbremseinrichtung 15 noch eine mechanische Bremse vorgesehen ist. Wenn der Kurbelzapfen 3 auf einer um die Achse 2 drehbaren Scheibe befestigt ist, so kann an dieser Scheibe eine über den Schalter S5 (oder den Ausgang ny des Zählers 14) ausgelöste Scheibenbremse angreifen, die magnetisch gesteuert ist.
Sicherheitshalber mag der Anschlagfortsatz 23 am Ende seiner Bewegung an einem verstellbaren Anschlag 24 anschlagen, während gleichzeitig üner den Schalter S4 die Drehrichtung umgekehrt wird. Für die Rückwärtsbewegung kann dann in nicht dargestellter Weise eine gleichartige Anordnung mit zwei Schaltern vorgesehen sein, die den Schaltern S4, S5 entsprechen.
An Stelle eines hin- und hergehenden Drehantriebes kann aber auch ein ebensolcher Linearantrieb, insbesondere mit fluidischen (meist hydraulischen) Zylinder-Kolben-Aggregaten 101, 101′; 301 (Fig. 3-5) angewandt werden, wobei sich ebenfalls eine taumelfreie Bewegungscharakteristik ergibt, wenn die beiden Antriebe miteinander synchronisiert werden.
Gemäss Fig. 3 sind zwei Kniehebel 229, 229′ vorgesehen, die jeweils aus einem ortsfest in einem Lager 126, 126′ angelenkten Schenkel 227, 227′ bestehen. Der bewegliche Werkzeugträger 5 ist mit Hilfe von gestellfesten Führungen 30, 30′ und Führungsäulen 106 mit engen Toleranzen geführt. Die ortsfest angelenkten Kniehebelschenkel 228, 228′ sind über ihre Gelenkpunkte 126, 126′ hinaus zu Zahnsegmenten 151, 151′ verlängert bzw. abgewinkelt und verbreitert, wobei die Zahnsegmente 151, 151′ eine Synchronisierung auch dann sicherstellen, wenn die die Zylinder 101, 101′ mit Hydraulikmedium versorgende, von einem Steuerventil PV (z.B. einem Proportionalventil) herangeführte Steuerleitung 60 geringe Ungleichmässigkeiten aufweisen sollte oder teilweise verstopft wäre.
Wie dargestellt, mündet die Steuerleitung 60 an der der Kolbenstange 404 bzw. 404′ abgewandten Seite in die Zylinder 101, 101′, doch wäre die Steuerung ebenso an der gegenüberliegenden Seite oder an beiden seiten möglich. An der jeweils anderen Seite ist ein Anschluss für einen Druckspeicher 200 vorgesehen.
Ein Ausgleichsgewicht 31, das bei Hochfrequenz-Stanzpressen mit einer Hubfrequenz ab etwa 400 Hübe/min praktisch unentbehrlich ist, kann an den Verlängerungen der Schenkel 228, 228′, d.h. also an den Segmenten 151, 151′, zweckmässig über Lenker 37, 37′ befestigt sein, ähnlich wie dies auch bei Fig. 4. bzw. 5 mit den nach oben reichenden Verlängerungen der ortsfest angelenkten Schenkel der Kniehebel der Fall ist.
Das Steuerventil PV kann von an sich bekannter Bauart sein, und es sind zahlreiche Ventile für solche Zwecke auf dem Markt. Damit lässt sich nicht nur ein gleichmässiger, taumelfreier Bewegungsablauf erzielen, sondern es kann durch Variieren der Zuflussmenge an Hydraulikmedium während des Hubes auch die Geschwindigkeit verändert werden, um so eine gewünschte Gesamtcharakteristik der Bewegung zu erhalten. Dies ist besonders wichtig, wenn glatte Stanzschnittkanten erzielt werden sollen, wofür in der Feinstanztechnik zahlreiche Koppelgetriebe vorgeschlagen wurden, deren es bei der dargestellten Antriebsausführung gar nicht bedarf.
Es wurde oben mehrfach auf gewisse Nachteile von Schwungrädern hingewiesen, die üblicherweise bei Stanzmaschinen vorgesehen werden, um für den Stanzschnitt die nötige Energie bereitzustellen. Die Schwungräder waren stets damit begründet, dass dadurch die Antriebe klein gehalten werden können. Die Anwendung des erfindungsgemässen Prinzips erspart eben die Schwungräder, ohne deswegen den Antrieb überdimensionieren zu müssen, was - wegen der damit verbundenen Masse - Nachteile hinsichtlich der zu erreichenden Maximalbeschleunigung dieser Masse zur Folge hätte. Fig. 4 und 5 veranschaulichen, wie fluidische Energiespeicher 201, 201′ noch für diesen Zweck eingesetzt werden können, die einerseits ohne weiteres mit geringer Masse ausgebildet werden können, andererseits auch keiner Kupplung bedürfen.
Die Druckspeicher 201, 201′ besitzen in üblicher Weise druckgasgefüllte Zylinderräume 61 und 62 (Fig. 4). Das Gas wird in den Räumen 61 zusammengedrückt und in den Räumen 62 entspannt, wenn sich die Kolben der Antriebe 101, 101′ von der Mitte in das Innere der Maschine bewegen. Das zusammengedrückte Gas treibt dann die Kniehebel bzw. den Werkzeugträger 5 beim Entspannen in entgegengesetzter Richtung wieder an.
Die Verwendung solcher Energiespeicher 201, 201′ ist nicht auf die Anordnung von fluidischen Antrieben oder von Linearantrieben beschränkt; vielmehr können sie mit Vorteil allgemein auch bei Drehantrieben eingesetzt werden, d.h. sowohl bei Antrieben gemäss den vorher besprochenen Ausführungsbeispielen, als auch bei beliebigen Drehantrieben. Solche Energiespeicher empfehlen sich besonders bei einem Linearantrieb.
Bei drehenden Antrieben bedient man sich deshalb vorteilhaft eines im sogenannten Vierquadrantenbetrieb arbeitenden Elektromotors.
Es sei ferner erwähnt, dass hier das Gegengewicht 31 lediglich symbolisch dargestellt ist und an sich natürlich beliebig angeordnet werden könnte.
Die oben erläuterte günstigere Anordnung zweier Druckspeicher 201, 201′ ist aus Fig. 5 ersichtlich, da es bevorzugt ist, wenn der Antrieb in die Mitte zwischen die beiden Kniehebel 129, 129′ verlegt ist, um so einen kompakteren Aufbau zu erhalten. Bei der Ausführung nach Fig. 5 dienen die beiden Druckspeicher 201, 201′ während der Hubbewegung als Antrieb zur Beschleunigung der Massen und zur Aufnahme von Bremsenergie nach dem Stanzen bis zum Anhalten des Werkzeugträgers 5; doch ist auch ein Steuerantrieb in Form eines Zylinder-Kolben-Antriebes 301 vorgesehen, der zwischen den beiden Kniehebeln 129, 129′ angeordnet ist. Seine Aufgabe ist es, an vorwählbaren Haltepunkten die Kolbenbewegung umzukehren, d.h. durch geeignete Steuerung den Hub zu bestimmen. Dieser Antrieb 301 besitzt zwar nur eine einzige Kolbenstange 704, doch sind damit zwei Stangen 604, 604′ durch einen Anlenkbolzen 63 mechanisch gekoppelt, so dass ein synchroner Antrieb der Zahnsegmente 151, 151′ von dieser Seite her gesichert ist. Die Zahnsegmente 151, 151′ sichern hier aber zusätzlich die synchrone Bewegung bei der durch die Druckspeicher 201, 201′ unterstützten Hubbewegung.
Vorzugsweise wird der obere Totpunkt durch das Ausschwenken der Kniehebel nach links und rechts von der gestreckten Stellung (unterer Totpunkt) erreicht.
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Kombinationen der beschriebenen Merkmale untereinander sowie mit Merkmalen nach dem Stande der Technik möglich; da jeder Werkzeugträger in Draufsicht im allgemeinen rechteckig ist, können statt zweier Kniehebel beispielsweise auch deren vier vorgesehen sein, die an je einem Eck des Rechteckes bzw. im Bereiche desselben angreifen. Ferner ist es auch im Falle der Fig. 3 bis 5 möglich, an Stelle der geradlinigen Führungen bogenförmige Kreuzkopfführungen vorzusehen. Theoretisch wäre auch eine waagrechte Anordnung der Führungssäulen 6 denkbar, weshalb die in der Beschreibung gebrauchten Ausdrücke "oben" oder "unten" nur relative Bedeutung haben und sich nur auf die Beispiele beziehen, zumal auch eine invertierte Anordnung ausführbar wäre.
Selbstverständlich ist die in Fig. 1 gezeigte Schrittschaltung nur ein Beispiel. Alternativ können Inkrementalgeber an der jeweiligen Welle befestigt und zur Bildung eines Rückmeldesignales benutzt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Hydromotore für den hin- und hergehenden Antrieb einzusetzen, wobei durch Einstellung des Druckes auch die Arbeitskraft des Werkzeugträgers eingestellt werden kann. Ebenso kann der den Elektromotoren zugeführte Strom zur Einstellung der Arbeitskraft verstellbar sein.

Claims

1. Pressenantrieb für zwei relativ zueinander bewegliche Werkzeugträger (5, 7), von denen zumindest einer über wenigstens zwei Kniehebel (29, 29′; 129, 129′; 229, 229′) mit je zwei Totpunkten antreibbar ist, auf welche Kniehebel (29, 29′; 129, 129′; 229, 229′) durch je zumindest eine Stange (4; 104, 104′; 404, 404′; 504, 504′; 604, 604′, 704) Antriebsenergie von je einem Antriebsenergieträger übertragbar ist, wobei der eine Totpunkt der Kniehebel (29, 29′; 129, 129′; 229, 229′) die grösste Annäherung der beiden relativ zueinander beweglichen Werkzeugträger (5, 7) bestimmt, wobei die Kniehebel (29, 29′; 129, 129′; 229, 229′) nach jeweils entgegengesetzten Richtungen ausknicken, und wobei die Antriebsenergieträger miteinander über eine Synchronisieranordnung synchronisiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsenergieträger einen von einem elektrischen Vierquadratenbetriebssystem oder einem Druckspeicher gebildeten Energiespeicher umfassen, der zur Beschleunigung der Massen eine gespeicherte Energie abgibt, bzw. sie der Energieversorgung entnimmt und beim Abbremsen der Massen die Bremsenergie speichert bzw. der Energieversorgung wieder zuführt.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsenergieträger einen hin- und hergehenden Antrieb (1; 101, 101′; 301) umfassen.

3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antrieb (1; 102) jeweils eine Welle aufweist, die - durch mindestens eine, vorzugsweise zwei, Begrenzereinrichtung(en) (11, bzw. S4, S5) abwechselnd nur in der einen oder anderen Richtung über einen vorbestimmten Winkelbereich (α) zu beiden Seiten des der grössten Annäherung der Werkzeugträger (5, 7) entsprechenden Totpunktes - drehbar ist, wobei der Begrenzereinrichtung (11, bzw. S4, S5) vorzugsweise eine Justiereinrichtung (17, bzw. 22) zugeordnet ist, und wobei die Begrenzereinrichtung (11, bzw. S4, S5) gegebenenfalls eine insbesondere elektrische und /oder mechanische Abbrems einrichtung (15) aufweist.

4. Antrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass er durch. wenigstens einen umkehrbaren - insbesondere synchronen oder asynchronen - Elektromotor (9) gebildet ist, der einen Läufer mit impulsabhängiger Stellung und einen Impulsgeber (12) aufweist, dem vorzugsweise eine Umsteuereinrichtung (10) für die Drehrichtung zugeordnet ist.

5. Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgeber (12) eine Justiereinrichtung (17) zur Veränderung der Impulszahl und vorzugsweise einen Zähler (14) aufweist, dem zweckmässig ein Taktgenerator (13) vorgeschaltet ist.

6. Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsteuereinrichtung (10) eine Umschalteinrichtung zum Umschalten des Elektromotors (9) auf Generatorbetrieb für dessen Abbremsung aufweist, wobei an die Umschalteinrichtung bevorzugt eine Wähleinrichtung (19) für wahlweise Drehung in nur eine Richtung jeweils über volle 360° angeschlossen ist.

7. Antrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass - dem Druckspeicher (200; 201, 201′) zugeordnet - wenigstens ein drehumkehrbarer Hydromotor oder ein fluidisch, insbesondere hydraulisches Zylinder-Kolben-Aggregat (101, 101′; 301) vorgesehen ist, der oder das über wenigstens eine Ventilanordnung (PV) steuerbar ist.

8. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsenergieträger bzw. der Antrieb (101, 101′; 102; 301) in der Mitte zwischen zwei Kniehebeln (29, 29′; 129, 129′; 229, 229′) angeordnet ist.

9. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kniegelenkpunkte der beiden symmetrisch angeordneten Kniehebel (29, 29′) mittels Kreuzköpfen (25, 25′) geführt sind, an denen der Energiespeicher angreift.

10. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kniehebel (129, 129′; 229, 229′) in einem Bereich eines Kniehebelschenkels (128, 128′; 228, 228′) im wesentlichen ortsfest gelagert und über das-freie Ende des anderen Schenkels (127, 127′; 227, 227′) mit einem der beiden Werkzeugträger (5) verbunden sind, und dass wenigstens eines der folgenden Merkmale verwirklicht ist:

a) der im wesentlichen ortsfest angelenkte Schenkel (128, 128′; 228, 228′) ist über seinen ortsfesten Schwenkpunkt (126, 126′) verlängert und greift an einem, entlang einer insbesondere vertikalen Geradführung, z.B. einer Führungssäule (32), bewegbaren Ausgleichsgewicht (31) an, zweckmässig über einen Lenker (37, 37′; 137, 137′);

b) die ortsfest gelagerten Kniehebelschenkel (228, 228′) sind mit einem gemeinsamen Ausgleichsgewicht (31) verbunden, wobei die Angriffspunkte (138, 138′) der Kniehebel (129, 129′; 229, 229′) symmetrisch zu dessen Schwerpunkt liegen;

c) die ortsfesten Lager (126, 126′) und die Antriebsenergieträger bzw. Antriebe (101, 101′; 301) sind an einem gemeinsamen, mittels einer Verstelleinrichtung zum Einstellen der grössten Annäherung der beiden Werkzeugträger (5) - in deren Bewegungsrichtung - verstellbaren Rahmen angeordnet.

11. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit als Pleuelstangen ausgebildeten Stangen (104, 104′) an einem Drehantrieb (102) und einer oder zwei Kurbel- oder Exzenterwelle(n), dadurch gekennzeichnet, dass die Stangen (104, 104′) einander übergreifend, axial versetzt und symmetrisch zu einer durch die Kurbel- oder Exzenterwelle(n) des Drehantriebes (102) verlaufenden Ebene angeordnet sind, wobei sie vorzugsweise jeweils mit der dem jeweiligen Kniehebel (29, 29′) abgewandten Kurbel- bzw. Exzenterwelle verbunden sind, von denen wenigstens eine, insbesondere aber beide, unmittelbar als - vorzugsweise schwungscheibenlose - Motorwelle(n), zweckmässig eines Hydro- oder Elektromotors (9), ausgebildet ist, bzw. sind.