EP0881047A2 - Antriebseinrichtung für eine schnellaufende Stanz- und Schneidpresse - Google Patents

Antriebseinrichtung für eine schnellaufende Stanz- und Schneidpresse Download PDF

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EP0881047A2
EP0881047A2 EP98109290A EP98109290A EP0881047A2 EP 0881047 A2 EP0881047 A2 EP 0881047A2 EP 98109290 A EP98109290 A EP 98109290A EP 98109290 A EP98109290 A EP 98109290A EP 0881047 A2 EP0881047 A2 EP 0881047A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive device
connecting rod
coupling element
drive
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98109290A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0881047A3 (de
Inventor
Hartmut Prof. Dr.-Ing. Hoffmann
Roland Dr.-Ing. Golle
Bertram Schäfer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
L Schuler GmbH
Original Assignee
L Schuler GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by L Schuler GmbH filed Critical L Schuler GmbH
Publication of EP0881047A2 publication Critical patent/EP0881047A2/de
Publication of EP0881047A3 publication Critical patent/EP0881047A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F1/00—Perforating; Punching; Cutting-out; Stamping-out; Apparatus therefor
    • B26F1/38—Cutting-out; Stamping-out
    • B26F1/40—Cutting-out; Stamping-out using a press, e.g. of the ram type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D5/00—Arrangements for operating and controlling machines or devices for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D5/08—Means for actuating the cutting member to effect the cut
    • B26D5/14—Crank and pin means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B1/00—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen
    • B30B1/10—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by toggle mechanism
    • B30B1/14—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by toggle mechanism operated by cams, eccentrics, or cranks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B1/00—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen
    • B30B1/26—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by cams, eccentrics, or cranks

Definitions

  • the invention relates to a drive device for a punching or cutting press in which the ram passes through the drive device is mechanically positively driven.
  • the quality of those obtained from the metal strip Improve cutting parts. This applies in particular to the Condition of the peripheral surfaces of the cut parts, which in the separation process have been generated.
  • the interface is usually divided into a flow area and a fracture area, with the edges of the Cut part a feed area and on the opposite side Form the ridge. Both the catchment area and the Burrs are mostly undesirable. Beyond that often pay attention to the quality of the interface themselves that are as smooth and perpendicular to the Flat sides of the cut part should be aligned.
  • the quality of the cut parts can be largely determined by affect the cutting speed.
  • high-speed shear cutting process at which the cutting speeds For example, over 4 m / s can have very good cutting results be achieved.
  • High cutting speeds with mechanical Achieving tappet drives is in two ways Problematic. Toward high cutting speeds with an eccentric drive, e.g. through high speeds reached the drive, it drops for further transport and for positioning the sheet metal strip standing time below a critical level, so that arising Tolerances and the wear of appropriate facilities increases. The drive speed would also be up to increase such a measure that both the eccentric with regard to the forces and wear it would be difficult to control and the service life of the Cutting or punching tools due to the increased chemical Load would decrease to a great extent.
  • the drive device is as a coupling detent gear formed that from a continuous uniform Rotary motion on a plunger is a striking motion generated.
  • the coupling latch gear has a Crank-serving drive element on that via a coupling element is connected to a connecting rod.
  • the coupling element is articulated in the middle on a rocker. The arrangement is such that the common Center of gravity of the drive element and the coupling element lies on the axis of rotation around which the drive element turns.
  • the cutting speeds have been included 0.5 - 1 m / s, with the drive device according to the invention allows a cutting speed that is about ten times larger.
  • the increased cutting speed leads to a significantly improved cut quality, it is possible to cut parts without indentation and without creating burrs.
  • the interface has essentially only a fracture area that is very fine-grained. Overall, the geometric accuracy can also be determined improve, in particular largely the interface is aligned at right angles to the rest of the cut part.
  • the cutting tools larger cutting gaps are provided without the Cut part quality unduly impaired.
  • the inertia acts of the metal strip at least to a certain extent as an abutment for the penetrating into the sheet metal strip Cutting punch. This will reduce the share of force transmitted from the stamp to the sheet metal strip forwarded laterally to the cutting dies and at the Supported matrix. This can also be the geometric accuracy improve.
  • the drive element is preferably essentially as a disc with an eccentrically arranged opening formed in which the also substantially disc-shaped Coupling element is mounted.
  • the disc-shaped coupling element is driven by the rotating drive element in an orbit led around the main axis of rotation, with which Drive element acts as a crank.
  • the unit of crank and Coupling element is balanced, however, because their individual centers of gravity in relation to the main axis of rotation diametrically opposite.
  • the coupling element is off-center with a rocker connected, the other end, for example.
  • On the press frame is pivotally mounted.
  • the swing arm can be used as one-armed lever, as a counterweight lever or be designed as a disc. By an opposite Lever or an opposing disc can be used if necessary a complete mass balance is achieved will.
  • the connecting rod pivot point is a symmetrical path.
  • the connecting rod there will be a course the ram height depending on the rotation of the drive element achieved where the lowering and the The ram is lifted symmetrically.
  • An asymmetrical Course for example a quick lowering and a bit allows slower lifting of the plunger thereby achieve that the eccentric axis, the swing arm pivot point and the connecting rod pivot point at the corners of a Triangle.
  • the coupling element and, if necessary, the rocker element can also use the connecting rod's inertial forces and the plunger compensated by appropriate counterforces will. This can affect the stroke movement of the Plunger of the connecting rod and with respect to the pivoting movement of the connecting rod take place separately, each accordingly moving counterweights are provided.
  • Such a balanced drive device can with relatively high Speeds are operated.
  • the forming press can be used as an embossing, Forge or hammer press be formed.
  • a cutting press 1 and 2 is a cutting press 1 with a drive device 2 illustrates a continuous rotary motion into a quick stroke motion a plunger 3 implements.
  • the plunger 3 carries one Cutting punch 4, which has a corresponding, stationary Die 6 is assigned.
  • a sheet metal strip 7 is guided, that with a feed and not illustrated Positioning device then step by step in the direction T between the punch 4 and the Die 6 is continued when the cutting punch 4th is in an upper position.
  • the drive device 2 has a main axis of rotation 11 rotatably mounted disc 12, which as Drive element of the drive device 2 serves and over a shaft 13 is driven continuously rotating.
  • the Disc 12 has an eccentricity against the Main axis of rotation 11 offset opening 14 in which one Disk 16 is rotatably mounted about an eccentric axis 17.
  • the focus of the disc 16 is on the eccentric axis 17.
  • the focus of the disc 12 is this Center of gravity with respect to the main axis of rotation 11 diametrically opposite, so that the overall focus of the from the Disks 12, 16 unit formed on the main axis of rotation 11 lies.
  • the disc 16 On the disc 16 is off-center at a connecting rod pivot point P attached to a connecting rod 18 over which the Disk 16 with the one stored in a straight guide 19 Ram 3 is connected.
  • a connecting rod pivot point P Around the middle of the straight one Connection line between the eccentric axis 17 and the The connecting rod pivot point P is the disk 16 at a rocker pivot point S pivotally connected to a rocker 21. This is about a pivot axis 22 fixed to the frame pivoted.
  • the disc 16 thus forms that Coupling element of a coupling ratchet gear, its crank by the eccentricity E of the opening 14 in the disk 12 is formed. It also belongs to the coupling detent gear the swing arm 21.
  • the swing arm 21 and the imaginary extension of the Swing 21 close in all or at least almost all rotational positions of the disc 12 with one another acute angle. This ensures that the connecting rod 18 the downward, sudden component of motion the disk 16 serving as a coupling on the plunger 3 transmits.
  • the essential dimensions of the coupling latch mechanism can be determined from the diagram shown in FIG. 4.
  • the relationship between the length of the crank or eccentricity E and the length l 21 of the rocker 21 is illustrated on the abscissa.
  • the ordinate shows the ratio of the center distance l 1 , which is the distance between the main axis of rotation 11 and the pivot axis 22, and the length l 21 of the rocker.
  • sin ⁇ 1 the sines of the coupling angle are entered in the position of top dead center.
  • the parameter sin ⁇ 4th is the sine of the coupling angle when leaving the rest phase.
  • the rest phase is the area in which the tappet remains in its upper stroke area.
  • the area designated I in FIG. 4 is a Design range, in particular for the ratchet gear is expedient if the drive device 2 is used to drive a cutting tool.
  • Fig. 5 illustrates the plunger over large parts the angle of rotation of the disc 12 near its upper Dead center kept. Only in a relatively small one Angular range that can be set to any size, the plunger 3 moves in a rapid stroke lowered to its bottom dead center and below returned again. The plunger 3 reaches how results from the sharp increase in its movement curve K, a very high speed, which is currently conceivable technically rollable range of 10 m / s, but can also be much higher if appropriately interpreted can.
  • FIG Curve V plotted with a simple Eccentric drive is reached.
  • a higher ram speed with the coupling detent gear but also a shortened stroke reached.
  • the higher ram speed allowed without excessive Increasing the number of strokes a very fast punching process, which enables an improved quality of cut parts.
  • good geometric accuracy can be achieved by Elimination of the edge feed zone and the burr on the Cutting as well as by improving the squareness of the dividing surfaces are made possible.
  • the interface is essentially due to a fine-grained fracture area is formed and the flow area is reduced or suppressed.
  • FIGS. 3a to 3d To illustrate the function of the as a coupling detent gear trained drive device 2 is in following with reference to FIGS. 3a to 3d.
  • the rotating disk 12 guides the disk 16 on a Eccentric track about the main axis of rotation 11, so that the eccentric axis 17, which is also the central axis of the disk 16 forms the main axis of rotation 11 on a circle with the Radius E circled.
  • the rocker 21 prevents one Rotates the disc 16 and leads to the rotation of the Disc 12 a pendulum motion. This overlays a vertical movement so that the connecting rod pivot point P is the symmetrical path B illustrated in FIG. 3a goes through.
  • the coupling ratchet mechanism is at least in relation to the Rotation of the disks 12 and 16 balanced. However can still 21 free inertia forces from the rocker going out. These can be countered by one driven swing arm can be compensated. Besides, can the rocker 21 can be designed as a disc, if necessary assigned an oppositely driven disc is.
  • FIGS. 6, 6a and 7 Arrangements can be used.
  • the horizontal, through which Pivotal movement of the connecting rod 18 caused moments of inertia can be compensated by a counterweight 24 be articulated at an articulation device 26, in which the connecting rod 18 is also articulated with the tappet 3 connected is.
  • a transmission device 27 drives this a rod 28 counterweight held counter to that Connecting rod 18 in a swivel motion.
  • the transmission device 27 can by two intermeshing, each gears connected to the connecting rod 18 or the rod 28 be educated.
  • the plunger 3 can each with a joint 29 End of two two-armed levers pointing away from each other 31, 32, which are connected to the plunger 3 the opposite end each carry a counterweight 33.
  • the levers 31, 32 are mounted on rockers 34, 35.
  • the disc 12 In the drive device according to FIGS. 1 and 2 is the disc 12 with the shaft 13 via a bracket 36 connected, which extends from the shaft 13 to one in the Extends near the circumference of the disk 12 point.
  • a storage device 37 serve the disc 12 on its peripheral surface 38th stores.
  • the rollers 40 can also as Serve drive means. If necessary, they can be used as gears be formed when the peripheral surface 38 of the Disk 12 is also toothed.
  • the disc 12 is then floating between the rollers or gears 40 stored.
  • the connecting rod 18 be forked and on both sides of the disc 16 attack each on the connecting rod pivot point P.
  • the Disk 12 can also on its peripheral surface Roller bearings in the machine frame, i.e. the Rollers 40 are guided into a cage and are not stationary, but all around the disc 12.
  • FIG Figure 9 Another modified embodiment of the drive device 2 is extremely schematized in FIG Figure 9 illustrates.
  • this embodiment that formed by the disks 12, 16 and the rocker 21 Coupling ratchet gear designed so that an asymmetrical Movement course is generated, as it is in FIG. 10 is illustrated.
  • the main difference to the Embodiments of the coupling ratchet mechanism described above is that the eccentric axis 17 of the Swing arm pivot point S and the connecting rod pivot point P here do not lie on a straight line but define a triangle. That of the eccentric axis 17, the pivot point S and the connecting rod pivot point P defined blunt Angle opens away from the rocker 21.
  • the plunger 3 and in particular the Connection point between the connecting rod 18 and the tappet 3 is arranged below the pivot axis 22 so that the Main axis of rotation 11, the pivot axis 22 and the connection point define a right angle with each other, there is a curve in which a very fast Downstroke and a slightly slower ascending stroke be achieved.
  • a drive device for the plunger 3 is designed as a coupling detent gear.
  • the crank and the coupling of the coupling latch gear are designed that regardless of the current position of the Elements to each other the resulting focus on is the main axis of rotation 11 about which the crank rotates.
  • Such a coupling ratchet enables the number of strokes required for punching presses, the mechanically positively driven plunger a sudden Labor movement is granted.

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Abstract

Insbesondere für schnellaufende Stanzpressen ist eine Antriebseinrichtung für den Stößel (3) vorgesehen, die als Koppelrastgetriebe ausgebildet ist. Die Kurbel und die Koppel des Koppelrastgetriebes sind so ausgebildet, daß unabhängig von der jeweiligen aktuellen Stellung der Elemente zueinander der sich ergebende Schwerpunkt auf der Hauptdrehachse (11) liegt, um die die Kurbel dreht. Dies kann erreicht werden, indem die Kurbel und die Koppel als Scheiben (12, 16) ausgebildet werden, wobei die als Kurbel dienende Scheibe (12) eine exzentrische Öffnung (14) aufweist, in der die Scheibe (16) um eine Exzenterachse (17) drehbar gelagert ist. Eine solches Koppelrastgetriebe ermöglicht die für Stanzpressen erforderlichen Hubzahlen, wobei dem mechanisch zwangsgeführten Stößel eine schlagartige Arbeitsbewegung erteilt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für eine Stanz- oder Schneidpresse, bei der der Stößel durch die Antriebseinrichtung mechanisch zwangsgeführt ist.
Insbesondere schnellaufende Stanz- oder Schneidpressen, die dazu dienen, aus taktweise transportierten und positionierten Blechbändern Einzelteile auszustanzen (auszuschneiden), sollen naturgemäß eine möglichst hohe Hubzahl erreichen, um einen hohen Teileausstoß zu ermöglichen. Nach jedem Pressenumlauf oder Stößelhub muß ein Vorschub des Blechbandes erfolgen, wobei die Vorschubbewegung auf den Stößelhub synchronisiert sein muß. Mit steigenden Hubzahlen wird die für den Vorschub zur Verfügung stehende Zeit entsprechend geringer. Bei der Positionierung des Blechbandes sind jedoch in der Regel relativ enge Toleranzen einzuhalten, um einerseits nicht zu viel Abfall entstehen zu lassen und um andererseits Ausschuß durch ungenügenden Vorschub des Blechbandes zu vermeiden. Bei der Auslegung von Vorschubeinrichtungen, die das Blechband bei geöffnetem Stanzwerkzeug vorwärtsbeschleunigen, vorschieben, abbremsen und positionieren ist deshalb eine möglichst große zur Verfügung stehende Zeitspanne für diesen Vorgang erwünscht.
Neben einem geringen Ausschuß ist es darüber hinaus ein Ziel, die Qualität der aus dem Blechband erhaltenen Schnitteile zu verbessern. Dies gilt insbesondere für die Beschaffenheit der Randflächen der Schnitteile, die in dem Trennvorgang erzeugt worden sind. Die Trennfläche unterteilt sich in der Regel in einen Fließbereich und in einen Bruchbereich, wobei sich an den Kanten des Schnitteiles ein Einzugbereich und an der Gegenseite ein Grat ausbilden. Sowohl der Einzugbereich als auch der Grat sind meist unerwünscht. Darüber hinaus richtet sich das Augenmerk häufig auf die Qualität der Trennfläche selbst, die möglichst glatt und rechtwinklig zu den Flachseiten des Schnitteiles ausgerichtet sein soll.
Die Schnitteilequalität läßt sich maßgeblich durch die Schneidgeschwindigkeit beeinflussen. Bei einem sehr schnellen, sogenannten Hochgeschwindigkeits-Scherschneid-Vorgang, bei dem die Schneidgeschwindigkeiten bspw. über 4 m/s liegen, können sehr gute Schnittergebnisse erzielt werden.
Hohe Schneidgeschwindigkeiten mit mechanischen Stößelantrieben zu erreichen, ist jedoch in doppelter Hinsicht problematisch. Werden hohe Schneidgeschwindigkeiten mit einem Exzenterantrieb bspw. durch große Drehzahlen des Antriebes erreicht, sinkt die zum Weitertransport und zur Positionierung des Blechbandes zur Verfügung stehende Zeit unter ein kritisches Maß, so daß entstehende Toleranzen und der Verschleiß entsprechender Einrichtungen zunimmt. Außerdem wäre die Antriebsdrehzahl auf ein solches Maß zu erhöhen, daß sowohl der Exzenter hinsichtlich der auftretenden Kräfte und des Verschleißes kaum zu beherrschen wäre als auch die Standzeiten der Schneid- bzw. Stanzwerkezeuge durch die erhöhte chemische Belastung in hohem Maße abnehmen würden.
Daraus leitet sich die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ab, es mit möglichst geringem technischen Aufwand zu ermöglichen, die Geometriegenauigkeit bzw. die Schnittqualität der Schnitteile unabhängig von der Hubzahl zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit einer für eine Stanz- oder Schneidpresse vorgesehenen Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die Antriebseinrichtung ist als Koppelrastgetriebe ausgebildet, das aus einer kontinuierlichen gleichförmigen Drehbewegung an einem Stößel eine Schlagbewegung erzeugt. Während der Stößel über den größten Teil eines Umlaufes des Antriebselementes im wesentlichen in der Nähe seines oberen Totpunktes verharrt, führt er in einem relativ kleinen Winkelbereich des Umlaufes eine kurze Schlagbewegung in Richtung auf seinen unteren Totpunkt und zurück aus. Das Koppelrastgetriebe weist dazu ein als Kurbel dienendes Antriebselement auf, das über ein Koppelelement mit einem Pleuel verbunden ist. Ungefähr mittig ist das Koppelelement an einer Schwinge angelenkt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß der gemeinsame Schwerpunkt des Antriebselementes und des Koppelelementes auf der Drehachse liegt, um die das Antriebselement dreht. Dies gilt für alle Drehpositionen des Antriebselementes und somit auch für alle Relativdrehpositionen des Koppelelementes in Bezug auf das Antriebselement. Durch diese Maßnahme werden freie Massenträgheitskräfte unterdrückt, die ansonsten zu erheblichen und in der Regel unzuträglichen Schwingungsbelastungen der übrigen Presse und der Fundamente führen würden. Außerdem wird es durch diese Maßnahme möglich, das Antriebselement mit einer relativ hohen Drehzahl umlaufen zu lassen, so daß sich die erforderlichen größeren Hubzahlen erzeugen lassen.
Trotz hoher Hubzahlen steht für den Transport des Blechbandes eine ausreichende Zeit zur Verfügung. Das Blechband braucht lediglich während der kurzen Schlagbewegung des Stößels positioniert und festgehalten sein, während der übrige Teil des Pressenumlaufes als Zeit zum Transport und zur Positionierung des Blechbandes zur Verfügung steht.
Das durch die obige Maßnahme wenigstens im wesentlichen ausgewuchtete Koppelrastgetriebe erzeugt schon bei relativ niedrigen Hubzahlen eine sehr schnelle Stößelbewegung, die sehr hohe Schneidgeschwindigkeiten ermöglicht. Lagen die Schneidgeschwindigkeiten bislang bei 0,5 - 1 m/s, wird mit der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung eine Schneidgeschwindigkeit ermöglicht, die etwa zehnmal so groß ist. Die erhöhte Schneidgeschwindigkeit führt zu einer deutlich verbesserten Schnittqualität, wobei es möglich ist, Schnitteile ohne Einzug und ohne Grat zu erzeugen. Die Trennfläche weist im wesentlichen nur einen Bruchbereich aus, der sehr feinkörnig ist. Insgesamt läßt sich damit auch die Geometriegenauigkeit verbessern, wobei insbesondere die Trennfläche weitgehend rechtwinklig zu dem übrigen Schnitteil ausgerichtet ist.
In Einzelfällen können an den Schneidwerkzeugen größere Schneidspalte vorgesehen werden, ohne die Schnitteilequalität übermäßig zu beeinträchtigen. Ist die Schneidgeschwindigkeit hoch genug, wirkt die Massenträgheit des Blechbandes wenigstens bis zu einem gewissen Maß als Widerlager für den in das Blechband eindringenden Schneidstempel. Dadurch wird ein geringerer Anteil der von dem Stempel auf das Blechband übertragenen Kraft seitlich zu den Schneidstempeln fortgeleitet und an der Matrize abgestützt. Auch dies kann die Geometriegenauigkeit verbessern.
Das Antriebselement ist vorzugsweise im wesentlichen als Scheibe mit einer exzentrisch angeordneten Öffnung ausgebildet, in der das ebenfalls im wesentlichen scheibenförmige Koppelelement gelagert ist. Sind das Antriebselement und das Koppelelement dabei jeweils aus gleichem Material und untereinander gleich dick ausgebildet, liegt der sich ergebende Gesamtschwerpunkt auf der Drehachse des Antriebselementes. Das scheibenförmige Koppelelement wird von dem rotierenden Antriebselement auf einer Umlaufbahn um die Hauptdrehachse herumgeführt, womit das Antriebselement als Kurbel wirkt. Die Einheit aus Kurbel- und Koppelelement ist jedoch ausgewuchtet, weil sich deren Einzelschwerpunkte in Bezug auf die Hauptdrehachse diametral gegenüberliegen.
Das Koppelelement ist außermittig mit einer Schwinge verbunden, die an ihrem anderen Ende bspw. an dem Pressengestell schwenkbar gelagert ist. Die Schwinge kann als einarmiger Hebel, als mit Gegengewicht versehener Hebel oder als Scheibe ausgebildet sein. Durch einen gegenläufigen Hebel oder eine gegenläufige Scheibe kann bedarfsweise ein vollständiger Massenausgleich erreicht werden.
Liegen die Exzenterachse, der Schwingenanlenkpunkt und der Pleuelanlenkpunkt auf einer Geraden, beschreibt der Pleuelanlenkpunkt eine symmetrische Bahn. Dadurch wird bei entsprechender Anordnung des Pleuels ein Verlauf der Stößelhöhe in Abhängigkeit von der Drehung des Antriebselementes erreicht, bei dem das Senken und das Heben des Stößels symmetrisch erfolgt. Ein asymmetrischer Verlauf, der bspw. ein schnelles Senken und ein etwas langsameres Heben des Stößels ermöglicht, läßt sich dadurch erreichen, daß die Exzenterachse, der Schwingenanlenkpunkt und der Pleuelanlenkpunkt an den Ecken eines Dreieckes liegen.
Neben den Massenträgheitskräften des Antriebselementes, des Koppelelementes sowie bedarfsweise des Schwingenelementes können auch die Trägheitskräfte des Pleuels und des Stößels durch entsprechende Gegenkräfte kompensiert werden. Dies kann bezüglich der Hubbewegung des Stößels des Pleuels sowie bezüglich der Schwenkbewegung des Pleuels getrennt erfolgen, wobei jeweils entsprechend bewegte Gegengewichte vorgesehen werden. Eine derart ausgeglichene Antriebseinrichtung kann mit relativ hohen Drehzahlen betrieben werden.
Weitere Merkmale vorteilhafter Ausführungsformen sind Gegenstand von Unteransprüchen. Außerdem gelten die oben diskutierten Vorzüge gleichermaßen für eine Schnittpresse oder eine Umformpresse mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung. Die Umformpresse kann als Präge-, Schmiede- oder Hammerpresse ausgebildet sein.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1
eine Schneidpresse mit einer Antriebseinrichtung, die als ausgewuchtetes Koppelrastgetriebe ausgebildet ist, in schematisierter Prinzipdarstellung,
Fig. 2
die Schneidpresse nach Fig. 1, in einer schematisierten und teilweise geschnittenen Seitenansicht,
Fig. 3a bis 3d
die Antriebseinrichtung der Schnittpresse nach den Fig. 1 und 2, in schematisierten Darstellungen und in unterschiedlichen Arbeitspositionen,
Fig. 4
eine Auslegungstafel für die Antriebseinrichtung nach den Fig. 1 und 2 mit eingezeichneten Bereichen für unterschiedliches Antriebsverhalten,
Fig. 5
die Stößelposition in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Antriebes,
Fig. 6, Fig. 6a
eine Einrichtung zum Ausgleich von durch die Schwenkbewegung des Pleuels verursachten Trägheitskräften, in Prinzipdarstellung,
Fig. 7
eine weitere Massenausgleichseinrichtung für Massenträgheitskräfte, die durch die Hubbewegung des Pleuels und des Stößels verursacht sind, in Prinzipdarstellung,
Fig. 8
eine abgewandelte Ausführungsform der Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer Schlagbewegung,
Fig. 9
eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer Stößelbewegung mit schneller Senk- und langsamer Hubbewegung, in schematisierter Seitenansicht, und
Fig. 10
den Hub des Stößels der Antriebseinrichtung nach Fig. 9, aufgetragen über dem Drehwinkel des Antriebselementes, in Prinzipdarstellung.
Beschreibung
In den Fig. 1 und 2 ist eine Schneidpresse 1 mit einer Antriebseinrichtung 2 veranschaulicht, die eine kontinuierliche Drehbewegung in eine schnelle Schlagbewegung eines Stößels 3 umsetzt. Der Stößel 3 trägt einen Schneidstempel 4, dem eine entsprechende, ortsfest gelagerte Matrize 6 zugeordnet ist. Zwischen dem Schneidstempel 4 und der Matrize 6 wird ein Blechband 7 geführt, das mit einer nicht weiter veranschaulichten Vorschub- und Positioniereinrichtung jeweils dann schrittweise in der Richtung T zwischen dem Schneidstempel 4 und der Matrize 6 weitergeführt wird, wenn der Schneidstempel 4 in einer oberen Position befindlich ist.
Die Antriebseinrichtung 2 weist eine um eine Hauptdrehachse 11 drehbar gelagerte Scheibe 12 auf, die als Antriebselement der Antriebseinrichtung 2 dient und über eine Welle 13 kontinuierlich drehend angetrieben ist. Die Scheibe 12 weist eine um die Exzentrizität E gegen die Hauptdrehachse 11 versetzte Öffnung 14 auf, in der eine Scheibe 16 um eine Exzenterachse 17 drehbar gelagert ist. Der Schwerpunkt der Scheibe 16 liegt dabei auf der Exzenterachse 17. Der Schwerpunkt der Scheibe 12 liegt diesem Schwerpunkt bezüglich der Hauptdrehachse 11 diametral gegenüber, so daß der Gesamtschwerpunkt der aus den Scheiben 12, 16 gebildeten Einheit auf der Hauptdrehachse 11 liegt.
An der Scheibe 16 ist außermittig bei einem Pleuelanlenkpunkt P ein Pleuel 18 befestigt, über das die Scheibe 16 mit dem in einer Geradführung 19 gelagerten Stößel 3 verbunden ist. Etwa mittig auf der geraden Verbindungslinie zwischen der Exzenterachse 17 und dem Pleuelanlenkpunkt P ist die Scheibe 16 bei einem Schwingenanlenkpunkt S schwenkbar mit einer Schwinge 21 verbunden. Diese ist um eine gestellfeste Schwenkachse 22 schwenkbar gelagert. Die Scheibe 16 bildet somit das Koppelelement eines Koppelrastgetriebes, dessen Kurbel durch die Exzentrizität E der Öffnung 14 in der Scheibe 12 gebildet wird. Außerdem gehört zu dem Koppelrastgetriebe die Schwinge 21.
Die Schwinge 21 und die gedachte Verlängerung der Schwinge 21 schließen in allen oder in wenigstens fast allen Drehpositionen der Scheibe 12 miteinander einen spitzen Winkel ein. Dies stellt sicher, daß das Pleuel 18 die abwärtsgerichtete, schlagartige Bewegungskomponente der als Koppel dienenden Scheibe 16 auf den Stößel 3 überträgt.
Die wesentlichen Maße des Koppelrastgetriebes lassen sich aus dem in Fig. 4 angegebenen Diagramm bestimmen. An der Abszisse ist das Verhältnis zwischen Länge der Kurbel oder Exzentrizität E und der Länge l21 der Schwinge 21 veranschaulicht. An der Ordinate ist das Verhältnis des Achsabstandes l1, der der Abstand zwischen der Hauptdrehachse 11 und der Schwenkachse 22 ist, und der Länge l21 der Schwinge abgetragen. Als Parameter sinϑ1 sind die Sinusse der Koppelwinkel in der Stellung des oberen Totpunktes eingetragen. Der Parameter sinϑ4 ist der Sinus des Koppelwinkels beim Austritt aus der Rastphase. Die Rastphase ist dabei der Bereich, in dem der Stößel in seinem oberen Hubbereich verharrt.
Der in Fig. 4 mit I bezeichnete Bereich ist ein Auslegungsbereich, der für das Koppelrastgetriebe insbesondere dann zweckmäßig ist, wenn die Antriebseinrichtung 2 dem Antrieb eines Schneidwerkzeuges dient. Wie in Fig. 5 veranschaulicht, wird der Stößel über weite Teile des Drehwinkels der Scheibe 12 in der Nähe seines oberen Totpunktes OT gehalten. Lediglich in einem relativ kleinen Winkelbereich, der beliebig klein einstellbar ist, wird der Stößel 3 in einer schnellen Schlagbewegung nach unten auf seinen unteren Totpunkt UT hin abgesenkt und wieder rückgeführt. Dabei erreicht der Stößel 3, wie sich aus dem starken Anstieg seiner Bewegungskurve K ergibt, eine sehr hohe Geschwindigkeit, die im momentan denkbar technisch rwalisierbaren Bereich von 10 m/s liegen kann, aber bei entsprechender Auslegung auch weit höher sein kann. Zum Vergleich ist in Fig. 5 gestrichelt eine gezeichnete Kurve V aufgetragen, die mit einem einfachen Exzenterantrieb erreicht wird. Ersichtlicherweise wird mit dem Koppelrastgetriebe nicht nur eine höhere Stößelgeschwindigkeit sondern darüber hinaus ein verkürzter Hub erreicht. Dadurch steht ein vergleichsweise größerer Winkel und somit Zeitraum zum Weitertransport und zur Positionierung des Blechbandes 7 zur Verfügung. Die größere Stößelgeschwindigkeit gestattet ohne übermäßige Erhöhung der Hubzahl einen sehr schnellen Stanzvorgang, der eine verbesserte Schnitteilequalität ermöglicht. Insbesondere kann eine gute Geometriegenauigkeit durch Wegfall der Kanteneinzugzone und des Grates an den Schnitteilen sowie durch Verbesserung der Rechtwinkligkeit der Trennflächen ermöglicht werden. Die Trennfläche ist im wesentlichen durch einen feinkörnigen Bruchbereich gebildet und der Fließbereich wird reduziert oder unterdrückt.
Zur Veranschaulichung der Funktion der als Koppelrastgetriebe ausgebildeten Antriebseinrichtung 2 wird im folgenden auf die Fig. 3a bis 3d Bezug genommen. Diese stellen das Koppelrastgetriebe in unterschiedlichen Bewegungsphasen dar, die sich voneinander jeweils durch eine Drehung der Scheibe 12 um 90° unterscheiden. Die umlaufende Scheibe 12 führt die Scheibe 16 auf einer Exzenterbahn um die Hauptdrehachse 11, so daß die Exzenterachse 17, die zugleich die Mittelachse der Scheibe 16 bildet, die Hauptdrehachse 11 auf einem Kreis mit dem Radius E umrundet. Die Schwinge 21 verhindert jedoch ein Mitdrehen der Scheibe 16 und führt bei der Drehung der Scheibe 12 eine Pendelbewegung aus. Dieser überlagert sich eine Vertikalbewegung, so daß der Pleuelanlenkpunkt P die in Fig. 3a veranschaulichte symmetrische Bahn B durchläuft. Dabei wird der obere Bahnabschnitt relativ langsam und der bogenförmig nach unten führende Bahnabschnitt relativ schnell durchlaufen. Entsprechend ist der Stößel 3 nur in Fig. 3a unterhalb einer vorgegebenen Höhe H zu finden, die in den Fig. 3a bis 3d durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist, während der Stößel 3 in den drei anderen, in den Fig. 3b, 3c, 3d veranschaulichten Arbeitspositionen oberhalb dieser Höhe gehalten ist.
Das Koppelrastgetriebe ist wenigstens bezüglich der Drehung der Scheiben 12 und 16 ausgewuchtet. Jedoch können noch von der Schwinge 21 freie Massenträgheitskräfte ausgehen. Diese können durch eine gegenläufig angetriebene Schwinge kompensiert werden. Außerdem kann die Schwinge 21 als Scheibe ausgebildet sein, der bedarfsweise eine gegenläufig angetriebene Scheibe zugeordnet ist.
Zum Ausgleich von freien Massenträgheitsmomenten, die von dem Pleuel 18 und dem Stößel 3 ausgehen, können die in den Fig. 6, 6a und 7 prinzipiell veranschaulichten Anordnungen verwendet werden. Die horizontalen, durch die Schwenkbewegung des Pleuels 18 verursachten Massenträgheitsmomente können durch ein Gegengewicht 24 kompensiert werden, das bei einer Gelenkeinrichtung 26 angelenkt ist, bei der auch das Pleuel 18 gelenkig mit dem Stößel 3 verbunden ist. Eine Getriebeeinrichtung 27 treibt das an einer Stange 28 gehaltene Gegengewicht gegensinnig zu dem Pleuel 18 in einer Schwenkbewegung an. Die Getriebeeinrichtung 27 kann durch zwei miteinander kämmende, jeweils mit dem Pleuel 18 bzw. der Stange 28 verbundene Zahnräder gebildet sein.
Zum Ausgleich der durch die Horizontalbewegung des Pleuels 18 und des Stößels 3 entstehenden Trägheitskräfte kann der Stößel 3 bei einem Gelenk 29 jeweils mit einem Ende zweier voneinander weg weisender, zweiarmiger Hebel 31, 32 verbunden sein, die an ihrem von dem Stößel 3 abliegenden Ende jeweils ein Gegengewicht 33 tragen. Etwa mittig sind die Hebel 31, 32 an Schwingen 34, 35 gelagert.
Eine bezüglich freier Massenträgheitsmomente vollständig ausgeglichene Antriebseinrichtung 2 kann mit relativ hohen Drehzahlen betrieben werden, was den Einsatz in schnellaufenden Stanz- oder Schneidpressen ermöglicht. Der wesentliche Schritt beim Ausgleich der Massenträgheitsmomente ist jedoch die Ausbildung des Koppelrastgetriebes mit den Scheiben 12, 16 als Kurbel und als Koppel.
Bei der Antriebseinrichtung nach den Fig. 1 und 2 ist die Scheibe 12 mit der Welle 13 über eine Halterung 36 verbunden, die sich von der Welle 13 zu einem in der Nähe des Umfangs der Scheibe 12 liegenden Punkt erstreckt. Anstelle dessen oder ergänzend dazu kann, wie in Fig. 8 veranschaulicht ist, eine Lagereinrichtung 37 dienen, die die Scheibe 12 an ihrer Umfangsfläche 38 lagert. Zu der Lagereinrichtung 37 können ein oder mehrere, jeweils um ortsfeste Drehachsen 39 drehbar gelagerte Rollen 40 gehören. Die Rollen 40 können außerdem als Antriebsmittel dienen. Bedarfsweise können sie als Zahnräder ausgebildet sein, wenn die Umfangsfläche 38 der Scheibe 12 ebenfalls verzahnt ist. Die Scheibe 12 ist dann zwischen den Rollen oder Zahnrädern 40 schwimmend gelagert. Bei dieser Ausführungsform kann das Pleuel 18 gegabelt ausgebildet sein und zu beiden Seiten der Scheibe 16 jeweils an dem Pleuelanlenkpunkt P angreifen. Die Scheibe 12 kann aber auch an ihrer Umfangsfläche über Rollenlager im Maschinengestell gelagert sein, d.h. die Rollen 40 werden in einen Käfig geführt und sind nicht ortsfest, sondern um die Scheibe 12 umlaufend.
Eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Antriebseinrichtung 2 ist aufs äußerste schematisiert in Fig. 9 veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform ist das von den Scheiben 12, 16 und der Schwinge 21 gebildete Koppelrastgetriebe so ausgebildet, daß ein unsymmetrischer Bewegungsverlauf erzeugt wird, wie er in Fig. 10 veranschaulicht ist. Der wesentliche Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Koppelrastgetriebes liegt darin, daß die Exzenterachse 17 der Schwingenanlenkpunkt S und der Pleuelanlenkpunkt P hier nicht auf einer Geraden liegen sondern ein Dreieck definieren. Der von der Exzenterachse 17, dem Schwinganlenkpunkt S und dem Pleuelanlenkpunkt P definierte stumpfe Winkel öffnet sich von der Schwinge 21 weg. Unter der Voraussetzung, daß der Stößel 3 und insbesondere der Verbindungspunkt zwischen dem Pleuel 18 und dem Stößel 3 unterhalb der Schwenkachse 22 angeordnet ist, so daß die Hauptdrehachse 11 die Schwenkachse 22 und der Verbindungspunkt miteinander einen rechten Winkel festlegen, ergibt sich ein Kurvenverlauf, bei dem ein sehr schneller Abwärtshub und ein etwas langsamerer aufsteigender Hub erzielt werden.
Insbesondere für schnellaufende Stanzpressen ist eine Antriebseinrichtung für den Stößel 3 vorgesehen, die als Koppelrastgetriebe ausgebildet ist. Die Kurbel und die Koppel des Koppelrastgetriebes sind so ausgebildet, daß unabhängig von der jeweiligen aktuellen Stellung der Elemente zueinander der sich ergebende Schwerpunkt auf der Hauptdrehachse 11 liegt, um die die Kurbel dreht. Dies kann erreicht werden, indem die Kurbel und die Koppel als Scheiben 12, 16 ausgebildet werden, wobei die als Kurbel dienende Scheibe 12 eine exzentrische Öffnung 14 aufweist, in der die Scheibe 16 um eine Exzenterachse 17 drehbar gelagert ist. Eine solches Koppelrastgetriebe ermöglicht die für Stanzpressen erforderlichen Hubzahlen, wobei dem mechanisch zwangsgeführten Stößel eine schlagartige Arbeitsbewegung erteilt wird.

Claims (15)

  1. Antriebseinrichtung (2), insbesondere für eine Stanz- oder Schneidpresse (1),
    mit einem um eine Hauptdrehachse (11) drehbar gelagerten, umlaufenden Antriebselement (12),
    mit einem Koppelelement (16), das an dem Antriebselement (12) um eine Exzenterachse (17) drehbar gelagert ist, die zu der Hauptdrehachse (11) parallel ausgerichtet und im Abstand (E) zu dieser angeordnet ist,
       wobei der Schwerpunkt der aus dem Antriebselement (12) und dem Koppelelement (16) gebildeten Einheit in allen Relativdrehpositionen des Koppelelementes (16) im wesentlichen auf der Hauptdrehachse (11) liegt,
    mit einem Schwingenelement (21), das an einem Ende um eine Schwenkachse (22) drehbar gelagert ist, die zu der Hauptdrehachse (11) parallel und im Abstand zu dieser angeordnet ist, und das mit seinem anderen Ende bei einem Schwingenanlenkpunkt (S) an dem Koppelelement (16) angelenkt ist, der in einem Abstand zu der Exzenterachse (17) liegt, und
    mit einem Pleuel (18), das mit einem Ende bei einem Pleuelanlenkpunkt (P) an dem Koppelelement (16) angelenkt ist.
  2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (12) im wesentlichen als Scheibe ausgebildet ist, die eine exzentrisch angeordnete Öffnung (14) aufweist, in der das Koppelelement (16) gelagert ist.
  3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (16) im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist.
  4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (16) derart ausgebildet ist, daß sein Schwerpunkt auf der Exzenterachse (17) angeordnet ist und bezüglich der Hauptdrehachse (11) dem Schwerpunkt des Antriebselementes (12) gegenüberliegt.
  5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (16) einen Durchmesser aufweist, der größer ist, als der Radius des Antriebselementes (12).
  6. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (l1) der Exzenterachse (17) von der Hauptdrehachse (11) geringer ist als die Länge (l21) des Schwingenelements (21).
  7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzenterachse (17), der Schwingenanlenkpunkt (S) und der Pleuelanlenkpunkt (P) auf einer Geraden liegen.
  8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzenterachse (17), der Schwingenanlenkpunkt (S) und der Pleuelanlenkpunkt (P) an den Ecken eines Dreiecks liegen.
  9. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pleuel (18) an seinem von der Antriebseinrichtung (2) abliegenden Ende über ein Gelenk (19) mit einem Stößel (3) verbunden ist, der in einer vorgegebenen Führungsrichtung verschiebbar gelagert ist.
  10. Antriebseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrichtung durch eine Gerade bestimmt ist, die die Hauptdrehachse (11) nicht schneidet.
  11. Antriebseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gerade die Schwenkachse (22) schneidet.
  12. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (E) der Exzenterachse (17) von dem Schwingenanlenkpunkt (S) und der Abstand des Schwingenanlenkpunkts (S) von dem Pleuelanlenkpunkt (P) gleich groß sind.
  13. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Pleuel (18) eine erste Massenausgleichseinrichtung (24, 27, 28) vorgesehen ist, die ein Gewicht (24) enthält, das über ein Getriebemittel (27) in einer zu der Bewegung des Pleuels (18) gegensinnigen Schwenkbewegung angetrieben ist.
  14. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Pleuel (18) oder einem mit diesem verbundenen Stößel (3) eine zweite Massenausgleichseinrichtung (29, 31, 32, 33, 34, 35) vorgesehen ist, die wenigstens ein Gewicht (33) enthält, das gegensinnig zu der Linearbewegung des Pleuels (18) bzw. des Stößels (3) geschwenkt wird.
  15. Stanz- oder Schneidpresse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14.
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