EP2675615A1

EP2675615A1 - Hubvorrichtung für ein werkzeug

Info

Publication number: EP2675615A1
Application number: EP12718567.6A
Authority: EP
Inventors: Jörg von Seggern
Original assignee: Joerg von Seggern Maschinenbau GmbH
Current assignee: Joerg von Seggern Maschinenbau GmbH
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2013-12-25
Also published as: JP2014505596A; CA2827291A1; DE102011011560A1; US20140007718A1; KR20140007900A; WO2012110027A1; RU2013138363A; CN103747947A

Abstract

Eine Hubvorrichtung für ein Werkzeug, insbesondere für ein Unterwerkzeug einer Tiefzieh- oder Schalensiegelmaschine weist ein Ständerwerk, wenigstens eine hubbeweglich im Ständerwerk gehaltene Werkzeugaufnahme sowie wenigstens einen zwischen dem Ständerwerk und der Werkzeugaufnahme angeordneten Weggeber auf. Das Ständerwerk und die Werkzeugaufnahme sind über wenigstens ein Kniehebelgestänge miteinander verbunden, wobei der Weggeber wenigstens einen am Kniehebelgestänge angreifenden Kurbeltrieb aufweist. Der Kurbeltrieb weist zwei jeweils im Bereich eines Totpunktes ausgebildete Endlagestellungen auf und das Kniehebelgestänge weist eine gestreckte Totpunktlage auf, wobei die gestreckte Totpunktlage des Kniehebelgestänges in einer der Totpunktlagen des Kurbeltriebes ausgebildet ist.

Description

Hubvorrichtung für ein Werkzeug

Die Erfindung betrifft eine Hubvorrichtung für ein Werkzeug, insbesondere für ein Unterwerkzeug einer Tiefzieh- oder Schalensiegelmaschine, mit einem Ständerwerk, wenigstens einer hubbeweglich im Ständerwerk gehaltenen Werkzeugaufnahme sowie wenigstens einem zwischen dem Ständerwerk und der Werkzeugaufnahme angeordneten Weggeber.

Bei bekannten Hubvorrichtungen sind die Weggeber als pneumatisch oder hydraulisch betätigte Hubzylinder ausgeführt, deren Hubräume auf Basis der vom Werkzeug maximal aufzunehmenden Arbeitsdrücke dimensioniert sind. Die Arbeitsdrücke dienen insbesondere der Durchführung von Umform-, Schweiß oder Trennverfahren. Aufgrund der für viele Fertigungsprozesse benötigten hohen Arbeitsdrücke weisen die Hubzylinder entsprechend große Hubräume auf. Die Arbeitsgeschwindigkeit der bekannten Hubvorrichtungen ist damit in erheblichem Umfang durch die Leistungsfähigkeit der Pneumatikoder Hydraulikventile begrenzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hubvorrichtung der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, deren Arbeitsgeschwindigkeit bei gleichen Arbeitsdrücken maßgeblich erhöht ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer Hubvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der

BESTÄTIGUNGSKOPIE Erfindung sind in den auf den Patentanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Hubvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Ständerwerk und die Werkzeugaufnahme über wenigstens ein

Kniehebelgestänge miteinander verbunden sind und dass der Weggeber wenigstens einen am Kniehebelgestänge angreifenden Kurbeltrieb aufweist. Das Kniehebelgestänge nutzt den sogenannten Kniehebel-Effekt, nach welchem es bei vollständig gestrecktem Knie in der Lage ist, durch Tiefzieh- oder Siegelprozesse in die Werkzeugaufnahme eingeleitete Arbeitsdrücke am

Weggeber vorbei direkt in das Ständerwerk abzuleiten. Auf diese Weise braucht der Weggeber lediglich für eine Lastkennlinie ausgelegt zu werden, welche eine Hubbewegung der Werkzeugaufnahme unter Ausschluss etwaiger Arbeitsdrücke beschreibt. Auf leistungsstarke Weggeber, welche den in die Werkzeugaufnahme eingeleiteten Arbeitsdrücken entgegenwirken, kann vorteilhaft verzichtet werden. Der am Kniehebelgestänge angreifende Kurbeltrieb dient der Umwandlung eines Antriebs-momentes in eine möglichst große Schubkraft, die am Kniegelenk des Kniehebel-gestänges für eine Hubbewegung der Werkzeug aufnähme einzuleiten ist. Das Antriebsmoment kann mit Vorteil über einfache Antriebswellen auf die Kurbelwelle des

Kurbeltriebes übertragen werden. Auf leistungsstarke, nur kleine Arbeitsgeschwindigkeiten fahrende Hubzylinder kann vorteilhaft verzichtet werden. Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung weist der Kurbeltrieb zwei jeweils im Bereich eines Totpunktes ausgebildete Endlagestellungen auf. Diese gewährleisten minimal kleine Anfahrmomente, so dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft hohe Arbeitsgeschwindigkeiten mit besonders kleinen Antriebsmomenten gefahren werden können.

Nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung weist das Kniehebel- gestänge eine etwa gestreckte Endlagestellung auf, wobei die gestreckte

Endlage-stellung des Kniehebelgestänges in einer der Endlagestellungen des Kurbeltriebes ausgebildet ist. Durch das Zusammenlegen der jeweils an Totpunktlagen gebundenen Endlagestellungen von Kniehebelgestänge und Kurbeltrieb ist vorteilhaft eine Arbeitsstellung geschaffen, in der weder durch Tiefzieh- oder Siegelprozesse in die Werkzeugaufnahme eingeleitete Arbeitskräfte noch durch Anfahrprozesse in den Kurbeltrieb eingeleitete Antriebsmomente zu einer mechanischen Belastung des Weggebers führen können.

Weiterhin ist vorgesehen, dass das Kniehebelgestänge eine gebeugte Endlagestellung aufweist, wobei die gebeugte Endlagestellung des Kniehebelgestänges in der jeweils anderen Totpunktlage des Kurbeltriebes ausgebildet ist. Die gebeugte Endlagestellung des Kniehebelgestänges wird vorteilhaft als Ruhestellung definiert, aus der die Werkzeugaufnahme mit einer höheren Beschleunigung herausbewegbar ist, als aus ihrer die Arbeitsstellung definierenden Totpunktlage. Um größtmögliche Arbeitsgeschwindigkeiten zu erreichen, weist das Kniehebelgestänge in seiner gebeugten Endlagestellung vorzugsweise einen Beugungswinkel von 90° auf.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Kurbeltrieb wenigstens eine Kurbelwelle sowie wenigstens zwei über ein Kugelgelenk an der Kurbelwelle angelenkte Pleuelstangen auf. Die Kugelgelenke geben den Pleuelstangen die Möglichkeit, ihren am Kniehebelgestänge gelegenen Angriffspunkten, die naturgemäß auf einer Kreisbahn bewegt werden, folgen zu können. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, die Kugelgelenke gegen Kreuzgelenke auszutauschen.

Die zwischen den Pleuelstangen und dem Kniehebelgestänge gelegenen Angriffspunkte sind mit Vorteil dadurch hergestellt, dass die der Kurbelwelle abgewandten Enden der Pleuelstangen jeweils mit einem Kniegelenk des Kniehebelgestänges zu einem Kreuzgelenk verbunden sind. Grundsätzlich ist es jedoch ebenso denkbar, die Enden der Pleuelstangen jeweils mit einem Kniegelenk des Kniehebelgestänges zu einem Kugelgelenk zu verbinden. Eine besonders geringe Belastung der Kurbelwellenlager ist dadurch erreicht, dass die Kugelgelenke symmetrisch über den Umfang der Kurbelwelle verteilt angeordnete Kurbelzapfen aufweisen, deren Bewegungsbahnen in einer gemeinsamen Rotationsebene verlaufen. Um bei einer derartigen Anordnung zu verhindern, dass die Pleuelstangen auf ihren zwischen den Endlagestellungen ausgebildeten Bewegungsbahnen miteinander kollidieren, weisen sie einen bogen-, sichelförmigen oder doppelt gekröpften Längsverlauf auf. In der gestauchten Endlagestellung des Kurbeltriebes erlaubt der bügeiförmige Längsverlauf ein gegenseitiges Ineinandergreifen der Pleuelstangen, womit deren Kollision verhindert ist.

Um besonders hohe Arbeitsgeschwindigkeiten zu erreichen, wird nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass dem Kurbeltrieb wenigstens ein auf seine Kurbelwelle aufgeschalteter Schrittmotor zugeordnet ist. Schrittmotoren erlauben vorteilhaft eine schnelle, positionsgenaue und richtungs-veränderliche Ansteuerung definierter Endlagestellungen. Besonders bevorzugt ist der Schrittmotor jedoch als High-Torque-Motor ausgeführt, der als permanent beregter, hochpoliger Synchronmotor vorteilhaft hohe Drehmomentdichten im Bereich niedriger und mittlerer Drehzahlen aufweist.

Zur Vermeidung horizontalen Führungsspiels sind das Ständerwerk und die hubbeweglich darin gehaltene Werkzeugaufnahme über eine Vertikalführung miteinander verbunden. Die Vertikalführung weist beispielsweise das Ständerwerk randseitig begrenzende Teleskopführungen auf.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Kniehebelgestänge wenigstens zwei Kniegelenke auf, wobei die Drehachse des Kurbeltriebes und die Gelenkachsen der Kniegelenke rechtwinklig zueinander verlaufen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 : eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Hub-vorrichtung in einer Ruhestellung;

Fig. 2: eine Seitenansicht der Hubvorrichtung während einer Hubbewegung;

Fig. 3: eine Seitenansicht der Hubvorrichtung in einer Arbeitsstellung, und

Fig. 4: eine perspektivische Darstellung der Hubvorrichtung in der Arbeitsstellung gemäß Fig. 3.

Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Hubvorrichtung in einer Arbeitsstellung. Die Hubvorrichtung hat ein

Ständerwerk 1 , eine hubbeweglich in dem Ständerwerk 1 gehaltene Werkzeugaufnahme 2 sowie einen zwischen dem Ständerwerk 1 und der Werkzeugaufnahme 2 angeordneten Weggeber 3. Das Ständerwerk 1 und die Werkzeugaufnahme 2 sind über ein Kniehebelgestänge 4 miteinander verbunden. Der als Schrittmotor ausgebildete Weg-geber 3 weist einen am

Kniehebelgestänge 4 angreifenden Kurbeltrieb 5 auf, der in der dargestellten Arbeitsstellung eine im Bereich seines gestauchten Totpunktes ausgebildete gebeugte Endlagestellung hat. Der Kurbeltrieb 5 weist eine als Kurbel-scheibe ausgebildete Kurbelwelle 6 sowie zwei jeweils über ein Kugelgelenk 7, 8 an der Kurbelwelle 6 angelenkte Pleuelstangen 9, 10 auf. Die der Kurbelwelle 6 abgewandten Enden der Pleuelstangen 9, 10 sind jeweils mit einem Kniegelenk 11 , 12 des Kniehebelgestänges 4 zu einem Kreuzgelenk 13, 14 verbunden. Die Kugelgelenke 7, 8 weisen symmetrisch über den Umfang der Kurbelwelle 6 verteilt angeordnete Kurbelzapfen 15, 16 auf, deren Bewegungsbahnen in einer gemein-samen Rotationsebene verlaufen. Das

Ständerwerk 1 und die gemäß Pfeil 17 hub-beweglich darin gehaltene Werkzeugaufnahme 2 sind über eine Vertikalführung miteinander verbunden, die aus vier das Ständerwerk 1 begrenzenden Teleskop-führungen 18, 19 zusammengesetzt ist. Der Pfeil 20 verdeutlicht die translatorische Hin- und Herbewegung der Kurbelwelle 6. Die Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Hubvorrichtung während einer

Hubbewegung, in der der Kurbeltrieb 5 um etwa 90° gedreht zwischen seine in den Totpunkten ausgebildeten Endlagestellung gedreht und das Kniehebelgestänge 4 mittig zwischen seine gestreckte und seine gebeugte Endlagestellung bewegt ist. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen versehen.

Die Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der Hubvorrichtung in einer Arbeitsstellung, in der das Kniehebelgestänge 4 eine gestreckte Totpunktlage aufweist. Die gestreckte Totpunktlage des Kniehebeigestänges 4 ist in Bezug auf die in Fig. 1 dargestellte gestauchte Totpunktlage um einen Verdrehwinkel von 180° gedreht ausgebildet. Gleiche Bauteile sind hier ebenfalls mit gleichen Bezugszahlen versehen.

Die Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung der Hubvorrichtung gemäß Fig. 3, jedoch mit einem in den Weggeber 3 sowie die Kurbelwelle 6 gelegten

Teilabschnitt. Die perspektivische Darstellung zeigt deutlich, dass die Pleuelstangen 9 einen bogenförmigen Längsverlauf aufweisen und mit ihren der Kurbelwelle 6 abgewandten Enden jeweils mit einem der Kniegelenke 11 , 12 des Kniehebelgestänges 4 zu den Kreuzgelenken 13, 14 verbunden sind. Der Pfeil 20 verdeutlicht die translatorische Hin- und Herbewegung der

Kurbelwelle 6, deren Drehachse zu den Gelenkachsen der beiden Kniegelenke 11 , 12 rechtwinklig verläuft.

Claims

Patentansprüche

1 Hubvorrichtung für ein Werkzeug, insbesondere für ein Unterwerkzeug einer Tiefzieh- oder Schalensiegelmaschine, mit einem Ständerwerk, wenigstens einer hubbeweglich im Ständerwerk gehaltenen Werkzeugaufnahme sowie wenigstens einem zwischen dem Ständerwerk und der Werkzeugaufnahme angeordneten Weggeber,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass das Ständerwerk (1) und die Werkzeugaufnahme

(2) über wenigstens ein Kniehebelgestänge (4) miteinander verbunden sind, und

dass der Weggeber (3) wenigstens einen am Kniehebelgestänge (4) angreifenden Kurbeltrieb (5) aufweist. Hubvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbeltrieb (5) zwei jeweils im Bereich eines Totpunktes ausgebildete Endlage-stellungen aufweist.

3. Hubvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kniehebelgestänge (4) eine gestreckte Endlagestellung aufweist, und dass die gestreckte Endlagestellung des Kniehebelgestänges (4) in einer der Totpunktlagen des Kurbeltriebes (5) ausgebildet ist.

4. Hubvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kniehebelgestänge (4) eine gebeugte Endlagestellung aufweist, und dass die gebeugte Endlagestellung des Kniehebelgestänges (4) in einer der Totpunktlagen des Kurbeltriebes (5) ausgebildet ist.

5. Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbeltrieb (5) wenigstens eine Kurbelwelle (6) sowie wenigstens zwei jeweils über ein Kugelgelenk (7, 8) an der Kurbelwelle (6) angelenkte Pleuelstangen (9, 10) aufweist.

6. Hubvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die der Kurbelwelle (6) abgewandten Enden der Pleuelstangen (9, 10) jeweils mit einem Kniegelenk (11 , 12) des Kniehebelgestänges (4) zu einem Kreuzgelenk {13, 14) verbunden sind.

7. Hubvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelgelenke (7, 8) symmetrisch über den Umfang der Kurbelwelle (6) verteilt angeordnete Kurbelzapfen (15, 16) aufweisen, deren Bewegungsbahnen in einer gemeinsamen Rotationsebene verlaufen.

8. Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kurbeltrieb (5) wenigstens ein auf seine Kurbelwelle (6) aufgeschalteter Schrittmotor zugeordnet ist.

9. Hubvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittmotor ein High-Torque-Motor ist.

10. Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ständerwerk (1) und die hubbeweglich darin gehaltene Werkzeugaufnahme (2) über eine Vertikalführung miteinander verbunden sind.

11. Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des Kurbeltriebes (5) und die Gelenkachsen der Kniegelenke (11 , 12) rechtwinklig zueinander verlaufen.