EP2911871B1

EP2911871B1 - Antriebsvorrichtung

Info

Publication number: EP2911871B1
Application number: EP13736530.0A
Authority: EP
Inventors: Joerg Rauschenberger
Original assignee: Modus One GmbH
Current assignee: Modus One GmbH
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-07-05
Also published as: WO2014063841A1; EP2911871A1; JP6133429B2; JP2015533656A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, insbesondere zum Antreiben einer Umformvorrichtung, mit einer Antriebseinheit, die eine Antriebskraft oder ein Antriebsmoment bereitstellt, einer Abtriebseinheit, die ein Eingangsglied und ein translatorisch bewegliches Ausgangsglied aufweist, wobei die Abtriebseinheit einen progressiven Kraft-Weg-Verlauf zwischen dem Eingangsglied und dem Ausgangsglied aufweist, und mit einem Übertragungselement, das an einem Drehpunkt drehbar gelagert ist, wobei das Übertragungselement mit der Antriebseinheit derart verbunden ist, dass ein Drehmoment auf das Übertragungselement übertragbar ist, und wobei das Übertragungselement einen Ausgangsanlenkpunkt aufweist, an dem ein Verbindungselement angelenkt ist, das mit dem Übertragungselement einen Kniehebel bildet, wobei das Verbindungselement mit dem Eingangsglied der Abtriebseinheit derart verbunden ist, dass eine Kraft auf die Abtriebseinheit übertragbar ist.
Derartige Antriebsvorrichtungen dienen dazu an dem Ausgangsglied einen definierten Kraft-Weg-Verlauf bereitzustellen, um bspw. eine Presse oder eine Stanze anzutreiben bzw. zu betätigen.
Für die Bearbeitung von Werkstücken sind für unterschiedliche Bearbeitungsschritte wie z.B. Tiefziehen, Prägen oder Schneiden/Stanzen für den Bewegungsablauf des Werkzeugs unterschiedliche Kraft-Weg-Kennlinien notwendig. Dabei benötigen reine Ziehvorgänge üblicherweise einen weitgehend konstanten Kraftverlauf über einen langen Hub, wohingegen Präge- oder Kalibrieroperationen eine hohe Kraftspitze mit extrem progressivem Verlauf benötigen. Schneidvorgänge erfordern demgegenüber hohe Kräfte in einem kurzen Hubbereich mit einem eher degressiven Verlauf.
Für die unterschiedlichen Bearbeitungsarten und die unterschiedlichen Anforderungen in Bezug auf die Umformtechnik, werden üblicherweise unterschiedliche Antriebskonzepte der Pressen verwendet.
Für Ziehvorgänge werden vorzugsweise hydraulische Antriebe verwendet, da diese für längere Hubwege einen etwa konstanten Kraftverlauf bieten. Unterschiedliche Geschwindigkeitsverläufe können bei hydraulischen Antrieben durch Regelung der Durchflussmenge gut eingestellt und ein Umschaltpunkt zwischen Eil- und Arbeitshub kann beliebig gewählt werden.
Nachteilig bei den hydraulischen Antrieben ist die Kompressibilität des Hydrauliköls, die bei den notwendigen Systemdrücken eine Kompression im höheren einstelligen Prozentbereich liegt. Durch diese Kompressibilität entsteht eine hohe Wärmeentwicklung, die sich negativ auf die Energiebilanz des hydraulischen Verfahrens auswirkt. Ferner wird durch die Kompressibilität des Hydrauliköls die Regelung der Kraft-Weg-Verlauf des Werkzeugs beeinträchtigt, und die Krafteinwirkung erfolgt mit geringer Steifigkeit. Deshalb sind beispielsweise Kalibrierprozesse nur mit überdimensionierten Kräften möglich, da ein hartes Ausschlagen durch die Weichheit der Krafteinwirkung erschwert wird. Beim Abschluss eines Stanzvorgangs wird die durch die Kompressibilität in hohem Maße gespeicherte Federenergie schlagartig frei gesetzt. Der dadurch ausgelöste Schnittschlag erzeugt eine hohe Lärmemission.
Mechanische Antriebssysteme in Form von Exzentern, Kurbeln und Kniegelenken weisen üblicherweise einen niedrigen Energiebedarf und eine höhere Steifigkeit auf. Die dabei konventionell mit durchlaufenden Elektromotoren ausgestatteten Antriebe erlauben jedoch nur eine eingeschränkte Variationsmöglichkeit des Prozessablaufs, wobei lediglich durch aufwändige Zusatzeinrichtungen der Arbeitshub, die Werkzeugeinbauhöhe und die Werkzeuggeschwindigkeit in geringem Umfang verändert werden kann. Darüber hinaus ist eine Regelung während des Arbeitshubs nicht möglich. Die mechanischen Antriebe weisen einen progressiven Kraft-Weg-Verlauf auf, der bei Kniehebelantrieben sehr stark ausgeprägt ist. Aus diesem Grund sind derartige Antriebe beispielsweise für Ziehvorgänge mit langen Arbeitshüben nur bedingt einsetzbar.
Bei den mechanischen Antriebssystemen müssen zur Momentenbegrenzung der Motoren und zur Glättung der Kraftspitzen üblicherweise mechanische Schwungräder eingesetzt werden, wodurch der technische Aufwand beispielsweise durch eine schaltbare Kupplung weiter erhöht ist. Im Allgemeinen sind die Investitionskosten der konventionellen mechanischen Systeme hoch und bieten lediglich geringe Variationsmöglichkeiten in Bezug auf die Bearbeitungsarten, da sie auf einen progressiven Kraft-Weg-Verlauf beschränkt sind.
Durch die Einführung von Servoantrieben bei der Bearbeitung von Werkstücken sind die Umformprozesse sowohl bei hydraulischen als auch bei mechanischen Antrieben über einen sehr weiten Bereich regelbar. Zur Vermeidung der Nachteile der Hydraulikantriebe werden beispielsweise regelbare Servomotoren mit Rollenspindeln verbunden, die direkt im Hauptkraftfluss eingebaut werden. Dabei ist jedoch das Antriebssystem nach der höchsten Kraftspitze auszulegen und die Hubgeschwindigkeit auf die maximal mögliche Geschwindigkeit der Spindel begrenzt, die deutlich unterhalb der Verfahrgeschwindigkeit bei einem Hydraulikzylinder liegt.
Alternativ kann der Servomotor mit extrem hohem Drehmoment ohne Spindel oder Getriebestufe direkt mit einer Antriebswelle eines Exzenters oder Kniehebels verbunden werden. Dadurch entstehen extreme Spitzen Im Momentenverlauf und damit auch Spitzen im elektrischen Leistungsbedarf der Antriebe, wodurch aufwendige Energie-speicher nötig sind, die in Form von Kondensatoren oder separaten, elektrisch gespeisten Schwungrädern den technischen Aufwand des Gesamtsystems erhöhen. Schließlich muss das Gesamtsystem entsprechend der absoluten Momenten- bzw. Kraftspitzen ausgelegt werden, so dass der technische Aufwand deutlich höher anzusehen ist als tatsächlich technisch notwendig ist.
Ein Antrieb für eine Presse, bei dem die Antriebswelle ohne Spindel oder Getriebestufe angetrieben wird, ist beispielsweise bekannt aus der DE 10 2005 038 583 A1 .
Nachteilig bei den allgemein bekannten Antriebsvorrichtungen ist es, dass sie technisch aufwendig sind und/oder je nach Antriebstechnik auf einen system-bedingten Kraft-Weg-Verlauf festgelegt sind.
Die Druckschrift DE 20 2006 004 470 U1 zeigt eine Presshärtepresse mit einem Rahmen welcher einen Pressentisch umfasst sowie mit einem vertikal bewegbaren Stößel mittels eines Kniegelenkmechanismus an den Pressenrahmen gelagert und vertikal bewegbar ist.
Die Druckschrift FR 2486 451 A1 zeigt eine weitere Pressenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Antriebsvor-richtung, insbesondere zum Antreiben einer Umformvorrichtung bereitzustellen, die flexibler für unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge einsetzbar und kostengünstig ist, sowohl in der Herstellung als auch im betrieblichen Einsatz durch niedrigen Energieverbrauch.
Daher wird gemäß Anspruch 1 und einem ersten Aspekt der Erfindung eine Antriebsvorrichtung bereitgestellt, mit einer Antriebsvorrichtung, insbesondere zum Antreiben einer Umformvorrichtung, mit: mindestens einer Antriebseinheit, die eine Antriebskraft oder ein Antriebsmoment bereitstellt, einer Abtriebseinheit, die ein Eingangsglied und ein translatorisch bewegliches Ausgangsglied aufweist, wobei die Abtriebseinheit einen progressiven Kraft-Weg-Verlauf zwischen dem Eingangsglied und dem Ausgangsglied aufweist, einem Übertragungselement, das an einem Drehpunkt drehbar gelagert ist, wobei das Übertragungselement mit der Antriebseinheit derart verbunden ist, dass ein Drehmoment auf das Übertragungselement übertragbar ist, und wobei das Übertragungselement einen Eingangsanlenkpunkt und einen Ausgangsanlenkpunkt aufweist, wobei an dem Ausgangsanlenkpunkt ein Verbindungselement angelenkt Ist, das mit dem Übertragungselement einen Kniehebel bildet wobei das Verbindungselement mit dem Eingangsglied der Abtriebseinheit derart verbunden ist, dass eine Kraft auf die Abtriebseinheit übertragbar ist, wobei ein Winkel des Kniehebels für eine Ausgangsposition des Ausgangsglieds wechselbar ist, um den Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangglieds einzustellen, wobei das Übertragungselement zwei separate Übertragungsglieder aufweist, die um den Drehpunkt drehbar gelagert sind, wobei der Eingangsanlenkpunkt und der Ausgangsanlenkpunkt jeweils an einem der Übertragungsglieder ausgebildet sind, wobei die Übertragungsglieder in unterschiedlichen Verdrehwinkeln miteinander drehfest verbindbar sind.
In einer Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung ist ein Kraft-Weg-Verlauf des Übertragungselements gleichläufig oder gegenläufig zu dem Kraft-Weg-Verlauf der Abtriebseinheit wählbar, um den Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangglieds einzustellen.
Ferner wird die oben genannten Aufgabe gemäß einem zweiten Aspekt gelöst durch ein Pressenmodul für eine Umformvorrichtung mit einem translatorisch bewegbaren Stößel und mit mindestens einer Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Stößels gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die oben genannte Aufgabe wird schließlich gelöst durch ein modulares Pressensystem zum Bearbeiten von Werkstücken mit einer Mehrzahl von Pressenmodulen gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Dadurch, dass bei dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung der Winkel des Kniehebels einstellbar ist, der mit dem Ausgangsglied verbunden ist, welches einen progressiven Kraft-Weg-Verlauf aufweist, ist der Kraft-Weg-Verlauf des Übertragungselements variabel einstellbar, so dass am Ausgangsglied unterschiedliche Kraft-Weg-Verläufe bereitgestellt werden können. Dies wird dadurch erzielt, dass bei unter-schiedlichen Winkeln des Kniehebels unterschiedliche Hebelwirkungen und dadurch unterschiedliche Kraftübertragungen des Kniehebels eingestellt werden können. Durch die Kombination des Übertragungselements mit der Abtriebseinheit werden die Kraft-Weg-Verläufe der beiden Elemente überlagert, wodurch ein nahezu beliebiger Kraft-Weg-Verlauf am Ausgangsglied eingestellt werden kann.
Da bei einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung der Kraft-Weg-Verlauf des Übertragungselements gleichläufig oder gegenläufig zu dem Kraft-Weg-Verlauf der Abtriebseinheit wählbar ist, kann durch die Addition der Kraft-Weg-Verläufe des Übertragungsefements und der Abtriebseinheit ein nahezu beliebiger Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangsglieds eingestellt werden.
Es ist vorgesehen, dass das Übertragungselement zwei separate Übertragungsglieder aufweist, die um den Drehpunkt drehbar gelagert ist, wobei der Eingangsanlenkpunkt und der Ausgangsanlenkpunkt jeweils an einem der Übertragungsglieder ausgebildet sind, wobei die Übertragungsglieder in unterschiedlichen Verdrehwinkeln miteinander drehfest verbindbar sind.
Des Weiteren kann der Winkel des zweiten Kniehebels mit wenig Aufwand eingestellt werden, da die beiden Übertragungsglieder einfach relativ zueinander verdreht und in unterschiedlichen Verdrehwinkeln miteinander verbindbar sind. Dadurch wird die Handhabung des Übertragungselements im Allgemeinen und die Einstellung des Winkels des Kniehebels einfacher.
Insgesamt ist die Antriebsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt somit für unterschiedliche Bearbeitungs- bzw. Umformschritte verwendbar, wodurch die Antriebsvorrichtung flexibel einsetzbar ist. Demnach wird die Aufgabe der Erfindung vollständig gelöst.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ausgangsanlenkpunkt des Verbindungselements mit dem Eingangsglied des Abtriebs verbunden und eine Länge des Verbindungselements bzw. ein Abstand zwischen dem Ausgangslenkpunkt und dem Eingangsglied einstellbar.
Dadurch lässt sich der Winkel des Kniehebels und somit ein Hebel des Kniehebels Uber den Arbeitshub mit geringem Aufwand einstellen, wodurch der Kraft-Weg-Verlauf des Übertragungselements mit geringem Aufwand einstellbar ist.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Drehpunkt des Übertragungselements relativ zu der Abtriebseinheit versetzbar ausgebildet ist.
Dadurch lässt sich der Winkel des Kniehebels verändern und somit ein Hebel des Übertragungsgliedes Uber den Arbeitshub einstellen, wobei gleichzeitig das Übertragungsglied und das Verbindungselement technisch weniger aufwendig gefertigt werden können.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn eine Winkelposition des Ausgangsanlenkpunkts für die Ausgangsposition des Ausgangsglieds wechselbar ausgebildet ist.
Dadurch lässt sich alternativ der Winkel des Kniehebels einstellen, wodurch unterschiedliche Kraft-Weg-Verläufe des Übertragungselements einstellbar sind.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Ausgangsanlenkpunkt an einer Exzenterdrehscheibe an dem Übertragungselement gelagert ist, um den Winkel des Kniehebels einzustellen. Dabei ist die Exzenterdrehscheibe vorzugsweise in unterschiedlichen Drehpositionen an dem Übertragungselement festlegbar.
Dadurch lässt sich der Winkel mit einem hohen Freiheitsgrad und mit geringem Aufwand einstellen.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Eingangsanlenkpunkt an einer Exzenterscheibe an dem Übertragungselement gelagert ist, um den zweiten Kniehebe! einzustellen. Dabei ist die Exzenterdrehscheibe vorzugsweise in unterschiedlichen Drehpositionen an dem Übertragungselement festlegbar, um den Winkel des zweiten Kniehebels einzustellen.
Dadurch kann der Winkel des zweiten Kniehebels stufenlos eingestellt werden, wodurch die Variation des Kraftwegverlaufs des Ausgangsglieds flexibler und mit geringem Aufwand einstellbar ist.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Verbindungselement an der Abtriebseinheit mittels einer Exzenterdrehscheibe gelagert ist, um den Winkel des Knie-hebels einzustellen. Dabei ist die Exzenterdrehscheibe vorzugsweise in unterschiedlichen Rotationspositionen an der Abtriebseinheit festlegbar, um die unterschiedlichen Lagerpositionen zu realisieren.
Dadurch kann der Winkel des Kniehebels mit geringem Aufwand eingestellt werden, wodurch die Flexibilität bei der Einstellung des Kraftwegverlaufes des Ausgangsglieds weiter erhöht werden kann.
In einer besonderen Ausführungsform ist der Ausgangsanlenkpunkt des Übertragungselements, der Eingangsanlenkpunkt des Übertragungselements und das Verbindungselement an der Abtriebseinheit jeweils mittels einer Exzenterdrehscheibe gelagert, so dass eine vielseitig variable Einstellung des Kraftwegverlaufes der Antriebsvorrichtung im Allgemeinen bereitgestellt werden kann.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn an dem Übertragungselement ein Eingangsanlenkpunkt ausgebildet ist, an dem ein Eingangsverbindungselement angelenkt ist, das mit dem Übertragungselement einen zweiten Kniehebel bildet.
Dadurch lässt sich mit technisch geringem Aufwand ein großes Drehmoment auf das Übertragungselement übertragen.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn ein Winkel zwischen dem Eingangsanienkpunkt und dem Ausgangsanlenkpunkt wechselbar oder einsteilbar ausgebildet ist.
Dadurch lassen sich weitere Kraft-Weg-Verläufe des Übertragungsglieds einstellen, wodurch insgesamt die Variabilität des Kraft-Weg-Verlaufs des Ausgangsglieds erhöht wird.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn an dem Übertragungselement eine Linearverstelleinrichtung ausgebildet ist, an der der Eingangsanlenkpunkt gelagert ist. Dadurch lässt sich der Hebel des zweiten Kniehebels einfach einstellen, wodurch der Kraft-Weg-Verlauf der Antriebsvorrichtung weiter variiert werden kann.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Antriebseinheit ein Antriebsmoment bereitstellt, wobei die Antriebseinheit direkt oder mittels einer Pleuelstange mit dem Übertragungselement verbunden ist.
Dadurch kann das Drehmoment auf das Übertragungselement mit geringem mechanischen Aufwand übertragen werden, wodurch gleichzeitig eine besonders kompakte Bauform möglich ist.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Antriebseinheit einen Exzenterantrieb aufweist.
Dadurch lässt sich die Antriebsvorrichtung mittels eines durchlaufenden Elektromotors antreiben.
Es ist alternativ bevorzugt, wenn die Antriebseinheit einen Spindelantrieb aufweist.
Dadurch lässt sich präzise eine große Kraft auf das Übertragungselement übertragen.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Antriebseinheit mit dem Eingangsanlenkpunkt mittels einer Verbindungseinheit verbunden ist, die wenigstens eine Pleuelstange aufweist.
Dadurch lässt sich mit technisch geringem Aufwand die Kraft von der Antriebseinheit auf das Übertragungselement übertragen, wobei sich gleichzeitig mit technisch geringem Aufwand der zweite Kniehebel realisieren lässt.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Verbindungseinheit einen Hebel aufweist, der mit dem Eingangsanlenkpunkt verbunden ist.
Dadurch kann mit technisch geringem Aufwand eine präzise Kraft auf das Übertragungselement ausgeübt werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Hebelarm des Hebels einstellbar ausgebildet ist.
Dadurch lässt sich mit technisch geringem Aufwand die von dem Ausgangsglied bereitgestellte Maximal-Kraft einstellen.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Hebel als einseitiger Hebel ausgebildet ist.
Dadurch kann der Hebelarm und somit die Kraftübertragung variiert werden, ohne dass die Bewegungsrichtung des Eingangsanlenkpunkts verändert wird.
Es ist alternativ bevorzugt, wenn der Hebel als zweiseitiger Hebel ausgebildet ist.
Dadurch kann die Bewegungsrichtung des Eingangsanlenkpunkts und somit des Ausgangsgliedes verändert werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Hebel als Dreieckshebel ausgebildet ist, der zwei Anlenkpunkte und einen Lagerpunkt aufweist, die zusammen ein Dreieck aufspannen.
Dadurch lässt sich mit technisch einfachen Mitteln das Verhältnis der Kraft des Antriebs zur Krafteinleitung in den Eingangsanlenkpunkt während des Hubs variieren, wodurch der Kraft-Weg-Verlauf zusätzlich variabel einstellbar, insbesondere geglättet wird.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Verbindungseinheit ein zweites drehbar gelagertes Übertragungselement mit zwei Anlenkpunkten aufweist, wobei ein Winkel zwischen den Anlenkpunkten wechselbar ist.
Dadurch kann der Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangsgliedes noch präziser eingestellt werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Abtriebseinheit ein Kniegelenk aufweist.
Dadurch lässt sich mit technisch geringem Aufwand eine präzise und direkte Kraftübertragung auf das Ausgangsglied realisieren.
Es ist alternativ bevorzugt, wenn die Abtriebseinheit durch einen Exzenter gebildet ist.
Dadurch lässt sich mit technisch einfachen Mitteln in kompakter Bauform die Abtriebseinheit realisieren.
Insgesamt lassen sich durch die unterschiedlichen Variationen der Antriebsvorrichtung verschiedene Kraft-Weg-Verläufe des Ausgangsgliedes einstellen, wodurch insgesamt die Variabilität der Antriebsvorrichtung für unterschiedliche Arbeitsschritte, insbesondere zum Umformen von Werkstücken, einsetzbar ist. Dabei lassen sich unterschiedliche große Kräfte konstant oder linear ansteigend über den Arbeitshub oder aber progressiv, das heißt mit einem exponentiellen Kraftverlauf über den Arbeitshub einstellen. Die von der Antriebseinheit bereitzustellende Kraft bzw. das Drehmoment bleibt trotz der unterschiedlichen Kennlinien über den gesamten Hubverlauf konstant, Leistungsspitzen treten nicht auf. Dadurch, dass die unterschiedlichen Kraft-Weg-Verläufe lediglich durch mechanische Einstellung der Antriebsvorrichtung einstellbar sind, sind die Varianten mit vergleichsweise kleinen und energieeffizienten Antriebseinheiten realisierbar, wobei gleichzeitig die Vorteile des mechanischen Antriebs und der mechanischen Kraftübertragung, in Bezug auf eine direkte Kraftwirkung mit hoher Steifigkeit und sparsamen Energieeinsatz, genutzt werden können.
Somit kann eine Antriebsvorrichtung für unterschiedliche Bearbeitungsverfahren verwendet werden, wobei die Vorteile der unterschiedlichen Kraftübertragungen ausgenutzt wurden.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung zum Antreiben einer Umformvorrichtung;
Fig. 2a bis d: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Antriebsvorrichtung in unterschiedlichen Positionen und einem entsprechenden progressiven Kraft-Weg-Verlauf;
Fig. 3a bis d: die Ausführungsform der Antriebsvorrichtung aus Fig. 2a bis d mit alternativem Übertragungselement und eine zugehörige flache Kraft-Weg-Kennlinie;
Fig. 4a bis d: eine weitere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mit versetzbarem Übertragungselement und verschiedenen Eingangsanlenkpunkten und zugehörige Kraft-Weg-Kennlinien;
Fig. 5a bis d: eine weitere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mit Dreieckshebel und zugehörige Kraft-Weg-Kennlinien;
Fig. 6a bis d: eine weitere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mit variablem Eingangshebel und zugehörige Kraft-Weg-Kennlinien;
Fig. 7a bis d: eine Einstellung der Antriebsvorrichtung aus Fig. 6a bis c mit verkürztem Hub zugunsten hoher Kraft und eine zugehörige Kraft-Weg-Kennlinie;
Fig. 8: eine besondere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mit längenverstellbarer Ausgangspleuelstange;
Fig. 9: eine Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mit zweiseitigem Eingangshebel mit variablem Hebelarm und festem Widerlager sowie zwei separaten scheibenförmigen Übertragungsgliedern;
Fig. 10: eine Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mit zweiseitigem Eingangshebel und variablem Widerlager;
Fig. 11: eine Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mit zweiseitigem Eingangshebel mit variablem Hebelarm und festem Widerlager;
Fig. 12: eine Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mit einem Dreieckshebel als Eingangshebel und oberem Lagerpunkt;
Fig. 13: eine Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mit Dreieckshebel und unterem Lagerpunkt;
Fig. 14a, b: eine detaillierte Darstellung einer konstruktiven Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mit stufenloser Verstellung in der Einstellung eines progressiven Kraft-Weg-Verlaufs;
Fig. 15a, b: eine detaillierte Darstellung der Antriebsvorrichtung aus Fig. 14a, b; in der Einstellung eines konstanten Kraft-Weg-Verlaufs;
Fig. 16a bis g: Ausführungsformen der Antriebsvorrichtung mit zwei drehbar gelagerten Übertragungselementen bzw. mit einer Scheibe als Eingangsglied der Abtriebseinheit;
Fig. 17: eine Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mit einem Exzenter als Abtriebseinheit;
Fig. 18: eine Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mit Exzenter als Antriebseinheit;
Fig. 19: eine Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mit direktem Momentantrieb;
Fig. 20: eine Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mit einem Momentenmotor, der über eine Pleuelstange mit der Übertragungseinheit verbunden ist;
Fig. 21: Kraft-Weg-Verläufe von unterschiedlichen Einstellungen der Antriebsvorrichtung;
Fig. 22: eine detaillierte Darstellung des einstellbaren Übertragungselements aus Figur 16f und g; und
Figur 23: eine Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mit exzentrisch drehbar gelagerten Anlenkpunkten.

In Fig. 1 ist eine Antriebsvorrichtung schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Die Antriebsvorrichtung 10 dient dazu, eine Umformvorrichtung 12 anzutreiben. Zusammen bilden die Antriebsvorrichtung 10 und die Umformvorrichtung 12 ein Modul, insbesondere ein Pressenmodul.
Die Antriebsvorrichtung 10 weist eine Antriebseinheit 14 und eine Abtriebseinheit 16 auf. Die Antriebseinheit 14 ist über ein Übertragungselement 18 mit der Abtriebseinheit 16 verbunden. Die Abtriebseinheit 16 ist in dieser Ausführungsform als Kniehebel ausgebildet, der allgemein über ein Eingangsglied 20 mit dem Übertragungselement 18 mechanisch verbunden ist. Die Abtriebseinheit 16 weist ferner allgemein ein Ausgangsglied 22 auf, das linear bzw. translatorisch bewegbar ist und in der hier schematisch dargestellten Anwendung mit einem Stößel 24 verbunden ist, der ein Unterteil eines Werkzeugs 24 in der Umformvorrichtung 12 trägt.
Das Übertragungselement 18 ist um einen Drehpunkt 26 drehbar gelagert. Das Übertragungselement 18 weist einen ersten Anlenkpunkt 28 auf, der einen Ausgangsanlenkpunkt 28 des Übertragungselements 18 bildet. Das Übertragungselement 18 weist ferner einen zweiten Anlenkpunkt 30 auf, der einen Eingangsanlenkpunkt 30 des Übertragungselements 18 bildet. Der Eingangsanlenkpunkt 30 ist über ein Eingangsverbindungselement 32 mit der Antriebseinheit 14 verbunden. Der Ausgangsanlenkpunkt 28 ist über ein Ausgangsverbindungselement 34 mit der Abtriebseinheit 16 bzw. mit dem Eingangsglied 20 der Abtriebseinheit 16 verbunden.
Die Antriebseinheit 14 ist als Spindelantrieb 14 ausgebildet und überträgt über das Eingangsverbindungselement 32, das in dieser besonderen Ausführungsform als Pleuelstange ausgebildet ist, eine Kraft auf den Eingangsanlenkpunkt 30, wobei die Kraft in Fig. 1 schematisch durch einen Pfeil 36 dargestellt ist. Alternativ kann der Eingangsanlenkpunkt 30 auch direkt mit der Spindel des Spindelantriebs 14 verbunden sein. Dadurch wird ein Drehmoment auf das drehbar gelagerte Übertragungselement 18 übertragen, wobei das Drehmoment schematisch durch einen Pfeil 38 dargestellt ist. Das Drehmoment 38 wird über das Ausgangsverbindungselement 34 auf das Eingangsglied 20 übertragen, so dass eine entsprechende Kraft auf das Ausgangsglied 22 übertragen wird, um den Stößel 24 zu bewegen, wie es durch einen Pfeil 40 schematisch dargestellt ist. Die Abtriebseinheit 16 ist in dieser Ausführungsform als Kniehebel ausgebildet und weist einen progressiven Kraft-Weg-Verlauf zwischen dem Eingangsglied 20 und dem Ausgangsglied 22 auf. Mit anderen Worten nimmt die auf den Stössel 24 ausgeübte Kraft mit zunehmendem Arbeitshub zu. Dies ist bedingt durch die besondere Hebelwirkung des Kniehebels 16. Alternativ kann die Antriebseinheit 14 auch ein servogeregelter Hydraulikzylinder sein.
Das Ausgangsverbindungselement 34, das an dem Ausgangsanlenkpunkt 28 angelenkt ist, bildet zusammen mit dem an dem Drehpunkt 26 drehbar gelagerten Übertragungselement 18 einen Ausgangskniehebel 42, der einen charakteristischen Kraft-Weg-Verlauf aufweist. Der Kraft-Weg-Verlauf ist über einen Winkel 44 des Kniehebels 42 des Ausgangsanlenkpunkts 28 einstellbar. Der Winkel 44 ist für eine bestimmte Ausgangsposition des Ausgangsglieds 22 bzw. für eine vordefinierte Position des Ausgangsglieds 22 einstellbar bzw. wechselbar, so dass ein Arbeitshub der Antriebsvorrichtung 10 bei den unterschiedlichen Einstellungen mit unterschiedlichen Werten des Winkels 44 beginnt. Dadurch lassen sich Kraft-Weg-Verläufe des Übertragungselements 18 einstellen, die gleichläufig oder gegenläufig zu dem Kraft-Weg-Verlauf der Abtriebseinheit 16 verlaufen, so dass im Ergebnis unterschiedliche Kraft-Weg-Verläufe des Ausgangsglieds 22 einstellbar sind.
Das Eingangsverbindungselement 32, das an dem Eingangsanlenkpunkt 30 angelenkt ist, bildet zusammen mit dem Übertragungselement 18 einen Eingangskniehebel 46. Der Eingangskniehebel 46 weist einen Winkel 48 auf, der zwischen dem Eingangsverbindungselement 32 und dem Drehpunkt 26 an dem Eingangsanlenkpunkt 30 gebildet ist.
Sofern der Winkel 44 auf einen kleinen Wert in einer Ausgangsposition des Ausgangsglieds 22 eingestellt wird, beginnt der Arbeitshub des Verbindungselements 34 mit einer großen Kraft (umgekehrter Kniehebel), die über den Arbeitshub abfällt und bei einem Winkel 44 von ca. 90° mit einem geringen Wert endet. Durch diesen degressiven Kraft-Weg-Verlauf entsteht in der Summe mit dem progressiven Verlauf des Kniehebels 16 ein Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangsglieds 22, der wannenförmig, konkav, verläuft, mit höheren Kräften am Anfang und am Ende und einem Tiefpunkt im mittleren Bereich. Durch entsprechende Einstellung des Winkels 48 im Krafteingangsbereich des Übertragungselements 18, nämlich 90 ° bei ca. halbem Hub, wirkt auf das Übertragungselement ein größtes Moment im mittleren Bereich, wohingegen es am Anfang und am Ende des Hubs ein Minimum erreicht. Durch die Überlagerung dieses konvexen Momentenverlaufs mit dem vorstehend geschilderten konkaven Verlauf der nachfolgenden kombinierten Elemente wird der Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangsglieds 22 stark geglättet und kommt über einen weiten Hubbereich einem konstanten Verlauf relativ nahe. Ausnahmen bilden die extremen Stellungen, insbesondere das Hubende, da bei gestreckter Lage die Kraft des Kniehebels gegen unendlich geht. Gegebenenfalls sollte deshalb der Hub vorher beendet werden. Wird hingegen der Winkel 44 auf einen Wert von ca. 90° in einer Ausgangsposition des Ausgangsglieds 22 eingestellt, beginnt der Arbeitshub des Verbindungselements 34 mit einer kleinen Kraft, die über den Arbeitshub zunimmt und bei einem Winkel 44 von nahe 180° mit einem Maximum endet. Dieser progressive Verlauf verstärkt den ebenfalls progressiven Verlauf des Ausgangsglieds 22. Dadurch entsteht im Ergebnis ein stark progressiver, am Ende des Arbeitshubs extrem ansteigender Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangsglieds 22, wie es im Folgenden näher erläutert ist. Dieser Verlauf kann durch eine Variation des Winkels 48 wiederum zusätzlich beeinflusst, nämlich nochmals verstärkt oder abgeschwächt werden.
Im Ergebnis kann somit der Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangsglieds 22 in Abhängigkeit des Winkels 44 für eine Ausgangsposition des Ausgangsglieds 22 verschiedenartig eingestellt werden, wodurch die Antriebsvorrichtung 10 für unterschiedliche Arbeitsschritte einsetzbar ist. Durch Kombination mit dem variabel einstellbaren zusätzlichen Winkel 48 ist der Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangsglieds 22 fast beliebig einstellbar.
In Fig. 2a bis c ist eine Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 10 für unterschiedliche Positionen des Arbeitshubs S schematisch dargestellt und wobei in Fig. 2d der resultierende Kraft-Weg-Verlauf dieser Ausführungsform dargestellt ist. Bei der Ausführungsform aus Fig. 2a bis c ist das Übertragungselement 18 als starrer, einstückiger Dreieckshebel ausgebildet, bei dem der Winkel 44 in einer Ausgangsposition des Ausgangsgliedes 22 etwa 90° aufweist. Der Winkel 48 des Eingangskniehebels 46 ist in der Ausgangsposition etwa 45°. Der Eingangsanlenkpunkt 30, der Ausgangsanlenkpunkt 28 und der Drehpunkt 26 spannen einen Winkel von etwa 100° auf.
Die drei unterschiedlichen Positionen des Arbeitshubs S sind in den Figuren 2a bis c dargestellt und die unterschiedlichen Positionen der Figuren 2a bis c sind in dem Diagramm in Fig. 2d entsprechend mit S1, S2 und S3 gekennzeichnet.
Durch die besondere Hebelwirkung des Eingangsanlenkpunkts 30 und des Ausgangsanlenkpunkts 28 in den drei Positionen des Arbeitshubs S aus Fig. 2a bis c, ergibt sich ein stark progressiver bzw. ansteigender Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangsglieds 22, der in Fig. 2d dargestellt ist. In Fig. 2d sind die einzelnen Positionen des Arbeitshubs, die in den Figuren 2a bis c dargestellt sind, entsprechend mit S1, S2 und S3 gekennzeichnet. Daraus ergibt sich, dass sich die Kraft, die durch aus Ausgangsglied 22 übertragen wird, für den Arbeitshub S1 und S2 aus den Figuren 2a und b nur geringfügig unterscheidet, da die Hebelwirkung in den beiden Drehpositionen des Übertragungselements 18 sich lediglich geringfügig ändert, wohingegen die Kraft für den Arbeitshub S3, der der Position aus Fig. 2c entspricht, deutlich größer ist, da hier der Hebel des Eingangskniehebels 46 besonders günstig ist und der Hebel des Ausgangskniehebels 42 besonders flach gestreckt ist.
Figuren 3a bis c zeigen die Antriebsvorrichtung 10 in drei unterschiedlichen Positionen des Arbeitshubs S und Fig. 3d zeigt einen zugehörigen Kraft-Weg-Verlauf für die drei Positionen des Arbeitshubs S. Die Antriebsvorrichtung 10 entspricht der Antriebsvorrichtung aus den Figuren 2a bis c, wobei das Übertragungselement 18 mit geänderten Winkeln 44, 48 des Ausgangskniehebels 42 und des Eingangskniehebels 46 ausgebildet ist. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Das Übertragungselement 18 ist in dieser Ausführungsform als einstückiges starres Element ausgebildet, bei dem der Eingangsanlenkpunkt 30, der Ausgangsanlenkpunkt 28 und der Drehpunkt 26 einen Winkel von etwa 190° aufspannen. In der in Fig. 3a dargestellten Ausgangsposition des Arbeitshubs, der mit S1 bezeichnet ist, ist der Winkel 44 des Ausgangskniehebels 42 sehr klein und der Winkel 48 des Eingangskniehebel 46 etwa 90°. Dadurch wird in dieser Position des Arbeitshubs S1 von dem Übertragungselement 18 eine große Kraft übertragen. In der Position des Arbeitshubs, die in Fig. 3b dargestellt ist und mit S2 bezeichnet ist, sind der Winkel 44 und der Winkel 48 im Zwischenbereich, so dass von dem Übertragungselement 18 eine mittlere Kraft übertragen wird und in der Position des Arbeitshubs, die in Fig. 3c dargestellt ist und mit S3 bezeichnet ist, ist der Winkel 44 bei 90° und der Winkel 48 sehr groß, wodurch der resultierende Hebelarm des Antriebs 14 zum Drehpunkt 26 also sehr klein ist, so dass eine geringe Kraft von dem Übertragungselement 18 übertragen wird. Dieser Kraft-Weg-Verlauf des in den Figuren 3a bis c dargestellten Übertragungselements 18 ist in etwa gegenläufig zu dem progressiven Kraft-Weg-Verlauf der Abtriebseinheit 16 ausgebildet, so dass sich in der Summe über eine weite Strecke ein etwa linearer Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangsglieds 22 ergibt. Dieser Kraft-Weg-Verlauf ist für die drei Positionen des Arbeitshubs S1, S2, S3 in Fig. 3d dargestellt.
Die in den Figuren 2a bis c und 3a bis c dargestellte Übertragungselemente 18 sind als starre einstückige Elemente mit einem festen Winkel zwischen dem Eingangsanlenkpunkt 30 und dem Ausgangsanlenkpunkt 28 ausgebildet, so dass ein Wechsel des Winkels 44 des Ausgangskniehebels 42 lediglich durch Austausch des Übertragungselements 18 erfolgen kann.
In Fig. 4a bis c ist eine alternative Ausführungsform des Übertragungselements 18 in unterschiedlichen Einbaupositionen und in unterschiedlichen Positionen des Arbeitshubs S dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Das Übertragungselement 18 ist als starres Element ausgebildet und weist in dieser Ausführungsform eine Halbkreisscheibenform auf. Das Übertragungselement 18 weist vier Anschlusspositionen auf, die als runde Ausnehmungen ausgebildet sind. Die Anschlusspositionen dienen dazu, das Eingangsverbindungselement 32 in unterschiedlichen Positionen mit dem Übertragungselement 18 zu verbinden bzw. an den unterschiedlichen Positionen anzulenken, um unterschiedliche Winkel des Ausgangskniehebels 42 oder des Eingangskniehebels 46 zu realisieren. Eine der Anschlusspositionen dient dazu, das Übertragungselement 18 an unterschiedlichen Positionen drehbar zu lagern und entsprechend den Drehpunkt 26 zu bilden.
In den Figuren 4a bis c sind jeweils zwei unterschiedliche Anschluss- bzw. Lagermöglichkeiten des Übertragungselements 18 dargestellt, wobei eine erste Anschlussvariante mit durchgezogenen Linien dargestellt ist und eine zweite Anschlussvariante mit gestrichelten Linien dargestellt ist.
In der ersten Anschlussvariante sind der Eingangsanlenkpunkt 30 und der Ausgangsanlenkpunkt 28 relativ zu dem Drehpunkt 26 in einem Winkel von etwa 190° zueinander angeordnet, so dass in der in Fig. 4a dargestellten Ausgangsposition des Arbeitshubs S1 der Winkel 44 des Ausgangskniehebels 42 etwa 90° beträgt und der Winkel 48 des Eingangskniehebels 46 einen stumpfen Winkel von etwa 120° aufweist.
In der zweiten (gestrichelt dargestellten) Anschlussvariante ist das Übertragungselement 18 nach rechts zu dem Abtriebseinheit 16 hin versetzt an dem Drehpunkt 26' drehbar gelagert, wobei der Eingangsanlenkpunkt 30' gegenüber der ersten Anschlussvariante um etwa 90° versetzt ist, so dass in der in Fig. 4a dargestellten Ausgangsposition des Arbeitshubs S1 der Winkel 44' des Ausgangskniehebels 42' ein spitzer Winkel von etwa 30° ist und der Winkel 48' des Eingangskniehebels 46 etwa 90°.
In Fig. 4d sind zwei Kraft-Weg-Verläufe für die beiden Einbauvarianten des Übertragungselements 18 entsprechend mit einer durchgezogenen und einer gestrichelten Linie dargestellt. Durch die besondere Einstellung der Winkel 44, 48 über die in den Figuren 4a bis c dargestellten Arbeitshubpositionen S1, S2, S3, weist das Übertragungselement 18 in der ersten Einbauvariante einen progressiven Kraft-Weg-Verlauf auf, so dass im Ergebnis der Gesamt-Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangsglieds 22, der in Fig. 4d dargestellt ist, einen progressiven Verlauf aufweist. Im Gegensatz dazu weist in der zweiten Einbauvariante das Übertragungselement 18 einen Kraft-Weg-Verlauf auf, der zu dem progressiven Kraft-Weg-Verlauf der Abtriebseinheit 16 gegenläufig ist bzw. mit anderen Worten in der Position S1 eine große Kraftübertragung, in der Position S2 eine mittlere Kraftübertragung, in der Position S3 eine geringe Kraftübertragung ermöglicht, so dass im Ergebnis der Gesamt-Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangsglieds 22 über den Arbeitshub zwischen S1 und S3 im Wesentlichen konstant verläuft, wie es in Fig. 4d dargestellt ist.
Durch die besondere Ausführungsform des in den Figuren 4a bis c dargestellten Übertragungselements 18 mit den unterschiedlichen Anschlusspositionen für den Anlenkpunkt 30 bzw. den Drehpunkt 26, kann das Übertragungselement 18 so eingebaut bzw. angeschlossen werden, dass unterschiedliche Kraft-Weg-Verläufe des Ausgangsglieds 22 einstellbar sind.
In den Figuren 5a bis c ist eine Variante der Antriebsvorrichtung 10 aus den Figuren 4a bis c mit einem zusätzlichen Zwischenhebel, der zwischen der Antriebseinheit 14 und dem Eingangsanlenkpunkt 30 geschaltet ist, schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
In den Figuren 5a bis c ist eine erste Variante mit durchgezogenen Linien dargestellt, bei der die Antriebseinheit 14 mit einem einseitigen Dreieckshebel 50 verbunden ist, um die eingeleitete Kraft 36 auf den Eingangsanlenkpunkt 30 zu übertragen. Der Dreieckshebel 50 ist als einseitiger Hebel ausgebildet und weist einen Lagerpunkt 52 und zwei Anlenkpunkte 54, 56 für eine Pleuelstange der Antriebseinheit 14 bzw. für eine Abtriebspleuelstange zum Verbinden mit dem Übertragungselement 18 auf.
In den Figuren 5a bis c ist eine zweite Anschlussvariante ohne den Dreieckshebel 50 mit gestrichelten Linien dargestellt, die im Wesentlichen der zweiten Anschlussvariante aus den Figuren 4a bis c entspricht.
Durch den Dreieckshebel 50 wird die Eingangskraft 36 in ihrer Wirkung auf den Eingangsanlenkpunkt 30 zusätzlich zur Variation des Krafteinwirkungswinkels 48 noch verändert durch das in Bezug auf den Hebeldrehpunkt 52 unterschiedliche Verhältnis der resultierenden Hebelarme der Kraftrichtung 36 und des Verbindungspleuels zwischen den Anlenkpunkten 56 und 30. In der Arbeitshubposition S1 ist der Hebelarm der Antriebskraft 36 in Bezug auf den Hebeldrehpunkt 52 größer als der resultierende Hebelarm des Verbindungspleuels. Dadurch wird die Eingangskraft 36 in ihrer Wirkung auf den Eingangsanlenkpunkt 30 verstärkt. In der Arbeitshubposition S3 ist das Verhältnis umgekehrt, die Eingangskraft 36 wird also in ihrer Wirkung reduziert. In der Arbeitshubposition S2 ist das Verhältnis ausgeglichen. Dadurch wird in der Gesamtsummierung die Kraft in der Abtriebseinheit 16 in der ersten Hälfte des Arbeitshubs erhöht, in der zweiten Hälfte reduziert gegenüber der Ausführung ohne den Dreieckshebel 50. Somit ergibt sich über einen großen Bereich des Arbeitshubs ein konstanter Kraft-Weg-Verlauf, wie er in Fig. 5d mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist. Im Vergleich dazu weist die Anschlussvariante ohne den Dreieckshebel 50 einen über denselben Arbeitshub linear ansteigenden Kraft-Weg-Verlauf auf, wie es ebenfalls (als gestrichelte Linie) in Fig. 5d dargestellt ist.
In den Figuren 6a bis c ist eine weitere Variante der Antriebsvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Die Antriebseinheit 14 ist dabei über einen variablen einseitigen Hebel 60 mit dem Eingangsanlenkpunkt 30 des Übertragungselements 18 verbunden. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
In den Figuren 6a bis c sind zwei Anschlussvarianten des einseitigen Hebels 60 dargestellt, wobei eine Variante mit kleinem Hebel mit durchgezogenen Linien dargestellt ist und eine zweite Anschlussvariante mit großem Hebel mit gestrichelten Linien dargestellt ist.
Der einseitige Hebel 60 ist an einem Lagerpunkt 62 einseitig gelagert und weist einen Ausgangsanlenkpunkt 64 auf, der einen festen Hebelweg zu dem Lagerpunkt 62 bildet und weist ferner einen Eingangsanlenkpunkt 66 auf, der mit der Antriebseinheit 14 verbunden ist, wobei der Eingangsanlenkpunkt 66 variabel bzw. verschieblich ausgebildet ist, so dass der Hebel des Eingangsanlenkpunkts 66 relativ zu dem Lagerpunkt 62 variiert werden kann.
In Fig. 6d sind zwei Kraft-Weg-Verläufe der beiden Anschlussvarianten aus den Figuren 6a bis c für die unterschiedlichen Arbeitshubpositionen S1, S2, S3 dargestellt, wobei die Variante mit kleinem Hebel des einseitigen Hebels 60 mit einer durchgezogenen Linie und die zweite Variante mit großem Hebel des einseitigen Hebels 60 als gestrichelte Linie dargestellt ist. Durch die Variation des Hebels bzw. der Hebelwirkung des einseitigen Hebels 60 kann die von der Antriebsvorrichtung 10 übertragene Maximal-Kraft variiert werden, wobei wie es in Fig. 6d dargestellt ist, die Kraft-Weg-Kennlinie lediglich parallel verschoben ist. Dadurch ergibt sich eine weitere Variationsmöglichkeit zur Verwendung der Antriebsvorrichtung 10.
In den Figuren 7a bis c ist eine weitere Einstellungsvariante der Antriebsvorrichtung 10 mit dem einseitigen Hebel 60 dargestellt. Dabei ist das Übertragungselement 18 gegenüber den Varianten aus Fig. 6a bis c noch näher zu der Abtriebseinheit 16 hin versetzt drehbar gelagert. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Durch den Versatz des Übertragungselements 18 ist der Arbeitshub S des Ausgangsglieds 22 verkürzt. Die Ausgangsposition des Ausgangsglieds 22 liegt in einem Bereich, in dem die Abtriebseinheit 16 wegen ihres progressiven Verlaufs bereits eine hohe Anfangskraft entwickelt. Durch den kleinen Wert des Winkels 44 (umgekehrter Kniehebel) überträgt das Übertragungselement 18 beim Start eine hohe Kraft über den Ausgangsanlenkpunkt 28 auf die Abtriebseinheit 16, die im Verlauf des Arbeitshubs degressiv abnimmt. Im Zusammenspiel mit dem in Fig. 1 bereits beschriebenen Einfluss des Winkels 48 im Krafteinleitungsbereich des Übertragungselements 18 entsteht ein nahezu konstanter Kraft-Weg-Verlauf, wie bereits anhand der Fig.3 a-d beschrieben, allerdings auf einem höheren Kraftniveau, unter Inkaufnahme eines kürzeren Arbeitshubs. Durch den einseitigen Hebel 60 kann die Grundübersetzung der Krafteinleitung in den Eingangsanlenkpunkt 30 im Übertragungselement 18, wie bereits anhand Fig. 6 a-d beschrieben, variiert und die Gesamtkraft damit nochmals verstärkt werden. Im Ergebnis kann dadurch eine hohe Kraft über einen verkürzten Arbeitshub S eingestellt werden, wie es in Fig. 7d dargestellt ist.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 10 mit einem längenverstellbaren Ausgangsverbindungselement 34. Damit wird die gleiche Wirkung erzielt wie mit der Versetzung des Drehpunkts 26 des Übertragungselements 18, nämlich die Variation des Winkels 44. Der Drehpunkt 26 kann deshalb bei dieser Ausführungsform fix bleiben. Eine erste Variante mit kurzem Verbindungselement ist in Fig. 8 mit durchgezogenen Linien dargestellt, wohingegen eine zweite Variante mit verlängertem Verbindungselement mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Das Übertragungselement 18 ist als starre einstückige Scheibe ausgebildet, die an dem Drehpunkt 26 drehbar gelagert ist. Das Übertragungselement 18 weist drei Anschlusspunkte auf, an denen das Eingangsverbindungselement 32 an zwei unterschiedlichen Positionen anlenkbar ist, um den Winkel 48 des Eingangskniehebels 46 einzustellen, und das Ausgangsverbindungselement 34 am Ausgangsanlenkpunkt 28 angelenkt ist. Ferner weist das Ausgangsverbindungselement 34 ein Längeneinstellungselement 68 auf, um eine Länge des Ausgangsverbindungselements 34 zu variieren und dadurch den Winkel 44 des Ausgangskniehebels 42 einstellen zu können.
In der in Fig. 8 dargestellten ersten Anschlussvariante ist der Eingangsanlenkpunkt 30 in der äußeren Anschlussposition gebildet, wobei das Längeneinstellungselement 68 derart verkürzt ist, dass der Winkel 44 in der in Fig. 8 dargestellten Ausgangsarbeitshubposition etwa 90° beträgt und durch die Wahl der Anschlussposition des Anlenkpunkts 30 der Winkel 48 des Eingangskniehebels 46 etwa 120° aufweist. Daraus resultiert mit einfachen Mitteln ein progressiver Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangsglieds 22, welcher der Darstellung in Fig. 2d entspricht.
In der in Fig. 8 dargestellten zweiten Anschlussvariante ist der Eingangsanlenkpunkt 30' an dem Inneren der Anschlusspunkte angelenkt, so dass zwischen den beiden Punkten 28, 30' ein Winkel von etwa 30° gebildet ist. Das Längeneinstellungselement 68 ist derart verlängert, dass in der in Fig. 8 dargestellten Ausgangsstellung der Arbeitshubposition der Winkel 44' des Ausgangskniehebels 42 spitz ist und weniger als 45° aufweist. Demgegenüber ist der Winkel 48' des Eingangskniehebels 46 in dieser Arbeitshubposition etwa 90°. Aus dieser Einstellung resultiert ein etwa linearer Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangsglieds 22, welcher der Darstellung in Fig. 3d entspricht. Durch die Wahl der Anlenkpositionen an dem Übertragungselement 18 und die Wahl der Länge des Ausgangsverbindungselements 34 mittels des Längeneinstellungselements 68 lassen sich auch zwischen den Extremsituationen verschiedene Kraft-Weg-Verläufe des Ausgangsglieds 22 einstellen. In einer weiteren Ausführungsform ist auch der Ausgangsanlenkpunkt 28 in unterschiedlichen Anschlussvarianten versetzbar, um den Winkel 44 zu variieren.
In Fig. 9 ist eine alternative Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 10 schematisch dargestellt, wobei das Übertragungselement 18 aus zwei verdrehbaren Scheiben gebildet ist. Das Übertragungselement 18 weist ein Eingangsglied 70 und ein Ausgangsglied 72 auf, wobei der Eingangsanlenkpunkt 30 an dem Eingangsglied 70 und der Ausgangsanlenkpunkt 28 an dem Ausgangsglied 72 gebildet ist. Das Eingangsglied 70 und das Ausgangsglied 72 sind an dem Drehpunkt 26 drehbar gelagert. Das Eingangsglied 70 und das Ausgangsglied 72 sind relativ zueinander verdrehbar ausgebildet und sind in unterschiedlichen Verdrehwinkeln drehfest miteinander verbindbar (nicht dargestellt), um das Drehmoment 38 auf die Abtriebseinheit 16 zu übertragen. Das Eingangsglied 70 und das Ausgangsglied 72 sind in unterschiedlichen Winkelpositionen miteinander drehfest verbindbar, um unterschiedliche Winkelpositionen des Eingangsanlenkpunktes 30 und des Ausgangsanlenkpunktes 28 relativ zueinander einstellen zu können. Ferner weist das Ausgangsverbindungselement 34 das Längeneinstellungselement 68 auf, um den Winkel 44 des Ausgangskniehebels 42 entsprechend einstellen zu können.
In dieser Ausführungsform ist die Antriebseinheit 14 über einen zweiseitigen Hebel 74 mit dem Eingangsanlenkpunkt 30 verbunden, wobei ein Anlenkpunkt 76 der Antriebseinheit 14 verschieblich an dem zweiseitigen Hebel 74 gelagert ist und der zweiseitige Hebel 74 an einem Drehpunkt 78 mit festem Widerlager gelagert ist.
Bei dieser Ausführungsform ist es besonders vorteilhaft, dass die Relativdrehung der Anlenkpunkte 28, 30 durch das variable Übertragungselement 18 mit einfachen Mitteln und wenigen Handgriffen eingestellt werden kann und wobei durch das Längeneinstellungselement 68 der Winkel 44 des Ausgangskniehebels 42 mit einfachen Mitteln eingestellt werden kann. Ferner kann über den zweiseitigen Hebel die Kraft der Antriebseinheit 14 umgelenkt und die Größe der übertragbaren Kraft ebenfalls eingestellt werden.
In Fig. 10 ist eine Variante der Antriebsvorrichtung 10 aus Fig. 9 schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind. Die Antriebseinheit 14 ist über den zweiseitigen Hebel 74 mit dem Eingangsanlenkpunkt 30 verbunden, wobei in dieser Ausführungsform das Widerlager des Drehpunkts 78 verschieblich bzw. variabel ausgebildet ist und die Antriebseinheit 14 mittels eines festen Anlenkpunkts 80 an dem zweiseitigen Hebel 74 angelenkt ist. Durch die besondere Ausführungsform des zweiseitigen Hebels 74 lassen sich ebenfalls wie in der Ausführungsform gemäß Fig.9 unterschiedliche Kräfte an dem Ausgangsglied 22 einstellen.
In Fig. 11 ist eine weitere Variante der Antriebsvorrichtung 10 aus Fig. 9 schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten ausgeführt sind.
Bei der in Fig. 11 dargestellten Variante ist die Antriebseinheit 14 seitlich neben dem Übertragungselement 18 angeordnet und über den verschieblichen Anlenkpunkt 76 mit dem zweiseitigen Hebel 74 verbunden. Dadurch wird die Kraft 36, die von der Antriebseinheit 14 ausgeübt wird, in derselben Richtung auf das Übertragungselement 18 übertragen. Durch diese Ausführungsform ist eine besonders kompakte Bauform der Antriebsvorrichtung 10 im Allgemeinen möglich.
In Fig. 12 ist eine weitere Variante der Antriebsvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Die Antriebseinheit 14 ist in dieser Ausführungsform über einen Dreieckshebel 82 mit dem Eingangsanlenkpunkt 30 verbunden. Der Dreieckshebel 82 weist einen Eingangsanlenkpunkt 84 und einen Ausgangsanlenkpunkt 86 auf und ist drehbar an einem Drehpunkt 88 gelagert. In dieser Ausführungsform ist der Dreieckshebel 82 um den Drehpunkt 88 drehbar gelagert, der oberhalb des Dreieckshebels 82 gelagert ist. Dadurch wird die Kraft 36 von der Antriebseinheit 14 auf den Eingangsanlenkpunkt 30 gleichgerichtet übertragen.
In Fig. 13 ist eine Variante der Antriebsvorrichtung 10 aus Fig. 12 schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
In der Ausführungsform aus Fig. 13 ist der Dreieckshebel 82 um den Drehpunkt 88 drehbar gelagert, der unterhalb des Dreieckshebels 82 gelagert ist. Dadurch wird die Kraft 36, die von der Antriebseinheit 14 ausgeübt wird, in entgegengesetzter Richtung auf den Anlenkpunkt 30 übertragen. Mit anderen Worten wird aus einer Schubkraft eine Zugkraft und umgekehrt.
In den Figuren 14a und b ist eine detaillierte Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 10 mit einem variablen einseitigen Hebel 60 und einem variablen Übertragungselement 18 in unterschiedlichen Arbeitshubpositionen schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Der variable Hebel 60 ist drehbar um den Drehpunkt 62 gelagert. Der Ausgangsanlenkpunkt 64 ist über das Eingangsverbindungselement 32 mit dem Eingangsanlenkpunkt 30 des Übertragungselements 18 verbunden. Der Eingangsanlenkpunkt 66 ist über eine Pleuelstange mit der Antriebseinheit 14 verbunden, die in dieser Ausführungsform als Spindelantrieb 14 ausgebildet ist. Der Eingangsanlenkpunkt 66 ist mittels einer Verstellschraube 90 in axialer Richtung des einseitigen Hebels 60 verstellbar, so dass der Hebelweg, der zwischen dem Eingangsanlenkpunkt 66 und dem Ausgangsanlenkpunkt 64 bzw. dem Drehpunkt 62 wirkt, über die Verstellschraube 90 einstellbar ist. Die Verstellschraube 90 ist mit einem entsprechenden Drehbedienelement 92 verbunden, um die Handhabung zu vereinfachen bzw. zu automatisieren.
Das Übertragungselement 18 weist das Eingangsglied 70 und das Ausgangsglied 72 auf, die in unterschiedlichen Verdrehwinkeln drehfest miteinander verbindbar sind und um den Drehpunkt 26 drehbar gelagert sind. Das Eingangsglied 70 und das Ausgangsglied 72 weisen jeweils einen Zahnabschnitt 94 auf, die mittels eines Zahnrads 96 relativ zueinander verstellbar sind, um die Winkelposition einzustellen. Dadurch lässt sich die Relativposition des Eingangsanlenkpunkts 30 zu dem Ausgangsanlenkpunkt 28 mit einfachen Mitteln und vorzugsweise automatisch einstellen.
Der Drehpunkt 26 ist verschieblich gelagert und mittels einer Verstellschraube 98 relativ zu der Abtriebseinheit 16 verschieblich bzw. versetzbar ausgebildet. Die Verstellschraube 98 ist mit einem Bedienelement 100 verbunden, um die entsprechende Position des Drehpunkts 26 vorzugsweise motorisch einzustellen.
In Fig. 14a ist eine Ausgangsposition des Arbeitshubs dargestellt, bei der der Winkel 44 etwa 90° beträgt und in Fig. 14b ist eine Endposition des Arbeitshubs schematisch dargestellt, bei der der Winkel 44 des Ausgangskniehebels etwa 130° beträgt. Daraus ergibt sich ein progressiver Kraft-Weg-Verlauf.
In den Figuren 15a und b ist die detaillierte Ausführungsform aus den Figuren 14a und b in einer alternativen Einstellung in Bezug auf die Relativwinkelposition des Eingangsanlenkpunkts 30 und des Ausgangsanlenkpunkts 28 sowie des Drehpunkts 26 dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
In der in den Figuren 15a und b dargestellten Einstellung ist das Eingangsglied 70 und das Ausgangsglied 72 des Übertragungselements 18 in einer anderen Winkelposition zueinander eingestellt, so dass ein größerer Winkel von etwa 270° zwischen dem Eingangsanlenkpunkt 30 und dem Ausgangsanlenkpunkt 28 relativ zu dem Drehpunkt 26 realisiert ist. Ferner ist der Drehpunkt 26 relativ zu der Einstellung aus den Figuren 14a, b zu der Abtriebseinheit 16 hin versetzt, so dass ein kleinerer Winkel 44 des Ausgangskniehebels 42 in der Ausgangsposition aus Fig. 15a eingestellt ist. Dadurch ergibt sich ein etwa konstanter Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangsglieds 22. In Fig. 15b ist eine Endposition des Arbeitshubs für die Einstellung aus Fig. 15a dargestellt.
Im Allgemeinen lassen sich durch die drei Einstellmöglichkeiten aus der Ausführungsform aus Fig. 14 und 15 bzw. durch die drei Freiheitsgrade der Antriebsvorrichtung 10 aus den Figuren 14 und 15 eine Vielzahl von unterschiedlichen Kraft-Weg-Verläufen des Ausgangsglieds 22 einstellten, wodurch im Allgemeinen die Variationsmöglichkeit der Antriebsvorrichtung 10 verbessert und automatisierbar wird.
In Fig. 16a ist eine weitere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Das Übertragungselement 18 ist durch das Eingangsglied 70 und das Ausgangsglied 72 gebildet, die relativ zueinander verdrehbar und drehfest miteinander verbindbar sind. Das Ausgangsverbindungselement 34 weist das Längeneinstellungselement 68 auf, um den Winkel 44 entsprechend einzustellen. Die Antriebseinheit 14 ist über den zweiseitigen Hebel 74 mit einem zweiten Übertragungselement 102 verbunden, das mit dem ersten Übertragungselement 18 verbunden ist, um die von der Antriebseinheit 14 übertragene Kraft als das Drehmoment 38 auf das Übertragungselement 18 zu übertragen. Das Übertragungselement 102 weist ein Eingangsglied 104 und ein Ausgangsglied 106 auf, die drehbar an einem Drehpunkt 108 gelagert sind und die verdrehbar zueinander und drehfest miteinander verbindbar sind. An dem Eingangsglied 104 ist ein Eingangsanlenkpunkt 110 ausgebildet und an dem Ausgangsglied 106 ist ein Ausgangsanlenkpunkt 112 ausgebildet. Das Eingangsglied 104 und das Ausgangsglied 106 sind verdrehbar zueinander ausgebildet und drehfest miteinander verbindbar, um unterschiedliche Winkelpositionen des Eingangsanlenkpunkts 110 und des Ausgangsanlenkpunkts 112 relativ zueinander einzustellen. Der Eingangsanlenkpunkt 110 ist mit dem zweiseitigen Hebel 74 verbindbar bzw. verbunden, um die Kraft von der Antriebseinheit 14 auf das Übertragungselement 102 zu übertragen. Der Ausgangsanlenkpunkt 112 ist mittels einer Pleuelstange mit dem Anlenkpunkt 30 des Übertragungselements 18 verbunden, um eine Kraft von dem Übertragungselement 102 auf das Übertragungselement 18 zu übertragen. Durch diese Ausführungsform mit den zwei drehbar gelagerten und einstellbaren Übertragungselementen 18, 102 und dem zweiseitigen Hebel 74, ist der Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangsglieds 22 sehr präzise einstellbar.
In Fig. 16b ist eine Variante der Ausführungsform aus Fig. 16a dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Das Längeneinstellungselement 68 ist in dieser Ausführungsform derart eingestellt, dass der Anlenkpunkt der Abtriebseinheit 16 versetzt ist und das Ausgangsglied 22 durch eine Zugbelastung des Anlenkpunkts nach oben und eine Druckbelastung nach unten bewegt wird. Dadurch kann die Bewegungsrichtung des Ausgangsglieds 22 bei gleicher Bewegung der Antriebseinheit 14 umgekehrt werden.
In Fig. 16c ist eine weitere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 10 aus Fig. 16a dargestellt, bei der die Abtriebseinheit 16 eine Mehrzahl von unterschiedlichen Anlenkpunkten aufweist, um eine Längenverstellung und eine Kraft/Weg-Variation zu ermöglichen. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Die Abtriebseinheit 16 weist eine starre Platte oder Scheibe auf, die drehbar gelagert ist und an einem Abtriebspleuel angelenkt ist, das mit dem Ausgangsglied 22 verbunden ist und einen Kniehebel bildet. Die starre Scheibe weist eine Mehrzahl von unterschiedlichen Anlenkpunkten 113', 113", 113"' auf, an denen das Eingangsglied 20 angelenkt werden kann. Dadurch kann eine weitere Längenverstellung und somit eine entsprechende Winkelverstellung des Kniehebels realisiert werden, wodurch eine zusätzliche Kraft/Weg-Variation ermöglicht wird.
In Fig. 16d ist eine weitere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 10 schematisch dargestellt, bei der das Übertragungselement 102 mittels eines Längeneinstellungselements mit der Abtriebseinheit 16 verbunden ist, die in dieser Ausführungsform eine starre Platte oder Scheibe mit drei Anlenkpunkten aufweist und einen Kniehebel bildet. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich Besonderheiten erläutert sind.
Dadurch, dass das Übertragungselement 102 mit der starren Platte oder Scheibe der Abtriebseinheit 16 verbunden ist, kann die Bewegungsrichtung des Ausgangsglieds 22 umgekehrt werden, so dass das Ausgangsglied 22 nach oben bewegt wird, sofern der Ausgangsanlenkpunkt 112 nach oben bewegt wird, wie es durch einen Pfeil 115 angedeutet ist. Dadurch kann mit einfachen Mitteln die Bewegungsrichtung des Ausgangsglieds 22 umgekehrt werden und gleichzeitig der benötigte Bauraum für die Antriebsvorrichtung 10 reduziert werden.
In Fig. 16e ist eine weitere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Die Antriebsvorrichtung 10 aus Fig. 16e weist gegenüber der Ausführungsform aus Fig. 16d zwei Abtriebseinheiten 16, 16' auf, die durch zwei parallele Kniehebel gebildet sind und mittels einer Pleuelstange 117 miteinander verbunden sind. Die Pleuelstange 117 verbindet die beiden Abtriebseinheiten 16, 16' derart, dass die zwei Ausgangsglieder 22, 22' parallel mit dem gleichen Kraft/Weg-Verlauf bewegt werden. Dadurch kann eine gleichmäßigere Kraftverteilung auf das Werkzeug 24 erzielt werden.
In Fig. 16f ist eine weitere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 10 schematisch dargestellt, bei der der Eingangsanlenkpunkt 30 kontinuierlich linear verstellbar ist und unterschiedliche Ausgangsanlenkpunkte 28 wählbar sind. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich Besonderheiten erläutert sind.
Der Eingangsanlenkpunkt 30 ist mittels einer Linearverstelleinrichtung 119 an dem Übertragungselement 18 linear in unterschiedlichen Abständen zu dem Drehpunkt 26 verstellbar gelagert, um den Hebel des entsprechenden Eingangskniehebels 46 einzustellen. Das Übertragungselement 18 weist unterschiedliche Ausgangsanlenkpunkte 28, 28', 28" auf, um das Verbindungselement 34 an dem Übertragungselement 18 in unterschiedlichen Positionen anzulenken und den Winkel des entsprechenden Kniehebels 42 einzustellen. Das Verbindungselement 34 weist unterschiedliche Verbindungspunkte bzw. Lagerpunkte auf, um unterschiedliche Längen zwischen dem Ausgangsanlenkpunkt 28 und dem Eingangsglied 20 der Abtriebseinheit 16 einzustellen. Dazu kann das Verbindungselement 34 alternativ oder zusätzlich das Längeneinstellungselement 68 aufweisen. Die Funktionsweise der Lagerung des Verbindungselements 34 an den Ausgangsanlenkpunkten 28, 28', 28" ist im Weiteren näher erläutert.
In Fig. 16g ist eine Variante der Ausführungsform aus Fig. 16f schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich Besonderheiten erläutert sind.
Das Verbindungselement 34 weist dabei unterschiedliche Verbindungspunkte auf, um das Verbindungselement 34 an den verschiedenen Ausgangsanlenkpunkten 28, 28', 28" und eine Mehrzahl von Verbindungspunkten bzw. Lagerpunkten auf, um das Verbindungselement 34 an dem Eingangsglied der Abtriebseinheit 16 festzulegen. Die Verbindungspunkte bzw. Lagerpunkte ersetzen dabei das Längeneinstellungselement 68. Die Abtriebseinheit 16 weist ferner mehrere Anlenkpunkte 20, 20' auf, die das Eingangsglied 20, 20' der Abtriebseinheit 16 bilden können und entsprechend unterschiedlich mit dem Verbindungselement 34 verbunden werden können. Dadurch wird eine Vielzahl von Variationen der Einstellung des Winkels 44 des Kniehebels 42 möglich.
Es versteht sich, dass die Varianten aus Fig. 16f und 16g auch mit den vorherigen Ausführungsformen, insbesondere mit den parallelen Kniehebeln aus Fig. 16e kombinierbar sind.
In Fig. 17 ist eine Variante der Antriebsvorrichtung 10 aus Fig. 9 mit einer alternativen Abtriebseinheit schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Das Ausgangsverbindungselement 34 mit dem Längeneinstellungselement 68 ist mit einem Exzenter 114 verbunden, der die Abtriebseinheit der Antriebsvorrichtung 10 bildet.
Der Exzenter 114 weist das Eingangsglied 20 auf, das exzentrisch um einen Drehpunkt 116 drehbar gelagert ist und das Ausgangsglied 22 entsprechend translatorisch je nach Drehposition bewegt. Dadurch kann mit einfachen Mitteln eine Abtriebseinheit 16 gebildet werden.
In Fig. 18 ist eine alternative Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 10 schematisch dargestellt mit einer alternativen Antriebseinheit. Die Antriebsvorrichtung 10 weist einen Exzenter 118 auf, der die Antriebseinheit bildet. Der Exzenter 118 ist exzentrisch um einen Drehpunkt 120 gelagert und wird mit einem Drehmoment von einer Antriebseinheit angetrieben, so dass eine Kraft mittels des Eingangsverbindungselements 32 auf das Übertragungselement 18 übertragbar ist. Dadurch kann mit einfachen Mitteln die Antriebsvorrichtung 10 angetrieben werden. In einer einfachen Ausführungsform ist das Eingangsverbindungselement 32 des Exzenters 118 direkt mit dem Eingangsglied 20 der Abtriebseinheit verbunden und weist zusätzlich das Längeneinstellungselement 68 auf. Das Übertragungselement 18 wird dabei durch die Exzenterscheibe gebildet, wobei eine Drehbewegung des Exzenters 118 direkt auf das Eingangsglied 20 wirkt. Dabei bildet das Eingangsverbindungselement 32 mit einem Mittelpunkt der Exzenterscheibe und dem exzentrischen Drehpunkt 120 den Ausgangskniehebel 42.
In Fig. 19 ist eine alternative Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Das Übertragungselement 18 ist in dieser Ausführungsform als einfacher Hebel ausgebildet, der von einem Drehmomentmotor kreisförmig angetrieben wird, und im Mittelpunkt 26 bzw. im Drehpunkt 26 des Motors gelagert ist. Das Übertragungselement 18 weist in dieser Ausführungsform lediglich den Ausgangsanlenkpunkt 28 auf, der über das Ausgangsverbindungselement 34 mit der Abtriebseinheit 16 verbunden ist. Diese in Fig. 19 dargestellte Ausführungsform bildet die einfachste Ausführungsform der Erfindung Allerdings wird der Motor im Gegensatz zu den vorgehend vorgestellten Ausführungen über den Hubverlauf nicht gleichmäßig ausgelastet und muss für eine hohe Momentenspitze ausgelegt, also überdimensioniert sein.
In Fig. 20 ist eine weitere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Das Übertragungselement 18 ist über eine Pleuelstange mit einem Drehmomentmotor 122 verbunden, um das Drehmoment 38 auf das Übertragungselement 18 zu übertragen. Dies stellt eine alternative Antriebsmöglichkeit für die Antriebsvorrichtung 10 dar. Damit werden die Spitzen im Momentbedarf gegenüber der in Fig. 19 beschriebenen Ausführung vermieden und der Motor kann deshalb kleiner ausgelegt werden.
In Fig. 21 sind unterschiedliche Kraft-Weg-Verläufe im Verhältnis zueinander schematisch dargestellt, die durch die unterschiedlichen Einstellungen bzw. die unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einstellbar ist.
Dabei wird deutlich, dass durch die Einstellungen sowohl kurze Arbeitshübe mit hohen Kräften als auch große Arbeitshübe mit konstanten hohen oder niedrigen Kräften einstellbar sind. Ferner können progressive Kraft-Weg-Verläufe eingestellt werden, sowie linear ansteigende Kraft-Weg-Verläufe realisiert werden. Bei allen gezeigten Verläufen sind die Antriebskräfte über den gesamten Hubverlauf konstant. Eine Ausnahme hiervon bildet lediglich die Ausführung gemäß Fig. 19.
Im Ergebnis ist somit ein variabler Einsatz der Antriebsvorrichtung 10 möglich, die auf die Anforderungen von unterschiedlichen Bearbeitungs- bzw. Umformschritten angepasst werden kann, und trotzdem wegen des gleichmäßigen Bedarfs an Antriebskraft einen ökonomischen Einsatz von Antriebseinheiten in kleinstmöglicher Bauart ermöglicht und gleichzeitig den Verzicht auf aufwendige Energiespeichereinrichtungen erlaubt.
In Fig. 22 sind die unterschiedlichen Ausgangsanlenkpunkte 28 des Übertragungselements 18 im Detail dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Das Verbindungselement 34 bzw. die Pleuelstange 34 ist an den unterschiedlichen Ausgangsanlenkpunkten 28, 28' mittels Steckverbindungen verbindbar, um die Pleuelstange 34 in unterschiedlichen Positionen an dem Übertragungselement 18 anzulenken. Die Verbindung zwischen der Pleuelstange 34 und dem Verbindungselement 18 weist dabei an der Pleuelstange 34 eine Steckverbindung 130 auf, in die hinein ein beweglich gelagertes Steckelement 132 einführbar ist, um das Verbindungselement 18 mit der Pleuelstange 34 zu verbinden. Die Steckelemente 132 weisen jeweils eine Mehrzahl von parallelen Steckbolzen auf, die in entsprechende Aufnahmen der jeweiligen Steckverbindungen 130 greifen. Dadurch kann der Durchmesser der einzelnen Steckbolzen klein gehalten werden und ein günstiges Längen-Durchmesser-Verhältnis der Steckbolzen erzielt werden. Das Verbindungselement 18 weist dabei zwei parallele starre Platten auf, zwischen denen die Pleuelstange 34 seitlich geführt ist und durch die Verbindung zwischen den Steckelementen 132 und der Steckverbindung 130 an den unterschiedlichen Ausgangsanlenkpunkten 28, 28' angelenkt und mit dem Übertragungselement verbindbar ist.
Den Steckelementen 132 ist jeweils ein Spindelrad 134 zugeordnet, das das jeweilige Steckelement 132 in axialer Richtung bewegt und entsprechend in die Steckverbindung 130 einführen kann bzw. aus der Steckverbindung 130 lösen kann. Das Spindelrad 134 überträgt eine Drehbewegung in eine axiale Bewegung, um die Steckelemente 132 entsprechend zu bewegen. Das Spindelrad 134 bzw. die Spindelräder 134 sind jeweils mittels eines Antriebsmotors 136 drehbar, um die Steckelemente 132 in der axialen Richtung zu bewegen und in die Steckverbindung 130 hineinzuführen oder aus der Steckverbindung 130 zu lösen. Der Antriebsmotor 136 ist mittels einer Antriebskette 138 mit dem jeweiligen Spindelrad 134 verbunden, um das Spindelrad 134 entsprechend zu rotieren. Alternativ kann der Antriebsmotor 136 auch mittels eines Zahnrads oder eines Antriebsriemens mit dem jeweiligen Spindelrad 134 verbunden sein.
Durch diese Verbindung zwischen der Pleuelstange 34 und dem Übertragungselement 18 kann mit geringem Aufwand der Ausgangsanlenkpunkt 28 ausgewählt bzw. eingestellt werden, wobei immer jeweils nur eines der Steckelemente 132 mit einer der Steckverbindungen 130 verbunden sein kann, wobei die übrigen jeweils nicht verbunden sind, um eine entsprechende Drehung der Pleuelstange 34 um den jeweiligen Ausgangsanlenkpunkt 28 zu gewährleisten. In Fig. 22 ist dabei der Anlenkpunkt 28 ausgewählt bzw. verbunden, wohingegen der Anlenkpunkt 28' gelöst ist.
In Fig. 23 ist eine weitere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Bei der Ausführungsform aus Fig. 23 sind die jeweiligen Anlenkpunkte mit der jeweiligen Pleuelstange 32, 34 verbunden und jeweils exzentrisch an einer Drehscheibe gelagert, um den jeweiligen Anlenkpunkt bzw. die Anlenkposition einzustellen.
Die Eingangspleuelstange 32 ist mittels einer ersten Drehscheibe 150 einstellbar an dem Übertragungselement 18 angelenkt. Die erste Drehscheibe 150 ist an dem Übertragungselement 18 drehbar gelagert und weist einen exzentrisch ausgebildeten Anlenkpunkt 152 auf, der den Eingangsanlenkpunkt 30 bildet. Durch Rotation der Drehscheibe 150 kann somit die Position des Eingangsanlenkpunktes 30 variiert werden, indem die Drehscheibe 150 in unterschiedlichen Rotationspositionen an dem Übertragungselement 118 festgelegt wird.
Das Verbindungselement 34 ist mittels einer zweiten Drehscheibe 134 an dem Übertragungselement 18 angelenkt bzw. mit dem Übertragungselement 118 verbunden. Die zweite Drehscheibe 154 ist drehbar gelagert und weist einen Exzenteranlenkpunkt 156 auf, der den Ausgangsanlenkpunkt 28 bildet. Die zweite Drehscheibe 154 ist in unterschiedlichen Rotationspositionen an dem Übertragungselement 118 festlegbar, um die Position des Ausgangsanlenkpunkts 28 zu variieren und den Winkel 44 des Kniehebels 42 entsprechend einzustellen.
An der Abtriebseinheit 16 bzw. der Platte der Abtriebseinheit 16 ist eine dritte Drehscheibe 158 ausgebildet und drehbar gelagert. Die dritte Drehscheibe 158 weist einen Exzenteranlenkpunkt 160 auf, der das Eingangsglied 20 bzw. den Eingangsanlenkpunkt der Abtriebseinheit 16 bildet. An dem Exzenteranlenkpunkt 160 ist das Verbindungselement 34 gelagert, um die Kraft von dem Übertragungselement 18 auf die Abtriebseinheit 16 zu übertragen. Durch Rotation der dritten Drehscheibe 158 und die Festlegung der dritten Drehscheibe 158 in den unterschiedlichen Rotationspositionen kann der Anlenkpunkt an der Abtriebseinheit 16 entsprechend variiert und eingestellt werden, um so eine weitere Variationsmöglichkeit des Winkels 44 und des Ausgangskniehebels 42 zu bieten. Das Verbindungselement 34 weist für eine weitere Variation des Kniehebels 42 die Verstelleinrichtung 68 auf.
Durch die drei Drehscheiben 150, 154, 158 mit den exzentrisch gelagerten Anlenkpunkten 30, 156, 160 können die Hebelverhältnisse der Antriebsvorrichtung 10 im Allgemeinen mit sehr vielen Variationsmöglichkeiten und nahezu stufenlos eingestellt werden.
Es versteht sich, dass die Ausführungsform aus Fig. 23 auch jeweils nur eine oder zwei der dargestellten Drehscheiben 150, 154, 158 aufweisen kann.

Claims

Antriebsvorrichtung (10), insbesondere zum Antreiben einer Umformvorrichtung (12), mit:
- mindestens einer Antriebseinheit (14), die eine Antriebskraft (30) oder ein Antriebsmoment bereitstellt,

- einer Abtriebseinheit (16), die ein Eingangsglied (20) und ein translatorisch bewegliches Ausgangsglied (22) aufweist, wobei die Abtriebseinheit (16) einen progressiven Kraft-Weg-Verlauf zwischen dem Eingangsglied (20) und dem Ausgangsglied (22) aufweist,

- einem Übertragungselement (18), das an einem Drehpunkt (26) drehbar gelagert ist, wobei das Übertragungselement (18) mit der Antriebseinheit (14) derart verbunden ist, dass ein Drehmoment (38) auf das Übertragungselement (18) übertragbar ist, und wobei das Übertragungselement (18) einen Eingangsanlenkpunkt (30) und einen Ausgangsanlenkpunkt (28) aufweist, wobei an dem Ausgangsanlenkpunkt (28) ein Verbindungselement (34) angelenkt ist, das mit dem Übertragungselement (18) einen Kniehebel (42) bildet wobei das Verbindungselement (34) mit dem Eingangsglied (20) der Abtriebseinheit (16) derart verbunden ist, dass eine Kraft auf die Abtriebseinheit (16) übertragbar ist, wobei ein Winkel (44) des Kniehebels (42) für eine Ausgangsposition des Ausgangsglieds (22) wechselbar ist, um den Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangglieds (22) einzustellen,
dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (18) zwei separate Übertragungsglieder (70, 72) aufweist, die um den Drehpunkt (26) drehbar gelagert sind, wobei der Eingangsanlenkpunkt (30) und der Ausgangsanlenkpunkt (28) jeweils an einem der Übertragungsglieder (70, 72) ausgebildet sind, wobei die Übertragungsglieder (70, 72) in unterschiedlichen Verdrehwinkeln miteinander drehfest verbindbar sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraft-Weg-Verlauf des Übertragungsefements (18) gleichläufig oder gegenläufig zu dem Kraft-Weg-Verlauf der Abtriebseinheit (16) wählbar ist, um den Kraft-Weg-Verlauf des Ausgangglieds (22) einzustellen.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsanlenkpunkt (28) des Übertragungselements (18) mit dem Eingangsglied (20) der Abtriebseinheit (16) verbunden ist und eine Länge des Verbindungselements (34) einstellbar ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpunkt (26) des Übertragungselements (18) relativ zu der Abtriebseinheit (16) versetzbar ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsanlenkpunkt (28) an einer Exzenterdrehscheibe (154) an dem Übertragungselement (18) gelagert ist, um den Winkel (44) des Kniehebels (42) einzustellen.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Eingangsanlenkpunkt (30) ein Eingangsverbindungselement (32) angelenkt ist, das mit dem Übertragungselement (18) einen zweiten Kniehebel (46) bildet.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (34) an der Abtriebseinheit (16) mittels einer Exzenterdrehscheibe (158) gelagert ist, um den Winkel (44) des Kniehebels (42) einzustellen.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (14) ein Antriebsmoment bereitstellt, wobei die Antriebseinheit (14) direkt oder mittels einer Pleuelstange mit dem Übertragungselement (18) verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (14) einen Exzenterantrieb (118) aufweist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (14) einen Spindelantrieb (14) aufweist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsverbindungselement mindestens ein zweites drehbar gelagertes Übertragungselement (102) mit zwei Anlenkpunkten (110, 112) aufweist, wobei ein Winkel zwischen den Anlenkpunkten (110, 112) wechselbar ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebseinheit (16) ein Kniegelenk (16) aufweist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebseinheit (114) durch einen Exzenter (114) gebildet ist.
Pressenmodul für eine Umformvorrichtung (12), mit einem Stößel (24) und mindestens einer Antriebsvorrichtung (10) zum Antreiben des Stößels (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Modulares Pressensystem zum Bearbeiten von Werkstücken mit einer Mehrzahl von Pressenmodulen nach Anspruch 14.