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Die
Erfindung betrifft eine Servopresse mit Kniehebelgetriebe.
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Zum
Umformen von Blechteilen werden häufig so genannte Großteilstufenpressen
vorgesehen, die als Exzenterpressen ausgeführt sind. Zu einer einzigen
Presse gehörige
mehrere Stößel werden
jeweils über
Pleuel von Exzentern angetrieben, die vorzugsweise von einer gemeinsamen
Hauptwelle her drehend angetrieben sind. Die einzelnen Stößel laufen
so weit im Gleichtakt oder auch mit einem gewissen Phasenversatz
zueinander auf und ab. Die Auf- und Abbewegung der einzelnen Stößel wird
dabei von einer weitgehend gleichmäßigen Drehbewegung der Hauptwelle
abgeleitet.
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Zur
Beeinflussung des Stößelhubs
kann eine so genannte Hubverstellung vorgesehen sein, mit der die
wirksame Exzentrizität
eines betreffenden Exzenters verstellbar ist. Außerdem kann an Stelle der einfachen
Pleuelverbindung zwischen dem Exzenter und dem Stößel ein
Hebelgetriebe vorgesehen sein, das die ansonsten nahezu sinusförmige Stößelschwingung,
insbesondere in der Nähe
des unteren Stößeltotpunkts,
gezielt verformt.
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Allen
diesen Lösungen
ist gemeinsam, dass sich die Weg-Zeit-Kurve
der Stößel nicht
frei einstellen lässt.
Es sind deshalb Servopressen entwickelt worden, bei denen der Stößel über ein
geeignetes Zwischengetriebe durch einen Servomotor bewegt wird.
Eine solche Presse ist beispielsweise aus der
DE 41 09 796 bekannt. In einer ersten
Ausführungsform
wird der Stößel über ein
Pleuel von einem Exzenter betätigt,
der mittels eines Servomotors gezielt gedreht wird. Des Weiteren
wird vorgeschlagen, zwischen dem Servomotor und dem Stößel ein
Kniehebelgetriebe anzuordnen. Mit diesem lässt sich insbesondere im Bereich
des Hubendes eine große
Kraftüberhöhung erzielen.
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Derartige
durch Servomotoren angetriebene Pressen gestatten durch die gezielte
Ansteuerung des Servomotors eine einigermaßen variable Gestaltung der
gewünschten
Weg-Zeit-Kurve des
Stößels. Der
Auf- und Abwärtshub
des Stößels wird
durch Vorwärts-
und Rückwärtsdrehung
des Servomotors bewirkt. Die Hubhöhe lässt sich hierbei im Rahmen
der geome trischen Vorgaben des Kniehebelgetriebes variabel einstellen.
Ebenso lassen sich Weg-Zeit-Charakteristika einstellen und gegen
Ende des Stößelhubs
wird jeweils zumindest in der Kniehebelvariante eine hohe Presskraft
erzeugt.
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Allerdings
ist der erzielbare Stößelhub von dem
Kniehebelgetriebe vorgegeben und in der Regel relativ gering. Dies
schränkt
die Anwendbarkeit solcher Servopressen mit Kniehebelgetriebe ein.
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Aus
der
DE 102 36 371
A1 ist eine Gelenkpresse mit zwei Antriebsquellen bekannt.
Eine erste Antriebsquelle treibt eine Exzenterwelle an während die
zweite Antriebsquelle eine Kurbelwelle antreibt. Die Exzenterwelle
und die Kurbelwelle tragen jeweils einen Lenker, wobei die Lenker
mit einem gemeinsamen Pleuel verbunden sind, das den Stößel antreibt. Durch Überlagerung
einer Drehbewegung des Exzenters und einer Drehbewegung der Kurbelwelle können durch
geeignete Abstimmung der Drehbewegungen aufeinander, verschieden
große
Hübe und Weg/Zeit-Verläufe der
Stößelbewegung
erzielt werden.
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Die
EP 0 838 328 B1 offenbart
eine Presse mit einem Antrieb, der über ein Hebelgetriebe auf den Stößel wirkt.
Einzelne Punkte des Hebelgetriebes sind durch Stellantriebe verstellbar,
wodurch die Hubgröße und der
Weg/Zeit-Verlauf der Stößelbewegung
geändert
werden.
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Davon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Servopresse
mit flexibleren Anwendungsmöglichkeiten
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird mit der Presse nach Anspruch 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Presse
weist zumindest einen über
ein Kniehebelgetriebe auf den Stößel wirkenden
Servomotor auf. Außerdem
ist sie mit einem Zusatzantrieb versehen, der den Stößel weiter kontrolliert
bewegen kann, wenn das Kniehebelgetriebe aus seinem kontrollierten
Bereich in einen Indifferenzbereich gerät. Als kontrollierter Bereich
wird dabei insbesondere derjenige Bereich angesehen, bei dem der
zwischen beiden Stelzen des Kniehebelgetriebes eingeschlossene Winkel
deutlich größer als
45° vorzugsweise
größer als
90° ist.
Werden die Winkel zwischen beiden Stelzen spitz, insbesondere spitzer
als 45°,
gerät das
Kniehebelgetriebe in einen Indifferenzbereich. Dies bedeutet, dass
mit Kräften, die
auf den Gelenkpunkt einwirken, bei dem beiden Stelzen miteinander
verbunden sind, keine kontrollierte Bewegung des Stößels mehr
erreicht werden kann. Theoretisch betrachtet, läuft in diesem Bereich der Übersetzungsfaktor
zwischen dem Servomotor und dem Stößel gegen unendlich. Der Zusatzantrieb führt den
Stößel innerhalb
dieses Indifferenzbereichs kontrolliert und gestattet es somit,
Stößelhübe zu durchfahren,
die von dem Kniehebelantrieb allein nicht kontrolliert durchfahren
werden können.
Es gelingt deshalb, mit entsprechenden Servopressen einerseits große Hübe und andererseits,
insbesondere im Bereich des Hubendes, bei dem in der Regel Verformungsarbeit
zu leisten ist, große
Stößelkräfte zu erzeugen.
Die Arbeit des Servomotors und des Zusatzantriebs muss dabei aufeinander
abgestimmt sein. Während
mit herkömmlichen
Kniehebelantrieben in der Regel lediglich ein Stößelhub zu erzielen ist, der
allenfalls etwa im Bereich der Länge
einer der beiden miteinander verbundenen Stelzen liegt, lassen sich
mit dem kombinierten Stößelantrieb
nach Anspruch 1 größere Stößelhübe erzielen.
Im Extremfall kann der Stößelhub die
Summe der Längen
der beiden Stelzen erzielen oder auch noch größer sein.
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Vorzugsweise
ist der Zusatzantrieb als Servoantrieb ausgebildet. Dies bedeutet,
dass er lagegeregelt arbeitet. Es ist zumindest ein Positionssensor
vorhanden, der den Zusatzantrieb im Rahmen einer Lageregelschleife
steuert. Damit bleibt die Stößelbewegung
insbesondere auch in dem Indifferenzbereich des Kniehebelgetriebes
kontrolliert.
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Der
Servomotor und der Zusatzantrieb sind vorzugsweise von einer gemeinsamen
Steuereinrichtung gesteuert. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung
so ausgebildet, dass sie dem Servomotor des Kniehebelgetriebes,
insbesondere im Endbereich des Stößelhubs bei nahezu gestreckter
Gelenkkette des Kniehebelgetriebes die führende Rolle (Master) zuweist
während
der Zusatzantrieb hier inaktiv ist oder als Folgeantrieb (Slave)
nachgeführt
wird. Wird der Stößel hingegen
in Richtung seines anderen Hubendes gefahren, d.h. schließen die
Stelzen der das Kniehebelgetriebe bildenden Gelenkkette miteinander
einen zunehmend spitzer werdenden Winkel ein, steuert die Steuereinrichtung
vorzugsweise den Zusatzantrieb als führenden Antrieb (Master) während sie
den Servoantrieb entsprechend folgen lässt (Slave). Diese Maßnahme wird
bevorzugt, um sicherzustellen, dass jeweils derjenige Antrieb (Servomotor oder
Zusatzantrieb) die Führungsrolle übernimmt, der
in der aktuellen Stößelposition
jeweils die größere Kraft
aufbringt. Der Umschaltpunkt bei dem die Führung von dem Servomotor auf
den Zusatzantrieb und umgekehrt übergeben
wird, ist dann der Punkt der Kräftegleichheit
beider Antriebe. Es ist jedoch auch möglich, diesen Punkt anderweitig
festzulegen.
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Der
Zusatzantrieb kann ein Antrieb sein, der in der Lage ist, über den
gesamten Hubbereich jeweils eine konstante Maximalkraft zu erzeugen.
Dazu kann er beispielsweise durch einen Servomotor gebildet sein,
der über
ein Spindelhubgetriebe mit dem Stößel verbunden ist. Alternativ
kann ein entsprechender Servomotor über ein Zugmittelgetriebe,
wie beispielsweise ein Zahnriemengetriebe, ein Kettengetriebe oder
ein Seilzuggetriebe mit dem Stößel verbunden
sein. Möglich
ist auch, den Zusatzantrieb als Servomotor auszubilden, der über ein
Zahnradritzel auf eine Zahnstange arbeitet, die mit dem Stößel verbunden
ist. Des Weiteren kann der Zusatzantrieb als Stößeldirektantrieb ausgebildet
sein, und zwar beispielsweise in Form eines Linearmotors, der einen festen
mit dem Pressengestell verbundenen Stator und einen mit dem Stößel verbundenen
beweglichen Abschnitt (Anker) aufweist.
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Die
vorgenannten Zusatzantriebe des Stößels können vorzugsweise durch Elektromotoren
angetrieben werden. Diese können
als Servomotoren oder auch als Schrittmotoren ausgebildet sein.
Des Weiteren können
die Elektromotoren feldgeregelte Asynchronmaschinen sein.
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Während die
Zusatzantriebe in einfachster Weise Getriebe mit konstanten Übersetzungsfaktoren
aufweisen können
(wie oben aufgezählt
Zugmittelgetriebe, Zahnstangengetriebe oder dergleichen) ist es
auch möglich,
so genannte nicht lineare Getriebe zu verwenden, d.h. Getriebe deren Übersetzungsfaktor
nicht konstant ist. Beispielsweise kann der Zusatzantrieb selbst
als Kniehebelgetriebe ausgebildet sein. Auch können die Antriebsquellen der
Zusatzantriebe, die vorzugsweise elektrischer Bauart sind, anderweitige
Prinzipien nutzen. So können
druckgesteuerte oder positionsgeregelte Hyd raulikantriebe, Pneumatikantriebe
oder sonstige Antriebe zur Anwendung kommen. Zumindest sind diese
Antriebe insoweit steuerbar, dass sie ein Umschalten (Vorzeichenwechsel)
der auf den Stößel ausgeübten Kraft gestatten.
Im einfachsten Fall ist der Zusatzantrieb beispielsweise ein Fluidzylinder,
der durch ein kompressibles oder nicht kompressibles Fluid beaufschlagt
wird, um den Stößel kontrolliert
gegen eine z.B. von dem Stößelgewicht
oder einer sonstigen Vorspanneinrichtung herrührende Kraft zu bewegen. Ein
solcher Fluidantrieb mag genügen,
um den Stößel einigermaßen kontrolliert
in den Indifferenzbereich des Kniehebelgetriebes hinein und gegebenenfalls
durch diesen hindurch zu bewegen.
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Wenn
sowohl der durch den Servomotor gebildete Hauptantrieb des Stößels als
auch der Zusatzantrieb jeweils durch einen positionsgeregelten Antrieb
gebildet werden, ist es zweckmäßig, wenn zumindest
der Zusatzantrieb über
ein elastisches Element mit dem Stößel oder einer entsprechenden ortsfesten
Aufhängung
verbunden ist. Alternativ kann der Zusatzantrieb selbst eine elastisch
nachgiebige Charakteristik aufweisen. Dadurch wird verhindert, dass
der Servomotor und der Zusatzantrieb gegen einander arbeiten und
sich somit gegen einander verspannen.
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Weitere
Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Figurenbeschreibung
oder von Ansprüchen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
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1 bis 4 eine
erste Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Presse
in schematisierte Vorderansicht und in unterschiedlichen Arbeitspositionen,
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5 eine
abgewandelte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Presse
in schematisierter Vorderansicht,
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6 eine
weitere abgewandelte Ausführungsform
der Presse in schematisierter Vorderansicht,
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7 bis 9 verschiedene
Positionen des Kniehebelgetriebes der Pressen nach 1 bis 6 in
unterschiedlichen Arbeitspositionen,
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10 die
von den Antrieben der Pressen nach 1 bis 6 erzielbaren
Kräfte
und deren Überlagerung
als Diagramm,
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11 eine
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Presse
mit als Kniehebelgetriebe ausgebildeten Zusatzantrieb und
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12 eine
Veranschaulichung der kinematischen Verhältnisse der Presse nach 11.
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In 1 ist
eine Presse 1 schematisch veranschaulicht, die ein Pressengestell 2 und
einen darin vorzugsweise linear verschiebbar gelagerten Stößel 3 aufweist.
Zur Führung
des Stößels 3 dient
eine nicht weiter veranschaulichte Linearführung. An der Stirnseite des
Stößels 3 ist
ein zu einem Umformwerkzeug 4 gehöriges Oberwerkzeug 5 gehalten. Diesem
ist ein Unterwerkzeug 6 zugeordnet, das auf einem Pressentisch 7 angeordnet
ist. Das Umformwerkzeug kann, wie in der Skizze angedeutet, ein großes Werkzeug
zur Blechumformung sein. Die Presse 1 kann somit z.B. eine
einzeln stehende Einheit oder Teil einer Großteilstufenpresse sein. Eine solche
Großteilstufenpresse
kann ein gemeinsames Pressengestell aufweisen, in dem mehrere, wie
in 1 dargestellte, Stößel beweglich gelagert sind. Eine
nicht weiter dargestellte Transfereinrichtung bewirkt dann den Blechteiletransport
von Pressenstufe zu Pressenstufe. Es können auch mehrere Pressen 1 gemäß 1 unabhängig voneinander
aufgestellt und durch eine Transfereinrichtung miteinander verknüpft sein,
die den Blechteiletransfer bewirkt. Die dargestellte Presse 1 kann
jedoch auch beispielsweise der Massivumformung dienen. Sie weist
dann einen Stößel und
ein Pressengestell mit verminderter Breite auf, wobei sie ansonsten
prinzipiell mit der in 1 veranschaulichten presse übereinstimmt.
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Dem
Stößel 3 der
Presse 1 ist ein Antrieb 8 zugeordnet, zu dem
wenigstens ein im vorliegenden Ausführungsbeispiel aber zwei Servomotoren 9, 10 gehören. Diese
sind in 1 lediglich schematisch veranschaulicht.
Sie sind über
eine geeignete Lagereinrichtung 11, 12 jeweils
an dem Pressengestell 2 oder einer entsprechenden Halteeinrichtung 13 abgestützt. Die
Servomotoren 9, 10 sind positionsgeregelte Antriebe,
die von einer in 1 lediglich schematisch veranschaulichten
Steuereinrichtung 14 positionsgeregelt bewegt werden. Dazu
weisen die Servomotoren 9, 10 entsprechende Positionssensoren auf,
die die aktuelle Position des Abtriebs des Servomotors 9, 10 an
die Steuereinrichtung 14 melden. Diese vergleicht ständig den
vorhandenen Positionswert (Ist-Wert) mit einem zeitabhängig vorgegebenen Soll-Wert und steuert,
wenn sie eine Abweichung feststellt, die Servomotoren 9, 10 entsprechend nach.
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Die
Servomotoren 9, 10 sind beispielsweise elektrische
Motoren, z.B. Asynchronmotoren oder Gleichstrommotoren. Sie erzeugen über ein
geeignetes Zwischengetriebe eine Linearbewegung. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist das Zwischengetriebe ein Spindelhubgetriebe, das in 1 lediglich schematisch
durch eine jeweilige Schubstange 15, 16 angedeutet
ist. Die Servomotoren 9, 10 können jedoch auch Hydraulikmotoren,
z.B. hydraulische Linearmotoren, in Form von Hydraulikzylindern
mit einem darin gelagerten Fluid beaufschlagbaren Kolben sein. Die
Schubstangen 15, 16 sind dann die Kolbenstangen.
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Zwischen
den Servomotoren 9, 10 und dem Stößel 3 sind
Kniehebelgetriebe 17, 18 angeordnet, die jeweils
zwei Stelzen 19, 20 bzw. 21, 22 aufweisen.
Die oberen Stelzen 19, 21 stützen sich dabei an dem Pressengestell 2,
insbesondere seinem Kopfstück 23,
gelenkig ab. Die unteren Stelzen 20, 22 sind hingegen
gelenkig mit dem Stößel 3 verbunden. Die
Stelzen 19 und 20 sowie die Stelzen 21 und 22 sind
jeweils paarweise bei Gelenkpunkten miteinander verbunden, an die
auch die Schubstangen 15, 16 angeschlossen sind.
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Die
Länge der
Stelzen 19 bis 22 liegt etwa im Bereich der Größe des Stößelhubs,
wie an späterer Stelle
noch eingehender erläutert
wird.
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Dem
Stößel 3 ist
zumindest ein Zusatzantrieb 24 zugeordnet. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist ein weiterer Zusatzantrieb 25 vorgesehen. Die Zusatzantriebe 24, 25 sind
in diesem Ausführungsbeispiel
als Linearmotoren ausgebildet, deren Stator 26, 27 jeweils
mit dem Pressenständer
und dessen beweglicher Anker 28, 29 mit dem Stößel 3 verbunden
ist. Die Zusatzantriebe 24, 25 sind von der Steuereinrichtung 14 gesteuert.
Die Zusatzantriebe 24, 25 können als Linearschrittmotoren
oder auch als positionsgeregelte Linearmotoren ausgebildet sein. Im
letztgenannten Fall ist zumindest ein Positionssensor vorhanden,
der die Position des Stößels 3 an die
Steuereinrichtung 14 meldet.
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Die
Steuereinrichtung 14 ist dazu eingerichtet, dem Stößel 3 nahezu
beliebige Weg-Zeit-Verläufe
mit großem
Hub zu erteilen. Im Einzelnen ergibt sich dies aus nachfolgender
Funktionsbeschreibung:
In 1 ist der
Stößel 3 in
der Nähe
seines unteren Totpunkts veranschaulicht. Das Umformwerkzeug 4 ist
nahezu geschlossen. Diese Position nimmt der Stößel 3 vorzugsweise
kurz vor Ende seines Abwärtshubs
ein. Zur Fortsetzung desselben steuert die Steuereinrichtung 14 die
Servomotoren 9, 10 so an, dass die Schubstangen 15, 16 weiter
Druck auf die Gelenkpunkte zwischen den Stelzen 19, 20 bzw. 21, 22 ausüben. Die
Kniehebelgetriebe 17, 18 strecken sich dadurch
weiter, wodurch der Stößel 3 in
die in 2 veranschaulichte Position gefahren wird. Es werden
durch die gegen Ende des Hubs zunehmende Untersetzung des Kniehebelgetriebes dabei
erhebliche Druckkräfte
erzeugt. Während
des gesamten Abwärtshubs
können
die Zusatzantriebe 24,25 aktiv sein und eine nach
unten gerichtete Kraft erzeugen. Es ist jedoch auch möglich, die
Zusatzantriebe 24, 25 zumindest in der Nähe des unteren
Totpunkts des Stößels 3 inaktiv
zu schalten.
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Soll
der Stößel 3 aus
seiner in 2 veranschaulichten unteren
Totlage aufwärts
gefahren werden, werden die Servomotoren 9, 10 reversiert.
Sie üben
mit den Druckstangen 15, 16 nunmehr eine Zugkraft
auf die Gelenkpunkte der Kniehebelgetriebe 17, 18 auf.
Die Zusatzantriebe 24, 25 werden ebenfalls reversiert,
so dass sie reine nach oben gerichtete Kraft erzeugen. Alternativ
können
sie auch zunächst
noch inaktiv gelassen werden.
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Durch
die Wirkung der Servomotoren 9, 10 fährt der
Stößel dann
aus der in 2 veranschaulichten Position
in die Position gemäß 1,
wodurch sich das Umformwerkzeug 4 öffnet. Fortgesetzter Zug der
Servomotoren 9, 10 an den Gelenkpunkten der Kniehebelgetriebe 17, 18 bewirkt
weiteres Verstellen des Stößels 3 nach
oben, so dass sich das Umformwerkzeug 4 weiter öffnet: Die
Zusatzantriebe 24, 25, die von Anfang an aktiv
waren oder zwischenzeitlich aktiviert worden sind, unterstützen dabei
die Aufwärtsbewegung
des Stößels 3.
Es wird die in 3 veranschaulichte Position
erreicht, bei der die Stelzen 19, 20 bzw. 21, 22 jeweils
einen spitzen Winkel miteinander einschließen. In diesem Bereich verliert
das Kniehebehgetriebe 17, 18 erheblich an Kraft.
Die Übersetzung
zwischen der Bewegung der Servomotoren 9, 10 und
der Bewegung des Stößels 3 wird
sehr groß.
Damit lässt
sich der Stößel 3 nur noch
schlecht mittels der Servomotoren 9, 10 bewegen.
Der entsprechende Abschnitt seines Hubs wird des halb als Indifferenzbereich
bezeichnet. In diesem Indifferenzbereich ist die Stößelposition
nicht mehr präzise
durch die Position der Servomotoren 9, 10 festgelegt.
Die weitere Betätigung
des Stößels 3 übernehmen
deshalb nunmehr die Zusatzantriebe 24, 25, mit
deren Hilfe der Stößel 3 über die
in 3 veranschaulichte Position hinaus weiter nach
oben, beispielsweise in die Position gemäß 4 geführt werden
kann. Es lässt
sich somit durch das Zusammenwirken der Servomotoren 9, 10 und
der Zusatzantriebe 24, 25 ein Stößelhub erzielen,
der deutlich größer ist
als der sich mit den Servomotoren 9, 10 und den
Kniehebelgetrieben 17, 18 allein kontrolliert erzeugen
ließe.
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Die 7 bis 10 veranschaulichen nochmals
die kinematischen Verhältnisse
und die Kräfteverhältnisse
an dem Kniehebelgetriebe bzw. dem Stößel. 7 veranschaulicht
das Kniehebelgetriebe 17 gleichzeitig stellvertretend für das Kniehebelgetriebe 18 in
nahezu gestreckter Position in der Nähe des unteren Totpunkts des
Stößelhubs.
Der Winkel zwischen den Stelzen 19, 20 ist deutlich
größer als
90°, jedoch
kleiner als 180°.
In diesem Bereich werden auf den Gelenkpunkt einwirkende Kräfte FM in
sehr große
Stößelkräfte F umgesetzt. 10 veranschaulicht
dies. Die Kurve I kennzeichnet die von einer konstanten Antriebskraft
FM erzeugte Stößelkraft
F. Für
einen unteren Abschnitt A des Stößelhubs
ergeben sich somit sehr große
Kräfte.
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8 veranschaulicht
die Verhältnisse
an dem Kniehebelgetriebe 17 mit zunehmender Entfernung
des Stößels 3 von
dem unteren Totpunkt. Die Stelzen 19, 20 schließen ungefähr einen
rechten Winkel ein. Dadurch nimmt die Untersetzung zwischen der
Bewegung des Servomotors und der Stößelbewegung ab und sie wird
allmählich
zur Übersetzung.
Entsprechend fällt
die an dem Stößel wirkende von
dem Kniehebelgetriebe 17 übertragene Kraft gemäß der Kurve
I allmählich
immer weiter ab, was durch den Bereich B gekennzeichnet ist. Wird
das Kniehebelgetriebe 17, wie in 9 veranschaulicht, weiter
zusammengefaltet, so dass der von den Stelzen 19, 20 eingeschlossene
Winkel sehr gering wird, geht die Kraft F gemäß der Kurve 2 gegen
Null.
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Um
den Stößel 3 in
dem Bereich B kontrolliert führen
zu können, übt der Zusatzantrieb 24 (25) eine
zusätzliche
Kraft auf den Stößel 3 aus,
die in 10 durch die Kurve II symbolisiert
wird. In diesem Beispiel ist die Kraft des Zusatzantriebs 24 unabhängig von
dem Weg X des Stößels 3.
An diesem wirkt somit die Summe aus der von dem Kniehebelgetriebe 17 übertragenen
und der von dem Zusatzantrieb 24 ausgeübten Kraft gemäß der Kurve
III. Außerdem
wirken entsprechend die Kräfte
des Zusatzantriebs 25 und des Kniehebelgetriebes 18.
Es lässt sich
somit prinzipiell der gesamte, durch die Bereiche A und B markierte
Weg X des Stößels 3 ausnutzen. Bedarfsweise
könnte
der Hub sogar noch größer bemessen
werden, wenn durch geeignete konstruktive Maßnahmen ein Umklappen des Kniehebelgetriebes 17 nach
oben ermöglicht
wird, d.h. wenn die Stelze 19 nicht lediglich um 90° sondern
einen noch größeren Winkel
schwenkt. Die Servomotoren 9, 10 können dann
reversiert werden, um die weitere Aufwärtsbewegung des Stößels 3 wiederum
zu unterstützen, wodurch
die Kurve II nach Durchlaufen des Endpunkts C des Bereichs B wieder
ansteigt. Der Endpunkt C des Bereichs B ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Stelzen 19, 20 miteinander einen Winkel von Null
einschließen.
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Mit
der vorgestellten Kombination zwischen servomotorbetätigtem Kniehebelgetriebe
und Zusatzantrieb lassen sich sowohl nahezu beliebige Weg-Zeit-Kurven
für die
Stößelbewegung
festlegen, es lässt
sich in der Nähe
des unteren Totpunkts sehr hohe Presskraft erzeugen und es lassen
sich hohe Stößelhübe erzielen.
Außerdem
lassen sich hohe Stößelgeschwindigkeiten
erzielen. Dies insbesondere in einem oberen Bereich des Stößelhubs,
bei dem naturgemäß nur geringe
Kräfte
auf den Stößel einwirken.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist davon ausgegangen
worden, dass die Servomotoren 9, 10 auf den Gelenkpunkt
der Kniehebelgetriebe 17, 18 einwirken. Es ist
jedoch auch möglich,
die Servomotoren 9, 10 mit einem beliebigen anderen
Punkt der Stelze 19, 21 oder auch der Stelzen 20, 22 zu
verbinden. In letzterem Fall können
die Servomotoren 9, 10 an dem Stößel 3 angebracht
werden. Es ist auch möglich,
die Servomotoren 9, 10 als Drehmoment erzeugende
Antriebe auf einen der Anlenkpunkte der Stelzen 19, 21 an
dem Kopfstück 3 oder
der Stelzen 20, 22 an dem Stößel 3 einwirken zu
lassen. Des Weiteren ist bei der vorstehenden Beschreibung unterstellt
worden, dass die Zusatzantriebe 24, 25 zwischen
dem Pressengestell 2 und dem Stößel 3 wirken. Es ist
auch möglich,
die Zusatzantriebe an dem Stößel 3 zu
lagern, wie 5 veranschaulicht. Die Zusatzantriebe 24, 25 können hier
als elektrische oder pneumatische Linearantriebe auf die Stelzen 20, 22 wirken.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
den Zusatzantrieb 24 als Servomotor mit Spindelhubgetriebe auszubilden,
dessen Hubspindel 28a z.B. an einer zentralen Stelle mit
dem Stößel 3 verbunden
ist. Um zu vermeiden, dass sich die Servomotoren 9, 10 und der
Zusatzantrieb 24 gegenseitig blockieren, kann die Hubspindel 28a über ein
Federelement 29a mit dem Stößel 3 verbunden sein.
Die Funktion dieser Presse 1 ist wiederum wie vorstehend
beschrieben so, dass der kontrolliert gesteuerte Zusatzantrieb 24 wenigstens
in dem oberen Teil des Hubs des Stößels 3 vorzugsweise
aber in seinem gesamten Hubbereich aktiv ist und dabei je nach Stößelbewegungsrichtung
eine nach oben bzw. eine nach unten gerichtete Kraft erzeugt. Zumindest
in dem oberen Stößelbereich
gibt der Zusatzantrieb 24 auch die Position des Stößels 3 vor.
In dem unteren Bereich des Stößelhubs,
wenn die Stelzen 19, 20 bzw. 21, 22 einen Winkel
von größer als
90° miteinander
einschließen, übernehmen
die Servomotoren 9, 10 die Krafterzeugung und
Positionierung des Stößels während der Zusatzantrieb 24 hier
lediglich mitläuft
und sozusagen als Slave folgt. Hierbei ist es möglich, dass die Servomotoren 9, 10 und
der Zusatzantrieb 24 und gegebenenfalls der weitere Zusatzantrieb 25 ihre Rollen
als Master oder als Slave wechseln, je nach dem, welcher Antrieb
in dem gegebenen Wegabschnitt die größere Kraft erzeugt. So können die
Servomotoren 9, 10 im unteren Hubbereich, in dem
die Stelzen 19, 20 einen Winkel deutlich größer als
90° einschließen, als
Master laufen während
der Zusatzantrieb 24 im oberen Hubbereich als Master läuft, wenn
die Stelzen 19, 20 einen Winkel deutlich kleiner 90° einschließen.
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Die
Zusatzantriebe 24, 25 sind vorzugsweise Antriebe
mit linearer Getriebecharakteristik, d.h. konstanten Übersetzungsverhältnis zwischen
dem jeweiligen Antriebsmotor und dem Stößel 3. Von diesem Prinzip
weicht jedoch schon die Ausführungsform nach 5 ab.
In diese Richtung weitergehend ist es möglich, den Zusatzantrieb ebenfalls
mit einem Kniehebelgetriebe zu versehen. Eine solche Ausführungsform
der Presse 1 ist ausschnittsweise in 11 veranschaulicht.
Der Servomotor 9 arbeitet hier über einen Exzenter oder eine
Kurbel 31 auf die Schubstange 15. Der Zusatzan trieb 24 weist
ein Kniehebelgetriebe 32 auf, das zu dem Kniehebelgetriebe 17 gegensinnig
angeordnet ist. Beispielsweise kann der gestellfeste Anlenkpunkt
einer zu dem Kniehebelgetriebe 32 gehörenden Stelze 33 unterhalb des
Stößels 3 angeordnet
sein. Damit streckt sich das Kniehebelgetriebe 24, wenn
sich das Kniehebelgetriebe 17 zusammenfaltet und umgekehrt.
Das Kniehebelgetriebe 24 kann durch einen Servomotor oder
einen ähnlichen
Antrieb betätigt
werden. Dieser wirkt auf den Gelenkpunkt zwischen den Stelzen 33, 34. 12 veranschaulicht
die Kinematik für
die Kniehebelgetriebe 17, 32. Wie ersichtlich,
ist ein Maximalhub Hmax erzielbar, der der Summe der Längen der
beiden Stelzen 19, 20 bzw. 33, 34 entspricht.
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Die
erfindungsgemäße Servopresse
weist als Stößelantrieb
ein servomotorbetätigtes
Kniehebelgetriebe 17 auf, wodurch sowohl die Erzielung großer Umformkräfte als
auch die weitgehend wahlfreie Gestaltung der Weg-Zeit-Kurve des
Stößels möglich ist.
Zumindest ein Zusatzantrieb wirkt zusätzlich auf den Stößel ein,
um den kontrolliert durchfahrbaren Hub des Stößels über das durch den Kniehebelantrieb
kontrolliert erzielbare Maß hinaus
zu erreichen. Der Zusatzantrieb 24 ist vorzugsweise positionskontrolliert
oder -geregelt und von der Steuereinrichtung 14 gesteuert,
die auch den Kniehebelservoantrieb steuert. Es werden dadurch große Hübe erzielt.
Dies erschließt
bislang für
Servopressen nicht zugängliche
Anwendungsgebiete.