DE102006015711B3

DE102006015711B3 - Stanzeinrichtung

Info

Publication number: DE102006015711B3
Application number: DE102006015711A
Authority: DE
Inventors: Ralph Utpadel; Gerhard Pick; Jörg Vögele; Markus RÖVER
Original assignee: L Schuler GmbH
Current assignee: L Schuler GmbH
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-04-05
Also published as: CN100542706C; US8113032B2; US20070227223A1; CN101049623A

Abstract

Bei einer erfindungsgemäßen Stanzeinrichtung wird der Stanzstempel (10) durch einen hydraulischen Stellantrieb (6) angetrieben, wobei in Verbindung mit einer servomotorisch angetriebenen Vorschubeinrichtung (4) und Wegmesssystemen an der Stößelachse und der Teilapparateachse (Vorschubachse) die Stößelbewegung relativ zur Vorschubbewegung des Teilapparates frei programmierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stanzeinrichtung für Elektrobleche, insbesondere zum Stanzen von Rotor- oder Statorblechen für elektrische Maschinen.
Bei der Produktion von Elektroblechen, insbesondere Blechen für elektrische Maschinen, können verschiedene Fertigungsverfahren zum Einbringen der Statornuten, Rotornuten, Lüftungslöcher oder anderer Ausnehmungen zur Anwendung kommen. Dazu wird auf so genannten Nutenstanzmaschinen häufig ein Einzelnutverfahren durchgeführt, bei dem die Nuten einzeln nacheinander erzeugt werden. Dieses Verfahren verbindet Wirtschaftlichkeit mit hoher Flexibilität bei unterschiedlichen Stanzradien und variantenreichen Lochbildern. Die Be- und Entladung der Nutenstanzmaschine erfolgt entweder manuell oder automatisiert.
Ein Beispiel für eine Nutenstanzmaschine ist der DE 101 07 484 A1 zu entnehmen. Diese Druckschrift offenbart einen mechanischen Stößelantrieb, bei dem die Schwenkachse eines kraftübertragenden Hebels mittels eines Exzenters verstellbar ist. Zur Verstellung des Exzenters dient ein Servomotor. Damit lässt sich der Stanzhub während des Betriebs der Stanzeinrichtung verändern.
Die maximal aufbringbare Kraft hängt bei dieser Lösung von der Stellung des Exzenters ab, weil dieser die wirksame Länge der Hebelarme des Schwenkhebels je nach Drehstellung verändert. Wird ein Exzenter mit geringer Exzentrizität verwendet, ist das Ausmaß der Hubverstellung ebenfalls gering.
Die EP 0364715 A1 offenbart ebenfalls eine Nutenstanzeinrichtung mit mechanischem Stößelantrieb. Zur Hubweitenverstellung dient wiederum ein Exzenter, der über einen Pneumatikzylinder verstellt werden kann. Die Verstellung des Stempelhubs ist durch die Endlagen des Antriebszylinders festgelegt.
Die DE 14 52 633 A offenbart eine Nutenstanzeinrichtung mit einem nachgeordneten Magazin, das einen fluidbetriebenen Druckstempel enthält. In dem Magazin werden die ausgestanzten Bleche aufgestapelt. Der Stapel wird von dem Druckstempel zusammengedrückt. An dem Magazin ist ein Höhenstandsgeber vorgesehen, um die Stapelhöhe zu bestimmen.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Einrichtung zum automatischen Stanzen von Elektroblechen insbesondere mit erhöhter Ausbringung anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist:
Die erfindungsgemäße Einrichtung weist für das Stanzwerkzeug einen Stellantrieb auf, der mit dem Stößel verbunden ist, um diesen zur Ausübung des Stanzhubs wegkontrolliert zu verstellen. Zur aktuellen Wegerfassung dient eine Wegmesseinrichtung, beispielsweise in Form eines linearen Weggebers. Dieser kann die Position des Stellantriebs oder die Position des Stößels erfassen. Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Stanzeinrichtung eine Vorschubeinrichtung zur kontrollierten Bewegung der Elektrobleche in Bezug auf die Matrize des Stanzwerkzeugs auf. Die Verbindung von frei programmierbaren Stößel/Weg-Verlauf und frei programmierbarer Vorschubeinrichtung gestattet eine optimale Abstimmung der Stanzzeiten und Transportzeiten ohne jede Beschränkung, die sich sonst aus einer mechanischen Antriebskinematik zwangsläufig ergeben würde. Außerdem können die Be- und Entladepositionen im manuellen oder im automatisierten Betrieb zeitoptimiert angefahren werden. Dies schlägt sich in einer Ausbringung nieder, die gegenüber Maschinen nach dem jetzigen Stand der Technik erhöht ist.
Einige vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Der Stellantrieb kann ein elektrischer, rotatorischer oder linearer Antrieb sein. Er ist vorzugsweise ein Servoantrieb, der ständig positionsgeregelt arbeitet. Als Stellantrieb kann außerdem ein Hydraulikzylinder dienen, dessen Kolben mit dem Stößel verbunden ist, um diesen anzutreiben. Vorzugsweise ist die Verbindung unmittelbar, d.h. ohne Zwischenschaltung eines Getriebes, über eine Stange oder über direkten Anschluss des Stößels an dem Kolben gegeben. Der Stößel ist gesondert geführt. Bezüglich quer zur Bewegungsrichtung des Stempels orientierten Richtungen ist vorzugsweise eine Entkopplung zwischen Stellantrieb und Stößel vorgesehen. Die Bewegungsübertragung in Stempelbewegungsrichtung ist vorzugsweise spielfrei.
Der Hydraulikzylinder bildet einen Direktantrieb für den Stößel. Er legt einen Maximalhub fest, der größer ist als ein Stanzhub. Vorzugsweise ist der Maximalhub größer als ein Lüfthub, wie er zum Werkzeugwechsel oder zum Werkstückwechsel erforderlich ist. Somit sind sämtliche Stößelbewegungen frei programmierbar festlegbar. Die Bewegung des Stanzstempels erfolgt vorzugsweise zu jedem Zeitpunkt positionsgeregelt. Es ist jedoch alternativ auch möglich, lediglich definierte Punkte der Bewegungsbahn des Stößels festzulegen, beispielsweise seinen oberen und seinen unteren Totpunkt sowie die Zeiten, zu denen er die Totpunkte erreichen, bzw. verlassen muss. In diesem Fall erfolgt die Kontrolle über die Stößelbewegung lediglich zeitabschnittsweise positionsgeregelt.
Vorzugsweise ist der Hydraulikzylinder über elektrisch betätigte Ventile gesteuert. Diese sind vorzugsweise als schnell schaltende elektrisch betätigte Ventile ausgebildet, die unter der Kontrolle der Steuereinrichtung stehen. Damit kann die Steuereinrichtung die Bewegung des Stellantriebs, seine Positionen und seine Momentangeschwindigkeiten steuern.
Die Vorschubeinrichtung enthält zumindest einen Servomotor, der mit einer Aufnahme für das Elektroblech vorzugsweise unmittelbar oder aber auch über eine Getriebestufe zumindest mittelbar verbunden ist. Die Drehposition des Servomotors entspricht somit der Drehposition des Elektroblechs. Bei Verbindung ohne ein Getriebe wird ein Getriebespiel oder dergleichen vermieden. Der Positionsregler des Servomotors kann somit ohne weiteres zur Positionierung des Elektroblechs herangezogen werden. Gesonderte Wegaufnehmer sind überflüssig.
Sowohl der Stellantrieb des Stößels auch der Servomotor der Vorschubeinrichtung gestatten eine stufenlose Einstellung der Stanzweiten bzw. der Transportschritte. Es können jedoch auch z.B. mittels der Software der Steuereinrichtung Stufen oder Schrittweiten für die Einstellung der Bewegungen des Stellantriebs und der Vorschubeinrichtung vorgegeben werden.
Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und der Figurenbeschreibung.
In der Zeichnung ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
1 eine Stanzeinrichtung in schematisierter Seitenansicht,
2 das Stanzwerkzeug der Stanzeinrichtung nach 1 und
3 und 4 verschiedene Weg/Zeit-Verläufe, die von dem Stößel zu durchfahren sind.
In 1 ist eine Stanzeinrichtung 1 veranschaulicht, mit einem Maschinengestell 2, die einen vorzugsweise in zumindest einer Richtung verstellbaren Tisch 3 aufweist. Vorzugsweise ist dieser mit einem nicht weiter veranschaulichten Stellantrieb in einer Horizontalrichtung verstellbar. Der Tisch 3 trägt eine Vorschubeinrichtung 4, die zur Positionierung eines nicht weiter veranschaulichten Elektroblechs dient, wenn dieses zu stanzen ist. Die Vorschubeinrichtung 4 umfasst einen Servomotor 5, dessen Abtrieb unmittelbar oder mittelbar mit einem Träger für das Elektroblech verbunden ist. Außerdem kann an dem Servomotor 5 ein inkrementaler oder sonstiger Winkelgeber 5a vorgesehen sein, der die Drehposition des Servomotors 5 und somit auch die Drehposition des zu stanzenden Elektroblechs erfasst. Das Elektroblech ist dazu während der Bearbeitung mit dem von dem Servomotor 5 betätigten Träger drehfest verbunden.
Das Maschinengestell 2 trägt außerdem einen Stellantrieb 6, beispielsweise ein Form eines Hydraulikzylinders 7, dessen Abtrieb 8 in Form einer Kolbenstange mit einer Aufnahme 9 für einen Stanzstempel 10 verbunden ist. Der Stanzstempel gehört zu einem Stanzwerkzeug 11, zu dem außerdem eine Matrize 12 gehört. Das Stanzwerkzeug 11 ist von einem an dem Maschinengestell 2 vorgesehenen Träger 13 lösbar gehalten.
Der Hydraulikzylinder 7 ist durch Ventile 14, 15 gesteuert, die über Leitungen 16 bis 19 mit einem Hydrauliksystem verbunden sind. Mit den Leitungen 16, 18 wird Hydraulikfluid unter Druck zu den Ventilen 14, 15 geliefert. Die Leitungen 17, 19 leiten aus dem Hydraulikzylinder 7 kommendes Hydraulikfluid ab. Die Ventile 14, 15 sind elektrisch betätigte Schnellventile, die an eine Steuereinrichtung 20 angeschlossen sind. Außerdem ist ein Weggeber 21 an den Hydraulikzylinder 7 angeschlossen, um die Position des nicht weiter veranschaulichten Hydraulikkolbens und somit mittelbar auch die Position des insoweit starr mit dem Kolben verbundenen Stanzstempels 10 zu erfassen. Alternativ kann der Weggeber 21 an dem Abtrieb 8 oder der Aufnahme 9 angeordnet sein.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Steuereinrichtung 20 somit sowohl mit dem Stellantrieb 6 wie auch mit dem Servomotor 5 verbunden, um diese zu steuern. Außerdem ist die Steuereinrichtung 20 mit dem Weggeber 21 und dem Geber 6a verbunden, um die jeweilige Ist-Position des Stanzstempels 9 bzw. des Elektroblechs zu erfassen. Der Servomotor 5 und der Stellantrieb 6 sind durch die Steuereinrichtung programmgesteuert stufenlos und kontrolliert, d.h. positionsgeregelt positionierbar. Es können variable und aufeinander abgestimmte optimierte Weg/Zeit-Kurven für beide Antriebe vorgesehen werden. Unter „stufenloser" Verstellung wird auch jede Verstellung verstanden, die sehr kleine z.B. durch inkrementale Wegsensoren vorgegebene Stufen bedingt, deren Größe unterhalb der geforderten Einstellgenauigkeit liegt.
Das in 1 lediglich schematisch veranschaulichte Stanzwerkzeug 11 ist in 2 gesondert dargestellt. Es weist einen zu dem Stanzstempel 10 gehörigen oberen Träger 22 auf, der mehrere, beispielsweise zwei, Stempel 23, 24 hält. Die Stempel 23, 24 können eine unterschiedliche Länge aufweisen, so dass sie das Elektroblech 25 bei unterschiedlichen Positionen durchstoßen. Damit können abhängig von der Größe des Stanzhubs verschiedene Lochmuster erzeugt werden, indem nur der Stempel 23 oder beide Stempel 23, 24 durch das Elektroblech 25 stoßen.
Die insoweit beschriebene Stanzeinrichtung 1 arbeitet wie folgt:
Die Steuereinrichtung 20 gestattet die Einstellung einer frei programmierbaren Stößelbewegung sowie einer frei programmierbaren Bewegung des Servomotors 5. Gegebenenfalls kann die Steuereinrichtung 20 zusätzlich einen Servomotor steuern, der den Tisch 3 kontrolliert bewegt, um beispielsweise Nutenstanzpositionen radial gegeneinander zu versetzen. Zu jedem Zeitpunkt oder in zeitlich schneller Folge erhält die Steuereinrichtung 20 von dem Weggeber 21 und dem Geber 6a Signale, die die Position des Stanzstempels 10 sowie des Elektroblechs 25 kennzeichnen. Sie vergleicht diese Ist-Positionen mit Soll-Positionen und steuert den Stellantrieb 6 wie auch den Servomotor 5 entsprechend an, um die Ist-Positionen mit den Soll-Positionen in Übereinstimmung zu bringen. Dabei kann sie den Stanzstempel 10 gezielt und stufenlos in gewünschte Positionen überführen. 3 veranschaulicht dazu einen möglichen Weg/Zeit-Verlauf. Der Stanzstempel 10 bewegt sich dabei zwischen einem oberen Maximum, das er im so genannten Lüfthub LH einnimmt. Die sonstigen Arbeitsspiele können sich zwischen einem oberen Totpunkt OT, einem ersten unteren Totpunkt UT1 und einem zweiten unteren Totpunkt UT2 abspielen, der tiefer liegt als der Totpunkt UT1. Es ist möglich, die Bewegung des Stellantriebs 6 und somit des Stanzstempels 10 genau vorzugeben, indem der Ort des Stanzstempels 10 für jeden Zeitpunkt festgelegt wird. In diesem Fall legt die Steuereinrichtung 20 die gesamte Kurve gemäß 3 fest. Wenn nur der untere Totpunkt UT1 erreicht wird, ist nur der Stempel 24 aktiv. Wird der untere Totpunkt UT2 erreicht, sind beide Stanzstempel 23, 24 aktiv.
Es ist auch möglich, für die Stößelbewegung nur die Zeitpunkte vorzugeben, zu denen der obere Totpunkt OT, der untere Totpunkt UT1, der untere Totpunkt UT2 und die Lüftposition LH erreicht werden sollen. In diesem Fall wird der Stanzstempel 10 noch immer in dem Sinne wegkontrolliert gesteuert, indem die Totpunkte wegkontrolliert eingenommen werden. Die Position der Totpunkte ist stufenlos festlegbar.
4 veranschaulicht einen Bewegungsverlauf, bei dem zwischen dem maximal möglichen oberen Totpunkt PO und dem tiefsmöglichen unteren Totpunkt PU verschiedene Totpunkte P0, P1, P2 und P3 angefahren werden. Wie ersichtlich, ist die Stößelposition durch den hydraulischen Stößelantrieb im Verfahrbereich des Hydraulikzylinders 7 frei programmierbar. Die angegebenen Totpunkte sowie jeder weitere beliebige Punkt sind im Bereich des Verfahrwegs des Hydraulikzylinders 7 frei wählbar. So wird es möglich, auch in mehr als zwei Ebenen zu stanzen und eine optimale Anpassung an den Prozess zu erreichen. Der Stößelweg wird dabei mittels des Wegmesssystems überwacht, das durch den Weggeber 21 und die angeschlossene Steuereinrichtung 20 gebildet ist, so dass eine Lageregelung realisiert werden kann. Außerdem ist es möglich, an dem Hydraulikzylinder 7 und/oder dem Stanzstempel 10 und/oder in oder an dem Abtrieb 8 und/oder der Aufnahme 9 einen Druck- bzw. Kraftsensor vorzusehen, so dass auch die Presskraft gemessen und geregelt werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, durch solche Sensoren einen Überlastschutz zu realisieren. Außerdem ist es möglich, die Presskraft ständig zu überwachen. Eine solche Presskraftüberwachung lässt Rückschlüsse auf den Stanzprozess zu, beispielsweise auf den Stempelverschleiß oder auf die Zuführung von falschem Material.
Der erfindungsgemäße Stößelantrieb ist einfach aufgebaut. Es entfallen verschleißbehaftete mechanische Baugruppen, wie Exzenterwelle, mechanische Hubverstellung, Kupplung, Bremse, Schwungrad, Riemen, Hebel usw. Zudem wird die Funktion des Lüftungshubs durch den Hydraulikzylinder 7 übernommen, so dass die sonst zur Durchführung des Lüftungshubs erforderlichen Baugruppen ebenfalls entfallen können.
Ein weiterer Vorteil liegt im Wegfall einer manuellen Stößelverstellung. Auch diese Funktion kann mit dem hydraulischen Stellantrieb 6 realisiert werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Stanzeinrichtung wird der Stanzstempel 10 durch einen hydraulischen Stellantrieb 6 angetrieben, wobei in Verbindung mit einer servomotorisch ange triebenen Vorschubeinrichtung 4 und Wegmesssystemen an der Stößelachse und der Teilapparateachse (Vorschubachse) die Stößelbewegung relativ zur Vorschubbewegung des Teilapparates frei programmierbar ist.

Claims

Einrichtung zum automatischen Stanzen von Elektroblechen (25), insbesondere Statorblechen und/oder Rotorblechen, – mit einem Stanzwerkzeug (11), zu dem ein Stanzstempel (10) und eine Matrize (12) gehören, – mit einem Stellantrieb (6), der mit dem Stanzstempel (10) verbunden ist, um diesen zur Ausübung des Stanzhubes wegkontrolliert zu verstellen, – mit einer Wegmesseinrichtung (21) zur Erfassung der Position des Stanzstempels (10), – mit einer Vorschubeinrichtung (4) zur kontrollierten Bewegung der Elektrobleche (25) in Bezug auf die Matrize (12), und – mit einer Steuereinrichtung (20), die mit dem Stellantrieb (6), der Wegmesseinrichtung (21) und der Vorschubeinrichtung (4) verbunden ist, um die Bewegung des Stanzstempels (10) und der Vorschubeinrichtung (4) vorzugeben.
Stanzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (6) ein elektrischer Antrieb ist.
Stanzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (6) ein elektrischer Servoantrieb ist.
Stanzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (6) einen Hydraulikzylinder (7) aufweist, der einen Kolben enthält, der mit dem Stanzstempel (10) unmittelbar verbunden ist.
Stanzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikzylinder (7) und der Kolben einen Maximalhub festlegen, der größer ist als ein Stanzhub.
Stanzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalhub einem Lüfthub entspricht, bei dem der Stanzstempel (10) und die Matrize so weit voneinander entfernt werden, dass das Elektroblech (25) mittels eines Greifermittels in die Stanzeinrichtung (1) hinein und aus dieser heraus gefahren werden kann.
Stanzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikzylinder (7) über elektrisch betätigte Ventile (14, 15) gesteuert ist.
Stanzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) darauf eingerichtet ist, während der Bearbeitung eines Elektroblechs (25) den von dem Stellantrieb (6) auszuführenden Stanzhub zu variieren.
Stanzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) darauf eingerichtet ist, während der Bearbeitung eines Elektroblechs (25) den unteren Totpunkt des Stanzstempels (10) zu variieren.
Stanzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) darauf eingerichtet ist, während der Bearbeitung eines Elektroblechs (25) den oberen Totpunkt des Stanzstempels (10) zu variieren.
Stanzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubeinrichtung (4) einen Servomotor (5) aufweist, der mit einer Aufnahme für das Elektroblech (25) unmittelbar verbunden ist.
Stanzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubeinrichtung (4) mit einer Wegmesseinrichtung (5a) verbunden ist, um eine positionsgeregelte Vorschubbewegung des Elektroblechs (25) zu gestatten.