DE102011080030A1

DE102011080030A1 - Handbetätigte Presse

Info

Publication number: DE102011080030A1
Application number: DE102011080030A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2013-01-31
Also published as: US20140251166A1; WO2013013671A1; CA2842490A1; BR112014001667A2; EP2736709A1

Abstract

Eine handbetätigte Presse weist eine um eine Achse schwenkbar gelagerte Kurvenscheibe, ein Betätigungsorgan, das auf die Kurvenscheibe zur Erzeugung einer Schwenkbewegung einwirkt, einen Pressenstößel und einen Pressenständer auf, der den Pressenstößel eine Hubbewegung ermöglichend aufnimmt. Die durch das Betätigungsorgan ausgelöste Schwenkbewegung wird durch die Kurvenscheibe in eine Hubbewegung des Primärkolbens umgewandelt und über die Hydraulikleitung und den Sekundärkolben auf den Pressenstößel übertragen.

Description

Die Erfindung betrifft eine handbetätigte Presse wie sie beispielsweise aus der GB 437 540 (A) bekannt ist. Sie umfasst eine um eine Achse schwenkbar gelagerte Kurvenscheibe, ein Betätigungsorgan in Form eines Handhebels, das auf die Kurvenscheibe zur Erzeugung einer Schwenkbewegung einwirkt, einen Pressenstößel sowie einen Pressenständer, der den Pressenstößel eine Hubbewegung ermöglichend aufnimmt. Bei dieser handbetätigten Presse wird somit die Schwenkbewegung des Handhebels über die Kurvenscheibe in eine Hubbewegung des Pressenstößels umgewandelt.
Handbetätigte Pressen werden allgemein zur Montage von Serienbauteilen eingesetzt, wobei der Bediener viele aufeinander folgende Pressbewegungen ausführen muss. Durch die dabei auftretende Ermüdung kann es vorkommen, dass der Arbeitshub nicht vollständig ausgeführt wird und dadurch fehlerhafte Werkstücke entstehen. Dem wird durch sogenannte Rückhubsperren vorgebeugt, welchen den Rückhub des Pressenstößels verhindern, solange nicht eine vorgegebene Zielposition erreicht wurde.
Gebräuchliche handbetätigte Pressen, die über eine Hubsperre verfügen, sind aus DE 43 14 062 A1 , DE 199 59 627 A1 , DE 102 23 153 C1 bekannt. Bei diesen Pressen erfolgt die Kraftübertragung von einem Handhebel auf den Pressenstößel entweder über einen Kniehebelmechanismus oder über eine Kombination von Zahnstange und Ritzel.
Bauartbedingt ist der Handhebel zur Betätigung der vorgenannten Pressen fest an der Welle des Zahnrads oder des Kniehebels angebracht, was eine flexible ergonomische Anordnung des Betätigungsorgans häufig unmöglich macht.
Bei den genannten Zahnstangenpressen bleibt das Übersetzungsverhältnis von Kraft und Weg während des gesamten Pressenhubs konstant. Das bedeutet, dass die Bedienperson für den Zustellhub vor dem eigentlichen Pressvorgang eine große Arbeitsbewegung ausführen muss obwohl noch keine Presskraft aufgebracht wird. Bei der Bewegung während des eigentlichen Pressvorgangs ergeben sich große Betätigungskräfte, da die Übersetzung nicht verändert wird.
Die genannten Kniehebelpressen weisen bezüglich Presskraft und Hebelweg ein Verhältnis auf, welches durch die Geometrie des verwendeten Kniehebels bestimmt wird. Charakteristisch sind hierbei der größere Hub des Pressenstößels zu Beginn des Arbeitshubs und größere Presskräfte mit einer geringen Bewegung des Pressenstößels kurz vor der Strecklage des Kniehebels.
Als Rückhubsperre werden bei den beschriebenen Maschinen üblicherweise fehleranfällige und umständlich auf den jeweiligen Arbeitsgang einstellbare mechanische Rastmechanismen eingesetzt. Über eine Überlastsicherung, welche die Aufbringung zu großer Presskräfte verhindert, verfügen derartige einfache Pressen nicht.
Alternativ kommen sehr aufwendige elektronisch gesteuerte Bremsen und Kupplungen zum Einsatz. Die Steuersignale werden hierbei von Kraft- und Wegsensoren abgeleitet. Bei diesen Pressen kann die Hubsperre an jeder Stelle des Hubes erfolgen, auch eine Überlastsicherung wird so ermöglicht. Bedingt durch die Konstruktion sind diese Maschinen aber vergleichsweise sehr aufwendig und teuer.
Die vorstehend beschriebenen Pressen sind in der Industrie weit verbreitet und haben sich auch im langen praktischen Einsatz bewährt, verschiedene Verbesserungen wären aber sicher wünschenswert.
Ein Nachteil der beschriebenen Pressen besteht darin, dass sich die Position und die Betätigungsrichtung des Betätigungsorgans nicht frei nach arbeitsergonomischen Gesichtspunkten wählen lassen. Da das Betätigungsorgan in der Regel oben an der Maschine angebracht ist, fällt die Greifbewegung zum Erreichen des Betätigungsorgans weit und hoch aus und erschwert ein ermüdungsfreies Arbeiten.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Pressen obiger Bauart über ein durch die Konstruktion fest vorgegebenes Übersetzungsverhältnis verfügen, welches nur sehr bedingt an den für unterschiedliche Arbeitsgänge wünschenswerten Kraftverlauf angepasst werden kann. Die Herstellung von längeren Einpressverbindungen oder auch das Stanzen von Bauteilen mit Kniehebelpressen scheitet oft daran, das die benötigte Presskraft erst kurz vor Erreichen der Strecklage des Kniehebels zur Verfügung steht. Mit den genannten Zahnstangenpressen sind größere Presskräfte nicht erzielbar und die Arbeitsbewegung der Bedienperson beim Zustellhub ist nicht ergonomisch. Die nachträgliche Veränderung des Übersetzungsverhältnisses an einer bestehenden Maschine ist nicht möglich.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die verwendeten Hubsperren entweder unpräzise über mehrere Raststellungen arbeiten und umständlich einstellbar, oder aber sehr aufwendig und teuer sind.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die genannten Pressen nicht über eine Überlastsicherung verfügen, welche die maximal auf das Werkstück aufzubringende Presskraft begrenzt.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die genannten Pressen über keine Einrichtung verfügen mit der sich die Einpressgeschwindigkeit begrenzen lässt.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei Erreichen einer vorgegebenen Zielposition oder Zielpresskraft kein automatischer Rücklauf des Pressenstößels erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine handbetätigte Presse der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die vorstehenden Probleme gelöst werden.
Im Besonderen soll eine kostengünstige Presse geschaffen werden, welche eine beliebige räumliche Anordnung und Betätigungsrichtung des Betätigungsorgans erlaubt, die ein beliebiges stufenloses Übersetzungsverhältnis von Handhebel zum Pressenstößel ermöglicht, das einfach an unterschiedliche Pressvorgänge angepasst werden kann, die eine raststufenfreie Hubsperre, eine Überlastsicherung und eine Möglichkeit zur Begrenzung der Hubgeschwindigkeit aufweist, die über einen automatischen Rücklauf des Pressenstößels bei Erreichen einer vorgegebenen Zielposition oder Zielpresskraft verfügt und die mit einfacher, robuster Sensorik zur Überwachung, Aufzeichnung und Dokumentation der auftretenden Presskräfte ausgestattet werden kann.
Eine Sensorik zur Aufzeichnung des qualitätsrelevanten Kraft-Weg-Verlaufs im Steuergerät ist z. B. aus der DE 102 23 153 C1 bekannt.
Bei einer handbetätigten Presse der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschreiben.
Die durch das Betätigungsorgan ausgelöste Schwenkbewegung wird dem gemäß durch die Kurvenscheibe in eine Hubbewegung des Primärkolbens umgewandelt und über die Hydraulikleitung und den Sekundärkolben auf den Pressenstößel übertragen.
Um sicherzustellen, dass die Pressbewegung vollständig ausgeführt wird, kann eine Rückhubsperre vorgesehen sein, welche als entsperrbares Rückschlagventil zwischen den Hydraulikzylindern ausgeführt ist.
Durch das entsperrbare Rückschlagventil verfügt die Presse über eine stufenlose Rückhubsperre, welche nicht für den jeweiligen Arbeitsgang eingestellt werden muss und die bei Erreichen einer vorgegebenen Zielposition des Stößels mechanisch, oder aber bei Erreichen einer Zielpresskraft über ein einstellbares Druckventil hydraulisch entsperrt wird und damit einen automatischen Rücklauf des Pressenstößels einleitet.
Zur Erzielung einer optimalen Arbeitsergonomie für den Bediener sind der eigentliche Pressenstößel und die Betätigungseinheit für den Primärzylinder getrennt. Durch die Trennung von Primär- und Sekundärzylinder sind räumliche Anordnung und Betätigungsrichtung des Betätigungsorgans frei wählbar.
Empfindliche Werkstücke können durch zu große Presskräfte oder eine zu große Einpressgeschwindigkeit leicht beschädigt werden. Um dies zu vermeiden, erlaubt die Verwendung eines einstellbaren Drosselventils zwischen dem Primär- und Arbeitszylinder die Begrenzung der Einpressgeschwindigkeit, das einstellbare Druckbegrenzungsventil verhindert die Aufbringung zu großer Presskräfte.
Zur Überwachung der bei der Herstellung der Pressverbindung auftretenden Kräfte kann über einen Drucksensor im Hydraulikkreis die Presskraft gemessen und mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden.
Das Übersetzungsverhältnis von Kraft und Weg zwischen Betätigungsorgan und Pressenstößel kann auf einfache Weise stufenlos durch den Einsatz einer geeigneten Kurvenscheibe an unterschiedliche Arbeitsgänge angepasst werden. Eine Anpassung der Geometrie der Kurvenscheibe erlaubt die Optimierung der Übersetzung an jedem Punkt des Arbeitshubes. Für unterschiedliche Arbeitsgänge ist eine einfache Anpassung durch den Austausch der Kurvenscheibe möglich.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Vorteile nicht nur in der angegebenen Kombination sondern auch in Alleinstellung oder anderen Kombinationen verwendet werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Es zeigen:
1 eine schematisierte Seitenansicht der erfindungsgemäßen Presse,
2 eine Ausführungsvariante der Presse analog 1, und
3 eine Ausführungsvariante der Bedieneinheit der Presse analog 1 oder 2.
Bezugszeichen 100 bezeichnet insgesamt eine Press- oder Arbeitseinheit, Bezugszeichen 200 eine dazugehörige Bedieneinheit.
In 1 weist die Arbeitseinheit 100 einen Pressenständer 101 auf, der beispielsweise auf einem Untergestell oder einer Werkbank steht. Mit dem Pressenständer 101 ist ein Kopfteil 102 verbunden, welches auch höhenverstellbar sein kann.
Im Kopfteil 102 befindet sich ein hydraulischer Sekundärzylinder 103. Der Unterteil eines Sekundärkolbens 104 des Sekundärzylinders 103 ist mit einem Pressenstößel 105 verbunden, mit dem in Richtung einer Arbeitsplatte 106 gepresst wird. Über eine Hydraulikleitung 107 wird der Sekundärzylinder 103 mit Druck beaufschlagt. Die Pressgeschwindigkeit kann über ein Drosselventil 108 begrenzt werden. Eine Rückstellfeder 109 dient zur Rückstellung des Sekundärzylinders 103 nach erfolgtem Arbeitshub. Ein Rückschlagventil 110 verhindert aber zunächst den Rückhub.
Ein Einstellteil 111 ist auf dem Sekundärkolben 104 verstellbar angebracht und erlaubt in Verbindung mit einem mechanisch betätigten Hydraulikventil 112 einen Rückfluss des Hydrauliköls über eine Rückleitung 113 und damit eine Einleitung des Rückhubs nach einem einstellbaren Pressweg.
Ein mit dem Sekundärzylinder 103 verbundenes, einstellbares und druckbetätigtes Hydraulikventil 114 erlaubt nach der Umschaltung bei eigestelltem Druck ebenfalls den Rückfluss des Hydrauliköls über die Rückleitung 113 und damit die Einleitung des Rückhubes nach Erreichen einer einstellbaren Presskraft.
Die Bedieneinheit 200 weist ein Gestell 201 auf, an dem eine Kurvenscheibe 202 drehbar gelagert angebracht ist und mittels eines Handhebels 203 gedreht werden kann. Im unteren Teil des Gestells 201 ist ein hydraulischer Primärzylinder 204 angebracht. An einem Primärkolben 205 des Primärzylinders 204 ist eine Druckrolle 206 angebracht, eine Rückstellfeder 207 dient zur Rückstellung des Primärkolbens 205 des Primärzylinders 204, welcher über ein Rückschlagventil 208 mit einem Speicherbehälter 209 verbunden ist.
Durch die Betätigung des Handhebels 203 wird über die Kurvenscheibe 202 und die Druckrolle 206 der Primärkolben 205 nach unten bewegt und damit der für den Pressvorgang notwendige Druck erzeugt, welcher der Arbeitseinheit 100 über die Hydraulikleitung 107 zugeführt wird. Mit einem Druckbegrenzungsventil 210 kann die auf das Werkstück aufgebrachte Presskraft begrenzt werden.
Da der Rücklauf des druckbeaufschlagten Hydrauliköls bis zur Fertigstellung des Pressvorgangs in der Arbeitseinheit 100 durch das Rückschlagventil 110 verhindert wird, kann der Primärkolben 205 auch bei druckbeaufschlagtem Arbeitsteil 100 einen Rückhub durchführen, wobei Hydrauliköl aus dem Speicherbehälter 209 über das Rückschlagventil 208 nachfließt. Auf diese Weise werden insbesondere bei großen Übersetzungen wie sie für die Erzielung großer Presskräfte notwendig sind, durch Mehrfachhübe der Bedieneinheit 200 große Hübe bei größeren Presskräften ermöglicht.
Eine zweite bevorzugte Weiterbildung der Presse ist in 2 gezeigt.
In dieser Anordnung entfallen die Hydraulikventile 108, 110, 112, 114 an der Arbeitseinheit 100. Stattdessen werden ein elektrisch betätigtes Hydraulikventil 120 mit Arbeits-, Sperr- und Rücklaufstellung, ein Drucksensor 121 und ein Wegmesssystem 122 verwendet, welche mit einem elektronischen Steuergerät 123 verbunden sind. Die Anordnung erlaubt eine Aufzeichnung des qualitätsrelevanten Kraft-Weg-Verlaufs im Steuergerät 123.
Über eine geeignete Ansteuerung des Hydraulikventils 120 durch das Steuergerät 123 kann nun, in Abhängigkeit von den Sensorsignalen Kraft und/oder Weg und von den im Steuergerät 123 hinterlegten Gütemerkmalen des Presskraftverlaufs des Pressenstößels 105, der Pressvorgang freigegeben, der Rückhub eingeleitet oder der Pressenstößel 105 räumlich festgelegt werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Bedieneinheit 200 ist in 3 gezeigt.
Der Handhebel 203 der Bedieneinheit 200 zum wird durch einen einfachen Elektromotor 220 ohne Drehrichtungsumkehr ersetzt. Die so gebildete Presse erlaubt im Start-Stop-Betrieb Einzelhübe oder im Dauerlauf Dauerbetrieb. Durch den gewählten Aufbau wird im Gegensatz zu herkömmlichen hydraulischen Pressen Energie nur bei Verrichtung von Pressarbeit und nicht im Stand-By verbraucht.
Bezugszeichenliste

100: Arbeitseinheit
101: Pressenständer
102: Kopfteil
103: Sekundärzylinder
104: Sekundärkolben
105: Pressenstößel
106: Arbeitsplatte
107: Hydraulikleitung
108: Drosselventil
109: Rückstellfeder
110: Rückschlagventil
111: Einstellteil
112: Hydraulikventil
113: Rückleitung
114: Hydraulikventil
120: Hydraulikventil
121: Drucksensor
122: Wegmesssensor
123: Steuergerät
200: Bedieneinheit
201: Gestell
202: Kurvenscheibe
203: Handhebel
204: Primärzylinder
205: Primärkolben
206: Druckrolle
207: Rückstellfeder
208: Rückschlagventil
209: Speicherbehälter
210: Druckbegrenzungsventil
220: Elektromotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

GB 437540 (A) [0001]
DE 4314062 A1 [0003]
DE 19959627 A1 [0003]
DE 10223153 C1 [0003, 0018]

Claims

Handbetätigte Presse mit – einer um eine Achse schwenkbar gelagerten Kurvenscheibe (202), – einem Betätigungsorgan (203, 220), das auf die Kurvenscheibe (202) zur Erzeugung einer Schwenkbewegung einwirkt, – einem Pressenstößel (105) und – einem Pressenständer (101), der den Pressenstößel (105) eine Hubbewegung ermöglichend aufnimmt, gekennzeichnet durch – eine Bedieneinheit (200) mit – einen Primärzylinder (204), der – einen Primärkolben (205) aufweist, und – einen Sekundärzylinder (103), der – einen Sekundärkolben (104) aufweist, der seinerseits mit dem Pressenstößel (105) verbunden ist, und – mindestens eine Hydraulikleitung (107) zur hydraulischen Koppelung zwischen dem Primärzylinder (204) und dem Sekundärzylinder (103), sodass die durch das Betätigungsorgan (203, 220) ausgelöste Schwenkbewegung durch die Kurvenscheibe (202) in eine Hubbewegung des Primärkolbens (205) umgewandelt und über die Hydraulikleitung (107) und den Sekundärkolben (104) auf den Pressenstößel (105) übertragen wird.
Presse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Rückhubsperre, die zwischen dem Primärzylinder (204) und dem Sekundärzylinder (103) wirkt.
Presse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhubsperre in Form – eines entsperrbaren Rückschlagventils (110) vorgesehen ist.
Presse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhubsperre derart ausgelegt ist, dass eine Rückwärtsbewegung verhindert wird, bevor eine bestimmte Presskraft oder/und eine vorgegebene Position des Pressenstößels (105) erreicht ist.
Presse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch – eine Rückstellfeder (207), die auf den Primärkolben (205) einwirkt, und – einen Speicherbehälter (209), der mit dem Primärzylinder (203) über – ein Rückschlagventil (208) derart verbunden ist, dass die Bedieneinheit (200) einen von dem Rückhub des Pressenstößels (105) unabhängigen Rückhub des Primärkolbens (205) zulässt und damit sequentielle Mehrfachhübe ermöglicht.
Presse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinheit (200) als separate Baugruppe ausgeführt und von den übrigen Bauteilen örtlich getrennt anordenbar ist.
Presse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Druckbegrenzungsventil (210) zur Begrenzung der aufgebrachten Presskraft und/oder – ein Drosselventil (108) zur Begrenzung der Einpressgeschwindigkeit vorgesehen sind, die zwischen dem Primärzylinder (204) und dem Sekundärzylinder (103) wirken.
Presse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch – ein Steuergerät (123), das durch Sensorsignale ein zwischen Primärzylinder (204) und Sekundärzylinder (103) eingebautes – Hydraulikventil (120) ansteuert, sodass der Pressenstößel (105) an jeder Stelle eines Pressenhubs in Vorwärtsrichtung oder eines Rückhubs in Rückwärtsrichtung räumlich positionierbar ist.
Presse nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch – einen Drucksensor (121) zur Messung des Hydraulikdrucks oder der Presskraft, um den Rückhub zu sperren, bis eine vorgegebene Presskraft erreicht ist, oder um den Pressenhub zu sperren, wenn eine maximal vorgegebene Presskraft überschritten ist.
Presse nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch – einen Wegmesssensor (122) zur Messung des Pressenhubs, um den Rückhub zu sperren, bis eine vorgegebene Position des Pressenstößels (105) erreicht ist, oder um den Pressenhub zu sperren, wenn ein maximal vorgegebener Pressweg überschritten ist.
Presse nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (123) derart ausgelegt ist, um aus den bei der Ausführung des Pressvorgangs aufgebrachten Presskräften die Güte der Pressverbindung zu ermitteln.
Presse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (123) derart ausgelegt ist, dass der Rückhub oder ein weiterer Pressenhub erst dann freigegeben werden, wenn das Steuergerät (123) eine Gut-Pressung ermittelt.
Presse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (202) austauschbar ist.
Presse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsorgan – ein Handhebel (203) oder – ein Elektromotor (220) ist.