DE10227088B4 - Pressenantrieb - Google Patents

Abstract

Antrieb von mechanischen Pressen mit einem Stößel der mittels Exzenter und Lenkhebelgetriebe antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet,
dass der Doppelhebel (10) des Lenkhebelgetriebes (6) auf einem äußeren Exzenter (17) und dieser auf einem drehbar auf der Achse (14) gelagerten inneren Exzenter (16) gelagert ist,
wobei der innere Exzenters (16) zum äußeren Exzenter (17) um einen vorgegebenen Winkel durch den Pressenantrieb mittels einem mit dem inneren Exzenter (16) verbundenen Antriebsrad (4) rotatorisch verstellbar ist.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf den Antrieb von Schneid- und Umformpressen, bei welchen ein Lenkhebelgetriebe mittels Pleuel mit einem Pressenstößel verbunden ist und diesen antreibt und vertikal bewegt und insbesondere auf die Möglichkeit einer Hubverstellung und eines veränderbaren Geschwindigkeitsprofils für Pressenstößel.
• In vielfältiger Weise ist es bekannt zur Erzielung günstiger Umform- und Transferbedingungen die Stößelgeschwindigkeit diesen optimal anzupassen. Ein einfacher Exzenter- oder Kurbelantrieb hat einen festen, sinusförmigen Bewegungsverlauf, der den heutigen Anforderungen vollautomatisierter Pressen und den verschiedensten Ausführungsformen der umzuformenden Bauteile in der Regel nicht genügt. Auch die Umformung von Werkstoffen mit sehr unterschiedlichen Festigkeiten und Umformverhalten erfordern hoch flexible Pressenantriebe.
• Bereits vor geraumer Zeit wurden Antriebskonzepte entwickelt zur Modifizierung des Bewegungs- und Geschwindigkeitsverlaufs.
• Ausführlich ist dieses in der DE 14 52 772 C beschrieben. Die Veränderung der Sinusform wurde durch den Einsatz von Hebel- und Gelenkantrieben erreicht.
• Nachteilig bei diesem Lösungsansatz ist das starre, einmalig festgelegte, Geschwindigkeitsprofil. Veränderungen sind nur durch Änderung der Hebellängen möglich, was jedoch in der Praxis bisher am hohen Aufwand scheiterte.
• Neuere Lösungen schlagen den Einsatz eines zweiten Antriebes vor, mit dem Ziel einer Bewegungsüberlagerung. So wird in der DE 198 10 406 A1 für eine Exzenterpresse ein Hauptantrieb und ein zusätzlicher Servoantrieb vorgeschlagen. Über Getriebestufen treibt der Hauptantrieb die Exzenterwelle an. Der mit dem Pressenstößel verbundene Pleuel ist auf einer weiteren, zusätzlichen Exzentereinrichtung schwenkbar gelagert. Diese zweite Exzentereinrichtung steht in Wirkverbindung mit einem Servoantrieb. Durch den Servoantrieb wird die zusätzliche Exzentereinrichtung bei Betrieb der Presse gezielt gegenüber der Exzenterwelle gedreht oder verschwenkt. Durch die relative Exzenterbewegung gegenüber der Exzenterwelle kann der Weg-Zeit-Verlauf der Stößelbewegung beeinflußt werden. Ein von der Sinusform abweichendes Bewegungsprofil bezogen auf die Zeit ist in bestimmten Bereichen möglich.
• Nachteilig bei dem vorgeschlagenen Konzept ist der große bauliche Aufwand. Insbesondere ist neben dem Hauptantrieb noch ein zweiter Antrieb erforderlich. Zur Funktionalität des weiteren Antriebes gehört ein Regelkreis der in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Hauptantriebes eine Regelgröße erzeugt, zur gezielten Verstellung der zweiten Exzentereinrichtung. Da die gesamte Drehmomentenabstützung während der Umformung von der weiteren Exzentereinrichtung aufgenommen wird muss auch die Dimensionierung der Bauteile entsprechend groß sein.
• Ausführlich wird die Kinematik der Stößel in dem VDI Fortschritt-Bericht Nr. 516, "Mehrstößel-Transferpressen", VDI Verlag, Düsseldorf 1999 behandelt. Auf Seite 60 werden zwei Alternativen zur Veränderung der Stößelkinematik dargestellt.
• – Verstellung des Lenkhebels mittels Hydraulikzylinder
• – am ortsfesten Gestellpunkt Verwendung eines zusätzlichen Hilfsexzenter der durch einen Hydromotor betätigt wird zur Veränderung der Lage des Koppelhebels.
• Der Verfasser verweist darauf, dass beide Vorschläge nur mit hohem regelungstechnischen Aufwand realisierbar sind. Als weiterer Nachteil wird die Verwendung der weichen Hydraulikelemente im Kraftfluss der Getriebe genannt. Aus der DE 195 47 671 C2 und diese Vorschläge ebenfalls zu entnehmen. Das Schutzrecht bezieht sich auf Pressen mit einem Exzenterantrieb und auf Pressen mit veränderlichem Hub in Lage und Größe. Als ein weiterer Nachteil bei dieser Lösung tritt der unerwünschte Effekt auf, dass bei einem großen Hubweg die Stößelgeschwindigkeit unter den Wert für kleinere Hübe abgesenkt wird. Für einen praxisgerechten Pressenbetrieb ist diese Veränderung des Geschwindigkeitsverhaltens wenig sinnvoll.
• Für den Umformvorgang ist Idealerweise das absolute Geschwindigkeitsminimum zu Beginn des Umformvorganges. Besonders vorteilhaft ist dabei auch der geringe Auftreffstoß, wodurch die Presse nur mit einer niedrigen Schwingungsenergie belastet wird und dadurch nur eine geringe Schallentwicklung auftritt.
• Aufgabe und Vorteil der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde mit einfachen, kostengünstigen Mitteln ein Lenkhebelgetriebe für Schneid- und Umformpressen so zu gestalten, dass in einem weiten Bereich die unterschiedlichsten Hub- und Geschwindigkeitsprofile für Pressenstößel realisierbar sind und dass bei Beginn der Umformung eine deutlich reduzierte Stößelgeschwindigkeit erreichbar ist.
• Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Antrieb einer Exzenterpresse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
• In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Antriebssystems angegeben.
• Die Erfindung nutzt dabei die bekannte Verwendung von Doppelexzentern zur Hubverstellung von Exzenterpressen und schlägt vor diese in den Drehpunkt des Doppelhebels eines Lenkhebelgetriebe zu integrieren. Bei den Doppelexzentern ist zusätzlich zu dem zum Antrieb erforderlichen Exzenter ein weiterer Exzenter zur Hubverstellung angeordnet. Die beiden Exzenter sind so gestaltet, dass während der Produktionsphase diese miteinander verriegelbar sind und somit einen festen und steifen Verbund darstellen. Die Einstellung der Hubgröße erfolgt nach der Entriegelung ausschließlich durch den Pressenantrieb während der Rüstphase.
• Die Wirkverbindung von den einstellbaren Exzentern mit dem Lenkhebelgetriebe ergibt die Möglichkeit einer Veränderung der Hubgröße und einer Beeinflussung des Geschwindigkeitsprofils. Dabei wird im Bereich großer Hübe eine ausgeprägte Lenkhebel-Kinematik erreicht, während bei kleinen Hüben die Kinematik sich der eines Exzenters annähert. Somit wird bei großen Hüben eine gewünschte Verringerung der Auftreffgeschwindigkeit erreicht, die bei kleiner werdenden Hüben feinfühlig weiter absenkbar ist. Analog dazu verhält sich die Rückhubgeschwindigkeit, die bei einem großen Hub entsprechend hoch ist.
• Ein weiterer Vorteil bei diesen Bewegungskurven ist die erreichbare gute Freigängigkeit zum automatisierten Transport der Werkstücke zwischen zwei Bearbeitungsstufen oder zum Einlegen bzw. zur Entnahme der Werkstücke.
• Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die zugehörigen Figuren zeigen:
• 1 Zweipunktantrieb einer Presse mit Lenkhebelgetriebe und Doppelexzenter
• 2 Schnitt entlang der Linie A-A in 1
• 3a Exzenterstellung bei max. Hub
• 3b Exzenterstellung bei einem kleinen Hub
• 4 Diagramm der Stößelbewegung und Geschwindigkeit
• Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
• In 1 ist der erfinderische Teil der Antriebskette 1 am Beispiel einer 2-Punktpresse dargestellt. Im Pressenkopfstück 2 ist der Antrieb gelagert. Nicht dargestellt ist der Antriebsmotor mit Riementrieb, Schwungrad und Kupplungs-/Bremskombination die in Wirkverbindung mit Ritzelwelle 3 stehen. Ritzelwelle 3 treibt das Antriebsrad 4 direkt oder über Zwischenrad 5 an. Das Lenkhebelgetriebe 6 besteht aus der Koppel 7 mit ortsfestem Lagerpunkt 8 im Kopfstück 2. Das andere Ende der Koppel 7 ist als Lagerpunkt 9 mit dem Doppelhebel 10 verbunden.
• Im Lagerpunkt 11 des Doppelhebels 10 ist der Pleuel 12 gelagert, welcher über Anschlusspunkt 13 mit dem Druckpunkt und damit mit dem Pressenstößel verbunden ist. Der Doppelhebel 10 ist schwenkbar auf den in 2 und 3 näher dargestellten Exzentern gelagert und angetrieben. Es zeigt die Darstellung in 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in 1. Die Achse 14 ist im Kopfstück 2 befestigt. Auf dieser Achse 14 dreht sich das Antriebsrad 4, welches beispielhaft über eine Mitnahmeverbindung 15 mit dem inneren Exzenter 16 verbunden ist. Dieser innere Exzenter 16 ist ebenfalls drehbar auf der Achse 14 gelagert und ist auf seinem größten Durchmesser mit einer Außenverzahnung versehen. Eine Außenverzahnung mit gleicher Geometrie hat auch der äußere Exzenter 17. Mittels einem Verriegelungsring 18 mit entsprechender Innenverzahnung sind die beiden Exzenter 16, 17 während der Produktionsphase formschlüssig miteinander verbunden, wie dargestellt.
• Eine Veränderung der Hubgröße geschieht in der Einrichtungsphase dadurch, dass der Verriegelungsring 18 durch druckbeaufschlagte Zylinder 19 in Pfeilrichtung 20 verschoben wird. Die Verzahnung des inneren Exzenters 16 mit dem Verriegelungsring 18 kommt aus dem Eingriff und gleichzeitig hält der Verriegelungsring 18 über Passstück 21 den Doppelhebel 10. Über Verriegelungsring 18 und Passstück 21 ist der äußere Exzenter 17 mit dem Doppelhebel 10 verbunden.
• Durch eine Drehung, um einen definierten Winkelbetrag, des Antriebsrades 4 mit innerem Exzenter 16 wird der neue, gewünschte Hub eingestellt. Diese Veränderung der Lage der Exzenter zueinander ist aus 3a und 3b zu entnehmen. 3a zeigt die Anordnung des inneren Exzenters 16 zum äußeren Exzenter 17 bei maximalem Hub. Die Exzentrizität E1 und E2 liegen auf der vertikalen Achse und addieren sich zum maximalen Hub H1.
• In 3b ist der innere Exzenter 16 zum äußeren Exzenter 17 verdreht und ein kleiner wirksamer Hub H2 eingestellt. Nach erfolgter Hubveränderung werden die Zylinder 19 umgesteuert und die formschlüssige Verbindung der Exzenter 16, 17 durch Verriegelungsring 18 ist wieder hergestellt.
• Aus dem beschriebenen Ablauf ist deutlich erkennbar, dass mit geringem Aufwand und dem Einsatz einer bekannten und bewährten Technik eine Hub- und Geschwindigkeitsänderung des Stößels ausführbar ist.
• Die graphische Darstellung der Zusammenhänge ist dem Diagramm in 4 zu entnehmen. Über dem Winkelbereich von einer Umdrehung, d. h. 360°, sind der Hubverlauf des Stößels (Voll-Linie) und die zugeordnete Geschwindigkeit (strichpunktierte Linie) gezeigt. Zu dem maximalen Hub Hmax ergibt sich die maximale Geschwindigkeit Vmax und der minimale Hub Hmin wird mit der minimalen Geschwindigkeit Vmin gefahren.
• Gut erkennbar ist die reduzierte Geschwindigkeit für alle Hubvarianten während dem Auftreffstoß bzw. dem Beginn des Umformvorganges. Somit wird die gestellte Aufgabe voll erfüllt.
• Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Beispiel beschränkt. Sie umfasst auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen des erfinderischen Gedankens. So gilt die Erfindung auch ohne Einschränkung für Einpunkt- oder Vierpunktpressen. Ebenso kann statt einer formschlüssigen Verbindung bei der Exzenterverriegelung auch eine kraftschlüssige, z. B. mittels Kegel, wie von der Anmelderin in der DE 43 07 535 A1 beschrieben, gewählt werden. Bei einer kraftschlüssigen Verbindung ist eine stufenlose Verstellung erreichbar.

1

Antriebskette

2

Kopfstück

3

Ritzelwelle

4

Antriebsrad

5

Zwischenrad

6

Lenkhebelgetriebe

7

Koppel

8

Lagerpunkt

9

Lagerpunkt

10

Doppelhebel

11

Lagerpunkt

12

Pleuel

13

Anschlusspunkt

14

Achse

15

Mitnahmeverbindung

16

innerer Exzenter

17

äußerer Exzenter

18

Verriegelungsring

19

Zylinder

20

Pfeil

21

Pass-Stück

Claims (5)

1. Antrieb von mechanischen Pressen mit einem Stößel der mittels Exzenter und Lenkhebelgetriebe antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelhebel (10) des Lenkhebelgetriebes (6) auf einem äußeren Exzenter (17) und dieser auf einem drehbar auf der Achse (14) gelagerten inneren Exzenter (16) gelagert ist, wobei der innere Exzenters (16) zum äußeren Exzenter (17) um einen vorgegebenen Winkel durch den Pressenantrieb mittels einem mit dem inneren Exzenter (16) verbundenen Antriebsrad (4) rotatorisch verstellbar ist.
2. Antrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass während der Produktion der innere Exzenter (16) und der äußere Exzenter (17) form- oder kraftschlüssig miteinander verriegelt sind.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenter (16, 17) eine Außenverzahnung aufweisen und über einen Verriegelungsring (18) mit Innenverzahnung verriegelbar sind.
4. Antrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Exzenter (17) mittels Verriegelungsring (18) und Passstück (21) mit dem Doppelhebel (10) verbindbar ist.
5. Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsring (18) durch Zylinder (19) verschiebbar ist.