-
Die
Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung, insbesondere eine Vertikalantriebseinrichtung.
-
In
der Technik existieren Anwendungen, bei denen Maschinenelemente
entlang eines vorgegebenen geradlinigen oder krummlinigen Wegs hin
und her zu bewegen sind, wobei an dem betreffenden Maschinenelement
entlang des Wegs eine mehr oder weniger konstante Kraft angreift.
Entsprechendes gilt bei hin- und hergehenden Drehbewegungen hinsichtlich
angreifender Drehmomente. Solches ist beispielsweise und insbeson dere
bei Antriebseinrichtungen der Fall, die permanent der Gewichtskraft
eines anzutreibenden Maschinenelements ausgesetzt sind. Z.B. ist
dies bei Pressen, an den Pressenstößeln oder auch an Transfereinrichtungen
für den
Teiletransfer der Fall. Wird beispielsweise ein Pressenstößel oder
ein sonstiges Maschinenelement von einer Antriebseinrichtung auf
und ab bewegt, muss die von dem Maschinenelement ausgehende Gewichtskraft
von dem Antrieb permanent aufgebracht werden. Es können deshalb
Gewichtsausgleichseinrichtungen vorgesehen werden, beispielsweise
in Form von Pneumatikzylindern, die ggf. an einen Windkessel angeschlossen
werden. Die Pneumatikzylinder stehen dann unter einem im Wesentlichen
konstanten Innendruck und erzeugen somit eine die Gewichtskraft
kompensierende, im Wesentlichen konstante Kraft.
-
Dazu
ist aus der
DE 100
28 147 A1 eine Transfereinrichtung für Werkstücke bekannt, die vertikal zu
transportieren sind. Dies erfolgt über ein vertikal angeordnetes
um zwei Rollen laufendes Band, das von einem Elektromotor angetrieben
ist. An dem Werkstück
greift außerdem
die Kolbenstange eines Pneumatikzylinders an, um die Gewichtskraft
des Werkstücks
auszugleichen.
-
Solche
Gewichtsausgleichseinrichtungen haben jedoch eine erhebliche Bauhöhe. Wird
als Gewichtsausgleich ein Pneumatikzylinder verwendet, benötigt dieser
im ausgefahrenen Zustand mehr als die doppelte Hubmenge als Platzbedarf
für die
Kolbenstange und den Zylinder. Zusätzlich ist Platz für einen
Windkessel erforderlich. Der Platzbedarf ist dabei unabhängig von
der Größe der zu überwindenden Kraft
in Vertikalrichtung nur von der Hublänge abhängig. Selbst wenn nicht allzu
große
Gewichtskräfte
zu kompensieren sind und deshalb mit relativ schlanken Zylindern
gearbeitet werden kann, ergeben sich die genannten großen Bauhöhen.
-
Darüber hinaus
stellen unter permanentem Druck stehende Pneumatikzylinder eine
erhebliche Gefahr dar. Reißen
oder brechen die Kolbenstangen wird der Kolben gegen das obere Ende
des Pneumatikzylinders geschossen, was zerstörerische Folgen haben kann.
-
Der
Verzicht auf eine Gewichtsausgleichseinrichtung ist jedoch in vielen
Fällen
nicht möglich. Der
zur Positionierung dienende steuerbare Antriebsmotor des betreffenden
Maschinenelements müsste
dann nicht nur die zum Antrieb des Maschinenelements notwendige
Kraft sondern zusätzlich noch
die zur Überwindung
seiner Gewichtskraft erforderliche Kraft aufbringen. Eine erhebliche Überdimensionierung
des Antriebsmotors wäre
die Folge.
-
Aus
der
EP 1 233 191 A2 ist
ein hydraulischer Oszillator als Maschinenantrieb bekannt, der eine
schwingende Bewegung erzeugt. Durch Ausnutzung von Resonanzphänomenen
lässt sich
die Belastung der angeschlossenen Hydraulikpumpen reduzieren.
-
Davon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Antriebseinrichtung
zu schaffen, die bei geringem Aufwand einen niedrigen Platzbedarf,
insbesondere eine geringe Bauhöhe
aufweist.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Die
erfindungsgemäße Antriebseinrichtung weist
einen steuerbaren Antriebsmotor, der mit dem anzutreibenden Maschinenelement über ein
Getriebemittel verbunden ist, und eine leistungsumkehrbare hydraulische
Verdrängermaschine
auf, deren Abtriebswelle direkt oder über ein Getriebemittel mit dem
zu bewegenden Maschinenelement verbunden ist. Die Verdrängermaschine
ist insoweit leistungsumkehrbar, als sie sowohl als Motor als auch
als Pumpe arbeiten kann. Es kann beispielsweise eine als Zahnradpumpe,
als Flügelzahnpumpe,
als Kolbenpumpe oder anderweitig ausgebildete Verdrängermaschine
zur Anwendung kommen. Diese ist durch eine Druckspeichereinrichtung
in einer Drehrichtung gewissermaßen vorgespannt. Sie erzeugt ein
im Wesentlichen konstantes Drehmoment, das zum Ausgleich der an
dem Maschinenelement angreifenden Gewichtskraft genutzt werden kann.
Die Bauhöhe
einer solchen Anordnung ist äußerst gering.
Sie muss nicht wesentlich größer sein
als der zu durchlaufende Vertikalhub. Dabei empfiehlt sich die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung
an Pressen insbesondere zum Einbau an solchen Stellen, die in der
Nähe der
Pressenkopfstücke
anzuordnen sind. Durch die Vermeidung von langen, nach oben ragenden
Pneumatikzylindern kann die Hallendecke unmittelbar über den
Pressenkopfstücken
angeordnet werden. Je nach Bedarf ist es somit möglich, relativ große Pressen in vergleichsweise niedrigen Hallen aufzustellen.
Insgesamt wird das am Aufstellort der Pressen zur Verfügung stehende
Volumen besser ausgenutzt.
-
Es
ist möglich,
als Verdrängermaschine
so genannte Hydromotoren einzusetzen, die mit hohen Öldrücken oberhalb
100 bar arbeiten. Es wird dabei eine so hohe Energiedichte erreicht,
dass die Verdrängermaschine
ein geringeres Volumen aufweist, als der steuerbare Antriebsmotor,
der beispielsweise als Servomotor ausgebildet ist. Damit ergibt
sich ein niedriger Platzbedarf. Auch sind die bewegten Ölmengen
gering, so dass der erforderliche Hydrospeicher klein ausgebildet
werden kann. Außerdem
kann der Hydrospeicher in der Nähe
der Verdrängermaschine
flexibel, d.h. sowohl ober- als unterhalb als auch neben dieser
angeordnet werden.
-
Noch
weniger kritisch ist die Anordnung eines mit dem Niederdruckanschluss
der Verdrängermaschine
verbundenen drucklosen Behälters,
der lediglich dazu dient, dass bei einem Arbeitshub durch die Verdrängermaschine
hin und her laufende Öl temporär aufzunehmen.
-
Die
Druckspeichereinrichtung ist vorzugsweise über eine Druckzuleitung mit
einer Nachfülleinrichtung
verbunden, zu der eine Druckquelle gehört. Es genügt wenn deren Fördervermögen etwas
größer ist
als die Leckrate der Verdrängermaschine.
Die Nachfülleinrichtung
dient lediglich dem Ausgleich des Leckstroms und etwaiger Differenzen
zwischen der in einer Drehrichtung aufgenommenen und in anderer Drehrichtung
geförderten Ölmenge.
Ergänzend
kann die Nachfülleinrichtung
beispielsweise zur Änderung des
Drucks in der Druckspeichereinrichtung dienen, um beispielsweise
die von der Verdrängermaschine aufgebrachte
Vorspannkraft zu ändern.
Eine Füllstandsüberwachungseinrichtung
und/oder eine Drucküberwachungseinrichtung
können
optional vorgesehen werden. Sie erhöhen den Komfort der Antriebseinrichtung.
-
Die
Verdrängermaschine
ist eine drehende Maschine, die zu einem geringen Platzbedarf führt. Sie
ist mit dem Maschinenelement über
ein die Drehbewegung in eine Linearbewegung umsetzendes Getriebe
verbunden, das vorzugsweise nicht selbstsperrend ausgebildet ist
und eine niedrige Bauhöhe gestattet.
Während
ein Zahnstangenantrieb wie ein Pneumatik zylinder wieder zu erhöhter Bauhöhe führen würde, werden
insbesondere Zugmittelgetriebe, wie beispielsweise Zahnriemengetriebe,
Kettengetriebe, Seilgetriebe, Bandumlaufgetriebe und ähnliches,
als vorteilhaft angesehen. Diese gestatten besonders platzsparende
und kompakte Bauformen.
-
Weitere
Einzelheiten der Erfindung sind der Zeichnung oder der Figurenbeschreibung
oder Ansprüchen
zu entnehmen.
-
In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
-
1 eine
Transfereinrichtung für
großflächige Blechteile
zur Anwendung in einer Mehrstufenpresse,
-
2 die
Antriebseinrichtung der Transfereinrichtung nach 1 in
schematischer Darstellung,
-
3 eine
abgewandelte Ausführungsform der
Antriebseinrichtung in einer schematisierten, perspektivischen Darstellung,
-
4 einen
Pressenstößel und
seine Antriebseinrichtung in schematisierter Darstellung,
-
5 eine
Verdrängermaschine
für die
Antriebseinrichtung nach 2 oder 3 in schematisierter
Prinzipdarstellung,
-
6 und 7 abgewandelte
Ausführungsformen
von Antriebseinrichtungen für
hin und her gehende Vertikalbewegungen.
-
In 1 ist
ein Transfermodul 1 veranschaulicht, der in einer Großteil-Mehrstufenpresse,
beispielsweise zwischen zwei Pressenstufen, einzusetzen ist. Er
weist einen mit räumlich
verteilt angeordneten Saugern 2 versehenen Saugerbalken 3 auf, dessen
Enden 4, 5 von Lenkern 6, 7, 8, 9 gehalten und
räumlich
bewegt werden. Die über
ein Gelenk 11 miteinander verbundenen, das Ende 4 haltenden Lenker 6, 7,
sind an einen vertikal verfahrbaren Schlitten 12 gelagert.
Entsprechend sind die untereinander über ein Gelenk 13 verbundenen
Lenker 8, 9 an einen Schlitten 14 vertikal
verfahrbar gehalten. Beide Schlitten 12, 14 stehen
dabei jeweils mit Linearführungen 15, 16 in
Verbindung, die an einem gemeinsamen Träger 17 gehalten sind.
Den Lenkern 6, 7, 8, 9 sind
Drehantriebe 18, 19 zugeordnet, mit denen sie
bewegt werden, um den Saugerbalken 3 kontrolliert zu halten
und im Raum zu bewegen. Ein Pneumatikzylinder 21 dient
dabei zum Ausgleich des auf den Schenkel 9 einwirkenden
gewichtsbedingten Drehmoments. Die Schenkel 7, 9 sind
schwenkbar an den Schlitten 12, 14 gelagert. Der
Schenkel 7 ist mit einer entsprechenden Gewichtsausgleichseinrichtung
versehen.
-
Um
die Schlitten 12, 14 vertikal zu verstellen ist
jedem Schlitten 12, 14 jeweils eine Antriebseinrichtung 22, 23 zugeordnet,
die unter einander im wesentlichen gleich aufgebaut sind. Zu jeder
Antriebseinrichtung 22, 23 gehört jeweils ein Servomotor 24, 25,
der über
eine Hubspindel 26, 27 den Schlitten hebt und
senkt. An dem Träger 17,
bei dem Ausführungsbeispiel
nach 1 innerhalb des Trägers 17, ist für jeden
Schlitten 12, 14 jeweils eine z.B. aus 2 ersichtliche
Gewichtsausgleichseinrichtung 28 angeordnet. Der Träger 17 trägt somit
die Antriebseinrichtungen 22, 23 und ist über entsprechende
Anschlussstücke 31, 32, 33, 34 z.B.
mit benachbarten Pressenkopfstücken
zu verbinden.
-
In 2 ist
die Antriebseinrichtung 22 stellverstretend für beide
Antriebseinrichtungen 22, 23 veranschaulicht.
Zu ihr gehört
der Servomotor 24, bestehend aus einem Antriebsmotor 35 sowie
einer Positionserfassungseinrichtung 36, beispielsweise
in Form eines Winkelgebers. Der Antriebsmotor 35 ist über ein
Getriebemittel 37, wie beispielsweise einer Spindel 38,
mit einem Maschinenelement nämlich dem
Schlitten 12 verbunden. Dieser weist eine nicht weiter
veranschaulichte drehfest gelagerte Spindelmutter auf, die mit der
Spindel 38 in Verbindung steht. Drehung der Spindel 38 bewirkt
Vertikalverstellung des Schlittens 12. Der Schlitten 12 ist
außerdem
mit einem Zahnriemen 39 verbunden, der über eine obere und über eine
untere Riemenscheibe 41, 42 geführt ist.
Der Abstand zwischen den Riemenscheiben 41, 42 ist
dabei etwas größer als
der maximale Hub H, der den Weg bestimmt, den der Schlitten 12 durchlaufen
kann. Die obere oder die untere Riemenscheibe 41, 42 ist
optional über
ein Getriebe 43 oder auch ohne Zwischenschaltung eines
solchen mit einer hydraulischen leistungsumkehrbaren Verdrängermaschine 44,
vorzugsweise in Form eines Hydraulikmotors 45, verbunden,
dessen Abtriebswelle 46 somit die Riemenscheibe 41 mit
Drehmoment beaufschlagt. Der Hydraulikmotor 45 ist somit. über das Getriebe 43,
die Riemenscheibe 41 und den Zahnriemen 39 mit
dem Schlitten 12 verbunden.
-
Der
Hydraulikmotor 45 weist einen Hochdruckanschluss 47 und
einen Niederdruckanschluss 48 auf. Der Hochdruckanschluss 47 ist
mit einem hydraulischen Druckspeicher 49 verbunden. Dieser wird
beispielsweise durch ein geschlossenes Gefäß gebildet, das teilweise mit
Hydrauliköl
sowie mit einer Luft- oder Stickstofffüllung versehen ist, die unter Druck
steht und auf dem Hydraulikölspiegel
lastet. Der Niederdruckanschluss 48 ist mit einem drucklosen
Sammelbehälter die
an einem Steuereingang 58 ein die Position des Schlittens 12 bestimmendes
Signal erhält.
-
Die
Antriebseinrichtung 24 arbeitet wie folgt:
An dem
Schlitten 12 greift als Gewichtskraft sowohl das Gewicht
der Lenker 6, 7 als auch teilweise das Gewicht
des Saugerbalkens 3 sowie eines daran hängenden Werkstücks an.
Die Gewichtskraft ist nach unten gerichtet. Der Hydraulikmotor 45 ist
an seinem Hochdruckanschluss 47 permanent mit Druck beaufschlagt
und erzeugt an seiner Abtriebswelle 46 ein Drehmoment,
das die Tendenz hat, die Riemenscheibe 41 in 2 in
Uhrzeigerrichtung zu drehen. Die entstehende über den Zahnriemen 39 übertragene
Zugkraft greift an dem Schlitten 12 in Vertikalrichtung
an und ist der Gewichtskraft entgegen nach oben gerichtet. Der an
dem Hydraulikmotor 45 angreifende Druck ist dabei vorzugsweise
so eingestellt, dass die von dem Zahnriemen 39 übertragene
Kraft im Wesentlichen genau so groß ist wie die Gewichtskraft
des Schlittens 12. Dieselbe ist somit kompensiert. Wenn
nun eine Vertikalverstellung des Schlittens 12 vorgenommen
werden soll erhält
die Steuereinrichtung 57 an ihrem Steuereingang 58 ein Steuersignal,
d.h. ein Positionssollsignal. Stimmt dies nicht mit dem von der
Positionserfassungseinrichtung 36 gemeldeten Signal überein erhält der Antriebsmotor 35 eine
entsprechende Ansteuerung, so dass er die Gewindespindel 38 in
entsprechende Richtung dreht. Der Schlitten 12 wird somit
in der gewünschten
Richtung verstellt, wobei der Antriebsmotor 35 die Positionierung übernimmt.
Der größte Teil der
Kraft kommt jedoch von dem Hydraulikmotor 45. Stimmt die
von der Positionserfassungseinrichtung 36 erfasste Position
mit der gewünschten
Sollposition überein,
lässt die
Steuereinrichtung 57 den Antriebsmotor 35 anhalten.
Die Steuereinrichtung 57, die Positionserfassungseinrichtung 36 und
der Antriebsmotor 35 bilden eine Regelschleife.
-
Wird
der Schlitten aus einer unteren Position in eine obere Position
gefahren, wird diese Hebebewegung von dem Hydraulikmotor 45 unterstützt. Es fließt dabei
unter Druck stehendes Hydraulikfluid aus dem Druckspeicher 49 in
den Sammelbehälter 51. Wird
der Schlitten 12 hingegen aus einer oberen Position heraus
in eine untere Position verstellt, wird die Gewichtskraft des Schlittens 12 und
der mit diesem verbundenen Elemente dazu benutzt, Hydraulikfluid mittels
des nun als Pumpe arbeitenden Hydraulikmotors 45 aus dem
Sammelbehälter
in den Druckspeicher 49 zu fördern.
-
An
sich ist keine zusätzliche
Einleitung von Hydraulikfluid in das System erforderlich. Die Nachfülleinrichtung 53 dient
lediglich dazu, Leckagen des Hydraulikmotors 45 zu ergänzen. Unter
Leckagen werden hier Hydraulikfluidströme verstanden, die aus dem
Druckbehälter 49 heraus
den Hydraulikmotor 45 durchströmen und in dem Sammelbehälter 51 ankommen,
ohne dass der Hydraulikmotor 45 dabei Arbeit verrichtet.
Des Weiteren werden unter Leckagen Fördermengendifferenzen zwischen
vorwärts
drehendem und rückwärts drehendem
Hydraulikmotor 45 verstanden.
-
3 veranschaulicht
eine abgewandelte Ausführungsform
der Antriebseinrichtung 22. Soweit diese Ausführungsform
mit der vorstehenden Ausführungsform übereinstimmt,
wird ohne erneute Erläuterung
und unter Zugrundelegung der bereits eingeführten Bezugszeichen auf die
vorstehende Beschreibung verwiesen. Ergänzend gilt folgendes:
Während der
Antriebsmotor 35 und der Hydraulikmotor 45 bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel über unterschiedliche
Getriebemittel, nämlich
die Gewindespindel 38 und den Zahnriemen 39 auf
den Schlitten 12 einwirken, ist bei der Ausführungsform
nach 3 als einziges Getriebemittel zum Anschluss des
Schlittens 12 der Zahnriemen 39 vorhanden. Die
obere Riemenscheibe 41 ist einerseits über ein Getriebe 59 mit
dem Antriebsmotor 35 und andererseits über das Getriebe 43 mit
dem Hydraulikmotor 45 verbunden. Dieser ist hier als so
genannter Taumelscheibenmotor ausgebildet. Dieser kann sowohl als
Motor als auch als Pumpe arbeiten.
-
4 veranschaulicht
eine weitere Ausführungsform,
bei der zwei Gewichtsausgleichseinrichtungen 28, 28a der
vorbeschriebenen Bauart zum Ausgleich des Gewichts eines Pressenstößels 61 sowie
eines nicht weiter veranschaulichten, von diesem getragenen Oberwerkzeugs
dienen. Der Pressenstößel 61 kann über ein
oder mehrere Exzenterantriebe 62 vertikal hin und hergehend
angetrieben sein. Ansonsten gilt für beide Gewichtsausgleichseinrichtungen 28 die
vorstehende Beschreibung entsprechend. Lediglich zur Unterscheidung
der rechten und der linken Gewichtsausgleichseinrichtung 28, 28a sind
die Einzelteile der rechten Gewichtsausgleichseinrichtung 28a mit
dem Buchstabenindex „a" versehen.
-
5 veranschaulicht
ein weiteres Beispiel für
eine Verdrängermaschine,
die hier nach Art einer Zahnradpumpe ausgebildet ist. Sie weist
zwei Rotoren 63, 64 auf, die abdichtend ineinander
greifen und gegensinnig drehbar gelagert sind. Die Rotoren 63, 64 weisen
Zähne auf,
die in einem Gehäuse 65 an der
Gehäusewandung
entlang abgedichtet laufen.
-
6 veranschaulicht
eine Ausführungsform
der Antriebseinrichtung 22, der an dem Druckspeicher 49 eine
Füllstandsüberwachungseinrichtung 66 angeordnet
ist. Zu dieser gehört
ein Füllstandssensor 67 an
dem Druckspeicher 49, der über eine Signalleitung mit
einem Füllstandswächter 68 verbunden
ist. Dieser erhält
zumindest optional auch das Positionssignal der Positionserfassungseinrichtung 36 und
steuert ein Füllventil 69.
Der Füllstandswächter 68 öffnet das
Füllventil 49 immer
dann, wenn er feststellt, dass der Ölstand in dem Druckspeicher 49 unter
einen der Position des Schlittens 12 entsprechenden wert
abgesunken ist. Zusätzlich
oder alternativ kann der Füllstandswächter 68 die
Pumpe 56 steuern. Ansonsten gilt die vorige Beschreibung.
-
Eine
weiter abgewandelte Ausführungsform veranschaulicht 7.
Die Abwandlung besteht in der Kontrolle des in dem Druckspeicher 49 herrschenden
Drucks. Ein dazu vorgesehener Drucksensor 71 ist mit einer
Druckwächtereinrichtung 72 verbunden,
die einen Steuereingang 73 aufweist und die Pumpe 56 sowie
das Füllventil 69 steuert.
Die Pumpe 56 und das Füllventil 69 werden
immer dann aktiviert, wenn der vorhandene Druck wesentlich geringer
ist als gefordert. Den geforderten Druck zeigt ein an dem Steuereingang 73 anstehendes
Steuersignal an. Das Füllventil 69 kann
auch dazu herangezogen werden, den Systemdruck zu reduzieren. Bedarfsweise
kann es als Wegeventil ausgebildet sein oder die Pumpe 56 rückwärts laufen
lassen.
-
Der
Hub einer auszugleichenden Masse wird z.B. durch einen Zahnriemen 39 in
eine Drehbewegung umgewandelt und über ein evtl. zwischen geschaltetes
Getriebe an einen Hydromotor weiter gegeben. Auf den Hydromotor
wirkt der weitgehend konstante Druck eines Hydrospeichers. Der Druck
er zeugt ein Moment, das über
das Getriebe und den Zahnriemen das Gewicht ausgleicht.
-
Das
Hydrauliköl
fließt über den
Hydromotor zwischen einem drucklosen Sammelbehälter 51 und dem Hydrospeicher 49 hin
und her. Zum Leckölausgleich
ist eine Nachfülleinrichtung 53 vorgesehen. Die
benötigte Ölmenge ist
dabei sehr gering. Soll der Druck auf verschiedene Niveaus geregelt
werden, ist das mit einem Druckgeber möglich.
-
Durch
die hohe Energiedichte der Hydraulik ist der Hydromotor für den Gewichtsausgleich
deutlich kleiner als der Servomotor des Antriebs. Die bewegten Ölmengen
sind gering. Der Hydrospeicher ist klein. Hydromotor und Speicher
sind nicht nur platzsparender sondern können auch flexibler angeordnet werden
als ein Pneumatikzylinder.