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Die
Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für einen Press-, Stanz- oder
Umformautomaten, mit einem Antriebsmotor und einem Schaltgetriebe,
das zwei Schaltstufen aufweist, zum Antrieb einer Exzenterwelle.
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Mit
Hilfe derartiger Antriebseinrichtungen kann die Exzenterwelle eines
Press-, Stanz- oder Umformautomaten in Drehung versetzt werden.
An der Exzenterwelle ist üblicherweise
mindestens ein Pleuel gelagert, das mit einem Stößel verbunden ist und die Drehbewegung
der Exzenterwelle in eine Translationsbewegung des Stößels wandelt.
Der Stößel kann
dadurch zu einer Hin- und Herbewegung relativ zu einem Tisch des
Press-, Stanz- oder Umformautomaten angetrieben werden. Am Stößel und
am Tisch können
miteinander zusammenwirkende Werkzeuge gehalten sein zur Bearbeitung
eines Werkstückes.
Das Werkstück
kann beispielsweise geprägt, gestanzt
oder umgeformt werden.
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Bei
derartigen Press-, Stanz- oder Umformautomaten wird einerseits eine
möglichst
kurze Taktzeit und andererseits eine möglichst geringe Umformgeschwindigkeit
angestrebt, um dadurch die Ausbringungsmenge des Automaten zu erhöhen und die
Bearbeitungsqualität
der Werkstücke
zu verbessern.
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In
der
DE 43 09 785 A1 wird
dazu ein schaltbares Planetengetriebe vorgeschlagen mit zwei Schaltstufen.
Dies ermöglicht
es, die Drehzahl der Exzenterwelle zu variieren. Unter der Drehzahl
der Exzenterwelle wird im Folgenden die Drehwinkeländerung
pro Zeiteinheit verstanden, das heißt sie wird als innerhalb einer
vollständigen
Umdrehung der Exzenterwelle änderbare
Größe verstanden.
Während einer
vollständigen
Umdrehung der Exzenterwelle kann mittels des schaltbaren Planetengetriebes
während
der eigentlichen Bearbeitung des Werkstückes eine verhältnismäßig geringe
Drehzahl der Exzenter welle erzielt werden, wohingegen die restliche
Umdrehung der Exzenterwelle mit verhältnismäßig hoher Drehzahl erfolgen
kann, um die Taktzeit des Press-, Stanz- oder Umformautomaten zu
erhöhen. Die
während
der Bearbeitung des Werkstückes
vorliegende Drehzahl der Exzenterwelle wird im Folgenden als Arbeitsdrehzahl
bezeichnet, und die Drehzahl, die die Exzenterwelle zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Bearbeitungen aufweist, wird im Folgenden als
Transportdrehzahl bezeichnet, da das Werkstück zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Arbeitsschritten üblicherweise
transportiert wird. Es wird also im Folgenden unterschieden zwischen
der für
eine gute Werkstückbearbeitung
möglichst
niedrig gewählten
Arbeitsdrehzahl während
eines Arbeitsschrittes und der für
eine möglichst
kurze Aufeinanderfolge der Arbeitsschritte hoch gewählten Transportdrehzahl
zwischen den Arbeitsschritten.
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Um
die Drehzahl der Exzenterwelle variieren zu können, wird in der
EP 1 640 145 A1 statt des
Einsatzes eines Planetengetriebes vorgeschlagen, den Antrieb mit änderbarem
Trägheitsmoment
auszubilden, indem er mit einem Schwungrad ein- und auskuppelbar
ist.
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In
der WO 2004/056559 A1 wird vorgeschlagen, die Exzenterwelle ohne
den Einsatz eines Getriebes direkt mit der Motorwelle zu koppeln,
wobei als Antriebsmotor ein frequenzgesteuerter Motor zum Einsatz
kommt. Es wird somit ein rotatorischer Direktantrieb verwendet,
dessen Drehzahl variiert werden kann, so dass die Exzenterwelle
im Arbeitsschritt eine verhältnismäßig geringe
Arbeitsdrehzahl und zwischen zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten
eine verhältnismäßig große Transportdrehzahl
aufweist.
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In
der
DE 299 06 519
U1 wird zur Variation der Drehzahl der Exzenterwelle der
Einsatz von zwei jeweils mittels eines Antriebsmotors drehend antreibbaren
Schwungräder
vorgeschlagen, die über
ein Planetengetriebe mit der Exzenterwelle gekoppelt werden können. Durch
unterschiedliche Drehzahlen der Schwungräder kann eine Veränderung
der Drehzahl der Exzenterwelle erzielt werden, indem während eines
Arbeitsschrittes die Exzenterwelle mit dem einen Schwungrad und
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten mit dem anderen Schwungrad
gekoppelt wird.
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In
der
DE 101 11 346
C2 wird eine Antriebseinrichtung beschrieben, bei der ein
Vorschaltgetriebe über
schaltbare Kupplungen wahlweise zwischen ein Schwungrad und die
Exzenterwelle geschaltet oder überbrückt werden
kann. Dies ermöglicht
es, das Schwungrad entweder direkt mit der Exzenterwelle zu verbinden,
wobei ein Übersetzungsverhältnis von
1:1 erzielt wird, oder aber das Schwungrad kann durch Zwischenschaltung
des Vorschaltgetriebes mit einem anderen Übersetzungsverhältnis, beispielsweise
einem Übersetzungsverhältnis von
2:1, mit der Exzenterwelle gekoppelt werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebseinrichtung der
eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Drehzahl
der Exzenterwelle über
einen großen
Drehzahlbereich variiert und die Exzenterwelle mit einem großen Drehmoment
beaufschlagt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Antriebseinrichtung der gattungsgemäßen Art
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass während
einer Umdrehung der Exzen terwelle die Drehzahl des Antriebsmotors
und die Schaltstufen des Schaltgetriebes veränderbar sind.
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Bei
der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung
ist ein drehzahlveränderlicher
Antriebsmotor über
ein Schaltgetriebe mit der Exzenterwelle koppelbar. Dies gibt die
Möglichkeit,
die Drehzahl der Exzenterwelle sowohl in einer ersten Schaltstufe
des Schaltgetriebes als auch in einer zweiten Schaltstufe des Schaltgetriebes
durch entsprechende Steuerung des Antriebsmotors zu verändern. Erfindungsgemäß können während einer
Umdrehung der Exzenterwelle sowohl die Drehzahl des Antriebsmotors
als auch die Schaltstufen des Schaltgetriebes geändert werden. Die erste Schaltstufe
kann ein verhältnismäßig niederes Übersetzungsverhältnis und
die zweite Schaltstufe kann ein höheres Übersetzungsverhältnis aufweisen.
Ein niedriges Übersetzungsverhältnis gibt
die Möglichkeit,
die Exzenterwelle mit verhältnismäßig hoher
Drehzahl drehend anzutreiben, wobei die Drehzahl durch entsprechende
Steuerung des Antriebsmotors verändert
werden kann. Dadurch kann eine hohe Hubzahl des mit der Exzenterwelle verbundenen
Stößels erzielt
werden. Die zweite Schaltstufe des Schaltgetriebes kann ein höheres Übersetzungsverhältnis aufweisen,
so dass die Exzenterwelle mit verhältnismäßig niederer Drehzahl drehend
angetrieben werden kann, wobei die Drehzahl durch entsprechende
Steuerung des Antriebsmotors verändert
werden kann. Eine hohes Übersetzungsverhältnis, und
damit verbunden eine niedrige Drehzahl, ermöglicht es, auf die Exzenterwelle
ein hohes Drehmoment auszuüben,
so dass der mit der Exzenterwelle verbundene Stößel eine hohe Presskraft auf
ein Werkzeug ausüben
kann. Außerdem kann
bei einem eher hohen Übersetzungsverhältnis die
Drehzahl des Antriebsmotors sehr stark variiert werden, da auf den
Antriebsmotor aufgrund des ho hen Übersetzungsverhältnisses
nur geringe Trägheitskräfte einwirken.
Im Gegensatz dazu wird der Antriebsmotor bei einem niedrigen Übersetzungsverhältnis des
Schaltgetriebes mit einer nicht unerheblichen Trägheitskraft beaufschlagt, die
sich aus der Trägheit
des Stößels und
des daran befestigten Werkzeuges sowie der Trägheit des Antriebsstranges
zwischen der Exzenterwelle und der Motorwelle des Antriebsmotors
ergibt. Eine hohe einwirkende Trägheitskraft
beeinträchtigt
das Vermögen
des Antriebsmotors, die Drehzahl zu verändern. Es ist deshalb günstig, wenn
der Antriebsmotor nur mit einer verhältnismäßig geringen Trägheitskraft
beaufschlagt wird, das dazu erforderliche hohe Übersetzungsverhältnis wird
vom Schaltgetriebe bereitgestellt.
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Günstig ist
es, wenn das Schaltgetriebe abtriebsseitig mit einem weiteren Getriebe
gekoppelt ist. Das weitere Getriebe ist somit im Antriebsstrang zwischen
dem Schaltgetriebe und der Exzenterwelle angeordnet und ermöglicht eine
zusätzliche
Untersetzung der Drehzahl des Antriebsmotors und damit eine höhere Drehmomentbeaufschlagung
des Exzenterwelle.
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Das
weitere Getriebe weist bei einer bevorzugten Ausführungsform
ein fest vorgegebenes Übersetzungsverhältnis auf,
beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis von
4:1. Das weitere Getriebe kann beispielsweise als Planetengetriebe
ausgestaltet sein.
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Der
Antriebsmotor der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung
ist vorzugsweise als Servomotor oder als Torquemotor ausgestaltet.
Servomotoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie winkelgenau und
in ihrer Drehzahl steuerbar sind. Torquemotoren haben den Vorteil,
dass sie bei vergleichsweise niedriger Drehzahl ein hohes Drehmoment
bereitstellen. Häufig
ist das vom Torquemotor abgegebene Drehmoment gegenüber entsprechenden
Servomotoren mit vergleichbarer Leistung mindestens um den Faktor
2 größer. Die
Drehzahl eines Torquemotors ist verglichen mit einem Servomotor
mit vergleichbarer Leistung in vielen Fällen um den Faktor 2 bis 10
niedriger. Bei beiden Motorarten kann die Drehzahl elektronisch
variiert werden. Hierzu kann die Antriebseinrichtung eine entsprechende
elektrische Steuereinheit aufweisen.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn die Drehverbindung zwischen dem
Antriebsmotor und der Exzenterwelle mittels des Schaltgetriebes
wahlweise ein- und
ausschaltbar ist. Dies gibt die Möglichkeit, den Antriebsmotor
vollständig
von der Exzenterwelle zu entkoppeln, so dass diese mittels einer Bremse
drehfest arretiert werden kann. Eine drehfeste Arretierung der Exzenterwelle
ist beispielsweise bei einem Werkzeugwechsel des Press-, Stanz-
oder Umformautomaten vorgesehen. Die Drehverbindung kann mittels
des Schaltgetriebes ein- und ausgeschaltet werden, ohne dass zusätzliche
Bauelemente zum Einsatz kommen müssen.
Zusätzlich
zu seinen beiden Schaltstufen, die jeweils einem bestimmten Übersetzungsverhältnis entsprechen,
weist das Schaltgetriebe somit einen Zustand auf, bei dem es den
Antriebsstrang zwischen dem Antriebsmotor und der Exzenterwelle
vollständig
unterbricht. Dies gibt auch die Möglichkeit, die Drehzahl des
Antriebsmotors bei gleichbleibender Drehzahl der Exzenterwelle zu
verändern.
Vorzugsweise können
während
einer Umdrehung der Exzenterwelle die Drehverbindung zwischen Exzenterwelle
und Antriebsmotor wahlweise ein- und ausgeschaltet und die Schaltstufen
des Schaltgetriebes verändert
werden.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn die Drehzahl des Antriebsmotors
beim Übergang
des Schaltgetriebes zwischen zwei Schaltstufen, also beispielsweise
von einer ersten in eine zweite Schaltstufe, veränderbar ist. Befindet sich
das Schaltgetriebe in einer ersten Schaltstufe, so rotiert die Exzenterwelle
mit einer Drehzahl, die unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses
dieser Schaltstufe der Drehzahl des Antriebsmotors entspricht. Soll
die Schaltstufe des Schaltgetriebes geändert werden, so kann bei einer
derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung die Drehzahl des
Antriebsmotors zunächst
an die Synchrondrehzahl der zweiten Schaltstufe angepasst werden,
das heißt
die Drehzahl des Antriebsmotors kann derart variiert werden, dass
sie unter Berücksichtigung
des Übersetzungsverhältnisses
der zweiten Schaltstufe der Drehzahl der Exzenterwelle entspricht.
Die somit erzielbare Synchronisierung der Drehzahlen ermöglichen
einen schlupffreien und somit verschleißfreien Schaltvorgang. Um eine
möglichst
kurze Taktzeit des Press-, Stanz- oder Umformautomaten zu erzielen,
kann das Schaltgetriebe zunächst
in einer ersten Schaltstufe betrieben werden, die sich durch ein
niedriges Übersetzungsverhältnis auszeichnet,
so dass die Exzenterwelle mit hoher Drehzahl rotiert werden kann.
Kurz bevor ein Werkstück
bearbeitet wird, kann die Schaltstufe schlupffrei geändert werden,
so dass der Arbeitsschritt bei einem hohen Übersetzungsverhältnis des
Schaltgetriebes durchgeführt
werden kann. Das hohe Übersetzungsverhältnis ermöglicht es,
die Exzenterwelle mittels des Antriebsmotors stark abzubremsen,
bis die gewünschte
reduzierte Umformgeschwindigkeit erreicht ist. Der Umformvorgang
kann mit reduzierter Umformgeschwindigkeit bei voller Ausnutzung
des Motordrehmomentes durchgeführt werden.
Nach dem Umformvorgang, das heißt
nach Vollendung des Arbeitsschrittes, kann wieder schlupffrei in
die ursprüngliche
Schaltstufe gewechselt werden, um mit möglichst hoher Transportdrehzahl
die Exzenterwelle bis zum nächsten
Arbeitsschritt zu drehen.
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Das
Schaltgetriebe weist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine
erste, mit dem Antriebsmotor verbundene Getriebewelle und eine zweite,
mit der Exzenterwelle verbindbare Getriebewelle auf sowie eine erste
Getriebestufe mit einem ersten Übersetzungsverhältnis und
eine zweite Getriebestufe mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis, wobei
die Getriebewellen wahlweise über
die erste oder über
die zweite Getriebestufe miteinander koppelbar sind und wobei zwischen
den Getriebestufen und der ersten und/oder der zweiten Getriebewelle
schaltbare Kupplungen angeordnet sind. Unter einer Getriebestufe
werden hierbei miteinander in Wirkverbindung stehende Getriebeteile
verstanden, die unter Bereitstellung eines vorgegebenen Übersetzungsverhältnisses
eine Kopplung der ersten Getriebewelle mit der zweiten Getriebewelle
bereitstellen. Mittels der schaltbaren Kupplungen können die Getriebestufen
von der ersten und/oder zweiten Getriebewelle entkoppelt werden
zur Unterbrechung des Antriebsstranges zwischen dem Antriebsmotor und
der Exzenterwelle.
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Günstig ist
es, wenn zwischen der ersten Getriebewelle und der ersten Getriebestufe
und zwischen der ersten Getriebewelle und der zweiten Getriebestufe
eine schaltbare Kupplung angeordnet ist. Die schaltbaren Kupplungen
ermöglichen
jeweils eine lösbare
Drehverbindung der ersten Getriebewelle mit der ersten bzw. der
zweiten Getriebestufe. Die zweite Getriebewelle kann drehfest sowohl
mit der ersten als auch mit der zweiten Getriebestufe verbunden
sein.
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Von
Vorteil ist es, wenn die erste Getriebewelle mittels der schaltbaren
Kupplungen von der zweiten Getriebewelle vollständig entkuppelbar ist. Dies
gibt die Möglichkeit,
die Drehzahl der mit der Motorwelle gekoppelten ersten Getriebewelle
unabhängig
von der Drehzahl der zweiten Getriebewelle zu verändern. Außerdem kann
dadurch der Antriebsstrang zwischen dem Antriebsmotor und der Exzenterwelle
auf konstruktiv einfache Weise unterbrochen werden.
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Die
schaltbaren Kupplungen sind vorzugsweise hydraulisch betätigbar.
Dies gibt die Möglichkeit,
die schaltbaren Kupplungen durch Beaufschlagung mit unter Druck
stehender Hydraulikflüssigkeit zu
steuern.
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Zur
Verbindung der ersten Getriebewelle mit der Motorwelle des Antriebsmotors
kann eine weitere Kupplung zum Einsatz kommen. Bei einer konstruktiv besonders
einfachen Ausgestaltung ist die erste Getriebewelle drehfest mit
der Motorwelle des Antriebsmotors verbunden.
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Wie
bereits erläutert,
ist es günstig,
wenn zwischen dem Schaltgetriebe und der Exzenterwelle ein weiteres
Getriebe angeordnet ist. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die zweite
Getriebewelle über ein
Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis mit der
Exzenterwelle koppelbar ist. Dies ermöglicht eine Untersetzung der
Drehzahl der zweiten Getriebewelle. Das zusätzliche Getriebe kann beispielsweise
ein Übersetzungsverhältnis von
4:1 aufweisen.
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Vorzugsweise
ist die zweite Getriebewelle über
ein Planetengetriebe mit der Exzenterwelle koppelbar. Wie bereits
erläutert,
kann durch den Einsatz des Planetengetriebes der Exzenterwelle ein
hohes Drehmoment bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise
ist die zweite Getriebewelle drehfest mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden.
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Die
Exzenterwelle ist günstigerweise
mit dem Planetenträger
des Planetengetriebes verbindbar.
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Das
Hohlrad des Planetengetriebes ist bei einer bevorzugten Ausführungsform
drehfest mit dem Gehäuse
des Schaltgetriebes verbunden.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung
sind die erste und die zweite Getriebestufe jeweils als Getrieberadpaar
mit einem ersten und einem zweiten Getrieberad ausgestaltet, wobei
die beiden Getrieberäder über eine
Drehverbindung miteinander gekoppelt sind und wobei eines der beiden
Getrieberäder
drehfest mit einer Gertriebewelle und das andere Getrieberad über eine
schaltbare Kupplung mit der anderen Getriebewelle verbunden ist.
Dies ermöglicht
eine konstruktiv besonders einfache Ausgestaltung des Schaltgetriebes.
Durch entsprechende Betätigung
der schaltbaren Kupplungen kann alternativ das erste Getrieberadpaar
oder das zweite Getrieberadpaar zur Kopplung der beiden Getriebewellen
zum Einsatz kommen. Die beiden Getrieberadpaare zeichnen sich durch
unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse
aus. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Übersetzungsverhältnis des
ersten Getrieberadpaares doppelt so groß ist wie das Übersetzungsverhältnis des
zweiten Getrieberadpaares.
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Beispielsweise
können Übersetzungsverhältnisse
von 2:1 und 4:1 zum Einsatz kommen.
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Vorzugsweise
sind die Getrieberäder
der beiden Getrieberadpaare als miteinander kämmende Zahnräder ausgestaltet,
insbesondere in Form von Stirnrädern
mit Außenverzahnung.
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Die
beiden Getriebewellen sind bevorzugt parallel zueinander ausgerichtet.
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Wie
bereits erläutert,
ist es von Vorteil, wenn die Antriebseinrichtung eine Steuereinheit
aufweist, die mit dem Antriebsmotor verbunden ist. Günstigerweise
kommen zusätzlich
Messglieder, insbesondere Sensoren zur Bestimmung der Drehzahl der
Exzenterwelle und der Motorwelle des Antriebsmotors zum Einsatz,
wobei die Messglieder mit der Steuereinheit verbunden sind. Mit
Hilfe der Messglieder können
die Drehzahlen der Exzenterwelle und der Motorwelle bestimmt werden.
Dies gibt insbesondere die Möglichkeit,
die Drehzahl des Antriebsmotors beim Übergang des Schaltgetriebes
von einer ersten in eine zweite Schaltstufe durch eine entsprechende
Steuerung des Antriebsmotors an die Drehzahl der Exzenterwelle anzupassen,
so dass der Schaltvorgang schlupffrei und verschleißfrei durchgeführt werden kann.
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Die
nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient
im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen
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1:
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung,
die mit einer Exzenterwelle gekoppelt ist, und
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2:
eine vergrößerte Darstellung
der Antriebseinrichtung aus 1.
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In 1 ist
schematisch eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung 10 dargestellt,
die mit einer Exzenterwelle 12 eines nur auszugsweise dargestellten
Press-, Stanz- oder Umformautomaten 14 verbunden ist. Letzterer
weist einen Stößel 16 auf, der über zwei
Pleuel 18, 19 mit der Exzenterwelle 12 verbunden
ist. Die Exzenterwelle 12 ist mit Hilfe von Wälz- oder
Gleitlagern 20 drehbar an einem in der Zeichnung nicht
dargestellten Gestell des an sich bekannten Press-, Stanz- oder
Umformautomaten 14 gelagert. Mit Hilfe eines Sensors 22 kann
die Drehzahl der Exzenterwelle 12 erfasst werden.
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Die
Antriebseinrichtung 10 umfasst einen Antriebsmotor, der
in der dargestellten Ausführungsform
als Servomotor 24 ausgebildet ist. Alternativ kann auch
ein Torquemotor zum Einsatz kommen. Der Servomotor 24 wird
von einer Steuereinheit 25 gesteuert, die über eine
in der Zeichnung nicht dargestellte Signalleitung mit dem Sensor 22 verbunden ist.
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Die
Antriebseinrichtung 10 weist außerdem ein Schaltgetriebe 28 auf
mit einem Gehäuse 29,
an dem eine erste Getriebewelle 31 und eine parallel zur ersten
Getriebewelle 31 ausgerichtete zweite Getriebewelle 32 drehbar
gelagert sind. Die erste Getriebewelle 31 ist über eine
starre Kupplung 34 drehfest mit der Motorwelle 36 des
Servomotors 24 verbunden. Auf der ersten Getriebewelle 31 sind
ein erstes Zahnritzel 38 und ein zweites Zahnritzel 39 frei drehbar
gelagert, und jedem Zahnritzel 38, 39 ist eine
schaltbare Kupplung 41 bzw. 42 zugeordnet, die
hydraulisch steuerbar ist und eine drehfeste Verbindung des jeweiligen
Zahnritzels 38 bzw. 39 mit der ersten Getriebewelle 31 ermöglicht.
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Dem
zweiten Zahnritzel 39 ist zusätzlich eine federkraftbeaufschlagte,
hydraulisch lösbare
Bremse 44 zugeordnet, mit deren Hilfe das zweite Zahnritzel 39 drehfest
am Gehäuse 29 des
Schaltgetriebes 28 festgelegt werden kann. Mittels der
Bremse 44 können
die Exzenterwelle 12 und der Stößel 16 abgebremst
werden.
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Das
erste Zahnritzel 38 kämmt
mit einem ersten Zahnrad 46, das drehfest auf der zweiten
Getriebewelle 32 aufsitzt, und das zweite Zahnritzel 39 kämmt mit
einem zweiten Zahnrad 47, das ebenfalls drehfest auf der
zweiten Getriebewelle 32 aufsitzt.
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Die
zweite Getriebewelle 32 ragt mit ihrem freien Ende in Richtung
auf die Exzenterwelle 12 aus dem Gehäuse 29 des Schaltgetriebes 28 heraus
und trägt
an ihrem überstehenden
Endbereich drehfest das Sonnenrad 49 eines Planetengetriebes 50.
Das Sonnenrad 49 kämmt
mit mehreren Planetenrädern 52,
die an einem drehfest mit der Exzenterwelle 12 verbundenen
Planetenträger 54 frei
drehbar gehalten sind und mit der Innenverzahnung eines drehfest
mit dem Gehäuse 29 verbundenen
Hohlrades 56 in Eingriff stehen.
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Das
erste Zahnritzel 38 bildet in Kombination mit dem ersten
Zahnrad 46 eine erste Getriebestufe des Schaltgetriebes 28 aus
mit einem Übersetzungsver hältnis von
beispielsweise 2:1. Das zweite Zahnritzel 39 bildet in
Kombination mit dem zweiten Zahnrad 47 eine zweite Getriebestufe
des Schaltgetriebes 28 aus mit einem doppelt so großen Übersetzungsverhältnis wie
die erste Getriebestufe, also beispielsweise mit einem Übersetzungsverhältnis von
4:1. In einer ersten Schaltstufe des Schaltgetriebes 28 ist die
erste Getriebestufe wirksam, indem die erste schaltbare Kupplung 41 mit
unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt wird
und dadurch eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Zahnritzel 38 und
der ersten Getriebewelle 31 sicherstellt, während die
zweite schaltbare Kupplung 42 unbetätigt bleibt, so dass das zweite
Zahnritzel 39 relativ zur ersten Getriebewelle 31 frei
drehbar ist.
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In
einer zweiten Schaltstufe des Schaltgetriebes 38 ist die
zweite Getriebestufe wirksam, indem die zweite schaltbare Kupplung 42 mit
unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt wird,
während
die erste schaltbare Kupplung 41 unbetätigt ist. Das zweite Zahnritzel 39 ist
somit in der zweiten Schaltstufe drehfest mit der ersten Getriebewelle 31 verbunden,
wohingegen das erste Zahnritzel 38 relativ zur ersten Getriebewelle 31 frei
drehbar ist.
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Wird
weder die Kupplung 41 noch die Kupplung 42 mit
unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, so hat
dies zur Folge, dass beide Zahnritzel 38 und 39 relativ
zur ersten Getriebewelle 31 frei drehbar sind und dadurch
der Antriebsstrang zwischen dem Servomotor 24 und der Exzenterwelle 12 vollständig unterbrochen
ist. Dies gibt die Möglichkeit,
die Drehzahl des Servomotors 24 unabhängig von der Drehzahl der Exzenterwelle 12 zu
verändern. Dies
wird nachfolgende noch näher
erläutert.
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Die
Antriebseinrichtung 10 weist mehrere Betriebsarten auf.
In einer ersten Betriebsart wird der Servomotor 24 mit
gleichbleibender Drehzahl betrieben und wird über die erste Getriebestufe,
das heißt über das
erste Zahnritzel 38 und das ersts Zahnrad 46,
sowie über
das Planetengetriebe 50 mit der Exzenterwelle 12 gekoppelt.
Dies ermöglicht
eine hohe Drehzahl der Exzenterwelle 12 und damit eine
hohe Hubzahl des Stößels 16,
da die erste Getriebestufe eine verhältnismäßig geringe Untersetzung der
Motordrehzahl bewirkt. Zum Starten des Press-, Stanz- oder Umformautomaten 14 wird
ausgehend von einem arretierten Zustand, bei dem der Stößel 16 über das
Planetengetriebe 50 und die zweite Getriebestufe mittels
der federbelasteten Bremse 44 fest arretiert ist, die Bremse 44 hydraulisch
gelöst
und es wird die erste schaltbare Kupplung 41 hydraulisch
betätigt. Dadurch
wird über
die erste Getriebewelle 31, die erste Kupplung 41,
das erste Zahnritzel 38 und das erste Zahnrad 46 und
anschließend über das
Planetengetriebe 50 ein Kraftschluss zwischen dem Servomotor 24 und
der Exzenterwelle 12 erzielt.
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In
einer zweiten Betriebsart der Antriebseinrichtung 10 ist
der Servomotor 24 ebenfalls über die erste Getriebestufe
und das Planetengetriebe 50 mit der Exzenterwelle verbunden,
die Drehzahl des Servomotors 24 wird jedoch periodisch
verändert,
so dass die Exzenterwelle 12 während eines Arbeitsschritts
des Stößels 16 eine
verhältnismäßig geringe Drehzahl
aufweist, wohingegen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten
die Exzenterwelle 12 mit hoher Drehzahl angetrieben wird.
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Eine
dritte Betriebsart der Antriebseinrichtung 10 zeichnet
sich durch eine niedrigere Drehzahl der Exzenterwelle 12 aus,
indem der Servomotor 24 mit konstanter Drehzahl betrieben
wird und über
die zweite Getriebestufe, das heißt über das zweite Zahnritzel 39 und
das zweite Zahnrad 47, und das Planetengetriebe 50 mit
der Exzenterwelle 12 verbunden ist. Zum Starten des Press-,
Stanz- oder Umformautomaten 14 wird, ausgehend vom bereits
beschriebenen arretierten Zustand des Stößels 16, die zweite
schaltbare Kupplung 42 hydraulisch betätigt, so dass über die
erste Getriebewelle 31, das zweite Zahnritzel 39,
das zweite Zahnrad 47, die zweite Getriebewelle 32 und
das Planetengetriebe 50 ein Kraftschluss zwischen dem Servomotor 24 und
der Exzenterwelle 12 erzielt wird. Aufgrund des doppelt
so großen Übersetzungsverhältnisses
der zweiten Getriebestufe (zweites Zahnritzel 39 und zweites
Zahnrad 47), rotiert die Exzenterwelle 12 verglichen
mit der ersten Betriebsart mit halb so großer Drehzahl, wobei ihr jedoch
ein doppelt so großes
Drehmoment zur Verfügung
gestellt wird.
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Eine
vierte Betriebsart der Antriebseinrichtung 10 zeichnet
sich dadurch aus, dass der Kraftschluss zwischen dem Servomotor 24 und
der Exzenterwelle 12 ebenfalls über die zweite Getriebestufe
(zweites Zahnritzel 39 und zweites Zahnrad 47)
erzielt wird, wobei jedoch der Servomotor 24 mit periodisch
veränderter
Drehzahl betrieben wird. Dies ermöglicht es, die Exzenterwelle 12 während eines
Arbeitsschrittes mit sehr geringer Drehzahl zu rotieren und zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten mit deutlich erhöhter Drehzahl.
Das verhältnismäßig hohe Übersetzungsverhältnis der
zweiten Getriebestufe hat zur Folge, dass auf den Servomotor 24 nur
eine verhältnismäßig geringe
Trägheitskraft
einwirkt. Dadurch kann die Motordrehzahl sehr stark reduziert werden
und somit kann ein Umformvorgang mit besonders geringer Geschwindigkeit
des Stößels 16 durchgeführt werden.
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Bei
einer fünften
Betriebsart der Antriebseinrichtung 10 wird der Servomotor 24 mit
gleichbleibender Drehzahl betrieben, das Schaltgetriebe 28 schaltet
jedoch periodisch zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung
hin und her. Ausgehend von einem arretierten Zustand des Stößels 16,
wie er bereits voranstehend erläutert
wurde, wird beim Starten des Press-, Stanz- oder Umformautomaten 14 in
der fünften
Betriebsart der Antriebseinrichtung 10 die Bremse 44 hydraulisch
gelöst
und es wird in einem ersten Arbeitsschritt die erste schaltbare
Kupplung 41 betätigt.
Der Kraftschluss zwischen dem Servomotor 24 erfolgt über die
erste Getriebewelle 31, die erste schaltbare Kupplung 41,
das erste Zahnritzel 38, das erste Zahnrad 46,
die zweite Getriebewelle 32 und das Planetengetriebe 50 zur
Exzenterwelle 12. Bei einem Drehwinkel der Exzenterwelle 12 von circa
100° wird
die erste schaltbare Kupplung 41 gelöst und die zweite schaltbare
Kupplung 42 wird betätigt.
Der Kraftschluss wechselt somit von der ersten Getriebestufe auf
die zweite Getriebestufe (zweites Zahnritzel 39 und zweites
Zahnrad 47). Der Schaltvorgang wird spätestens bei einem Drehwinkel
von circa 140° der
Exzenterwelle 12 abgeschlossen, denn der Umformvorgang
erfolgt üblicherweise
bei etwa 150°.
Sind für
den Umformvorgang abweichende Drehwinkel erforderlich, so kann der
Schaltvorgang über
die Steuereinheit 25 an die jeweiligen Erfordernisse angepasst
werden. Die Drehzahl der Exzenterwelle 12 und somit die
Geschwindigkeit des Stößels 16 reduziert
sich durch den Schaltvorgang des Schaltgetriebes 28 entsprechend
den Übersetzungsverhältnissen
der beiden Getriebestufen. Der Umformvorgang, das heißt der Arbeitsschritt
des Press-, Stanz- oder Umformautomaten 14, kann mit reduzierter
Umformgeschwindigkeit bei voller Ausnutzung des Drehmomentes des
Servomotors 24 durchgeführt
werden.
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Nach
dem Umformvorgang, bei einem Drehwinkel der Exzenterwelle 12 von
circa 180°,
wird die zweite schaltbare Kupplung 42 gelöst und die
erste schaltbare Kupplung 41 wird betätigt. Der Kraftschluss wechselt
somit von der zweiten Getriebestufe auf die erste Getriebestufe.
Die Exzenterwelle 12 wird folglich wieder beschleunigt,
da sie nun wieder über
die erste Getriebestufe angetrieben wird. Dieser Zustand bleibt
so lange erhalten, bis bei erneutem Erreichen eines Drehwinkels
der Exzenterwelle 12 von circa 100° das Schaltgetriebe 28 erneut
geschaltet wird.
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Eine
sechste Betriebsart der Antriebseinrichtung 10 zeichnet
sich dadurch aus, dass sowohl periodische Schaltvorgänge des
Schaltgetriebes 28 als auch periodische Änderungen
der Drehzahl des Servomotors 24 durchgeführt werden.
Der Servomotor 24 ist zunächst über die erste Getriebestufe
und das Planetengetriebe 50 mit der Exzenterwelle 12 gekoppelt.
Bei einem Drehwinkel der Exzenterwelle 12 von circa 100° wird die
erste schaltbare Kupplung 41 gelöst und auch die zweite schaltbare
Kupplung 42 verbleibt zunächst in ihrem gelösten Zustand.
Der Servomotor 24 ist somit über die starre Kupplung 34 nur noch
mit der ersten Getriebewelle 31 und den drehfest mit der
ersten Getriebewelle 31 verbundenen Innenteilen der schaltbaren
Kupplungen 41 und 42 und der Bremse 44 verbunden.
Somit wirkt auf den Servomotor 44 nur eine geringe Trägheitskraft
und der Servomotor 24 kann innerhalb sehr kurzer Zeit stark beschleunigt
werden, bis die Drehzahl der ersten Getriebewelle 31 der
Synchrondrehzahl der zweiten Getriebestufe entspricht, das heißt bis die
Drehzahl der ersten Getriebewelle 31 unter Berücksichtigung
des Übersetzungsverhältnisses
der zweiten Getriebestufe der Drehzahl der zweiten Getriebewelle 32 entspricht.
Die entsprechenden Drehzahlen werden seitens des Servomo tors 24 mittels
eines internen Messgliedes des Servomotors 24 erfasst und
seitens der zweiten Getriebewelle 32 mittels des an der
Exzenterwelle 12 angeordneten Sensors 22 unter
Berücksichtigung
des Übersetzungsverhältnisses
des Planetengetriebes 50. Hat der Servomotor 24 die Synchrondrehzahl
der zweiten Getriebestufe erreicht, so wird die zweite schaltbare
Kupplung 42 hydraulisch betätigt, so dass das Schaltgetriebe 28 in seinen
zweiten Schaltzustand übergeht.
Der Schaltvorgang erfolgt aufgrund der Synchronisierung der Drehzahlen
schlupffrei und somit verschleißfrei.
Der Kraftschluss vom Servomotor 24 erfolgt nunmehr über die
zweite Getriebestufe und die Exzenterwelle 12 wird mittels
des Servomotors 24 abgebremst, bis die gewünschte reduzierte
Umformgeschwindigkeit erreicht ist. Der Umformvorgang kann nun mit
reduzierter Umformgeschwindigkeit bei vollen Ausnutzung des Motordrehmomentes
durchgeführt
werden. Nach dem Umformvorgang, das heißt bei einem Drehwinkel der
Exzenterwelle 12 von circa 180°, wird die zweite schaltbare
Kupplung 42 gelöst,
so dass der Servomotor 24 über die starre Kupplung 34 nur mit
der ersten Getriebewelle 31 und den drehfest mit der ersten
Getriebewelle 31 verbundenen Innenteilen der schaltbaren
Kupplungen 41 und 42 und der Bremse 44 verbunden
ist. Somit wirkt auf den Servomotor 24 nur eine verhältnismäßig geringe
Trägheitskraft
und der Servomotor 24 kann abbremsen, bis die Drehzahl
der ersten Getriebewelle 31 der Synchrondrehzahl der ersten
Getriebestufe entspricht, das heißt bis die Drehzahl der ersten
Getriebewelle 31 unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses
der ersten Getriebestufe der Drehzahl der zweiten Getriebewelle 32 entspricht.
Ist die Synchrondrehzahl erreicht, so wird die erste schaltbare
Kupplung 41 hydraulisch betätigt, so dass das Schaltgetriebe 28 wieder
in den ersten Schaltzustand übergeht
und der Kraftschluss ausgehend vom Motor 24 über die
erste Getriebestufe und das Planetengetriebe 50 zur Exzenterwelle 12 erfolgt.
Mittels des Servomotors 24 wird nun die Exzenterwelle 12 beschleunigt,
um in möglichst
kurzer Zeit wieder einen Drehwinkel von circa 100° zu erreichen,
so dass dann ein erneuter Schaltzyklus durchgeführt werden kann.
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Aus
dem Voranstehenden wird deutlich, dass es die Antriebseinrichtung 10 ermöglicht,
die Exzenterwelle 12 mit unterschiedlichen Drehzahlen anzutreiben,
wobei gleichzeitig ein hohes Drehmoment bereitgestellt werden kann.
Je nach Schaltstufe des Schaltgetriebes 28 kann aufgrund
der unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse
eine unterschiedliche Drehzahl der Exzenterwelle 12 erzielt werden,
und zusätzlich
kann die Drehzahl der Exzenterwelle 12 durch den Servomotor 24 variiert
werden. Es kann eine Synchronisation des Schaltvorganges des Schaltgetriebes 28 erreicht
werden, so dass Schaltvorgänge
schlupffrei und verschleißfrei
durchgeführt
werden können.