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Die Erfindung betrifft einen Pressenantrieb zum Öffnen und Schließen des Pressenstößels einer Presse.
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Derartige Pressenantriebe sind bekannt.
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In einer möglichen Ausführungsform besteht der Pressenantrieb aus einer drehend angetriebenen Kurbelwelle, die über eine Kupplungs-Brems-Kombination elektromotorisch angetrieben wird.
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Ausgehend von diesem tausendfach bewährten Antriebsprinzip ermöglichen es die heute zugänglichen Steuer- und Regelverfahren den Hub des Pressenstößels in Öffnungs- und Schließrichtung von der starren Ankopplung an eine Kurbelwelle zu lösen und insbesondere auch den Pressenstößel mit kleiner Kraft und hoher Zustellbewegung in Schließrichtung sowie kurz vor Schließen mit großer Kraft und kleiner Geschwindigkeit anzutreiben.
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Dies geschieht gemäß der
DD-PS 144 514 z. B. über eine doppelt wirkend wirkende Kolben-Zylindereinheit in Verbindung mit einem Kniehebeimechanismus.
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Dort macht man sich die Erkenntnis zu nutze, dass der Kniehebelmechanismus mit zurückgelegtem Weg in Schließrichtung des Pressenstößels kleinere Wege unter größeren Kräften zurücklegen muss, um die Verformungsarbeit leisten zu können.
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Das dort gezeigte System mit doppelt wirkender Kolben-Zylinder-Einheit und Kraftübertragung zwischen Maschinengestell und Pressenstößel über einen Kniehebelmechanismus weist jedoch den Nachteil auf, dass die zur Verformung notwendige Kraft auf den Pressenstößel bereits dann aufgebracht werden muss, wenn sich der Kniehebelmechanismus noch nicht in der gestreckten Position befindet, sodass die Gelenkpunkte des Kniehebelmechanismus hoch belastet sind.
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Da diese Belastung insbesondere auch während des Gleitens der Kniehebel in den Gelenkpunkten auftritt, müssen entsprechende hoch belastbare Lager etc. verwendet werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Pressenantriebe zum Öffnen und Schließen des Pressenstößels einer Presse so weiter zu bilden, dass sie eine optimale Anpassung der Motorleistung und Antriebsgeschwindigkeit an die jeweilige Vorschubgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der notwendigen Verformungsarbeit ermöglichen.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.
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Aus der Erfindung ergibt sich zunächst einmal der Vorteil, dass die gesamte Hubbewegung des Pressenstößels zumindest in Schließrichtung in einen Eilgang und in einen Arbeitsgang aufgeteilt werden kann.
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Im Eilgang kommt es darauf an, den Pressenstößel mit dem daran befindlichen Werkzeug möglichst schnell in Richtung zum Untertisch zu verfahren, während es im Arbeitsgang darauf ankommt, bei relativ geringer Vorschubgeschwindigkeit eine hohe Verformungsenergie in das Werkstück einleiten zu können.
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Die Weg-Zeit-Funktion, welche die Geschwindigkeit des Pressenstößels beschreibt, kann daher über die Weg-Zeit-Funktion des ersten Kraftgebers, der auf die erste kinematische Kette wirkt, und die Weg-Zeit-Funktion des zweiten Kraftgebers, der auf die zweite kinematische Kette wirkt, in weiten Bereichen optimiert werden.
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Wesentlich ist, dass die Weg-Zeit-Funktionen der beiden Kraftgeber voneinander unabhängig sind. Auf diese Weise wird es möglich, zu Beginn der Hubbewegung in Schließrichtung bei relativ geringer Kraft eine hohe Geschwindigkeit zu fahren, während dann bei der Bearbeitung des Werkstücks eine relativ geringe Geschwindigkeit mit hoher Kraft erforderlich ist.
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Im Grunde genommen wird dieser Vorteil erreicht, indem ein Element der ersten kinematischen Kette zugleich Bestandteil der zweiten kinematischen Kette ist und sozusagen kaskadenartig durch den zweiten Kraftgeber beaufschlagbar ist.
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Dabei lassen sich über die entsprechenden geometrischen Zusammenhänge die Weg-Zeit-Funktionen jeweils am Ausgang der ersten und der zweiten kinematischen Kette vorgeben und die daraus resultierenden aufzuwendenden Kräfte berechnen zusammen mit den dafür notwendigen Geschwindigkeiten.
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In einem Ausführungsbeispiel greift die erste kinematische Kette zumindest in Schließrichtung des Pressenstößels über ein hydraulisches Kissen an der zweiten kinematischen Kette an, die ihrerseits mit dem Pressenstößel verbunden ist.
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Die Verwendung eines hydraulischen Kissens bietet einerseits den Vorteil einer hohen Wiederholungsgenauigkeit aufgrund der Inkompressibilität der Hydraulikflüssigkeit und andererseits eine effektive Umsetzung der zur Werkstückverformung notwendigen Druckkräfte aus relativ kleinen hydraulischen Antrieben.
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Zwar nimmt man dann relativ geringe Vorschubgeschwindigkeiten in Kauf, die aber nur auf dem letzten Weg des Pressenstößels in Schließrichtung notwendig sind, wo letztlich auch die Verformungsarbeit geleistet werden muss.
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Die Verwendung eines weiteren Druckkissens, welches in Öffnungsrichtung des Pressenstößels wirksam wird, lässt den Einbau einer doppelt wirkenden Kolben-Zylinder-Einheit zu.
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Für diesen Fall wird vorgeschlagen, die doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Einheit über jeweils einen Geberzylinder mit Hydraulikflüssigkeit zu versorgen, wobei die beiden Geberzylinder über einen gemeinsamen Linearaktuator gegensinnig verfahren werden.
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Hierdurch entsteht ein geschlossenes hydraulisches System. Eventuelle Leckagen können über Reservevolumina ausgeglichen werden, bei Verwendung eines unter Vordruck stehenden Volumenspeichers.
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Andererseits wird vorgeschlagen, den Weg des Pressenstößels in Schließrichtung bis zum Erreichen des Arbeitshubes und in Öffnungsrichtung nach dem Öffnen des Werkzeugs über ein Kniehebelpaar zu veranlassen, welches seinerseits mittels eines einfachen Spindelantriebs in Bewegung gesetzt wird.
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Auf diese Weise lässt sich mit relativ geringer Motorleistung insbesondere über die mechanische Übersetzung des Kniehebelantriebs eine hohe Vorschubgeschwindigkeit in Öffnungs- und in Schließrichtung realisieren, wobei die zweite kinematische Kette, die letztlich für den Arbeitsgang zuständig ist, über die Kinematik des Kniehebelantriebs mit verlagert wird.
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Hierfür sind Ausführungsbeispiele angegeben.
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Wird darüber hinaus das Kniehebelpaar zusammen mit dem ersten Kraftgeber 8 so ausgelegt, dass der Beginn des Arbeitsgangs in Schließrichtung des Pressenstößels bei durchgestrecktem Kniehebelpaar erreicht wird, muss der diesbezügliche erste Kraftgeber lediglich die relativ geringen Haltekräfte zum Gestreckthalten des Kniehebelpaares aufbringen und eine Relativbewegung in den Gelenkpunkten des Kniehebelpaares ist ausgeschlossen.
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In dieser durchgestreckten Position des Kniehebelpaares wird die Bewegung des Pressenstößels dann ausschließlich von dem zweiten Kraftgeber in Verbindung mit der zweiten kinematischen Kette hervorgerufen.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn erster Kraftgeber und zweiter Kraftgeber bei Bewegung des Pressenstößels in Öffnungsrichtung unabhängig voneinander verfahrbar sind.
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In diesem Falle kann der Pressenstößel sehr schnell geöffnet werden. Die schnelle Öffnungsbewegung des Pressenstößels wird über den ersten Kraftgeber und die erste kinematische Kette erreicht, während gleichzeitig der zweite Kraftgeber und die zweite kinematische Kette in Grundstellung gefahren werden.
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In Schließrichtung erfolgt dann erneut eine Trennung in die Bewegung mit Eilgang und die anschließende Bewegung im Arbeitsgang.
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Da beide Kraftgeber unabhängig voneinander konzipiert sein können, lassen sich auch unterschiedliche Regelungsvefahren bzw. Steuerungen vorsehen, um den Arbeitsprozess zu optimieren.
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Hierzu zählen insbesondere Kraftregelungen, Wegregelungen, Regelungseinstellungen auf Grund ansteigender oder abfallender Temperaturen, Regelungen aufgrund von Fertigungstoleranzen, die ausgeglichen werden müssen oder der Schutz vor Überlastung.
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Weiterhin bietet die Erfindung die Möglichkeit, zwei oder mehrere gleichartige Pressenantriebe zu dem Pressenstößel vorzusehen, falls z. B. der Kraftschwerpunkt außerhalb der durch die zweite kinematische Kette vorgegebenen Kraftrichtung liegt.
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Hierzu sind Ausführungsbeispiele angegeben.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
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3 die Ansteuerung eines doppelt wirkenden Zylinders über einen Linearaktuator für den Arbeitsgang
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Sofern im Folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung stets für alle Figuren.
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Die 1 und 2 zeigen eine Presse.
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Eine derartige Presse weist ein Maschinengestell 4 auf, bestehend aus Untertisch 5, Vertikalführung 6 und Oberrahmen 7.
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An der Vertikalführung 6 ist ein Pressenstößel 2 auf- und abwärts geführt, der an seiner Unterseite das Pressenwerkzeug 3 trägt.
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Das komplementäre Pressenwerkzeug befindet sich auf dem Untertisch 5.
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Durch Auf- und Abwärtsbewegung des Pressenstößels 2 kann ein im Pressenwerkzeug 3 befindliches Werkstück in Form eines Bleches dreidimensional verformt werden.
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Der Pressenantrieb, der letztlich für die Bewegung des Pressenstößels 2 in Schließrichtung 24 einerseits und Öffnungsrichtung 25 andererseits zuständig ist, wird im vorliegenden Fall realisiert durch einen ersten Kraftgeber 8, der sich an einem Ende am Maschinengestell abstützt und dessen anderes Ende eine erste kinematische Kette 9 beaufschlagt.
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Die erste kinematische Kette wird hier gebildet von einem Kniehebelpaar 10, 11, auf das noch eingegangen wird.
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Das Kniehebelpaar ist einerseits am Oberrahmen 7 des Maschinengestells 4 angeschlagen und andererseits an seinem unteren Ende gelenkig mit einer Kolbenstange 12 verbunden.
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Weiterer Bestandteil dieser ersten kinematischen Kette ist ein Kolben 13, der starr mit der Kolbenstange 12 verbunden ist.
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Weiterhin ist ein zweiter Kraftgeber 18 vorgesehen, der zum Antrieb einer zweiten kinematischen Kette 14 dient.
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Die zweite kinematische Kette 14 wird gebildet durch die Kolben-Zylinder-Einheit 15, wobei der Kolben 13 bereits Bestandteil der ersten kinematischen Kette ist.
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Es ist ersichtlich, dass der Pressenstößel 2 unabhängig von dem ersten Kraftgeber 8 zumindest in Schließrichtung 24 durch den zweiten Kraftgeber 18 über die zweite kinematische Kette, insbesondere die Kolben-Zylinder-Einheit 15 verlagerbar ist.
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Zusätzlich zeigen die 1 und 2, dass die erste kinematische Kette 9 in Schließrichtung 24 des Pressenstößels 3 über das hydraulische Druckkissen 16 einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 15 mit dem Pressenstößel 2 verbunden ist.
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Dies bedeutet, dass sich bei Abwärtsbewegung des Kolbens 13 dessen Bewegung über das darunter befindliche hydraulische Kissen 16 auf den Pressenstößel 2 überträgt.
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Der Pressenstößel 2 macht deshalb eine Bewegung mit, die exakt der Bewegung des Kolbens 13 entspricht.
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Weiterhin zeigen die 1 und 2, dass die erste kinematische Kette 9 auch in Öffnungsrichtung 25 des Pressenstößels über ein weiteres Druckkissen 17 der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit mit dem Pressenstößel 2 verbunden ist.
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Demzufolge gilt auch insoweit, dass die Aufwärtsbewegung des Pressenstößels 2 exakt der Bewegung des Kolbens 13 entspricht, da diese sich ebenfalls über das inkompressible Druckkissen 16 auf den Pressenstößel überträgt wie in Schließrichtung 24.
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Über die beiden hydraulischen Druckkissen 16, 17 wird daher in Folge der Inkompressibilität des Fluids eine verlustfreie Kopplung zwischen der Bewegung des Kolbens 13 und der Bewegung des Pressenstößels 2 in beide Richtungen erzielt.
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Die beiden Druckkissen 16, 17 sind ihrerseits Bestandteil des doppelt wirkenden Hydraulikzylinders, der durch die Kolben-Zylinder-Einheit 15 realisiert ist.
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Insbesondere werden die beiden Druckkissen 16, 17 jeweils über einen Geberzylinder 30 mit Hydraulikfluid beaufschlagt, wobei die Geberzylinder, jeweils einer zuständig für ein Duckkissen 16, 17 mittels eines gemeinsamen Linearaktuators 40 gegensinnig verfahrbar sind.
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Dies bedeutet, dass bei Füllung des ersten Druckkissens 16 das Volumen des zweiten Druckkissens 17 abnimmt und umgekehrt.
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Zusätzlich zeigt insbesondere 1 eine Variante, bei welcher jeder Geberzylinder 30 mit einem Reservevolumen vorgespannten Drucks verbunden ist.
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Hierzu dient jeweils ein Volumenreservebehälter 19, 20, der z. B. über ein in Richtung zum Volumenreservebehälter schließendes Rückschlagventil an die entsprechende Hydraulikleitung angeschlossen ist.
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Ausgehend von den Ausführungsbeispielen gem. 1 und 2 ist der Kolben 13 Bestandteil der ersten kinematischen Kette, weil die Bewegungsgleichung des ersten Kraftgebers 8 über die beiden Kniehebel 10, 11 und die Kolbenstange 12 unmittelbar in die Bewegungsgleichung des Kolbens 13 umgesetzt wird.
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Zu diesem Zweck ist der Kolben 13 über die starr an ihm befestigte Kolbenstange 12 mit dem Kniehebelpaar verbunden.
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Hierzu wird das obere Ende der Kolbenstange 12 mit dem dem Pressenstößel 2 zugewandten Ende des zweiten Kniehebels 11 gelenkig verbunden, während das von der Kolbenstange 12 abgewandte Ende des ersten Kniehebels 10 gelenkig am Maschinengestell bzw. am Oberrahmen 7 gelagert ist.
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Wichtig ist insoweit, dass das gestellseitige Ende des Kniehebelpaars 10, 11 auf der verlängerten Achse 21 der Kolbenstange 12 liegt um seitliche Kräfte auf den Pressenstößel 2 zu vermeiden.
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Die beiden Kniehebel 10, 11 verfügen über ein gemeinsames Gelenk 50, an welchem auch die Druck-Zug-Stange 22 eines Spindelantriebs 23 angelenkt ist.
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Dies bedeutet, dass über die Druck-Zug-Stange 22 die vom Spindelantrieb 23 erzeugten relativ geringen Kräfte mit großer Effektivität in die erste kinematische Kette 9 eingeleitet werden können, wobei es allerdings nur darauf ankommt, die vom Pressenstößel 2 ausgehenden Massekräfte und nicht etwa die zur Verformung des Werkstücks notwendigen Prozesskräfte auf den Pressenstößel 2 zu bringen.
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Wie man leicht an Hand der 1 und 2 nachvollziehen kann, ist es mit dieser Ausführungsform möglich, das Kniehebelpaar 10, 11 in eine lang gestreckte Position zu bringen, ohne dass das Werkzeug 3 bereits geschlossen wäre.
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In dieser lang gestreckten Position wird nun der zweite Kraftgeber 18 zusammen mit der zweiten kinematischen Kette, bestehend aus der Kolben-Zylinder-Einheit 15 und dem starr daran befestigten Pressenstößel 2 in Bewegung gesetzt um den Arbeitshub zu vollziehen.
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In dieser Position kann der erste Kraftgeber bei durchgestreckter Position der beiden Kniehebel 10, 11 stromlos geschaltet sein.
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Er dient dabei lediglich dem Zweck, die beiden Kniehebel 10, 11 in durchgestreckter Position zu halten. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass erster Kraftgeber 8 und zweiter Kraftgeber 18 für den Hub des Pressenstößels 2 in Öffnungsrichtung 25 zusammen verfahrbar sind während der zweite Kraftgeber 18 für den Hub des Pressenstößels 2 in Schließrichtung 24 unabhängig von dem ersten Kraftgeber 8 verfahrbar sein muss.
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Weiterhin zeigt 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem außermittigen Kraftschwerpunkt.
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Zu diesem Zweck sind – hier – ohne Beschränkung der Erfindung zwei gleichartige Pressenantriebe dargestellt, die über eine entsprechende Steuerung synchron verfahren werden.
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Zusätzlich zeigt 3 die Ansteuerung der Kolben-Zylinder-Einheit 15 über jeweils einen Geberzylinder 30.
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Die Geberzylinder 30 werden über eine Linearaktuator 40 gegensinnig verfahren, so dass die Vergrößerung des einen Hydraulikraums der Kolben-Zylinder-Einheit 15 zu einer Verkleinerung des anderen Hydraulikraums führt und umgekehrt.
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Wesentlich ist insoweit, dass der Linearaktuator 40, zum Beispiel als elektrischer Linearmotor ausgeführt, nur eine geringe Linearkraft aufbringen muss, da über das Flächenverhältnis von Geberzylinder 30 und Kolben-Zylinder-Einheit 15 bereits einen hinreichende Übersetzung realisiert werden kann.
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Die Möglichkeiten der Beeinflussung des Linearaktuators 40 über die angelegte Spannung bzw. Frequenz kann zur Verwendung in einem Regelkreis dienen, in welchem beispielsweise Druck bzw. Kraft auf den Pressenstößel bzw. die Position des Pressenstößels ausgeregelt werden.
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Die laufende Überwachung lässt sich dann über eine geeignete EDV-Anbindung realisieren, die auch über entsprechende Datenverbindungen andernorts erfolgen kann.
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Dies ist in 3 dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Presse
- 2
- Pressenstößel
- 3
- Pressenwerkzeug
- 4
- Maschinengestell
- 5
- Untertisch
- 6
- Vertikalführung
- 7
- Oberrahmen
- 8
- erster Kraftgeber
- 9
- erste kinematische Kette
- 10
- erster Kniehebel
- 11
- zweiter Kniehebel
- 12
- Kolbenstange
- 13
- Kolben
- 14
- zweite kinematische Kette
- 15
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 16
- erstes Druckkissen
- 17
- zweites Druckkissen
- 18
- zweiter Kraftgeber
- 19
- erster Volumenreservebehälter
- 20
- zweiter Volumenreservebehälter
- 21
- Achse der Kolbenstange
- 22
- Druck-Zug-Stange
- 23
- Spindelantrieb
- 24
- Schließrichtung
- 25
- Öffnungsrichtung
- 30
- Geberzylinder
- 40
- Linearaktuator
- 50
- gemeinsames Gelenk
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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