DE29906519U1

DE29906519U1 - Antrieb für eine mechanische Presse

Info

Publication number: DE29906519U1
Application number: DE29906519U
Authority: DE
Original assignee: Desch Antriebstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Nidec Desch Antriebstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2009-04-14

Description

Dipl.-Chem. E.L. FRITZ 99/130

Dr. Dipl.-Phys. R. BASFELD 12.04.1999/Sche/lrl

Patentanwälte Mühlenberg 74 59759 Arnsberg

Firma

Desch Antriebstechnik GmbH & Co. KG Kleinbahnstraße

D-59759 Arnsberg

"Antrieb für eine mechanische Presse"

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antrieb für eine mechanische Presse nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

Aus der DE 44 21 527 Al· ist ein Kurbelantrieb einer Kurbelpresse großer Preßkraft bekannt, bei der die Kurbelwelle an beiden Wellenenden von je einem Getriebe mittels eines Haupt- und eines Hilfsantriebs antreibbar ist. Der Hilfsantrieb beschleunigt die Kurbelwelle lastfrei auf die Synchrondrehzahl des Hauptantriebes, zur Durchführung des Arbeitshubes wird der Hauptantrieb mit einer Kupplung zugeschaltet und nach Durchführung des Arbeitshubes, somit in der Regel kurz nach Erreichen des unteren Totpunktes, abgekoppelt. Überschüssige Energie wird nun von dem als Generator geschalteten Hilfsantrieb abgebaut.

Nachteilig an dem zuvor beschriebenen Kurbelantrieb nach dem Stand der Technik ist es, daß dieser keine Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle in der Zuführphase vor Ausführung des Arbeitshubes durch den Stößel ermöglicht, da ein Zuschalten des Hauptantriebes nur bei einer Synchrondrehzahl möglich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Antrieb für eine mechanische Presse bereitzustellen, der ein schnelles Zuführen des Werkzeuges bis zum Arbeitspunkt ermöglicht und eine langsame Bewegung während des Arbeitshubes erlaubt.

Dieses Problem wird durch einen Antrieb nach Schutzanspruch gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Schwungräder mit einer gemeinsamen Antriebswelle des Planetengetriebes kuppelbar sind. Durch unterschiedliche Drehzahlen der Schwungräder läßt sich so während eines Pressenhubes eine Veränderung der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle und damit des Hubgeschwindigkeitsverlaufs des Pressenstößels erzielen. Vor Beginn des Arbeitshubes kann die Presse mit relativ großer Geschwindigkeit vom oberen Totpunkt bis

Einsetzen des Arbeitshubes gefahren werden, der Arbeitshub kann mit einer relativ geringen an die Erfordernisse des Umformprozeßes angepaßten Geschwindigkeit erfolgen, das Zurückfahren des Stößels in die obere Position beziehungsweise der Kurbelwelle zum oberen Totpunkt kann wiederum mit einer erhöhten Geschwindigkeit erfolgen. Die Taktzeit für einen Arbeitshub kann auf diese Weise gegenüber einem gleichmäßigen Antrieb der Kurbelwelle verringert werden.

Vorteilhaft ist die Antriebswelle mittels einer dritten Kupplung abbremsbar und gehäusefest festlegbar. Die Antriebswelle der Presse und damit der Pressenstößel können somit in einer Ruhelage arretiert werden. Dies ist aus Sicherheitsgründen zum Beispiel bei einem Werkzeugwechsel erforderlich.

In der bevorzugten Ausführungsform des Antriebes ist vorgesehen, daß erste Kupplung und/oder zweite Kupplung und/oder dritte Kupplung hydraulisch betätigbare Kupplungen sind. Hydraulische Komponenten zur Steuerung von Kupplungen sind standardisierte Artikel und damit kostengünstig.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn erste sowie zweite Kupplung über Bohrungen in der Antriebswelle, die mittels eines Rotors mit Druck beaufschlagbar sind, betätigbar sind.

In der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß eine Kurbelwelle der Presse mit Hilfe einer Ausgleichskupplung lösbar mit dem Pressenantrieb verbunden ist. Diese Bauweise erleichtert Montage und Demontage des Antriebes und verringert die Auswirkungen von Fluchtungsfehlern zwischen miteinander zu verbindenden Wellen.

In der bevorzugten Ausführungsform ist das Hohlrad des Planetengetriebegehäuses fest. Weiterhin ist in der bevorzugten Ausführungsform der Planetenträger des Planetengetriebes mit der Ausgleichskupplung verbunden. Das

Sonnenrad des Planetengetriebes ist in der bevorzugten Ausführungsform fest mit der Antriebswelle verbunden. Diese Konfiguration des Planetengetriebes ermöglicht eine besonders platzsparende und besonders einfache Bauweise des Getriebes.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Pressenantriebs;

Fig. 2 ein Beispiel für den Verlauf der

Stößelgeschwindigkeit über den Kurbelwinkel.

Zunächst wird anhand von Fig. 1 der prinzipielle Aufbau des Pressenantriebs beschrieben. Eine Presse 1 verfügt über einen Pressenantrieb 2. Presse 1 und Pressenantrieb 2 sind in der Prinzipskizze Fig. 1 durch gestrichelte Linien voneinander getrennt. Der Pressenantrieb 2 verfügt über ein Getriebegehäuse 3, welches mittels eines Befestigungsflansches 4 an der Presse 1 befestigt ist.

Der Pressenantrieb 2 umfaßt ein Planetengetriebe 5, bestehend aus einem Hohlrad 6, mehreren Planetenrädern 7 sowie einem Sonnenrad 8. Das Hohlrad 6 ist in das Getriebegehäuse 3 integriert. Die Planetenräder 7 sind gelagert auf einem Planetenträger 9, der über eine Ausgleichskupplung 10 eine Kurbelwelle 11 der Presse 1 antreibt. Die Kurbelwelle 11 treibt einen Stößel 12 der Presse 1. Der Antrieb des Planetengetriebes 5 erfolgt über das Sonnenrad 8, welches auf einer Antriebswelle 13 angeordnet ist.

Das Getriebegehäuse 3 verfügt über einen Lagerhals 14, der ein erstes Schwungrad 15 sowie ein zweites Schwungrad 16 trägt. Auf der Antriebswelle 13 sind eine erste Kupplung 17 sowie eine zweite Kupplung 18 angeordnet. Das Gehäuse der ersten Kupplung 17 ist mit dem ersten Schwungrad 15 fest verbunden, das Gehäuse der zweiten Kupplung 18 ist mit dem zweiten Schwungrad 16 fest verbunden. Auf der Antriebswelle 13 ist weiterhin eine dritte Kupplung 19 angeordnet, deren Gehäuse fest mit dem Getriebegehäuse 3 verbunden ist. Die Schaltung der Kupplungen 17 und 18 erfolgt hydraulisch, dazu sind Steuerbohrungen in die Antriebswelle 13

• a
t

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eingebracht, welche über einen dreikanaligen Rotor 24 mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagt werden können. Der Rotor 24 ist über eine erste Steuerleitung 25 mit einem ersten Ventil 27 sowie über eine zweite Steuerleitung 26 mit einem zweiten Ventil 28 verbunden. Erstes Ventil 27 sowie zweites Ventil 28 werden über Zuleitungen 29, 30 von einer nicht dargestellten Hydraulikpumpe mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit versorgt. Durch Schließen des ersten Ventils 27 kann über die erste Steuerleitung 25, den Rotor sowie der in die Antriebswelle 13 eingebrachte Bohrung die erste Kupplung 17 gelöst werden. Entsprechend kann durch Öffnen des zweiten Ventils 28 die zweite Kupplung 18 geöffnet werden. Die dritte Kupplung 19 wird gehäuseseitig angesteuert und ist über eine dritte Steuerleitung 31 mit einem dritten Ventil 32 verbunden, welches über eine Zuleitung 33 mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit versorgt wird. Die Kupplung schließt drucklos federbelastet selbsttätig und öffnet bei Druckbeaufschlagung.

Das erste Schwungrad 15 wird über einen Keilriemen 34 von einem ersten Antriebsmotor 35 angetrieben, das zweite Schwungrad 16 wird über einen weiteren Keilriemen 34 von einem zweiten Antriebsmotor 36 angetrieben.

Der Pressenantrieb 2 kann über das erste Ventil 27, das zweite Ventil 28 sowie das dritte Ventil 32 in verschiedene Betriebszustände gebracht werden, dabei bedeutet "geschlossen", daß die zu betätigende Leitung mit Druck beaufschlagt ist, "geöffnet", daß dieselbe drucklos ist. Bei geöffnetem dritten Ventil 32 ist die Antriebswelle 13 mit dem Getriebegehäuse 3 verbunden, der Antrieb ist also gesperrt. Bei geschlossenem dritten Ventil 32 und geschlossenem ersten Ventil 27 ist die Antriebswelle 13 über das erste Schwungrad 15 mit dem ersten Antriebsmotor 35 verbunden. Bei geschlossenem ersten Ventil 27 und geöffnetem zweiten Ventil 28 ist die Antriebswelle 13 entsprechend über das zweite Schwungrad 16 mit dem zweiten Antriebsmotor 3 6 verbunden. Durch wechselweises Öffnen des ersten Ventils 27 und zweiten

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Ventils 28 kann so zwischen dem Antrieb durch den ersten Antriebsmotor 35 und dem zweiten Antriebsmotor 36 umgeschaltet werden. Durch Schließen des dritten Ventils 32 kann der Pressenantrieb 2 abgebremst werden beziehungsweise bei Stillstand gesperrt werden.

Durch geeignete Ansteuerung des ersten Ventils 27 und zweiten Ventils 28 läßt sich die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 13 und damit der Kurbelwelle 11 sowie der Verlauf der translatorische Geschwindigkeit des Stößels 12 im Verlauf eines Hubes des Stößels 12 verändern. Voraussetzung dazu ist, daß der erste Antriebsmotor 35 sowie der zweite Antriebsmotor 36 bei unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden.

Fig. 2 zeigt beispielhaft die Stößelgeschwindigkeit aufgetragen über den Kurbelwinkel der Kurbelwelle 11.

Im Beispiel der Fig. 2 ist die Drehzahl des ersten Antriebsmotors 35 doppelt so hoch gewählt wie die Drehzahl des zweiten Antriebsmotors 36, entsprechend ist die Drehzahl des ersten Schwungrads 15 doppelt so hoch wie die des zweiten Schwungrades 16. Über die X-Achse der Darstellung in Fig. 2 ist der Kurbelwinkel &agr; der Kurbelwelle 11 aufgezeichnet, über die Y-Achse ist die Stößelgeschwindigkeit &ngr; des Stößels 12 aufgetragen. Der Ursprung des Koordinatensystems ist auf den oberen Totpunkt der Kurbelwelle 11 festgelegt, der untere Totpunkt ist entsprechend bei 180°. Der Arbeitsbereich der Presse setzt zwischen oberem Totpunkt und unterem Totpunkt ein und endet am unteren Totpunkt. In diesem Beispiel wird angenommen, daß der Arbeitsbereich bei 135° Kurbelwinkel &agr; einsetzt und bei 180° im unteren Totpunkt endet.

Wird die erste Kupplung 17 geschlossen, so dreht die Kurbelwelle 11 mit einer konstanten Drehzahl V₁. Bei geöffneter ersten Kupplung 17 und geschlossener zweiter Kupplung 18 dreht die Kurbelwelle 11 mit der konstanten Drehzahl V₂. Bei geschlossener erster Kupplung 17 kann durch

Öffnen der ersten Kupplung 17 und Schließen der zweiten Kupplung 18 die Geschwindigkeit des Stößels 12 von der sinusförmigen Kurve V₁ in Fig. 2 auf die sinusförmige Kurve V₂ umgeschaltet werden. Entsprechend kann bei geschlossener zweiter Kupplung 18 umgekehrt von der sinusförmigen Kurve v₂ auf die sinusförmige Kurve V₁ umgeschaltet werden. Wird beispielsweise im Schaltpunkt Sl bei geschlossener erster Kupplung 17 diese geöffnet und die zweite Kupplung 18 geschlossen, so wird die Geschwindigkeit des Stößels 12 etwa einer Kurve S3 folgen und beispielsweise in einem Punkt Z in die Kurve v₂ übergehen. Der Kurvenverlauf ist abhängig von der Trägheit des Stößels 12 beziehungsweise daran befestigtem nicht dargestelltem Werkzeug, der Drehträgheit des Antriebsstranges zwischen Kurbelwelle 11 und Antriebswelle sowie der Drehträgheit von erstem Schwungrad 15 beziehungsweise zweitem Schwungrad 16. Je höher das Massenträgheitsmoment von erstem Schwungrad 15 beziehungsweise zweitem Schwungrad 16 gegenüber dem auf das Trägheitsmoment der Antriebswelle 13 umgerechneten Trägheiten des zuvor dargestellten Antriebsstranges beziehungsweise Stößels 12 samt Werkzeug ist, desto steiler wird die Kurve S3 im Schaubild Fig. 2 verlaufen. Der Stößel 12 wird also zunächst mit einer höheren Geschwindigkeit V₁ bewegt, bei etwa 90° Kurbelwellenwinkel &agr; auf die niedrigere Geschwindigkeit V₂ umgestellt, vollführt den Arbeitshub mit der niedrigen Geschwindigkeit v₂ und wird im unteren Totpunkt wieder auf die höhere Geschwindigkeit V₁ umgestellt und bis kurz vor den oberen Totpunkt bewegt. Kurz vor dem oberen Totpunkt wird die erste Kupplung 17 geöffnet und die dritte Kupplung 19 geschlossen, Antriebswelle 13, Kurbelwelle 11 sowie der Stößel 12 werden so abgebremst und im oberen Totpunkt zum Stillstand gebracht und festgehalten.

Bei Einsatz der Presse im Dauerbetrieb entfällt das Abbremsen bei Erreichen des oberen Totpunktes, es erfolgt also jeweils bei Erreichen des Umschaltpunktes Sl eine Umschaltung von Vl auf V2 und bei Erreichen des unteren Totpunktes ein Umschalten von V2 auf Vl, jedoch kein Abschalten des

Antriebes und ein Festhalten im oberen Totpunkt. Ist ein Umschalten auf verschiedene Geschwindigkeiten V1,V2 nicht erforderlich, so können erster Antriebsmotor 35 und zweiter Antriebsmotor 36 mit gleicher Drehzahl betrieben werden. In diesem Fall ist durch Zuschalten eines der beiden Motoren bei antrieb durch den jeweils anderen Motor eine Erhöhung des Drehmoments des Gesamtantriebes sowie eine Erhöhung der gespeicherten Energie des Antriebes erzielbar.

Claims

-1-Schutzansprüche:

1. Antrieb (2) für eine mechanische Presse (1) umfassend ein Planetengetriebe (5) sowie zwei antreibbare Schwungräder (15, 16), dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungräder (15, 16) mit einer gemeinsamen Antriebswelle (13) des Planetengetriebes (5) kuppelbar sind.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (13) mittels einer dritten Kupplung (19) abbremsbar und gehäusefest festlegbar ist.

3. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß erste Kupplung (17) und/oder zweite Kupplung (18) und/oder dritte Kupplung (19) hydraulisch betätigbare Kupplungen sind.

4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß erste Kupplung (17) sowie zweite Kupplung (18) über Bohrungen in der Antriebswelle (13), die mittels eines Rotors (24) mit Druck beaufschlagbar sind, betätigbar sind.

5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

gekennzeichnet, daß die Schwungräder (15, 16) einzeln mit je einem Elektromotor (35, 36) antreibbar sind.

6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (2) mit Hilfe einer Ausgleichskupplung (10) lösbar mit einer Kurbelwelle (11) der Presse (1) verbindbar ist.

7. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (6) des Planetengetriebes

(5) gehäusefest ist.

8. Antrieb nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenträger (7) des

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Planetengetriebes (5) mit der Ausgleichskupplung (1O] verbunden ist.

9. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (8) des Planetengetriebes (5) fest mit der Antriebswelle (13) verbunden ist.