DE10260127A1

DE10260127A1 - Pressvorrichtung

Info

Publication number: DE10260127A1
Application number: DE2002160127
Authority: DE
Inventors: Rudolf Feuchter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15
Also published as: WO2004056559A1

Abstract

Um bei einer Pressvorrichtung des Bewegungsablaufs des Pressenstößels (11) steuern zu können und damit eine Werkzeugschonung des Pressenstößels (11) und Qualitätserhöhung der Umformung bei geringem Aufwand zu erreichen, wird die Pressvorrichtung durch einen Direktantrieb als Hauptantrieb angetrieben, insbesondere durch einen Torque-Motor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pressvorrichtung mit einem Exzenter, einer Pleuelstange und zumindest einem daran angeordneten Pressenstößel.
Die bisher bekannten Pressvorrichtungen arbeiten nach folgendem Prinzip. Ein elektrischer Antriebsmotor vorzugsweise ein Gleichstrommotor als Hauptantrieb, der mit einer kontinuierlichen Drehzahl betrieben wird, treibt über ein Getriebe eine Schwungmasse an. Diese Schwungmasse ist über ein Kupplungs-Bremseinrichtung und gegebenenfalls einem weiteren Getriebe mit einer Exzentervorrichtung mechanisch verbunden. An dieser Exzentervorrichtung befindet sich eine Pleuelstange mit einem Pressenstößel, der den Pressvorgang durchführt.
Das Ein bzw. Aus der Pressvorrichtung, d.h. Bewegung der Pleuelstange erfolgt über die Kupplungs-Bremseinrichtung. Der elektrische Antriebsmotor, d.h. der Hauptantrieb läuft kontinuierlich weiter. Um nunmehr den Bewegungsablauf des Stößels zu beeinflussen, sind besondere konstruktive Maßnahmen notwendig, wie sie z.B. in der EP 0 561 604 B1 beschrieben sind.
Dort ist eine Exzenterpresse beschrieben, bei der die Winkelgeschwindigkeit des Exzenters modulierbar ist. Dazu weist der Antrieb des Exzenters an wenigstens einer Stelle ein Planetengetriebe auf, mit dem einer von einem Hauptantrieb herrührenden Drehbewegung eine weitere Drehbewegung überlagert werden kann. Beispielsweise ist der Hauptantrieb an das Sonnenrad angeschlossen, während der Exzenter von dem Planetenträger her angetrieben ist und das Hohlrad mit einem Hilfsantrieb angetrieben ist.
Des Weiteren ist aus der DE-PS 40 90 75 eine Exzenterpresse bekannt, bei der über einen Hydraulikzylinder eine Einstel lung der Bewegungskurve erreicht werden soll. Damit wird angestrebt, dass die Auftreffgeschwindigkeit des Stößels inklusive des Werkzeugsoberteil auf dem Unterteil reduziert bzw. dosiert wird. Damit wird eine Schonung der Werkzeuge angestrebt und eine bessere Ausprägung der Teile, wie sie z.B. dem Sonderdruck aus der Zeitschrift Blech InForm, 1/2000, "Geschickt kombiniert", Carl Hanser Verlag München, und Schuler Handbuch für Umformtechnik, Antriebsarten, Seite 54 ff. Springer Verlag 1996 beschrieben werden.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen einen Antrieb einer Pressvorrichtung zu schaffen, die zum einen eine Schonung der Werkzeuge ermöglichen und damit in einfacher Art und Weise den Bewegungsablauf des Pressenstempels beeinflussen kann.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine Pressvorrichtung mit einem Hauptantrieb, der als rotatorischer Direktantrieb ausgeführt ist, einem Exzenter, einer Pleuelstange und zumindest einem daran angeordneten Pressenstößel.
Die von einem erfindungsgemäßen Direktantrieb bereitgestellten hohen Momente bzw. Kräfte ermöglichen eine direkte Kupplung mit dem Exzenter, der Pleuelstange und dem daran angeordneten Pressenstößel. Damit sind Getriebe, Schwungmassen, Kupplungen und Bremsen eingespart. Somit reduziert sich auch die damit normalerweise verbundene Wartung und es reduzieren sich Pressenstillstandszeiten.
Der Direktantrieb ist vorzugsweise als rotatorischer Motor realisiert. Durch einen derartigen erfindungsgemäßen Direktantrieb kann nunmehr der Bewegungsablauf des Pressenstößels programmtechnisch hinterlegt werden, und damit je nach Anwendungsfall ausgewählt werden. So wird z.B. bei einem rotatorischen Motor, der über einen Exzenter mit der Pleuelstange verbunden ist, von 0 bis 150° eine volle Beschleunigung des Pressenstößels eingestellt, während zwischen einem Bereich von 150–190° eine Geschwindigkeitsreduzierung einsetzt, da dort der Umformvorgang möglichst materialschonend stattfinden soll. Diese Geschwindigkeitsreduzierung ist, wie in den oben genannten Fachartikeln ausgeführt, notwendig, um eine dementsprechende Qualität der Umformung zu erhalten. Danach kann der Pressenstößel wieder auf volle Geschwindigkeit in seine Ausgangslage zurückbeschleunigt werden.
Der Direktantrieb ermöglicht gegenüber herkömmlichen Antriebssystemen höhere Taktzeiten und damit einen wirtschaftlicheren Betrieb.
Durch den erfindungsgemäßen Direktantrieb der Pressvorrichtung kann nunmehr der Bewegungsablauf nahezu beliebig eingestellt werden. Es sind keine umständlichen mechanischen oder hydraulischen Vorrichtungen notwendig, die dann mehr oder weniger für die Maschine und den Anwendungsfall festgelegt sind.
Da der Pressvorgang eine Linearbewegung darstellt, sind vorteilhafterweise auch Linearmotor als Direktantrieb einzusetzen. Insbesondere sind für hohe Kraftentfaltungen Polygonalmotoren vorzusehen.
Für sehr hohe Umformleistungen kann insbesondere bei einem rotatorischen Antrieb vorteilhaft sein, zwischen Direktantrieb und Exzenter gegebenenfalls eine Schwungmasse vorzusehen. Diese Schwungmasse ist aber in der Steuerung des Bewegungsablaufs und damit in der Steuerung des Direktantriebs als Hauptantrieb zu berücksichtigen.
Besonders vorteilhaft ist es, als Direktantrieb Torque-Motoren vorzusehen, die bei vergleichsweise niederen Drehzahlen hohes Drehmoment abgeben. Das dabei abgegebene Drehmoment ist gegenüber entsprechenden Servomotoren mit vergleichbarer Leistung mindestens um den Faktor 2 größer. Ebenso ist die Drehzahl niedriger als bei einem entsprechenden Servomotor vergleichbarer Leistung, beispielsweise um den Faktor 2 bis 10. Außerdem ist der Torque-Motor relativ hochpolig (> 20-polig).
Des Weiteren können sämtliche Direktantriebe mit dementsprechenden äußeren Kühlmäntel versehen werden um die maximal verfügbare Leistung zu erhalten. Der Direktantrieb kann auch ungekühlt betrieben werden, damit ergibt sich aber eine entsprechende Reduzierung des Dauerdrehmoments.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
1 ein charakteristisches Hub-Winkel-Diagramm,
2 prinzipielle Darstellungsform eines rotatorischen Direktantriebs,
1 zeigt Hub-Winkel-Diagramme von Pressenstößeln unterschiedlicher Pressvorrichtungen. Dabei ist der Hub des Pressenstößels über dem Kurbelwinkel eines Exzenters 10 aufgezeichnet. Kurve 1 zeigt dabei einen anzustrebenden Verlauf, der durch einen erfindungsgemäßen Hauptantriebe wie Linearmotor 14 oder rotatorische Motoren 13 in einfacher Art und Weise über die Steuerung 14 des Motors realisiert werden kann. Diese Bewegungscharakteristik birgt ideale Vorrausetzungen insbesondere für einen Tiefziehprozess. Das Teil wird mit einer geringen annähernd konstanten Geschwindigkeit umgeformt.
Kurve 2 zeigt den sinusförmigen Verlauf eines Pressenstößels einer klassischen Exzenterpresse und Kurve 3 einer Gelenkpresse.
Eine derartige Steuerung 14 des Direktantriebes erfüllt die Qualitätsanforderung der Umformung, gemäß theoretischer Vorgaben, der oben genannten Fachartikeln. Dabei wird bis zu einem über die Motorsteuerung vorgebbaren Kurbelwinkel des Ex zenters 10 eine maximale Beschleunigung und Geschwindigkeit erreicht, um anschließend bei reduzierter Geschwindigkeit den Umformprozess materialschonend durchführen zu können. Nach dem unteren Umkehrpunkt des Exzenters 10 kann der Pressstößel 11 wieder mit maximaler Beschleunigung und Geschwindigkeit in die Ausgangslage zurückgefahren werden.
Dieses Hub-Winkel-Diagramm gemäß 1 zeigt insbesondere den Verlauf des Pressenstößels von verschiedenen Exzenterantriebspressen, aber auch bei einem Linearantrieb, der die Pleuelstange 12 und damit den Pressenstößel 11 direkt bewegt ist ein Umformvorgang dementsprechend materialschonend über die Motorsteuerung z.B. gemäß Kurve 1 durchzuführen.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Direktantrieb, der als Torque-Motor 13 ausgeführt ist, der mit einem Exzenter 10 direkt über eine Welle 15 gekoppelt ist. Der Exzenter 10 weist eine Pleuelstange auf 12, die über einen Pressenstößel 11 den Umfangvorgang durchführt. Das betriebsmäßige Ein/Aus der Pressvorrichtung geschieht im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik durch Bewegung der Pleuelstange 12 direkt über den Torque-Motor 13. Der Torque-Motor 13 durchfährt also bei einem Umformvorgang im Vergleich zum Stand der Technik ein weites einstellbares Geschwindigkeitsspektrum. Dabei kann je nach Umformprozess (Art und Menge der Materialverschiebung bzw. Pressung) und Material der Torque-Motor 13 angesteuert werden.
Ein Linearmotor ist ebenfalls zur Durchführung der Umformbewegung des Pressenstößels geeignet. Die Pleuelstange mit ihrem Pressenstößel ist direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung eines Exzenters mit einem Linearmotor verbunden. Auch hier erfolgt die Steuerung des Bewegungsablaufs des Pressenstößels direkt über die Motorsteuerung, d.h. das betriebsmäßige Ein/Aus der Pressvorrichtung geschieht durch die Motorsteuerung und nicht durch eine Kupplungs-Bremsvorrichtung.
Der Linearmotor kann in vorteilhafter Ausführung als Polygonalmotor oder auch Tubularmotor ausgeführt werden, so dass gegenüber einem herkömmlichen Linearmotor höhere Drehmomente erreicht werden. Bei diesen Motoren liegt kein ebener Luftspalt vor, sondern ein röhrenförmiger Luftspalt, wobei die Umrandung des Querschnitts dieser Röhre mehreckig oder rund sein kann.
Sämtlichen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist gemeint, dass gegenüber dem Stand der Technik eine nahezu beliebige Weg-Zeit- bzw. Hub-Kurbelwinkel-Charakteristik des Pressenstößels 11 einstellbar ist, indem ein Direktantrieb insbesondere ein Torque-Motor 13 dementsprechend angesteuert wird. Betriebsmäßige Ein/-Aus-Bewegung der Pressvorrichtungen erfolgen nicht mehr über Kupplungs-Bremsvorrichtungen, sondern lediglich über Steuerung 14 des Motors. Damit reduzieren sich sämtliche Wartungsintervalle aufwendige Überwachungseinrichtung der Mechanik und der Hydraulik.
Zur Steigerung der Umformkräfte bei den rotatorischen Direktantrieben als Hauptantrieb sind gegebenenfalls Schwungmassen einzusetzen.
Die betriebsmäßigen Ein/Aus Bewegungen der Pressvorrichtung werden durch die Motorsteuerung vorgenommen. Es sind aber gegebenenfalls geeignete Not-Aus-Vorrichtungen über die Motorsteuerung und/oder mechanische Vorrichtungen vorzusehen.

Claims

Pressvorrichtung mit einem Hauptantrieb, der als rotatorischer Direktantrieb (13) ausgeführt ist, einem Exzenter (10), einer Pleuelstange (12) und zumindest einem daran angeordneten Pressenstößel (11).
Pressvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Direktantrieb ein frequenzgesteuerter Drehstrommotor (13) einsetzbar ist.
Pressvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der drehfrequenzgesteuerte Drehstrommotor ein permanenterregter Synchronmotor (13) ist.
Pressvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Direktantrieb ein Torque-Motor (13) einsetzbar sind.
Pressvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressvorrichtung zusätzlich eine No-Aus-Vorrichtung und/oder eine Schwungmasse aufweist.
Pressvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (14) des Direktantriebs vorgesehen ist, die eine nahezu beliebige Weg-Zeit-Charakteristik des Pressenstößels (11) erlaubt.
Pressvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass materialabhängige und/oder prozessabhängige Steuerungsabläufe einstellbar und/oder wählbar sind.