DE9014783U1

DE9014783U1 - Motor-driven press with force and displacement sensors

Info

Publication number: DE9014783U1
Application number: DE9014783U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-10-25
Filing date: 1990-10-25
Publication date: 1992-02-20
Anticipated expiration: 2000-10-26
Also published as: EP0482360B1; EP0482360A2; EP0482360A3; DE59104865D1

Description

R. 23875
15.10.1990 Dt/HmR.23875
15.10.1990 German/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 10ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 10

Motorqetriebene Presse mit Kraft- und Wegsensoren Stand der Technik Motor-driven press with force and displacement sensors State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Presse nach der Gattung des Anspruchs 1.The invention is based on a press according to the preamble of claim 1.

Bisher bekannt sind hydraulisch, elektrisch oder dgl. angetriebene Pressen mit für die jeweiligen Preßzwecke nachträglich und ohne Änderung der Pressenkonstruktion angepaßten Sensoranordnungen. Mit den Sensoren ist die Preßkraft und deren Verlauf über den Preßweg kontrollier- und steuerbar. Aufgrund der Sonderanfertigungen der Sensoranordnungen können die entsprechend ausgerüsteten Pressen nur für einen engen Aufgabenbereich eingesetzt werden. Bei einem Wechsel von einer auf eine andere Preßarbeit, wie z.B. vom Stanzen auf Prägen oder Nieten oder Bördeln oder dgl., mußten unter Umständen die Pressen umgerüstet bzw. die Sensoren angepaßt werden.Previously, hydraulically, electrically or similarly driven presses with sensor arrangements that can be subsequently adapted for the respective pressing purposes without changing the press design are known. The sensors can be used to monitor and control the pressing force and its progression over the pressing path. Due to the special design of the sensor arrangements, the presses equipped accordingly can only be used for a narrow range of tasks. When changing from one pressing job to another, such as from punching to embossing or riveting or flanging or the like, the presses may have to be converted or the sensors adapted.

Bei den bekannten Pressen ist eine Spindel axial feststehend, drehbar in einer drehfest, axial verschieblich gelagerten Mutter geführt. Die Mutter stützt sich dabei axial an der Spindel ab. Sie kann an ihrem freien Ende ein Preßwerkzeug tragen und ist mit hohem lagertechnischen Aufwand im Pressengehäuse geführt. Außerdem haben die herkömmlichen Spindel/Mutter-Anordnungen, kurz auch Spindeltrieb genannt, ein großes Volumen. Dementsprechend groß und schwer sind die zugehörigen Pressen.In the known presses, a spindle is axially fixed and rotatable in a nut that is mounted in a rotationally fixed and axially movable manner. The nut is supported axially on the spindle. It can carry a pressing tool at its free end and is guided in the press housing with a high level of bearing technology. In addition, the conventional spindle/nut arrangements, also known as spindle drives for short, have a large volume. The associated presses are correspondingly large and heavy.

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Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Presse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sie besonders kompakt, meßgenau, störunempfindlich und bedienungsfreundlich für viele unterschiedliche Zwecke geeignet ist, wie zum Bördeln, Prägen, Verstemmen oder dgl., ohne daß ein verfahrensspezifisches Umrüsten der Meßeinrichtung notwendig ist. Außerdem wird gegenüber vergleichbaren Pressenkonstruktionen für die Lagerung des Spindeltriebes ein Radiallager eingespart. Damit können mögliche Fehler wie etwa zu große, zu kleine oder nach unterschiedlichen Seiten hin konische Bohrungen oder Bolzen, schräges Ansetzen oder Fressen zuverlässig erkannt werden. Mangelhafte Preßverbindungen können rechtzeitig aussortiert werden.The press according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that it is particularly compact, accurate, resistant to interference and user-friendly and is suitable for many different purposes, such as flanging, embossing, caulking or the like, without the need for a process-specific conversion of the measuring device. In addition, compared to comparable press designs, a radial bearing is not required for the bearing of the spindle drive. This means that possible errors such as holes or bolts that are too large, too small or conical on different sides, slanted positioning or seizure can be reliably detected. Defective press connections can be sorted out in good time.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter ansprüchen.Advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 schematisch und teilweise geschnitten dargestellt den Gesamtaufbau der Presse, Figur 2 die Gewindespindelbaugruppe mit Getriebe und die Figur 3 eine ausschnittsweise Darstellung des oberen Gewindespindelbereiches.An embodiment of the invention is explained in more detail in the following description based on the accompanying drawing. Figure 1 shows a schematic and partially sectioned view of the overall structure of the press, Figure 2 shows the threaded spindle assembly with gear and Figure 3 shows a detail of the upper threaded spindle area.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Die in der Figur 1 gezeigte Presse zeigt auf der in Betrachtungsrichtung linken Seite einen Elektroantrieb 3, an den ein Getriebe 5 geflanscht ist. Das Getriebe 5 ist an ein Spindeltriebgehäuse 7 montiert, das ein sich parallel zum Getriebe 5 erstreckendes Spindelge-The press shown in Figure 1 has an electric drive 3 on the left side in the direction of view, to which a gear 5 is flanged. The gear 5 is mounted on a spindle drive housing 7, which has a spindle gear extending parallel to the gear 5.

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häuse 9 trägt. Auf seiner dem Spindelgehäuse 9 abgewandten Seite ist das Spindeltriebgehäuse 7 mit einem Pressengestell 11 verbunden, das über Tragsäulen 13, 15 mit einer ein Fundament bildenden Grundplatte 17 verbunden ist. Aus dem Spindeltriebgehäuse 7, bzw. dem Pressengestell 11 ragt in Richtung Grundplatte 17 ein Pressenstempel 19, der an seinem freien Ende eine Werkzeugaufnahme 21 hält, in der ein dornartiges Werkstück 23 sitzt. Auf der Grundplatte 17 sitzt eine amboßartige Werkzeugaufnahme 25. Diese hält ein weiteres, nabenartiges Werkstück 27 fest, in das das Werkstück 23 zu pressen ist.housing 9. On its side facing away from the spindle housing 9, the spindle drive housing 7 is connected to a press frame 11, which is connected via support columns 13, 15 to a base plate 17 that forms a foundation. A press ram 19 protrudes from the spindle drive housing 7 or the press frame 11 in the direction of the base plate 17, which holds a tool holder 21 at its free end, in which a mandrel-like workpiece 23 sits. An anvil-like tool holder 25 sits on the base plate 17. This holds another hub-like workpiece 27, into which the workpiece 23 is to be pressed.

Die in Figur 2 schematisch dargestellte Baugruppe der Presse 1 entsprechend der Figur 1 zeigt im Spindeltriebgehäuse 7 ein Vorgelege 29, dessen Eingangswelle 31 über das hier nicht dargestellte Getriebe 5 (entsprechend der Figur 1) angetrieben wird. Ein unmittelbar mit dem Vorgelege 29 gekoppelter Rotationsgeber dient als Wegsensor 33 zum Messen des Vorschubes der Gewindespindel 35 und ist innerhalb des Spindeltriebgehäuses 7 geschützt angeordnet.The assembly of the press 1 shown schematically in Figure 2 according to Figure 1 shows a reduction gear 29 in the spindle drive housing 7, the input shaft 31 of which is driven via the gear 5 (not shown here) (according to Figure 1). A rotation sensor directly coupled to the reduction gear 29 serves as a position sensor 33 for measuring the feed of the threaded spindle 35 and is arranged in a protected manner within the spindle drive housing 7.

Parallel zur Eingangswelle 31 ist im Spindeltriebgehäuse 7 eine Gewindespindel 35 in Gestalt einer Planetenrollen-Gewindespindel gelagert. Führend umgriffen ist diese Gewindespindel 35 von einer Mutter 37. Die Mutter 37 wird von einer Lagerhülse 39 drehfest umgriffen. Zwischen der Mutter 37 und der Lagerhülse 39 ist ein bestimmtes Axialspiel eingestellt. Das Axialspiel muß hierbei dem Arbeitsweg des Kraftsensors 47 entsprechen, den dieser benötigt, um die wirkenden Kräfte anzuzeigen.A threaded spindle 35 in the form of a planetary roller threaded spindle is mounted in the spindle drive housing 7 parallel to the input shaft 31. This threaded spindle 35 is surrounded by a nut 37. The nut 37 is surrounded by a bearing sleeve 39 in a rotationally fixed manner. A certain axial play is set between the nut 37 and the bearing sleeve 39. The axial play must correspond to the working path of the force sensor 47, which it needs to display the forces acting.

Die Lagerhülse 39 ist gemeinsam mit der Gewindespindel 35 und der Mutter 37 über ein oberes und ein unteres Radialkugellager 41, 43 im Spindeltriebgehäuse 7 gelagert. Zwischen einem Bund 38 der Mutter stützt sich über den gehäusefesten Ring eines Axialkugellagers 45 ein Kraftmeßring 47 am feststehenden Außenring des oberen Radialkugellagers 41 ab. An den Bund 38 mit diesem axial gekoppeltThe bearing sleeve 39 is mounted together with the threaded spindle 35 and the nut 37 via an upper and a lower radial ball bearing 41, 43 in the spindle drive housing 7. Between a collar 38 of the nut, a force measuring ring 47 is supported on the fixed outer ring of the upper radial ball bearing 41 via the housing-fixed ring of an axial ball bearing 45. Axially coupled to the collar 38 with this

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schließt sich ein Antriebs2ahnrad 49 an, das zum Antrieb der Mutter 37 im Eingriff mit einem Zahnrad des Vorgeleges 29 steht. Auf ihrer, dem Pressenstempel 19 abgewandten Seite der Gewindespindel 35 ist im oberen Teil des Spindelgehäuses 9 eine nicht im einzelnen dargestellte Verdrehsicherung 51 angeordnet, die zugleich eine Axialführung für die Gewindespindel 35 bildet.a drive gear 49 is connected, which is in engagement with a gear of the gear train 29 to drive the nut 37. On the side of the threaded spindle 35 facing away from the press ram 19, a rotation lock 51 (not shown in detail) is arranged in the upper part of the spindle housing 9, which also forms an axial guide for the threaded spindle 35.

Nachfolgend wird die Funktion der Presse entsprechend der Figuren 1 und 2 erläutert: Zum Zusammenfügen der Werkstücke 23, 27 wird der Elektroantrieb 3 durch Betätigen eines nicht dargestellten Schalters gestartet. Über das Getriebe 5, das Vorgelege 29 und das Antriebszahnrad 49 wird die Mutter 37 mit der Lagerhülse 39 in Drehung versetzt. Je nach Drehrichtung des Elektroantriebs 3 wird die Gewindespindel 35 axial in Richtung der Grundplatte 17 bzw. vbn dieser weg bewegt. Beim Vorschub der Gewindespindel 35 zur Grundplatte 17 beginnt der Preßvorgang, sobald das Werkstück 23 das Werkstück 27 berührt. Der sich dabei aufbauende Preßdruck wird über den Pressenstempel 19 und die Gewindespindel 35 auf die Mutter 37, den Bund 38 und weiter auf das Axiallager 45 übertragen. Vom Axiallager 45 wird die Axialkraft über den Kraftmeßring 47 auf den Außenring des Radialkugellagers 41 übertragen. Über diesen wird die Preßkraft vom Spindeltriebgehäuse 7, dem Pressengestell 11, den Säulen 13, 15 und der Grundplatte 17 aufgenommen. Die Größe der Preßkraft wird durch den Kraftmeßring 47 ermittelt und über nicht dargestellte Auswertegeräte angezeigt. In Verbindung mit der gleichzeitigen Aufzeichnung des zurückgelegten Preßweges des Werkstücks 23 durch den Rotationsgeber 33 ist der Preßkraftverlauf über den Preßweg darstellbar. Durch Erfassen der Abweichungen zwischen dem gemessenen und dem in Versuchen ermittelten, idealen Preßkraftverlauf kann der tatsächliche Preßkraftverlauf genau beurteilt werden. Daraus ergibt sich eine besonders zuverlässige Qualitätskontrolle für Preßverbindungen. The function of the press is explained below according to Figures 1 and 2: To join the workpieces 23, 27, the electric drive 3 is started by operating a switch (not shown). The nut 37 with the bearing sleeve 39 is rotated via the gear 5, the gear 29 and the drive gear 49. Depending on the direction of rotation of the electric drive 3, the threaded spindle 35 is moved axially towards the base plate 17 or away from it. When the threaded spindle 35 is advanced towards the base plate 17, the pressing process begins as soon as the workpiece 23 touches the workpiece 27. The pressing pressure that builds up is transferred via the press ram 19 and the threaded spindle 35 to the nut 37, the collar 38 and then to the axial bearing 45. The axial force is transmitted from the axial bearing 45 via the force measuring ring 47 to the outer ring of the radial ball bearing 41. This is used to record the pressing force from the spindle drive housing 7, the press frame 11, the columns 13, 15 and the base plate 17. The magnitude of the pressing force is determined by the force measuring ring 47 and displayed by evaluation devices (not shown). In conjunction with the simultaneous recording of the pressing path covered by the workpiece 23 by the rotation sensor 33, the pressing force curve can be displayed over the pressing path. By recording the deviations between the measured pressing force curve and the ideal pressing force curve determined in tests, the actual pressing force curve can be precisely assessed. This results in a particularly reliable quality control for press connections.

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Für die Anwendung vielfältiger, verfahrensspezifischer Werkzeuge unterschiedlicher Form und Größe ist der Montageraum der Presse im Bereich der Werkzeugaufnahme ausreichend bemessen und frei von störenden, empfindlichen Meßanordnungen und Kabeln zugänglich. Durch die integrierte Anordnung des Kraftsensors 47 unmittelbar im Abstützbereich zwischen der Mutter 37 bzw. der Gewindespindel 35 und dem Spindeltriebgehause 7 ist ein besonders feinfühliges, störungsfreies Messen der Preßkraft möglich.For the use of a wide range of process-specific tools of different shapes and sizes, the assembly space of the press in the area of the tool holder is sufficiently dimensioned and accessible free of disturbing, sensitive measuring arrangements and cables. The integrated arrangement of the force sensor 47 directly in the support area between the nut 37 or the threaded spindle 35 and the spindle drive housing 7 enables a particularly sensitive, interference-free measurement of the pressing force.

Entsprechend der in Figur 3 dargestellten Einzelheit der Verdrehsicherung für die Gewindespindel 35, ist mit der Gewindespindel 35 an derem oberen Ende ein Schlitten 55 fest verbunden. Dieser hat die Form eines zweiarmigen Hebels, wobei jeder Arm eine gleitlagerartige Bohrung 56, 58 trägt, von der je eine Säule 57, 59 parallel zur Gewindespindel 35 umgriffen ist. Die Säulen 57, 59 sind an ihrem oberen Ende in einem gehäusefest angeordneten Joch 53 und an"ihren nicht mit dargestellten unteren Enden im Spindeltriebgehause 7 verankert. Die beschriebene Verdrehsicherung mit Parallelführung der Gewindespindel 35 ermöglicht den Verzicht auf Führungsmittel im Bereich deren freien Endes nahe dem Pressenstempel 19.According to the detail of the anti-twisting device for the threaded spindle 35 shown in Figure 3, a slide 55 is firmly connected to the threaded spindle 35 at its upper end. This has the shape of a two-armed lever, with each arm carrying a plain bearing-like bore 56, 58, each of which surrounds a column 57, 59 parallel to the threaded spindle 35. The columns 57, 59 are anchored at their upper end in a yoke 53 fixed to the housing and at their lower ends (not shown) in the spindle drive housing 7. The anti-twisting device described with parallel guidance of the threaded spindle 35 makes it possible to dispense with guide means in the area of its free end near the press ram 19.

Beim Drehen der Mutter 37 wird das auf die Gewindespindel 35 übertragene minimale Reibungs- und Drehmoment über den Schlitten 55 und die Säulen 57, 59 auf das Joch 53 bzw. das Spindelgehäuse 9 übertragen. Durch das Gleiten des Schlittens 55 an den Säulen 57, 59 ist die Gewindespindel 35 besonders präzise geführt. Daraus resultiert deren sehr ruhiger, schwingungsarmer Vorschub.When the nut 37 is turned, the minimal friction and torque transmitted to the threaded spindle 35 is transferred via the slide 55 and the columns 57, 59 to the yoke 53 or the spindle housing 9. By sliding the slide 55 on the columns 57, 59, the threaded spindle 35 is guided particularly precisely. This results in its very smooth, low-vibration feed.

Bei einem nichtdargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Kraftsensor als Kraftmeßring mit der Lagerhülse mitdrehend angeordnet und mittels elektrischer Schleifkontakte mit einer Auswerteeinheit verbunden.In an embodiment of the invention not shown, the force sensor is arranged as a force measuring ring that rotates with the bearing sleeve and is connected to an evaluation unit by means of electrical sliding contacts.

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Bei einem weiteren, nichtdargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Kraftsensor in Gestalt eines oder mehrerer mit Dehnmeßstreifen bestückter Kragarme bzw. Biegebalken angeordnet. Diese sind an einem Ende gehäusefest eingespannt, mit dem anderen Ende stützen sie sich quer zu ihrer Längsachse an der Mutter oder der Gewindespindel derart ab, daß sie, proportional zur Preßkraft, dem Axialspiel der Mutter folgend, gebogen werden. Eine derartige Sensoranordnung hat eine besonders hohe Meßempfindlichkeit.In a further embodiment of the invention (not shown), the force sensor is arranged in the form of one or more cantilever arms or bending beams equipped with strain gauges. These are clamped to the housing at one end, and the other end is supported transversely to their longitudinal axis on the nut or threaded spindle in such a way that they are bent in proportion to the pressing force, following the axial play of the nut. Such a sensor arrangement has a particularly high measurement sensitivity.

Bei einem zusätzlichen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Gewindespindel mit einer zentralen Längsbohrung versehen, in der der Kraftsensor und die zugehörigen Elektroanschlüsse festgehalten werden. Durch Abstützen an einer benachbarten Stirnfläche, beispielsweise des Stempels, oder, bei geteilter Ausführung der Gewindespindel, eines Teilstückes der Gewindespindel, ist der Kraftsensor in den Kraftfluß eingeschlossen. Auch hier muß ein Axialspiel vorhanden sein, das dem Mindestverformungsweg des Sensors entspricht, den dieser zur Anzeige der vorhandenen Druckkräfte benötigt.In an additional, not shown embodiment of the invention, the threaded spindle is provided with a central longitudinal bore in which the force sensor and the associated electrical connections are held. By supporting it on an adjacent end face, for example the stamp or, in the case of a split design of the threaded spindle, a section of the threaded spindle, the force sensor is included in the force flow. Here too, there must be an axial play that corresponds to the minimum deformation path of the sensor that it needs to display the existing pressure forces.

Eine drehbare Anordnung des Kraftsensors, beispielsweise mit der Mutter gekoppelt, ist möglich, wenn dieser beispielsweise über Schleifkontakte elektrisch nach außen verbunden ist.A rotatable arrangement of the force sensor, for example coupled to the nut, is possible if it is electrically connected to the outside, for example via sliding contacts.

In einem weiteren anderen, nichtdargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann als Kraftsensor auch ein Torsionssensor oder dgl. verwendet werden.In another embodiment of the invention (not shown), a torsion sensor or the like can also be used as a force sensor.

Für die nichtdargestellten Ausfuhrungsbeispiele der erfindungsgemäßen Presse können statt des Gewindespindeltriebes auch andere, für die Umwandlung einer Dreh- in eine Längsbewegung übliche Mittel, wie beispielsweise Schnecken- oder Reibradgetriebe verwendet werden. Als Wegsensor kann dabei auch ein linearer Geber zur direkten, mit der Gewindespindel gekoppelten Wegmessung eingesetzt werden.For the exemplary embodiments of the press according to the invention not shown, other means that are usually used for converting a rotary movement into a longitudinal movement, such as worm gears or friction gears, can be used instead of the threaded spindle drive. A linear encoder can also be used as a position sensor for direct position measurement coupled to the threaded spindle.

Claims

R. 23875 15.10.1990 Dt/Hm ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 10 Claims

1. Motor-driven press with, in particular, displacement and force sensors (33, 47) requiring a working path for monitoring the pressing process, in particular an assembly press (1) with an electric drive (3), which has a multi-part press housing (7, 9, 11, 13, 15, 17) which accommodates a spindle drive which comprises a threaded spindle (35) with a press ram (19) and a nut (37) enclosing the latter, as well as a spindle bearing (41, 43, 45), characterized in that the displacement and force sensors (33, 47) are accommodated in at least one internal space provided for this purpose.

2. Press according to claim 1, characterized in that the force sensor (47) is arranged between the spindle drive and the spindle drive housing (7).

3. Press according to claim 1 or 2, characterized in that the threaded spindle (35) is arranged in a rotationally fixed, axially displaceable manner and that the nut (37) is arranged in a rotationally fixed, axially immovable manner with an axial play to the spindle drive housing (7) corresponding to the working path of the force sensor (47).

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4. Press according to claim 3, characterized in that a bearing sleeve (39) engages the nut (37) in a rotationally fixed manner, is supported with one end via radial bearings (41) on the spindle drive housing (7) and with the other end via an axial bearing (45) on the nut (37) and that the nut (37) is held in the bearing sleeve (39) with an axial play corresponding to the working path of the force sensor (47).

5. Press according to claim 4, characterized in that the force sensor (47) in the form of a force measuring ring arranged fixed to the housing concentrically surrounds the bearing sleeve (39), is axially supported with one end on the outer ring of the radial bearing (41) and with the other end on the ring of the axial bearing (45) fixed to the housing.

6. Press according to claim 5, characterized in that the threaded spindle (35) is a planetary roller threaded spindle known per se and that the displacement sensor (33), in particular a rotation sensor, is coupled to the drive within the press housing (7, 9, 11, 13, 15, 17) near the threaded spindle (35).

7. Press according to claim 6, characterized in that the threaded spindle (35) is bearingless in the region of its free end on the side of the press ram (19).

8. Press according to one of claims 1 to 4 and 6 to 7, characterized in that the force sensor (47) is arranged to rotate with the nut (37) and is provided with electrical sliding contacts, in particular slip rings.

9. Press according to claim 8, characterized in that the force sensor (47) is a cantilever arm equipped with strain gauges in the form of at least one bending beam clamped to the housing, which is supported with its free end transversely to its longitudinal axis on the nut (37) and can be elastically deformed by the latter in accordance with the existing pressing pressure.

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10. Press according to claim 9, characterized in that the force sensor (47) is arranged between two end faces in the interior of a split threaded spindle (35), the end faces having an axial play corresponding to the working path of the force sensor (47).

11. Press according to claim 10, characterized in that the threaded spindle (35) carries a carriage (55) at its upper end in a rotationally fixed manner, which is slidably guided on columns (55, 59) arranged parallel to the threaded spindle (35) and which secures the threaded spindle (35) against rotation and guides it axially.