DE102004046493A1

DE102004046493A1 - Presse insbesondere zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff

Info

Publication number: DE102004046493A1
Application number: DE102004046493A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Hermann
Original assignee: Mueller Weingarten AG
Current assignee: L Schuler GmbH
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2004-09-23
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2024-09-24
Also published as: DE102004046493B4; WO2006018093A1

Abstract

Es wird eine Presse insbesondere zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff vorgeschlagen, bei welchem sowohl der Leerhub als auch der Antrieb für den Pressenstößel mittels eines Kniehebelsystems erfolgt, welches einen geregelten Antrieb umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Presse insbesondere zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Herstellung von Formteilen aus faserverstärkten Kunststoffen werden vorwiegend hydraulische Pressen verwendet. Die Erzeugung der Presskraft erfolgt dabei mittels auf den Pressenstößel wirkende Presszylinder die zum Beispiel mittels eines hydraulischen Speicherantriebs betätigt werden. Der Verlauf der Geschwindigkeit im Bereich des Formprozesses sowie eine Parallelregelung des Pressenstößels kann mittels vier Stück geregelten Gegenhaltezylindern erfolgen. Nachteilig bei solchen Maschinen ist der erforderliche große Aufwand für den hydraulischen Antrieb und der geringe Wirkungsgrad.

Aus der DE 86 29 462 U1 ist beispielsweise eine hydraulische Schnellhubpresse bekannt geworden, die zur Herstellung von großflächigen Werkstoffteilen geringer Wandstärke aus Kunststoff, von Kunststoffverbundstoffen oder von faserverstärkten Kunststoffmatten verwendet werden. Dies erfordert äußerst steife Pressen mit hoher Pressgenauigkeit sowie hohem Pressdruck, der bei der Herstellung von Kunststoffformteilen über einen gewissen Zeitraum aufrechterhalten werden muss. Die Formgebung von großflächigen Karosserieteilen mit äußerst geringer Wandstärke erfordert dabei eine exakte Parallelführung der Formteile, um keine unterschiedlichen Dickenbereiche im Werkstück zu erhalten. Eine ähnliche Presse ist aus der DE 32 07 242 bekannt. Dort ist das sogenannte Blechverbundpressen (SMC = sheet molding compound) beschrieben.

Neben der Verwendung von hydraulischen Pressen mit hohem Regelaufwand insbesondere zur exakten Parallelführung ist aus der DE 40 37 281 A1 eine hydraulische Presse bekannt geworden, die zur Überbrückung des Leerhubs ein Kniehebelsystem verwendet. Dieses Kniehebelsystem wird von einem nichtgeregelten hydraulischen Zylinder in eine 100%ige Strecklage gebracht. Der eigentliche Pressvorgang erfolgt dann mittels zusätzlichen Kurzhub-Presszylindern, die auf das gestreckte Kniehebelsystem und damit auf den Pressenstößel einwirken. Ein oberer und unterer Gleichlaufzylinder dient einem Parallelausgleich des Pressenstößels. Das verwendete Kniehebelsystem wird nicht zur Stößelbewegung während des Pressvorgangs verwendet.

Aus der JP 01071528 A ist eine Presse zur Bearbeitung von Kunststoffteilen bekannt geworden, bei welcher ein jeweiliges Kniehebelsystem das obere und untere Werkzeug betätigt. Das Kniehebelsystem wird von einem umlaufenden Exenterantrieb betätigt, der keinem Regelkreis für den Pressvorgang unterworfen ist. Das Kniegelenk wird über einen umlaufenden Antrieb betätigt. Hierdurch ist eine Beeinflussung des Bewegungsablaufes zum Beispiel des Pressenstößels und einer Parallelregelung nicht möglich.

Kniehebelsysteme werden bei üblichen Blechpressen häufig als Blechhalter – Stößelantriebe verwendet. Bei mechanischen Pressen wird der Kniehebelantrieb vor allem für Prägearbeiten eingesetzt. Ein Exenter- oder Kurbelantrieb bewegt hierbei das sogenannte Kniegelenk ohne dass es zu einer Regelung des Antriebssystems kommt.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Presse insbesondere aber eine Presse zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff vorzuschlagen, die gegenüber hydraulischen Pressen äußerst einfach aufgebaut ist und keinen aufwendigen geregelten Antrieb benötigt. Insbesondere soll eine möglichst einfache Mechanik und ein möglichst einfacher Antrieb realisiert werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Presse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in dem Hauptanspruch angegebenen Presse verwirklicht.

Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, dass als weg- und krafterzeugendes Element ein Kniehebelsystem, d. h. ein mechanisches Pressensystem verwendet wird. Dies hat den Vorteil, dass durch die große Kraftübersetzung im Bereich der Endlage des Kniehebelsystems ein zugehöriges Antriebssystem mit relativ kleinen Kräften geeignet ist, den Bewegungsablauf zu erzeugen. Dabei wird das Kniehebelsystem von einem geeigneten geregelten Antriebselement derart betätigt, dass es nicht nur den Leerhub des Pressenstößels vornimmt, sondern auch den eigentlichen Pressvorgang derart ausführt, dass das Kniehebelsystem vor seinem unteren Todpunkt geregelt geführt ist, d. h. nicht in die vollständige Strecklage gelangt. Das erfindungsgemäße Kniegelenksystem vollzieht demnach den Leerhub und sorgt für die Kraftübertragung im eigentlichen Umformprozess. Dabei übernimmt ein geregeltes Antriebselement den Antrieb des Kniehebelsystems.

Besonders vorteilhaft ist als Antriebselement ein hydraulischer Antriebszylinder der in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung mittels eines Wegmesssystems geregelt wird. Es kann jedoch auch ein geregelter Linearantrieb oder ein geregelter Elektromotor zum Beispiel mit Spindelantrieb Verwendung finden.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung werden mindestens zwei Kniehebelsysteme zum Antrieb eines Pressenstößels verwendet, die über einen Gelenkträger miteinander verbunden sind. Dabei wird jedem Kniehebelsystem ein eigenes Antriebselement zugeordnet, um eine geregelte Wegverstellung und Kraftverstellung des Pressenstößels vornehmen zu können. Erfindungsgemäß vorgesehene Wegaufnehmer können eine Abweichung der Parallelität des Pressenstößels, d. h. eine Kippbewegung erfassen. Die Antriebselemente können den Hub der jeweiligen Kniehebelsystem und die Kraftbeeinflussung des jeweiligen Stößelangriffspunkts vornehmen.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung werden dem Pressenstößel vier Antriebsgarnituren mit jeweiligen Kniehebelsystemen zugeordnet, die jeweils ein gesondertes geregeltes Antriebselement aufweisen. Die Antriebsgarnituren greifen mittig in die Quadranten des Pressenstößels ein. Der parallele Lauf von Werkzeugoberteil zu Werkzeugunterteil wird damit auch bei außermittigem Kraftangriff dadurch erreicht, dass der Kniehebelmechanismus jeder Antriebsgarnitur jeweils ein eigenes geregeltes Antriebselement zur Parallelregelung umfasst. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass zusätzliche spezielle Koppelglieder zwischen den Gelenkträgern und dem Kniehebelsystem zu einer großen Wegübersetzung des Kniehebels führen, so dass die Genauigkeitsanforderungen an die Regelgüte für das Antriebselement nicht außergewöhnlich groß sind.

Die Verwendung von mehreren geregelten Antriebsgarnituren erlaubt es darüber hinaus auch eine außermittige Belastung des Pressenstößels bewusst, d. h. gezielt durchzuführen. Speziell bei Kunststoffpressen kann eine gezielte Kraftbeaufschlagung bestimmter Werkzeugbereiche und damit Werkstückbereiche mittels des partiell kraftbeaufschlagbaren Pressenstößels von Vorteil sein.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Höhenverstellung für den Pressenstößel vorgesehen ist um einen individuellen Höhenausgleich für den Einsatz unterschiedlich hoher Werkzeuge vornehmen zu können. Die Höhenverstelleinrichtung wird an geeigneter Stelle derart angebracht, dass eine Relativverschiebung zwischen Stößel und Pressentisch möglich ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem anhand der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Presse mit unterer Stößelstellung,
2 eine schematische Darstellung der Presse mit Stößel in oberer Darstellung,
3 eine kombinierte Darstellung der 1 und 2,
4 eine Variante der Erfindung mit einer alternativen Höhenverstellung des Pressenstößels im Zusammenhang mit einem höhenverstellbaren Oberholm,
5 eine weitere Variante der Erfindung gemäß Darstellung nach 3 mit Höhenverstellung des Pressenstößels im Kopfstück des Pressenrahmens.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele:
Die in den 1 bis 4 dargestellte Presse 1 dient zum Beispiel zur Herstellung von Formteilen aus faserverstärktem Kunststoff oder dergleichen und wird im Weiteren "Kunststoffpresse" genannt. Die Presse 1 umfasst einen Pressenrahmen 2, in welchem ein Pressentisch 3 angeordnet ist. Ein Pressenstößel 4 zur Aufnahme eines nicht näher dargestellten Oberwerkzeugs wird von einem Kniehebelmechanismus 5 angetrieben der vier Kniehebelsysteme 6, 6', 7, 7' umfasst, die als sogenannte Antriebsgarnituren jeweils mittig in jedem Quadranten des Pressenstößels angreifen. In den 1 bis 3 sind jeweils die vorderen beiden Kniehebelsysteme 6, 7 des ersten und vierten Quadranten gezeigt.
Jedes Kniehebelsystem besteht aus einem ersten oberen Kniehebel 8 und einem zweiten unteren Kniehebel 9 die über ein Verbindungsgelenk 10 miteinander verbunden sind. Der obere Kniehebel 8 ist in einem, im Pressengestell 2 ortsfesten Anlenkpunkt 11 gelagert. Über einen unteren Anlenkpunkt 12 ist der Pressenstößel 4 mit dem unteren Kniehebel 9 verbunden, wobei in den 1 bis 3 eine separate Höhenverstelleinrichtung 13 eine Vorjustierung des Pressenstößels 4 in seiner Lage vornimmt. Eine alternative Lösung zur Höhenverstellung des Pressenstößels zeigt 4.
Die in den 1 bis 3 dargestellten Kniehebelsysteme 6, 7 sind über einen Gelenkträger 14 miteinander verbunden, wobei ein separates Koppelglied 15 zwischengeschaltet ist.
Die Anlenkpunkte am Koppelglied 15 sind mit 16, 17 bezeichnet. Der Anlenkpunkt 17 für das Koppelglied 15 liegt etwa im Bereich des Gelenkpunktes 10 am oberen Kniehebel 8.
An jedem Anlenkpunkt 16 des Gelenkträgers 14 greift jeweils ein Antriebselement 18, 18', 19, 19' an. In den 1 bis 3 sind jeweils nur die beiden vorderen Antriebselemente 18, 19 dargestellt. Diese werden im Ausführungsbeispiel geregelte Antriebselemente genannt. In jedem Quadranten des Pressenstößels ist demnach ein Kniehebelsystem angeordnet, welches von einem eigenen geregelten Antriebselement betätigt wird. Dieses Gesamtantriebssystem wird als Antriebsgarnitur bezeichnet.
Die Presse umfasst weiterhin ein Wegaufnehmersystem 20, 20', 21, 21', welches die Lage des Pressenstößels 4 in jedem Quadranten erfasst. Durch den Einsatz von vier Stück Wegaufnehmern und vier Stück Antriebselemente wird eine Parallelregelung des Stößels 4 erreicht. Insbesondere wird der parallele Lauf von Werkzeugoberteil zu Werkzeugunterteil auch bei außermittigen Kraftangriff dadurch erreicht, dass der Kniehebelmechanismus mittels vier Stück parallel geregelten Antriebselementen 18, 18', 19, 19' erfolgt.
Durch Einsatz der Koppelglieder 15 wird eine große Wegübersetzung des Kniehebelsystems erreicht, so dass die Genauigkeitsanforderungen an die Regelgüte für das Antriebselement nicht außergewöhnlich groß sind.
Die 4 zeigt eine alternative Lösung für eine Höhenverstelleinrichtung des Pressenstößels 4. Hierfür besteht der Pressenrahmen 2 aus einem Oberholm 22, aus einem Unterholm 23 mit zugehörigen Pressentisch 3. Oberholm und Unterholm werden durch seitlich vorgesehene Zugstangen 28 miteinander verbunden. Am oberen Ende der Zugstangen 28 befindet sich eine weitere Höhenverstelleinrichtung 24 zur Veränderung der relativen Lage des Pressenstößels 4 zum Pressentisch 3. Die Höhenverstelleinrichtung 24 umfasst einen Antrieb 25, der eine Gewindemutter 26 auf einem Gewinde 27 der Zugstange 28 bewegt. Die Höhenverstellung erfolgt derart, dass mittels des Antriebs 25 die auf dem Gewinde 27 bewegte Gewindemutter 26 den Oberholm 22 vertikal bewegt und damit den Kniehebelmechanismus 5 einschließlich des Pressenstößels 4 in seiner Höhenlage relativ gegenüber dem Pressentisch 3 verändert.
Wie aus 4 weiterhin ersichtlich, ist das Lager für den jeweiligen oberen Kniehebel 8 derart ausgebildet, dass der zugehörige Lagerbock 29 zwischen 2 Stück Querwänden 30 im Oberholm 22 eingeschweißt ist.
Wie aus der 5 weiterhin ersichtlich, kann anstelle der Höhenverstellung 13 in 3 oder der Höhenverstellung 24 wie oben beschrieben, eine Höhenverstellung auch alternativ oder ergänzend zwischen dem ersten oberen Kniehebel 8 mit Anlenkpunkt 11 und dem Kopfstück 31 des Pressenrahmens 2 bzw. dem Oberholm 22 der Presse angeordnet sein. In diesem Fall ist der Lagerbock 29' für das Lager 11 beweglich im Oberholm gelagert.
Beim erfindungsgemäßen Pressensystem für eine Kunststoffpresse vollzieht das Kniehebelsystem sowohl den Leerhub als auch die erforderliche Kraftübertragung für den Umformprozess. Dabei wirken vier Gelenke in allen vier Quadranten des Pressenstößels und zwar unabhängig voneinander. Die vier Antriebselemente 18, 18', 19, 19' bewegen den Pressenstößel gleichmäßig nach unten in dem alle vier Kniehebelsysteme 6, 6', 7, 7' gleichmäßig betätigt werden. Hierdurch läuft der Stößel 4 absolut parallel.
Erfolgt beim Pressvorgang eine außermittige Beanspruchung, dann ist der Stößel 4 unter Umständen nicht mehr parallel zum Pressentisch 3, da sich die Kniegelenke elastisch verformen können. Eine solche abweichende Parallelität wird vom Wegmesssystem 20, 20', 21, 21' erkannt. Die jeweiligen geregelten Antriebselemente 18, 18', 19, 19' können individuell in jedem Quadranten des Stößels eine individuelle, hub- oder wegabhängige Verstellung des jeweiligen Kniehebelsystems vornehmen und damit das Kniegelenk mehr oder weniger vor Erreichend es unteren Todpunktes strecken. Aufgrund des geregelten Antriebs wird damit mit einfachen Mitteln eine Parallelität des Stößels erzielt. Obwohl die Kniegelenke sich aufgrund der Belastung elastisch verformen können, kann eine Parallelität des Stößels 4 zum Tisch 3 durch eine individuelle Regelung des jeweiligen Kniehebelsystems erreicht werden. Auch eine außermittige Belastung kann somit gezielt und bewusst herbeigeführt werden.
Auch die Kinematik des Schließens kann aufgrund der Regelung des geregelten Antriebselements beeinflusst werden, d. h. der Schließvorgang des Werkzeugs kann schneller oder langsamer erfolgen und zwar unabhängig in jedem Quadranten. Die jeweiligen Kniehebelsysteme werden von den geregelten Antriebselementen beeinflusst und bewegen den Stößel je nach Kraftbedarf. Diese Besonderheit ist bei üblichen Kniegelenken nicht gegeben.
Aufgrund des vorgesehenen Koppelglieds 15 welches vom Anlenkpunkt 16 des Antriebselements zum Anlenkpunkt 17 am oberen Kniegelenkhebel 8 führt, wird eine unempfindliche Regelung erreicht. Macht der Gelenkträger 14 in der dargestellten Strecklage zum Beispiel einen Hub von 20 mm nach oben, dann bewegt sich auch das Koppelglied um 20 mm nach oben. Dennoch macht das Kniegelenk eine sehr viel kleinere Bewegung, d. h. in der etwaigen Strecklage des Kniehebelsystems liegt eine große Übersetzung vor zwischen dem Antriebselement und dem Kniehebelsystem. Läuft der Prozess im Bereich der Strecklage, d. h. kurz vor dem unteren Todpunkt ab, so liegt ein großes Übersetzungsverhältnis vor zwischen der Bewegung der Kolbenstange des Antriebszylinders und des Kniehebelsystems. Die Regelung ist deshalb sehr unempfindlich, d. h. selbst wenn das Antriebselement zum Beispiel um 1 mm falsch fahren würde, dann wirkt sich dies auf den Stößel um allenfalls wenige Prozente dieses Weges aus. Diese starke Übersetzung der Gesamtkinematik ist für eine unempfindliche Regelung vorteilhaft. Die Verwendung des Kniehebelmechanismusses braucht darüber hinaus nur geringe Antriebskräfte, um hohe Umformkräfte zu erzeugen.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst auch vielmehr alle Weiterbildungen im Rahmen der Schutzrechtsansprüche.

1: Presse / KUS Presse
2: Pressenrahmen
3: Pressentisch
4: Pressenstößel
5: Kniehebelmechanismus
6, 6': Kniehebelsystem
7, 7': Kniehebelsystem
8: oberer Kniehebel
9: unterer Kniehebel
10: Verbindungsgelenk
11: ortsfester Anlenkpunkt
12: unterer Anlenkpunkt
13: Höhenverstelleinrichtung
14: Gelenkträger
15: Koppelglied
16: Anlenkpunkte
17: Anlenkpunkte
18, 18': Antriebselement
19, 19': Antriebselement
20, 20': Wegaufnehmersystem

21, 21': Wegaufnehmersystem
22: Oberholm
23: Unterholm
24: Höhenverstelleinrichtung
25: Antrieb
26: Gewindemutter
27: Gewinde
28: Zugstange
29, 29': Lagerbock
30: Querwand
31: Kopfstück des Pressenrahmens

Claims

Presse, insbesondere zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff, mit einem Pressenstößel (4) für das Presswerkzeug, wobei der Pressenstößel (4) von wenigstens einer geregelten Antriebsgarnitur angetrieben ist, die ein Kniehebelsystem (6, 7) umfasst, welches einen oberen ersten Kniehebel (8) und einen unteren zweiten, den Pressenstößel antreibenden Kniehebel (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Kniehebelsystems (5, 6) und damit des Pressenstößels (4) von einem geregelten Antriebselement (18, 19) derart erfolgt, dass das Kniehebelsystem seinen unteren Todpunkt (UT) nicht erreicht bzw. nicht überschreitet.
Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (18, 19) ein geregelter hydraulischer Antriebszylinder oder ein geregelter elektrischer Linearantrieb oder ein geregelter Elektromotor mit Spindelantrieb ist.
Presse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der obere erste Kniehebel (8) ortsfest im Kopfstück (31) des Pressenrahmens (2) angelenkt ist und dass vorzugsweise zwei Kniehebelsysteme (6, 7) über einen Gelenkträger (14) miteinander verbunden sind.
Presse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkträger (14) über jeweils ein Gelenk-Koppelglied (15) mit dem jeweiligen Kniehebelsystem (6, 7) verbunden ist, wobei jedem Gelenk-Koppelglied (15) ein separates Antriebselement (18, 19) zugeordnet ist.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressenstößel (4) von vier Antriebsgarnituren angetrieben ist, wobei die jeweils zugeordneten Kniehebelsysteme (6, 6', 7, 7') mittig im jeweiligen Quadranten des Pressenstößels angreifen.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhenverstelleinrichtung (13, 24) für den Pressenstößel (4) vorgesehen ist.
Presse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenverstelleinrichtung (13) zwischen dem zweiten, unteren Kniehebel (9) und dem Pressenstößel (4) selbst angeordnet ist.
Presse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenverstellung (13') zwischen dem ersten, oberen Kniehebel (8) und dem Kopfstück (31) des Pressenrahmens (2) angeordnet ist.
Presse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenverstellung des Pressenstößels (4) mittels eines höhenverstellbaren Oberholms (22) erfolgt, an welchem der erste obere Kniehebel (8) angelenkt ist.
Presse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenverstellung des Oberholms (22) mittels seiner Höhenverstellung an Zugstangen (28) erfolgt, wobei vorzugsweise ein Verstellantrieb (25) mit Gewindemutter (26) vorgesehen ist, die an einem Gewinde (27) der Zugstange (28) längsbewegbar ist.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Pressenstößel (4) der Anzahl der Antriebsgarnituren entsprechende Anzahl von Wegmesssystemen (20, 20', 21, 21') zugeordnet sind.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kippbewegung des Pressenstößels (4) von einem oder mehreren Wegmesssystemen (20, 20', 21, 21') erfassbar ist.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kippbewegung des Pressenstößels (4) mittels einer individuellen Regelung des Antriebselements (18, 18', 19, 19') zum Antrieb des jeweiligen Kniehebelsystems (6, 6', 7, 7') im Sinne einer Parallelitätseinstellung oder einer gezielten außermittigen Belastung des Pressenstößels begegnet wird, wobei das jeweilige Kniehebelsystem (6, 6', 7, 7') vor Erreichen der Strecklage in seiner Hubbewegung wegabhängig geregelt wird.