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Die
Erfindung betrifft ein Pressen-Antriebsmodul und ein Verfahren zur
Bereitstellung einer Pressenbaureihe.
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In
der Vergangenheit waren die Stößel von Großpressen
mit mechanischem Antrieb in der Regel über Pleuel mit einem Exzenterantrieb
verbunden, der seinerseits über
einen Antriebsmotor und ein Schwungrad mit relativ gleichmäßiger Geschwindigkeit
angetrieben war. Weil solche Antriebe gewis se Beschränkungen
hinsichtlich des Weg/Zeit-Verlaufs der Stößelbewegung mit sich bringen,
sind Anstrengungen unternommen worden, den Stößel z.B. mittels eines Servomotors
anzutreiben, wobei die Weg/Zeit-Kurve der Stößelbewegung dann durch die entsprechende
Ansteuerung des Servomotors relativ freizügig eingestellt werden konnte.
Dazu offenbart beispielsweise die
DE 41 09 796 C2 den Antrieb des Stößels über ein
Pleuel und einen Exzenter, der von einem Servomotor angetrieben
wird. Der Servomotor kann vorwärts
und rückwärts laufen
und gezielt beschleunigt und verzögert werden.
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Aus
der gleichen Druckschrift geht der Antrieb des Stößels über ein
Kniehebelgetriebe hervor, wobei das Kniehebelgetriebe seinerseits über ein Pleuel
und einen Exzenter von einem Servomotor angetrieben wird. Auch bei
dieser Konfiguration lassen sich gewünschte Weg/Zeit-Verläufe in weiten
Grenzen einstellen.
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Die
US-PS 6 041 699 offenbart ebenfalls einen Stößelantrieb einer Presse mittels
Servomotor über
Kniehebelge-triebe.
Zum Antrieb des Kniehebelgetriebes dienen ein Schraubspindelgetriebe
und Servomotoren.
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Aus
der JP 2000 343283 ist darüber
hinaus der Antrieb eines Pressenstößels über Spindelhubgetriebe bekannt,
die durch Servomotoren betätigt werden.
Auch hiermit lässt
sich eine weitgehend freizügige
Festlegung des Weg/Zeit-Verlaufs der Stößelbewegung erreichen.
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Die
vorgestellten Lösungen
leiden jeweils unter spezifischen Einschränkungen. Werden zum Antrieb
des Stößels beispielsweise
nichtlineare Getriebe, wie Kniehebelgetriebe oder Exzenter, verwendet
ist die Stößelbewegung
häufig
nicht so frei einstellbar wie gewünscht. Außerdem muss die gesamte Umformkraft
von dem Servomotor aufgebracht werden. Letzteres ist insbesondere
bei den oben zuletzt genannten Antriebskonzepten nachteilig. Zwar gestatten
nichtlineare Getriebe, wie Kniehebelgetriebe oder Exzentergetriebe
die Erzeugung einer höheren
Kraft in Totpunktnähe,
jedoch nur über
einen relativ kurzen Weg. Der Antrieb des Pressenstößels mittels
Spindelhubgetriebes gestattet zwar einerseits eine sehr freizügige Festlegung
des Weg/Zeit-Verlaufs der Stößelbewegung,
jedoch begrenzt er die vor Erreichen des unteren Totpunkts aufbringbare
Maximalkraft.
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Davon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, den wahlfrei ansteuerbaren
Pressenantrieb zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird sowohl mit dem Pressenantriebsmodul nach Anspruch 1
wie auch mit dem Verfahren gemäß Anspruch
17 gelöst:
Das
erfindungsgemäße Pressen-Antriebsmodul
vereint in sich zwei Antriebseinrichtungen, die unterschiedliche
Kraft/Weg-Kennlinien aufweisen. Vorzugsweise wird dies durch Nutzung
unterschiedlicher Antriebskonzepte erreicht. Damit können nicht
nur in weiten Grenzen beliebige Weg/Zeit-Verläufe der Stößelbewegung erreicht werden
sondern es ist darüber hinaus
möglich,
für jeden
Teil der Weg/Zeit-Kurve jeweils diejenige Antriebseinrichtung einzusetzen,
die die gerade passende Charakteristik aufweist. Beispielsweise
kann für
das Durcheilen von Kennlinienabschnitten, die lediglich eine geringe
Betätigungskraft
erfordern, ein schwacher, dafür
aber schneller Antrieb verwendet werden. Für die Durchführung von Umformoperationen,
die in der Regel zwar zügig
aber dennoch vergleichsweise langsam, dafür aber mit hoher Kraft durchzuführen sind
kann diejenige Antriebseinrichtung eingesetzt werden, die bei relativ geringer
Arbeitsgeschwindigkeit eine hohe Kraft aufbringt.
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Im
einfachsten Fall können
die beiden Antriebseinrichtungen, die in dem Pressen-Antriebsmodul
vereinigt sind, z.B. durch Servomotoren mit nachgeordnetem Getriebe
und unterschiedlichen Getriebeübersetzungen
gebildet werden. Die Servomotoren können dabei gleich oder unterschiedlich
ausgebildet sein. Durch die unterschiedliche Untersetzung arbeiten
die Servomotoren, obwohl auf den gleichen Abtrieb wirken, bei ein
und derselben Abtriebsgeschwindigkeit in unterschiedlichen Kennlinienbereichen,
was insgesamt den Gestaltungsfreiraum hinsichtlich der erzielbaren
Weg/Zeit-Verläufe
der Stößelbewegung
erhöht.
Außerdem
wird der Spielraum hinsichtlich der erzielbaren Kräfte erhöht.
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Das
insoweit gegebene Pressen-Antriebsmodul ist somit vielseitig einsetzbar
und kann als Basis für
die Ausrüstung
unterschiedlich großer
Pressen einer Pressenbaureihe dienen. Zum einen kann mit dem gegebenen
Pressen-Antriebsmodul ein großer
Bereich gewünschter
Kräfte
und Fahrgeschwindigkeiten erzielt werden. Zum anderen können die Pressen-Antriebsmodule,
sofern dem nicht konstruktive oder andere Praktikabilitätsgrenzen
entgegenstehen, in prinzipiell beliebiger Anzahl parallel geschaltet
werden. Somit kann ein Pressenstößel durch ein
oder mehrere gleiche Pressen-Antriebsmodule angetrieben werden,
wodurch innerhalb einer Pressenbaureihe verschiedener Leistungsklassen
bereitgestellt werden können.
Es ist darüber
hinaus möglich,
Antriebsmodule in unter- schiedlichen Leistungsklassen bereitzustellen,
wobei die Antriebsmodule innerhalb jeder Leistungsklasse einheitlich
sind.
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Durch
Kombination mehrerer Antriebsmodule aus ein oder zwei oder mehreren
Leistungsklassen und durch den großen Leistungsbereich jedes
Pressen-Antriebsmoduls können
somit alle Pressen der Pressenbaureihe mit den vereinheitlichten
Pressen-Antriebsmodulen bestückt
werden. Beispielsweise kann eine Pressenstraße aufgebaut werden, deren
erste Stufe (Ziehstufe) eine größere Anzahl
von Pressenantriebsmodulen aufweist während die nachfolgenden, in
der Regel immer weniger belasteten, Pressenstufen mit entsprechend
weniger Pressen-Antriebsmodulen ausgerüstet sind. In den einzelnen
Stufen der Pressenstraße
können
dabei unterschiedliche Stößel-Weg/Zeit-Verläufe und
unterschiedliche Stößelhübe gefahren
werden.
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Besonders
zweckmäßig sind
die Leistungsklassen der bereitgestellten, einen einheitlichen Maximalhub
aufweisenden Pressen-Antriebsmodule exponentiell gestuft. Damit
lassen sich durch Kombination von Pressen-Antriebsmodulen unterschiedlicher Leistungsklassen
die verschiedensten Anwendungen ermöglichen. Die Leistungsklassen
der Antriebsmodule werden beispielsweise durch die von den Antriebsmodulen
aufzubringenden Maximalkräfte
bestimmt. Dabei weisen auch die Antriebsmodule unterschiedlicher
Leistungsklassen vorzugsweise den gleichen Maximalhub auf. Dies
ermöglicht
die Kombination von Pressen-Antriebsmodulen unterschiedlicher Leistungsklassen
miteinander zum gemeinsamen Antrieb eines Stößels einer Presse. Des Weiteren
weisen die Pressen-Antriebsmodule der verschiedenen Leistungsklassen
vorzugsweise die gleichen maximalen Verfahrgeschwindigkeiten auf.
Dies erleichtert ebenso wie der einheitlich festgelegte Maximalhub
die Parallelanordnung zum gemeinsamen Antrieb ein und desselben
Stößels.
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Die
Pressen-Antriebsmodule bilden jeweils bauliche Einheiten, wobei
diese vorzugsweise von der Presse gesondert ausgebildet sind. Sie
können somit.
vorgefertigt und als fertige Baugruppe in entsprechend vorbereitete
Pressengestelle eingebaut werden. Die Montage der Pressen-Antriebmodule kann
von der Montage des Pressengestells getrennt werden. Dies hat insbesondere
bei Großpressen
Bedeutung. Mit diesem Konzept kann eine Fertigungsvereinfachung
einhergehen und die Bauzeit von Pressen verkürzt werden.
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Für viele
Zwecke ist es vorteilhaft, wenn wenigstens eine der Antriebseinrichtungen
der Pressen-Antriebsmodule, ein Getriebe mit variabler Übersetzung
enthält.
Dies kann beispielsweise ein Kniehebelgetriebe, ein Exzentergetriebe,
eine Kombination derselben oder ein sonstiges Getriebe mit variabler Übersetzung
sein. Als solches kommen insbesondere Getriebe in Frage, die in
ihrem Tot- oder Umkehrpunkt eine unendlich große Kraftübersetzung oder mit anderen
Worten einen festen Abstützpunkt liefern,
indem die abzustützende
Kraft nicht mehr durch den antreibenden Servomotor sondern nur durch
die Belastungsgrenzen des Getriebes bestimmt ist. Dies hat z.B.
bei Lösungen
Bedeutung, bei denen die Antriebseinrichtungen konstruktiv in Serie angeordnet
sind. Beispielsweise kann ein servomotorgetriebener Exzentertrieb
mit einem hydraulischen Zylinder in Serie geschaltet werden. Während der
Exzenterantrieb dann dazu dient, den Stößel in Bereichen seiner Bewegungskurve
mit relativ geringer Kraft schnell anzutreiben, kann die hydraulische
Antriebseinrichtung dazu dienen, den Stößel zur Werkstückumformung
mit großer
Kraft langsam anzutreiben. Ist der Exzenter dabei in Totpunktlage,
bleibt der Servomotor dabei im Wesentlichen kräftefrei. Es gelingt somit mit
relativ schwachen Servomotoren und einer relativ kurzhubigen Hydraulikeinrichtung einerseits
einen großen
Bewegungshub für
den Stößel und
andererseits eine hohe Umformkraft zu erzeugen.
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Dieser
Vorzug lässt
sich auch mit anderen seriell angeordneten Antriebseinrichtungen
erzielen.
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Insbesondere
bei seriell angeordneten Antriebseinrichtungen kann es vorteilhaft
sein, diese zeitlich nacheinander zu aktivieren. Die beiden verschiedenen
Antriebseinrichtungen sind damit für unterschiedliche Abschnitte
der Weg/Zeit-Kurve
der Stößelbewegung
zuständig.
Im Übergangsbereich von
der Aktivierung der einen Antriebseinrichtung zur Aktivierung der
anderen Antriebseinrichtung können überlappend
beide Antriebseinrichtungen aktiviert werden.
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Insbesondere
bei Parallelanordnung von beiden Antriebseinrichtungen werden diese
vorzugsweise jeweils gemeinsam aktiviert, wobei sie sich hinsichtlich
ihrer Kraftentwicklung ergänzen.
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Es
ist vorteilhaft, wenn das Pressen-Antriebsmodul ein eigenes Grundgestell
aufweist, das die Führung
zwischen den beiden Abtrieben übernimmt.
Es kann des Weiteren ein Gehäuse
vorgesehen sein, in dem die wenigstens zwei Antriebseinrichtungen
untergebracht sind. Alternativ ist es jedoch auch möglich, das
Pressen-Antriebsmodul zumindest teilweise in das Pressengestell
zu integrieren. Beispielsweise kann einer der Abtriebe als Teil
eines Pressenkopfstücks
oder Stößels ausgebildet
sein.
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Den
Pressen-Antriebsmodulen ist vorzugsweise ein Energiespeicher, beispielsweise
ein mechanischer, elektrischer oder hydraulischer Energiespeicher
zugeordnet. Dies minimiert die Versorgungsnetzbelastung.
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Das
Pressen-Antriebsmodul kann prinzipiell auf unterschiedlichste Weise
ausgeführt
werden. Sein Charakteristikum ist jedoch bei, nahezu allen Ausführungsformen,
dass die Krafteinleitung der von den zumindest zwei zu dem Modul
gehörigen
Antriebseinrichtungen an dem Stößel und/oder
an dem Kopfstück
jeweils an einer gemeinsamen Stelle stattfindet. Außerdem geben
die Pressen-Antriebsmodule ein festes zahlenmäßiges Verhältnis zwischen der Anzahl der
ersten Antriebseinrichtungen und der Anzahl der zweiten Antriebseinrichtungen
vor. Wird ein Stößel beispielsweise
lediglich von Antriebsmodulen einer einzigen Leistungsklasse angetrieben,
die z.B. jeweils eine erste Antriebseinrichtung und jeweils eine
zweite Antriebseinrichtung aufweisen, sind für den Stößelantrieb insgesamt unabhängig von
der Anzahl der Pressen-Antriebsmodule
genauso viele erste Antriebseinrichtungen wie zweite Antriebseinrichtungen
vorhanden.
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Werden
Pressen-Antriebsmodule mit z.B. einer ersten Antriebseinrichtung
und zwei oder mehreren z.B. drei zweiten Antriebseinrichtungen konzipiert und
zum Stößelantrieb
verwendet, sind hier im Beispiel drei mal so viel zweite Antriebseinrichtungen vorhanden
wie erste Antriebseinrichtungen. Werden Pressen-Antriebsmodule unterschiedlicher
Leistungsklassen und mit unterschiedlichen Verhältnissen zwischen den Anzahlen
der ersten und der zweiten Antriebseinrichtungen verwendet, gelten
diese Zahlenverhältnisse
jeweils gruppenweise für
die Pressen-Antriebsmodule der jeweils betrachteten Leistungsklasse.
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Die
Antriebseinrichtungen des Pressenantriebsmoduls sind vorzugsweise
voneinander mechanisch unabhängig,
d.h. sie können
unabhängig
voneinander angesteuert werden. Die Synchronisierung ihrer Arbeitsbewegung
bzw. die Koordinie- rung derselben erfolgt vorzugsweise elektrisch.
Die einzelnen Module oder auch lediglich deren Antriebseinrichtungen
bzw. Antriebe können
je nach Auslegung oder ggf. auch umschaltbar wahlweise wegkontrolliert und/oder
kraftkontrolliert betätigt
werden. Sie gestatten vorzugsweise eine stufenlose Verstellung des Stößelhubs
während
des Betriebs sowie eine Variation der Weg/Zeit-Kennlinie der Stößelbewegung
während
des Betriebs. Es können
Kraftsensoren vorgesehen werden, um insbesondere bei wegkontrolliert angetriebenen
Antriebsmodulen oder Antriebseinrichtungen Überlastungen zu vermeiden.
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Es
ist des Weiteren möglich,
die einzelnen Antriebseinrichtungen eines Pressen-Antriebsmoduls
starr miteinander zu verbinden. Alternativ können sie über Kupplungseinrichtungen
willkürlich
steuerbarer Art oder Freilaufkupplungen miteinander gekuppelt sein.
Beispielsweise kann bei einer Parallelanordnung zweier Antriebseinrichtungen
die langsame Antriebseinrichtung von der schnelllaufenden abgekoppelt
werden, wenn ein Stößelweg schnell
zu durchlaufen ist. Der langsame Antrieb wird dann wieder angekuppelt,
wenn der schnelle Antrieb den Stößel an die
Abkuppelstelle zurückbewegt
hat und bei langsamer Stößelbewegung
eine große
Kraft gefordert wird.
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Bei
einer seriellen Anordnung zweier Antriebseinrichtungen in einem
Pressenantriebsmodul ist es möglich,
die schnelle Antriebseinrichtung mit einer Bremseinrichtung festzubremsen,
wenn eine langsame Arbeitsbewegung mit hoher Kraft erzeugt werden
soll. Die stärkere
der beiden Antriebseinrichtungen stützt sich dann nicht nur an
der ersten Antriebseinrichtung sondern zusätzlich oder gar ausschließlich über die
Bremseinrichtung ab. Die genannten Kupplungseinrichtungen und Bremseinrichtungen
können
somit dazu dienen, die Stößelbewegung
effizienter zu gestalten.
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Weitere
vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung
sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder von Ansprüchen.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
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1 eine
Presse mit modularem Pressenantrieb in schematisierter Prinzipdarstellung,
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2 ein
Pressen-Antriebsmodul für
die Presse nach 1 in schematisierter Darstellung,
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3 eine
alternative Ausführungsform
eines Pressen-Antriebsmoduls in Prinzipdarstellung,
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4 eine
mit den gleichen Pressen-Antriebsmodulen wie die Presse gemäß 1 aufgebaute
kleinere Presse in schematisierter Prinzipdarstellung,
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5 und 6 eine
Pressenbaureihe mit Pressen unterschiedlicher Größe, die mit gleichen Pressen-Antriebsmodulen
bestückt
sind,
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7 Leistungsklassen
verschiedener Serien von Pressen-Antriebsmodulen,
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8 und 9 Pressen-Antriebsmodule unterschiedlicher
Bauformen in Prinzipdarstellung, und
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10 eine
Maximalkraft/Weg-Kennlinie eines Pressen-Antriebsmoduls.
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In 1 ist
eine Presse 1 schematisch veranschaulicht. Die Presse 1 ist
vorzugsweise eine Großpresse,
beispielsweise eine Karosseriepresse. Sie kann eine Pressenstufe
einer Pressenstraße oder
einer Transferpresse bilden. Die Presse 1 weist ein Pressengestell 2 auf,
zu dem zumindest ein Tisch 3 gehört. Des Weiteren weist die
Presse 1 gemäß der Ausführungsform
nach 1 Pressenständer 4, 5 und
ein die Ständer 4, 5 verbindendes
Kopfstück 6 auf.
Zwischen den Pressenständern 4, 5 ist
ein Stößel 7 linear,
im vorliegenden Ausführungsbeispiel vertikal,
verschiebbar gelagert. Zwischen dem Stößel 7 und dem Tisch 3 ist
ein in ein Unterwerkzeug 8 und ein Oberwerkzeug 9 unterteiltes
Presswerkzeug 10 angeordnet.
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Um
den Stößel 7 gezielt
bewegen und somit das Presswerkzeug 10 öffnen und schließen zu können, sind
zwischen dem Stößel 7 und
dem Kopfstück 6 untereinander
gleiche, vereinheitlichte Pressen-Antriebsmodule 11, 12, 13 angeordnet.
Die Pressen-Antriebsmodule können
zumindest eine schiebende oder drückende Kraft erzeugen, um den
Stößel 7 nach
unten zu bewegen. Bedarfsweise können
sie auch so ausgelegt werden, dass sie den Stößel 7 anheben können. Bei
einer insbesondere bei sehr großen
Pressen, deren Stößel 7 ein
erhebliches Gewicht aufweisen, greift an dem Stößel 7 zusätzlich eine
in 1 nicht veranschaulichte Gewichtsausgleichseinrichtung,
beispielsweise in Form eines unter Druck stehenden Pneumatikzylinders
an, die dazu dient, das Stößelgewicht
zu kompensieren.
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Die
Pressen-Antriebsmodule 11 bis 13 sind an eine
Steuereinrichtung 14 angeschlossen, die den Betrieb der
Pressen-Antriebsmodule 11 bis 13 steuert.
Z.B. können
die Pressen-Antriebsmodule 11 bis 13 über die
entsprechenden Leitungen 15, 16, 17 zur Bewirkung
der Stellbewegung mit Energie, beispielsweise in Form von Elektroenergie
oder einem unter Druck stehenden Fluid oder beidem beaufschlagt werden.
Alternativ ist es möglich, über die
Leitungen 15 bis 17 sowohl Steuerimpulse als auch
Energie zu übertragen,
wobei die Pressen-Antriebsmodule 11 bis 13 dann
den Steuerimpulsen folgen. Die Leitungen 15, 16, 17 können bedarfsweise
auch so ausgelegt werden, dass von den Pressen-Antriebsmodulen 11 bis 13 gelieferte
Informationen beispielsweise Positionsinformationen an die Steuereinrichtung 14 zurückgemeldet
werden. In diesem Sinne sind die Leitungen 15, 16, 17 als
Kabel, als Fluidleitungen; Kabelbündel, Fluidleitungsbündel oder
Leitungsbündel zu
verstehen, die sowohl elektrische Leitungen als auch Fluidleitungen
enthalten.
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Bedarfsweise
kann die Presse 1 mit ein oder mehreren Positionssensoren 18, 19 zur
Erfassung der Stößelposition
versehen sein, die ebenfalls mit der Steuereinrichtung 14 verbunden
sind.
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2 veranschaulicht
das Pressenantriebsmodul 11, das stellvertretend auch für die beiden
anderen Pressen-Antriebsmodule 12, 13 steht. Es
können
weitere gleich ausgebildete Pressen-Antriebsmodule vorgesehen und
zwischen dem Kopfstück 6 und
dem Stößel 7 angeordnet
werden, um die Presskraft der Presse 1 zu erhöhen.
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Das
Pressen-Antriebsmodul 11 ist gesondert in 2 in
einer exemplarischen Ausführungsform schematisch
veranschaulicht. Es enthält
zwei Antriebseinrichtungen 20, 21, die die zwischen
Abtrieben 22, 23 wirksamen Kräfte erzeugen und die Abtriebe 22, 23 gegeneinander
bewegen. Die Abtriebe 22, 23 weisen beispielsweise
die Form mechanischer Verbin dungsmittel, wie Flansche, Kupplungen
oder dergleichen auf und sind, wie 1 veranschaulicht, jeweils
mit dem Kopfstück 6 bzw.
dem Stößel 7 verbunden.
Mit anderen Worten, die Abtriebe 22, 23 sind Verbindungsmittel
zur Kraftübertragung
zwischen dem Pressenantriebsmodul 11 und dem Kopfstück 6 bzw.
dem Stößel 7 in
Bewegungsrichtung des Stößels 7 und
somit in Wirkungsrichtung des Pressen-Antriebsmoduls 11.
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Die
beiden Antriebseinrichtungen 20, 21 des Pressen-Antriebsmoduls 11 weisen
unterschiedliche Kraft/Weg-Kennlinien und Bewegungscharakteristika I
und II auf, wie 10 zeigt. Die erste Antriebseinrichtung 20,
deren Kennlinie den Kennlinienast I bildet, ist als Servoantriebseinrichtung
ausgebildet. Sie weist einen an einem Gestell 24 gehaltenen
Servomotor 25 auf, der über
einen Zahnradtrieb 26 einen Exzenter 27 oder einen
entsprechenden Kurbeltrieb antreibt. Die Kurbel ist um eine Achse 28 drehbar
und in dem Gestell 24 gelagert. Das Gestell 24 ist
mit dem Abtrieb 22 unmittelbar verbunden. Der Exzenter 27 treibt über ein
Pleuel 29 einen Zwischenstößel 30, der in dem
Gestell 24 geführt
ist.
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Der
Zwischenstößel 30 ist
mit der zweiten Antriebseinrichtung 21 verbunden, deren
Kennlinie den Kennlinienast II bildet und die in Form eines Hydraulikzylinders 31,
in dem ein verschiebbar gelagerter Kolben 32 angeordnet
ist, ausgebildet ist. Der Hydraulikzylinder 31 ist unmittelbar
mit dem zweiten Abtrieb 23 verbunden. In ihm sind zwei
Arbeitskammern 33, 34 begrenzt, die gesteuert
mit Hydraulikfluid beaufschlagbar sind.
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Zur
Ansteuerung der Antriebseinrichtungen 20, 21 ist
der Servomotor 25 mit einer Steuerleitung 35 versehen,
die einen Teil der Leitung 15 bildet. Außerdem kann
er einen Positionssensor haben, der über eine Sensorleitung 36 Positionssignale
sendet. Außerdem
kann zu der Leitung 15 eine Hydraulikleitung 37 gehören, die
zur Ansteuerung der Ar- beitskammer 34 dient. Eine weitere
Hydraulikleitung zur Ansteuerung der Hydraulikkammer 33 ist
nicht veranschaulicht, kann jedoch ebenfalls vorhanden sein. Zur
Steuerung der Antriebseinrichtung 21 dienen z.B. ein Hydraulikventil 38,
eine Druckquelle, die nicht veranschaulicht ist, sowie ein Druckspeicher 39,
der in 2 nur schematisch dargestellt ist.
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Das
insoweit beschriebene Pressen-Antriebsmodul 11 und die
Presse 1 arbeiten wie folgt:
Die Pressen-Antriebsmodule 11, 12, 13 werden
von der Steuereinrichtung 14 synchron angesteuert, um eine
Auf- und Abbewegung des Stößels 7 zu
erzeugen. Die von dem Stößel 7 durchlaufene Weg/Zeit-Kurve ähnelt beispielsweise
einer Sinuskurve mit wesentlich abgeflachter unterer Welle. Während der
obere Teil dieser Kurve ein mit geringen Kräften einhergehendes Öffnen und
Schließen
des Presswerkzeugs 10 bedeutet, bezieht sich der untere Teil
der Weg/Zeit-Kurve auf einen geringen Hubabschnitt oberhalb des
unteren Totpunkts des Stößels 7,
bei dem die eigentliche Materialumformung stattfindet. Beträgt der Hub
beispielsweise 500 mm ist die auf den Stößel 7 zu übertragende
Kraft in den oberen 400 mm in der Regel relativ gering während sie
in den unteren 100 mm größer sein
kann. Jeweils abhängig
vom Anwendungsfall können
die Verhältnisse zu
größeren oder
kleineren Weganteilen hin verschoben sein.
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Das
Pressen-Antriebsmodul 11 nutzt die Antriebseinrichtung 20,
um Wegabschnitte des Gesamthubs schnell, dabei aber mit relativ
geringen Kräften zu
durcheilen. Der von der Antriebseinrichtung 20 erbrachte
Hub des Zwischenstößels 30 ist
geringer als der gewünschte
Gesamthub. Bei dem vorstehend beschriebenen Zahlenbeispiel bleibend,
kann mit der ersten Antriebseinrichtung 20 beispielsweise
der obere 400 mm messende Wegabschnitt des Stößelwegs durchlaufen werden.
Dabei ändert
sich ständig das Übersetzungsverhältnis zwischen
dem Servomotor 25 und dem Zwischenstößel 30. Die Untersetzung
geht bei Annäherung
an den oberen und den unteren Totpunkt jeweils gegen unendlich.
Das bedeutet, dass das Verhältnis
zwischen Weg des Zwischenstößels 30 zu
Drehwinkel des Servomotors 25 kurzzeitig 0 beträgt. Diese
Positionen, die auch als Strecklage bezeichnet werden können, stellen
Abstützpositionen
der oberen Antriebseinrichtung 20 dar. In diesen Positionen
kann die obere Antriebseinrichtung 20 sehr große Kräfte abstützen.
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Erreicht
die obere Antriebseinrichtung 20 bei Annäherung des
Stößels 7 an
seinen unteren Totpunkt ihre Strecklage, wird die zweite Antriebseinrichtung 21 aktiviert.
Es strömt
nun Hydraulikfluid in die Arbeitskammer 34, um die letzten
100 mm Arbeitshub auszuführen.
Der Weg/Zeit-Verlauf der Stößelbewegung
ist dabei durch Beeinflussung des Massenstroms des zuströmenden Hydraulikfluids
in weiten Grenzen einstellbar. Die zwischen den Abtrieben 22, 23 erzeugbare
Kraft entspricht hierbei der Kraft der zweiten Antriebseinrichtung 21.
Diese kann prinzipiell wesentlich größer sein als die von der ersten
Antriebseinrichtung 20 sonst aufbringbare Kraft, denn diese
befindet sich in Streck- oder Neutrallage, so dass der Servomotor 25 weitgehend
kräftefrei bleibt.
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Zur
Kontrolle der Position der zweiten Antriebseinrichtung 21 kann
ein Positionssensor 40 vorgesehen sein, der die Position
des Kolbens 32 überwacht.
Der Positionssensor 40 kann über eine zu der Leitung 15 gehörige Sensorleitung 41 mit
der Steuereinrichtung 14 verbunden sein.
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Die
Antriebseinrichtungen 20, 21 können, wie beschrieben, zeitlich
nach einander aktiviert werden. Es ist auch möglich, sie zeitlich zumindest
etwas überlappend
zu aktivieren, d.h. mit dem Betrieb der Antriebseinrichtung 21 zu
beginnen, wenn die Antriebseinrichtung 20 ihrem unteren
Totpunkt nähert. Damit
wird ein glatter ruckfreier Übergang
der Antriebsbewegungen sichergestellt. Außerdem kann die Antriebseinrichtung 21 ergänzend wirken,
wenn sich die Geschwindigkeit des Zwischenstößels 30 bei Annäherung an
die untere Strecklage an den Wert Null annähert.
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Das
vorgestellte Pressen-Antriebsmodul hat den Vorzug, dass einerseits
mit relativ kleinen Servomotoren gearbeitet werden kann und andererseits zur
Betätigung
der zweiten Antriebseinrichtung 21 nur relativ geringe
Hydraulikfluidströme
erforderlich sind.
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Die
beiden Antriebseinrichtungen 20, 21 nutzen bei
der vorgestellten Ausführungsform
unterschiedliche Antriebskonzepte, die sogar von unterschiedlichen
Energiearten ausgehen (Elektroenergie und hydraulische Energie).
Es ist jedoch auch möglich,
zwei Antriebseinrichtungen 20-1, 21-1 miteinander
zu kombinieren, die gleiche Antriebsenergien nutzen, wie 2 veranschaulicht.
Das dort dargestellte Pressen-Antriebsmodul 11-1 basiert
auf zwei Servomotoren 25a, 25b, die beide jeweils
ein Spindelhubgetriebe betätigen.
Das Spindelhubgetriebe der Antriebseinrichtung 20-1 wirkt
un mittelbar auf den unteren Abtrieb 23-1 während sein
Servomotor 25a unmittelbar mit dem oberen Abtrieb 22-1 verbunden
ist. Dagegen wirken der Servomotor 25b und sein Spindelhubgetriebe über ein
Kniehebelgetriebe 42, das zwischen dem oberen Abtrieb 22-1 und
dem unteren Abtrieb 23-1 angeordnet ist. Wirkungsmäßig sind
somit beide Antriebseinrichtungen 20-1, 21-1 parallel
angeordnet. Dennoch ergänzen
sich die beiden Antriebseinrichtungen 20-1, 21-1 aufgrund
ihrer unterschiedlichen Kraft/Weg-Charakteristika. Zum Beispiel
vergrößert die
Antriebseinrichtung 20-1 den nutzbaren Hub auf Werte, die
sich allein mit der Antriebseinrichtung 21-1 nicht erreichen
lassen. Der Unterschied zwischen den Kennlinien wird hier dadurch
bewirkt, dass die Antriebseinrichtung 20-1 unmittelbar
und die Antriebseinrichtung 21-1 mittelbar über ein
Kniehebelgetriebe wirkt.
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Wie 4 veranschaulicht,
lassen sich mit den Pressen-Antriebsmodulen 11, 12 unterschiedlich große Pressen
aufbauen, 4 veranschaulicht eine Presse 1', deren Stößel 7 von
lediglich zwei Pressen-Antriebsmodulen 11, 12 angetrieben
wird. Diese sind mit den Antriebsmodulen 11, 12 der
Presse 1 gemäß 1 identisch.
Es gilt die vorstehende Beschreibung somit entsprechend. Werden
die elektrohydraulischen Pressen-Antriebsmodule 11, 12 gemäß 2 genutzt,
sind die Antriebseinrichtungen 21 über den Druckspeicher 39 gepuffert,
so dass eine entsprechende Netzbelastung vergleichmäßigt wird. Die
Servomotoren 25 können
ebenfalls aus einem Puffer 43 beispielsweise in Form eines
Motorgeneratorsatzes, einer Kondensatorbatterie oder sonstiger geeigneter
Speicher betrieben werden. Die Steuereinrichtung 14 ist
außerdem
an ein Netz 44 angeschlossen, aus dem es beispielsweise
zur Nachladung des Puffers 43 relativ gleichmäßig Energie
entnimmt.
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Die
Pressen-Antriebsmodule 11, 12 der vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen
sind als gesonderte Baueinheiten mit oder ohne eigenes Gehäuse aufgebaut,
die als vorgefertigte Einheiten in Pressen eingebaut werden können. Die 5 und 6 veranschaulichen
eine abgewandelte Ausführungsform,
bei der kombinierte und vereinheitlichte Pressenantriebsmodule 11, 12 verwendet
werden, die teilweise in die Pressen 1a, 1b integriert
sind. Wegen der allgemeinen Beschreibung der Pressen 1a, 1b wird
unter Zugrundelegung der eingeführten
Bezugszeichen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
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Ähnlich wie
bei dem Antriebsmodul 11 gemäß 2 sind die
Antriebsmodule 11, 12 der zu einer gemeinsamen
Baureihe gehörigen
Pressen 1a, 1b der 5 und 6 kombiniert
als servomotorbetriebener Exzenter oder Kurbeltrieb und Hydraulikzylinder
ausgebildet. Jedoch sind die Antriebseinrichtungen 20, 21 nicht
zu einer gesonderten Baueinheit vereinigt, sondern Teil des Kopfstücks 6 bzw.
des Stößels 7.
Das vorstehend beschriebene Modulkonzept wird jedoch insoweit übernommen
als die Antriebseinrichtungen 20, 21 bei allen
Pressen der veranschaulichten Baureihe untereinander gleich ausgebildet
sind. Die vergleichsweise kleinere Presse 1a enthält lediglich
ein Pressen-Antriebsmodul 11 während die Presse 1b zwei
oder mehrere Antriebsmodule 11, 12 usw. enthält. Die
veranschaulichte Pressenbaureihe unterscheidet sich hinsichtlich
ihrer Antriebe somit lediglich durch die Anzahl der verwendeten
Pressen-Antriebsmodule, nicht aber durch deren Aufbau.
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In
Abwandlung dieser Ausführungsform
ist es möglich,
Pressen-Antriebsmodule unterschiedlicher Kraft- oder Leistungsklassen
oder Hubklassen bereitzustellen. Ein Beispiel ist in 7 veranschaulicht.
Es werden dort fünf
verschiedene Pressen-Antriebsmodultypen veranschaulicht, deren Leistungen beispielsweise
exponentiell gestuft sind. Sie können sich
z.B. um den Faktor √2 voneinander unterscheiden.
Durch Kombination verschiedener Pressen-Antriebsmodule unterschiedlicher
Leistungsklassen jedoch gleichen Hubs lassen sich somit nicht nur
Pressenleistungen im Rahmen ganzzahliger Vielfacher der Leistungen
einzelner Antriebsmodule sondern auch Zwischenstufen erreichen.
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in aufs Äußerste schematisierter
Weise eine weitere Ausführungsform eines
Pressen-antriebsmoduls 11-2 mit zwei Antriebseinrichtungen 20-2, 21-2 mit
Servomotoren 25b, 25c. Diese arbeiten mit unterschiedlichen Übersetzungen über Zahnradtriebe 45, 46 auf
eine gemeinsame Gewindespindel 47, die eine Spindelmutter 48 linear
hin und her gehend antreibt. Der Servomotor 25b ist in
der Lage, relativ große
Drehmomente auf die Gewindespindel 47 zu übertragen,
während der
Servomotor 25c kleinere Momente überträgt, bei einer gegebenen Spindeldrehzahl
jedoch langsamer läuft.
Damit kann der Servomotor 25c sehr schnelle Stellbewegungen
erzeugen während
der Servomotor 25b sehr hohe Presskräfte erzeugen kann. Bei schneller
Fahrt, d.h. Ansteuerung des Servomotors 25c mit voller
Leistung, läuft
der Servomotor 25b auf überhohen
Drehzahlen, bei denen er selbst kein entsprechendes Drehmoment mehr
abgeben könnte. Somit
wird der Anwendungsbereich der Servomotorantriebe für Pressenstößel erweitert.
Die Lösung
ist einfach und bedarf an sich keiner Kupplungen. Jedoch kann bedarfsweise
zwischen dem Zahnradtrieb 45 und dem Servomotor 25b eine
schaltbare Kupplung oder ein Freilauf angeordnet werden. Es können auch
zwei gegensinnig wirksame Freiläufe
vorgesehen werden, die bedarfsweise sperrbar sind.
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Eine
weitere Variante eines Pressen-Antriebsmoduls 11-3 verschaulicht 9.
Diese beruht auf zwei hydraulischen Antriebseinrichtungen 20-3, 21-3,
die zwischen den Abtrieben 22-3, 23-3 seriell angeordnet
sind. Die hydraulische Antriebseinrichtung 20-3 ist für lange
Hübe bei
relativ geringer Kraft ausgelegt. Die hydraulische Antriebseinrichtung 21-3 ist
für kurze
Hübe mit
hoher Kraft ausgelegt. Zwischen beiden Antriebseinrichtungen 20-3, 21-3 ist eine
Bremseinrichtung 49 vorgesehen, mit der die vergleichsweise
schwächere
Antriebseinrichtung 20-3 festbremsbar ist. Auf diese Weise
kann die von der Antriebseinrichtung 21-3 bei Aktivierung
ausgehende höhere
Kraft abgestützt
und somit auf den Abtrieb 22-3 übertragen werden. Das veranschaulichte Pressen-Antriebsmodul 11-3 konsumiert
somit bei schneller Fahrt wesentlich weniger Hydraulikfluid als ein
entsprechend großer
Hydraulikzylinder und es ist in der Lage, die geforderten hohen
Antriebskräfte
auf einem Teil der Bewegungskurve des Stößels zu erzeugen.
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Erfindungsgemäß werden
Pressen-Antriebsmodule vorgeschlagen, die einen vereinheitlichten Pressenentwurf
gestatten. Die Pressen einer Baureihe werden mit immer gleichen
Pressenantriebsmodulen ausgestattet, wobei die Presskraft der Pressen lediglich
durch Anpassung der Anzahl der Pressen-Antriebsmodule variiert wird.
Die Pressen-Antriebsmodule enthalten jeweils zwei Antriebseinrichtungen,
die parallel oder seriell zusammenwirken und unterschiedliche Kennlinien
aufweisen. Insbesondere weisen sie unterschiedliche maximale Fahrgeschwindigkeiten
und unterschiedliche Maximalkräfte auf.
Auch können
sie hinsichtlich ihrer Positionierbarkeit und Wegauflösung unterschiedlich
gestaltet sein. Dieses Konzept gestattet nicht nur eine Vereinheitlichung
von Pressen unterschiedlicher Leistungsklassen innerhalb einer Baureihe
sondern darüber
hinaus die weitgehend freie Festlegung von Weg/Zeit-Kurven der Stößel und
somit letztendlich auch eine freiere Gestaltung von Werkstücken, insbesondere
Karosserieteilen.