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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umformmaschine.
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DE 10 2004 009 256 B4 beschreibt ein Antriebssystem einer Servopresse für die Bewegung eines Stößels mit einem von einem Servomotor steuerbaren Exzenter- oder Kurbelmechanismus. Das Antriebssystem ist auf einem Pressenständer angeordnet, wobei die Bewegung des Stößels vorzugsweise über einen Kniehebelmechanismus erfolgt. Weiterhin ist beschrieben, dass die Exzenter über einen Getriebezweig synchronisiert sind und wenigstens ein Servomotor positionsgeregelt arbeitet.
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Die
DE 10 2005 001 878 B3 beschreibt eine Servopresse mit Kniehebelgetriebe, die als Stößelantrieb ein servomotorbetätigtes Kniehebelgetriebe aufweist, wodurch sowohl die Erzielung großer Umformkräfte als auch die weitgehend wahlfreie Gestaltung der Weg-Zeit-Kurve des Stößels möglich ist. Zumindest ein Zusatzantrieb wirkt zusätzlich auf den Stößel ein, um den kontrolliert durchfahrbaren Hub des Stößels über das durch den Kniehebelantrieb kontrolliert erzielbare Maß hinaus zu erreichen. Der Zusatzantrieb ist vorzugsweise positionskontrolliert oder -geregelt und von der Steuereinrichtung gesteuert, die auch den Kniehebelservoantrieb steuert.
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Durch die bei Pressvorgängen auftretenden hohen Kräfte werden die mechanischen Komponenten dieser bekannten Servopressen stark belastet, wodurch die Leistungsfähigkeit dieser Servopressen begrenzt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine hinsichtlich der auftretenden Kräfte belastbare Umformmaschine, insbesondere Servopresse, mit vereinfachtem Aufbau zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Umformmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Umformmaschine, die insbesondere zur Kalt- oder Warmumformung von metallischen Werkstücken, beispielsweise metallischen Blechen, vorgesehen ist und insbesondere eine Servopresse ist, wenigstens einen Maschinentisch mit einem Werkzeugaufnahmebereich für wenigstens ein unteres Umformwerkzeug und wenigstens einen Stößel mit einem Werkzeugaufnahmebereich für wenigstens ein oberes Umformwerkzeug. Der Stößel ist oberhalb des Maschinentischs angeordnet und gegen den oder relativ zum Maschinentisch bewegbar. Zum Antreiben des Stößels ist dieser wenigstens mittelbar mit wenigstens zwei Pleueln über obere Pleuellager mechanisch gekoppelt (oder: in Kraftübertragungsverbindung). Die Pleuel sind wiederum in unteren Pleuellagern an wenigstens einer um eine Wellenachse drehbaren Kurbelwelle gelagert, die mit wenigstens einem Servomotor mechanisch gekoppelt ist. Zumindest die Kurbelwelle(n) einer solchen Antriebseinrichtung für den Stößel ist bzw. sind unterhalb des Stößels und/oder unterhalb des Werkzeugaufnahmebereichs des Maschinentisches angeordnet. Ferner sind die unteren Pleuellager des oder der zugehörigen Pleuel(s) an der Kurbelwelle, insbesondere an einem zugehörigen Exzenter an der Kurbelwelle, unterhalb des Stößels und/oder unterhalb der Werkzeugaufnahme des Maschinentisches angeordnet, während die oberen Pleuellager dieser Pleuel oberhalb der Werkzeugaufnahme des Maschinentischs angeordnet sind. Durch eine derartige Anordnung der Kurbelwellen) werden die Pleuel während der Umformbewegung des Stößels nach unten nur auf Zug belastet, so dass keine Knickbelastung mehr auftritt.
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Maschinentisch ist als terminus technicus synonym für jedes untere Maschinenteil zu verstehen, das die unteren Umformwerkzeuge aufnehmen kann und unterhalb des Stößels angeordnet ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung, der mit dem ersten Aspekt der Erfindung kombinierbar, jedoch auch allein für sich beansprucht wird, umfasst eine Umformmaschine neben Maschinentisch mit Werkzeugaufnahmebereich für wenigstens ein unteres Umformwerkzeug und Stößel mit Werkzeugaufnahmebereich für wenigstens ein oberes Umformwerkzeug eine vertikal geführte, bewegliche Konsole, an der der Stößel mittels wenigstens einer Einstelleinrichtung befestigt ist und mit der der Stößel somit mitbewegbar oder mitbewegt ist. Mit der Einstelleinrichtung(en) ist der Stößel in vertikaler Richtung relativ zur Konsole verstellbar oder einstellbar oder ein vertikaler Abstand zwischen Stößel und Konsole einstellbar, insbesondere zum Einstellen eines Arbeitspunktes des Stößelhubes und/oder zur Anpassung an eine gewünschte Umformhöhe des Werkstücks oder zum Einfahren eines neuen Umformwerkzeuges auf der Umformmaschine. Die Einstelleinrichtung(en) weist bzw. weisen insbesondere einen Einstellantrieb zum automatischen Einstellen auf.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung, der mit dem ersten Aspekt der Erfindung und dem zweiten Aspekt der Erfindung beliebig kombinierbar ist, jedoch auch allein für sich beansprucht wird, umfasst eine Umformmaschine neben Maschinentisch mit Werkzeugaufnahmebereich für wenigstens ein unteres Umformwerkzeug und Stößel mit Werkzeugaufnahmebereich für wenigstens ein oberes Umformwerkzeug wenigstens eine Ausgleichseinrichtung zum wenigstens teilweisen Ausgleich der Gewichtskraft des Stößels und ggf. der oder einer Konsole, mit der der Stößel verbunden ist.
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Die Ausgleichseinrichtung übt vorzugsweise eine der Schwerkraft entgegen nach oben gerichtete Ausgleichskraft auf den Stößel und ggf. auch auf die bzw. eine Konsole aus, welche Ausgleichskraft vorzugsweise dafür sorgt, dass in den Pleuellagern oder in den Einstelleinrichtungen zwischen Stößel und Konsole die Lagerspalte oder Spalte allgemein in der Regel an der unteren Seite bleiben unabhängig von der Richtung der Stößelbewegung nach oben oder unten.
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Die Ausgleichseinrichtung ist im Allgemeinen in den Kraftweg zwischen Ständer oder Querhaupt einerseits und dem Stößel und/oder ggf. der oder einer Konsole andererseits geschaltet oder gekoppelt In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Ausgleichseinrichtung wenigstens ein Rückstellelement, das einer Auslenkung nach unten eine nach oben wirkende Rückstellkraft entgegensetzt, auf, insbesondere ein federndes Rückstellelement und/oder wenigstens ein pneumatisches Rückstellelement.
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Auch die Umformmaschine gemäß dem zweiten und dritten Aspekt der Erfindung ist insbesondere zur Kalt- oder Warmumformung von metallischen Werkstücken, beispielsweise metallischen Blechen, bestimmt und vorzugsweise eine Servopresse.
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Eine Befestigung des Stößels an einer an oder in vertikalen Führungen geführten, beweglichen Konsole, die in den oberen Pleuellagern mit den Pleueln gekoppelt ist, ist auch ohne die beschriebene Einstellmöglichkeit oder Relativverschiebung zwischen Stößel und Konsole sinnvoll.
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Die Konsole umfasst in allen Ausführungen bevorzugt zwei Seitenteile und ein die beiden Seitenteile verbindendes Querteil. Der Stößel aufweist, ist vorzugsweise unterhalb des Querteils und insbesondere zwischen den Seitenteilen angeordnet und vorzugsweise an dem Querteil befestigt. Vorzugsweise ist an jedem Seitenteil der Konsole jeweils ein oder zwei Pleuel in den jeweiligen oberen Pleuellagern gelagert oder angekoppelt. Eine solche zugrahmenartige Konsole kann gut Kräfte aufnehmen.
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Die Umformmaschine weist in einer Ausführungsform ein Maschinengestell mit einem oder zwei Ständern und einem Querhaupt auf, wobei vorzugsweise an dem Querhaupt und/oder an dem oder den Ständer(n) vertikale Führungen vorgesehen sind, an denen Führungselemente des Stößels und/oder Führungselemente der Konsole vertikal geführt sind.
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In einer Ausgestaltung ist jede Kurbelwelle im oder am Maschinentisch unterhalb des Werkzeugaufnahmebereichs drehbar gelagert, insbesondere in zwei inneren Lagern und zwei äußeren Lagern. Ferner kann wenigstens eine Kurbelwelle aus wenigstens zwei Kurbelwellenteilen aufgebaut sein, die über eine Kupplung miteinander verbunden sind.
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Im Allgemeinen weist jede Kurbelwelle für jedes zugehörige Pleuel einen Exzenter auf, an dem unter Ausbildung eines unteren Pleuellagers ein unteres Pleuelende des Pleuels exzentrisch zur Wellenachse der Kurbelwelle gelagert ist, wobei der Exzenter bei Drehung der Kurbelwelle um ihre Wellenachse sich in einer Rotationsbewegung um die Wellenachse bewegt, wobei bei dieser Rotationsbewegung des Exzenters mit dem daran gelagerten unteren Pleuelende sich das obere Pleuelende desselben Pleuels vertikal auf oder ab bewegt.
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Außerdem sind bevorzugt jede Kurbelwelle zwei Pleuel zugeordnet und/oder ist jede Kurbelwelle von zwei Servomotoren angetrieben ist, insbesondere an ihren Wellenendbereichen. Durch eine solche Anordnung zweier Servomotoren werden die auf die Kurbelwelle wirkenden Torsionskräfte reduziert und die beiden Pleuel dieser Kurbelwelle können mit im Wesentlichen gleichem Drehmoment beaufschlagt werden. Die unteren Pleuellager oder der oder die Exzenter an der Kurbelwelle für das oder die Pleuel ist bzw. sind bevorzugt zwischen den Koppelbereichen der Kurbelwelle für die Servomotoren angeordnet.
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Der wenigstens eine Servomotor oder die zwei Servomotoren kann die zugeordnete Kurbelwelle unmittelbar, insbesondere mit der gleichen Drehzahl, oder über ein Übersetzungsgetriebe antreiben. Insbesondere die Verwendung eines Torquemotors oder eines Segmentmotors als Servomotor erlaubt den Betrieb des Servomotors als Direktantrieb mit kleinen Drehzahlen bei gleichzeitig hohen Drehmomenten.
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Bevorzugt sind auch der oder die Servomotoren unterhalb des Stößels und/oder unterhalb des Werkzeugaufnahmebereichs des Maschinentisches angeordnet.
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Bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Umformmaschine mit zwei Kurbelwellen und vier Pleueln, wobei jeweils zwei Pleuel über eine Kurbelwelle miteinander verbunden oder gemeinsam angetrieben sind. Die beiden Kurbelwellen sind bevorzugt parallel und zueinander versetzt angeordnet. Die oberen Pleuellager dieser vier Pleuel umgeben dann bevorzugt in symmetrischer Anordnung den Stößel oder die Konsole, liegen besonders in den Eckbereichen des Stößels oder der Konsole oder den Eckpunkte eines Rechteckes, in dem der Stößel oder die Konsole im Querschnitt liegt.
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Weiterhin sind in einer bevorzugten Ausführungsform zwei Antriebseinheiten, die jeweils zwei Pleuel mit zugehörigen Pleuellagern, eine Kurbelwelle und einen oder zwei zugehörige Servomotoren ggf. mit Übersetzungsgetrieben umfassen, baugleich zueinander ausgebildet sind und/oder zueinander bezüglich einer mittleren Symmetrieebene der Umformmaschine im Wesentlichen spiegelsymmetrisch angeordnet. Auch der Stößel und/oder die Konsole und/oder der Maschinentisch und insbesondere auch im Wesentlichen die gesamte Umformmaschine können bezüglich einer mittleren Symmetrieebene der Umformmaschine im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet sein.
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Die beschriebenen symmetrischen Ausgestaltungen erlauben eine effiziente Ableitung und Kompensation im Betrieb auftretende Kräfte über Gestellteile der Umformmaschine wie des oder der Ständer in vorteilhafter Weise.
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Schließlich kann auch noch an wenigstens einer Kurbelwelle und/oder an wenigstens einem Servomotor eine mechanische Bremseinrichtung oder eine Sicherheitsarretierung angeordnet sein beispielsweise zum Festhalten des Stößels und Verhindern eines unbeabsichtigten Anlaufs.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
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1 eine erfindungsgemäße Umformmaschine in einer Darstellung von vorne, wobei Komponenten zeichnerisch teilweise freigeschnitten und somit sichtbar sind,
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2 die Umformmaschine gemäß 1 in einer teilweise geschnittenen Darstellung von der Seite und
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3 die Umformmaschine gemäß 1 und 2 in einer teilweise geschnittenen Darstellung von oben
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Die 1 bis 3 zeigen eine, insbesondere als Servopresse ausgebildete, Umformmaschine 1, die einen Maschinentisch 2, einen oder zwei Ständer 4 mit einem Querhaupt 5 und einen an dem oder den Ständern) 4 und/oder Querhaupt 5 geführten, vertikal bewegbaren Stößel 7 umfasst.
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An einer dem Stößel 7 zugewandten Oberseite des Maschinentisches 2, insbesondere an einer Tischplatte, ist eine Werkzeugaufnahme 3 zum Aufnehmen der, nicht dargestellten, unteren Umformwerkzeuge des Maschinentisches 2 vorgesehen. An der dem Maschinentisch 2 zugewandten Unterseite des Stößels 7 ist eine Werkzeugaufnahme 70 zur Aufnahme von, nicht dargestellten, oberen Umformwerkzeugen vorgesehen. Die Werkzeugaufnahmen 3 und 70 können beispielsweise in an sich bekannter Weise ein Raster von Befestigungspositionen aufweisen zum Positionieren der Werkzeuge. Der Bereich zwischen den Werkzeugaufnahmen 3 und 70 von Maschinentisch 2 und Stößel 7 bildet den Arbeitsbereich 6, in dem die Werkzeuge und dann zwischen den Werkzeugen die Werkstücke angeordnet werden (können). Während des Umformprozesses insbesondere Pressvorganges bei einer Servopresse, wird der Stößel 7 nach unten bewegt, so dass obere und untere Umformwerkzeuge oder -werkzeughälften mittels der vom Stößel 7 aufgebrachten Umformkraft, insbesondere Presskraft, zusammenwirken und ein zwischen den Umformwerkzeugen befindliches Werkstück entsprechend der geometrischen und maschinentechnischen Gestaltung der Werkzeuge umgeformt wird. Die zum Maschinentisch 2 hin vertikal nach unten gerichtete Arbeitsrichtung oder Umformrichtung des Stößels 7 ist mit einem mit P bezeichneten Pfeil dargestellt und ist bei einer Servopresse die Pressrichtung.
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An dem Querhaupt 5 und/oder dem oder den Ständern) 4 sind nun, vorzugsweise vier, vertikale Führungen, insbesondere Führungsschienen und/oder Führungsnuten, angeordnet und befestigt, von denen zwei vordere Führungen 45 und 46 an beiden Seiten in 1 gezeigt sind.
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Der Stößel 7 weist entsprechende Führungselemente insbesondere ebenfalls vier Führungselemente, auf, die auf oder in den Führungen an dem oder den Ständer(n) 4 und/oder Querhaupt 5, insbesondere über zwischengeschaltete Wälzlager, vertikal geführt sind. In 1 sind die beiden vorderen Führungselemente gezeigt, das in oder auf der Führung 45 geführte, rechts gezeigte Führungselement 75 und das in oder auf der Führung 46 geführte, links gezeigte Führungselement 76.
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Der Stößel 7 ist in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform an einer Konsole 9 gehalten, die mit dem Stößel 7 mitbewegt wird und dazu ebenfalls über, vorzugsweise ebenfalls vier, Führungselemente an den vertikalen Führungen, insbesondere über zwischengeschaltete Wälzlager, geführt ist, von denen in 1 die beiden vorderen Führungselemente 95 an der Führung 45 und 96 an der Führung 46 gezeigt sind. Die Konsole 9 bildet einen im Querschnitt annähernd U-förmigen, den Stößel 7 von oben und von der Seite umrahmenden oder umgebenden Zugrahmen mit zwei vertikal verlaufenden Seitenteilen 91 und 92, die seitlich den Stößel 7 umgeben oder einrahmen, und einem die beiden Seitenteile 91 und 92 verbindenden horizontalen Querteil 93, an dem der Stößel 7 über Verbindungselemente (Einstelleinrichtungen) 8 hängend befestigt ist und das somit oberhalb des Stößels 7 angeordnet ist. Konsole 9 und Stößel 7 sind während der Umformbewegung fest miteinander verbunden und werden gemeinsam bewegt unter gemeinsamer linearer vertikaler Führung in den Führungen, z. B. 45 und 46, an Ständer 4 und/oder Querhaupt 5.
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Für die Umformbewegung des Stößels 7 relativ zum Maschinentisch 2 ist der Stößel 7 von wenigstens zwei, im dargestellten Ausführungsbeispiel vier, Pleueln 11 bis 14 vertikal gegen den Maschinentisch 2 bewegbar. Die Pleuel 11 bis 14 sind mit den Seitenteilen 91 und 92 der Konsole 9, vorzugsweise in deren Eckbereichen, gekoppelt und zwar an Vorderseite und Rückseite des Seitenteils 91 die beiden Pleuel 11 und 14 und an Vorderseite und Rückseite des Seitenteils 92 die Pleuel 12 und 13. Die vier Pleuel 11 bis 14 ziehen somit die Konsole 9 in der Umformbewegung nach unten zum Maschinentisch 2 und drücken die Konsole 9 in der Rückholbewegung wieder nach oben. Die Konsole 9 drückt mit ihrem Querteil 93 über die Verbindungselemente (8) bei der Umformbewegung den Stößel 7 vor sich her nach unten und zieht den Stößel 7 in der Rückholbewegung mit nach oben. Dabei nimmt die geführte Konsole 9 selbst als Zugrahmen die Zugkräfte und ggf. auftretende Kippmomente auf und der Stößel 7 kann sich weitgehend querkräftefrei und momentenfrei in seiner linearen Führung an Ständer 4 und/oder Querhaupt 5 bewegen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist an einem oberen Pleuelende 11A bis 14A jedes Pleuels 11 bis 14 jeweils ein an dem zugehörigen Seitenteil 91 und 92 der Konsole befestigter Bolzen entlang einer durch den Bolzen laufenden Bolzenachse durch oder in eine Öffnung (das obere „Auge”) im oberen Pleuelende 11A bis 14A gesteckt und darin drehbar gelagert. Zu sehen sind in den 1 und 2 die Bolzen 61, 62 und 64 mit den zugehörigen Bolzenachsen B1, B2 und B4 in den zugehörigen Pleuelenden 11A, 12A und 14A.
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Die zwei einem Seitenteil 91 oder 92 der Konsole 9 zugeordneten und an ihren oberen Pleuelenden 11A bis 14A damit gekoppelten Pleuel 11 und 14 bzw. 12 und 13 sind an ihren unteren Pleuelenden 11B und 14B bzw. 12B und 13B miteinander über jeweils eine Kurbelwelle (oder: Exzenterwelle) 15 bzw. 16 gekoppelt. Die beiden Pleuel 11 und 14 an einer, in 1 und 3 linken, Seite sind durch eine erste Kurbelwelle 15 miteinander verbunden, die um eine Wellenachse A drehbar ist, und die zwei Pleuel 12 und 13 an der anderen Seite sind durch eine zweite Kurbelwelle 16 miteinander verbunden, die um eine Wellenachse B drehbar ist. Die beiden Wellenachsen A und B der Kurbelwellen 15 und 16 sind parallel zueinander und insbesondere auf gleicher Höhe oder in der gleichen horizontalen Ebene angeordnet.
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Die Kurbelwellen 15 und 16 weisen für jedes Pleuel 11 bis 14 ein zugehöriges sich mit der Kurbelwelle 15 oder 16 mitdrehendes Exzenterelement 31 bis 34 auf mit einer Exzenterachse, die parallel und beabstandet zur jeweiligen Wellenachse A bzw. B angeordnet ist. Zu sehen sind in 1 die Exzenterachsen E1 und E2 der Exzenterelemente 31 und 32 und in 2 die Exzenterachsen E1 und E4 der Exzenterelemente 31 und 34.
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Jedes Exzenterelement 31 bis 34 ist an der Kurbelwelle 15 oder 16 in Form eines Armes oder Vorsprungs ausgebildet und umfasst einen Zapfen oder Bolzen, der durch eine Öffnung (das „Auge”) in dem unteren Pleuelende 11B bis 14B des zugehörigen Pleuels 11 bis 14 durchgesteckt und darin drehbar gelagert ist. Die Exzenterachsen, insbesondere E1, E2 und E4 verlaufen durch die Zapfen oder Bolzen der Exzenterelemente, insbesondere 31, 32 und 34.
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Bei Drehung der Kurbelwelle 15 bzw. 16 drehen sich die Exzenterelemente 31 bis 34 mit und ihre Exzenterachsen, z. B. E1, E2 und E4, bewegen sich in einer kreisförmigen Rotationsbewegung (Exzenterbewegung) RB um die Wellenachse A bzw. B, wobei der Durchmesser D dieser Rotationsbewegung RB dem doppelten Abstand von Exzenterachse, insbesondere E1, E2 oder E4, zur Wellenachse A oder B entspricht.
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Die Bolzenachsen, insbesondere B1, B2 und B4, der Bolzen, insbesondere 61, 62 und 64, in den oberen Pleuelenden 11A bis 14A und die Exzenterachsen, insbesondere E1, E2 und E4, der Exzenterelemente, insbesondere 31, 32 und 34, verlaufen bevorzugt parallel zueinander und vorzugsweise auch parallel zu den Wellenachsen A und B der Kurbelwellen 15 und 16.
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Die Bolzen an den Seitenteilen 91 und 92 bilden zusammen mit den oberen Pleuelenden 11A bis 14A und deren Öffnungen oder Augen jeweils obere Pleuellager zum Ankoppeln der Pleuel 11 bis 14 an die Konsole 9 und damit an den Stößel 7. Die Exzenterelemente, z. B. 31, 32 und 34, insbesondere deren Bolzen, bilden wiederum zusammen mit den unteren Pleuelenden 11B bis 14B und deren Öffnungen oder Augen jeweils untere Pleuellager, die zum Ankoppeln der Kurbelwelle 15 oder 16 und damit der Servomotoren 21 bis 24 an die zugehörigen Pleuel 11 bis 14 vorgesehen sind. Die oberen und unteren Pleuellager können aber auch auf andere an sich bekannte Weise ausgebildet sein.
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Eine Drehbewegung der Kurbelwelle 15 oder 16 um ihre Wellenachse A oder B führt nun zu einer Exzenterbewegung oder Rotationsbewegung RB der beiden an der Kurbelwelle angebrachten Exzenterelemente, insbesondere 31 und 34 an der Kurbelwelle 15,. Die zugehörigen Pleuel 11 und 14 bzw. 12 und 13 folgen dieser Rotationsbewegung RB der Exzenterelemente an ihren unteren Pleuelenden 11A und 14A bzw. 12A und 13A. Die Winkelstellungen der Exzenterelemente, z. B. 31, 32 und 34, unterschiedlicher Pleuel 11 bis 14 sind im Allgemeinen gleich zueinander eingestellt und damit synchronisiert.
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Infolge der synchronisierten Exzenterbewegungen RB bewegen sich alle Pleuel 11 bis 14 an ihren oberen Pleuelenden 11A bis 14A vertikal in einer mit VB bezeichneten Vertikalbewegung linear synchron nach oben oder unten und bewegen somit die an den vier oberen Pleuellagern angekoppelte Konsole 9 und den daran angekoppelten Stößel 7 linear in dessen Umformrichtung P nach unten und dann wieder entgegengesetzt dazu nach oben.
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In 1 sind der untere Punkt der Rotationsbewegung RB als UP1 beim Pleuel 11 und UP2 beim Pleuel 12 eingezeichnet und der entsprechende obere Punkt als OP1 und OP2. Bei vollständiger Rotationsbewegung oder vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle durch oberen Punkt und unteren Punkt, also z. B. OP1 zu UP1 oder OP2 zu UP2, wird der maximal mögliche Pleuelhub erreicht, der dann dem vollen Durchmesser D des Kreises der Exzenter- oder Rotationsbewegung RB entspricht. In diesem Fall ist dann der Stößelhub H zwischen dessen OT und UT gleich dem maximalen Pleuelhub D. Die Exzenter- oder Rotationsbewegung RB kann nur in einem Drehsinn erfolgen oder auch in einer Pendelbewegung um den unteren Punkt UP1 der Rotationsbewegung RB mit sich periodisch änderndem oder abwechselndem Drehsinn.
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Die um die Wellenachse A drehende Kurbelwelle 15 ist von zwei synchronisierten Servomotoren 21 und 24 angetrieben und die um die Wellenachse B drehende Kurbelwelle 16 ist ebenfalls von zwei synchronisierten Servomotoren 22 und 23 angetrieben, wobei die beiden Servomotoren 21 und 24 bzw. 22 und 23 vorzugsweise jeweils im Bereich der Wellenenden an die Kurbelwelle 15 oder 16 angekoppelt sind. Die beiden Servomotoren pro Kurbelwelle dienen auch dazu, Torsionsmomente in den Kurbelwellen möglichst zu vermeiden oder klein zu halten.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel (siehe besonders 3) ist zwischen jeden Servomotor 21 bis 24 und zugehörige Kurbelwelle 15 oder 16 ein Übersetzungsgetriebe 51 bis 54 zum Übersetzen der Motordrehzahl auf die Kurbelwellendrehzahl geschaltet, insbesondere ein Zahnradgetriebe.
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Es ist aber auch ein Direktantrieb der Kurbelwellen durch die Servomotoren (wobei dann die Motordrehzahl der Kurbelwellendrehzahl entspricht) ohne zwischengeschaltete Getriebe möglich, insbesondere bei Verwendung von Torquemotoren oder Segmentmotoren. Ferner kann auch pro Kurbelwelle auch nur ein Servomotor vorgesehen sein.
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Die vier Pleuel 11 bis 14 sind bevorzugt baugleich zueinander, insbesondere gleich lang ausgebildet. Vorzugsweise sind die beiden Antriebseinheiten, die jeweils den Seitenteilen 91 und 92 der Konsole zugeordnet sind und jeweils zwei Pleuel 11 und 14 bzw. 12 und 13 mit zugehörigen Pleuellagern, eine Kurbelwelle 15 bzw. 16 und zwei zugehörige Servomotoren 21 und 24 bzw. 22 und 23 ggf. mit Getrieben 51 und 54 bzw. 52 und 53 umfassen, baugleich zueinander ausgebildet und zueinander bezüglich einer mittleren Symmetrieebene S spiegelsymmetrisch angeordnet. Ebenso sind jeweils auch die Konsole 9 und der Stößel 7 und ggf auch Ständer 4 und Querhaupt 5 sowie der Maschinentisch 2 vorzugsweise spiegelsymmetrisch zur Symmetrieebene S ausgebildet. In 3 ist zu beachten, dass die Schnittebenen gemäß 1 links und rechts unterschiedlich sind. Bei gleicher Schnittebene wären in 3 die genannten Komponenten alle spiegelsymmetrisch dargestellt.
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Die Servomotoren 21 bis 24 und die zugehörigen Getriebe 51 bis 54 sind an den äußeren Längsseiten des Maschinentischs 2 angeordnet unterhalb von dessen Werkzeugaufnahme 3. Auch die Kurbelwellen 15 und 16 und die unteren Pleuellager und unteren Bereiche der Pleuel 11 bis 14 sind unterhalb der unteren Werkzeugaufnahme 3 des Maschinentischs 2 und damit auch unterhalb des Stößels 7 vorgesehen. Die oberen Pleuellager der Pleuel 11 bis 14 sind dagegen oberhalb der Werkzeugaufnahme 3 des Maschinentischs 2, insbesondere auf der Höhe des Stößels 7 angeordnet. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass vom Maschinentisch 2 aus gesehen der oberhalb befindliche Stößel 7 über dessen Konsole 9 bei der Umformbewegung nach unten gezogen wird und Druckkräfte vermieden werden.
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Wie in 2 dargestellt, ist jede Kurbelwelle, hier 15, in zwei äußeren Lagern 18 und zwei inneren Lagern 17 drehend im oder am Maschinentisch 2 gelagert. Insbesondere kann die Kurbelwelle 15 außer einer einstückigen Ausbildung auch zwei- oder mehrteilig aufgebaut sein, beispielsweise gemäß 2 zwei Kurbelwellenteile 15A und 158 aufweisen, die über eine Kupplung 19 miteinander verbunden sind.
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Ferner kann zum Feststellen des Servomotors und damit des Stößels 7 und Verhindern eines ungewollten Anlaufes an jedem Servomotor 21 bis 24 oder an der Kurbelwelle 15 und 16 auch eine nicht bezeichnete mechanische Bremse oder Verriegelungseinheit angeordnet sein.
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Wenn die unteren und oberen Umformwerkzeuge an den jeweiligen Werkzeugaufnahmen 3 bzw. 70 montiert sind, ist deren vertikaler Abstand etwas größer als die maximale vertikale Auslenkung oder der Hub des Stößels 7 zwischen OT und UT, der dem Pleuelhub D entspricht, um eine Umformung eines zwischen den Umformwerkzeugen liegenden Werkstücks, insbesondere Blechs, zu ermöglichen.
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In Anpassung an eine gewünschte Umformhöhe des Werkstücks, also wie weit das Werkstück in vertikaler Richtung verformt wird, oder zum Einfahren eines neuen Umformwerkzeuges auf der Umformmaschine 1 ist vorzugsweise eine Einstellmöglichkeit zum Einstellen eines Arbeitspunktes und damit des OT oder der Hubausgangslage und des UT oder der Hubendlage des Stößels 7 vorgesehen. Der Stößel 7 ist zu diesem Zwecke, wie in 1 und 3 zu erkennen, über mehrere, im Beispiel der 3 vier, Einstelleinrichtungen 8 als Verbindungselemente zur Konsole 9 in seinem Abstand d zu dem Querteil 93 der Konsole 9 in einem vorbestimmten Einstellintervall zwischen einem minimalen Abstand und einem maximalen Abstand einstellbar. Damit können, ohne dass an dem Antrieb mit den Pleueln 11 bis 14 etwas geändert werden muss, der OT und der UT und der dazwischen liegende Hubbereich zwischen OT und UT vertikal verschoben werden. Ein größerer Abstand d' > d bringt OT und UT des Stößels 7 näher an den Maschinentisch 2, speziell dessen Werkzeugaufnahme 3 und ein kleinerer Abstand d'' < d erhöht den Abstand von OT und UT zum Maschinentisch 2.
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Die Einstelleinrichtungen 8 können zwar grundsätzlich manuell einstellbar sein, sind aber vorzugsweise jeweils mit Antrieben versehen, beispielsweise mit Spindelantrieben oder Schneckenantrieben, die jeweils wenigstens einen elektrischen Antriebsmotor umfassen. Dadurch kann die Anpassung des Abstandes d und damit der vertikalen Lage von OT und UT automatisiert und auch in sehr genauen Einstellschritten erfolgen.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist kein Antriebselement im Wege zum Arbeitbereich 6 angeordnet. Die Zu- und Abführung der zu bearbeitenden Werkstücke, beispielsweise durch einen Handhabungsroboter, oder auch die Montage oder Demontage von Umformwerkzeugen kann somit von allen vier Seiten aus und nach allen vier Seiten hin erfolgen.
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Der Antrieb der Kurbelwellen 15 und 16 über die Servomotoren 21 bis 24 und wird über die Kontrolleinrichtung 20 vollelektronisch synchronisiert, so dass beispielsweise die Servomotoren aufeinander abgestimmt anfahren und laufen und/oder aufeinander abgestimmte Drehmomente zur Verfügung stellen.
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Zum wenigstens teilweisen Ausgleich der Gewichtskraft des Stößels 7 und der Konsole 9 ist bevorzugt der Stößel 7 oder auch alternativ die Konsole 9 vorteilhafterweise über eine (nur in 1 gezeigte) Ausgleichseinrichtung 10 mit dem oder den Ständern 4 oder dem Querhaupt 5 gekoppelt. Die Ausgleichseinrichtung 10 übt eine der Schwerkraft entgegen nach oben gerichtete Ausgleichskraft auf den Stößel 7 und damit auch auf die mit dem Stößel 7 verbundene Konsole 9 oder umgekehrt auf de Konsole 9 und damit auch auf den Stößel 7 aus. Die Ausgleichseinrichtung 10 umfasst insbesondere wenigstens ein Rückstellelement, das einer Auslenkung nach unten eine nach oben wirkende Rückstellkraft entgegensetzt, insbesondere ein federndes Rückstellelement. Bevorzugt umfasst die Ausgleichseinrichtung 10 wenigstens ein pneumatisches Rückstellelement (oder: eine pneumatische Feder), insbesondere einen pneumatischen Kolben, wegen der hierbei möglichen vorteilhaften Kennlinien. Es kann aber auch eine mechanische Feder vorgesehen sein. Durch die Ausgleichseinrichtung 10 wird eine Zugkraft oder Vorspannung auf den Stößel 7 und die Konsole 9 und die damit in den oberen Pleuellagern verbundenen Pleuel 11 bis 14 ausgeübt, die in den oberen und auch unteren Pleuellagern dafür sorgt, dass die Lagerspalte immer an einer Seite, nämlich der unteren Seite, bleiben und nicht hin und her springen bei der Umkehr der Stößelbewegung von nach unten nach oben und umgekehrt. Es werden also mit anderen Worten, die Lagerspiele definiert auf der unteren Seite gehalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Umformmaschine
- 2
- Maschinentisch
- 3
- Werkzeugaufnahme
- 4
- Ständer
- 5
- Querhaupt
- 6
- Arbeitsbereich
- 7
- Stößel
- 8
- Einstelleinrichtung
- 9
- Konsole
- 10
- Ausgleichseinrichtung
- 11 bis 14
- Pleuel
- 11A bis 14A
- oberes Pleuelende
- 11B bis 14B
- unteres Pleuelende
- 15, 16
- Kurbelwelle
- 15A, 15B
- Kurbelwellenteil
- 17
- Innenlager
- 18
- Außenlager
- 19
- Kupplung
- 20
- Kontrolleinrichtung
- 21 bis 24
- Servomotor
- 25
- Eingabeeinheit
- 31, 32, 34
- Exzenter
- 45, 46
- Führung
- 51 bis 54
- Übersetzungsgetriebe
- 61, 62, 64
- Bolzen
- 70
- Werkzeugaufnahme
- 75, 76
- Führungselement
- 91, 92
- Seitenteil
- 93
- Querteil
- 95, 96
- Führungselement
- d
- Abstand
- A, B
- Wellenachse
- B1, B2
- Bolzenachse
- E1, E2
- Exzenterachse
- P
- Pressrichtung
- RB
- Rotationsbewegung
- VB
- Vertikalbewegung
- H
- Hublänge
- OT
- oberer Totpunkt des Stößels
- UT
- Unterer Totpunkt des Stößels
- S
- Symmetrieebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004009256 B4 [0002]
- DE 102005001878 B3 [0003]
