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Die vorliegende Erfindung betrifft ein modulares Antriebssystem für eine Umformmaschine. Sie bezieht sich ferner auf eine Umformmaschine mit mehreren Antriebssystemen.
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Umformmaschinen weisen in der Regel einen motorischen Antrieb und ein Getriebe (z. B. einen Kurbeltrieb) auf, der die rotatorische Eingangsbewegung des Antriebes in eine translatorische und reversierende Abtriebsbewegung (z. B. zur Übertragung an einen Stößel) umwandelt. Üblicherweise werden derartige Umformmaschinen als Pressen zum Umformen von Werkstücken verwendet.
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In letzter Zeit kommen zunehmend Servopressen zum Einsatz, bei denen mittels eines oder mehrerer Servomotoren der Stößel über einen oder mehrere Druckpunkte angetrieben wird. Die Antriebssysteme der aktuell auf dem Markt verfügbaren Servopressen mit einem oder mehreren Druckpunkten sind dabei vorrangig in das Pressengestell integriert. Die Integration in das Pressengestell erfolgt in der Weise, dass zum einen die zur Kraftübertragung vom Antrieb zum Stößel eingesetzten Getriebe (z. B. ein Exzenter- oder ein mehrgliedriges Hebelgetriebe) über geeignete Lager drehbar und/oder axial verschiebbar im Pressengestell gelagert sind, und dass zum anderen am Pressengestell zusätzliche Drehmomentabstützungen (z. B. in Form von Stützflanschen) vorgesehen sind, um den oder die Antriebe drehfest relativ zum Gestell zu positionieren.
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Zur Integration der einzelnen Elemente des Antriebssystems sind daher umfangreiche konstruktive und fertigungsbedingte Maßnahmen am Pressengestell erforderlich. Um für die Montage eine exakte Ausrichtung dieser Teile zueinander zu gewährleisten, müssen die besonders großvolumigen und schwer zu handhabenden Bauteile und Baugruppen des Pressengestells und die damit zu verknüpfenden Komponenten des Antriebssystems möglichst präzise, d. h. mit einer sehr hohen Fertigungsgenauigkeit, hergestellt werden, wodurch hohe Fertigungskosten entstehen.
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Des Weiteren bestimmen die Anzahl und die Anordnung der zu integrierenden Antriebssysteme maßgeblich die von den Bauteilen und Baugruppen des Pressengestells zu erfüllenden strukturmechanischen Anforderungen. Dies bedeutet, dass der Pressenkonstrukteur beim Aufbau des Pressengestells die geometrischen Randbedingungen des oder der Antriebssysteme und die von diesem oder diesen Antriebssystemen ausgehenden statischen und dynamischen Belastungen genau berücksichtigen muss, um durch entsprechende konstruktive Ausführungen das Pressengestell hinsichtlich seiner Struktursicherheit zu optimieren.
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Die
DE 10 2008 063 473 A1 offenbart einen Antriebsbaukasten für eine Arbeitsmaschine, insbesondere Umformmaschine, der als Antriebskomponenten einen Arbeitsmaschinenanschluss, ein Getriebe und ein Antriebsmittel umfasst. Das Getriebe ist bevorzugt als Planetengetriebe ausgestaltet, mit dem sich unterschiedliche Übersetzungen der vom Antriebsmittel bereitgestellten rotatorischen Eingangsbewegung realisieren lassen. Ein Umwandlungsgetriebe zur Umwandlung der rotatorischen Eingangsbewegung in eine translatorische Abtriebsbewegung ist jedoch nicht Bestandteil des Antriebsbaukastens.
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In der
DE 10 2008 034 971 A1 wird ein Antriebssystem einer Umformpresse beschrieben, bei dem eine rotierende Antriebsbewegung durch einen Servomotor erzeugt wird. Die Ansteuerung des Servomotors ermöglicht die Erzeugung flexibler Bewegungsprofile des Stößels. Ein Hubmechanismus wandelt die vom Servomotor erzeugte rotatorische Eingangsbewegung in eine translatorische Abtriebsbewegung des Stößels um. Der Hubmechanismus ist als Kurbelmechanismus ausgestaltet und beinhaltet eine Kurbelwelle und einen Gleitstein, der sich über einen Kulissenschieber im Druckpunkt des Stößels abstützt. Die Antriebskomponenten (Servomotor, Hubmechanismus und Haltebremse) sind in den seitlichen Ständern der Presse positioniert und gelagert. Diese Ständer sind entweder monolithisch mit dem Pressentisch geformt oder über Zuganker mit diesem verspannt.
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Die
DE 10 2005 038 583 A1 zeigt ein Pressen-Antriebsmodul, das als eine von der Presse gesonderte bauliche Einheit and das Pressengestell montiert werden kann, um den Pressenstößel anzutreiben. Zur Erzeugung der Antriebsbewegung verfügt dieses Pressen-Antriebsmodul über zumindest zwei Antriebseinrichtungen, wobei die Kraft/Weg-Kennlinien der zumindest zwei Antriebseinrichtungen unterschiedlich sind. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste der zwei Antriebseinrichtungen einen an einem Gestell gehaltenen Servomotor auf, der über einen Zahnradtrieb einen Exzenter oder einen entsprechenden Kurbeltrieb antreibt. Die Kurbel ist um eine Achse drehbar und in dem Gestell gelagert. Der Exzenter treibt über ein Pleuel einen Zwischenstößel an, der in dem Gestell geführt ist. Jedoch bietet ein solches Getriebe nur eine wenig präzise Linearführung, da sich der Anlenkpunkt zwischen Pleuel und Zwischenstößel ungeführt innerhalb des Gestells befindet.
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Die
EP 2 105 290 A1 betrifft einen Antrieb für eine Arbeitsmaschine, insbesondere Pressenantrieb, wobei der Antrieb einen Elektromotor, ein Getriebe und eine zwischen Getriebe und Elektromotor angeordnete Bremse aufweist. Bei dem Getriebe handelt es sich um ein Planetengetriebe, umfassend ein Sonnenrad, ein Hohlrad, sowie einen Planetenträger mit einer Anzahl von Planetenrädern. Dieses Planetengetriebe ermöglicht die notwendige Untersetzung der rotatorischen Eingangbewegung, wobei die Umwandlung der rotatorischen Eingangsbewegung in eine translatorische Abtriebsbewegung nach wie vor durch eine im Pressengehäuse integrierte Pressenwelle erfolgt.
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Die Antriebskomponenten können daher nicht ohne weiteres von der Presse abgetrennt werden, um sie beispielsweise unter Einsparung von Stillstandszeit im Stör- oder Wartungsfall schnell gegen ein anderes Antriebssystem auszutauschen, so dass das abmontierte Antriebssystem näher untersucht und dann eventuell extern instand gesetzt oder gewartet werden kann. Das Antriebssystem bildet keine eigene, vom Pressengestell unabhängige Einheit, sondern ist vielmehr integraler Bestandteil des Pressengestells, weshalb im Störfall nicht alle Antriebskomponenten mit einer einzigen einfachen Demontageoperation als ganzes von der Presse abgetrennt werden können. Es können nur einzelne Antriebskomponenten (z. B. nur der Servomotor oder nur der Kurbeltrieb) in aufwendiger Weise vom Pressenständer gelöst werden, was aber eine vorherige Lokalisierung der fehlerhaften Komponente voraussetzt und dementsprechend die Stillstandszeiten im Störfall vergrößert.
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Es ist demzufolge die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebssystem bereitzustellen, welches schnell und einfach von einer Umformmaschine ab- bzw. wieder an diese angebaut werden kann, ohne dass für diesen einfachen An- bzw. Abbau an der Umformmaschine aufwendige konstruktionelle Anpassungen erforderlich sind.
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Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Umformmaschine bereitzustellen, deren Antriebssysteme als Ganzes schnell und einfach von der Umformmaschine ab- und wieder an diese angebaut werden kann, um beispielsweise die im Stör- oder Wartungsfall auftretenden Stillstandszeiten zu minimieren oder um die Anordnung der Antriebssysteme an der Umformmaschine in Anpassung an das gewünschte Leistungsprofil bei nur geringer Stillstandszeit ändern zu können.
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Gelöst wird die erstgenannte Aufgabe durch ein modulares Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen dieses Antriebssystems ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11.
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Erfindungsgemäß ist ein separates, modulares Antriebssystem vorgesehen, das die Antriebskomponenten in bzw. an seinem eigenen Gehäuse aufnimmt und lagert. Somit wird durch die vorliegende Erfindung erstmals ein Antriebssystem für eine Umformmaschine bereitgestellt, bei der das Antriebssystem ein vom Gestell der Umformmaschine (z. B. vom Pressengestell) autarkes Antriebsmodul darstellt und somit keine oder nur geringfügige konstruktive Änderungen am Maschinengestell erfordert.
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Das modulare Antriebssystem für eine Umformmaschine beinhaltet für einen Druckpunkt
- – mindestens einen Antrieb zur Erzeugung einer rotatorischen Eingangsbewegung,
- – mindestens eine Bremseinrichtung zur Bremsung der von dem oder den Antrieben erzeugten rotatorischen Eingangsbewegung,
- – mindestens ein Getriebe zur Umwandlung der rotatorischen Eingangsbewegung in eine translatorische Abtriebsbewegung, sowie
- – ein Gehäuse zur Aufnahme und Lagerung des mindestens einen Getriebes mit mindestens einer Eingangsflanschfläche zur Anbindung des oder der Antriebe und mit mindestens einer Ausgangsflanschfläche zur Verbindung mit der Maschine.
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Das als Linearwandler wirkende, mindestens eine Getriebe umfasst eine koaxial zur Antriebsachse verlaufende Kurbelwelle und ein durch die Drehbewegung der Kurbelwelle in eine translatorische Hubbewegung versetztes Pleuel, wobei das Getriebe weiter einen Gabelkopf umfasst, an dem das Pleuel über einen als unteres Endgelenk dienenden Bolzen angreift, und wobei die Außenkontur des Gabelkopfes in einer Linearführung geführt ist.
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Insbesondere aus der zum Beispiel als Rundführung ausbildbaren Linearführung ergibt sich der Vorteil einer Reduzierung der Freiheitsgrade, so dass dadurch ein translatorischer Abtrieb des Getriebes ermöglicht wird, ohne dabei Querkräfte in die Umformmaschine (z. B. in den Stößel einer Presse) einzuleiten. Diese Querkräfte werden allein durch die Linearführung und somit durch das Gehäuse des separaten Antriebssystems aufgenommen.
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Dadurch, dass das aus mehreren rotatorisch und/oder translatorisch bewegten Getriebegliedern bestehende Getriebe in dem Gehäuse des modularen Antriebssystems zur Lagerung aufgenommen ist, ergibt sich nicht nur eine kompakte, modulare Bauform des Antriebssystems, sondern dieses Antriebssystem stellt zudem eine von der übrigen Umformmaschine unabhängige, d. h. autarke, Einheit dar. Da das Gehäuse des modularen Antriebssystems selbst als Träger für die Antriebskomponenten dient, müssen am Gestell der Umformmaschine keine aufwendigen konstruktiven Änderungen vorgenommen werden. Das Gestell der Umformmaschine muss lediglich Flanschflächen aufweisen, die mit den Ausgangsflanschflächen des Gehäuses des Antriebssystems kooperieren, um somit eine Anbindung des modularen Antriebssystems und eine Übertragung des Kraftflusses von diesem auf die bewegten Teile der Umformmaschine (beispielsweise auf einen Pressenstößel) zu erlauben.
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Das modulare Antriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann wahlweise mit zusätzlichen Komponenten ausgestattet sein, wie beispielsweise mit einer Hublagenverstellung zur Anpassung der Hublage an unterschiedliche Werkzeughöhen, mit einer hydraulischen Überlastsicherung zum Schutz der Maschine und des Werkzeugs oder mit einer Kraftmesseinrichtung zur Erfassung des Kraftverlaufes in den jeweiligen Druckpunkten.
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Die im Stand der Technik durch die Integration des oder der Antriebssysteme in das Maschinengestell, insbesondere in das Pressengestell, auftretenden Nachteile können somit ausgeschlossen werden. Vor allem ist es nicht mehr erforderlich, im Pressengestell Lagerstellen für das Antriebssystem vorzusehen, welche beispielsweise in der eingangs genannten
DE 10 2008 034 971 A1 für das Antriebssystem noch notwendig sind.
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Hierdurch ist die erforderliche Fertigungsgenauigkeit im Vergleich mit herkömmlichen Antriebssystemen für Umformmaschinen geringer, so dass die Fertigungskosten erheblich reduziert werden können. Dadurch, dass eine Integration der Antriebssysteme im Maschinengestell nicht notwendig ist, kann somit auch auf die für diese Einbindung notwendigen, konstruktiven Maßnahmen am Gestell verzichtet werden, wodurch die Komplexität der Gestellstruktur deutlich verringert wird. Da das Maschinengestell meist aus besonders großvolumigen und schwer zu handhabenden Bauteilen und Baugruppen besteht, geht eine Verringerung seiner geometrischen Komplexität mit einer deutlichen Reduzierung der für seine Herstellung notwendigen Fertigungsgenauigkeiten und somit auch Fertigungskosten einher.
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Im Stand der Technik hat die integrative Bauweise zur Folge, dass eine Veränderung der Anzahl und/oder der Anordnung der Antriebssysteme an der Umformmaschine nicht ohne weiteres möglich ist, da solche Modifikationen aus strukturmechanischen Gründen und hinsichtlich des notwendigen Bauraums auch gleichzeitig umfangreiche konstruktive Anpassungen am Maschinengestell erforderlich machen würden. Durch das hier vorgeschlagene modulare Antriebssystem ist eine, beispielsweise zur Herstellung unterschiedlicher Produktlinien mit unterschiedlichen Herstellungserfordernissen, notwendige Änderung der Anzahl bzw. Anordnung der Antriebssysteme hingegen problemlos möglich, da die (strukturmechanischen und geometrischen) Auswirkungen solcher Adaptationen auf das Maschinengestell nur begrenzt sind.
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Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Umformmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen dieser Umformmaschine ergeben sich aus den Ansprüchen 13 bis 22.
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Die mehreren Antriebssysteme sind jeweils als separate modulare Baugruppe an der Umformmaschine angebracht. Dadurch, dass von den mehreren Antriebssystemen mindestens ein erstes Antriebssystem über keinen eigenen Antrieb verfügt und die rotatorische Eingangsbewegung dieses ersten Antriebssystems durch den Antrieb eines anderen zweiten Antriebssystems miterzeugt wird, indem das Getriebe des ersten Antriebssystems mit dem Getriebe des zweiten Antriebssystems gekoppelt ist, kann ein Zwei- oder Mehrpunktantrieb auf ökonomische Weise mit nur einem zentralen, von mehreren Antriebssystemen miteinander geteilten Antrieb verwirklicht werden.
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Zudem entsteht ein vollkommen neues Maschinenkonzept. Bedingt durch ihre modulare Bauform müssen die Antriebssysteme nicht länger im Gestell der Umformmaschine angeordnet werden. Somit kann die erfindungsgemäße Umformmaschine (z. B. Umformpresse) deutlich einfacher gestaltet werden. Die Maschinenstruktur muss lediglich eine oder mehrere Anbindungsmöglichkeiten aufweisen. Diese Anbindungsmöglichkeiten, welche beispielsweise in Form entsprechender Flanschflächen realisiert sein können, dienen dazu die vom Antriebssystem bereitgestellte lineare Bewegung in kraft- und/oder formschlüssiger Weise an die anzutreibenden Teile der Umformmaschine (z. B. an einen Pressenstößel) zu übertragen.
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Wird als Umformmaschine eine Mehrpunktpresse verwendet, dann kann diese Mehrpunktpresse an jedem ihrer Krafteinleitungspunkte mit einem solchen separaten modularen Antriebssystem ausgestattet werden. Diese mehreren Antriebssysteme können zur Synchronisierung ihrer eingeleiteten Bewegungen auf einfache Weise miteinander gekoppelt werden, zum Beispiel über eine mechanische und/oder elektrische Welle, so dass die Möglichkeit zum Anbau mehrerer Antriebssysteme an eine Presse in jedem Fall gegeben ist.
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Auch die Anordnung der Antriebssysteme an einer als Presse ausgebildeten Umformmaschine ist keinen Beschränkungen unterworfen. So können die Antriebssysteme am Kopfstück der Presse mit der Abtriebsbewegung nach unten (drückender Stößel) oder am Pressentisch mit der Abtriebsbewegung nach oben (ziehender Stößel) angeordnet werden.
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Die erfindungsgemäße Umformmaschine zeichnet sich durch ihre große Flexibilität und Wandelbarkeit aus. Indem die mehreren Antriebssysteme jeweils als separate modulare Baugruppe an der Umformmaschine angebracht sind, wird eine leicht an sich jeweils ändernde Anforderungen anpassbare Umformmaschine bereitgestellt. Der Einsatz eines „integrierten Antriebssystems” hingegen, legt das Leistungsprofil der Umformmaschine für die Zukunft fest, da eine Änderung des Antriebssystems (z. B. hinsichtlich seiner Lage oder seiner geometrischen bzw. leistungsmäßigen Dimensionierung usw.) ohne wesentliche Eingriffe in die Maschinenstruktur nicht mehr möglich ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Umformmaschine können aber bei Erfüllung entsprechender einfacher konstruktiver Voraussetzungen eine oder mehrere modulare Antriebssysteme unterschiedlich und auch nach einer gewissen Betriebsdauer neu angeordnet werden. Im Falle einer als Presse ausgebildeten Umformmaschine können diese konstruktiven Voraussetzungen als im Pressengestell sowie im Pressenstößel vorgesehene Flanschflächen zur Anbindung der Ausgangsflanschflächen des Getriebegehäuses und des Getriebeabtriebs, als Durchbrüche, oder als sonstige form- bzw. kraftschlüssige Verbindungen realisiert sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung in unterschiedlichen Ausführungen anhand von fünf Abbildungen beispielsweise erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen modularen Antriebssystems für eine Umformmaschine,
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2a bis 2f unterschiedliche Anordnungen von Antrieb, Bremseinrichtung und Planetengetriebe in einem erfindungsgemäßen modularen Antriebssystem,
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3a und 3b unterschiedliche Antriebsanordnungen des modularen Antriebssystems bei zwei Druckpunkten,
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4a und 4b Kopfstück einer erfindungsgemäßen Presse in Draufsicht mit unterschiedlicher Gestaltung der Anbindungsbereiche für das oder die modularen Antriebssysteme,
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5 Pressentisch einer erfindungsgemäßen Presse in Draufsicht mit zwei angebrachten modularen Antriebssystemen.
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In 1 ist in einer schematischen Längsschnittansicht der Aufbau eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines modularen Antriebssystems M für eine Umformmaschine dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Antriebssystem M mit den zusätzlichen Komponenten Linearführung 2.3, Hublagenverstelleinrichtung 7.1, 7.2, 7.3, hydraulische Überlastsicherung 8 und Kraftmesseinrichtung 9 ausgestattet, auf die jedoch in Teilen oder im Ganzen auch verzichtet werden kann.
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Zur Erzeugung einer rotatorischen Eingangsbewegung weist das modulare Antriebssystem M einen Antrieb 5 auf. Bei dem Antrieb 5 handelt es sich vorzugsweise um einen elektronisch geregelten Antrieb (Servoantrieb). Somit kann eine rotatorische Eingangsbewegung mit konstanter Drehzahl oder mit einem anderen vorwählbaren Drehzahlprofil eingestellt werden. Auch kann durch Drehrichtungsumkehr am Antriebsmotor 5 eine pendelnde Bewegung erzeugt werden.
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Die rotatorische Eingangsbewegung des geregelten Antriebs 5 wird auf eine Kurbelwelle 4.1 übertragen. Die Kurbelwelle 4.1 ist hierzu mit der Antriebswelle 5.3 des Antriebs 5 durch nicht näher dargestellte form- und/oder kraftschlüssige Übertragungsmittel verbunden. Die Antriebsachse A und die Längsachse der Kurbelwelle 4.1 verlaufen zueinander koaxial.
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Die Kurbelwelle 4.1 erstreckt sich im Inneren eines Getriebegehäuses 1 und ist mittels Radiallagern 2.2 in gegenüberliegenden Seitenwänden 1.1, 1.2 dieses Gehäuses 1 gelagert, während der Antrieb 5 außen an der gemäß 1 rechten Seitenwand 1.2 des Getriebegehäuses 1 über eine Eingangsflanschfläche 2.1 angeflanscht ist.
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Die Kurbelwelle 4.1 weist zentral (und somit im Gehäuseinneren) ein relativ zu den beiden Hauptlagern 2.2 radial versetztes Pleuellager 4.5 auf, wobei ein Pleuel 4.2 über dieses Pleuellager 4.5 mit der Kurbelwelle 4.1 verbunden ist. Durch die Drehbewegung der Kurbelwelle 4.1 wird somit das Pleuel 4.2 in eine vertikale Hubbewegung versetzt.
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Das Pleuel 4.2 ist mit einem weiteren Abtriebsglied 4.3 des Getriebes 4 verbunden, welches in einer Linearführung 2.3 geführt ist. Auf diese Weise wird die translatorische Hubbewegung des Abtriebsglieds 4.3 vorteilhaft als zwangsgeführte Bewegung ausgeführt, wobei die Querkräfte vom Gehäuse 1 des Antriebssystems M aufgenommen werden.
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Das die translatorische Hubbewegung ausführende Abtriebsglied 4.3 besteht aus einem Gabelkopf, an dem das Pleuel 4.2 über einen als unteres Endgelenk dienenden Bolzen 4.4 angreift. Die Außenkontur dieses Gabelkopfes 4.3 ist wiederum passgenau in einer als Linearführung 2.3 dienenden Gehäusebohrung verschiebbar aufgenommen.
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An dieses vorgeschilderte lineare Abtriebsglied 4.3 des Getriebes 4 schließt sich unterseitig eine Gewindespindel 7.1 an, die sich vertikal aus dem Getriebegehäuse 1 heraus erstreckt, wobei auf diesem heraustretenden Teil der Gewindespindel 7.1 wiederum eine Spindelmutter 7.2 drehbar gelagert ist. Die Spindelmutter 7.2 ist mit einem Schneckengetriebeantrieb 7.3 gekoppelt, so dass sie von diesem Antrieb 7.3 in Drehbewegung versetzt werden kann, wodurch eine Hublagenverstellung, beispielsweise zur Anpassung an unterschiedliche Werkzeughöhen der Umformmaschine, erreicht wird.
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An die mit dem Schneckengetriebeantrieb 7.3 gekoppelte, drehbare Spindelmutter 7.2 der Hublagenverstelleinrichtung 7 ist in vertikaler Richtung unterseitig eine hydraulische Überlastsicherung 8 angeschlossen, die die Umformmaschine vor einer Überlastung schützen soll. Diese hydraulische Überlastsicherung 8 ist wiederum unterseitig mit einer Kraftmesseinrichtung 9 zur Erfassung des Kraftverlaufes in den Druckpunkten der Umformmaschine verbunden.
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Diese Kraftmesseinrichtung 9 ist schließlich mit dem zu bewegenden Teil der Umformmaschine verbunden, beispielsweise im Fall einer Presse mit dem Pressenstößel. Hierzu weist die Kraftmesseinrichtung 9 auf ihrer freien Unterseite eine Ausgangsflanschfläche 10 auf, die mit einer beispielsweise am Pressenstößel vorgesehenen Flanschfläche verbunden wird, um die Übertragung der linearen Hubbewegung vom Antriebssystem M auf den Pressenstößel zu ermöglichen.
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Auf der Unterseite des Getriebegehäuses 1 ist eine weitere Ausgangsflanschfläche 3.1 des Antriebssystems M ausgebildet. Über diese Flanschfläche 3.1 wird das Getriebegehäuse 1 direkt an das Gestell der Umformmaschine, beispielsweise an das Pressengestell, angeflanscht.
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Das Getriebegehäuse 1 erfüllt somit mehrere Funktionen. Zum einen beinhaltet es die rotatorisch und translatorisch bewegten Getriebeglieder 4.1, 4.2, 4.3 des Getriebes 4 und weist mehrere Lagerstellen 2.2, 2.3 zur Lagerung dieser Getriebeglieder 4.1, 4.2, 4.3 auf und zum anderen bietet es eine Ausgangsflanschfläche 3.1, 3.2 zur Anbindung an das Gestell der Umformmaschine, sowie eine Eingangsflanschfläche 2.1 zur Anbindung eines geregelten rotatorischen Antriebs 5 und einer entsprechenden Bremseinrichtung 6.
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Das in 1 dargestellte modulare Antriebssystem M für eine Umformmaschine stellt daher eine in sich geschlossene und autarke (d. h. von der übrigen Umformmaschine unabhängige) Antriebsbaugruppe dar. Die vorerläuterten Ausgangsflanschflächen 3.1, 3.2, 10 dieses Antriebssystems M (z. B. zum Anschluss an das Gestell und an den Stößel einer Presse) stellen klar definierte, mechanische Schnittstellen dar. Zur Integration dieses Antriebssystems M in die Struktur und das Umfeld einer Umformmaschine ist es demzufolge nur notwendig, die Schnittstellen 3.1, 3.2, 10 mit entsprechend vorgesehenen Schnittstellen an der Umformmaschine zu verbinden. Darüber hinaus muss das Antriebsystem M nur noch mit einer entsprechenden Medienzuführung (beispielsweise für Schmierung, Kühlung, Elektrik usw.) verbunden werden.
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Linearführung 2.3, Hublagenverstelleinrichtung 7, hydraulische Überlastsicherung 8 und Kraftmesseinrichtung 9 stellen Komponenten dar, die das Antriebssystem M zusätzlich zu seiner modularen Bauweise mit weiteren Vorteilen ausstatten, wobei die Anbindung dieser Zusatzkomponenten 2.3, 7, 8, 9 an das übrige Antriebssystem in 1 jedoch lediglich exemplarisch dargestellt ist. Denkbar wäre es auch, diese Komponenten 2.3, 7, 8, 9 ganz oder zum Teil in das Getriebegehäuse 1 oder in den Antrieb 5 zu integrieren oder sie in anderer Reihenfolge anzuordnen.
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In den 1 bis 5 sind identische Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen, wobei zu einer umfassenderen Baugruppe (z. B. Hublagenverstelleinrichtung 7) gehörende Unterkomponenten (z. B. Gewindespindel 7.1) mit einem entsprechenden Bezugszeichen in Form eines Unterpunkts bezeichnet sind. Ebenfalls mit Unterpunkten bezeichnet sind identische Komponenten, die in mehrfacher Form im Antriebssystem M beinhaltet sind (z. B. Antriebssystem M mit zwei Antrieben 5.1, 5.2).
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In den 2a bis 2f werden erfindungsgemäße modulare Antriebssysteme M dargestellt, die sich lediglich in der Anordnung des Antriebs 5, 5.1, 5.2, der Bremseinrichtung 6 und eines zusätzlichen Planetengetriebes 11 voneinander unterscheiden. All diese Anordnungsmöglichkeiten sollen vom Schutzumfang der Erfindung mit umfasst sein. Hierbei kann der geregelte Antrieb 5, 5.1, 5.2 und die Bremseinrichtung 6 auf beiden Seiten 1.1, 1.2 an das Getriebegehäuse 1 angebunden werden. Auch ist es möglich, Antrieb 5 und Bremseinrichtung 6 voneinander getrennt auf unterschiedlichen Seiten 1.1, 1.2 des Getriebegehäuses 1 mit dem Getriebe 4 zu verbinden.
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Optional kann der geregelte Antrieb 5, 5.1, 5.2 durch ein zusätzliches Planetengetriebe 11 untersetzt werden. Dabei kann das Planetengetriebe 11 direkt auf den Eingangsflansch 2.1 des Getriebegehäuses 1 zwischen dem Getriebegehäuse 1 und dem Antrieb 5 zwischengeflanscht werden. Durch die Zwischenschaltung eines Planetengetriebes 11 kann vorteilhafterweise ein höheres Drehmoment bereitgestellt werden. Im Fall einer Presse wird somit durch ein solches Antriebssystem M ein höheres Presskraftangebot ermöglicht.
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In 2a ist das Antriebssystem M mit zwei Antrieben 5.1, 5.2 ausgerüstet, die an einander gegenüberliegenden Gehäuseseiten 1.1, 1.2 jeweils mit den Enden der Kurbelwelle 4.1 direkt verbunden sind. Allerdings weist dieses Antriebssystem M nur eine einzige Bremseinrichtung 6 auf, die auf der linken Gehäuseseite 1.1 an den entsprechenden Antrieb 5.1 gekoppelt ist.
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In 2b weist das Antriebssystem M entsprechend der in 1 dargestellten Grundausführungsform nur einen einzigen Direktantrieb 5 auf. Allerdings ist im Gegensatz zur 1 die Bremseinrichtung 6 auf einer dem Antrieb 5 gegenüberliegenden, linken Gehäuseseite 1.1 angeordnet und dort direkt mit der angetriebenen Kurbelwelle 4.1 verbunden.
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In 2c ist schließlich eine der 1 entsprechende Anordnung von Antrieb 5 und Bremseinrichtung 6 dargestellt. Das Antriebssystem M umfasst nur einen Direktantrieb 5, der zusammen mit der Bremseinrichtung 6 auf einer (hier: der rechten) Gehäuseseite 1.2 angebracht ist.
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Die Anordnung gemäß 2d entspricht weitgehend der Anordnung aus 2b, wobei jedoch der Direktantrieb 5 mit einem Planetengetriebe 11 untersetzt ist. Die Bremseinrichtung 6 ist wie in 2b auf der dem Antrieb 5 entgegengesetzten Seite 1.1 des Gehäuses 1 angebracht.
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Der Direktantrieb 5 des Antriebssystems M gemäß 2e ist ebenfalls mit einem Planetengetriebe 11 verbunden. Allerdings ist die Bremseinrichtung 6 auf derselben (rechten) Gehäuseseite 1.2 wie der Antrieb 5 angeordnet und ist an die freie (rechte) Außenseite dieses Antriebs 5 anmontiert.
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Schließlich ist in 2f der einzige, auf der rechten Gehäuseseite 1.2 angeordnete Antrieb 5 ebenfalls über ein zwischen Gehäuse 1 und Antrieb 5 eingefügtes Planetengetriebe 11 mit dem Hauptgetriebe 4 im Inneren des Gehäuses 1 verbunden. Allerdings bildet die Bremseinrichtung 6 hier keine von außen sichtbare Einheit, sondern ist vielmehr unsichtbar in das Planetengetriebe 11 integriert.
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Die in den 2a bis 2f dargestellten Antriebskonfigurationen können in einer Umformmaschine (z. B. Umformpresse) auch auf beliebige Weise miteinander kombiniert werden. Die Anordnung von Antrieb 5 und Bremseinrichtung 6 kann dabei an die zur Verfügung stehenden Bauraumverhältnisse und an die jeweiligen Anbindungsmöglichkeiten an der Umformmaschine angepasst werden. In den 3a und 3b sind hierzu zwei Beispiele für eine Umformmaschine mit zwei Druckpunkten aufgeführt. Diese Beispiele wurden abgeleitet aus den Anordnungen der 2a bis 2f, so dass prinzipiell auch noch vielfältige andere Möglichkeiten bestehen, zwei Antriebssysteme M1, M2 in einer Umformmaschine miteinander zu kombinieren.
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Die modularen Antriebssysteme M1, M2 sind nicht nur jeweils mit der (nicht dargestellten) Umformmaschine, sondern, um die von diesen Antriebssystemen M1, M2 in die Umformmaschine eingeleiteten Bewegungen miteinander zu synchronisieren, auch untereinander verbunden. Diese Kopplung der modularen Antriebssysteme M1, M2 untereinander kann beispielsweise auf einfache Weise durch eine zusätzliche elektrische oder mechanische Welle 15 erfolgen.
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Gemäß dem in 3b dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch ein Zweipunktantrieb mit nur einem einzigen Motor (geregelten Antrieb 5) möglich. Hierdurch kann ein Zwei- oder Mehrpunktantrieb auf ökonomische Weise mit nur einem zentralen, von mehreren Antriebssystemen M1, M2, ... miteinander geteilten Antrieb 5 verwirklicht werden.
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In 3a beinhaltet der Zweipunktantrieb hingegen zwei Antriebe 5 und zwei Bremseinrichtungen 6, wobei jedes der beiden modularen Antriebssysteme M1, M2 jeweils entsprechend der Grundkonfiguration nach 1 mit einem Antrieb 5 und einer Bremseinrichtung 6 auf jeweils einer Gehäuseseite 1.1, 1.2 ausgestattet ist und wobei diese beiden Antriebssysteme M1, M2 zur Synchronisation elektrisch oder mechanisch miteinander gekoppelt sind.
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Der Zweipunktantrieb nach 3b kommt hingegen mit nur einem einzigen Antrieb 5 und nur einer einzigen Bremseinrichtung 6 aus, wobei das in 3b rechts angeordnete Antriebssystem M2 über keinen eigenen Antrieb verfügt und die rotatorische Eingangsbewegung dieses (passiven) Antriebssystems M2 durch den Antrieb 5 des links dargestellten (aktiven) Antriebssystems M1 miterzeugt wird, indem das Getriebe 4 des linken (aktiven) Antriebs M1 mit dem Getriebe 4 des rechten (passiven) Antriebssystems M2 elektrisch oder mechanisch gekoppelt ist.
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Die prinzipielle Anbindung der modularen Antriebssysteme M an das Kopfstück 14.1 einer Presse ist in den 4a und 4b in zwei jeweils schematischen Draufsichten dargestellt. Das Gestell einer Presse besteht herkömmlicherweise aus einem Kopfstück 14.1, den Seitenständern 14.3 und dem Pressentisch 14.2, wobei ein ein Oberwerkzeug tragender Pressenstößel am Pressengestell linear verschiebbar gelagert und durch einen im Pressentisch 14.2 oder im Kopfstück 14.1 angeordneten Antrieb gegen ein auf dem Pressentisch 14.2 befestigtes Unterwerkzeug bewegbar ist.
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In den 4a und 4b sind die mechanischen Schnittstellen ersichtlich, über die das oder die modularen Antriebssysteme M, M1, M2 an das Kopfstück 14.1 einer Presse angeschlossen werden. Hierfür sind am Kopfstück 14.1 zum einen kreiszylindrische Durchbrüche 12.2, durch die der Abtrieb 16 des Antriebssystems M jeweils im Kopfstück 14.1 der Presse positioniert wird, und zum anderen Flanschflächen 12.1, die jeweils mit den an der Gehäuseunterseite des Antriebssystems M befindlichen Ausgangsflanschflächen 3.1 verbunden werden, vorgesehen.
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Die beiden Ausführungsbeispiele der 4a und 4b unterscheiden sich in der Anzahl ihrer Durchbrüche 12.2, da 4a als Kopfstück 14.1 einer Einpunktpresse nur einen Durchbruch 12.2 zum Einstecken eines Antriebssystems M und 4b als Kopfstück 14.1 einer Zweipunktpresse zwei Durchbrüche 12.2 zum Einstecken von zwei Antriebssystemen M1, M2 aufweist. Die Flanschflächen 12.1 für die Befestigung der jeweiligen Gehäuseunterseiten 3.1 der modularen Antriebssysteme M sind hingegen übereinstimmend als sich parallel zur Pressen-Längsachse L erstreckende, schienenförmige Ausnehmungen ausgestaltet und ebenfalls übereinstimmend oberhalb und unterhalb der jeweils zentral auf der Längsachse L liegenden Durchbrüche 12.2 angeordnet.
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Das oder die im Kopfstück 14.1 angeordneten Antriebssysteme M, M1, M2 üben während des Umformprozesses jeweils eine drückende Kraft auf den Pressenstößel aus. Hierzu wird die gemäß 1 an der Kraftmesseinrichtung 9 angeformte Ausgangsflanschfläche 10, die mit dem eine lineare Hubbewegung vollziehenden Abtriebsglied 4.3 des Getriebes 4 gekoppelt ist, jeweils durch einen Durchbruch 12.2 des Kopfstückes 14.1 eingeführt, um mit einer korrespondierenden (nicht dargestellten) Flanschfläche am oberen Ende des Pressenstößels zur Übertragung der translatorischen Hubbewegung form- und/oder kraftschlüssig verbunden zu werden.
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Die Ausrichtung der rotatorischen Antriebsachse A des modularen Antriebssystems M kann parallel zur Längsachse L oder parallel zur Querachse Q erfolgen. Da die Abtriebsachse Z in jedem Fall senkrecht zur Antriebsachse A verläuft, sind beide Ausrichtungen (in Längs- oder in Querrichtung L, Q) des Antriebssystems M ohne Einfluss auf seine Funktionstauglichkeit und daher frei wählbar (z. B. in Anpassung an den zur Verfügung stehenden Einbauraum).
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Die prinzipielle Anbindung der modularen Antriebssysteme M1, M2 an den Pressentisch 14.2 ist in 5 dargestellt. Der Pressentisch 14.2 ist hier ebenfalls in einer schematischen Draufsicht gezeigt, jedoch sind hier im Gegensatz zu den 4a und 4 b die modularen Antriebssysteme M1, M2 im eingebauten Zustand mit dargestellt, so dass die Anbindungsflächen 13.1 am Pressentisch 14.2 teilweise von ihnen verdeckt werden. Die modularen Antriebssysteme M1, M2 werden jeweils seitlich am Pressentisch 14.2 zwischen den in Querrichtung Q einander gegenüberliegenden Seitenständern 14.3 eingebaut, indem die Antriebssysteme M1, M2 mit auf dem Pressentisch 14.2 befindlichen Flanschflächen 13.1 verbunden werden. Die Abtriebsachse Z verläuft hier aber in jedem Fall vertikal aus der Zeichnungsebene der 5 heraus, so dass von der mit dem Abtriebsglied 4.3 verbundenen Ausgangsflanschfläche 10 des Antriebssystems M1, M2 jeweils eine ziehende Umformkraft auf den Pressenstößel ausgeübt wird.
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Auch bei einer Anordnung am Pressentisch 14.2 kann die Ausrichtung der Antriebsachse A des Antriebssystems M1, M2 in einer Richtung parallel zur Längsachse L der Presse oder in einer Richtung parallel zur Querachse Q der Presse erfolgen. In 5 sind die Antriebssysteme M1, M2 jeweils passgenau zwischen die vertikalen Seitenständer 14.3 der Presse eingefügt, so dass die Ausrichtung der Antriebsachse A vorzugsweise in Längsrichtung L der Presse erfolgen wird, da den Antrieben 5 hier genügend Einbauraum zur Verfügung steht und die Antriebe 5 problemlos auch seitlich aus dem Pressengestell 14.1, 14.2, 14.3 hervortreten können.
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Ein Einpunktantrieb bei einer Anbindung an den Pressentisch 14.2 ist nicht möglich. Da die Antriebssysteme M1, M2 hier nur seitlich am Pressentisch 14.2 angebracht werden können, um den Umformvorgang nicht zu beeinträchtigen, müssen mindestens zwei Antriebssysteme M1, M2 vorgesehen werden, um eine gleichmäßige Zugkraft auf den Pressenstößel zu übertragen, ohne dass dabei ein mit der außermittigen Belastung verbundenes Kippen des Stößels auftritt.
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Das modulare Antriebssystem M1, M2 ist in 5 im Gegensatz zur kopfstückseitigen Montage gemäß den 4a und 4b nicht mit seiner an der Gehäuseunterseite ausgebildeten Ausgangsflanschfläche 3.1, sondern mit seiner an der Gehäuseoberseite ausgebildeten Ausgangsflanschfläche 3.2 auf den Pressentisch 14.2 montiert. Die größtenteils verdeckten Flanschflächen 13.1 am Pressentisch 14.2 für die Befestigung der modularen Antriebssysteme M1, M2 sind wie in den 4a und 4b als zwei oberhalb bzw. unterhalb der Längsachse L angeordnete, schienenförmige Ausnehmungen ausgebildet, wobei jedoch im Gegensatz zu den Kopfstücken 14.1 keine Durchbrüche 12.2 in den Pressentisch 14.2 eingebracht sind, da die Abtriebsachse Z mit der stößelseitigen Ausgangsflanschfläche 10 nach oben (aus der Zeichnungsebene heraus) gegen den Stößel ausgerichtet ist.
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Der große Vorteil der Erfindung liegt in der Modularität des Antriebssystems M, da diese Modularität es gestattet, das Antriebssystem M an unterschiedlichen (z. B. hinsichtlich ihrer Art, Größe, Form...) Umformmaschinen nach dem „Stecker-Steckdose”-Prinzip universell einzusetzen, so lange diese Umformmaschinen, wie im Zusammenhang mit den 4a, 4b und 5 bereits erläutert, mit einfach gestalteten Anschlüssen versehen sind.
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Die Anwendung im Pressenbau, insbesondere im Servopressenbau, ist zwar durch das große Einsatzgebiet solcher Maschinen bevorzugt, jedoch soll die vorliegende Erfindung keineswegs auf diesen Bereich beschränkt sein. Prinzipiell kann das erfindungsgemäße modulare Antriebssystem M bei allen Umformmaschinen zur Anwendung gelangen, die eine geregelte Vorschubachse aufweisen, so beispielsweise auch zum Antrieb einer Vorschubachse für ein Fügemodul.
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Das modulare Antriebssystem M kann vorteilhafterweise in unterschiedlichsten Anordnungen an der Umformmaschine angebracht sein, so dass beispielsweise ein drückender Zweipunktantrieb (4b), ein ziehender Zweipunktantrieb (5) oder ein drückender Einpunktantrieb (4a) mit dem modularen Antriebssystem M verwirklicht werden kann.
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Bei der Antriebseinheit 5 des Antriebssystems M kann es sich um jeden beliebigen elektromechanischen und/oder hydromechanischen Antrieb handeln, wie z. B. um einen Servomotor, einen Torquemotor, einen Segmentmotor, einen Motor mit Supraleitertechnik oder einen Hydromotor, wobei Torquemotoren den Vorteil haben, dass sie als Direktmotoren, d. h. ohne Zwischenglieder wie Getriebe, Riemen oder Kupplungen, direkt auf der Antriebswelle 5.3 montiert werden können, wodurch der Platzbedarf geringer und die Systemsteifigkeit (durch das entfallende Zwischengetriebe) höher wird.
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Zusätzlich zur Linearführung 2.3 kann das modulare Antriebssystem M zur Aufnahme der Querkräfte eine Plungerführung umfassen, in der ein Plunger linear verschiebbar eingesetzt ist, wobei dieser Plunger wiederum mit den translatorisch bewegten Abtriebsgliedern 4.3 des Hauptgetriebes 4 verbunden ist. Auf diese Weise kann die Präzision der Stößelbewegung weiter verbessert werden.
