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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft die Verwendung von Daten des Kraftflusses in einer Presse für den Betrieb eines Stößels, wobei die Presse mindestens eine über mindestens einen Antriebsstrang verbundene, eine Kraft erzeugende Antriebseinrichtung, mindestens den einen Hub ausführenden und die Kraft übertragenden, mindestens ein Werkzeugoberteil aufnehmenden Stößel und mindestens ein dem Stößel und dem korrespondierenden Werkzeugoberteil zugeordnetes Werkzeugunterteil umfasst, und zwischen Werkzeugunterteil und Werkzeugoberteil ein Werkstück oder Material bearbeitet oder verformt wird.
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Im Sinne dieser Erfindung werden als gattungsgemäße Pressen solche mit Oberantrieb oder mit Unterantrieb verstanden, jedoch spezielle Verwendungen unterschieden.
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Stand der Technik
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Derartige Pressen sind als Ausführungen mit Oberantrieb oder Unterantrieb für den Stößel bekannt. Z.B. kann das jeweilige Element des mit dem Stößel verbundenen und diesen betreibenden Antriebstrangs bei einem Unterantrieb als Zugstange/Zugpleuel oder bei einem Oberantrieb als Gewindespindel oder direkt eine Kraft erzeugendes Element wie Kolben-/Zylindereinheit ausgeführt sein.
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So kann z.B. bei Pressen mit Unterantrieb der Stößel über Zugstangen - auch in Verbindung mit einem Zugpleuel - oder über Gewindespindeln als Zugelemente von einer kompakten Antriebseinheit in einem Unterbau der Presse angetrieben werden.
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Unabhängig von der Art des Antriebs können infolge von im Bearbeitungsprozeß wirkenden außermittigen Kräften Schrägstellungen des Stößels auftreten. Regelmäßig wird aber ein Parallel-Lauf des Stößels zum Unterbau angestrebt.
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Bisher finden für einen angestrebten Parallelbetrieb unterschiedliche Lösungen Anwendung, die im Wesentlichen durch entsprechende Aufwendungen im Antrieb des Stößels oder durch unterschiedliche Ausführungen der Stößelführung realisiert werden.
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Es hat sich Beispielsweise gemäß
AT 215 257 B nachteilig herausgestellt, dass eine aufwendige, aber weich reagierende Hebelkinematik für eine Übertragung außermittiger Kräfte ineffizient ist. Die relativ vielen beweglichen Maschinenelemente schaffen nur kleine Ausgleichbewegungen für einen effizienten Stößelhub, wenn hohe Preßkräfte zu übertragen sind.
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Pressen - sowohl mit Oberantrieb als auch mit Unterantrieb - sollen jedoch dahingehend ausgelegt werden, dass sie einen optimierten Kraft- und Wegeverlauf des Stößels und dessen Hub gewährleisten und entsprechend den Bearbeitungserfordernissen differenziert agieren können. Von Normallagen abweichende Stellungen von einzelnen Machinenelementen wie auch des Stößels sollen kräftemäßig möglichst das Konstruktionssystem aufnehmen oder ausgleichen können, um einerseits aufwendige Ausführungen der Stößelführung zu vermeiden und andererseits den Bearbeitungsprozeß zu gewährleisten.
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Es wurde schon nach einem internen Stand der Technik vorgeschlagen, mittels einer Steuer-und Regeleinrichtung Werte aus Betriebszuständen im System der Presse bei der Bearbeitung des Werkstücks aufzunehmen und entsprechend einer Funktion zu Daten auszuwerten, die auch für Ausgleichbewegungen des Stößels bedingt verwendbar sind. Somit kann die Presse nach einem für das Werkstück erforderlichen Kräftesystem gesteuert oder geregelt betrieben werden.
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In gattungsgemäßen Pressen ist auch der Ziehvorgang mittels z.B. so genannter Zieheinrichtungen und Ziehkissen ausschlaggebend für Beeinflussungen auf die Stellungen des Stößels betreffend seine horizontale Lage.
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Es wurden schon bei einer Stanzpresse gemäß
EP 2 008 799 A1 mit einem Unteranrieb der Stößel über Zugsäulen (analog Zugstangen) mit einem unterhalb der Bearbeitungsebene angeordneten Antriebsmechanismus mit Kurbelwelle und Pleuel angetrieben. Hierbei sollen durch einen speziellen Übertragungsmechanismus und einer Aufteilung der Stößelkräfte Lagerbelastungen reduziert und eine hohe Präzision bei hohen Stanzfrequenzen erreicht werden. Jedoch sind von der Horizontalen abweichende Lagen des Stößels nicht ausgleichbar.
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Im Hinblick auf aktuelle Anforderungen an Pressen müssen im Prozeß auftretende sowohl ungewollte als auch gewollte Ausgleichbewegungen möglich sein. Damit soll den Bedingungen eines praktischen Betriebes zur Erzielung eines Gleichlaufes oder von Ausgleichbewegungen des Stößels während mindestens eines Teilweges seiner Hübe entsprochen werden.
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So gilt das bei Pressen mit Unterantrieb auch für den Bereich der Anlenkungspunkte der Zugstangen an dem Stößel, die am Stößel regelmäßig als lösbare, starre Verbindungen ausgeführt sind.
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Es wurde bereits vorgeschlagen (
WO 2012/041313 ), trotz auftretender symmetrischer Kräfte, wie z. B. auch in einer Ziehkisseneinrichtung über getrennt betriebene, Zugstangen aufweisende Antriebsstränge mit unabhängigen Krafteinleitungen in den Stößel, eine originär gewollte Bewegung des Stößels sowie parallele Bewegung des Werkzeugoberteils zum Werkzeugunterteil bewirkende Führung zu sichern. Einerseits können damit eine Schrägstellung des Stößels als auch unterschiedliche Auftreffschläge des Stößels vermieden und andererseits die Schrägstellung des Stößels gezielt herbeigeführt werden.
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Somit wurde bereits vorgegeben, asymmetrisch wirkende Kräfte des Stößels vorteilhaft anzuwenden und den Stößel parallel auf die z.B. Ziehkisseneinrichtung auftreffen zu lassen oder bei Nichtvorhandensein einer Ziehkisseneinrichtung den Stößel mit dem Werkzeugoberteil parallel auf das Werkzeugunterteil aufsetzend zu fahren. Dafür sollen die z.B. zwei Antriebsstränge unterschiedlich weit in Richtung unterer Totpunkt bewegt werden, ohne diesen jedoch zu erreichen. Danach erfolgt eine Reversierung (Drehrichtungsumkehr des Antriebes) und das Hochfahren des Stößels.
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Alternativ dazu kann sogar ein Antriebsstrang durch den unteren Totpunkt durchfahren und ohne Reversierung wieder zum oberen Totpunkt gefahren werden, wohingegen der andere Antriebsstrang vor Erreichen des unteren Totpunkts mit Reversierung wieder zum oberen Totpunkt fährt. Für die Erzeugung der tatsächlich wirksam werdenden Kraft ist dann die jeweilige Stellung des jeweiligen Antriebsstranges entscheidend.
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Aus
DE 196 42 587 A1 wurde eine Mehrpunktpresse mit hydraulischen Druckkissen und invers einstellbaren Federsteifen der Druckpunkte zur Kompensation der Stößelschrägstellung bekannt, um eine Stößelparallelhaltung an Pressen so auszubilden, dass sie Anforderungen, wie
- - Reaktion auf außermittige Belastungen ohne Verzögerung,
- - präzise Funktion,
- - hohe Zuverlässigkeit,
- - einfacher, kostengünstiger Aufbau
gerecht wird.
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Damit soll bei mechanisch angetriebenen Mehrpunktpressen mit außermittig ablaufenden Arbeitsvorgängen eine sich infolge der Kippung zwischen Tisch und Stößel oder außermittigen Stößelbelastung ergebende Prozeßstörung vermieden werden.
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Diese Erfindung zielt allein darauf ab, die Schrägstellung des Stößels derart zu kompensieren, dass weitgehend eine zum Pressentisch exakt parallele Stößelbewegung gewährleistet werden kann.
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Das Lösungsprinzip umfasst demnach
- - eine Stößelparallelhaltung an Mehrpunktpressen mit hydraulischen Druckkissen, wobei die Federsteifen in den Druckpunkten so verändert werden, dass infolge außermittiger Belastung auftretende unterschiedliche Längsverformungen von Gestell und Pleuel durch eine Verminderung der Steife des oder der zugehörigen Druckkissens kompensiert werden,
- - dafür die Federsteife der Druckpunkte der Presse so eingestellt wird, dass sich die aus den Federsteifen der einzelnen Druckkissen der Presse sowie aus den Federsteifen der zugehörigen elastisch verformten Maschinenteile summierten Gesamtfedersteifen der Druckpunkte und die von den einzelnen Druckpunkten der Presse zu übertragenden Kräfte umgekehrt proportional zueinander verhalten und
- - das oder die geringer belasteten Druckkissen mit einem Druckspeicher, insbesondere einem Kolbenspeicher, verbunden ist und der Vorspanndruck des Druckspeichers, insbesondere der Gasdruck des Kolbenspeichers entsprechend der gewünschten Verminderung des Steife des zugehörigen Druckkissens eingestellt wird.
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Mit der Zusammenschau der Lösungen nach diesem Entwicklungsstand ist das Problem „Stößelschrägstellung/Stößelparallelhaltung“ nur scheinbar gelöst.
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Insbesondere die in der
DE 196 42 587 A1 angegebene Lösung zeigt dem Fachmann nachteilig auf, dass diese nur in einer Presse anwendbar ist, die über einen Antrieb betrieben wird und sich der Antrieb über eine Leistungsverzweigung auf mehrere Druckpunkte verteilt. Damit ist es nicht möglich, über Steuerungen und Regelungen des Antriebs in irgendeiner Weise auf den gleichförmigen oder ungleichförmigen Prozess des Umformens Einfluss zu nehmen.
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Abgesehen von dieser Vorausschau gemäß den - auch in der
WO 2012/041313 - vorgeschlagenen Lösungen kamen bisher in Pressen für Ausgleichbewegungen z. B. Gleitführungen zur Anwendung, die nicht einstellbar oder nur in mehreren Achsen einstellbar sind. Alternativ dazu werden auch aufwendige Rollenführungen (Wälzlagerführungen) - sogar aufwendig vorgespannt - eingesetzt.
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Um aber eine Beschädigung dieser technischen Einrichtungen bei unvorhergesehenen Betriebszuständen zu verhindern, werden wiederum - zumindest zum Teil - sehr aufwendige Schutzmechanismen zur Verhinderung von Überlastungen installiert.
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Die Erfindung geht davon aus, dass auf all diese Aufwendungen und Einrichtungen, wie Führungs- und Schutzeinrichtungen verzichtet werden kann, wenn die gewünschte Parallelbewegung des Stößels durch gesteuerte und geregelte Antriebsmotoren gewährleistet werden kann. Im Falle von Fehlfunktionen Schief- oder Schrägstellungen des Stößels sollen diese auch zugelassen werden können.
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Zugleich schält sich dabei das Problem heraus, eine Abweichung von der gewünschten Parallelbewegung des Stößels wie seine Schief- oder Schrägstellung auch gezielt vorzugeben, wenn es für den Prozess zweckdienlich ist, und derartige Lagen des Stößels mittels Elemente der Antriebe herbeizuführen.
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Darlegung des Wesens der Erfindung
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Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine in den eingangs beschriebenen Gattungen von Pressen, d.h. sowohl mit Oberantrieb als auch mit Unterantrieb bei asymmetrisch auftretenden Presskräften wie auch Ziehkissenkräften eine ungewollte wie aus Fehlfunktionen resultierende Schrägstellung des Stößels zuzulassen oder dieser entgegenzuwirken oder eine gewollte Schrägstellung des Stößels mit baulichen Elementen einzusteuern, wofür Daten des Kraftflusses in einer Presse für den Betrieb des Stößels zu verwenden sind, ohne aufwändige Schutzmechanismen einzusetzen.
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Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von dem Wirken des Hookeschen Gesetzes im Konstruktionssystem einer Presse aus. Demnach erzeugt eine Schrägstellung des Stößels aufgrund von außermittigen Kräften unterschiedliche Belastungen der im Kraftfluss befindlichen Teile, die sich entsprechend dem Hookeschen Gesetz in Abhängigkeit der wirkenden Kraft unterschiedlich dehnen oder auffedern oder bewegen.
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Zwar wurden derartige Kräfte an Bauteilen der Presse bisher auch schon erfasst und ausgewertet, jedoch nur für die unmittelbare Prozessüberwachung der Umformung des Werkstückes zwischen dem Werkzeugoberteil und dem Werkzeugunterteil und im Hinblick auf die Belastung der Presse und in den Werkzeugen, um Überbelastungen/Belastungen zu kontrollieren.
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Lösung
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 17 gelöst. Die Erfindung wird in zwei Lösungsvarianten offenbart, wobei berücksichtigt wird, dass eine sich anbahnende Schrägstellung des Stößels aufgrund von außermittigen Kräften unterschiedliche Belastungen der im Kraftfluss befindlichen Teile bewirkt, die sich entsprechend dem Hookeschen Gesetz in Abhängigkeit der wirkenden Kraft unterschiedlich dehnen oder auffedern oder bewegen.
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Die erste erfindungsgemäße Lösungsvariante verwendet darüber hinausgehend gemäß Anspruch 1 die Daten dieser unterschiedlichen Aufdehnung oder Auffederung oder Bewegung der Bauteile und der Presse im Kraftfluss der Presse für den Betrieb eines Stößels
- - wobei die Presse mindestens eine, mit mindestens über einen Antriebsstrang verbundene, eine Kraft erzeugende Antriebseinrichtung, mindestens den einen Hub ausführenden und die Kraft übertragenden, mindestens ein Werkzeugoberteil aufnehmenden Stößel, und mindestens ein dem Stößel und dem korrespondierenden Werkzeugoberteil zugeordnetes Werkzeugunterteil aufweist, welche Teile der Presse den Kraftfluß von der Antriebseinrichtung zum Werkzeugoberteil herstellen,
- - wobei zwischen Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil ein Werkstück oder Material bearbeitet oder verformt wird und der Stößel mit dem Werkzeugoberteil zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt in mindestens einem reversierenden einzelnen Hub oder den unteren Totpunkt und den oberen Totpunkt durchlaufenden Hüben auf das Werkzeugunterteil aufsetzend gefahren wird,
derart, dass
- - die Daten von infolge außermittigen Kräften auftretenden unterschiedlichen Belastungen der an dem Kraftfluss beteiligten Teile, welche Kräfte entsprechend dem Hookeschen Gesetz eine Aufdehnung oder Auffederung oder Bewegung der beteiligten Teile hervorrufen, erfasst und in einer Beziehung zur Antriebseinrichtung und zur Lage des Stößels ausgewertet werden,
- - wonach für den Betrieb
- o eine Schrägstellung des Stößels zugelassen oder
- o einer Schrägstellung des Stößels entgegengewirkt oder
- o eine Schrägstellung des Stößels eingesteuert wird, wobei
- - eine Steuer- und Regeleinrichtung die Daten der am Kraftfluss beteiligten Teile, mindestens umfassend Antriebseinrichtung, Antriebsstrang und Stößel, erfasst und benannte Charakteristika der Schrägstellung des Stößels durch die mindestens eine gesteuerte und geregelte Antriebseinrichtung herbeiführbar wird.
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Nach Anspruch 2 verwendet die zweite Lösungsvariante besagte Daten des Kraftflusses einer Presse für den Betrieb eines Stößels,
- - wobei die Presse mindestens eine, in einem Unterbau, angeordnete und mit mindestens über einen Antriebsstrang verbundene, eine Kraft erzeugende Antriebseinrichtung, mindestens den einen Hub ausführenden und die Kraft übertragenden, mindestens ein Werkzeugoberteil aufnehmenden Stößel, mindestens ein mittels einer Zugverbindung oder Druckverbindung an dem Stößel angreifendes Zugelement oder Druckelement zur Übertragung des Antriebs für den Hub des Stößels und mindestens ein dem Stößel und dem korrespondierenden Werkzeugoberteil zugeordnetes Werkzeugunterteil aufweist, welche Teile der Presse den Kraftfluß von der Antriebseinrichtung zum Werkzeugoberteil herstellen,
- - wobei zwischen Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil und ein Werkstück oder Material bearbeitet oder verformt wird und der Stößel mit dem Werkzeugoberteil zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt in mindestens einem reversierenden einzelnen Hub oder den unteren Totpunkt und den oberen Totpunkt durchlaufenden Hüben auf das Werkzeugunterteil aufsetzend gefahren wird,
derart, dass
- - die Zugverbindung mit dem Zugelement oder die Druckverbindung mit dem Druckelement am Stößel in einem eine Schrägstellung des Stößels zulassenden Zug-/Druckpunkt gelagert ist,
- - Daten des dort wirkenden Kraftflusses einer Aufdehnung oder Auffederung oder Bewegung im Bereich des Zug-/Druckpunktes oder des Zugelementes oder des Druckelementes erfasst und in einer Beziehung zur Antriebseinrichtung und zur Lage des Stößels ausgewertet werden,
- - wonach für den Betrieb
- o eine Schrägstellung des Stößels zugelassen oder
- o einer Schrägstellung des Stößels entgegengewirkt oder
- o eine Schrägstellung des Stößels eingesteuert
wird.
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Nach Anspruch 3 kann die Ausbildung des Zugelementes als Zugstange oder Zugspindel und nach Anspruch 4 die Ausbildung des Druckelementes als Pleuel oder Spindel oder Kolben-/Zylindereinheit erfolgen.
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Gemäß Anspruch 5 wird für die zweite Variante zweckmäßig im Zug-/Druckpunkt eine, einander kalottenförmig korrespondierende, je eine konvexe Kugelsegmentauflage und eine konkave Kugelsegmentauflage, eine gelenkartig veränderbare Lagerung des Zugelementes oder Druckelementes zulassende Anordnung der Zugverbindung oder der Druckverbindung verwendet, wobei Ausgleichkräfte/-bewegungen von den Kugelsegmentauflagen aufgenommen werden.
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Alternativ kann nach Anspruch 6 im Zug-/Druckpunkt eine eine veränderbare Stellung aufgrund von zulässigen Elastizitäten des Zugelementes oder Druckelementes zulassende lösbare oder unlösbare oder starre Ausbildung der Zugverbindung oder der Druckverbindung verwendet werden, wobei dann Ausgleichkräfte/-bewegungen von dem Zugelement oder Druckelement elastisch aufgenommen werden .
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Entsprechend Anspruch 7 werden die Daten in einer Beziehung gemäß der Hookeschen Funktion F= D × Δ ausgewertet, wobei F die Kraft, D eine Federkonstante und Δ1 die wegmäßige Ausdehnung oder Auffederung bezeichnen.
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Mindestens ein erstes Mittel wird nach Anspruch 8 für die Aufnahme von Daten eines Weges oder des Hubes betreffend die Lage des Stößels verwendet.
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Nach Anspruch 9 kann mindestens ein zweites Mittel für die Verarbeitung von Daten zu mindestens einem der Zustände oder eine der Funktionen, wie
- - der Lage des Stößels,
- - des Kraftflusses der beteiligten Teile,
- - zur gezielten Schrägstellung des Stößels
vorgesehen werden.
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Nach Anspruch 10 ist mindestens ein drittes Mittel allein für die Aufnahme von Daten des Kraftflusses der beteiligten Teile zuständig.
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Für die Aufnahme der Daten der einer Aufdehnung oder Auffederung oder Bewegung unterliegenden Teile ist nach Anspruch 11 mindestens ein in mindestens einem Teil der Presse angeordnetes, kraft- oder bewegungserfassendes Element vorgesehen, welches vorzugsweise in den kraft- oder bewegungssensiblen Bereichen der Aufdehnung oder Auffederung oder gelenkartig veränderbaren Lagerung des Zugelementes oder Druckelementes angebracht und als Piezoelement, Dehnmeßstreifen o.ä. wirkendes Element ausgeführt ist.
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Gemäß Anspruch 12 verarbeitet die Daten des ersten, zweiten und dritten Mittels eine Steuer-und Regeleinrichtung für mindestens eines der Steuersignale, wie
- o Schrägstellung des Stößels zulassen oder
- o Schrägstellung des Stößels entgegenwirken oder
- o Schrägstellung des Stößels einsteuern zum Betrieb des Stößels.
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Entsprechend Anspruch 13 erfolgt eine Einbeziehung mindestens des ersten Mittels oder des zweiten Mittels oder des dritten Mittels für einen gesteuerten oder geregelten Prozessablauf, wobei eine Beziehung zwischen den mit dem zweiten Mittel oder dritten Mittel verarbeiteten Daten auftretender Umformkräfte und der mit dem ersten Mittel oder dem zweiten Mittel ermittelten Daten der Lage des Stößels hergestellt wird.
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Nach Anspruch 14 können im Prozeßbetrieb als Führungsgrößen die mit dem zweiten Mittel oder dritten Mittel festgestellten Daten und die Daten der mit dem ersten Mittel festgestellten Daten der Lage des Stößels so gesteuert/geregelt werden, dass sich der gewünschte Kraftverlauf/ Kräfteausgleich einstellt.
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Als Führungsgrößen können auch gemäß Anspruch 15 die festgestellten Daten der Lage des Stößels vorgegeben werden, wonach der gewünschte Kraftverlauf/ Kräfteausgleich eingestellt wird.
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Die Führungsgrößen aus den festgestellten Daten des Kraftflusses der beteiligten Teile oder der Umformkräfte und die Führungsgrößen aus den festgestellten Daten der Lage des Stößels können vorteilhaft gemäß Anspruch 16 während des Prozeßbetriebs gewechselt werden. Schließlich ist es zweckmäßig, wenn nach Anspruch 17 die aus den während des Prozesses sich jeweils verändernden Kräften oder Lagen des Stößels resultierenden Daten von mindestens einem der ersten, zweiten und dritten Mittel verarbeitet werden.
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Insgesamt stellt die Erfindung mittels dieser Daten eine Beziehung der jeweiligen Antriebseinrichtung zur überwachten Stellung des Stößels her, wertet diese Beziehung aus und kann eine Schrägstellung des Stößels trotz unterschiedlicher Kräfte und damit unterschiedlichen Auffederungen der Bauteile gezielt dahingehend beeinflussen, dass eine Schrägstellung des Stößels bewusst zugelassen oder der Schrägstellung des Stößels entgegengewirkt oder die Schrägstellung des Stößels in den Betrieb eingesteuert wird.
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Die Erfindung bietet also sowohl für eine gezielte oder zuzulassende als auch für eine aus Fehlfunktionen resultierende Schrägstellung des Stößels die jeweils dem Prozeß dienliche Lösung an.
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Somit ist die Erfindung sowohl für Pressen mit Oberantrieb als auch für Pressen mit Unterantrieb anwendbar, wobei als „quasi sensorische Mittel“ für die Aufnahme von Daten der an dem Kraftfluss beteiligten Teile solche Teile bestimmt werden können, die in vorzugsweise kraftflußrelevanten, bauteilsensiblen Bereichen wie z.B. einer Druck- oder Zugverbindung, je nach Ober- oder Unterantrieb, mit dem Stößel liegen.
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Vorzugsweise für eine Presse mit Unterantrieb ist es zweckmäßig, die im Zug-/Druckpunkt einander kalottenförmig korrespondierende, je eine konvexe Kugelsegmentauflage und eine konkave Kugelsegmentauflage aufweisende Anordnung der Zugverbindung vorzusehen.
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Diese im Zug-/Druckpunkt einander kalottenförmig korrespondierende, je eine konvexe Kugelsegmentauflage und eine konkave Kugelsegmentauflage aufweisende Anordnung kann aber auch für eine Presse mit Oberantrieb als eine Druckverbindung verwendet werden.
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Bei der Realisierung dieser die Erfindung bestimmenden Struktur kann z.B. von einer gattungsgemäßen Presse mit Unterantrieb nach der DE-Anmeldung
WO 2012/041313 ausgegangen werden, die schon Daten für einen kraftoptimierenden Prozeßbetrieb verwendet.
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Bisher betreffen aber diese Daten lediglich
- • einen Wegeverlauf oder eine Position aus dem Hub des Stößels,
- • einen Ist-Wert einer Kraft oder einen kraftäquivalenten Wert in mindestens einem der Antriebselemente der Antriebseinrichtung,
- • Werte einer Leistungsaufnahme, eines Drehmoments, eines Stromes, einer Drehzahl oder eines Drehwinkels mindestens eines Antriebselements wie Motors oder Servomotors,
- • einen Ist-Wert einer Leistung oder eines Leistungsanstiegs im System der Presse, die in einer Steuer-und Regeleinrichtung z.B.
- • zur Veränderung einzuregelnder oder einzusteuernder Werte zum Betreiben der Presse,
- • zum Überlastschutz, Notbetrieb oder zur Stillsetzung der Presse und/oder
- • zum Synchron- oder Asynchronlauf von Antriebselementen der Antriebseinrichtung für den Betrieb der Presse funktional verarbeitet werden.
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In dieses vorbereitete System lässt sich die vorliegende Erfindung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 und den davon abhängigen Merkmalen mit marginalem Aufwand derart einordnen, dass sie technologisch einfach realisierbar wird.
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Im Fall der Verwendung der Erfindung nach den Merkmalen des Anspruchs 2 wird der Bereich der Zugstangenverbindung mit dem Stößel, also der als „quasi sensorisches Mittel“ verwendete Zug-/Druckpunkt für die zu erfassenden Daten mit Dehnmeßstreifen oder Piezoelementen ausgestattet.
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In dieser Hinsicht ist die erfindungsgemäße Ausbildung, nämlich die zum Schutz des mechanischen Aufbaus der Presse und die Ausgleichung asymmetrischer Presskräfte sichernde sowie die Daten der ersten, zweiten und dritten Mittel verarbeitende Steuer- und Regeleinrichtung, ebenfalls in ein - wie bereits vorgeschlagen - ausgestaltetes vorhandenes System integrierbar.
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Somit kann ein gesteuerter oder geregelter Prozessablauf beim z.B. Umformen unter Einbeziehung mindestens des ersten Mittels oder des zweiten Mittels oder des dritten Mittels eingestellt werden. Dabei wird eine Beziehung zwischen den mit dem zweiten Mittel oder dritten Mittel verarbeiteten Daten auftretender Umformkräfte und der mit dem ersten Mittel oder dem zweiten Mittel ermittelten Daten der Lage des Stößels hergestellt.
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Eingedenk des oben dargestellten Problems und der zu lösenden Aufgabenstellung können mit der erfindungsgemäßen Lehre auch gezielt asymmetrische Presskräfte und auch Ziehkissenkräfte über die in beispielsweise einer Presse mit Unterantrieb mit in vier Druckpunkten nicht starr auf den Stößel verbundenen Zugstangen eingeleitet werden, wofür ebenfalls die beweglich in jeweils einer Kalotte mögliche Lagerung und definierbare Schrägstellung des Stößels dient.
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Allgemein werden sich dann mit der Erfindung in gattungsgemäßen Pressen, unabhängig ob Ober- oder Unterantrieb, nach Aufsetzen des Werkzeugoberteil auf einen z.B. WerkstückHalter eines z.B. Ziehkissens oder nach dem Aufsetzen des Stößels auf das Werkzeugunterteil die aus der Schrägstellung resultierenden unterschiedlichen Kräfte entsprechend dem Drehwinkel des Exzenters und der Federkonstante, also dem Hookeschen Gesetz folgend, in der Presse der Maschine besser einstellen lassen.
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Speziell in einer z.B. nach der
WO 2012/041313 ausgeführten Presse mit Unterantrieb wirken bei den dort eingesetzten Zugstangenverbindungen sowohl Druckpunkte als auch entsprechend einer kinematischen Umkehrung Zugpunkte, weshalb dieser Bereich der Zugstangenverbindungen im hier angesprochenen Sinn mit dem Begriff „Zug-/Druckpunkt“ bezeichnet wird. Denn entsprechend der Erfindung hat die dort stattfindende Krafteinleitung unterschiedliche Ursachen, nämlich die einer durch Fehlfunktionen der Presse verursachten oder einer gezielt gesteuerten schrägen oder schiefen Stellung des Stößels. Für beide Ursachen lässt sich für die Erfindung ein einheitlich wirkender Vorteil hinsichtlich der Elemente, wie Führung, Stößelverstellung und Überlastschutz begründen: Da bei einem Druckpunkt der Kraftangriff von einem z.B. darüber liegenden Pleuel (wie bei einer Presse mit Oberantrieb) erfolgen kann und die Presskraft über einen z.B. Querbolzen in eine Gewindespindel, die Bestandteil eines Druckpunktes ist, eingeleitet wird, würde die Länge besagter Gewindespindel maßgebend für eine mögliche Stößelverstellung sein. Aus dieser geometrisch bedingten Anordnung wäre eine zwingende Folge, dass die Länge der Spindeln und damit die Größe der Stößelverstellung nachteilig in die Bauhöhe der Presse eingehen müßte. Hingegen kann mit der Anwendung eines Zugpunktes in der Kombination Druckpunkt dieser Nachteil, die Spindellänge nicht in die Bauhöhe der gesamten Maschine einzubeziehen, bei der erfindungsgemäßen Verwendung von vornherein ausgeschlossen und darüber hinaus z.B. die gezielt eingesteuerten Schräg- oder Schiefstellungen des Stößels nahezu unbegrenzt beeinflusst werden.
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Insofern schafft die Erfindung einen weiteren Effekt, der sich neben dem Zusammenspiel der Umformkräfte wie der Ziehkissenkräfte auch vorteilhaft auf den baulichen Gesamtaufwand gattungsgemäßer Pressen und insbesondere auf eine optimierende Auslegung der hydraulischen Komponenten bei der Anwendung eines Ziehkissens auswirkt.
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Demzufolge lässt sich das erfindungsgemäße Prinzip auch in eine an sich vorhandene Steuerung und Regelung der beteiligten Antriebe mit geringem Aufwand integrieren oder nachrüsten.
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Die Erfindung wird nachstehend in einem Ausführungsbeispiel, vorzugsweise in einer Presse mit Unterantrieb an Hand der Zeichnungen erläutert.
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Figurenliste
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In den Zeichnungen zeigen
- 1 die vereinfachte Darstellung der Presse 1 mit Unterantrieb und Zugstangenverbindung 2.4.1 und schematischem Prinzip des Betriebs mittels Steuer- und Regeleinrichtung 4 sowie den Mitteln 4.1, 4.2, 4.3 und
- 2 Einzelheiten der Zugstangenverbindung 2.4.1 mit den konvexen Kugelsegmentauflagen 2.4.2 und konkaven Kugelsegmentauflagen 2.4.3, in denen jede Zugstange 2.1.2 am Stößel 1.1 in einem Druckpunkt 2.4 gelagert ist.
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Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
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1 zeigt eine Presse 1 mit Unterantrieb, deren in einem Unterbau 3 angeordnete Antriebseinrichtung 2 exzentrische Antriebselemente 2.1, Motoren oder Servomotoren 2.2 Zugstangen 2.3 und Pleuel 2.5 umfasst. Ein einen Hub h zwischen einem nicht bezeichneten oberen Totpunkt und einem nicht bezeichneten unteren Totpunkt ausführender Stößel 1.1 weist ein Werkzeugoberteil 1.2 auf. Zwei Paare von Zugstangen 2.3 und Zugpleuel 2.5 als Bestandteile eines Antriebsstranges 2.6 greifen an dem Stößel 1.1 je im Bereich eines Zug-/Druckpunktes 2.4 zur Übertragung des Antriebs für den Hub h des Stößels 1.1 an. Der Stößel 1.1 mit dem Werkzeugoberteil 1.2 korrespondiert mit einem auf dem Unterbau 3 angeordneten Werkzeugunterteil 3.2, wobei das Werkzeugoberteil 1.2 auf ein auf dem Werkzeugunterteil 3.2 liegendes Werkstück 5 zur Formgebung einwirkt. Das Werkzeugunterteil 3.2 ist auf einem zum Unterbau 3 gehörenden Tisch 3.1 angeordnet.
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Für den Betrieb der Presse
1 ist eine Steuer-und Regeleinrichtung
4 vorgesehen, deren Funktion entsprechend dem in der Patentanmeldung
WO 2012/041313 beschriebenen System schon ausgelegt sein kann. Über die Zugstangen
3 und Zugpleuel
2.5 werden auf das zwischen Werkzeugoberteil
1.2 und Werkzeugunterteil
3.2 zu formende Werkstück
5 differenziert wirkende Kräfte eingesteuert, so dass die Presse
1 permanent nach einem ausschließlich für das Werkstück
5 erforderlichen Kräftesystem, jedoch noch ohne die erfindungsgemäß offenbarte Verwendung einer Zugverbindung
2.4.1, betrieben werden kann.
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Die nach jenem System arbeitende Presse 1 berücksichtigt steuerungstechnisch Abläufe, die für das neue erfinderische Vorgehen gemäß den in den Ansprüchen offenbarten Merkmalen einerseits nutzbar sind und andererseits wirkungsmäßig darüber hinausgehen.
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Diese steuerungstechnisch schon vorgeschlagene Lösung und dazu komplex gestaltete Funktion und Konstruktion unterstützt es, einerseits die tatsächlich wirksam werdende Kraft aus der jeweiligen Stellung des jeweiligen Antriebsstranges 2.6 oder z.B. eines exzentrischen Antriebselementes 2.1 der Antriebseinrichtung 2 zu erzeugen und andererseits die Daten in Berücksichtigung des Hookeschen Gesetz erfindungsgemäß zu verwenden.
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Unter Zugrundelegung dieser so ausgelegten Presse 1 geht die Erfindung nun darüber hinaus und löst das eingangs dargestellte Problem und die Aufgabenstellung bei schiefen oder schrägen Stellungen des Stößels, d.h. bei einer Abweichung der Lage des Stößels 1.1 von einem normalen Parallelbetrieb nach dem folgenden neuen Beispiel.
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Den durch die asymmetrisch auftretenden Kräfte sich anbahnenden Deformationen im Konstruktionssystem der Presse 1 wird im Zusammenspiel der beteiligten Umformkräfte, einem Drehwinkel und einer Federkonstante oder mindestens je einer dieser Dimensionen mindestens eines Maschinenelementes der Presse 1 ein in Beziehung zu ihrer konstruktiven Steifigkeit oder eines exzentrischen Elements der Antriebseinrichtung 2 begegnender Kräfteausgleich infolge entgegenwirkender, rücktreibender Kräfte (Hookesches Gesetz) eingeleitet.
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Dafür wird die am Stößel 1.1 in dem eine zwischen Stößel 1.1 und Zugstange 2.3 veränderbare Stellung zulassenden Zug-/Druckpunkt 2.4 unstarr gelagerte Zugverbindung 2.4.1 verwendet, d.h. dass dieser Bereich als „quasi sensorisches Mittel“ genutzt und überraschend funktional neu ausgebaut wird.
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Alternativ ist es möglich, auch eine aufgrund von zulässigen Elastizitäten starre Anordnung der Zugverbindung 2.4.1 zu wählen.
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In einem jeweiligen Fall einer entweder durch eine Fehlfunktion der Presse 1 verursachten oder einer gezielt gesteuerten schrägen oder schiefen Stellung des Stößels 1.1 wird mittels aufzunehmender oder einzugebender Daten im Bereich des Zug-/Druckpunktes 2.4 der Kräfteausgleich unterstützt, optimiert oder vollzogen. Die unstarre Zugverbindung 2.4.1 lagert dazu im Zug-/Druckpunkt 2.3.4 in einer einander kalottenförmig korrespondierenden, je eine konvexe Kugelsegmentauflage 2.3.2 und eine konkave Kugelsegmentauflage 2.3.3 aufweisenden Anordnung.
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Für den Fall einer durch eine Fehlfunktion der Presse 1 verursachten schrägen oder schiefen Stellung des Stößels 1.1 nimmt ein erstes Mittel 4.1 die Daten aus dieser Lage des Stößels 1.1 auf, die für den Kräfteausgleich unterstützend eingesteuert werden und wirkungsmäßig das Konstruktionssystem der Presse 1 schonen.
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Bei einer gezielt zu steuernden schrägen oder schiefen Stellung des Stößels 1.1 gibt ein zweites Mittel 4.2 die Daten für diese gewünschte Lage des Stößels 1.1 vor, wodurch z.B. nach Auftreffen des Werkzeugoberteils 1.2 auf das Werkzeugunterteil 3.2 eine resultierende ungleiche Bewegung der zwei Antriebsstränge 2.6 fortgeführt wird. Das Werkzeugoberteil 1.2 und das Werkzeugunterteil 3.2 sind nun parallel schließbar, wobei durch die ungleiche Weiterbewegung über die Federsteifigkeit der Presse 1 asymmetrisch wie ungleich wirkende Kräfte gezielt erzeugt werden.
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In diesem Beispiel sorgen dritte Mittel 4.3 für die Aufnahme von Daten des Kraftflusses über ein kraftaufnehmendes Element 2.4.4.
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Die für den Betrieb der Presse 1 vorgesehene Steuer-und Regeleinrichtung 4 verarbeitet dabei die Daten der ersten, zweiten und dritten Mittel 4.1, 4.2, 4.3 zum Schutz des mechanischen Aufbaus der Presse und den Ausgleich der asymmetrischen Presskräfte und gibt die Steuersignale, wie
- o Schrägstellung des Stößels zulassen oder
- o Schrägstellung des Stößels entgegenwirken oder
- o Schrägstellung des Stößels einsteuern
vor.
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Somit wird beim Umformen durch das erste Mittel 4.1 im Falle einer Fehlfunktion der Presse 1 oder das zweite Mittel 4.2 im Falle einer gezielt gesteuerten schrägen oder schiefen Stellung des Stößels 1.1 jeweils über die den Zug-/Druckpunkt 2.4 betreffenden Daten durch das dritte Mittel 4.3 eine Beziehung zwischen den auftretenden Kräften (Umformkräfte) des Kraftflusses und der Lage des Stößels 1.1 ermittelt und eingestellt.
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Es werden dann als Führungsgrößen die aus der jeweiligen Umformkraft gewonnenen Daten verwendet und die Lage des Stößels 1.1 so geführt, dass sich ein gewünschter Kraftverlauf einstellt. Der das Konstruktionssystem der Presse 1 schonende Kräfteausgleich wird optimiert oder vollzogen.
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Als Führungsgrößen können dafür auch gewonnene Daten aus der Lage des Stößels 1.1 allein maßgebend sein.
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In dem so über die aus dem „quasi sensorischen Mittel“ Zug-/Druckpunkt 2.4 ermittelten Daten während des Umformprozesses gesteuerten Kräfteausgleich wird auch berücksichtigt, dass sich die jeweiligen Kräfte bzw. Lagen des Stößels 1.1 verändern und die jeweiligen, aus der Kraft oder Lage des Stößels 1.1 abgeleiteten Führungsgrößen wechseln können.
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Für die Aufnahme der Daten im Bereich Zug-/Druckpunkt 2.4 können bekannte kraftaufnehmende Elemente 2.4.4, wie Dehnmeßstreifen oder Piezoelemente oder gleichwirkende Mittel eingesetzt werden, die fachmännisch üblich auswählbar sind.
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Auch die Ausbildung der ersten, zweiten und dritten Mittel 4.1, 4.2, 4.3 obliegt der fachmännischen Üblichkeit und muß hier nicht näher ausgeführt werden.
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Das erfindungsgemäße Prinzip ist gleichermaßen für eine hier nicht erläuterte Presse mit Oberantrieb anwendbar, in der der Kraftfluß von einer oben liegenden Antriebseinrichtung über einen Stößel mit einem Werkzeugoberteil zu einem Werkzeugunterteil über eine Druckverbindung erfolgt. Auch hier kann der der Stößel mit dem Werkzeugoberteil zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt in mindestens einem reversierenden einzelnen Hub oder den unteren Totpunkt und den oberen Totpunkt durchlaufenden Hüben auf das Werkzeugunterteil aufsetzend gefahren werden.
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Die Verwendung von Daten des Kraftflusses in jener Presse für den Betrieb eines Stößels bei einer infolge von außermittigen Kräften auftretenden Schrägstellung des Stößels und daraus resultierenden unterschiedlichen Belastungen der an dem Kraftfluss beteiligten Teile, die ebenfalls entsprechend dem Hookeschen Gesetz in Abhängigkeit der jeweils wirkenden Kräfte einer Aufdehnung oder Auffederung unterliegen, werden erfasst und in einer Beziehung zur Antriebseinrichtung und Lage des Stößels ausgewertet, wonach für den Betrieb
- o eine Schrägstellung des Stößels zugelassen oder
- o einer Schrägstellung des Stößels entgegengewirkt oder
- o eine Schrägstellung des Stößels eingesteuert wird.
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Hierbei können für die erfindungsgemäße Verwendung die an dem Kraftfluss beteiligten Teile, wie Pleuel oder Spindeln sein, die in einem Druckpunkt auf den Stößel wirken und in diesem mit dem Stößel verbunden sind. Im Bereich des besagten Druckpunktes werden für die Aufnahme der Daten des Kraftflusses analoge kraftaufnehmende Elemente 2.4.4, wie Dehnmeßstreifen oder Piezoelemente oder gleichwirkende Mittel eingesetzt.
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Im Übrigen gelangen analog dem obigen Ausführungsbeispiel die Merkmale der Ansprüche 3 bis 15 zur Anwendung.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die erfindungsgemäße Verwendung der Daten einer Presse lässt sich einerseits in geschaffene Grundsysteme ohne großen baulichen Aufwand realisieren und gewährleistet andererseits eine
- o zulassbare Schrägstellung oder
- o Entgegenwirkung einer Schrägstellung oder
- o eine gezielt eingesteuerte Schrägstellung des Stößels und unterstützt die Effizienz wirkender Kräfte für einen energiesparenden Betrieb einer jeden gattungsgemäßen Presse.
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Bezugszeichenliste
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- 1 =
- Presse
- 1.1 =
- Stößel
- 1.2 =
- Werkzeugoberteil
- 2 =
- Antriebseinrichtung
- 2.1 =
- exzentrisches Antriebselement
- 2.2 =
- Motor oder Servomotor
- 2.3 =
- Zugelement, Zugstange, Zugspindel (Unterantrieb), Druckelement, Spindel, Kolben-/Zylindereinheit (Oberantrieb)
- 2.4 =
- Zug-/Druckpunkt
- 2.4.1 =
- Zugverbindung (Unterantrieb), Druckverbindung (Oberantrieb)
- 2.4.2 =
- konvexe Kugelsegmentauflage
- 2.4.3 =
- konkave Kugelsegmentauflage
- 2.4.3 =
- kraft-/wegeaufnehmendes Element
- 2.5 =
- Zugpleuel
- 2.6 =
- Antriebsstrang
- 3 =
- Unterbau
- 3.1 =
- Tisch
- 3.2 =
- Werkzeugunterteil
- 4 =
- Steuer- und Regeleinrichtung
- 4.1 =
- erste Mittel für Aufnahme von Daten aus der Lage des Stößels (1.1)
- 4.2 =
- zweite Mittel für Aufnahme von Daten
- 4.3 =
- dritte Mittel für Aufnahme von Daten des Kraftflusses
- 5 =
- Werkstück
- h =
- Hub
