DE102020105082B4

DE102020105082B4 - Presse mit linearem Pleuelantrieb

Info

Publication number: DE102020105082B4
Application number: DE102020105082.8A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2040-02-27
Also published as: DE102020105082A1

Abstract

Presse• mit einem Pressengestell (6), das als lastaufnehmende Struktur ein Joch aufweist, welches mit dem Pressenständer verbunden ist,• mit einer vertikal verfahrenden Stößelplatte (1) eines Pressenstößels,• mit einem Stößelantrieb, bestehend aus mehreren Schlitten (3), welche jeweils auf einer horizontalen Achse verfahren und von einem oder mehreren im Joch angeordneten Antriebselementen (4) bewegt werden,• wobei die Schlitten (3) sich in Hochrichtung mittels mit dem Joch verbundenen Führungselementen (5) abstützen und nach unten hin über jeweils ein oder mehrere Pleuel (2) mit der Stößelplatte (1) verbunden sind,• wobei die Schlitten (3) elektronisch, mechanisch oder hydraulisch miteinander synchronisiert sind und gegenseitig die Massekräfte aufheben sowie eine Verkippung des Stößels entlang der Verfahrachsen der Schlitten (3) eliminieren,• wobei bei einer Hubbewegung der Schlitten (3) vor und zurück die Stößelplatte (1) zwei Hübe absolviert.

Description

Herkömmliche Exzenter- und Kniehebelpressen verfügen über einen Kraft-Hub-Verlauf, welcher direkt von Drehmoment und Geschwindigkeit des Motors abhängig ist und sich aufgrund der Schwungmasse nur schwer regeln lässt. Auch treten durch die Geometrie bedingt Querkräfte auf, welche die Führungselemente von Presse und Werkzeug stark belasten. Es existieren Pressen mit Raumlenkerantrieb, welche diese Querkräfte reduzieren, aber nachwievor einen nicht optimal kontrollierbaren Kraft-Weg-Verlauf aufweisen. Mechanische Servopressen mit Torque-Motoren können während des Hubes stehen bleiben, bieten beim Kraftverlauf jedoch keinen Vorteil. All diesen Pressenkonzepten ist gemein, dass die Kraft im Bereich des unteren Totpunktes gegen unendlich ansteigt, was bei einer falschen Werkzeugauslegung zu einer Zerstörung der gesamten Presse mitsamt Werkzeug führen kann.
Bei hydraulischen Pressen ist eine Regelung des Kraft-Hub-Verlaufs relativ einfach, jedoch erlauben diese keine hohen Hubzahlen. Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Pressentypen ist der große Bauraumbedarf der Antriebssysteme, welche ein hohes Gewicht und großen Gesamt-Bauraumbedarf der Presse zur Folge haben. Ebenso ist bei mechanischen Pressen die Verstellung des Stößelhubes mit großem Aufwand verbunden.
Aus US 2017 / 0 144 214 A1 ist eine Presse mit einem vertikal verfahrenden Pressenstößel bekannt, dessen Hubbewegung mittels eines angetriebenen, am oberen Pressenquerhaupt geführten und hin- und herbeweglichen Horizontalschlitten unter Zwischenschaltung von Pleuelstangen bzw. Pleueln zwischen diesen beiden Bauteilen bewerkstelligt wird, wobei bei einer Hubbewegung des Horizontalschlittens vor und zurück der Pressenstößel zwei Hübe absolviert. Aufgrund des alleinlaufenden Schlittens treten hierbei erhebliche Massenkräfte auf, welche Präzision und Lebensdauer der Maschine beeinträchtigen.
Aus US 5 289 096 A ist ein hierzu ähnliches Antriebskonzept für eine Presse bekannt, die zwar zwei sich auf einer gemeinsamen Antriebsachse bewegende und am oberen Pressenrahmen horizontal geführte Schlitten aufweist, wobei jedoch der vertikal verfahrende Pressenstößel bei einer Hubbewegung der Schlitten konzeptbedingt lediglich einen Hub absolviert.
Das neue Pressenkonzept hat den Anspruch, die Presskraft über den gesamten Hubverlauf kontrollieren zu können, höchste Hubzahlen zu erreichen und gleichzeitig den Bauraumbedarf der Presse zu verringern. Dieses Pressenkonzept wird im Detail in Anspruch 1 dargestellt.
Die neue Presse zeichnet sich aus durch einen Stößelantrieb, bestehend aus mehreren Schlitten, welche horizontal verfahren und nach unten hin über jeweils eine oder mehrere Pleuelstangen mit dem Pressenstößel verbunden sind. Diese können untereinander gekoppelt sein, beispielsweise über Zahnräder, um eine synchrone Bewegung zu garantieren. Gleichzeitig wird dadurch ein Ausgleich der bewegten Massen erzielt. Die Schlitten sind vorzugweise an der Oberseite an einem Joch geführt, welches mit dem Pressenständer verbunden ist, um die entstehenden Vertikalkräfte aufzunehmen. Der Antrieb der Schlitten erfolgt vorzugweise kollinear zur Verfahrachse und kann durch einfach- oder doppeltwirkende Hydraulikzylinder, welche ein- oder beidseitig angebracht sind, Linearmotoren, Hydromotoren, Exzenter, Getriebemotoren, Torquemotoren oder Zahnradverbindungen auf Zug oder Schub erfolgen.
Diese Bauart zeichnet sich durch das im Vergleich zu anderen Pressenantrieben geringe Gewicht sowie den verringerten Bauraumbedarf aus, wobei die Einsparung im Bereich von 30 bis 50% liegt. Gleichzeitig sind die benötigten Antriebsmomente und -Leistungen niedriger. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Presse während eines Schlittenhubes zwei Stößelhübe absolviert. In Abhängigkeit vom Antriebskonzept ergeben sich weitere Vorteile. So besteht bei der Verwendung eines Exzenterantriebs die Möglichkeit, durch Gegengewichte auf der Exzenterwelle eventuelle Unwuchten der Schlittenbewegung auszugleichen. Bei einem Hydraulikantrieb mit gegensätzlich arbeitenden Differentialdruckzylindern besteht über den vollen Hub des Stößels eine verlustfreie Schnittschlagdämpfung. Bei der Verwendung mehrerer Schlitten und/oder Pleuelstangen ist durch den Aufbau der Presse automatisch ein Kippausgleich des Stößels gegeben, sowie bei mehreren Schlitten ein Masseausgleich.
Ein weiterer Vorteil gegenüber den bekannten mechanischen Pressen ist die präzise Kontrollier- und Regelbarkeit von Presskraft und Stößelgeschwindigkeit. Durch das Anbringen von Wegmesselementen an Schlitten und Stößelplatte sind deren jeweilige Position messbar und daraus die aktuelle Geschwindigkeit und Übersetzung berechenbar. Durch eine Überwachung der Antriebsparameter wie beispielsweise des Hydraulikdrucks ist die aktuelle Antriebskraft des Schlittens messbar. Verrechnet mit der Übersetzung ergibt sich daraus die aktuell am Stößel wirkende Presskraft. Somit erlaubt dieses System eine präzise Kontrolle der Prozessparameter, was beispielsweise bei Prägeprozessen hilfreich ist und die Sicherheit des Systems gegen Überlastung und Fehlbedienung erhöht. Dies wird durch die Implementation eines Mehrkammerzylinders, wie in 4 dargestellt, weiter verbessert.
Figurenliste

1 stellt eine Presse mit einem Schlitten, einem Pleuel und Antrieb durch hydraulische Zylinder da.
- 1, Pos. 1: Stößelplatte
- 1, Pos. 2: Pleuel zwischen Schlitten und Stößelplatte
- 1, Pos. 3: Schlitten
- 1, Pos. 4: Antriebselement, hier: Hydraulikzylinder, zum Antrieb des Schlittens
- 1, Pos. 5: Schlittenführung
- 1, Pos. 6: Pressengestell mit Aufnahme zur Schlittenführung
2, stellt zwei miteinander verbundene Schlitten mit je einem Pleuel dar
- 2, Pos. 1: Stößelplatte
- 2, Pos. 2: Pleuel
- 2, Pos. 3: Schlitten
- 2, Pos. 7: Zahnrad zur Synchronisation und Kraftübertragung zwischen den beiden Schlitten
3 stellt einen Schlitten mit zwei Pleueln dar
- 3, Pos. 1: Stößelplatte
- 3, Pos. 2: Pleuel
- 3, Pos. 3: Schlitten
- 4, Pos. 1: Stößelplatte
- 4, Pos. 2: Pleuel
- 4, Pos. 3: Schlitten
- 4, Pos. 8: Antriebselement, hier: Mehrkammer-Plunger

Claims

Presse • mit einem Pressengestell (6), das als lastaufnehmende Struktur ein Joch aufweist, welches mit dem Pressenständer verbunden ist, • mit einer vertikal verfahrenden Stößelplatte (1) eines Pressenstößels, • mit einem Stößelantrieb, bestehend aus mehreren Schlitten (3), welche jeweils auf einer horizontalen Achse verfahren und von einem oder mehreren im Joch angeordneten Antriebselementen (4) bewegt werden, • wobei die Schlitten (3) sich in Hochrichtung mittels mit dem Joch verbundenen Führungselementen (5) abstützen und nach unten hin über jeweils ein oder mehrere Pleuel (2) mit der Stößelplatte (1) verbunden sind, • wobei die Schlitten (3) elektronisch, mechanisch oder hydraulisch miteinander synchronisiert sind und gegenseitig die Massekräfte aufheben sowie eine Verkippung des Stößels entlang der Verfahrachsen der Schlitten (3) eliminieren, • wobei bei einer Hubbewegung der Schlitten (3) vor und zurück die Stößelplatte (1) zwei Hübe absolviert.
Presse nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet dadurch, dass jeder Schlitten, welcher seine Bewegung über die Pleuelstange auf den Stößel übertragt, vorzugsweise durch einfach- oder doppeltwirkende Zylinder, welche ein- oder beidseitig angebracht sind, Linearmotoren, Hydromotoren, Exzenter, Getriebemotoren, Torquemotoren oder Zahnradverbindungen auf Zug oder Schub angetrieben werden kann.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass bei der Verwendung von gegenüberliegenden Hydraulikzylindern diese mit Differentialdruck gefahren werden können, wodurch die Presse über den gesamten Hub über eine verlustfreie Schnittschlagdämpfung verfügt, welche keine Gegenkraft erzeugt.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass bei einer Kopplung der Schlitten nicht jede Einheit über einen eigenen Antrieb verfügen muss.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Schlitten mit jeweiligen Pleueln entlang der Verfahrachse zueinander versetzt sein können, um eine Stößelverkippung quer zur Verfahrachse ausgleichen zu können.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass durch die Verwendung von mehreren Pleueln an einem Schlitten die übertragbaren Kräfte erhöht werden und eine Verkippung des Stößels quer zur Verfahrachse des Schlittens eliminiert wird.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass durch eine Einschränkung der Auslenkung der Schlitten der obere Totpunkt des Stößels eingestellt werden kann, was bei hydraulischer oder linearmotorischer Ansteuerung ohne zusätzliche mechanische Elemente geschieht, wobei die Auslenkung der Schlitten mechanisch oder regelungstechnisch auch auf eine Hälfte der Verfahrachse beschränkt sein kann, wodurch ebenfalls der untere Totpunkt ohne zusätzliche mechanische Elemente einfach und genau begrenzt werden kann.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass durch eine Positions- bzw. Hubüberwachung von Schlitten und Stößelplatte und deren elektronische Zusammenführung jederzeit eine exakte Positions-, Geschwindigkeits- und Kraftbestimmung und -regelung der Presse möglich ist.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Antrieb des Schlittens über beidseitige hydraulische Zylinder erfolgen kann, wobei diese Zylinder jeweils über eine große und eine kleine Wirkfläche verfügen, was durch unterschiedliches Ansprechen der Wirkflächen eine weitere Verfeinerung der Kraft-, Positions- und Geschwindigkeitsregelung erlaubt.