DE10237357B4

DE10237357B4 - Einstellbarer Hubmechanismus

Info

Publication number: DE10237357B4
Application number: DE10237357.4A
Authority: DE
Inventors: Wenliang Tang; John B. Bonnhorst; Richard J. Oen; Charles H. Dickman; Kevin J. Evers; Ryan M. Stoltz; Joseph H. Hamberg
Original assignee: Minster Machine Co
Current assignee: Nidec Minster Corp
Priority date: 2001-08-16
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2022-08-13
Also published as: US20030041643A1; CA2396657A1; US7694545B2; US20060144258A1; DE10237357A1; US7024913B2; CA2396657C

Abstract

Mechanische Presse (110), umfassend die folgenden Merkmale:1.1 eine Kurbelwelle (14) mit wenigstens einem Exzenter (18), einer Pleuelstange (10) und einem Stößel (119);1.2 auf jedem Exzenter (18) ist eine exzentrische Hülse (20) gelagert;1.3 die Hülse (20) ist lösbar mit dem Exzenter (18) verbindbar und bildet mit dem Exzenter (18) bei normalem Betrieb eine Presspassung;1.4 ein Hülsensitz-Einstellmittel, das bei einem Hülsenexpansionsmodus die Presspassung aufhebt, und bei einem Hülsenkontraktionsmodus die Presspassung herstellt;gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:1.5 es ist ein Winkelsteuermittel vorgesehen, das wenigstens einen Kurbelwinkel der Kurbelwelle und den jeweiligen Hülsenwinkel eines Exzenters (18) während der Ölbeaufschlagung der Hülsen (20) zum Zwecke der Exzenterverstellung steuert, um den Schlupf zwischen den jeweiligen Paaren von Hülsen (20) und Exzentern (18) zu minimieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine mechanische Presse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Auf die folgenden Druckschriften wird verwiesen:
DE 196 12 954 C1 ; DE 42 19 405 A1 ; US 5 865 070 A ; US 5 189 928 A .
Ein wesentlicher Aspekt solcher Pressen kommt dem Aufbau des Exzenters zu. Dieser wird mit Druckfluid beaufschlagt, um zur Hublängenverstellung eine notwendige relative Verdrehung zwischen Kurbelwellenexzenter, Exzenterhülse und/oder Pleuel zu ermöglichen.
Um eine stets reproduzierbare Einstellung zwischen den Bauteilen zu gewährleisten, ist es bekannt, verzahnte Einstellungssysteme mit mechanischen Blockiereinrichtungen beziehungsweise Verriegelungen zu verwenden. Werden solche Einstellungssysteme und Blockiereinrichtungen jedoch nicht verwendet, so tritt ein Schlupf zwischen den Exzenterbauteilen auf. Hier versucht man, ein Blockieren der Exzenterbauteile gegeneinander allein durch die Druckfluideaufschlagung der Exzenterhülse zu erreichen. Die Exzenterhülse unterliegt einerseits während des Pressenbetriebes einer Presspassung mit dem Kurbelwellenexzenter, und andererseits im Einstellbetrieb einer Verdrehung des Kurbelwellenexzenters und gleichzeitig einer Presspassung zum Pleuel. Die Folge ist eine Problematik des Schlupfes; diese führt zu ungewollten Änderungen der Hublänge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schlupfproblematik zu vermeiden. Diese Aufgabe wird bei einer Presse gemäß der selbstständigen Ansprüche gelöst.
Maßgeblich ist demgemäß ein Winkelsteuermittel, das wenigstens einen Kurbelwinkel der Kurbelwelle und den jeweiligen Hülsenwinkel eines Exzenters während der Ölbeaufschlagung der Hülsen zum Zwecke der Exzenterverstellung steuert, um den Schlupf zwischen den jeweiligen Paaren von Hülsen und Exzentern zu minimieren.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:

1 eine Draufsicht auf eine typische mechanische Presse ist, welche die vorliegende Erfindung verwendet;
2 eine schematische perspektivische Ansicht ist, zum Teil geschnitten, eines Bereiches der Kurbelwelle und der Stößelverbindung;
3 eine axiale quergeschnittene Ansicht einer Stößeleinstellungsvorrichtung ist;
4 eine quergeschnittene Ansicht entlang der Linien A - A' aus 3 ist;
5 eine schematische Darstellung der geometrischen Beziehungen zwischen den in 3 dargestellten Komponenten ist;
6 ein Graph ist, welcher die Hubvariation über dem Hülsenwinkel darstellt;
7 ein Graph ist, welcher die Differenz in der Hublänge als eine Funktion des Hülsenwinkels aufzeichnet;
8 ein Graph ist, welcher die Differenz in der Hublänge über die Drehung des Hülsenwinkels während einer Vorwärts- und Rückwärtsdrehung darstellt;
9 ein Graph ist, welcher die gemessene Hublänge über der Anzahl von Druckbeaufschlagungszyklen der Hülsenexpansion/-kontraktion aufzeichnet;
10 ein schematisches Diagramm eines Stößeleinstellungsaufbaus ist, welches die nicht gleichförmige Anwendung von Antriebsdrehmoment auf eine linksseitige Verbindung und eine rechtsseitige Verbindung darstellt;
11 eine schematische Blockdiagramm-Darstellung eines Antriebsdrehmomentsteuersystemes gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist;
12 eine schematische quergeschnittene Ansicht einer Kurbelwellen- und Hülsenanordnung ist, um die Wirkung der Hülsenexpansion und Kontraktion auf den relativen Hülsenwinkelschlupf darzustellen;
13A - 13B graphisch die Drehmomentverteilung als eine Funktion der Ölbeaufschlagung während der Hülsenexpansion darstellen;
13C - 13D graphisch jeweils die Drehmomentverteilung und den Hülsenwinkelschlupf als eine Funktion der hydraulischen Druckbeaufschlagung während der Hülsenkontraktion/- expansion darstellen;
14 u. 15 schematische Querschnittsansichten einer Stößeleinstellungsvorrichtung sind, welche eine Kurbelwinkelausrichtung der Stößelposition zum Erzeugen jeweils eines minimalen und maximalen Drehmoments auf der Hülsendichtung darstellen;
16 ein Graph ist, welcher die Hülsenwinkel und die Kurbelwinkel der Stößelposition für einen maximalen Hülsenwinkelschlupf und/oder minimalen Hülsenwinkelschlupf während der Hülsenexpansion und -kontraktion gemäß einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt;
17A - 17B jeweils Querschnittsansichten und perspektivische Ansichten einer Hülsenabdichtung zeigen, um die Schlupfwirkung der Hülsenabdichtung während der Einstellung des Hülsenwinkels darzustellen;
18A - 18B jeweils Queransichten und perspektivische Ansichten von einer Hülsenabdichtung zeigen, um die Schlupfwirkung der Hülsenabdichtung während einer Hülsenexpansion darzustellen; und
19 graphisch den statischen Parallelismus beschreibt, welcher hergestellt wird zwischen der linksseitigen Verbindung und der rechtsseitigen Verbindung als eine Funktion der Hülsenwinkeldrehung für beides von einer Vorwärtsrichtung und einer Rückwärtsrichtung der Einstellung.

Sich entsprechende Bezugszeichen zeigen sich entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten. Die hier dargestellte Veranschaulichung stellt eine vorzuziehende Ausführung der Erfindung in einer Ausführungsform dar, und solch eine Veranschaulichung wurde nicht als eine Begrenzung des Schutzumfanges der Erfindung auf irgendeine Art und Weise konstruiert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die einstellbare Hubverbindung der vorliegenden Erfindung ist ideal geeignet für eine weitreichende Zusammenstellung von Konfigurationen von mechanischen Stanzpressen. Bezugnehmend auf die 1 umfasst eine herkömmliche mechanische Presse 110 typischerweise einen Querhauptbereich 115, einen Bettbereich 117 mit einem Grundplattenaufbau, der daran angeschlossen ist, und Ständer 113, welche den Querhauptbereich 115 mit dem Bettbereich 117 verbinden. Die Ständer 113 sind verbunden mit oder integral mit der Unterseite des Querhauptes und der Oberseite des Bettes. Ein Stößel 119 ist zwischen den Ständern 113 angeordnet, für eine geführte Hin- und Herbewegung relativ zu dem Bett. Zugstangen (nicht gezeigt), welche sich durch das Querhaupt, die Ständer und den Bettbereich erstrecken, sind an jedem Ende mit Zugstangenmuttern angeschlossen. Beinelemente 118 sind als ein Vorsprung des Bettes ausgebildet und im allgemeinen auf dem Hallenflur mittels stoßabsorbierender Polster montiert.
Um die Hin- und Herbewegung des Stößels 119 anzutreiben, ist ein Antriebsmechanismus 114 für die Presse vorgesehen. Ein geeigneter Mechanismus umfasst einen Antriebsmotor 116, angeschlossen mittels eines Riemens an ein Hilfsschwungrad 120, welches an dem Querhaupt 115 angeschlossen ist. Das Hilfsschwungrad 120 ist verbunden mit einem Hauptschwungrad 112, welches wiederum wahlweise angegriffen wird durch die Kupplung der Kupplungs-/Bremsenkombination, um die Drehung der Pressenkurbelwelle 14 zu leisten, welche wiederum die Stößelbewegung über Verbindungen, die sich zwischen dem Stößel und der Kurbelwelle erstrecken, bewirkt.
Die Beschreibung der Presse 110 und ihres Antriebsmechanismus ist nur illustrativ, und es soll naheliegend sein, dass die vorliegende Erfindung verwendet werden kann mit einer großen Vielfalt von mechanischen Pressen, welche eine kurbelwellenartige Einrichtung verwenden, um die Hin- und Herbewegung der Pressenkomponenten zu bewirken.
Bezugnehmend nun auf die 2 ist schematisch in einer perspektivischen Ansicht ein Bereich der Kurbelwelle, ihrer zugeordneten exzentrischen Hülse und der Verbindung, welche durch die Kurbelwellendrehung angetrieben wird, gezeigt. Die Verbindung kann ausgebildet sein aus einem Bodenbereich und einem Aufsatz, wobei der Bodenbereich des Verbindungselementes 10 typischerweise angeschlossen sein würde auf eine geeignete Art und Weise an den Pressenstößel. Die Kurbelwelle 14 umfasst einen zylindrischen Hauptbereich 16, welcher axial auf der Drehachse der Kurbelwelle ausgerichtet ist, und umfasst weiterhin ein exzentrisches Element wie zum Beispiel einen zylindrischen Exzenter 18, welcher drehfest an dem Kurbelwellenhauptbereich 16 befestigt oder integral mit diesem ausgebildet ist.
Obwohl nur ein Kurbelwellenexzenter gezeigt ist, würden viele Exzenter entlang der axialen Länge der Kurbelwelle 14 vorgesehen sein, um mit zusätzlichen Verbindungen (nicht gezeigt) zum Zwecke des hin- und herbewegenden Antriebs des Stößels zusammenzuarbeiten. Insbesondere kann die Kurbelwelle 14 mit einer Vielzahl von diskreten Stößelverbindungsaufbauten versehen sein, welche in einer zueinander beabstandeten Beziehung entlang der Längsrichtung der Kurbelwelle 14 axial angeordnet sind. Dementsprechend ist die hier dargestellte Diskussion, welche die in 2 gezeigte Konfiguration betrifft, gleichsam auf jeden anderen solchen Stößelverbindungsaufbau, der an die Kurbelwelle 14 gekoppelt ist, anwendbar.
Eine exzentrische Bronzebuchse/Bronzehülse 20 ist über dem Kurbelwellenexzenter 18 auf eine ringartige Art und Weise angeordnet. Während des normalen Pressenbetriebes, wenn die Kurbelwelle 14 rotiert, wird die exzentrische Hülse 20 auf ihrem Platz auf dem Kurbelwellenexzenter 18 gehalten (das heißt, sie rotiert gemeinsam mit diesem) mittels einer Presspassung oder eines Festsitzes um den Umfang des Kurbelwellenexzenters an 22 herum, was ausreichend ist, um das notwendige Drehmoment zu übertragen, welches erforderlich ist, um die Stanz-/Präge- oder Formungstätigkeit auszuführen.
Öl wird zugeführt, um die Drehung der exzentrischen Hülse relativ zu der Verbindung 10 zu schmieren. Beispielsweise tritt Öl durch die Spitze des Verbindungsaufsatzes im Kanal 24 in ein radiales Spiel 26, welches zwischen der Verbindung 10 und der Hülse 20 ausgebildet ist, um einen Ölfilm dort zwischen zu erzeugen, welcher die freie Drehung der Kurbelwelle 14 und ihrer exzentrischen Hülse relativ zu der Verbindung 10 erleichtert. Weil die Kurbelwelle 14 und ihre mitrotierende exzentrische Hülse 20 sich relativ zu der Verbindung 10 drehen, bewegt sich die Verbindung 10 auf und ab, um eine Hin- und Herbewegung des Stößels 119 zu bewirken.
Wenn eine Veränderung oder eine Einstellung in dem Hub des Stößels 119 gewünscht ist, wird die Drehung der Kurbelwelle 14 (und damit die Hin- und Herbewegung des Stößels) gestoppt, und die Ölzufuhr durch den Kanal 24 an der Oberseite der Verbindung 10 wird eingestellt. Danach wird Öl mit einem hohen Druck durch die Kurbelwelle 14 zu dem Innenseitendurchmesser der exzentrischen Hülse 20 zugeführt, wie zum Beispiel durch die axiale Bohrung 28 und eine oder mehrere Querbohrungen 29. Das Öl mit hohem Druck wird in Umfangsrichtung um den Kurbelwellenexzenter 18 herum verteilt und übt einen radial nach außen gerichteten Druck auf die Oberfläche des inneren Durchmessers der exzentrischen Hülse 20 auf. Dichtungen 100, 102 können vorgesehen sein, wie zum Beispiel entlang der axialen Kanten des Innenseitendurchmessers der Hülse 20, um zu verhindern, dass Öl mit hohem Druck austritt.
Das Öl mit hohem Druck neigt dazu, die Hülse 20 kreisförmig aufzuweiten, wobei die Presspassungsverbindung zwischen dem Kurbelwellenexzenter 18 und der exzentrischen Hülse 20 gelöst wird. Das Öl mit hohem Druck erzeugt in seiner Wirkung ein kleines Radialspiel zwischen der Hülse 20 und dem Kurbelwellenexzenter 18, welches im allgemeinen mit 31 bezeichnet ist. Wenn die Druckbeaufschlagung ausreichend hoch ist, wird das Verfahren des Aufweitens der Hülse 20, um die normal verwendete Presspassungsverbindung zwischen dem Kurbelwellenexzenter 18 und der Hülse 20 zu lösen, zu einer gleichzeitigen Ausbildung einer temporären Presspassungs- oder Festsitzverbindung führen, welche in Umfangsrichtung zwischen der Hülse 20 und der Verbindung 10 entwickelt wird, wie im allgemeinen mit 33 bezeichnet ist.
In diesem temporären Zustand erlaubt das geschmierte Radialspiel 31, dass sich die Kurbelwelle 14 relativ zu der Hülse 20, welche sich aufgrund ihres temporären Presspassungseingriffes mit dem Verbindungselement 10 nicht dreht, dreht. Weil die Kurbelwelle 14 dazu gebracht wird, sich als ein Teil des Einstellungsverfahrens zu drehen, verursacht diese Drehbewegung, dass sich der Kurbelwellenhauptbereich 16 (und das Kurbelwellenexzenterelement 18, welches darauf befestigt ist) in eine abweichende Position relativ zu der exzentrischen Hülse 20 verschiebt, wobei effektiv die Hublänge der Verbindung 10 auf eine gewünschte Länge verändert wird.
Wenn die Einstellung abgeschlossen ist, wird das Öl mit hohem Druck, welches im Bereich 31 vorliegt und das durch die Kurbelwelle 14 zugeführt wird, entfernt, was erlaubt, dass die exzentrische Hülse 20 in ihre normale Presspassung mit dem Kurbelwellenexzenter 18 zurückkehrt. Die Rückfederung der Metallkonstruktion der Hülse 20 erlaubt, dass diese in ihre ursprüngliche Presspassungskonfiguration mit dem Kurbelwellenexzenter 18 zurückkehrt. In diesem Punkt kann die Drehung der Kurbelwelle 14 wieder aufgenommen werden mit der neuen Hublänge, um die Hin- und Herbewegung der Stößelverbindung zu bewirken, und dadurch mit dem Stanzbetrieb fortzufahren.
Bezugnehmend nun auf die 3 ist in einer axial quergeschnittenen Ansicht eine illustrative Anordnung für die einstellbare Hubverbindungsvorrichtung, welche in 2 gezeigt ist, gezeigt. 4 zeigt eine quergeschnittene Ansicht, aufgenommen entlang der Linie A - A' aus 3. Bezug wird ebenso genommen auf die 5, welche schematisch die geometrischen Beziehungen, welche der Verwendung und dem Betrieb der Verbindungsvorrichtung für den einstellbaren Hub der vorliegenden Erfindung dienen, zeigt.
Während des normalen Betriebes, wenn es keinen Öldruck in der Schnittstelle 50, welche zwischen der Kurbelwelle 14 (das heißt auf der Oberfläche des äußeren Durchmessers des Kurbelwellenexzenters 18) und der exzentrischen Hülse 20 (das heißt an ihrer Oberfläche des inneren Durchmessers) gebildet wird, gibt, wird die Hülse fest an der Kurbelwelle 14 in einem Presspassungszustand gesichert. Im Vergleich dazu gibt es an der Schnittstelle 52 zwischen der Oberfläche des äußeren Durchmessers der Hülse 20 und der Verbindungsoberfläche des Verbindungselementes 10 ein kleines Radialspiel, welches eine Trennung zwischen diesen Komponenten bildet, was eine relative Drehung dort zwischen erlaubt.
Bezugnehmend auf die 5 wird der Stößel während des normalen Arbeitsbetriebes der Presse betätigt durch den drehmomenterzeugenden Kurbelschleifenmechanismus/das Schubkurbelgetriebe. Die effektive Pressenhublänge ist eine Funktion des Hülsenwinkels Φ.
Während der Hublängeneinstellung wird Hochdrucköl in die eine Presspassung ausbildenden, zusammenpassenden Oberflächen an der Schnittstelle 50 zwischen der Oberfläche des inneren Durchmessers der Hülse 20 und der Oberfläche des äußeren Durchmessers des Kurbelwellenexzenters 18 eingeführt. Die Hülse 20 wird radial nach außen aufgeweitet und verursacht, dass die normale Presspassungsverbindung schrittweise/zunehmend gelöst wird. Eventuell wird die Hülse 20 in einen berührenden, kuppelnden Eingriff mit der Verbindungsbohrung in solch einer Art und Weise gebracht, dass die Schnittstelle 52 durch eine temporäre Presspassungsverbindung ausgebildet wird. Im Vergleich dazu wird die Schnittstelle 50 ausgebildet durch ein kleines Radialspiel zwischen dem Kurbelwellenexzenter 18 und der Hülse 20, was eine relative Drehung dort zwischen erlaubt, entsprechend dem Hublängeneinstellungsverfahren. Bezugnehmend auf die 5 wird insbesondere der Pressenhub eingestellt durch Betätigung des Stößels während des drehmomenterzeugenden Kurbelschleifenmechanismus. Nach der Einstellung wird der Öldruck reduziert und die Hülse wird wieder verklemmt mit der Kurbelwelle in der normalen Presspassungsverbindung. Die Presse ist nun bereit, um mit einer neuen Hublänge zu arbeiten.
Weil sich der Hülsenwinkel während der Abfolge von Einstellungstätigkeiten ändert, wird der Stößelhub variieren zwischen einer maximalen Hublänge und einer minimalen Hublänge. Eine illustrative Beziehung zwischen der Hublänge und dem Hülsenwinkel ist in dem Graphen der 6 gezeigt.
Wie vorhergehend beschrieben wurde, kann ein Satz von individuellen Einstellungsvorrichtungen, welche in der in 2 gezeigten Art und Weise aufgebaut sind, an verschiedenen axialen Positionen entlang der Kurbelwelle vorgesehen sein. Wenn solche vielfachen Einstellungsvorrichtungen verwendet werden, wird es wichtig, sicherzustellen, dass die verschiedenen Einstellungen, welche in jeder Vorrichtung ausgeführt werden, identisch sind. Insbesondere muss es dieselbe Drehtätigkeit, welche zugeordnet ist zu dem Drehen der Kurbelwelle in eine neue Position relativ zu der exzentrischen Hülse während des Zustandes der temporären Presspassungsverbindung, geben. Anderenfalls wird jede Einstellungsvorrichtung eine unterschiedliche Hublänge herstellen.
Eine Analyse ist durchgeführt worden, um das Verhalten der Hülsenwinkel, welche zugehörig sind zu einem Paar von Stößelverbindungsvorrichtungen, welche verwendet werden, um die Hublängeneinstellung durchzuführen, zu überwachen und zu untersuchen. Zum Zwecke der hier ausgeführten Erklärung kann Bezug genommen werden auf das Vorrichtungspaar als eine linksseitige Verbindung und eine rechtsseitige Verbindung. Wenn Herstellungstoleranzen einen Phasenwinkelunterschied zwischen dem Hülsenwinkel der linksseitigen Verbindung und dem Hülsenwinkel der rechtsseitigen Verbindung verursachen, wird dieser Zustand offenbart durch eine Hublängendifferenz zwischen der linksseitigen Verbindung und der rechtsseitigen Verbindung. Diese Hublängendifferenz hängt ebenso von dem Wert des Hülsenwinkels ab. Insbesondere zeigt 7 graphisch die berechnete Hublängendifferenzvariationen an verschiedenen Hülsenwinkeln mit 1,0 Grad an Phasendifferenz zwischen den linksseitigen und rechtsseitigen Hülsenwinkeln.
Tests, welche durchgeführt wurden, um die Einstellungscharakteristiken der Hublänge als eine Funktion des Hülsenwinkels zu bestimmen, stellen im wesentlichen dieselbe Beziehung der Hublänge zu dem Hülsenwinkel zur Verfügung, wie in 6 gezeigt ist. Die gemessenen Hublängendifferenzen zwischen der linksseitigen Verbindung und der rechtsseitigen Verbindung folgen grundsätzlich dem in 7 dargestellten Muster. Die Testdaten zeigen jedoch zudem auch eine kleine Variation der Spitzenhublängendifferenz, wenn der Hülsenwinkel umläuft, wie in 8 dargestellt ist. Diese Ergebnisse zeigten an, dass es einen zeitlichen Verlauf des Hülsenwinkelschlupfes zwischen den linksseitigen und rechtsseitigen Verbindungen während der Hubeinstellung gibt.
Die 8 stellt ebenso dar, dass die Differenz der Hublänge sich viel schneller verändert bei der Vorwärtseinstellung als bei der Rückwärtseinstellung. Der Durchschnitt des gemessenen relativen Hülsenwinkelschlupfes liegt bei 0,008 Grad pro Einstellung bei der Vorwärtseinstellung und bei 0,0016 Grad pro Einstellung in der Rückwärtseinstellung.
Zusätzliche Tests haben ergeben, dass die Verbindungshülse ebenso sich leicht verschiebt bei der Hülsenexpansion und -kontraktion, wie in 9 gezeigt ist. Der Schlupf des Hülsenwinkels aufgrund der Hülsenexpansion/-kontraktion ist nicht gleichförmig. Die Testdaten zeigten, dass er von einem Minimum von 0,0 Grad pro Hülsenexpansion/-kontraktion zu einem Maximum von 0,010 Grad pro Hülsenexpansion/-kontraktion reicht. Die Testdaten haben ebenso angezeigt, dass während der Hülsenexpansion/-kontraktion, wenn die Hublänge an einem Stößelpositionskurbelwinkel sich vergrößert, sie an einem anderen Stößelpositionskurbelwinkel, der 180 Grad entfernt liegt, sich verkleinern wird. Es scheint jedoch, dass die relative Veränderung in der Hublängendifferenz zwischen den linksseitigen Verbindungen und rechtsseitigen Verbindungen sich nur in einer Richtung fortsetzt. In Summe wurde festgestellt, dass einige Hublängenvariationen auf Mikroniveau zwischen den individuellen Stößelverbindungseinstellungsvorrichtungen während ihrer jeweiligen Betätigung auftreten. Wie nachfolgend in größerem Detail beschrieben werden wird, wurde die Quelle von solchen Variationen identifiziert als ein Mikroschlupf der exzentrischen Hülsen, welcher während der Hubeinstellungstätigkeit auftritt. Obwohl die relative Veränderung in der Hublängendifferenz pro Einstellungszyklus sehr klein ist, kann sie nach einigen Hunderten von solchen Einstellungen bedeutungsvoll werden. Die Berücksichtigung von solchen Variationen wird zu einem wichtigen Teil des geeigneten Betriebes der Pressmaschine.
Was nachfolgend dargestellt wird, ist eine Diskussion von zwei physikalischen Mechanismen oder Phänomenen, welche als verantwortlich für den relativen Schlupf des Hülsenwinkels identifiziert wurden. Ein Mechanismus ist zugehörig zu der nicht gleichförmigen Verteilung des Antriebsdrehmomentes während der Einstellung des Hülsenwinkels/der Kurbelwelle (das heißt der Hublänge). Der andere Mechanismus bezieht sich auf die Präsenz einer Verdrehwirkung, welche induziert wird durch das Stößelgewicht und Einfluss nimmt auf die exzentrische Hülse, und damit zusammen auf die Verschiebung des Reibungsdrehmomentwiderstands zwischen den sich berührenden Oberflächen in der Presspassung und der Hülsenabdichtung gegen die Kurbelkontaktoberfläche, während der Hülsenexpansion und -kontraktion. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Kompensationsverfahren und -vorrichtungen zur Verfügung gestellt, um im wesentlichen den relativen Hülsenwinkelschlupf zu reduzieren und/oder zu eliminieren, welcher durch die angezeigten Mechanismen bedingt ist.
Relativer Hülsenwinkelschlupf während der Hublängeneinstellung:
Das Auftreten während des Kurbelwellenverdrehens
Bezugnehmend auf die 10 ist eine Vorrichtung gezeigt, in einer teilweisen schematischen, lateralen Draufsicht, welche eine erste Einstellungsvorrichtung 60 (das heißt eine linksseitige Verbindung) und eine zweite Einstellungsvorrichtung 62 (das heißt eine rechtsseitige Verbindung) verwendet, wobei beide auf die in der 2 dargestellten Art und Weise aufgebaut sind. Jede Vorrichtung 60 und 62 umfasst eine jeweilige Hülse 64 und eine Hülsenabdichtung 66. Wie gezeigt, wird das Drehmoment auf das Ende der Kurbelwelle 14 aufgebracht, welches nahe zu der linksseitigen Verbindung 60 ist.
Bei den Zuständen der Hubeinstellung wird die Hülse 64 mit der Oberfläche ihres äußeren Durchmessers mit der Verbindungsbohrung verklemmt. Die Kurbelwelle beginnt sich zu drehen, wenn das aufgebrachte Drehmoment größer ist als das gesamte reibungsbehaftete Widerstandsmoment der Abdichtung. Insbesondere dadurch, dass die Hülse 64 aus ihrer Presspassungsverbindung mit dem Kurbelwellenexzenter gelöst wird und eine temporäre Presspassungsverbindung mit dem Verbindungselement bildet, verbleiben die Hülsendichtungen in einem reibungsbehafteten berührenden Eingriff mit dem Kurbelwellenexzenter während der Expansion der Hülse. Dieser reibungsbehaftete Eingriff arbeitet als ein Widerstandsmoment, welches die freie Drehung der Kurbelwelle während der Hubeinstellung hemmt oder anderweitig verhindert.
Weil ein Drehmoment T an dem Ende der Kurbelwelle 14 beispielsweise durch einen geeigneten Antriebsmechanismus aufgebracht wird, wird es eine nicht gleichförmige Drehmomentverteilung verursachen, welche entlang des Längsausmaßes der Kurbelwelle variiert. Insbesondere das augenblickliche Drehmoment in jedem Punkt entlang der Kurbelwelle wird, in einer allgemeinen Art und Weise, entgegengesetzt des Abstandes von dem Punkt der ursprünglichen Drehmomentsaufbringung variieren. Die jeweiligen Drehmomentswerte auf der linksseitigen Verbindung 60 und der rechtsseitigen Verbindung 62 sind T₁ und T₂.
Wenn T₁ das statische Moment der Dichtung T_Dichtung erreicht, beginnt die linke Dichtung durchzurutschen. Dieser Schlupf bedeutet, dass die Kurbelwelle 14 das Widerstandsmoment überstiegen hat, welches durch die Hülsendichtung aufgebracht wird, und sich nun in Relation zu der Hülsendichtung drehen kann. Dieser Schlupf wird jedoch zurückgehalten, wenn T₂ immer noch kleiner ist als T_Dichtung. Nachdem T₂ das T_Dichtung erreicht, beginnen die linke und die rechte Dichtung miteinander durchzurutschen. Die maximale Differenz der Dichtungsschlupfwinkel können wie folgt berechnet werden: $Δ Φ1= \frac{k_{r}}{k_{r} + 2} • \frac{T_{s 1} • 12}{K_{L}}$
Der Parameter K_L ist die Drehfedersteife der Kurbelwelle zwischen den zwei Antriebspunkten (nämlich der linksseitigen Verbindung 60 und der rechtsseitigen Verbindung 62), und k_r ist das Verhältnis von K_Dichtung über K_L.
Der Parameter K_Dichtung ist die Drehfedersteife oder Verdrehungssteifigkeit der Hülsendichtung. Alle Federsteifigkeitswerte sind ausgedrückt in Einheiten von inlb/degree. T_S1 ist das aufgebrachte Drehmoment, welches T₁ = T_Dichtung verursacht. Der Parameter T_S1 wird bestimmt durch: $T_{s 1} = \frac{(k_{r} + 2) • T_{D i c h t u n g} - (0.5 d r + 1) • T_{b}}{k_{r} + 1}$
Der Parameter T_b ist das Drehmoment durch das Ausgleichsgewicht.
Nach der Einstellung des Hülsenwinkels, nämlich durch Rotation der Kurbelwelle relativ zu der exzentrischen Hülse, um die effektive Hublänge zu verändern, wird das Durchrutschen der Hülsendichtungen gestoppt, weil die aufgebrachte Drehkraft entfernt wird und die Kurbelwelle konsequenterweise aufhört zu rotieren. Ein verbleibendes Drehmoment kann innerhalb der Hülsendichtungen ausgebildet sein. Jede weitere Einstellung der Hülsenwinkel wird keinen zusätzlichen relativen Hülsenwinkelschlupf verursachen. Das verbleibende Drehmoment wird jedoch gelöst, wenn die Hülse aus der Verbindungsbohrung entspannt wird. Dann wird für jede individuelle Einstellung der relative Hülsenwinkelschlupf zwischen der linksseitigen Verbindung 60 und der rechtsseitigen Verbindung 62 durch ΔΦ1 gegeben. Wenn die Wirkung der Variation des statischen Dichtungsdrehmomentes und der Verdrehsteifigkeit der Dichtung berücksichtigt wird, kann sie eine Differenz für den relativen Hülsenwinkelschlupf zwischen der Vorwärtseinstellung und der Rückwärtseinstellung verursachen.
Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Entgegenwirken der vorgenannten Phänomene des relativen Hülsenwinkelschlupfes zur Verfügung gestellt, welcher bedingt ist durch eine asymmetrische und/oder nicht gleichförmige Aufbringung des Drehmomentes auf die Kurbelwelle. Insbesondere kann der relative Hülsenwinkelschlupf, der während der Einstellung des Hülsenwinkels (nämlich während der Drehung der Kurbelwelle um eine neue Hublänge zu bewirken) auftritt, dadurch eliminiert werden, dass das Antriebsmoment in einer symmetrischen Art und Weise aufgebracht wird oder durch Verwendung der Vorwärtseinstellung und Rückwärtseinstellung alternativ, um den relativen Hülsenwinkelschlupf zu kompensieren.
Insbesondere bezugnehmend auf die 11 ist in einer schematischen Ansicht eines Blockdiagramms ein Antriebssteuersystem 70 gezeigt, zum Aufbringen eines Drehmoments auf die Kurbelwelle 14 in einer Art und Weise, welche gleichförmig jede der Stößelverbindungsvorrichtungen antreibt. Wie gezeigt, umfasst das dargestellte System 70 eine Steuervorrichtung 72 und ein Drehmomentstellglied 74. Die Steuervorrichtung 72 bestimmt oder empfängt Anweisungen für den Drehversatz der Kurbelwelle 14 für einen Einstellbetrieb des Hülsenwinkels.
Das Drehmomentstellglied 74 ist vorgesehen in einer drehmomenteinstellenden Beziehung für jede der linksseitigen Verbindung 60 und rechtsseitigen Verbindung 62 und kann in jeder geeigneten Art und Weise implementiert werden, welche die Zufuhr von Rotationsenergie ermöglicht. Beispielsweise kann das Drehmomentstellglied 74 direkt oder indirekt (über die mit Drehkraft antreibenden Verbindungen 78 und 80) gekoppelt sein an das jeweilige Kurbelwellenexzenterelement von beiden Verbindungen 60 und 62. Alternativ kann das Drehmomentstellglied 74 an den Kurbelwellenhauptbereich gekoppelt sein, an Positionen unmittelbar benachbart zu den Verbindungen 60 und 62.
Als Antwort auf Drehversatzsignale 76, welche ausgegeben werden durch die Steuervorrichtung 72, überträgt das Drehmomentstellglied 74 dasselbe Drehmoment auf beide linksseitige Verbindung und rechtsseitige Verbindung 62 und bewirkt dadurch denselben Drehversatz in der Kurbelwelle 14 an den axialen Positionspunkten, welche zugeordnet sind zu den Verbindungen 60 und 62.
Vorzugsweise wird eine Einrichtung vorgesehen sein, welche die relative Hublängenänderung und/oder das Fehlen von Parallelität in dem Stößel genau überwacht, um einen Zustand des relativen Hülsenwinkelschlupfes zu erfassen und die Steuervorrichtung 72 anzuweisen, eine Ausgleichsstrategie auszuführen.
Relativer Hülsenwinkelschlupf während der Einstellung der Hublänge:
Auftreten während der Hülsenexpansion und -kontraktion
Das Verfahren der Hublängeneinstellung umfasst einen Hülsenaufweitungsvorgang und einen Hülsenkontraktionsvorgang. Der Hülsenaufweitungsvorgang geht der Dreheinstellung der Kurbelwelle voran und umfasst das Beaufschlagen der Schnittstelle zwischen dem Kurbelwellenexzenter und der Hülse mit Druck, um die normale Presspassungsverbindung dort zwischen zu lösen und um eine temporäre Presspassungsverbindung zwischen der Hülse und der Verbindungsbohrung herzustellen.
Der Hülsenkontraktionsvorgang folgt der Dreheinstellung der Kurbelwelle und umfasst das Enddruckbeaufschlagen der Schnittstelle zwischen der Hülse und der Verbindungsbohrung, um die temporäre Presspassungsverbindung dort zwischen zu entfernen, und das Wiederherstellen der normalen Presspassungsverbindung zwischen dem Kurbelwellenexzenter und der Hülse.
Während der Expansion und der Kontraktion der Hülse wird eine Verbindungskraft aufgrund des Gewichtes des Stößels auf die Stößeleinstellungsvorrichtung aufgebracht, und verursacht ein statisches Moment, welches in der Hülse im Hinblick auf das Zentrum des Kurbelwellenexzenters entwickelt wird. Wie nachfolgend diskutiert wird, wird dieses gewichtsinduzierte Drehmoment aufgenommen durch die normale Presspassungsverbindung während des Hülsenkontraktionszustandes und wird aufgenommen durch die Hülsendichtungsreibung während des Hülsenexpansionszustandes. Die Kurbelwelle ist während der Expansion und der Kontraktion der Hülse stationär; demgemäß übertragt die Kurbelwelle kein Drehmoment auf die Hülse oder anderswohin während dieser Zeit.
Mit Bezug auf die 12 ist schematisch eine vergrößerte Ansicht eines axialen Querschnitts der Kurbelwellen-Hülsen-Anordnung gezeigt, um die Art und Weise, in welcher das gewichtsinduzierte Drehmoment die Komponenten beeinflusst, darzustellen. Im Kontraktionszustand wird die Hülse gehalten durch die Presspassung zwischen der Oberfläche des inneren Hülsendurchmessers und der Oberfläche des äußeren Durchmessers des Kurbelwellenexzenters. Das Drehmoment, welches aufgebracht wird auf die Hülse im Hinblick auf das Kurbelzentrum (das heißt das Zentrum des Kurbelwellenexzenters), aufgrund des Gewichts des Stößelaufbaus, wird gehalten durch Reibungskraft auf den sich berührenden/den zusammenpassenden Oberflächen der Presspassung.
Während der Expansionszustände wird die Presspassung gelöst und dem stößelinduzierten Drehmoment, welches auf die Hülse aufgebracht wird, wird widerstanden durch die elastische Deformation der Hülsendichtung. Weil die Hülsendichtung aus einem Polymer-Material hergestellt ist, kann ihre Biegung unter der Drehmomentaufbringung einen relativ größeren Schlupf zwischen der berührenden Kurbel- und Hülsenoberfläche verursachen. Wenn sich die Hülse zurück in den Presspassungszustand zusammenzieht, wird das Drehmoment, welches auf die Hülse aufgebracht wird, übernommen (das heißt ersetzt) durch die Reibungskraft, wiederum durch die sich berührenden bzw. die zusammenpassenden Presspassungsoberflächen, und aus der relativen Verdrehung wird ein permanenter Schlupf.
Eine detailliertere Beschreibung des Hülsenschlupfprozesses wird durch die Graphen in den 13A bis D zur Verfügung gestellt. Mit Bezug auf die 13A bis B, weil der Öldruck während des Hülsenexpansionsvorganges anwächst, nimmt das statische Drehmoment aufgrund des Presspassungsdruckes ab und das statische Drehmoment aufgrund der Reibung der Hülsendichtung wächst an. Beim illustrativen Öldruck p₁ ist das statische Drehmoment der Dichtung gleich dem Drehmoment, welches auf die Hülse aufgebracht wird, was illustrativ durch den Drehmomentwert T dargestellt wird. Beim Öldruck p₂ ist das statische Drehmoment aufgrund des Presspassungsdruckes gleich T. Nach dem Druck p₂ wird das Drehmoment, welches auf die Hülse aufgebracht wird, zunehmend verschoben vom Gehaltenwerden durch Reibung auf den zusammenpassenden/den sich berührenden Oberflächen der Presspassung zum Gehaltenwerden durch die Dichtungsreibung. Beim Öldruck p₃ wird das statische Drehmoment durch die Reibung auf den zusammenpassenden/ den sich berührenden Oberflächen der Presspassung gleich Null. Dann wird das gesamte Drehmoment, welches auf die Hülse aufgebracht wird, durch die Dichtungsreibung aufgenommen.
Bezugnehmend auf die 13C bis D, wenn der Öldruck während des Hülsenkontraktionsvorganges auf p₃ anwächst, beginnt das statische Drehmoment aufgrund der Reibung auf den sich berührenden Oberflächen der Presspassung anzuwachsen. Beim Öldruck p₁ wird das Drehmoment, welches auf die Hülse aufgebracht wird, nach und nach verschoben vom Gehaltenwerden durch die Dichtungsreibung zum Gehaltenwerden durch die Reibung auf den sich berührenden Oberflächen der Presspassung. (Für diese Zwecke wird angenommen, dass das statische Dichtungsdrehmoment aufgrund der federeingefügten Vorbelastung ignoriert werden kann.) Dann wird das statische Drehmoment der Dichtung auf Null reduziert bei einem Öldruck von Null. Die Dichtung wird verdreht um einen kleinen Winkel aufgrund der elastischen Deformation während der Hülsenexpansion. Diese kleine Dichtungsverdrehung wird auch aufrecht erhalten während der Hülsenkontraktion, bevor der Öldruck in Richtung p₁ reduziert wird. Wenn der Öldruck weiter nachgelassen wird, beginnt die Dichtung sich zurück in ihren undeformierten Zustand zu winden. Der Hülsenschlupf wird jedoch aufgrund der Presspassung zwischen dem Kurbelwellenexzenter und der Hülse festgehalten.
Zusammenfassend gesagt, produziert die Verbindungskraft aufgrund des Gewichtes des Stößels während der Hülsenexpansion und -kontraktion ein statisches Drehmoment, welchem die exzentrische Hülse ausgesetzt wird im Hinblick auf das Kurbelzentrum. Die Größe dieses Drehmoments hängt ab von dem Hülsenwinkel und dem Kurbelwinkel der Stößelposition. Ein minimaler Hülsenwinkelschlupf ist zugeordnet zu einem Hülsendrehmoment von Null, während ein maximaler Hülsenwinkelschlupf zugeordnet ist zu einem maximalen Hülsendrehmoment. Mit Bezug auf die 14 ist eine Ausrichtung für die Kurbelwelle relativ zu der Hülse gezeigt (das heißt ein Kurbelwinkel der Stößelposition), welche(r) in einem minimalen Drehmoment resultiert (das heißt Null), welches auf die Hülsendichtung aufgebracht wird. Mit Bezug auf die 15 ist eine Kurbelwinkelbeziehung der Stößelposition gezeigt, die in einem maximalen Drehmoment resultiert, welcher auf die Hülsendichtung aufgebracht wird.
Gemäß einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Steuerfunktion während der Hülsenkontraktion und -expansion implementiert, welche auf geeignete Art und Weise die Hülsenwinkel und den Kurbelwinkel der Stößelposition auswählt, mit einem Blick in Richtung des Minimierens des relativen Hülsenwinkelschlupfes. Für diesen Zweck wird die Steuerfunktion Daten verwenden, wie zum Beispiel in 16 gezeigt ist, welche graphisch die entsprechenden Hülsenwinkel und Kurbelwinkel der Stößelposition für den maximalen Hülsenwinkelschlupf oder minimalen Hülsenwinkelschlupf während der Hülsenexpansion und -kontraktion darstellen.
Wenn beispielsweise der Hülsenwinkel gleich 240 Grad ist, zeigt der Graph in der 16 an, dass die Winkel der Stößelposition für den minimalen Schlupf des Hülsenwinkels gleich 90 Grad und 270 Grad sind, während die Winkel der Stößelposition für einen maximalen Schlupf der Hülsenwinkel gleich 0 Grad und 180 Grad sind. Der Schlupf der Hülsenwinkel für jede Hülsenexpansion/- kontraktion kann wie nachfolgend berechnet werden: $Δ Φ_{2} = {T/K}_{Dichtung,}$
wobei T das Drehmoment ist, welches auf die Hülse angewendet wird und K_Dichtung die Drehsteifigkeit der Hülse ist. Die Richtung des Schlupfes des Hülsenwinkels liegt in der gleichen Richtung wie die Aufbringung des Hülsendrehmomentes.
Wenn alle der Materialeigenschaften und Herstellungsfehler perfekt symmetrisch sind, dann sollte der Mikroschlupf des Hülsenwinkels während der Hülsenexpansion/-kontraktion derselbe sein für die linksseitige Verbindung und die rechtsseitige Verbindung. Testergebnisse zeigten jedoch an, dass der Schlupf des Hülsenwinkels während der Hülsenexpansion/-kontraktion weder gleich ist zwischen der linksseitigen Verbindung und der rechtsseitigen Verbindung noch symmetrisch ist zu der Richtung der Drehmomentaufbringung. Weil das statische Drehmoment aufgrund des Stößelgewichts genau bestimmt werden kann während der Hülsenexpansion und -kontraktion, und weil es viel kleiner ist als das statische Drehmoment der Dichtung, ist die Ursache der Differenz und der Richtungsbezogenheit des Schlupfes des Hülsenwinkels ähnlich zu den Veränderungen in der Drehsteifigkeit der Dichtung.
Berechnung der Drehsteifigkeit der Dichtung und des Schlupfes des Hülsenwinkels
Die Hülsendichtung besteht im allgemeinen aus einer U-förmigen Dichtungsummantelung und einer integralen Sicherungsdichtung oder -ring. Die Sicherungsdichtung ist aus einem steiferen Polymer-Material hergestellt, verglichen mit demjenigen für die Dichtungsummantelung. Demgemäß werden sich, während der Verdrehungsvorgänge, die Dichtungsummantelung und die Sicherungsdichtung unterschiedlich verhalten.
Der Dichtungsdurchrutschmechanismus/Dichtungsschlupfmechanismus, welcher während der Kurbelwelleneinstellung wirkt, ist unterschiedlich zu dem Dichtungsdurchrutschmechanismus/Dichtungsschlupfmechanismus, welcher während der Hülsenexpansion/-kontraktion auftritt. Die 17A bis 17B zeigen Querschnitts- und perspektivische Ansichten, jeweils von der Hülsendichtung, um die Art und Weise des Schlupfvorganges der Hülsendichtung während der Kurbelwelleneinstellung (das heißt die Hülsenwinkeleinstellung) darzustellen. Im Zustand der Hülsenwinkeleinstellung muss, um die gesamte Dichtung dazu zu bringen durchzurutschen, das Drehmoment, welches auf die Dichtung aufgebracht wird, zuerst das statische Dichtungsdrehmoment überwinden. Weil das statische Drehmoment aufgrund der Kontaktreibung zwischen der Dichtung und der Hülse (das heißt an der Schnittstelle 88) größer ist als das statische Drehmoment aufgrund der Kontaktreibung zwischen der Dichtung und der Kurbelwelle (das heißt an der Schnittstelle 92), tritt der Dichtungsschlupf an der Oberfläche 90 zwischen dem inneren Ring der Dichtung und dem äußeren Durchmesser des Kurbelwellenextenters auf.
Der anfängliche Schlupf ist nicht gleichförmig. Wenn sich das angetriebene Drehmoment vergrößert, beginnt der Schlupf an der Ecke 94 des inneren Ringes 82 und breitet sich schrittweise aus in der gezeigten Art und Weise zu der Lippe 84 der Dichtungsummantelung. Bei Verwendung eines vereinfachten Modelles wurde die Verdrehsteifigkeit der Dichtung während der Hülsenwinkeleinstellung berechnet. Weil die Schlupfoberflächen gänzlich passend während der Hülsenwinkeleinstellung sind, kann die Variation in der Verdrehsteifigkeit der Dichtung nicht 20 Prozent der Durchschnittsdrehsteifigkeit der Dichtung überschreiten.
Im Hinblick auf eine Analyse des Durchrutschens der Hülsendichtung während der Hülsenexpansion/-kontraktion wird nun Bezug genommen auf die 18A bis B, welche Queransichten und perspektivische Ansichten jeweils von der Hülsendichtung darstellen, um die Art und Weise des Durchrutschens der Hülsendichtung während der Hülsenexpansion/-kontraktion anzuzeigen. Messungsdaten aus Hülsenexpansions- und -kontraktionstests zeigen an, dass die Verdrehsteifigkeit der Dichtung unter der Expansions-/Kontraktionsbedingung kleiner ist als die unter der Hülsenwinkeleinstellungsbedingung. Bei der experimentellen Pressmaschine ist das maximale Hülsendrehmoment aufgrund des Stößelgewichts weit entfernt von dem statischen Dichtungsdrehmoment.
Während des Hülsenexpansionsprozesses unterliegt jedoch die Dichtung einer Deformation als Reaktion auf den Öldruck.
Bezugnehmend nun insbesondere auf die 18A bis 18B verursacht die Ölströmung, welche axial in die Lippe 84 der Dichtungsummantelung in der angezeigten x-Richtung übertragen wird, dass die Lippe 84 der Dichtungsummantelung (an den oberen und unteren Oberflächen 93, 94) und teilweise am inneren Ring 82 der Sicherungsdichtung (an den oberen und unteren Oberflächen 95, 96) entlang der axialen Richtung der Welle rutscht. Entsprechend werden solche Oberflächen 93, 94 und 95, 96 der Lippe 84 der Dichtungsummantelung und des inneren Ringes 82 der Dichtung jeweils ihren Widerstand gegen das Hülsendrehmoment verlieren, wenn das Durchrutschen auftritt.
Wenn der Öldruck anwächst, wird die reibungsbehaftete Kraft, um dem Hülsendrehmoment zu widerstehen, zunehmend/nach und nach umgeschaltet von den sich berührenden Oberflächen der Presspassung auf die Kontaktoberfläche zwischen Dichtung und Kurbel. Dieser Bereich für den Drehmomentwiderstand ist tatsächlich ein kleiner Bereich der Kontaktoberfläche zwischen Sicherungsdichtung und Kurbel und ist im allgemeinen mit 97 bezeichnet. Die Hülsendichtungsoberfläche, an der der Dichtungsschlupf aufgrund der stößelgewichtsinduzierten Drehmomentsaufbringung auftritt, ist im allgemeinen mit 98 bezeichnet, was die Dichtungsecke darstellt, welche die Schnittstelle zwischen der Sicherungsdichtung 82 und dem Kurbelwellenexzenter bildet. Wegen der Wirkung des axialen Schlupfes der Dichtung kann die effektive Verdrehsteifigkeit der Dichtung während der Hülsenexpansion viel kleiner als die oben berechnete sein.
Ein anderer Faktor, welcher die Verdrehsteifigkeit der Dichtung reduzieren kann, ist die Wirkung der Verbindungskraft aufgrund des Stößelgewichtes und des Gewichtes des oberen Stempels. Diese Kraft muss ausbalanciert werden durch die Hülsendichtung, und sie kann verursachen, dass die Dichtung außerhalb der Mitte positioniert wird. Wenn es ein hinreichend großes Spiel für die Sicherungsdichtung gibt, befindet sich anstelle des vollständigen 360 Grad Kreises nur ein Teil des inneren Ringes der Sicherung in Kontakt mit der Kurbeloberfläche. Um die effektive Verdrehsteifigkeit der Dichtung zu berechnen, wird angenommen, dass der Effekt des axialen Schlupfes die Verdrehsteifigkeit der Dichtung um einen Faktor von 5/6 reduzieren kann, und die Wirkung der Verbindungskraft weiterhin die Verdrehsteifigkeit der Dichtung um einen Faktor 2/3 reduzieren kann. Dann liegt die effektive Verdrehsteifigkeit der Dichtung bei 124000 in-lb/deg.
Die Hülsenexpansion/-kontraktion ist nicht bezogen auf die Richtung der Einstellung für den Hülsenwinkel. Das Hülsendrehmoment aufgrund des Stößelgewichts wechselt in die entgegengesetzte Richtung, wenn sich der Kurbelwinkel der Stößelposition um 180 Grad dreht. Dann kann der Hülsenwinkelschlupf während der Hülsenexpansion/-kontraktion aufgehoben werden, wenn der Kurbelwinkel der Stößelposition um 180 Grad versetzt gepaart werden kann. Andere Faktoren könnten jedoch nicht die gleichen sein.
Zum Beispiel Faktoren, wie die Variation in der Dichtungs-Stopfbüchsentiefe, Variation in der Dichtungsdicke, Abnutzung des äußeren Durchmessers der Kurbel und die Größe des auf die Dichtung aufgebrachten Drehmoments können einen signifikanten Einfluss auf die effektive Verdrehsteifigkeit der Dichtung während der Hülsenexpansion/-kontraktion haben. Es tritt auf, dass, wenn die effektive Dichtungs-Stopfbüchsentiefe in einem Kurbelwinkel der Stößelposition konvergiert, diese in einem anderen Kurbelwinkel der Stößelposition um 180 Grad versetzt divergieren wird. Dann ist die relative Veränderung in der Differenz des Hülsenwinkels zwischen den linksseitigen und rechtsseitigen Verbindungen richtungsabhängig.
In Anbetracht des Vorhergehenden wird realisiert, dass die gesamte relative Veränderung in der Differenz des Hülsenwinkels zwischen den linksseitigen und rechtsseitigen Verbindungen solche Veränderungen umfasst, wie sie verursacht werden durch beides, die Hülsenwinkeleinstellungen und Hülsenexpansion/- kontraktion. Durch Kombinieren dieser Effekte aus beiden Mechanismen des Hülsendurchrutschens ist es möglich, einen viel größeren relativen Schlupf der Hülsenwinkel zwischen den linksseitigen und rechtsseitigen Verbindungen durch Einstellung des Hülsenwinkels in einer Richtung zu verursachen, als durch Einstellen des Hülsenwinkels in der entgegengesetzten Richtung.
Basierend auf der berechneten Verdrehsteifigkeit der Dichtung, welche sich während der Einstellung des Hülsenwinkels zeigt, wird die Differenz im Schlupf des Hülsenwinkels pro Einstellungszyklus berechnet zu 0,0047 Grad. Ausgehend von der oben veranschlagten Verdrehsteifigkeit der Dichtung, welche sich während der Hülsenexpansion/-kontraktion zeigte, ist der maximale Schlupf des Hülsenwinkels pro Hülsenexpansion/-kontraktion gleich 0,0096 Grad. Basierend auf der Annahme, dass die Durchschnittsdifferenz linksseitig zu rechtsseitig im Schlupf des Hülsenwinkels näherungsweise ein Viertel des maximalen Schlupfes des Hülsenwinkels aufgrund der Hülsenexpansion/-kontraktion ist, dann beträgt die berechnete Gesamtdifferenz linksseitig zu rechtsseitig im Schlupf des Hülsenwinkels pro Einstellung 0,0081 Grad beim Vorwärtseinstellen und 0,0023 Grad beim Rückwärtseinstellen, was konsistent ist mit den erzielten Testergebnissen.
Die 19 beschreibt graphisch die statische Parallelität, welche erreicht wird zwischen der linksseitigen Verbindung und der rechtsseitigen Verbindung als eine Funktion der Hülsenwinkeldrehung für beides, eine Vorwärtsrichtung und eine Rückwärtsrichtung der Einstellung.
Eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung ist auf eine mechanische Presse gerichtet, welche eine Messeinrichtung der Stößelparallelität verwendet.
Die Presse umfasst eine drehbare Kurbelwelle 14 und wenigstens ein exzentrisches Kurbelwellenelement 18, welches rotierbar durch die Kurbelwelle 14 angetrieben wird. Eine jeweilige exzentrische Hülse 20 ist über jedem exzentrischen Element 18 angeordnet und sie sind lösbar miteinander verbindbar. Ein Pressenverbindungselement 10 ist in wirkender Antriebsverbindung mit jeder exzentrischen Hülse 20 angeordnet. Es ist ein Mittel vorgesehen zum reversiblen Entfernen von jeder exzentrischen Hülse 20 aus ihrem jeweiligen exzentrischen Element 18. Ein Drehmomentstellglied 74 wird verwendet, um die Kurbelwelle zu rotieren und um eine Pressenhubeinstellung zu verursachen. Eine Steuervorrichtung 72 wird verwendet, um das Drehmomentstellglied 74 zu aktivieren, um die drehende Antriebstätigkeit auf das exzentrische Kurbelwellenelement 18 anzuwenden, welches sich mit der Kurbelwelle 14 dreht. Eine Messeinrichtung der Stößelparallelität wird verwendet, um das Rückführsignal (Feedback-Signal) von jeder Seite des Stößels 119 zu messen und um Daten für das Steuermittel 72 zur Verfügung zu stellen, so dass das Steuermittel 72 die Kurbelwelle 14 in eine Position innerhalb des Toleranzbereiches der Stößelparallelität drehen kann.
Eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Korrigieren der Stößelparallelität. Die Vorrichtung umfasst wenigstens ein exzentrisches Kurbelwellenelement 14, welches mit der Exzentrik-Steuervorrichtung verbunden ist, zum Verändern der Position des exzentrischen Kurbelwellenelementes 14. Eine Messeinrichtung der Stößelparallelität wird verwendet um Daten aufzunehmen, welche sich auf den Stößel 119 beziehen, und überträgt diese Daten an die Exzentrik-Steuervorrichtung. Die Exzentrik-Steuervorrichtung dreht das exzentrische Kurbelwellenelement 14 basierend auf den Daten aus der Messeinrichtung der Stößelparallelität.

Claims

Mechanische Presse (110), umfassend die folgenden Merkmale: 1.1 eine Kurbelwelle (14) mit wenigstens einem Exzenter (18), einer Pleuelstange (10) und einem Stößel (119); 1.2 auf jedem Exzenter (18) ist eine exzentrische Hülse (20) gelagert; 1.3 die Hülse (20) ist lösbar mit dem Exzenter (18) verbindbar und bildet mit dem Exzenter (18) bei normalem Betrieb eine Presspassung; 1.4 ein Hülsensitz-Einstellmittel, das bei einem Hülsenexpansionsmodus die Presspassung aufhebt, und bei einem Hülsenkontraktionsmodus die Presspassung herstellt; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.5 es ist ein Winkelsteuermittel vorgesehen, das wenigstens einen Kurbelwinkel der Kurbelwelle und den jeweiligen Hülsenwinkel eines Exzenters (18) während der Ölbeaufschlagung der Hülsen (20) zum Zwecke der Exzenterverstellung steuert, um den Schlupf zwischen den jeweiligen Paaren von Hülsen (20) und Exzentern (18) zu minimieren.
Mechanische Presse (110) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsensitz-Einstellmittel eine Drucköleinrichtung zum wahlweisen Zuführen von Drucköl zwischen Exzenter (18) und Hülse (20) umfasst.
Mechanische Presse (110) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Winkelsteuermittel zum Berechnen und Kompensieren des Hülsenwinkelschlupfes zwischen Exzenter (18) und Hülse (20) durch Starten einer geeigneten Pressenhubeinstellung ausgebildet ist.
Mechanische Presse (110), umfassend die folgenden Merkmale: 4.1 eine Kurbelwelle (14) mit wenigstens zwei Exzenter (18), zwei Pleuelstangen (10) und einem Stößel (119); 4.2 auf jedem Exzenter (18) ist eine exzentrische Hülse (20) gelagert; 4.3 die Hülse (20) ist lösbar mit dem Exzenter (18) verbindbar und bildet mit dem Exzenter (18) bei normalem Betrieb eine Presspassung; 4.4 ein Hülsensitz-Einstellmittel, das bei einem Hülsenexpansionsmodus die Presspassung aufhebt, und bei einem Hülsenkontraktionsmodus die Presspassung herstellt; 4.5 ein Drehmoment-Stellglied zum Verdrehen der Kurbelwelle (14) und zum Verändern des Pressenhubes; 4.6 eine Steuervorrichtung zum Aktivieren des Drehmoment-Stellgliedes; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 4.7 es ist eine Einrichtung zum Messen der Stößelparallelität und zum Übertragen der Messdaten an die Steuervorrichtung zum Aktivieren des Drehmoment-Stellgliedes vorgesehen; 4.8 die Stößelparallelität ist ein Maß für die Differenz des Hülsenschlupfwinkels.