DE19521050C2 - Kniehebel-Antriebsvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kniehebel-Antriebs­ vorrichtung für eine Stanzpresse.

In einer bekannten mechanischen Stanzpresse wurde als An­ triebsvorrichtung, welche die auf- und abwärtsgehende Be­ wegung des Stößels bewirkt, ein Kurbelantrieb verwendet, bei dem das untere Ende eines mit einer Kurbelwelle verbundenen Lenkhebels mit einem Stößel zusammenwirkt. Bei diesem Mecha­ nismus bewirkt eine Umdrehung der Kurbelwelle eine auf- und abwärtsgehende Bewegung des Stößels. Deshalb muß die Rota­ tionsgeschwindigkeit der Kurbelwelle erhöht werden, um beim Hochgeschwindigkeitsstanzen die Bearbeitungszeit zu senken. Eine erhöhte Stanzgeschwindigkeit ist jedoch nicht so leicht zu erreichen, weil die Rotationsgeschwindigkeit der Kurbel­ welle durch die Rotationsgeschwindigkeit des Motors oder die Eigenschaften des Wellenlagers begrenzt wird. Selbst wenn eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle möglich wäre, würde eine solche Erhöhung den Lärm während des Stanzvorganges verstärken. Weiterhin würde, weil die Kurbel­ welle in der Mitte der Auf- und Abwärtsbewegung am schnell­ sten und an den oberen und unteren Totpunkten am langsamsten läuft, die Hubgeschwindigkeit in der Nähe des unteren Tot­ punktes, wenn das Stanzwerkzeug das Werkstück gerade durch­ stößt, gering sein, was zu Problemen beim Erreichen einer dem Material und der Dicke des Werkstückes angemessenen Hub­ geschwindigkeit führt.

Eine ähnlich wirkende Vorrichtung wird in dem Dokument DE 81 33 452 U1 be­ schrieben. Dieses Dokument offenbart den Antrieb eines Stößelschlittens einer Presse mit einem schnellaufenden Elektromotor als Antriebsmotor, der über eine steuerbare Kupplungs-Bremseinheit ein Untersetzungsgetriebe antreibt, das ausgangsseitig einen Exzenterstift auf Drehung antreibt, mit dem über ein sphärisches Gelenklager ein Längsstab eines Kniehebelgelenks verbunden ist, dessen anderes Ende an einen oberen und an einen unteren Querstab angelenkt ist, von denen der obere Querstab an seinem anderen Ende gehäusefest ange­ lenkt ist und der untere Querstab mit seinem unteren Ende geführt ist und mit dem Stößelschlitten verbunden ist. So bewirkt auch hier eine Umdrehung des Antriebs eine auf und abwärtsgehende Bewegung des Stößels, so daß die Rotati­ onsgeschwindigkeit des Antriebs erhöht werden muß, um beim Hochgeschwin­ digkeitsstanzen die Bearbeitungszeit zu senken. Darüberhinaus wird ein sphäri­ sches Gelenklager verwendet, das den Einsatz beim Hochgeschwindigkeitstanzen begrenzt. Weiterhin ist die Verwendung des genannten Längsstabs an sich pro­ blematisch, da dieser beim Betrieb der Presse/Stanze mit seiner gesamten Masse abwechselnd in alle Koordinatenrichtungen des Raumes beschleunigt werden muß.

Weitere Kniehebelsysteme sind in den Dokumenten DE 28 04 390 C2 und US 5,253,572 offenbart. Diese Systeme dienen zum einen zum Massenausgleich bei Stanzhüben und Leerhüben (DE 28 04 390 C2) und andererseits als Zuführvorrich­ tung für ein Stanzwerkzeug (US 5,253,572).

Ausgehend vom Stand der Technik nach DE 81 33 451 U1 ist Aufgabe der Erfindung, eine Kniehebel-Antriebs­ vorrichtung zu schaffen, welche das Stanzen mit einer hohen Geschwindigkeit und vermindertem Lärm ermöglicht.

Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

In der oben beschriebenen Vorrichtung umfaßt die Pendel­ antriebseinrichtung ein rotierendes Antriebsaggregat und einen Kurbelmechanismus. Die Pendelantriebseinrichtung wird durch einen Servomotor angetrieben.

In der Kniehebel-Antriebsvorrichtung mit den oben beschriebe­ nen Bauteilen zwingt die Pendelbewegung des Pendelteiles den Kniehebel, sich aufeinanderfolgend aus der gestreckten Posi­ tion nach jeder Seite zu beugen und dadurch den Stößel auf und ab zu bewegen. Während des Vorganges befindet sich der Stößel am oberen Totpunkt, wenn das Pendelteil an einem Ende des Hubes angelangt ist, und der Stößel bewegt sich zum unte­ ren Totpunkt, wenn das Pendelteil zum Mittelpunkt des Hubes gelangt. Wenn das Pendelteil das andere Ende des Hubes er­ reicht hat, kehrt der Stößel zum oberen Totpunkt zurück. In dieser Weise bewirkt die Bewegung des Pendelteiles zwei auf- und abwärtsgehende Bewegungen des Stößels. Wenn der Kurbel­ mechanismus zum Antrieb des Pendelteiles benutzt wird und die Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle konstant gehalten wird, erreicht das Pendelteil am Mittelpunkt des Hubes, wenn der Kniehebel vollständig gestreckt ist, seine größte Ge­ schwindigkeit, wobei der Stößel zum unteren Totpunkt ge­ schoben wird. Dadurch kann eine hohe Geschwindigkeit des Stößels nahe dem unteren Totpunkt erreicht werden, und das Stanzwerkzeug kann mit einer hohen Geschwindigkeit vom Werk­ stück weg bewegt werden, nachdem es dieses durchdrungen hat.

Wenn ein Servomotor zum Antrieb der Pendel-Antriebseinrich­ tung verwendet wird, kann die Rotationsgeschwindigkeit der Kurbel angepaßt werden, wenn der Stößel eine Auf- und Ab­ wärtsbewegung durchläuft, in welcher er sich vom oberen Tot­ punkt zum unteren Totpunkt bewegt und dann vom unteren Tot­ punkt zum oberen Totpunkt zurückkehrt, wodurch die Abstimmung der Geschwindigkeit und der Position erleichtert wird. Zum Beispiel kann die Geschwindigkeit und die Position des Stößels dem Material und der Dicke des Werkstückes angepaßt werden, um eine Verbesserung der Qualität des Produktes und eine Verminderung des Lärmes zu erreichen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispieles in Verbindung mit den anliegenden Zeich­ nungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ist eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht, die eine Ausführungsform der mit der erfindungs­ gemäßen Kniehebel-Antriebsvorrichtung ausgerüste­ ten Stanzpresse zeigt;

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Kniehebel-Antriebs­ vorrichtung;

Fig. 3 zeigt die Kniehebel-Antriebsvorrichtung in einer schematischen Darstellung;

Fig. 4 ist eine schematische Seitenansicht der Knie­ hebel-Antriebsvorrichtung in Schnittdarstellung, die sich auf eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht; und

Fig. 5 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Stanzpresse, die mit einer Kniehebel-An­ triebsvorrichtung ausgerüstet ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung soll nun anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben werden. Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Stanzpresse, die mit der Kniehebel-Antriebsvorrichtung ausge­ rüstet ist. Am oberen Gestellabschnitt 1a und am unteren Ge­ stellabschnitt 1b des C-förmigen Gestells 1 befinden sich eine obere Werkzeugebene 2 und eine untere Werkzeugebene 3 mit einer Vielzahl von Stempel- und Matrizenwerkzeugen 6; 7, die kreisförmig in diese eingebracht und so angeordnet sind, daß sie axial zueinander liegen. Wenn sie unter einem Stößel 14 aufgenommen sind, ist jeder der Stempel 6 mit dem Stößel 14 verbunden und wird in einer Auf- und Abwärtsbewegung ange­ trieben. Der Stößel 14 ist justierbar im oberen Gestell­ abschnitt 1a mit Hilfe des Führungsteiles 8 abgestützt, und wird durch die Kniehebel-Antriebsvorrichtung 13 in Auf- und Abwärtsbewegungen versetzt.

In der hier beschriebenen Kniehebel-Antriebsvorrichtung 13 wird ein Kniehebel 18, welcher die Auf- und Abwärtsbewegung des Stößels 14 durch Beugebewegungen erzeugt, durch ein Pen­ delteil 19, das schnelle horizontale Pendelbewegungen aus­ führt, angetrieben und gebeugt, wobei das genannte Pendelteil über eine Kurbel-Pendelantriebseinrichtung 20 mittels eines Servomotors 21 angetrieben wird. Der Kniehebel 18 umfaßt einen kürzeren oberen Hebel 18a, und einen längeren unteren Hebel 18b, welche mit einem Bolzen 41 miteinander gelenkig verbunden sind, und das untere Ende des unteren Hebels 18b ist gelenkig mit dem oberen Ende des Stößels 14 durch einen Bolzen verbunden. Im unteren Hebel 18b ist ein Langloch 32 eingebracht, um das Gewicht des Hebels soweit zu reduzieren, daß kein Verlust an Festigkeit eintritt. Das obere Ende des oberen Hebels 18a ist gelenkig mit einem hebelförmigen Stütz­ teil 28 mittels eines Bolzens am Abstützpunkt A verbunden. Das hintere mit dem Abstützpunkt A verbundene Ende des Stützteiles 28 ist vertikal schwenkbar an einer Konsole 17 am oberen Gestellabschnitt 1a angeordnet, während sein vorderes Ende durch einen einen Kraftüberschuß aufnehmenden Mechanismus 27 abgestützt wird, der die Position des Abstützungspunktes A zwischen einer oberen und einer un­ teren Lage zu der des am Stößel 14 befestigen Stanzwerkzeuges 6 einstellen kann, so daß das vordere Ende einem nach oben ge­ richteten Überschuß elastisch ausweichen kann.

Ein Pendelteil 19 umfaßt ein Pendelhauptteil 19b und einen Pendel-Übertragungshebel 19c, wobei das vordere Ende des Pen­ delhauptteiles 19b in vertikaler Lage gelenkig mit dem Pendel-Übertragungshebel 19c verbunden ist, während das vor­ dere Ende des Pendel-Übertragungshebels 19c mittels eines Bolzens 41 mit dem Knickpunkt des Kniehebels 18 in vertikaler Lage gelenkig verbunden ist. Die Auf- und Abwärtsbewegung des Pendel-Übertragungshebels 19 gleicht die Auf- und Abwärts­ bewegung des Knickpunktes durch die Beugebewegung des Knie­ hebels 18 aus. Das Pendel-Hauptteil 19b wird über die Füh­ rungselemente 19a durch die beiden parallelen Führungs­ schienen 31, 31 (Fig. 2), die sich am oberen Gestell­ abschnitt 1a befinden, in der Weise abgestützt, daß das Pendel-Hauptteil auf diesen schnell hin und her pendeln kann.

Die Pendelantriebseinrichtung 20 umfaßt einen Servomotor 21, eine scheibenförmige Kurbel 22 an der Abtriebswelle 21a des Motors und einen Verbindungshebel 26, dessen eines Ende ge­ lenkig mit dem Exzenterpunkt der Kurbel 22 verbunden ist, während das andere Ende gelenkig mit dem hinteren Ende des Pendelhauptteiles 19b verbunden ist. Neben der (nicht darge­ stellten) Puls-Codiereinrichtung ist ein Sensor 36, welcher die Drehposition der Ausgangswelle 21a mittels der Zahnräder 33, 34 ermittelt, im Servomotor 21 vorgesehen. Der Sensor 36 ermittelt, daß der Stößel 14 sich in der vorgesehenen Hub­ position befindet.

Der den Kraftüberschuß aufnehmende Mechanismus 27 umfaßt einen zweiten Kniehebel 29, einen Luftzylinder 30 als elasti­ schen Abstützmechanismus, welcher den Kniehebel 29 so hält, daß er um den kleinen Beugungswinkel Alpha gebeugt ist (Fig. 3), und eine Stoppeinrichtung 42. Der zweite Kniehebel 29 um­ faßt den oberen Hebel 29a und den unteren Hebel 29b, die mit einem Bolzen eng und beugbar am Kraftpunkt D verbunden sind, welcher zum Knickpunkt wird. Das untere Ende des unteren Hebels 29b ist mit einem Bolzen gelenkig mit dem Aktionspunkt B verbunden, welcher sich am vorderen Ende des Stützteiles 28 befindet, während das obere Ende des oberen Hebels 29a im Ab­ stützpunkt C gelenkig durch den oberen Gestellabschnitt 1a abgestützt wird.

Beim Luftzylinder 30 ist das vordere Ende seiner Kolbenstange 30a gelenkig mittels eines Bolzens mit dem Knickpunkt D des zweiten Kniehebels 29 verbunden. Das hintere Ende 30b des Luftzylinderkörpers 30 ist mit dem oberen Gestellabschnitt 1a in vertikaler Lage gelenkig verbunden. Die Stoppeinrichtung 42 wirkt mit dem Knickpunkt des zweiten Kniehebels 29 zusam­ men und ist am oberen Gestellabschnitt 1a mittels eines Zwei­ richtungs-Justiermechanismus 43, der eine Justierschraube aufweist, angeordnet. Die Stoppeinrichtung 42 wird so einge­ stellt, daß der Beugewinkel Alpha des zweiten Kniehebels 29 den bestimmten kleinen Winkelwert erreicht.

Nun sollen die Funktionen der beschriebenen Anordnungen er­ läutert werden. Eine Drehung der Kurbel 22 des Pendel­ antriebsmechanismus 20 bewirkt eine Pendelbewegung des Pen­ delteiles 19. Während der Pendelbewegung, wenn das Pendelteil sich vom linken Ende (in Fig. 3 dargestellt) zum Mittelpunkt des Pendelhubes S bewegt, ändert der Kniehebel 18 seine Lage vom gebeugten Zustand auf der linken Seite in den gestreckten Zustand, wodurch der Stößel 14 veranlaßt wird, sich vom obe­ ren Totpunkt zum unteren Totpunkt zu bewegen. Wenn sich da­ nach das Pendelteil 19 vom Mittelpunkt zum rechten Ende des Pendelhubes S bewegt, ändert der Kniehebel 18 seine Lage vom gestreckten Zustand in den gebeugten Zustand auf der rechten Seite, wodurch der Stößel 14 veranlaßt wird, sich vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt zu bewegen. Wenn das Pendelteil vom rechten Ende zum linken Ende des Pendelhubes S zurück­ kehrt, bewegt sich der Stößel nach unten und oben, wie dies zuvor beschrieben wurde. Auf diese Weise vollführt, wenn das Pendelteil eine Pendelbewegung ausführt, der Stößel zwei Auf- und Abwärtsbewegungen, was zwei Stanzbewegungen des Stanz­ werkzeuges 6 nach sich zieht.

Bei der oben beschriebenen Stanzbewegung erreicht, wenn das Pendelteil durch die Kurbel 22 angetrieben und die Rotations­ geschwindigkeit der Kurbel 22 konstant gehalten wird, die Hubgeschwindigkeit des Stößels 14 ihr Maximum am Mittelpunkt des Hubes, und auch die Differenz zwischen dem Minimum und dem Maximum der Hubgeschwindigkeit wird groß. Deshalb kann die Geschwindigkeit nahe dem unteren Totpunkt hoch gehalten werden, wenn das Stanzwerkzeug 6 das Werkstück durchdringt. Weiterhin ermöglicht der Servomotor 21 als Antrieb des Pen­ delteiles 19 eine Einstellung der Rotationsgeschwindigkeit der Kurbel 22, während der Stößel eine Auf- und Abwärtsbewe­ gung durchläuft, in welcher er sich vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt und dann vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt zurückkehrt, wodurch eine leichte Steuerung der Geschwindigkeit und der Position des Pendelteiles 19 mög­ lich wird. Dadurch kann die Geschwindigkeit und die Position des Stößels auf die Qualität und die Dicke des Materials ab­ gestimmt werden, wodurch eine Verbesserung der Qualität des Produktes und eine Verminderung des Lärmes erreicht werden.

Zum Beispiel kann das Stanzwerkzeug 6 bis zu einem Punkt un­ mittelbar bevor es auf das Werkstück auftrifft, mit hoher Ge­ schwindigkeit betrieben werden, und dann, wenn es das Werk­ stück durchdringt, mit einer verminderten Geschwindigkeit. Normalerweise besteht ein enger Zusammenhang zwischen der Auftreffgeschwindigkeit des Stanzwerkzeuges 6 auf das Werk­ stück W und dem beim Stanzen entstehenden Lärm, und die Ver­ minderung der Auftreffgeschwindigkeit ermöglicht eine Vermin­ derung des Lärmes. Weiterhin wird, weil das Stanzwerkzeug 6, während es vom Werkstück entfernt ist, auch mit einer hohen Geschwindigkeit betrieben werden kann, die oben erwähnte ver­ minderte Geschwindigkeit ausgeglichen, und die Leistung des Hochgeschwindigkeits-Stanzverfahrens wird dadurch insgesamt nicht beeinträchtigt.

Der Kraftüberschuß, welchem der Stößel 14 während des Stanz­ vorganges ausgesetzt ist, kann wie folgt abgeleitet werden: Die Stanzkraft, die auf den Abstützungspunkt A des Kniehebels 18 wirkt und welche die Auf- und Abwärtsbewegung erzeugt, wird zum Wirkungspunkt B übertragen, welcher sich am vorderen Ende des Stützteiles 28 befindet. Die nach oben stoßende Kraft, die am Wirkungspunkt B anliegt, wird entsprechend der Beziehung, die durch die Position des Stützpunktes C und des Kraftpunktes D des zweiten Kniehebels 29 bestimmt wird, gehal­ ten, d. h., ein Teil der Kraft wirkt auf den Luftzylinder 30, indem er den Kniehebel 29 so einstellt, daß er nicht voll­ kommen gestreckt, sondern mit einem kleinen Winkel Alpha ge­ beugt ist. Weil die oben beschriebene Kraft (die auf den Zy­ linder 30 wirkt) eine Kraftkomponente ist, die von der auf den Kniehebel 29 wirkenden Presskraft abgeleitet wird, und von dem kleinen Beugungswinkel Alpha abhängig ist, ziemlich klein ist, wird kein Luftzylinder mit großer Ausgangskraft benötigt. Wenn jedoch ein Kraftüberschuß auf den Kniehebel 18, welcher die Auf- und Abwärtsbewegung verursacht, drücken sollte, wirkt eine Kraft, die größer ist als die ursprünglich erwartete Kraft, auf den Luftzylinder 30, und drückt dessen Kolben zurück. Auf diese Weise kann der Kraftüberschuß, der auf den Kniehebel 18 wirkt, welcher die Auf- und Abwärts­ bewegung antreibt, elastisch absorbiert werden, was ein Bre­ chen und eine Beschädigung der Bauteile verhindert, was andernfalls bei nicht absorbiertem Kraftüberschuß verursacht würde. Der Beugungswinkel Alpha des zweiten Kniehebels 29 kann durch Vorschieben oder Zurückziehen der Stoppeinrichtung 42 justiert werden, was eine angemessene Vorsorge gegen den Kraftüberschuß in Abhängigkeit von der Qualität und Dicke des Materials ermöglicht. Außerdem führt ein wesentliches Zurück­ drücken des Luftzylinders 30 zu einem beträchlichen Anheben des Stützteiles 28 sowie des Kniehebels 18, der die Auf- und Abwärtsbewegung antreibt, wodurch der Austausch des Stanz­ werkzeuges 6 und andere Arbeiten bei angehobenem Kniehebel 18, wie beschrieben, ermöglicht werden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weiter Ausführungsform. In der hier dargestellten Ausführungsform ist das Pendelteil 19 als einstückiges Teil in der Führung 45 des oberen Gestell­ abschnittes 1a in solcher Weise angeordnet, daß es schnell darin pendeln kann. Durch die Verbindung des Pendelhebels 19 mit dem Kniehebel 18 durch Einfügen des Verbindungspunktes des Kniehebels 18 in die im Pendelhebel 19 vorgesehene Durch­ gangsbohrung 44 wird der Ausgleich der Lageveränderung des Knickpunktes des Kniehebels 18 nach oben und unten ermög­ licht, die durch die Beugebewegung des Hebels verursacht wird. Das Stützteil 28 ist am Gestell 1 über den steifen, je­ doch elastischen, den am Stößel 14 während des Stanzvorgangs entstehenden Kraftüberschuß absorbierenden Mechanis­ mus 27, der sich dazwischen befindet, befestigt. Andere Bau­ teile sind in derselben Weise wie im vorhergehenden Aus­ führungsbeispiel angeordnet.

Claims (5)

1. Kniehebel-Antriebsvorrichtung für eine Stanzpresse mit einem Stößel, der eine auf- und abwärtsgehende Bewegung zum Antrieb eines Stanzwerkzeuges ausführt, einem Kniehebel, dessen obere und untere Enden gelenkig mit einem Stützteil und dem Stößel verbunden sind, sowie einem auslenkbaren Knickpunkt zwischen den beiden Enden; und einem Pendelteil, das mit dem Knickpunkt zwischen den Enden verbunden ist, sowie eine Pendelantriebseinrichtung zum Auslenken des Kniehebels, um diesen am Mittelpunkt eines Pendelhubes vollständig zu strecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelantriebseinrichtung (20) für das Pendelteil (19) einen Kurbelmechanismus und ein rotierendes Antriebsaggregat (22) mit einem Servomotor (21) umfaßt, so daß das Stanzwerkzeug bei der Annäherung an eine Werkstückoberfläche mit einer relativ hohen Geschwindigkeit bewegt werden kann sowie mit einer relativ geringen Geschwindigkeit während des Stanzens und mit einer relativ hohen Geschwindigkeit nach dem Stanzen.

2. Kniehebel-Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendelteil (19) einen Pendelübertragungshebel (19c), welcher die Änderung der Position des Kniehebels (18) oberhalb und unterhalb des Knickpunktes kompensiert, aufweist.

3. Kniehebel-Antriebsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kniehebel (18) einen oberen Hebel (18a) und einen unteren Hebel (18b), welcher länger als der obere Hebel (18a) ist und eine Ausnehmung (32) aufweist, die um Gewicht zu sparen so bemessen ist, daß der untere Hebel (18b) seine Festigkeit erhält.

4. Kniehebel-Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mechanismus (27) vorgesehen ist, der Überlasten aufnimmt, wenn diese während des Stanzvorgangs auftreten, mit einem zweiten Kniehebel (29), dessen vordere und hinteren Enden mit dem oberen Gestellabschnitt (1a) der Kniehebel-Antriebsvorrichtung (13) und dem Stützteil (28) entsprechend verbunden sind; und einem Luftzylinder (30) als elastischen Abstützmechanismus, welcher den zweiten Kniehebel (29) so hält, daß er mit einem kleinen Beugewinkel gebeugt ist.

5. Kniehebel-Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlasten aufnehmende Mechanismus (27) eine Stopeinrichtung (42) umfaßt, welche den kleinen Beugewinkel des zweiten Kniehebels (29) einstellt, um die Überlasten entsprechend der Qualität und Dicke des Materials zu vermeiden.