-
Die
Erfindung betrifft ein Antriebssystem für eine Umformmaschine.
-
Derartige
Umformmaschinen können
generell als Pressen ausgebildet sein. Die Umformmaschinen weisen
als Antriebssystem generell eine von einem Antrieb getriebene Exzenterwelle
mit einem Betätigungselement
wie einem Pressenstößel auf. Weiterhin
umfasst das Antriebssystem ein Schwungrad, das als Energiespeicher
dient. Zur Durchführung eines
Umformvorgangs wird die Rotationsbewegung des Antriebs über die
Exzenterwelle in eine Translationsbewegung des Pressenstößels umgesetzt,
so dass dadurch ein am Pressenstößel fixiertes
Werkzeug wie ein Stempel gegen ein zu bearbeitendes Werkstück gepresst
wird. Ein Großteil
der für
den Umformvorgang benötigten
Energie wird dadurch bereitgestellt, dass dem Schwungrad kinetische
Energie entnommen wird, wodurch das Schwungrad etwas abgebremst
wird.
-
Durch
den Antrieb über
die Exzenterwelle führt
der Pressenstößel eine
periodische Bewegung zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt
aus. Üblicherweise
erfolgt der Umformvorgang, wenn sich der Pressenstößel im Bereich
des unteren Totpunkts befindet. Zwischen zwei Umformvorgängen muss
der Pressenstößel während eines Transportvorgangs über den
oberen Totpunkt hinaus bewegt werden und dann wieder in den Bereich
des unteren Totpunkts zur Durchführung
des nächsten Umformvorgangs
eingefahren werden.
-
Um
derartige Umformvorgänge
rationell durchführen
zu können,
ist es wünschenswert,
eine möglichst
hohe Hubzahl zu erzielen, das heißt möglichst viele Werkstücke pro
Zeiteinheit zu bearbeiten. Andererseits ist es erforderlich, die Umformgeschwindigkeiten,
das heißt
die Geschwindigkeit des Pressenstößels nicht größer als
eine bestimmte optimale Bearbeitungsgeschwindigkeit zu halten, da
dies eine Voraussetzung für
eine hohe Bearbeitungsqualität
ist. Diese Forderungen sind gegenläufig derart, dass der Transportvorgang
zwischen zwei Umformvorgängen
eine möglichst
kurze Zeitdauer beanspruchen soll, das heißt die Exzenterwelle mit dem Schwungrand
sollte möglichst
schnell auf Transportdrehzahl beschleunigt und wieder auf Betriebsdrehzahl
abgebremst werden. Aufgrund seiner großen Trägheitsmasse kann jedoch das
Schwungrad nicht genügend
schnell während
des Transportvorgangs beschleunigt werden.
-
Um
dieses Problem zu lösen,
ist aus der
EP 1 640
145 A1 ein Antriebssystem der eingangs genannten Art bekannt,
bei welchem der Antrieb für
die Exzenterwelle mit dem Pressenstößel über eine Kupplung in Form einer
Pneumatik- oder
Hydraulik-Kupplung an das Schwungrad gekoppelt ist.
-
Bei
diesem Antriebssystem ist während
eines Umformvorgangs die Kupplung eingekuppelt, so dass eine drehstarre
Verbindung zwischen Antrieb und Schwungrad besteht. Dadurch kann
das Schwungrad während
des Umformvorgangs die für diesen
benötigte
Energie liefern. Zur Durchführung des
Transportvorgangs wird jedoch das Schwungrad durch Auskuppeln der
Kupplung vom Antrieb getrennt, so dass die Exzenterwelle ohne das Schwungrad
schnell auf eine oberhalb der Betriebsdrehzahl liegende Transportdrehzahl
beschleunigt werden kann, das heißt der Transportvorgang beansprucht
nur eine geringe Zeitdauer. Damit sind bei hoher Bearbeitungsqualität der Werkstücke gleichzeitig
hohe Hubzahlen erreichbar.
-
Nachteilig
hierbei ist jedoch einerseits der hohe konstruktive Aufwand infolge
des Einsatzes von Hydraulik- oder Pneumatik-Kupplungen. Weiterhin
ist nachteilig, dass zur Betätigung
der Kupplung ein unerwünschter
Aufwand zur Synchronisierung der Drehzahlen des Schwungrads und
der Exzenterwelle erforderlich ist.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem der eingangs
genannten Art so auszubilden, dass mit diesem bei geringem konstruktivem
Aufwand bei gleichzeitig hoher Qualität der Umformvorgänge hohe
Hubzahlen erreicht werden können.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Das
erfindungsgemäße Antriebssystem
für eine
Umformmaschine umfasst eine von einem Antrieb getriebene Exzenterwelle
mit einem Betätigungselement
sowie ein mit dem Antrieb verbindbares Schwungrad. Das Schwungrad
ist über
einen Freilauf mit dem Antrieb verbindbar.
-
Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit dem Freilauf
anders als bei herkömmlichen
Kupplungen eine Ankopplung des Schwungrads an den Antrieb und die
Exzenterwelle ohne Synchronisationsaufwand und ohne aktives Betätigen einer
Kupplung ermöglicht
wird.
-
Bei
dem Freilauf wird eine rein drehzahlabhängige Ankopplung und Entkopplung
des Schwungrads vom Antrieb erzielt. Dabei erfolgt eine selbsttätige Blockierung
des Freilaufs durch eine geeignete Auslegung dieses Freilaufs dann,
wenn das Schwungrad und die Exzenterwelle dieselbe Betriebsdrehzahl
bei der Durchführung
eines Umformvorgangs aufweisen. Dann kann die kinetische Energie
des Schwungrads auf die Exzenterwelle übertragen werden, um die für den Umformvorgang
notwendige Energie bereitzustellen. Während des Transportvorgangs
zwischen zwei Umformvorgängen
wird dagegen das Schwungrad mit einer Drehzahl betrieben, die geringer
als die Drehzahl der Exzenterwelle ist. Dadurch wird selbsttätig die
Blockierung des Freilaufs aufgehoben und so das Schwungrad von der Exzenterwelle
ohne jegliche Schalt-, Kupplungs- oder Synchronisierungsvorgänge entkoppelt.
Diese Entkopplung kann dazu genutzt werden, um die Exzenterwelle
schnell auf eine über
die Betriebsdrehzahl er höhte
Transportdrehzahl zu beschleunigen um so die Zeitdauer des Transportvorgangs
gering zu halten. Während
dieses Transportvorgangs kann parallel hierzu das Schwungrad, dessen
Drehzahl bei Durchführen
des Umformvorgangs unter die Betriebsdrehzahl abgesunken ist, wieder
auf die Betriebsdrehzahl erhöht
werden. Besonders vorteilhaft ist hierzu ein dem Schwungrad zugeordneter
separater Zusatzantrieb vorgesehen. Kurz vor dem nächsten Umformvorgang,
das heißt
am Ende des Transportvorgangs wird dann die Exzenterwelle von der Transportdrehzahl
auf die Betriebsdrehzahl abgesenkt, so dass dann deren Drehzahl
wieder mit der Drehzahl des Schwungrads übereinstimmt, wodurch der Freilauf
wieder zur Durchführung
des folgenden Umformvorgangs blockiert wird.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Antriebssystem können somit
mit geringem konstruktivem Aufwand hohe Hubzahlen erzielt werden,
wobei zudem durch die Ankopplung des Schwungrads an die Exzenterwelle
während
der Umformvorgänge
die für
diese erforderliche Energie bei hinreichend geringer Betriebsdrehzahl,
die für
eine hohe Bearbeitungsqualität
beim Umformvorgang erforderlich ist, bereitgestellt wird.
-
Die
Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
-
1:
Ausführungsbeispiel
eines Antriebssystems für
eine Umformmaschine.
-
2:
Erstes Ausführungsbeispiel
eines Freilaufs für
das Antriebssystem gemäß 1.
-
3:
Zweites Ausführungsbeispiel
eines Freilaufs für
das Antriebssystem gemäß 1.
-
4a–c:
Unterschiedliche Positionen des Pressenstößels des Antriebssystems gemäß 1 während eines
Bearbeitungszyklus.
-
1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Antriebssystems 1 für eine Umformmaschine, welche im
vorliegenden Fall von einer Presse gebildet ist. Das Antriebssystem 1 umfasst
einen Antrieb 2, der eine Exzenterwelle 3 antreibt.
An der Exzenterwelle 3 ist eine Exzenterscheibe 4 vorgesehen,
an welcher als Betätigungselement
ein Pressenstößel 5 gelenkig gelagert
ist. Am unteren Ende des Pressenstößels 5 ist als Werkzeug
zur Bearbeitung eines Werkstücks ein
Stempel 6 fixiert. Durch die Exzenterwelle 3 wird die
Rotationsbewegung des Antriebs 2 in eine Translationsbewegung
des Stößels umgesetzt.
Diese Translationsbewegung ist im vorliegenden Fall als periodische
Hubbewegung ausgebildet. Bei dieser Hubbewegung wird der Stempel 6 zur
Durchführung eines
Umformvorgangs gegen eine Tischplatte 7 mit einer Matrize 8 bewegt,
in welche das zu bearbeitende Werkstück eingelegt werden kann.
-
Die
Exzenterwelle 3 bildet ein Segment einer den Antrieb 2 axial
durchsetzenden Welle. Auf dem den Exzenter gegenüberliegenden Wellensegment 9 schließt über einen
Freilauf 10 ein Schwungrad 11 als Energiespeicher
für den
Antrieb 2 an. Das Schwungrad 11 wird über einen
separaten Zusatzantrieb 12 angetrieben. Der Antrieb 2 und
der Zusatzantrieb 12 sind jeweils von einem Synchronmotor
oder einem Torquemotor gebildet.
-
Mit
dem Freilauf 10 erfolgt eine drehzahlabhängige Ankopplung
des Schwungrads 11 an den Antrieb 2 beziehungsweise
an die Exzenterwelle 3. Ausführungsbeispiele für einen
derartigen Freilauf 10 sind in den 2 und 3 dargestellt.
-
2 zeigt
einen Klemmstück-Freilauf.
Dieser Klemmstück-Freilauf
weist konzentrisch angeordnete Außenringe 13 und Innenringe 14 auf,
welche jeweils zylindrische Laufbahnen aufweisen. Zwischen den Außen- und
Innenringen 13, 14 sind einzeln angefederte Klemmstücke 15 vorgesehen. Durch
deren spezifi sche Formgebung und Anordnung wirken diese Klemmstücke 15 in
einer Drehrichtung blockierend und in der anderen nicht.
-
3 zeigt
einen Klemmrollen-Freilauf. Auch dieser weist eine konzentrische
Anordnung von Außenringen 13 und
Innenringen 14 auf. Im vorliegenden Fall sind diese über zylindrische
Klemmrollen 16 gekoppelt. Diese Klemmrollen 16 sind
auf Klemmrampen 17 an den Innenringen 14 einzeln
angefedert. In einer Drehrichtung werden die Klemmrollen 16 an
den Klemmrampen 17 hochgefahren und blockieren dann in
einer oberen Grenzposition. In der anderen Drehrichtung laufen die
Klemmrollen 16 frei.
-
Generell
wird mit einem derartigen Freilauf 10 bei dem Antriebssystem 1 erreicht,
dass dann, wenn die Exzenterwelle 3 und das Schwungrad 11 beide
dieselbe Drehzahl aufweisen, das Schwungrad 11 durch Blockieren
des Freilaufs 10 an die Exzenterwelle 3 und den
Antrieb 2 angekoppelt ist, wogegen bei einer Drehzahl des
Schwungrads 11, die kleiner ist als die Drehzahl der Exzenterwelle,
der Freilauf 10 frei ist und so das Schwungrad 11 von
der Exzenterwelle 3 entkoppelt ist.
-
Die 4a–c
zeigen schematisch die unterschiedlichen Phasen des periodischen
Bearbeitungsvorgangs, der mit dem Antriebssystem 1 der
Umformmaschine gemäß 1 durchgeführt wird. Durch
die Exzenterwelle 3 wird die Rotation des Antriebs 2 in
eine Translationsbewegung des Stößels und
damit in eine periodische Hubbewegung des Stempels 6 umgesetzt.
Der Stempel 6 wird dabei periodisch zwischen einem unteren
Totpunkt und einem oberen Totpunkt bewegt. 4a zeigt
den Stempel 6 im unteren Totpunkt, 4b zeigt
den Stempel 6 im oberen Totpunkt.
-
Die
Durchführung
des Umformvorgangs erfolgt, wenn der Stempel 6, wie in 4a dargestellt, im Bereich des unteren
Totpunkts liegt und dabei gegen ein in der Matrize 8 der
Tischplatte 7 gelagertes Werkstück gepresst wird.
-
Bei
der Durchführung
des Umformvorgangs werden durch eine entsprechende Ansteuerung über den
Antrieb 2 beziehungsweise über den Zusatzantrieb 12 die
Exzenterwelle 3 und das Schwungrad 11 bei einer
Betriebsdrehzahl betrieben.
-
Die
Betriebsdrehzahl ist hinreichend gering gewählt, um eine geringe Geschwindigkeit
des Stempels 6 während
des Umformvorgangs zu erreichen, wodurch eine hohe Bearbeitungsqualität des Werkstücks erzielt
wird.
-
Dadurch,
dass das Schwungrad 11 und die Exzenterwelle 3 bei
der gleichen Betriebsdrehzahl betrieben werden, blockiert der Freilauf 10.
Dies führt dazu,
dass während
des Umformvorgangs das Schwungrad 11 über den blockierten Freilauf 10 an die
Exzenterwelle 3 gekoppelt ist. Damit wird kinetische Energie
des Schwungrads 11 auf die Exzenterwelle 3 übertragen,
wodurch die für
den Umformvorgang benötigte
Energie bereitgestellt wird. Durch diese Energieübertragung wird das Schwungrad 11 geringfügig unter
die Betriebsdrehzahl abgesenkt. Dabei ist gewährleistet, dass über den
gesamten Umformvorgang der Freilauf 10 blockiert und so
das Schwungrad 11 Energie auf die Exzenterwelle 3 übertragen
kann.
-
Nach
erfolgtem Umformvorgang schließt
ein Transportvorgang an. Bei diesem Transportvorgang wird der Stempel 6 aus
dem unteren Totpunkt heraus bewegt, bis der Stempel 6,
wie in 4b dargestellt, den oberen
Totpunkt erreicht und anschließend
wie in 4c dargestellt wieder in Richtung
des unteren Totpunkts bewegt wird.
-
Um
eine möglichst
hohe Hubzahl zu erreichen, muss dieser Transportvorgang innerhalb
einer möglichst
kurzen Zeitspanne durchgeführt
werden. Damit hierzu die Exzenterwelle 3 entsprechend schnell
beschleunigt und bewegt werden kann, ist diese während des Transportvorgangs
von dem Schwungrad 11 entkoppelt. Dies wird dadurch erreicht,
dass während
des Transportvorgangs die Drehzahl des Schwungrads 11 kleiner
als die Drehzahl der Exzenterwelle 3 ist, so dass der Freilauf 10 nicht
mehr blockiert. Die unterschiedlichen Drehzahlen des Schwungrads 11 einerseits
und der Exzenterwelle 3 andererseits werden durch entsprechende Ansteuerungen
des Antriebs 2 und des Zusatzantriebs 12 erreicht.
-
Sobald
der Umformvorgang abgeschlossen ist, wird der Stempel 6 aus
dem unteren Totpunkt heraus bewegt. Mittels des Antriebs 2 wird
die Exzenterwelle 3 dabei auf eine Transportdrehzahl beschleunigt,
die oberhalb der Betriebsdrehzahl liegt. Das Schwungrad 11 dagegen
wird über
den Zusatzantrieb 12 lediglich wieder auf die Betriebsdrehzahl
beschleunigt und dann auf dieser gehalten.
-
Während des
Transportvorgangs wird der Stempel 6 bis zum oberen Totpunkt
und dann wieder in Richtung des unteren Totpunkts bewegt.
-
Sobald
der Stempel 6, wie in 4c dargestellt,
dicht vor dem unteren Totpunkt liegt, wird die Exzenterwelle 3 über den
Antrieb 2 wieder auf die Betriebsdrehzahl abgebremst. Das
Abbremsen erfolgt derart, dass unmittelbar vor Beginn des folgenden
Umformvorgangs die Exzenterwelle 3 mit der Betriebsdrehzahl
dreht. Da dann die Exzenterwelle 3 und das Schwungrad 11 mit
derselben Drehzahl umlaufen blockiert der Freilauf 10 selbsttätig, so
dass während
des dann folgenden Umformvorgangs wieder kinetische Energie des
Schwungrads 11 auf die Exzenterwelle 3 übertragen
werden kann.
-
- 1
- Antriebssystem
- 2
- Antrieb
- 3
- Exzenterwelle
- 4
- Exzenterscheibe
- 5
- Pressenstößel
- 6
- Stempel
- 7
- Tischplatte
- 8
- Matrize
- 9
- Wellensegment
- 10
- Freilauf
- 11
- Schwungrad
- 12
- Zusatzantrieb
- 13
- Außenring
- 14
- Innenring
- 15
- Klemmstück
- 16
- Klemmrollen
- 17
- Klemmrampen