EP1509389A1

EP1509389A1 - Presse

Info

Publication number: EP1509389A1
Application number: EP03727318A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Hogenkamp; Ulrich Reineke
Original assignee: TMD Friction Europe GmbH
Current assignee: TMD Friction Services GmbH
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2005-03-02
Also published as: EP1842659A3; PL371592A1; AU2003233985A1; EP1842659A2; US20060105073A1; BR0309543A; DE10218633B3; PL204711B1; JP2005528220A; KR20050006188A; ZA200408582B; WO2003091012A1

Abstract

Die Presse dient zur Herstellung von Reibbelägen für Brems- oder Kupplungsbeläge und weist mindestens eine Pressstation auf, die mit einer Pressform (15, 16, 18) und einem mit dieser zusammenwirkenden Pressstempel (19) versehen ist. Zum Erzeugen von Relativbewegungen und Spann- sowie Schliesskräften zwischen der Form und dem Pressstempel dienen. Spindelantriebe (4, 10), die jeweils eine Spindel (5, 12) und eine zugehörige Spindelmutter (7, 13) aufweisen. Deren Relativdrehung wird von einem zugehörigen Elektromotor (6, 11) angetrieben, wobei zwischen der Spindel und der Spindelmutter jeweils kraftübertragende Wälzkörper in Form von Gewinderollen oder Kugeln angeordnet sind. Es ergibt sich ein reibungsarmer, mit höchster Genauigkeit weg- und kraftabhängig steuerbarer Betrieb, der eine breite Kraftspreizung zulässt und für Masshaltigkeit sowie exakte Einstellung der Porosität and Kompressibilität der Reibbeläge sorgt.

Description

Presse

Die Erfindung betrifft eine Presse zum Herstellen von harzgebundenen Preßteilen, insbesondere von Reibbelägen für Brems- oder Kupplungsbeläge, mit mindestens einer Preßstation, die eine Preßform und einen mit dieser zusammenwirkenden Preßstempel aufweist, und mit mindestens einem Linearantrieb zum Erzeugen von Relativbewegungen und Spann- sowie Schließkräften zwischen der Form und dem Preßstempel. Aus der Praxis bekannte Pressen dieser Art weisen als Linearantrieb eine hydraulische Kolbenarbeitsmaschine auf, die von einem Hydrauliksystem gespeist wird. Es wurde gefunden, daß die Steuerung eines solchen Linearantriebs verbesserungsfähig ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Antriebssteuerung der Presse zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs genannte Presse erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Linearantrieb als Spindelantrieb mit mindestens einer Spindel und einer zugehörigen Spindelmutter ausgebildet ist, deren Relativdrehung zur Erzeugung der Relativbewegungen und der Spann- sowie Schließkräfte dient und von einem Motor, insbesondere von einem Elektromotor antreibbar ist, wobei zwischen der Spindel und der Spindelmutter vorzugsweise kraft- übertragende Wälzkörper angeordnet sind.

Die Erfindung löst sich also vom System des hydraulischen Antriebs und geht auf einen mechanischen, insbesondere einen elektromechanischen Antrieb über.

Als wesentlicher Vorteil ist zu nennen, daß der mechani- sehe Spindelantrieb ohne zusätzlichen Aufwand eine Kraft- spreizung über einen weiten Bereich ermöglicht. Hydrauliksysteme sind hier auf unterschiedlich große Zylinder und unterschiedliche Druckstufen des Hydrauliksystems angewiesen, die aufwendig geschaltet werden müssen. Auch lassen sich über den Spindelantrieb hohe Fahrgeschwindigkeiten ohne weiteres mit großen Zuspannkräften kombinieren, wobei die Fahrgeschwindigkeit über die Drehzahl des Motors gesteuert wird. Hydrauliksysteme benötigen auch hierfür unterschiedlich große Zylinder und/oder unterschiedliche Druckbereiche (Niederdruck für schnelles, kraftarmes Verfahren, Hochdruck zum Aufbringen der eigentlichen Preßkraft) . Ferner ermöglicht der Spindelantrieb eine Feinsteuerung, wie sie bei einer hydraulischen Arbeitsmaschine deshalb nicht erzielbar ist, weil dort beim Anfahren ein Losbrechmoment überwunden werden muß und die Reibungswiderstände von Dichtungen und Hydrauliksystemkomponenten sich über die Betriebszeiten ändern.

Hervorzuheben ist ferner, daß der Spindelantrieb mit einem höheren Gesamtwirkungsgrad arbeitet als ein hydrauli- sches Antriebssystem. Es entfallen die Strδmungsverluste der Hydraulikpumpe und des nachgeschalteten Hydrauliknetzes. Auch bedarf der Spindelantrieb keines Permanentbetriebes, wie er bei einem Hydrauliksystem erforderlich ist. Dort muß die Pumpe auch dann den Systemdruck aufrechterhalten, wenn keine Energie abgerufen wird. Schließlich sind bei einem Hydrauliksystem erhebliche Reibungswiderstände zwischen den Kolbendichtungen und dem Zylinder zu überwinden. Die Kraftübertragung zwischen der Spindelmutter und der Spindel hingegen ist extrem reibungsarm, insbesondere bei Einsatz der zwischengeschalteten Wälzkörper.

Hydrauliksysteme sind naturgemäß mit einer gewissen Leckage verbunden. Die austretenden Flüssigkeiten sind umweltschädlich und müssen aufgefangen (Ölwanne) und ggf. als Sondermüll entsorgt werden. Hinzu kommt, daß sich diese Flüssigkeiten, wenn sie mit den Reibbelägen in Berührung treten, äußerst nachteilig auf deren Qualität auswirken. Sie können sogar zu einem Sicherheitsrisiko führen. Aus diesen Gründen werden Hydraulikaggregate in der Regel unterhalb der Produktionswerkzeuge installiert. Dabei ist es jedoch nachteilig, daß diese Bauteile in erheblichem Maße den ag- gressiven Werkstoffstäuben ausgesetzt sind. Diese Stäube können durch die Dichtungen hindurch in das Hydrauliksystem eindringen und durch Erhöhung des Verschleißes Schädigungen hervorrufen. Der Spindelantrieb hingegen läßt sich wirksam gegen das Austreten etwaiger Schmiermittel abschirmen.

Vor allen Dingen besitzt der Spindelantrieb den großen Vorteil einer einfach zu verwirklichenden, sehr exakten wegabhängigen Steuerung. Die Verdichtungswege lassen sich sehr präzise einstellen. Bei Belagschrumpfung kann nachgefahren oder aber die Zuspannposition gehalten werden. Damit erreichen Reibbelagpressen das Genauigkeitsniveau von CNC-gesteu- erten Werkzeugmaschinen. Auch ist eine Umschaltung von wegabhängiger auf kraftabhängige Steuerung problemlos möglich, und zwar ganz im Gegensatz zu hydraulischen Systemen, die hierzu eine aufwendige, elektrohydraulische Regelung benötigen. Bei dem Spindelantrieb ist eine Feinsteuerung der Wege und Kräfte ohne weiteres möglich. Neben der Positioniergenauigkeit wird eine hohe Wiederholgenauigkeit (2,5/100 mm) gewährleistet . Hierdurch lassen sich Reibbeläge in einem sehr engen Kompressibilitätsband herstellen, wie es insbesondere für zukünftige elektromechanische Bremsanlagen in Kraftfahrzeugen benötigt wird. Die kraft- und wegorientierte Feinsteuerung ermöglicht auch eine präzise Einstellung der Porosität . Das hohe Maß an Kraftspreizung führt, wie erwähnt, zu engen Toleranzbereichen und damit zu entsprechend geringem Ausschuß. Es ermöglicht eine rasche Formgebung unter hoher Kraft und sodann eine feindosierte Wegänderung unter minimalen, sich ändernden Kraftanforderungen. Dabei ist eine indi- viduelle Abstimmung auf das jeweilige Produkt und die jeweilige ProduktSituation möglich. Die Kraft- und Wegregelung läßt sich dynamisch gestalten. Da Steuerung, Antrieb und Sensorik auf elektrischer Basis funktionieren, ist eine direkte Kommunikation ohne Umweg über die hydraulische Ener- gieform möglich. Der mechanische Antrieb arbeitet mit wenigen, einfachen Bauteilen. Da keine durch Strömungsverluste erzeugte Abwärme abzuführen ist, bedarf es keiner entsprechenden Kühlanlage. Auch sonstige Nebenaggregate entfallen, so daß eine kompakte Bauweise mit geringem Platzaufwand erzielt wird. Auch der Wartungsaufwand ist gering.

Schließlich sei noch erwähnt, daß die über den Spindeltrieb erzielbare hohe Fahrgeschwindigkeit geringe Taktzeiten ermöglicht. Dennoch arbeitet die Presse leise, ohne daß es einer Schalldämmung bedürfte.

Eine besonders einfache Steuerung des Spindelantriebs wird dadurch ermöglicht, daß der Preßform ein Kraftsensor und der Spindel oder dem die Spindel antreibenden Motor ein Drehwinkelsensor zugeordnet ist. Bei Verwendung von Syn- chronmotoren können über die Steuerung die eingespeisten Impulse registriert werden, um vorgegebene Wege gezielt und reproduzierbar zu fahren.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, entweder die Spindel oder die Spindelmutter über den Motor anzutreiben. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel mit dem Motor verbunden ist und daß die Spindelmutter ein die Relativbewegungen und die Spann- sowie Schließkräfte erzeugendes Schub- und Zugelement betätigt. Der Motor ist bevorzugt direkt an die Spindel an- geflanscht, was zu einer besonders kompakten Bauweise führt. Als alternative Ausführungsform wird vorgeschlagen, daß die Spindelmutter eine Verzahnung trägt, die mit einem von dem Motor drehbaren Antriebszahnrad in Eingriff steht.

Für die Verzahnung der Spindelmutter und die Ausbildung des Antriebszahnrades kommen grundsätzlich beliebige Zahnradpaarungen in Frage. Eine bevorzugte Ausführungsform allerdings kennzeichnet sich dadurch, daß die Spindelmutter eine Kegelradverzahnung trägt und daß das Antriebszahnrad als Kegelrad ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Konstruktion, da sich die Achsen der Zahnräder kreuzen. Letzteres gilt auch dann, wenn die Spindelmutter eine Schneckenradverzahnung trägt und das Antriebs ahnrad als Schnecke ausgebildet ist. Als weiterer Vorteil dieser Konstruktion kommt hinzu, daß der Antrieb selbsthemmend ist, so daß auf eine zusätzliche Bremse verzichtet werden kann. Die zwischen der Spindel und der Spindelmutter angeordneten Wälzkörper ermöglichen nicht nur eine reibungsarme Kraftübertragung, sondern lassen auch die Erzeugung hoher Zuspannkräfte zu. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Wälzkörper als Gewinderollen ausgebildet sind (Planeten- rollengewindetrieb) . Eine Ausbildung als Kugeln kommt ebenfalls in Frage, wobei allerdings deren Führung aufwendig ist . Auch müssen die kraftübertragenden Gewindegänge grober ausgebildet sein als im Falle von Gewinderollen. Zu den Relativbewegungen zwischen der Form und dem Preßstempel gehören auch solche Bewegungen, die zur Entgasung des Reibmaterials dienen. Im übrigen besteht ein weiteres vorteilhaftes Merkmal darin, daß zusätzliche Funktionen der Reibbelagpresse, wie Ausstoßen des Belags, Ausheben des Be- lags aus Profilteilen zum Entgasen etc. von dem Spindelantrieb oder von zusätzlichen motorischen Spindelantrieben betätigbar sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Figur 1 eine zum Teil geschnittene Vorderansicht einer Reibbelagpresse nach der Erfindung.

Die Reibbelagpresse nach Figur 1 weist eine Basis 1, einen aus zwei Seitenteilen 2 bestehenden, vertikalen Rahmen und einen den Rahmen abschließenden oberen Träger 3 auf.

Am oberen Träger 3 ist ein Spindeltrieb 4 befestigt. Er weist eine Spindel 5 auf, die mit einem Elektromotor 6 verbunden ist und von diesem angetrieben wird. Auf der Spindel Spindel 5 läuft eine Spindelmutter 7, die über ein Schub- und Zugelement 8 mit einer oberen Traverse 9 verbunden ist. Zwischen der Spindel 5 und der Spindelmutter 7 sind kraft- übertragende Wälzkörper in Form von Kugeln oder Gewinderollen angeordnet, die einen reibungsarmen Betrieb gewährleisten. Die Traverse 9 ist in den Seitenteilen 2 des Rahmens geführt und wird vom Spindelantrieb 4 in vertikaler Richtung bewegt. An der oberen Traverse sind zwei gleichartig ausgebildete Spindelantriebe 10 befestigt, die jeweils einen Elektromotor 11, eine mit diesem verbundene Spindel 12 und eine zugehörige Spindelmutter 13 aufweisen. Die Spindelantriebe 10, die unter Zwischenschaltung von kraftübertragenden Wälzkörpern ebenfalls reibungsarm arbeiten, sind mit einer unteren Traverse 14 verbunden, die ebenfalls in den Seitenteilen 2 des Rehamens geführt ist und von den Spindelan- trieben 10 relativ zur oberen Traverse 9 aufwärts und abwärts bewegt werden kann.

Auf der unteren Traverse 14 ist ein Profilteil 15 einer zweiteiligen Preßform angeordnet. Der Profilteil 15 bildet einen Formhohlraum, der mit Reibmaterial 16 gefüllt ist und von einer Reibbelag-Trägerplatte 17 abgedeckt wird.

In den Formhohlraum ragt ein stationärer Preßstempel 19 hinein.

Der zweite Teil der Preßform wird von einer Spiegel- platte 18 gebildet, die in der oberen Traverse 9 gelagert ist.

Figur 1 zeigt die Position der Reibbelagpresse vor Beginn des Preßvorgangs. Dieser wird dadurch gestartet, daß die obere Traverse 9 unter gleichzeitiger Betätigung der Spindelantriebe 4 und 10 abgesenkt wird, wobei die untere Traverse 14 ihre Position beibehält. Sobald die Spiegel- platte 18 der oberen Traverse 9 die Trägerplatte 17 berührt hat, erzeugen die beiden Spindelantriebe 10 die erforderliche Schließkraft, um die beiden Teile der Preßform miteinander zu verklammern. Eine Fortsetzung der Betätigung des Spindelantriebs 4 erzeugt die eigentliche Preßkraft, mit der die geschlossene Preßform nach unten gegen den stationären Preßstempel 19 bewegt wird. Dieser wandert in den Formhohlraum hineine und komprimiert das Reibmaterial 16.

Im Zuge des Preßvorgangs kann es erforderlich sein, das Reibmaterial zu entlüften. Dies geschieht dadurch, das die Spindelantriebe 10 betätigt werden, um die untere Traverse 14 und damit den Profilteil 15 der Preßform nach unten zu bewegen. Die obere Traverse 9 macht diese Bewegung nicht mit, das heißt, die Spiegelplatte 18 hält die Trägerplatte 17 weiterhin in Kontakt mit dem Reibmaterial 16. Dabei kann die Preßkraft gleich bleiben oder aber vermindert werden, um anschließend, nachdem der Profilteil 15 der Preßform wieder nach oben gefahren worden ist, erneut gesteigert zu werden, ggf . über den vorher eingestellten Wert hinaus . Die erfindungsgemäß eingesetzten, elektromotorischen

Spindelantriebe 4 und 10 ermöglichen es, die erforderlichen Fahrwege rasch und sehr exakt zurückzulegen. Die Steuerung kann weg- und/oder kraftabhängig erfolgen, und zwar mit äußerster Exaktheit . Es ergibt sich ein Höchstmaß an Genau- igkeit, und zwar sowohl hinsichtlich der Abmaße als auch hinsichtlich der Porosität und der Kompressibilität der Reibbeläge .

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So können anstelle der dargestellten elektromotorischen Spindelantriebe solche eingesetzt werden, bei denen die Spindeln unter Zwischenschaltung eines Getriebes mit den Elektromotoren verbunden sind. Ggf. kann dann auf deren Umsteuerbarkeit verzichtet werden. Ferner besteht die Möglichkeit, die Spindelmuttern anzutreiben, wobei dann die Spindeln die Kraftübertragung besorgen. Dabei können die Spindelmuttern mit Verzahnungen versehen sein, in die angetriebene AntriebsZahnräder eingreifen, seien es Kegelräder oder Schneckenräder. In jedem Fall können zwischen den Spindeln und den Spindelmuttern kraftübertragende Wälzkörper an- geordnet sein, um einen reibungsarmen Antrieb zu gewährlei- sten. Der Wirkungsgrad ist entsprechend hoch, was zur Erhöhung des ohnehin günstigen Gesamtwirkungsgrades der Presse beiträgt. Als Wälzkörper kommen Gewinderollen oder Kugeln in Frage. Bei Kugeln bleibt die Selbsthemmung des Antriebs er- halten.

Ferner besteht die Möglichkeit, die Preßkraft auf den Preßstempel einwirken zu lassen, während die Preßform unbeweglich gehalten wird. In diesem und auch in dem in Figur 1 dargestellten Fall kann sich der Formhohlraum auch unterhalb des Preßstempels befinden.

Die in Figur 1 dargestellte Reibbelagpresse verfügt lediglich über eine einzige Preßstation. Eine Hintereinanderschaltung einer Mehrzahl von Preßstationen ist gleichermaßen möglich. Anstelle der bevorzugten Elektromotoren kommen auch andere Motoren in Frage, z.B. Hydraulikmotoren.

Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von Reibbelägen für Brems- oder Kupplungsbeläge. Dementsprechend nimmt die Beschreibung auch vorwiegend auf Reibbelag- pressen bezug. Allerdings sei hervorgehoben, daß die Erfindung auf die Verarbeitung beliebiger, harzgebundener Preßmassen anwendbar ist, beispielsweise auf die Herstellung von Kohlebürsten für Elektromotoren.

Die Reibbelagpresse ermöglicht nicht nur die Herstellung von Reibbelägen allein, sondern auch die gleichzeitige An- bindung der Reibbeläge an zugehörige Trägerplatten, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Underlayer.

Vor allen Dingen eignet sich die Reibbelagspresse für ein Verfahren, bei dem Formgebung, Härten, Entlüften und Scorchen in einem einzigen Schritt durchgeführt werden. Nach dem Schließen der Form wird gegebenenfalls unter gleichzeitiger Erwärmung die Formgebung durchgeführt, d.h., es wird mit sehr hohem Preßdruck gearbeitet. Anschließend erfolgt das Härten, wobei der Druck vermindert und die Temperatur erhöht wird. Der Druck kann kraft- und/oder wegabhängig va- riiert werden. Gleichzeitig wird der Preßling entlüftet, indem man den beweglichen Profilteil der Preßform nach unten fährt, ohne daß der Druck zwischen der Spiegelplatte und dem Preßstempel aufgehoben werden muß. Die eingefangene Luft, die beim Abbinden des Harzes entstehenden Gase und der erzeugte Wasserdampf haben die Möglichkeit, in günstiger Weise radial aus dem Preßling auszutreten. Die Wärme für das Härten wird innerhalb des Reibbelags erzeugt, wobei man sich die Leitfähigkeit des Materials zunutze macht. Bei abgesenk- tem Profilteil sind die Spiegelplatte und der Preßstempel gegeneinander isoliert. Man kann also zwischen diesen Teilen einen elektrischen Stromfluß durch den Reibbelag hindurch erzeugen. Dies geschieht durch Einsatz einer Matrix von Elektroden auf der Reibseite des Belages . Die Elektroden sind abwechselnd entgegengesetzt gepolt, so daß gleichzeitig Stromflüsse im Nahbereich parallel zur Reibfläche erzeugt werden. Diese bewirken das gleichzeitige Scorchen.

Claims

A n s p r ü c h e

1. Presse zum Herstellen von harzgebundenen Preßteilen, insbesondere von Reibbelägen für Brems- oder Kupplungsbe- läge, mit mindestens einer Preßstation, die eine Preßform (15, 16, 18) und einen mit dieser zusammenwirkenden Preßstempel (19) aufweist, und mit mindestens einem Linearantrieb (4, 10) zum Erzeugen von Relativbewegungen und Spann- sowie Schließkräften zwischen der Form und dem Preßstempel, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearantrieb als Spindelantrieb (4, 10) mit mindestens einer Spindel (5, 12) und einer zugehörigen Spindelmutter (7, 13) ausgebildet ist, deren Relativdrehung zur Erzeugung der Relativbewegungen und der Spann- sowie Schließkräfte dient und von einem Motor, insbesondere von einem Elektromotor (6, 11) antreibbar ist, wobei zwischen der Spindel und der Spindelmutter vorzugweise kraftübertragende Wälzkörper angeordnet sind.

2. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine wahlweise kraft- und/oder wegabhängig arbeitende Steuerung für den Motor (6, 11) vorgesehen ist.

3. Presse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung einen der Preßform (15, 16, 18) zugeordneten Kraftsensor und einen der Spindel (5, 12) oder dem die Spindel antreibenden Motor (6, 11) zugeordneten Drehwinkelsensor aufweist.

4. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (5, 12) mit dem Motor (6, 11) verbunden ist und daß die Spindelmutter (7) ein die Relativbewegungen und die Spann- sowie Schließkräfte erzeugendes Schub- und Zugelement (8) betätigt.

5. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter eine Verzahnung trägt, die mit einem von dem Motor drehbaren Antriebszahnrad in Eingriff steht.

6. Presse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter eine Kegelradverzahnung trägt und daß das Antriebszahnrad als Kegelrad ausgebildet ist.

7. Presse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter eine Schneckenradverzahnung trägt und daß das Antriebszahnrad als Schnecke ausgebildet ist.

8. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, daß die zwischen der Spindel (5, 12) und der

Spindelmutter (7, 13) angeordneten kraftübertragenden Wälzkörper als Gewinderollen ausgebildet sind.

9. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, daß die zwischen der Spindel (5, 12) und der

Spindelmutter (7, 13) angeordneten kraftübertragenden Wälzkörper als Kugeln ausgebildet sind.

10. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, daß zusätzliche Funktionen der Reibbelagpresse, wie Ausstoßen des Belags, Ausheben des Belags aus Profilteilen zum Entgasen etc. von dem Spindelantrieb (4) oder von zusätzlichen motorischen Spindelantrieben (10) betätigbar sind.