EP2258498B1 - Mechanische Presse zum Feinschneiden, Umformen und/oder Prägen von Werkstücken - Google Patents

Mechanische Presse zum Feinschneiden, Umformen und/oder Prägen von Werkstücken Download PDF

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EP2258498B1
EP2258498B1 EP20090007351 EP09007351A EP2258498B1 EP 2258498 B1 EP2258498 B1 EP 2258498B1 EP 20090007351 EP20090007351 EP 20090007351 EP 09007351 A EP09007351 A EP 09007351A EP 2258498 B1 EP2258498 B1 EP 2258498B1
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EP
European Patent Office
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mechanical press
press according
phase synchronous
motors
synchronous motors
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EP2258498A1 (de
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Markus Dipl.-Ing. Schaltegger
Alfio M-Ing. Cristofaro
Jürg M-Ing. Ochsenbein
Lukas El-Ing. Hüppi
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Feintool Intellectual Property AG
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    • Y10T83/8821—With simple rectilinear reciprocating motion only
    • Y10T83/8841—Tool driver movable relative to tool support
    • Y10T83/8845—Toggle links, one link pivoted to tool support

Definitions

  • the invention relates to a mechanical press for fineblanking, forming and / or embossing of workpieces, comprising a machine frame composed of a head piece and an O-frame, a ram guided vertically on a lifting axis in the 0-frame, a toggle lever drive, whose approximately equilateral trained Triangle exhibiting connecting rod has two superimposed hinge points, of which the lower hinge point pivots about a fixed bearing on a disk-like lower articulated arm and the upper hinge point associated with the plunger associated with the lower disc-like articulated arm in the TDC an extended position to the lifting axis, wherein the fixed bearing on the Hubachse of the plunger is located and the connecting rod two aligned with their axes aligned, mounted in fixed bearings eccentric shafts are assigned, the opposite Shaft ends are connected to their simultaneously parallel drive with flywheel three-phase synchronous motors, the motors are adjustable to mutually equal path-time characteristics by means of a computer connected to the engine.
  • a second tab is connected at one end to the plunger and at the other end to the connecting rod.
  • the fixed bearing of this known modified toggle lever is located above the press ram and the pivot point associated with this fixed point pivots about this fixed point.
  • the upper hinge point associated with the press ram describes a curved path.
  • Such a modified toggle drive leads to a slowing of the Plunger movement, so that the material at bottom dead center enough time remains for plastic flow.
  • the disadvantage is that on the one hand the bearing for the connecting rod belonging to the tab and the plunger are on different mutually shifted axes and on the other hand, the fixed bearing for the eccentric shaft is arranged close to the plunger.
  • the plunger is connected via at least two connecting rods with the planetary gear, wherein the planetary gear between the at least two connecting rods is arranged.
  • the upper tool part On the knee lever of the press, the upper tool part is fixed and performs a lifting movement corresponding to the plunger movement.
  • the fixed bearing around which the knuckle lever pivots is arranged at the head of the press, so that here too the disadvantages presented above occur. All these disadvantages also apply to the DE 100 65 260 A1 and DE 199 35 655 A1 to.
  • the present invention seeks to provide a mechanical press for fineblanking, forming and embossing operations, the flywheel works in a wide nominal force range, the rigidity of the toggle lever at top dead center significantly improved, reduces the massiveness of the machine frame and with a significantly reduced drive power despite elimination of the flywheel manages.
  • designed as an O-frame stand of the machine frame has foot side and parallel juxtaposed backpack-like pockets for the formation of the fixed bearing of the eccentric shaft and the horizontal connection of the three-phase synchronous motors.
  • the mutually facing ends of the eccentric shafts are mechanically firmly connected to each other. This can advantageously be done by a coupling piece that connects the two shaft ends with each other rotationally fixed.
  • the three-phase synchronous motors are then aligned flush with their drive shafts horizontal to each other and each have a transmission with one end of each Eccentric shaft mechanically non-positively connected.
  • the three-phase synchronous motors are controlled by the computer as a unit, so that the required electrical values of the motors can be set so that the value-time characteristics of both motors are identical.
  • the mutually facing ends of the eccentric shafts are not connected to each other, so are designed to be open.
  • the three-phase synchronous motors then independently transmit their drive power gearless to the eccentric shafts.
  • Each three-phase synchronous motor is controlled separately by the computer and set to identical path-time characteristics. But it can also be different path-time characteristics are selected to compensate for any tilting of the plunger with eccentric tool load.
  • the head piece torsion on the O-frame is held by screw.
  • the head piece and O-frame made of thin-walled high-strength ductile iron.
  • Fig. 1 a partial representation of a toggle press according to the prior art
  • Fig. 2 a schematic representation of the kinematics according to the prior art
  • FIG. 3a and 3b schematic representations of the kinematics according to the invention at the top and bottom dead center
  • Fig. 4 a perspective view of the machine frame of O-frame without mounted head piece with inserted ram and eccentric shafts
  • Fig. 5 a section along the line AA the Fig. 4 .
  • Fig. 6 a fragmentary perspective view of the machine frame with connected by eccentric shaft and gearbox three-phase synchronous motors
  • Fig. 7 a section along the line BB of Fig. 6 and
  • Fig. 8 a perspective view of the machine frame of O-frame and head piece.
  • the Fig. 1 shows a toggle press 1 of the prior art, which is assumed.
  • a plunger 3 is mounted vertically displaceable.
  • a table 4 (see Fig. 2 ), which is mounted on the machine frame 2.
  • the table 4 serves to receive a lower tool and the plunger 3 is adapted for receiving an upper tool.
  • the plunger 3 is actuated by a plunger drive, to which a modified toggle mechanism 5 belongs, which is driven by an eccentric shaft 6.
  • a gear means such as a gear
  • an electric motor between the electric motor and the gear, an auxiliary gear, for example a planetary gear, can be arranged.
  • the kinematics of the known toggle mechanism 5 goes out of the Fig. 1 and 2 out.
  • a bearing point L1 eccentric shaft 6 On the rotatably mounted on a bearing point L1 eccentric shaft 6 is seated an eccentric 7.
  • a connecting rod 8 is mounted with a corresponding connecting rod bearing 9.
  • the connecting rod 8 has at its end remote from the eccentric 7 a head 10, on which two spaced-apart bearings 11 and 12 are formed.
  • the bearings define with the Center of the connecting rod bearing 9 a triangle. This goes in particular from the Fig. 2 out.
  • the corresponding distances are designated as distances E5, E6 and E8.
  • the eccentricity of the eccentric 7 is the dimension E4.
  • the eccentric shaft 6 is rotatable about a rotation axis D which is stationary in the machine frame 2.
  • L1 denotes the fixed bearing for the eccentric shaft. 6
  • the connecting rod 8 is connected via tabs or articulated arms 13 and 14 with the machine frame 2 and the plunger 3.
  • the tab 13 is pivotally mounted by means of a bearing pin 15 at the connection portion 16 of the connecting rod 8 and at its other end with a bearing pin 17 fixed to the machine frame 2.
  • This bearing pin 17 forms for the tab 13, the fixed bearing L2, which is thus arranged above the plunger 3 and 4 of the table.
  • the tab 13 is with E7 in Fig. 2 designated.
  • the tab 14 is pivotable at its one end about a bearing pin 18 in the terminal portions 19 of the connecting rod 8, while the other end of the tab 14 is pivotable about a bearing pin 20 in the plunger 3.
  • the Fig. 3a to 3b schematically shows the kinematics of the toggle lever in the bottom and top dead center of the plunger in the press according to the invention.
  • the plunger 3 carries a table top 21, to which a lower tool part 42 is attached, so that the table plate 21 with the tool part also performs a lifting movement.
  • the connecting rod 8 forms like the Fig.
  • 3a and 3b schematically show an equilateral effective triangle DE whose base G denotes the head 10 of the connecting rod 8 and two superimposed hinge points 22 and 23 has.
  • a disc-like articulated arm 24 is pivoted at one end thereof, while the other end of the articulated arm 24 is pivotally mounted in the hinge point 25 of the plunger 3.
  • a fixed bearing FL1 In alignment with the vertical stroke axis HU of the plunger 3 is the base side of the machine frame 2, a fixed bearing FL1, in which a disk-like trained lower articulated arm 26 is fixedly mounted with its one end.
  • the articulated arm 26 is thus pivotable about the bearing FL1.
  • the other end of the Articulated arm 26 is pivoted at the lower pivot point 23 of the connecting rod 8.
  • Fig. 3a is the plunger 3 in bottom dead center UT.
  • the lower mounted in the bearing FL1 articulated arm 26 has completed a pivoting movement, which is indicated by the pivoting path S1.
  • the articulated arms 24 and 26 have moved with their hinge points 22 and 23 accordingly.
  • the Fig. 3b shows the plunger 3 at top dead center OT.
  • the articulated arms 24, 26 and the base side G of the connecting rod 8 take a largely extended position, which is characterized in that the deflection of the articulated arm 24 and 26 is only about 4 ° relative to the stroke axis HU of the plunger 3.
  • FIG. 4 the O-frame 29 of the machine frame 2 with mounted ram 3 is shown in perspective.
  • the O-frame 29 is made of high-strength nodular cast iron.
  • At the foot-side rear side of the O-frame 29 are each two with lateral openings 31 (see Fig. 8 ) provided, backpack-like pockets 30 formed.
  • an eccentric shaft 6 is mounted, whose axes D are aligned with each other in alignment.
  • the mutually facing shaft ends 32 of the two eccentric shafts 6 are rotatably connected to each other by a coupling piece 33 (see Fig. 6 ).
  • Each of the eccentric shafts 6 engages in each case the disk-like connecting rod 8 inserted in the pockets 30, which is mounted on the eccentric shaft 6 by a connecting rod bearing.
  • the pockets 30 on the O-frame 29 form the fixed bearing FL2 for the eccentric shafts 6 and support the three-phase synchronous motors 34 and 35 described below (see Fig. 6 ).
  • Fig. 5 making a cut along the AA line of the Fig. 4 represents, illustrates the extended position of Fig. 3 schematically illustrated disc-like articulated arm 24 and 26 at the top dead center of the plunger. 3
  • the Fig. 6 shows a fragmentary perspective view of the interconnected with the coupling piece 33, mutually facing shaft ends 32 of the eccentric shafts 6.
  • the opposite ends 36 of the eccentric shafts 6 are each connected via a planetary gear 37 with the three-phase synchronous motors 34 and 35.
  • a three-phase synchronous motors 34 and 35 can be used by the special kinematics of the toggle drive according to the invention small engines with high torques at low engine speeds without flywheel. Therefore, torque motors have proven particularly suitable.
  • the parallel synchronous three-phase synchronous motors 34 and 35 are each connected to a computer belonging to the computer 38, which processes the machine data and the two motors identical path-time characteristics (see Fig. 7 ).
  • the setpoints which are based on the machine and process data of the fineblanking or forming process, are determined via a virtual master axis.
  • the virtual axis is a non-existing drive whose speed and bearing values are determined by the computer and given to the motors as control variables in coordination with the process parameters.
  • the two torque motors run as slave axes to the virtual master axis.
  • the Fig. 8 shows the machine frame 2 in a perspective view. It is composed of the O-frame 29 and a head piece 39.
  • the head piece 39 is placed on the O-frame 29 and fixed by means of high-strength screw 27 at the upper part of the O-frame 2 torsion-free. For this purpose, 29 holes are introduced with internal thread in the upper part of the O-frame, are screwed into the bolt with external thread.
  • the head piece 39 is fixed by nuts screwed onto the bolts.
  • the head piece 39 is designed such that a schematic illustrated fine cutting or forming head 41 with an upper tool part 40 can be mounted thereto, which can be positioned in a hanging arrangement through the upper opening of the O-frame 29 in height.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Press Drives And Press Lines (AREA)
  • Presses And Accessory Devices Thereof (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine mechanische Presse zum Feinschneiden, Umformen und/oder Prägen von Werkstücken, mit einem aus einem Kopfstück und einem O-Gestell zusammengesetzten Maschinengestell, einem im 0-Gestell vertikal auf einer Hubachse geführten Stößel, einem Kniehebelantrieb, dessen ein etwa gleichseitig ausgebildetes Wirkdreieck aufweisendes Pleuel zwei übereinander angeordnete Gelenkpunkte aufweist, von denen der untere Gelenkpunkt über einen scheibenartig ausgebildeten unteren Gelenkarm um ein Festlager schwenkt und der dem Stößel zugeordnete obere Gelenkpunkt mit dem unteren scheibenartig ausgebildeten Gelenkarm im OT eine Strecklage zur Hubachse einnimmt, wobei das Festlager auf der Hubachse des Stößels liegt und dem Pleuel zwei mit ihren Achsen fluchtenden, in Festlagern gelagerte Exzenterwellen zugeordnet sind, deren abgewandte Wellenenden zu ihrem gleichzeitig parallelen Antrieb mit schwungradlosen Drehstrom-Synchronmotoren verbunden sind, wobei die Motore auf untereinander gleiche Weg-Zeit-Kennwerte mittels eines mit den Motoren verbundenen Rechners einstellbar sind.
    • Stand der Technik
  • Aus der DE 199 35 656 A1 ist eine Pressenbaureihe mit einem modifizierten, oberhalb eines Tisches angeordneten Kniehebelgetriebe bekannt, das über einen Elektromotor von einer drehbar gelagerten mit einem drehfesten Exzenter versehenen Exzenterwelle unter Zwischenschaltung eines Schwungrades angetrieben wird. Auf dem Exzenter ist ein Pleuel mit einem entsprechenden Pleuellager gelagert. Das Pleuel weist an seinem von dem Exzenter abliegenden Ende einen Kopf auf, an dem zwei voneinander beabstandete Lagerstellen ausgebildet sind. Diese Lagerstellen definieren mit dem Mittelpunkt des Pleuellagers ein Dreieck. Eine erste Lasche ist über ein Lagerbolzen mit dem Kopfstück des Maschinengestells verbunden, das ein Festlager bildet. Das andere Ende der Lasche ist mittels eines weiteren Lagerbolzens schwenkbar am Pleuel festgelegt. Eine zweite Lasche ist einerends mit dem Stößel und anderenends mit dem Pleuel verbunden. Das Festlager dieses bekannten modifizierten Kniehebels befindet sich oberhalb des Pressenstößels und der diesem Festpunkt zugeordnete Gelenkpunkt schwenkt um diesen Festpunkt. Der dem Pressenstößel zugeordnete obere Gelenkpunkt beschreibt eine kurvenförmige Bahn. Ein solcher modifizierter Kniehebelantrieb führt zu einer Verlangsamung der Stößelbewegung, so dass dem Werkstoff im unteren Totpunkt genügend Zeit zum plastischen Fließen bleibt.
    Von Nachteil ist jedoch, dass einerseits das Festlager für die zum Pleuel gehörige Lasche und der Stößel auf unterschiedliche zueinander verschobenen Achsen liegen und anderseits das Festlager für die Exzenterwelle nahe beim Stößel angeordnet ist. Dies führt dazu, dass im oberen Totpunkt keine weitgehende Strecklage der Laschen erreicht werden kann, so dass die Steifigkeit und damit die Kraftübertragung auf den Stößel immer mit horizontal wirkenden Kraftkomponenten einhergeht, wodurch der Stößelverschleiß und auch die Krafteinleitung in den Stößel erhöht werden muss. All dies hat wiederum nachteilige Folgen für das Maschinengestell, das massiver ausgeführt werden muss, und auf die Antriebsleistung von den Motoren, die höhere Drehmomente erbringen müssen.
    Aus der DE 100 65 256 A1 ist eine Vorrichtung zum Antrieb wenigstens eines Stößels einer Presse mit einem Antriebsmotor bekannt, welche über eine Antriebswelle ein Planetengetriebe antreibt, wobei der Stößel wenigstens mittelbar mit dem Planetengetriebe verbunden ist. Der Stößel ist über wenigstens zwei Pleuel mit dem Planetengetriebe verbunden, wobei das Planetengetriebe zwischen den wenigstens zwei Pleueln angeordnet ist.
    Am Kniehebel der Presse ist der obere Werkzeugteil fixiert und vollführt eine Hubbewegung entsprechend der Stößelbewegung. Das Festlager, um das der Kniebelhebel schwenkt, ist am Kopf der Presse angeordnet, so dass auch hier die zuvor dargestellten Nachteile eintreten.
    Alle diese Nachteile treffen auch für die DE 100 65 260 A1 und DE 199 35 655 A1 zu.
    • Aufgabenstellung
  • Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein mechanische Presse für Feinschneid-, Umform- und Prägevorgänge bereitzustellen, die schwungradlos in einem breiten Nennkraftbereich arbeitet, die Steifigkeit des Kniehebels im oberen Totpunkt deutlich verbessert, die Massivität des Maschinengestells reduziert und mit einer deutlich herabgesetzten Antriebsleistung trotz Wegfalls des Schwungrads auskommt.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Presse der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Presse sind den Unteransprüchen entnehmbar
  • Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Hubachse des Stößels auf der Achse des Festlagers für den dreiecksartigen Pleuel angeordnet sein muss, damit im oberen Totpunkt des Stößels die das Festlager und das Pleuel sowie den Stößel und das Pleuel verbindenden Gelenkarme eine weitgehende Strecklage erreichen können.
    In der Strecklage der Gelenkarme nehmen die auf den Stößel wirkenden horizontalen Kraftkomponenten sehr geringe Werte an, so dass eine weitgehend optimale Kraftübertragung vom Exzenter und Motor auf den Stößel ohne nennenswerten Verlust und Verschleiß des Stößels ermöglicht wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Kniehebelantrieb unterhalb des Stößels angeordnet und die Festlager des Kniehebelantriebs und der Exzenterwellen fußseitig am 0-Gestell positioniert sind, wobei der Stößel mit einer Tischplatte zur Befestigung eines unteren Werkzeugteils versehen ist, und dass am Kopfstück der Presse ein in das 0-Gestell hineinreichender Feinschneid- oder Umformkopf mit einem daran fixierten oberen Werkzeugteil hängend befestigt ist.
  • Von besonderer Bedeutung ist, dass die Festlager für die Exzenterwellen und den unteren Gelenkarmen fußseitig am O-Gestell angeordnet sind. Diese Maßnahme hat den außerordentlichen Vorteil, dass die Festlager am Fuß des Maschinengestells liegen und damit sehr nahe am Schwerpunkt des gesamten Pressenaufbaus. Dies ermöglicht, die Masse des Maschinengestells weiter zu reduzieren.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt der als O-Gestell ausgeführte Ständer des Maschinengestells fußseitig und parallel nebeneinander angeordnete rucksackartige Taschen für die Ausbildung der Festlager der Exzenterwelle und der horizontalen Anbindung der Drehstrom-Synchronmotoren.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die einander zugewandten Enden der Exzenterwellen mechanisch fest miteinander verbunden. Dies kann vorteilhaft durch ein Kupplungsstück erfolgen, das die beiden Wellenenden miteinander drehfest verbindet.
  • Die Drehstrom-Synchronmotoren sind dann mit ihren Antriebswellen fluchtgenau horizontal zueinander ausgerichtet und über je ein Getriebe mit jeweils einem Ende der Exzenterwelle mechanisch kraftschlüssig verbunden. In diesem Fall werden die Drehstrom-Synchronmotoren durch den Rechner als eine Einheit angesteuert, so dass die erforderlichen elektrischen Werte der Motoren so eingestellt werden können, dass die Wert-Zeit-Kennlinien beider Motoren identisch sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die einander zugewandten Enden der Exzenterwellen nicht miteinander verbunden, also offen ausgeführt sind.
    Die Drehstrom-Synchronmotore übertragen dann unabhängig voneinander ihre Antriebsleistung getriebelos auf die Exzenterwellen. Jeder Drehstrom-Synchronmotor wird durch den Rechner separat angesteuert und auf miteinander identische Weg-Zeit-Kennlinien eingestellt. Es können aber auch unterschiedliche Weg-Zeit-Kennlinien gewählt werden, um eine eventuelle Kippung des Stößels bei exzentrischer Werkzeugbelastung zu kompensieren.
  • Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, Drehstrom-Synchronmotore mit einem hohen Drehmoment bei geringer Motordrehzahl, beispielsweise Torquemotore, einzusetzen.
  • Es ist weiterhin von Vorteil, die Getriebe als Planetengetriebe auszuführen. Dies stellt eine geringe Massenträgheit bei hoher Kompaktheit sicher.
  • In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Kopfstück torsionsfrei am O-Gestell durch Schraubverbindungen gehalten. Zweckmäßigerweise besteht das Kopfstück und O-Gestell aus dünnwandigem hochfesten Sphäroguss.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
    • Ausführungsbeispiel
  • Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
    • Es zeigt
  • Fig. 1 eine ausschnittsweise Darstellung einer Kniehebelpresse nach dem Stand der Technik,
  • Fig. 2 eine schematische Darstellung der Kinematik nach dem Stand der Technik,
  • Fig. 3a und 3b schematische Darstellungen der Kinematik nach der Erfindung im oberen und unteren Totpunkt,
  • Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Maschinengestells aus O-Gestell ohne montiertem Kopfstück mit eingesetztem Stößel und Exzenterwellen,
  • Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 4,
  • Fig. 6 eine ausschnittsweise perspektivische Ansicht des Maschinengestells mit durch Exzenterwelle und Getriebe verbundene Drehstrom-Synchronmotore,
  • Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie B-B der Fig. 6 und
  • Fig. 8 eine perspektivische Ansicht des Maschinengestells aus O-Gestell und Kopfstück.
  • Die Fig. 1 zeigt eine Kniehebelpresse 1 nach dem Stand der Technik, von dem ausgegangen wird. In einem Maschinengestell 2 ist ein Stößel 3 vertikal verschiebbar gelagert. Unterhalb des Stößels 3 ist ein Tisch 4 (siehe Fig. 2) angeordnet, der an dem Maschinengestell 2 gelagert ist. Der Tisch 4 dient zur Aufnahme eines Unterwerkzeugs und der Stößel 3 ist für die Aufnahme eines Oberwerkzeugs eingerichtet.
  • Der Stößel 3 wird durch einen Stößelantrieb betätigt, zu dem ein modifiziertes Kniehebelgetriebe 5 gehört, das von einer Exzenterwelle 6 angetrieben ist. Diese wird über ein Getriebemittel, beispielsweise ein Zahnrad, und über einen Elektromotor angetrieben. Zwischen dem Elektromotor und dem Zahnrad kann ein Vorsatzgetriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe, angeordnet sein.
  • Die Kinematik des bekannten Kniehebelgetriebes 5 geht aus den Fig. 1 und 2 hervor. Auf der an einer Lagerstelle L1 drehbar gelagerten Exzenterwelle 6 sitzt ein Exzenter 7. Auf diesem ist ein Pleuel 8 mit einem entsprechenden Pleuellager 9 gelagert. Das Pleuel 8 weist an seinem von dem Exzenter 7 abliegenden Ende einen Kopf 10 auf, an dem zwei voneinander beabstandete Lagerstellen 11 und 12 ausgebildet sind. Die Lagerstellen definieren mit dem Mittelpunkt des Pleuellagers 9 ein Dreieck. Dies geht insbesondere aus der Fig. 2 hervor. Die entsprechenden Abstände sind als Abstände E5, E6 und E8 bezeichnet. Die Exzentrizität des Exzenters 7 ist das Maß E4. Die Exzenterwelle 6 ist drehbar um eine Drehachse D, die in dem Maschinengestell 2 ortsfest ist. Damit bezeichnet L1 das Festlager für die Exzenterwelle 6.
  • Das Pleuel 8 ist über Laschen bzw. Gelenkarme 13 und 14 mit dem Maschinengestell 2 und dem Stößel 3 verbunden. Die Lasche 13 ist mittels eines Lagerbolzens 15 am Anschlussbereich 16 des Pleuels 8 schwenkbar und an seinem anderen Ende mit einem Lagerbolzen 17 ortsfest am Maschinengestell 2 gelagert. Dieser Lagerbolzen 17 bildet für die Lasche 13 das Festlager L2, das damit oberhalb des Stößels 3 und des Tisches 4 angeordnet ist. Die Lasche 13 ist mit E7 in Fig. 2 bezeichnet.
    Die Lasche 14 ist an ihrem einen Ende um einen Lagerbolzen 18 in den Anschlußbereichen 19 des Pleuels 8 schwenkbar, während das andere Ende der Lasche 14 um einen Lagerbolzen 20 im Stößel 3 schwenkbar ist.
  • Das Festlager L2, also der ortsfeste Punkt, mit dem die Lasche 13 am Maschinengestell 2 festgelegt ist, liegt nicht auf der vertikalen Hubachse HU des Stößels 3. Dies führt dazu, dass die Laschen 13 und 14 keine ausreichende Strecklage am oberen Totpunkt OT erreichen, so dass auf den Stößel 3 entsprechende horizontale Kraftkomponenten einwirken, die nachteilig für die Lebensdauer des Stößels und seiner Führung sind und die dazu beitragen, dass die für den Feinschneid- oder Umformvorgang zur Verfügung stehende Nennpresskraft reduziert wird, was wiederum Antriebsaggregate mit höheren Drehmomenten erforderlich macht. Dies hat auch nachteilige Auswirkungen auf die Massivität der Maschinengestelle, das schwerer und stabiler ausgeführt werden muss, um die zusätzlichen horizontalen Kräfte aufnehmen zu können.
  • Die Fig. 3a bis 3b zeigt schematisch die Kinematik des Kniehebels im unteren und oberen Totpunkt des Stößels bei der erfindungsgemäßen Presse. Die Bezugszeichen werden, soweit sie in der weiteren Beschreibung auftreten und zutreffend sind, beibehalten.
    Die von zwei Drehstrom-Synchronmotore (siehe Fig. 6 und 7) angetriebenen Exzenterwellen 6 mit Exzentern 7 sind deutlich unterhalb des Stößels 3 angeordnet.
    Der Stößel 3 trägt eine Tischplatte 21, an der ein unteres Werkzeugteil 42 befestigt ist, so dass die Tischplatte 21 mit dem Werkzeugteil ebenso eine Hubbewegung ausführt.
    Das Pleuel 8 bildet wie die Fig. 3a und 3b zeigen schematisch ein gleichseitiges Wirkdreieck DE, dessen Grundseite G den Kopf 10 des Pleuels 8 bezeichnet und zwei übereinanderliegende Gelenkpunkte 22 und 23 aufweist. Am oberen Gelenkpunkt 22 des Pleuels 8 ist ein scheibenartiger Gelenkarm 24 mit seinem einen Ende schwenkbar angelenkt, während das andere Ende des Gelenkarms 24 schwenkbar im Gelenkpunkt 25 des Stößels 3 gelagert ist.
    In Flucht der vertikalen Hubachse HU des Stößels 3 liegt fußseitig am Maschinengestell 2 ein Festlager FL1, in dem ein scheibenartig ausgebildeter unterer Gelenkarm 26 mit seinem einen Ende ortsfest gelagert ist. Der Gelenkarm 26 ist damit um das Festlager FL1 schwenkbar. Das andere Ende des Gelenkarms 26 ist am unteren Gelenkpunkt 23 des Pleuels 8 schwenkbar angelenkt.
  • An der Spitze des Wirkdreiecks DE des Pleuels 8 befindet sich ein Gelenkpunkt 28, an dem der Exzenter 7 angreift, der um ein am Maschinengestell 2 ortsfest gehaltenes Festlager FL2 drehbar ist. Dieses Festlager FL2 liegt etwa in Flucht des unteren Gelenkpunktes 23, so dass das Festlager FL1 des unteren Gelenkarms 26 und das Festlager FL2 der Exzenterwelle 6 fußseitig im oder am Maschinengestells 2 angeordnet werden können und damit nahe zum Schwerpunkt des gesamten Pressenaufbaus liegen.
  • In Fig. 3a befindet sich der Stößel 3 im unteren Totpunkt UT. Der untere im Festlager FL1 gelagerte Gelenkarm 26 hat eine Schwenkbewegung vollzogen, die durch die Schwenkbahn S1 angedeutet ist. Der obere Gelenkarm 24 hat sich dagegen auf einer Kurvenbahn S2 bewegt. Die Gelenkarme 24 und 26 haben sich mit ihren Gelenkpunkten 22 und 23 entsprechend weiterbewegt.
  • Die Fig. 3b zeigt den Stößel 3 im oberen Totpunkt OT. Die Gelenkarme 24, 26 und die Grundseite G des Pleuels 8 nehmen eine weitgehende Strecklage ein, die sich dadurch auszeichnet, dass die Auslenkung des Gelenkarmes 24 und 26 etwa nur noch 4° gegenüber der Hubachse HU des Stößels 3 beträgt.
  • Hierdurch gelingt es, horizontale Kraftkomponenten bei der Kraftübertragung auf den Stößel 3 erheblich zu minimieren, so dass die Kraftübertragung vom Antrieb auf den Stößel weitgehend ohne Verluste erfolgen kann und zugleich auch der Verschleiß des Stößels 3 an seiner Stößelführung reduziert wird.
  • In Fig. 4 ist das O-Gestell 29 des Maschinengestells 2 mit montiertem Stößel 3 perspektivisch gezeigt. Das O-Gestell 29 besteht aus hochfestem Sphäroguss. An der fußseitigen Hinterseite des O-Gestells 29 sind jeweils zwei mit seitlichen Öffnungen 31 (siehe Fig. 8) versehene, rucksackartige Taschen 30 ausgebildet. In jede der Taschen 30 ist eine Exzenterwelle 6 gelagert, deren Achsen D zueinander fluchtgenau ausgerichtet sind. Die einander zugewandten Wellenden 32 der beiden Exzenterwellen 6 sind durch ein Kupplungsstück 33 drehfest miteinander verbunden (siehe Fig. 6). Jede der Exzenterwellen 6 durchgreift jeweils den in die Taschen 30 eingesetzten scheibenartigen Pleuel 8, der an der Exzenterwelle 6 durch ein Pleuellager gelagert ist. Die Taschen 30 am O-Gestell 29 bilden die Festlager FL2 für die Exzenterwellen 6 und stützen die im folgenden beschriebenen Drehstrom-Synchronmotoren 34 und 35 (siehe Fig. 6) ab.
  • Fig. 5, die einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 4 darstellt, verdeutlicht die Strecklage der in Fig. 3 schematisch dargestellten scheibenartigen Gelenkarmes 24 und 26 im oberen Totpunkt des Stößels 3.
  • Die Fig. 6 zeigt eine ausschnittsweise perspektivische Darstellung der mit dem Kupplungsstück 33 miteinander verbundenen, einander zugewandten Wellenenden 32 der Exzenterwellen 6. Die voneinander abgewandten Enden 36 der Exzenterwellen 6 sind jeweils über ein Planetengetriebe 37 mit den Drehstrom-Synchronmotoren 34 bzw. 35 verbunden. Als Drehstrom-Synchronmotore 34 bzw. 35 können durch die besondere Kinematik des erfindungsgemäßen Kniehebelantriebs kleine Motore mit hohen Drehmomenten bei geringen Motordrehzahlen ohne Schwungrad eingesetzt werden. Als besonders geeignet haben sich deshalb Torquemotore erwiesen. Die im Parallelbetrieb laufenden Drehstrom-Synchronmotore 34 und 35 sind jeweils mit einem zur Presse gehörenden Rechner 38 verbunden, der die Maschinendaten verarbeitet und den beiden Motoren identische Weg-Zeit-Kennlinien vorgibt(siehe Fig. 7).
  • Dies läuft wie folgt ab. Die Sollwerte, die sich nach den Maschinen- und Prozessdaten des Feinschneid- oder Umformvorgages richten, werden über eine virtuelle Leitachse ermittelt. Die virtuelle Achse ist ein nicht real existierender Antrieb, dessen Drehzahl- und Lagerwerte durch den Rechner ermittelt und als Steuerungsgrößen in Abstimmung mit den Prozessparametern den Motoren vorgegebenen werden. Die beiden Torquemotoren laufen als Slaveachsen zur virtuellen Leitachse.
  • Die Fig. 8 zeigt das Maschinengestell 2 in perspektivischer Ansicht. Es setzt sich aus dem O-Gestell 29 und einem Kopfstück 39 zusammen. Das Kopfstück 39 wird auf das O-Gestell 29 aufgesetzt und mittels hochfester Schraubverbindungen 27 am oberen Teil des O-Gestells 2 torsionsfrei befestigt. Dazu sind im oberen Teil des O-Gestells 29 vier Bohrungen mit Innengewinde eingebracht, in die Bolzen mit Außengewinde eingeschraubt werden. Das Kopfstück 39 wird durch auf die Bolzen geschraubte Muttern fixiert.
    Das Kopfstück 39 ist so ausgebildet, dass ein schematisch dargestellter Feinschneid- oder Umformkopf 41 mit einem oberen Werkzeugteil 40 daran montiert werden kann, der in hängender Anordnung durch die obere Öffnung des O-Gestells 29 in der Höhe positioniert werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • Kniehebelpresse
    1
    Maschinengestell
    2
    Stößel
    3
    Fester Tisch
    4
    Kniehebelgelenk
    5
    Exzenterwelle
    6
    Exzenter
    7
    Pleuel
    8
    Pleuellager
    9
    Kopf von 9
    10
    Lagerstellen
    11, 12
    Obere Lasche
    13
    Untere Lasche
    14
    Lagerbolzen
    15
    Anschlussbereiche von 9
    16
    Lagerbolzen für Lasche 13
    17
    Lagerbolzen für Lasche 13
    18
    Anschlußbereiche von 9
    19
    Lagerbolzen für Lasche 14
    20
    Hubbewegliche Tischplatte
    21
    Oberer Gelenkpunkt am Pleuel 8
    22
    Unter Gelenkpunkt am Pleuel 8
    23
    Scheibenartiger Gelenkarm
    24
    Gelenkpunkt im Stößel 3
    25
    Scheibenartiger Gelenkarm
    26
    Schraubverbindungen Gelenkpunkt an dem der Exzenterwelle
    27
    Zugewandten Ende des Pleuels 8
    28
    O-Gestell von 2
    29
    Rucksackartige Taschen am Fuß des O-Gestells
    30
    Seitliche Öffnungen in 30
    31
    Einander zugewandte Wellenenden von 6
    32
    Kupplungsstück
    33
    Drehstrom-Synchronmotore
    34, 35
    Abgewandte Wellenenden von 6
    36
    Planetengetriebe
    37
    Rechner
    38
    Kopfstück
    39
    Oberes Werkzeugteil
    40
    Feinschneid- und Umformkopf
    41
    Unteres Werkzeugteil
    42
    Drehachse von 6
    D
    Gleichseitiges Wirkdreieck
    DE
    Exzentrizität von 6
    E4
    Abstände der Lager
    E1....E3,E5...E7
    Hubachse von 3
    HU
    Festlager für Exzenterwelle
    FL1
    Festlager für unteren Gelenkarm
    FL2
    Lagerstelle der Exzenterwelle 6
    L1
    Festlager für Lasche 13
    L2
    Oberer Totpunkt
    OT
    Schwenkbahn
    S1
    Kurvenbahn
    S2
    Unterer Totpunkt
    UT

Claims (12)

  1. Mechanische Presse zum Feinschneiden, Umformen und/oder Prägen von Werkstücken, mit einem aus einem Kopfstück (39) und einem O-Gestell (29) zusammengesetzten Maschinengestell (2), einem im O-Gestell (29) vertikal auf einer Hubachse (HU) geführten Stößel (3), einem Kniehebelantrieb, dessen ein etwa gleichseitig ausgebildetes Wirkdreieck aufweisendes Pleuel (8) zwei übereinander angeordnete Gelenkpunkte (22;23) aufweist, von denen der untere Gelenkpunkt (23) über einen scheibenartig ausgebildeten unteren Gelenkarm (26) um ein Festlager (FL1) schwenkt und der dem Stößel (3) zugeordnete obere Gelenkpunkt (25) mit dem unteren scheibenartig ausgebildeten Gelenkarm (24) im OT eine Strecklage zur Hubachse (HU) einnimmt, wobei das Festlager (FL1) auf der Hubachse (HU) des Stößels (3) liegt und dem Pleuel (8) zwei mit ihren Achsen fluchtenden, in Festlagern (FL2) gelagerten Exzenterwellen (6) zugeordnet sind, deren abgewandte Wellenenden (36) zu ihrem gleichzeitig parallelen Antrieb mit schwungradlosen Drehstrom-Synchronmotoren (34;35) über je ein Planetengetriebe (37) verbunden sind, wobei die Motore auf untereinander gleiche Weg-Zeit-Kennwerte mittels eines mit den Motoren (34;35) verbundenen Rechners (38) einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kniehebelantrieb unterhalb des Stößels (3) angeordnet ist und die Festlager (FL1;FL2)) des Kniehebelantriebs bzw. der Exzenterwellen (6) fußseitig am O-Gestell angeordnet sind, wobei der Stößel (3) mit einer Tischplatte zur Befestigung eines unteren Werkzeugteils versehen ist, und dass am Kopfstück (39) der Presse ein in das O-Gestell (29) hineinreichender Feinschneid- oder Umformkopf (40) mit einem daran fixierten oberen Werkzeugteil (41) hängend befestigt ist.
  2. Mechanische Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlager (FL1) rucksackartige Taschen (30) zur Lagerung der Exzenterwellen (6) und Abstützung der Drehstrom-Synchronmotoren (34;35) umfassen.
  3. Mechanische Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Enden (32) der Exzenterwellen (6) mechanisch fest verbunden sind.
  4. Mechanische Presse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch feste Verbindung der Wellenenden (32) ein Kupplungsstück (37) ist.
  5. Mechanische Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstrom-Synchronmotoren (34;35) als eine Einheit durch den Rechner (38) angesteuert sind.
  6. Mechanische Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Enden (32) der Exzenterwellen (6) nicht miteinander und die abgewandten Wellenenden (36) der Exzenterwellen (6) getriebelos mit den Drehstrom-Synchronmotoren (35;35)n verbunden sind.
  7. Mechanische Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstrom-Synchronmotoren (34;35) unabhängig voneinander durch den Rechner (38) angesteuert sind.
  8. Mechanische Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstrom-Synchronmotoren (34;35) Torquemotore mit einem hohen Drehmoment bei geringer Motordrehzahl sind.
  9. Mechanische Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstrom-Synchronmotoren (34;35) über je ein Getriebe (37) mit jeweils einen Ende der Exzenterwelle (36) verbunden sind.
  10. Mechanische Presse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (37) ein Planetengetriebe ist.
  11. Mechanische Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfstück (39) torsionsfrei am O-Gestell (29) durch Schraubverbindungen (27) gehalten ist.
  12. Mechanische Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das 0-Gestell (29) und das Kopfstück (39) aus Sphäroguss bestehen.
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