[0001] Die Erfindung betrifft ein Zangenvorschubgerät mit pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen
Kurbeltrieben.
[0002] Wie aus dem Studium einschlägiger Fachliteratur ersichtlich, geht der Trend in der
fertigenden Industrie heute weg vom Massenprodukt und hin zu einer größeren Diversifikation
einzelnder Produktgruppen, bei gleichzeitigem Sinken der Losgrößen:
Bekanntermaßen erweist es sich daher als immer notwendiger, Arbeits- und Automationssysteme
zu flexibilisieren. Dies stellt, geht es um die Fertigung einfacher Teile mit geringen
Qualitätsansprüchen, auch keine größeren Schwierigkeiten dar. Mit steigenden Qualitätsansprüchen
bezüglich Maßhaltigkeit und Komplexität steigt jedoch auch der automationstechnische
Aufwand; erreicht hier aber schnell die Grenze der Wirtschaftlichkeit. Vor allem in
Produktionszweigen, wie der spanlosen Umformung und hier insbesondere der Stanztechnik,
die von jeher einen hohen Automationsgrad aufweisen. Da sich die Möglichkeiten zur
Automatisierung aus technologischen Gründen verhältnismäßig einfach gestalten, zeigt
sich nach eingehenden Untersuchungen immer häufiger, daß die bekannten Automationstechniken
mit den Maschinenentwicklungen nicht Schritt gehalten haben. Oft werden daher absolute
Neukonstruktionen erforderlich, da das immer weitere Anpassen bestehender Technologien
schließlich in eine Sackgasse führen muß.
[0003] Ziel dieser Erfindung ist es, eine derartige Neukonstruktion vorzustellen und ihre
Notwendigkeit zu begründen.
Es handelt sich hierbei um eine Vorrichtung nach der eingangs genannten Art, zum automatischen
Vorschieben von Band-, Streifen- oder Profilmaterial in Pressen, Stanzen oder ähnlichen
Maschinen.
[0004] Initiiert wurde diese Entwicklung neben dem eingangs Gesagten dadurch, daß die durch
das Prospekt "Differenzdruckpresse - Leinhaas" (Ausgabe Dezember 1987) ausgewiesene
Entwicklung einer solchen Presse, bei Verwendung herkömmlicher, auf dem Markt erhältlicher
Automationsgeräte nur unter größeren Einbußen des erheblichen bestehenden technologischen
Vorsprungs automatisierbar ist.
Es wird sich hierbei zeigen, daß die erwähnten Neukonstruktionen, und hier insbesondere
der oben angesprochene Vorschub, nicht nur in seiner Technik, sondern auch kostenmäßig
wesentlich günstiger liegt, als die umständliche Anpassung an bestehende Technologien.
[0005] Entsprechend den angesprochenen Anforderungen finden sich in den Offenlegungsschriften
des Deutschen und Europäischen Patentamtes lediglich fünf Anmeldungen, die allerdings
nur teilweise die beschriebene Problematik berühren.
[0006] Eine dieser Anmeldungen, ein amerikanisches Patent, datiert aus dem Jahre 1936 und
betrifft einen Doppelzangenvorschub, der vollkommen mechanisch von der Presse direkt
angetrieben wird , US-PS 2 468 236.
[0007] Des weiteren werden vier Druckschriften beschrieben und auf ihre Relevanz hin untersucht.
a) DE-AS 1 265 106
[0008] Es handelt sich hierbei um einen pneumatischen Doppelzangenvorschub, bei dem jede
der beiden Zangen durch einen eigenen Antrieb Vor- und Rückhub ausführt. Als nachteilig
zeigen sich hier die notwendige getrennte Einstellung beider Zangen, was die Gleichlaufpräzision
beeinträchtigt und weiterhin der enorme Luftverbrauch durch Verwendung von zwei Antriebsaggregaten.
Allerdings läßt sich der Nachteil der getrennten Einstellung in gewisser Weise in
Positive verkehren, da mit diesem System nun zyklisch getrennte Vorschublängen gefahren
werden können, was im engeren Sinne dem Taktprogrammlauf des vollen Vorschubs entspricht.
b) DE-OS 1 801 302
[0009] Diese Offenlegungsschrift beschreibt einen Vorschub, bei dem zwei Zangen an den
gegenläufigen Strängen einer horizontal laufenden Rollkette befestigt sind.
[0010] Diese Kette wird zyklisch durch einen umsteuerbaren Hydraulikmotor angetrieben,
der seinerseits von einer elektromotorisch getriebenen Hydraulikpumpe versorgt wird.
Dieses System ist vordringlich für Vorschublängen größer als 1000 mm vorgesehen,
wo der Einsatz von Hydraulikzylindern zu kostspielig wäre und Konstruktionen mit systembedingtem
Leerhub enorm hohe Positionierzeiten benötigen würden.
c) Offenlegungsschrift 0033252
[0011] Diese Patentanmeldung beschreibt einen einfachen Vorschub mit nur einer beweglichen
Zange, die nicht über einen Zylinder, sondern durch ein elektropneumatisches Schwenkmodul
angetrieben wird, welches seinerseits zyklisch eine im Radius einstellbare Kurbelschwinge
um jeweils 180° in bzw. gegen die Vorschubrichtung dreht.
Zum Antrieb der Vorschubzange wird hier also ein Sinuidalgetriebe verwendet, um einen
möglichst ruckfreien An- und Auslauf zu erreichen.
Da die Hubverstellung bei diesem Gerät durch eine Voreinstellung des Kurbelradius
erfolgt, ist ein Nach- bzw. Neueinstellen der Vorschublänge nur im Stand möglich.
Als weiterhin sehr nachteilig wirkt sich hier die Tatsache aus, daß selbst bei kleinsten
gefahrenen Hüben die antreibbare Schwenkvorrichtung jeweils eine volle Drehung ausführen
muß, was - wie bereits vorstehend erwähnt -, zu einem unwirtschaftlich hohen Luftverbrauch
führt.
d) Offenlegungsschrift 0125367
[0012] Diese Anmeldung, die neueste auf diesem Gebiet, beschreibt einen Vorschub, der die
Vorteile der bisher erwähnten drei Anmeldungen weitestgehend zusammenfaßt.
Es handelt sich hierbei ebenfalls um einen Doppelzangenvorschub, dessen gegenläufige
Zangenbewegung durch zwei Exzenterscheiben erzeugt wird. Dadurch soll ebenfalls ein
besonders sanftes Anfahren und Abbremsen der Zangen erreicht werden. Die Hublängeneinstellung
der Vorschubzangen geschieht hier, wie unter c), durch eine gemeinsame Voreinstellung
der Kurbelradien und ist ebenfalls nur im Stand möglich.
Die zyklische Schwenkbewegung der Exzenterscheiben um jeweils 180° wird bei diesem
System durch einen, beide Exzenterscheiben umschlingenden Zugmitteltrieb erreicht,
dessen eines Trum durch einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder vom Vorschubtakt
entsprechend bewegt wird.
Als nachteilig sind bei diesem System, wie bereits unter c) bemerkt, die Unmöglichkeit
der Hubeinstellung während des Laufes und die Tatsache, daß der antreibende Zylinder
auch bei kleinen Zangenhüben jeweils seinen vollen Hub fahren muß, anzusprechen.
Ein weiterer Mangel dieses Systems zeigt sich in der Eigenschaft, daß die maximale
Hublänge jeder Vorschubzange jeweils durch den Durchmesser der antreibenden Exzenterscheibe
begrenzt wird.
[0013] Nach dem Studium dieser Druckschriften zeigt sich also, daß die vorstehend herausgearbeiteten
Anforderungen an ein modernes Vorschubsystem bis jetzt noch nicht von einer bekannten
Konstruktion befriedigend erfüllt werden.
[0014] Im folgenden soll nun der Fertigungsprozeß des automatischen Stanzens vom Band bzw.
vom Streifen beschrieben und näher untersucht werden.
[0015] Der maschinelle Aufbau einer automatischen Stanzanlage zum Verarbeiten von Bändern
und Streifen ist fast immer gleich.
Er besteht im wesentlichen aus einer Abwickelvorrichtung für das Band und der sogenannten
Haspel, einer Richtmaschine zum Begradigen des durch den Aufwickelvorgang gekrümmten
Bandes und einem Vorschub, dem die Aufgabe obliegt, das Band zyklisch dem Pressentakt
entsprechend in das Maschinenwerkzeug einzuschieben.
[0016] Vor allem der Hub bestimmt neben der Pressencharakteristik die Qualität und mögliche
Komplexität des herzustellenden Teils. Drei grundsätzliche Anforderungen müssen aus
dieser Perspektive an den Vorschub gestellt werden:
1.) Positioniergenauigkeit des Werkstückes, also des Bandes oder Streifens,
2.) Positioniergeschwindigkeit für einen Takt und
3.) Taktfrequenz, um die Hubzahlen der Presse ausnützen zu können.
[0017] Weitere Anforderungen ergeben sich bei der Berücksichtigung des entsprechenden Einsatzfalles,
z.B. Klemmkraft des Bandes.
Sie richtet sich nach der erforderlichen Beschleunigung und der Masse bzw. dem Querschnitt
des zu transportierenden Bandes, um ein schnelles Vorschieben ohne Durchrutschen
des Bandes zu gewährleisten.
[0018] Ebenfalls von Bedeutung ist hierbei die Zugkraft des Vorschubes, um ein Band je nach
Querschnitt bzw. Krümmung durch die Richtmaschine zu ziehen, sofern diese nicht über
einen eigenen Antrieb verfügt. Selbstverständlich beeinflußt die Zugkraft auch die
auf das Band maximal übertragbare Beschleunigung.
[0019] Nach diesem Anforderungsprofil wird nun,der Aufgabe der Anlage entsprechend,der
jeweilige Vorschub ausgewählt.
[0020] Es soll nunmehr die Funktionalität des Vorschubes näher beleuchtet werden:
Positioniergenauigkeit:
[0021] Hierbei ist wiederum zwischen zwei Fertigungstechnologien bezüglich des Werkzeuges
zu unterscheiden.
a) Taktwerkzeuge, mit denen während einem Pressenhub jeweils ein Teil direkt ohne
Zwischenschritte vom Band gefertigt wird, und
b) Folge- bzw. Folgeverbundwerkzeuge, in denen das jweils zu fertigende Teil mehrere
umformtechnische Stationen durchläuft, um schließlich weitgehend fertig - also frei
fallend - von der Maschine ausgeworfen zu werden.
[0022] Es ist leicht ersichtlich, daß sich bei Einzeltaktwerkzeugen Positionierfehler nicht
addierend auswirken können, da pro Pressenhub nur ein kompletter Umformvorgang stattfindet
und mögliche Stellfehler sich nur auf die wirtschaftliche Ausnutzung des Bandes auswirken
können, solange der Stellfehler im Bereich eines Teilungsabstandes zwischen zwei auf
dem Band vorgesehenen Werkstücken liegt.
[0023] Beim Folge- bzw. Folgeverbundwerkzeug allerdings können sich Positionierfehler des
Vorschubes frappierend auf die Teilequalität auswirken. Dies wird schnell deutlich,
wenn man bedenkt, daß ein Werkstück in mehreren Stationen, jedoch in einem Werkzeug,
z.B. gelocht, gebogen, ausgeklinkt, gesickt usw. und erst am Schluß des umformtechnischen
Vorganges vom Band abgetrennt wird. Da hier die Umformvorgänge nacheinander erfolgen,
würden sie sich gegenseitig, bei auftretenden Vorschubungenauigkeiten, in ihrer Qualität
stark beeinflussen.
[0024] Man geht daher werkzeugtechnisch den Weg, daß man in einer ersten Station in das
Band Löcher stanzt bzw. an der Seite des Bandes eine Ausklinkung vornimmt und das
Band dann beim nächsten Pressenhub, also bei der nächsten umformtechnischen Station
mit Hilfe von Suchstiften bzw. andersartigen Anschlägen für die nachfolgenden Fertigungsvorgänge
jeweils im Werkzeug positioniert.
[0025] Man verlagert hierbei also die Positioniergenauigkeit vom Vorschub auf das Werkzeug.
Dies läßt jedoch keineswegs größere Positioniertoleranzen des Vorschubes zu, da die
Suchstifte bzw. die Seitenanschläge des Werkzeuges, bei nicht exakt liegenden vorgestanzten
Löchern bzw. Ausklinkungen, leicht beim Zentrieren Grate oder Verquetschungen am Band
verursachen können, welche dann, da das Band nicht mehr im Werkzeug beweglich ist,
zu einem Produktionsausfall,unter Umständen von mehreren Stunden, führen können.
[0026] Bei Folge- bzw. Folgeverbundwerkzeugen ist es ebenfalls wichtig, daß diese eine
steuerungstechnische Variante des Vorschubes, bei Verwendung der angesprochenen Werkzeugarten,
unbedingt besitzen muß. Diese sogenannte Zwischenlüftung bezeichnet ein kurzzeitiges
komplettes Freilegen des Bandes, um somit eine Positionierung der werkzeugeigenen
Richtvorrichtungen zu ermöglichen.
[0027] Diese Positioniertoleranzen der Vorschübe bewegen sich, je nach verwendetem Vorschubsystem,
im Bereich von 2/100 bis 1/10 mm.
[0028] Bei Betrachtung der dargelegten Weg-/Zeitcharakteristik von Differenzweg-, Differenzdruck-
bzw. Exzenterpressen wird unter Berücksichtigung der Gesamtzeit für einen Hub deutlich,
was einleitend bereits angesprochen wurde.
Während bei der Exzenterpresse nämlich ein Großteil der Gesamthubzeit für den Vorschubvorgang
zur Verfügung steht, sind diese Zeitspannen bei Differenzweg- und Differenzdruckpressen
aufgrund der umformtechnisch günstigeren Charakteristiken, bei angestrebter gleichzeitiger
Hubfolge, erheblich zusammengeschrumpft.
[0029] Bei Nichteinhaltung dieser vorgegebenen Zeiten ist ein Automatikbetrieb pressenseitig
nur eingeschränkt möglich, da die Presse jedesmal auf das Ende des Vorschubvorganges
warten muß. Dies zieht neben einem unerwünschten Beschleunigungs- und Bremsvorgang
jedesmal auch steuerungsseitig einen erheblichen Zeitverzug nach sich, da die Schaltvorgänge
von elektrischen, hydraulischen oder mechanischen Schaltgliedern nicht in unendlich
kleiner Zeit ablaufen und sich meistens addieren.
[0030] Man spricht hierbei davon, daß die Presse nicht zum Durchlaufen kommt.
Vorschubseitig läßt sich die Stellgeschwindigkeit durch den Einsatz sehr schneller
Steuerungen, massearmer Bauteile und durch ein geeignetes Dämpfungssystem für die
sich zyklisch bewegenden Teile des Vorschubes beeinflussen. Da die oft ungenügende
Stellgeschwindigkeit herkömmlicher Vorschübe, bei Verwendung mit modernen Pressensystemen,
die theoretisch möglichen Taktzahlen oft drastisch verringern, wurde bei der Entwicklung
dieser Erfindung auf diesen Punkt besonderes Augenmerk gelegt.
[0031] In den Prospekten einschlägiger Automationsund Vorschubgerätehersteller wird fast
immer nur die Taktgeschwindigkeit groß herausgestrichen. Sie wird jedoch nur am alleine
- also ohne Presse - laufenden Vorschub ermittelt, berücksichtigt also nicht die Verformungszeit
der Presse während der der Vorschub steht.
Sie geben daher häufig ein falsches Bild von der Leistungsfähigkeit des jeweiligen
Vorschubgerätes. Unter Beachtung der Notwendigkeit einer hohen Stellgeschwindigkeit
des Vorschubes, wie vorstehend beschrieben, ergeben sich hohe Taktzahlen des Vorschubs
jedoch quasi von selbst, da die Schaltzeiten der Vorschubsteuerung meist nicht über
der Verformzeit der Presse liegen.
[0032] Zur Erfüllung der vorstehend beschriebenen Problematik haben sich bis heute im wesentlichen
zwei Arten von Vorschubgeräten durchgesetzt.
Es sind dies zum einen die Zangenvorschubgeräte, bei denen das Band mittels einer
beweglichen Zange geklemmt wird und diese Zange dann beim schiebenden Einsatz zur
Presse hin und beim ziehenden Einsatz von der Presse weg bewegt wird, und zum anderen
die Rollenvorschubgeräte, bei denen das Band zwischen zwei gegenläufig beweglichen
Rollen geklemmt wird und bei einer Rollenbewegung vorwärts geschoben wird.
[0033] Eine weitere Einteilung läßt sich hinsichtlich des Antriebes vornehmen.
Man unterscheidet hierbei Vorschübe mit eigenem Antrieb und solche mit Fremdantrieb
seitens der Presse. Mit den letztgenannten lassen sich, verständlicherweise, die
besten Ergebnisse erzielen, da der Vorschub zwangsgesteuert direkt der Pressencharakteristik
folgt.
Ihr Einsatz beschränkt sich jedoch auf Exzenter- oder Kurbelpressen, da sich hier
der Abgriff der Pressencharakteristik von der umlaufenden Exzenterwelle als besonders
einfach gestaltet.
Beim Hochgeschwindigkeitsstanzen mit Schnelläuferpressen werden ausschließlich zwangsgetriebene
Vorschubgeräte eingesetzt, da bei Taktzahlen um 1500 Hübe/Min. eine Synchronisation
zwischen Pressen- und Vorschubtakt steuerungstechnisch nicht mehr möglich ist.
[0034] Thema dieser Entwicklung sollen jedoch die Vorschübe mit eigenem Antrieb sein.
Auf sie wird nun - unterteilt nach Zangen- und Rollenvorschubgeräten - eingegangen.
[0035] Beim Zangenvorschub erfolgt, wie bereits erwähnt, der Bandtransport durch zyklisch
lineare Bewegung der das Band klemmenden Vorschubzange. Während des Rückhubes der
Vorschubzange übernimmt nun eine feststehende Haltezange die Fixierung des Bandes.
Zangenvorschubgeräte müssen also, um die Vorschubzange wieder in die Ausgangsposition
zu verbringen, pro Zyklus einen Leerhub ausführen.
[0036] Angetrieben wird die Vorschubzange durch Pneumatik- oder Hydraulikzylinder, wobei
die Pneumatik den Bereich kleinerer Bandbreiten, also kleinerer Zangengrößen bis
ca. 250 mm und kleinerer Vorschubhübe bis ca. 350 mm, abdeckt. Bei diese Werte überschreitenden
Aufgaben werden hydraulische Antriebeeingesetzt, da mit ihnen größere Kräfte übertragbar
sind und die Pneumatik hier hinsichtlich des Luftverbrauchs und der Stellgeschwindigkeit
unwirtschaftlich wird.
[0037] Die Klemmkräfte in den Halte- bzw. Vorschubzangen werden ebenfalls dem Antrieb des
Vorschubes entsprechent pneumatisch oder hydraulisch mittels Kurzhub oder Balgzylindern
ausgeführt.
[0038] Die Hubbegrenzung der Vorschubzange erfolgt durch einen oder zwei verstellbare Anschläge.
Meist ist die Verstellung in eine Grob- und Feineinstellung unterteilt und bei den
meisten Geräten nur im Stillstand möglich.
Die Hubanzeige geschieht dabei, je nach Kostenaufwand des Gerätes, durch schlichtes
Ausmessen der Anschlagstellung mittels Schieblehre, durch anmontierte Skalen mit Nonius
und, bei besonders aufwendigen Geräten, durch mechanische oder elektronische Zählgeräte.
[0039] Das technisch größte Problem stellt bei Zangenvorschubgeräten das Abbremsen der
Zangen in ihren Endlagen dar.
Man verwendet hier pneumatische oder hydropneumatische Dämpfungssysteme, deren Dämpfungsstärke
einstellbar, deren wirksamer Bremsweg jedoch, bezogen auf den ausgeführten Hub mit
der Vorschubzange, stets konstant ist.
Abhängig von Hublänge, Blechquerschnitt undeingestellter Hubgeschwindigkeit,ist es
bei Verwendung dieser Dämpfungsanlagen jedes Mal erforderlich, die Dämpfung auf die
neuen Parameter einzustellen. Die Unwirtschaftlichkeit derartiger "Energievernichtungsanlagen"
wird besonders deutlich, bedenkt man, daß die Dämpfungseinheit längs des Dämpfungsweges
nicht nur die Masse der beschleunigten Zange bremsen muß,
sondern auch noch die geleistete Arbeit des während der gesamten Dämpfungszeit voll
arbeitenden Antriebes aufnehmen muß.
Dies ist bei herkömmlichen Zangenvorschubgeräten systembedingt unvermeidbar, da bei
vorzeitigem Abschalten des Antriebes nicht immer sichergestellt ist, daß die Zange
ihre Endlage präzise anfährt.
[0040] Aus diesen vorstehend beschriebenen Gründen und aus der Tatsache, daß sich die Einstellung
der Vorschubparameter nur mit einem gewissen Aufwand automatisieren läßt, wurde dem
Rollenvorschub in den letzten Jahren gegenüber dem Zangenvorschub oft der Vorrang
gegeben.
[0041] Im folgenden soll nun das System des Rollenvorschubes erläutert werden.
[0042] Bei Rollenvorschubgeräten wird, wie bereits erwähnt, das vorzuschiebende Band zwischen
zwei Rollen, von denen entweder eine oder beide angetrieben sind, geklemmt und durch
die gegenläufige Bewegung der Rollen vorgeschoben.
Der Antrieb erfolgt hier bei besonders großen Rollenvorschüben hauptsächlich durch
Hydraulikmotore, bei kleineren durch den Einsatz von Schrittmotoren, deren Drehung
meist durch massearme Zahnriementriebe auf die Rollen übertragen wird.
[0043] Der Aufbau gestaltet sich in dieser Form also wesentlich einfacher, als der des Zangenvorschubes.
Durch das Prinzip der gegenläufigen Rollen befindet sich diese Vorschubbauart weiterhin
immer in Startposition, d.h. es ist kein Rückhub erforderlich. Weiterhin ist daher
das Abfahren von Programmen möglich z.B. Vorschieben 10 mm, Vorschieben 20 mm und
dannn wieder Vorschieben 10mm, jeweils während eines Pressenhubes.
[0044] Problematisch gestaltet sich häufig die Klemmung zwischen den Walzen, die theoretisch
einer Linie entspricht.
Dies kann bei hohen Drehbeschleunigungen der Walzen zum Durchrutschen des Bandes führen
oder auch beim Transport weicher Werkstoffe, wie z.B. Aluminium, zu Verquetschungen
bzw. Abdrücken auf dem Band führen.
Als technisch oft nur schwer realisierbar, erweist sich die eingangs angesprochene,
bei der Verwendung von Folgewerkzeugen, notwendige Zwischenlüftung, also das Freilegen
des Bandes für kurze Zeit zwischen zwei Vorschubhüben. Man verwendet hier Mechaniken,wie
Stellnocken oder pneumatische Systeme, um eine der beiden Rollen kurzzeitig anzuheben.
[0045] Der vorstehend beschriebene Effekt des Entstehens von Abdrücken auf dem Band wird
durch das Wiederaufsetzen der Rolle selbstverständlich noch verstärkt.
[0046] Aus der Tatsache, daß hier nicht zwischen zwei Anschlägen verfahren wird, sondern
die Rollen frei gestartet und wieder gestoppt werden, resultiert, daß die Stellgenauigkeit
bei Rollenvorschüben wesentlich unter der von Zangenvorschüben liegt. Durch ein
eventuelles Durchrutschen des Bandes wird dieser Effekt selbstverständlich noch
verstärkt.
[0047] Trotz dieser Nachteile hat der Rollenvorschub aufgrund seiner leichten Automatisierbarkeit
- es ist hierbei kein zusätzliches Meß- oder Stellglied erforderlich - in den letzten
Jahren größere Verbreitung gefunden als der Zangenvorschub.
Eine Neukonstruktion sollte nun versuchen, vor allem unter dem eingangs erwähnten
Gesichtspunkt der Flexibilität, die Vorteile beider beschriebener Vorschubtypen zu
verbinden und ihre Nachteile möglichst zu vermeiden.
[0048] Aus den vorstehenden Ausführungen zeigt sich, rein quantitativ betrachtet, daß der
Rollenvorschub - geht es alleine um die technischen Vorteile - dem Zangenvorschub
überlegen ist. Er stellt jedoch wesentlich höhere Ansprüche in puncto Steuerung, was
sich, vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt betrachtet, wiederum häufig als Nachteil
darstellt.
[0049] Betrachtet man nun die Vor- und Nachteile der aufgeführten Vorschubgeräte unter qualitativen
Aspekten, so zeigt sich beim Rollenvorschub, daß die Nachteile bezüglich Präzision
und Bandklemmung systembedingt und somit unvermeidbar sind.
Gerade die Präzision aber ist es , die bei umformtechnischen Verfahren fundamental
über die Anwendbarkeit von Maschinen, Vorrichtungen und Werkzeugen entscheidet.
Besonders gravierend wirkt sich dieser Mangel beim Einsatz des Vorschubes im Verbund
Maschinen neuester Technologie aus, wie sie z.B. die nach dem Differenzdruckprinzip
arbeitenden Pressen darstellen. Da diese Maschinen vordringlich zur Fertigung besonders
komplexer und qualitativ hochwertiger Teile eingesetzt werden, kommen hierbei also
praktisch nur Zangenvorschubgeräte mit den wiederum diesen Geräten eigenen Nachteilen
zum Einsatz.
[0050] Zur Lösung der anstehenden Probleme wäre idealerweise eine Kombination aus Rollen-
und Zangenvorschub geeignet, da hier die Nachteile des einen Systems durch die Vorteile
des anderen wettgemacht werden könnten.
[0051] Die Lösung dieses Problems, also die Verbindung der Vorteile von Rollen- und Zangenvorschub,
soll das eigentliche Ziel dieser Erfindung sein, wobei, im einzelnen präzisiert, folgende
Forderungen gegeben sind:
1.) Möglichst großflächige Bandklemmung, um das Band sicher und schonend, auch mit
großen Klemmkräften, jedoch kleinen Pressungen, transportieren zu können.
2.) Vorschubbewegung ohne Auftreten von Leerhüben; der Vorschub muß sich nach ausgeführter
Positionierbewegung wieder in Startposition befinden.
3.) Verringerung der erforderlichen Bremsleistung.
4.) Sanftes, möglichst ruckfreies Starten der Vorschubbewegung.
5.) Bei pnematischem Antrieb Vermeidung der Entstehung von Totvolumen durch die Vorschublängeneinstellung.
6.) Vorschublängenein- bzw.-nachstellung während des Betriebes möglich.
7.) Möglichst gedrängte, wenig ausladende Konstruktion.
8.) Vorschubbegrenzung durch voreinstellbare Anschläge, was eine größtmögliche Vorschubpräzision
gewährleistet.
[0052] Unter Beachtung dieses Anforderungsprofils hat nun zunächst eine rein qualitativ
orientierte Suche nach Lösungsprinzipien zu erfolgen.
[0053] Anhand der vorgenannten Kriterien läßt sich hierfür bereits eine konstruktive Vorauswahl
treffen. Die Forderung möglichst großflächiger Klemmung schließt dabei z.B. das System
der gegenläufigen Rollen von vorneherein aus.
Weiterhin führt die Forderung nach kurzen Stellzeiten, also hohen Beschleunigungen,
welche nur mit extrem massearmen Antrieben erreicht werden können, zu Pneumatik- bzw.
Hydraulikaggregaten.
[0054] Die beiden abgeleiteten Forderungen entsprechen - alleine betrachtet - genau dem
Schema des zuvor beschriebenen Zangenvorschubs. Weitere Überlegungen müßten also
in dieser Richtung erfolgen.
[0055] Die Berücksichtigung der Forderung nach Leerhubfreiheit führt unter diesem Aspekt
zu der verblüffend einfachen Lösung,
zwei Klemmzangen, ebenfalls in Vorschubrichtung, hintereinander anzuordnen, jedoch
nicht nur eine, sondern beide Zangen gegenläufig entsprechend dem Vorschubtakt zu
bewegen.
Im Stillstand bei geschlossenem Werkzeug übernimmt dabei jeweils die sich in Startposition
befindende Zange die Aufgabe der vorher festen Haltezange. Nach erfolgtem Vorschubsignal
fährt nun die geschlossene Zange vor und führt damit den Vorschubhub aus, während
die zweite offene Zange zurückläuft und sich nach ausgeführtem Takt wiederum in Startposition
befindet.
[0056] Mit den Forderungen nach geringst möglichem Luftverbrauch und einfacher, auch im
Lauf möglicher Verstellung, schließt sich eine Lösung mit zwei eigenen Antriebsaggregaten
für die beiden Zangen ebenfalls aus, da jeder Antrieb wiederum einen Leerhub ausführen
müßte, was den Luftverbrauch unwirtschaftlich erhöhen würde und weiterhin jeder Antrieb
mit einer eigenen Hubverstellung ausgerüstet werden müßte, wodurch die Forderungen
nach Einfachheit und leichter Bedienbarkeit verletzt würden.
Weiterhin wäre bei Verwendung von zwei Verstellvorrichtungen nicht gewährleistet,
daß beide Zangen eine exakt gleiche Hubweite ausführen, was für die Funktion eines
Systems mit zwei beweglichen Zangen unerläßlich ist.
[0057] Die Zangen müssen also über ein mechanisches System miteinander verbunden und von
einem Antrieb zentral in Bewegung gesetzt werden. Zur Erfüllung der Forderungen nach
Ruckfreiheit beim Beschleunigen und Verringerung der Antriebsleistung im Bereich
der eingestellten Endlage der Vorschubzange bietet sich die Verwendung eines wie immer
auch gestalteten Gelenktriebes im Antriebssystem des Vorschubes an.
Die Suche nach steuerungstechnischen Lösungen wird hierbei von vorneherein aufgegeben,
da sie sich wahrscheinlich zum einen als nicht reaktionsschnell genug erweisen würden
und zum anderen bei der Verwendung eines hydraulischen Antriebes zu kostenintensiv
wären, und bei Verwendung eines pneumatischen Antriebes wegen der Kompressibilität
der Luft sich sogar als unmöglich herausstellen würden.
[0058] Nach diesen Überlegungen zeichnet sich nun bereits ein Bild der zu erstellenden
Anlage ab:
1.) Zwei in Vorschubrichtung hintereinander angeordnete gegenläufige Vorschubzangen.
2.) Mechanisch zwangsläufige, möglichst formschlüssige Kopplung zwischen den beiden
Zangen.
3.) Zentraler pneumatischer Antrieb; der Pneumatik wird hier gegenüber der Hydraulik
der Vorrang gegeben,
da ein eventuell zu erstellender Prototyp aus Kostengründen zunächst nur kleinere
Abmessungen haben soll, was zur Erprobung des Systems vollkommen ausreichend ist.
4.) Beschleunigungscharakteristik durch Verwendung eines Gelenktriebes in Form einer
trigonometrischen Funktion.
[0059] Die erfindungsgemäße Lösung der Gesamtaufgabe sieht vor,
daß die beiden Spannzangen, die in Führungen jeweils beidseitig geführt sind, und
diese dabei antriebsseitig durch die beiden jeweils an ihnen fest montierten Zahnstangen
und das zwischen sie greifende, drehbar gelagerte Ritzel formschlüssig beweglich verbunden
sind, daß bei einer Drehung des Ritzels in Richtung a die beiden Zangen eine aufeinander
zugehende Bewegung ausführen,
daß bei einer Drehung des Ritzels in Richtung b die Spannzangen sich voneinander weg
in Richtung b1 bewegen, wobei die zyklische Schwenkbewegung des Ritzels durch die
gegenüber angeordneten Zahnstangen in eine zyklisch gegenläufige Zangenbewegung
gewandelt wird, daß den zahnabgewandten Seiten der Zahnstangen die Druckrollen fluchtend
mit dem Ritzel einstellbar zugeordnet sind,
daß das Ritzel über eine Welle eine Getriebestufe von der zyklisch einer Sinuidalfunktion
folgenden Drehbewegung, in Verbindung mit der Kurbelscheibe, angetrieben wird, und
diese durch einen Druckzylinder, dessen Kolbenstange schwenkbar dem auf der Kurbelscheibe
angebrachten Kurbelzapfen angeschlossen ist, wobei deren gleichgerichtetes Zylinderrohr
eine gemeinsame Schwenkbewegung, bei Veränderung der Kolbenstange, um den Lagerzapfen
vollzieht, der seinerseits in einem von der Fuktion des Systems unabhängigen Verstellschlitten
gelagert ist und, koaxial zu dem Lagerzapfen gegenüberliegend, mit einem weiteren
Lagerzapfen versehen ist, und dieser über die Schubstange mit dem Lagerzapfen einer
auf der Hauptwelle, unabhängig von deren Drehbewegung, beweglich gelagerten Verstellscheibe
verbunden ist,
daß die Kurbelscheibe im Abstand auf dem gleichen Radius liegend mit einem zweiten
Kurbelzapfen versehen ist, der über die Kolbenstange und einem Zylinderantrieb dem
Zapfen der Spannzange angelenkt ist, und
daß die Kurbelscheibe an ihrer Peripherie einen zu ihrem Zentrum gerichteten Nocken
aufweist, der einen unabhängig davon angeordneten Schalter zur Umsteuerung der beiden
Zylinder betätigt.
[0060] Die zusammenfassende Definition der wesentlichen Merkmale des Schutzbegehrens erlaubt
mit seiner Aussage die Erstellung eines Zangenvorschubgerätes, das den Hauptforderungen
der Aufgabenstellung gerecht wird.
[0061] Im weiteren wird zur Getriebestufe ausgeführt, daß die Hauptwelle und die das Ritzel
antreibende Welle durch eine verbindende oder zwischengeordnete Getriebestufe untersetzend
antreibbar ist, wobei vorgesehen ist, daß die Getriebestufe durch einen Ketten- oder
Riementrieb gebildet ist.
[0062] Zur Bestimmung der Hublänge wird vermerkt, daß diese durch die Einstellung der Lage
des Lagerzapfens des Verstellschlittens zu dem in gleicher Ebene projizierten Kurbelzapfen
der Kurbelscheibe über den Druckzylinder und dessen Kolbenstange bestimmt wird, wobei
der Verstellbereich durch den nutzbaren Hub der Kolbenstange im Druckzylinder begrenzt
ist. Zu der Frage,wie die Einstellung bzw. durch welche Mittel diese erfolgt, wird
im späteren Verlauf der Beschreibung Stellung genommen.
[0063] Zur Anordnung der beiden Zylinder wird vermerkt, daß diese so an der Kurbelscheibe
und an einer Spannzange angeordnet sind, daß bei in Richtung der Spannzange zurückgehender
Kolbenstange, das Moment zur Kurvenscheibenachse zur Endlage hin sich stärker verringert,
und der jeweils einfahrende Zylinder die Funktion eines Dämpfungszylinders aufweist.
[0064] Zur Einstellung der Hublänge wird vorgeschlagen, daß der auf einer Buchse drehbar
auf der Welle angeordneten Verstellscheibe eine zweite Scheibe zugeordnet ist, deren
Peripherie mit einer Schneckenverzahnung ausgerüstet ist, in die eine Schnecke eingreift
und bei Drehung der Schnecke der an der Peripherie der Verstellscheibe angeordnete
Lagerzapfen seine Lage ändert, und damit über den zangenseitig vorgesehenen Lagerzapfen
über die Schubstange der Abstand zwischen der Hauptwelle und der Spannzange veränderbar
ist, und daß durch diese Änderung gleichfalls der Abstand zwischen dem Kurbelzapfen
und dem Zapfen über die Kolbenstange und den Zylinder eine entsprechende Einstellung
erfährt.
[0065] Durch diese weiterbildenden bzw. ergänzenden Maßnahmen ist die Erfindung in vollem
Umfang offenbart.
[0066] Der besseren Übersicht halber und zur Ermöglichung von Vergleichen mit den herkömmlichen
Rollen- bzw. Zangenvorschubgeräten sollen hier noch einmal die Vorteile des erfindungsgemäßen
Systems herausgearbeitet werden.
[0067] Großflächige Klemmung mit Spannzange, wodurch das Übertragen hoher Spannkräfte bei
kleiner Pressung möglich ist. Dadurch wird ein sicheres Klemmen des Bandes gewährleistet,
und zwar bei gleichzeitiger größtmöglicher Bandschonung.
[0068] Zyklisch gegenläufige Zangenbewegung, wobei sich eine der Zangen in Startposition
befindet. Ein Leerhub ist nicht erforderlich.
[0069] Beide Zangen werden von einem Antrieb bewegt, dadurch ist stets eine synchrone Zangenbewegung
bei kurzer Baulänge des Gesamtsystems gegeben. Optimale Positioniergenauigkeit durch
das Verfahren zwischen zwei Anschlägen.
[0070] Die Vorschubspielein- bzw. nachstellmöglichkeit wird durch Veränderung des Verzahnungsabstandes
Ritzel / Zahnstange ermöglicht.
[0071] Auch bei Ausführungen mit großen Hüben sind nur kleine Schwungscheiben, also kleine
Drehmassen, erforderlich, da hier lediglich die Untersetzung des dem Antriebsaggregat
nachgeschalteten Übertragungsgliedes geändert werden muß.
Zum Erhalt gleicher Vorschubkräfte müßte lediglich ein Antriebszylinder mit größerer
Kolbenquerschnittsfläche, aber gleicher Hublänge eingebaut werden.
[0072] Geringster Luftverbrauch, da die Antriebszylinder jeweils unabhängig von der Vorschublängeneinstellung
aus ihrer Endlage heraus starten.
[0073] Stark verringerte Bremsleistung dadurch, daß die beschleunigenden Kräfte bzw. Momente
zum Hubende hin kontinuierlich abnehmen.
[0074] Mit der Hublängeneinstellung gleichzeitig automatisches Verändern des Bremsweges
durch zwangsgetriebenen Nocken. Dadurch ist kein oder nur ein geringes Einregulieren
der Dämpfungsstärke auf die neuen Hubverhältnisse nötig.
[0075] Bei extremen Anwendungen Möglichkeit zur erheblichen Vergrößerung der Vorschubkraft
durch Druckbeaufschlagen des kolbenstangenseitigen Druckraumes der Zylinder.
Die Hubein- bzw. nachstellung ist während des Laufes problemlos möglich. Dadurch wird
das Einrichten und Überwachen der Maschine erheblich erleichtert. Eine gute Zugänglichkeit
aller Bauteile zu Montageund Wartungszwecken durch beidseitig offenen Rahmen.
[0076] Das erfindungsgemäße Zangenvorschubgerät wird durch die Zeichnungen einer beispielsweisen
Ausführungsform näher erläutert.
Figur 1 zeigt das Antriebsschema des Vorschubs in der Seitenansicht.
Figur 2 zeigt die Draufsicht mit den beiden Spannzangen, die in den beidseitigen Führungen
verschiebbar sind.
Figur 3 zeigt das Funktionsprinzip des Antriebes und der Verstellvorrichtung in getrennter
Darstellung.
Figur 4 zeigt die Antriebseinheit mit gegenüber Figur 3 verringerter Hublänge.
[0077] Die Spannzangen 1 sind in ihrer äußeren Endlage mit durchgezogenen Linien und in
ihrer inneren Endlage mit unterbrochenen Linien dargestellt (Figur 1).
[0078] Die Spannzangen 1 werden in den Führungen 2 jeweils beidseitig geführt. Beide Spannzangen
1 sind dabei antriebsseitig durch die beiden an ihnen festmontierten Zahnstangen 3
und das drehbar gelagerte Ritzel 4 formschlüssig beweglich verbunden. Bei einer Drehung
des Ritzels 4 in Richtung a führen die beiden Zangen nun eine Bewegung a′ aufeinander
zu aus. Bei einer Drehung des Ritzels 4 in Richtung b bewegen sich die Spannzangen
1 voneinander weg in Richtung b′. Die zyklische Schwenkbewegung des Ritzels 4 wird
also durch die gegenüber angeordneten Zahnstangen 3 in eine zyklische gegenläufige
Zangenbewegung umgewandelt. Um diese Antriebsanordnung spielfrei der erforderlichen
Vorschubtoleranz entsprechend einstellen zu können, sind fluchtend mit dem Ritzel
4 auf der zahnabgewandten Seite der Zahnstange 3 die Druckrollen 5 einstellbar zugeordnet.
[0079] Das bereits beschriebene Ritzel 4 wird nun über die Welle 6 und die untersetzende
Getriebestufe 7 - hier als Riementrieb dargestellt - von der Hauptwelle 8 angetrieben.
Die zyklische einer Sinuidalfunktion entsprechende - Drehbewegung der Welle 8 wird
dabei durch die mit ihr fest verbundene Kurbelscheibe 9 erzeugt. Die Position 10 zeigt
einen der antreibenden Pneumatik- bzw. Hydraulikzylinder,
dessen Kolbenstange 11 schwenkbar mit dem auf der Kurbelscheibe 9 angebrachten Kurbelzapfen
12 verbunden ist und dessen Zylinderrohr ebenfalls eine Schwenkbewegung um den Lagerzapfen
13 ausführen kann.
[0080] Wird der Zylinder 10.1 auf der der Kolbenstange 11 abgewandten Seite des Kolbens
mit Druckmittel beaufschlagt, so führt, angetrieben durch die Kolbenstange 11.1
und den Lagerzapfen 12.1, die Kurbelscheibe 9 eine Drehbewegung in Richtung a aus.
Der Zylinder 10 wird dabei über seine Kolbenstange 11 und den Kurbelzapfen 12 in
seine Ausgangslage zurückgebracht, bis der Kolben wieder an der Zylinderrückwand
anschlägt.
Beim nächsten Takt wird nun wiederum der Zylinder 10 mit Druck beaufschlagt und der
vorher ausfahrende Zylinder 10.1 wird in seine Ausgangslage zurückgebracht, wobei
die Kurbelscheibe 9 nun eine Drehbewegung in Richtung b ausführt.
Auf der abgebildeten Endlagenstellung der Antriebseinheit wird deutlich, daß das
vom Zylinder bezüglich der Kurvenscheibenachse erzeugte Moment zur Endlage hin immer
stärker verringert wird.
Dies verringert die vom jeweils einfahrenden Zylinder, der die Funktion eines Dämpfungszylinders
hat, aufzubringende Bremsleistung. Das Einschalten der Drosselfunktion des jeweils
einfahrenden Zylinders soll bei diesem System über einen mittig zwischen den Lagerzapfen
12 und 12.1 angebrachten Nocken 20 erfolgen,
welcher jeweils beim Durchgang durch die hier waagrecht dargestellte Mittellinie der
Kurbelscheibe 9 einen Schalter 21 auslöst.
Da die Zylinderbewegung jeweils abwechselnd symmetrisch erfolgt, läuft der Nocken
20 unabhängig von der Hubeinstellung immer nach der jeweils eingestellten halben
Drehung der Kurbelscheibe 18 am Schalter 21 vorbei.
Die Länge des Bremsweges ist hierbei also nicht, wie bei herkömmlichen Vorschubgeräten,immer
konstant, sondern entspricht jeweils einer halben Vorschublänge.
[0081] Die Einstellung der Vorschublänge bzw. die Einstellung des Schwenkwinkels der Verstellscheibe
18 soll dadurch erfolgen, daß die Spannzange 1, auf der die beiden Zylinder 10 und
10.1 mittels des Lagerzapfens 13 und 13.1 gelenkig befestigt sind, bei Vorschublängenverringerung
in Richtung der Verstellscheibe 18 verschoben wird bzw., bei Vorschublängenvergrößerung,
von ihr wegbewegt wird. Da zum Funktionieren des Systems eine Bewegung des Verstellschlittens
14 nicht erforderlich ist, ist eine Verstellung der Hublänge im Lauf problemlos möglich.
[0082] Aus Figur 4 ist ersichtlich, daß der Kolben des Zylinders 10.1 hier bereits nach
einem wesentlich kürzeren Hub des Zylinders 10 seine Endlage erreicht.
[0083] Da die Kolben der Antriebszylinder, unabhängig von der eingestellten Hublänge, jeweils
aus ihrer Endlage starten, entsteht durch die Verstellung kein Totvolumen, welches
bei Verwendung von Pneumatikzylindern jedes Mal unter Druck gesetzt werden müßte
und damit den Luftverbrauch unwirtschaftlich in die Höhe treiben würde. Durch die
Verwendung von zwei gegenläufigen, unabhängigen Druckmittelzylindern ergibt sich ein
weiterer Vorteil dieses Antriebssystemes. Die Zylinder können nämlich, wenn besonders
hohe Vorschubkräfte gewünscht werden, auch auf der der Kolbenstange zugewandten Kolbenseite
mit Druckmittel beaufschlagt werden.
Bei Verwendung von Hydraulikzylindern ermöglicht diese Eigenschaft ein besonders klein
und kompakt bauendes Antriebssystem mit sehr hohen Vorschubkräften.
[0084] Die kinematische Bewegungsgleichung des Antriebssystemes läßt sich aus der in der
technischen Mechanik bekannten Gleichung des versetzten Kurbeltriebes ableiten.
[0085] Die Verstellscheibe 18 ist mittels der Lagerbolzen 15 und 17 und der sie verbindenden
Zugstange 16 mit dem Verstellschlitten 14 verbunden. Bei einer entsprechenden Drehung
der Verstellscheibe 18 verschiebt sich also nun der Verstellschlitten 14,
je nach Drehrichtung, zur Kurbelscheibe hin oder von ihr fort.
Sofern nun die Zugstange 16 in irgendeiner Ebene parallel mit einem der antreibenden
Zylinder angeordnet wird, hat eine Verstellung der Verstellscheibe 18 um einige Grad
dieselbe Änderung des Schwungwinkels der Kurbelscheibe 9 zur Folge.
[0086] Bedenkt man, daß der maximale Schwungwinkel der Kurbelscheibe 9 durch die Position
der Lagerzapfen 12 bzw. 12.1 in ihren End- bzw. Startlagen bestimmt wird, und daß
der Lagerzapfen 17 eben genau,nur parallel verschoben, diese Position repräsentiert,
wird die lineare Abhängigkeit des eingestellten Winkels der Verstellscheibe 18 vom
eingestellten Schwungwinkel der Kurbelscheibe 9 deutlich.
[0087] Aus mathematischer Sicht betrachtet, stellt die durch die Verstellscheibe 18 und
den Verstellschlitten 14 aufgezwungene Bewegungsfunktion exakt die Bewegungscharakteristik
dar, nach der der Abstand s verändert werden muß, um eine lineare Verstellung zu
erreichen.
[0088] Es ist dabei der Abstand zwischen Hauptwelle 8 und die parallel hierzu auf einer
Achse angeordneten Zapfen 13 und 15 des Verstellschlittens 14 ausgewiesen.
Abschließend ist folgendes zu bemerken:
[0089] Durch Figur 1 ist eine Lösungsmöglichkeit dergestalt gezeigt, daß die Verstellscheibe
18 nicht wie in Figur 3 bzw. Figur 4 dargestellt, neben, sondern über der Kurbelscheibe
9 angebracht ist. Dies ermöglicht eine kompakt bauendere Lösung.
[0090] Ebenfalls aus Figur 1 wird die kompakte Bauweise dieses Lösungsprinzips verdeutlicht.
Die Baulänge wird dabei ausschließlich durch den Zangenhub bestimmt und ist nicht
größer als bei herkömmlichen Zangenvorschubgeräten, bei denen der Platz für die hier
aufgezeigte zweite Spannzange vom antreibenden Zylinder benötigt würde. Des weiteren
ist es möglich, das Gestell 19 zur besseren Zugänglichkeit bei Montage- und Wartungsarbeiten
nach beiden Seiten hin offen zu gestalten.