Antriebseinrichtung für eine Umformmaschine, insbesondere Presseantrieb, sowie Umformmaschine

Abstract

 Antriebseinrichtung für eine Umformmaschine, insbesondere Pressenantrieb, umfassend einen Antriebsmotor (1, 9) und ein Getriebe (2, 10), wobei die Antriebseinrichtung über kein Schwungrad verfügt, wobei es sich bei dem Antriebsmotor (1, 9) um einen Elektromotor handelt, wobei es sich bei dem Getriebe um ein Planetengetriebe (2, 10) handelt,
sowie Umformmaschine, insbesondere Umformpresse, wobei eine Antriebseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 vorgesehen ist.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für eine Umformmaschine, insbesondere eine Umformpresse, sowie eine Umformmaschine.

[0002] Eine Antriebseinrichtung gemäß dem bekannten Stand der Technik umfasst regelmäßig einen Antriebsmotor, beispielsweise einen Elektromotor, einen Energiespeicher, beispielsweise ein Schwungrad, sowie ein Getriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe.

[0003] In einer Antriebseinrichtung gemäß dem bekannten Stand der Technik stellt das Schwungrad einen erheblichen Teil der Umformenergie bereit, der beim eigentlichen Umformprozess benötigt wird. Andererseits kann die Trägheitsmasse des Schwungrades auch hinderlich sein, beispielsweise wenn die Umformmaschine aus anderen Gründen, insbesondere zur Bereitstellung eines vorbestimmten Geschwindigkeitsprofils, abgebremst bzw. beschleunigt werden muss. Ein derartiger Vorgang ist stets mit einem Energieverlust verbunden.

[0004] Zur Minimierung des Verlustes, insbesondere zur Rückgewinnung von Schwungradenergie, wird in der DE 100 42 068 A1 eine energiesparende Beeinflussung der Bewegung mechanischer Schwungmassenantriebe mittels scheiben- oder ringförmiger Elektromaschinen vorgeschlagen. Gemäß den hier vorgetragenen Ausführungen, soll eine Beeinflussung der Drehbewegung eines Schwungmassenantriebs durch die Einwirkung elektromagnetisch erregter Drehmomentimpulse stattfinden. Diese Drehmomentimpulse sollen in Drehrichtung eine Beschleunigung und entgegen der Drehrichtung eine Abbremsung der Drehbewegung bewirken. Ferner wird die Integration einer Elektromaschine in Außenläuferordnung in einem als Schwungmasse wirkenden Planetengetriebe zur Realisierung einer raumsparenden Anordnung der Drehmomentanpassung vorgeschlagen. Letztendlich handelt es sich jedoch lediglich um eine raumsparende Verlagerung der Schwungmasse.

[0005] Eine Pressvorrichtung mit einem Hauptantrieb, der als rotatorischer Direktantrieb ausgeführt ist, einem Exzenter, einer Pleuelstange und zumindest einem daran angeordneten Pressenstößel ist aus der WO 2004/056559 bekannt geworden. Hier wird konsequenterweise jegliche zusätzliche Schwungmasse im Antriebsstrang des Pressenantriebs weggelassen und ein Elektromotor als Direktantrieb ausgewählt. Die von dem hier vorgeschlagenen Direktantrieb bereitgestellten hohen Momente bzw. Kräfte ermöglichen eine direkte Kupplung mit dem Exzenter, der Pleuelstange und dem daran angeordneten Pressenstößel. Damit sind Getriebe, Schwungmassen, Kupplung und Bremsen eingespart.

[0006] Die für den rationellen Pressenbetrieb notwendigen mindestens zwei unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten des Exzenters werden bei dem oben genannten Direktantrieb lediglich durch eine elektrische Ansteuerung des Hauptantriebsmotors erreicht. Sofern wirtschaftliche Kriterien zu Grunde gelegt werden, ist die von Elektromotoren bereitzustellende Leistung und das auf den Exzenter übertragbare Drehmoment begrenzt, so dass die Einsatzgebiete von direktangetriebenen Pressen äußerst gering sind. So wird ein vergleichbarer Direktantrieb beispielsweise für eine Presse zur Lederverarbeitung in der DE 20 46 193 vorgeschlagen.

[0007] Auch ist aus der DE 28 40 710 eine mechanische Exzenterpresse mit einem direkten Gleichstrom-Getriebe-Antrieb ohne Kupplung, Schwungscheibe oder dergleichen bekannt. Als Getriebe wird hier ein Stirnradgetriebe vorgeschlagen, wodurch sich jedoch gleichermaßen ein Versatz zwischen Motorwelle und Exzenterwelle ergibt und ein erhöhter Bedarf an Bauraum die Folge ist.

[0008] Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass Antriebseinrichtungen für Pressen, die als sogenannte Direktantriebe ohne Schwungmasse ausgeführt sind, nur für vergleichsweise geringe Pressenleistungen in Frage kommen oder aber ein erheblich leistungsstärkerer bzw. drehmomentstärkerer Hauptantriebsmotor ausgewählt werden muss, als dies bei Antriebseinrichtungen mit Schwungmasse der Fall ist, wodurch letztendlich hohe Kosten entstehen.

[0009] Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe, eine Antriebseinrichtung für Umformmaschinen vorzuschlagen, die einen kompakten Aufbau aufweist und ein für einen Direktantrieb hohes Drehmoment liefern kann.

[0010] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Antriebseinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass es sich bei dem Antriebsmotor um einen Elektromotor handelt, wobei es sich bei dem Getriebe um ein Planetengetriebe handelt kann eine raumsparende, sowie wartungsarme Antriebseinrichtung für eine Umformmaschine bereitgestellt werden. Wegen der fehlenden Schwungmasse kann eine präzisere Ansteuerung der Umformmaschine erfolgen, da die Umformmaschine quasi "direkt" angesteuert werden kann und nahezu keine Schwungmassen beschleunigt oder abgebremst werden müssten. Außerdem können durch das Planetengetriebe wesentlich höhere Drehmomente bereitgestellt werden, als es mit einem Elektromotor als solches möglich wäre. Ferner ermöglicht das Planetengetriebe einen äußerst kompakten Aufbau der gesamten Antriebseinrichtung. Auch weist eine derartige Antriebseinrichtung ein vergleichsweise geringes bis gar kein Verdrehspiel auf.

[0011] In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, die Rotationsachse des Planetengetriebes und die Rotationsachse des Antriebsmotors deckungsgleich sind. Durch die direkte Hintereinanderschaltung von Antriebsmotor und Planetengetriebe ergibt sich eine äußerst kompakte Bauweise.

[0012] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Antriebsmotor um einen Servomotor handelt. Der Servomotor ist hochdynamisch und es können beliebige Winkelpositionen angefahren werden, so dass sich ein derartiger Antriebsmotor in besonders vorteilhafter Weise für eine Antriebseinrichtung für eine Umformeinrichtung eignet.

[0013] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Antriebsmotor um einen Antriebsmotor mit einer Hohlwelle als Abtriebswelle handelt, wobei das Getriebe zumindest abschnittsweise innerhalb der Hohlwelle angebracht ist. Eine derartige Anordnung ist noch platzsparender, da der Motor quasi das Getriebe vollständig umgeben kann.

[0014] In diesem Zusammenhang kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass es sich bei dem Antriebsmotor um einen Torquemotor mit einer Hohlwelle als Abtriebswelle handelt, wobei es sich bei dem zumindest abschnittsweise innerhalb der Hohlwelle vorgesehenen Getriebe um ein Planetenradgetriebe handelt. Eine derartige Bauform verspricht ebenfalls eine erhebliche Platzersparnis.

[0015] Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Umformmaschine, insbesondere eine Umformpresse vorzuschlagen, die sich durch einen platzsparenden Aufbau und die Möglichkeit zur präzisen Ansteuerung des Pressenstößels unter Einbringung eines hohen Drehmomentes auszeichnet, bei vergleichsweise geringer Leistung des Antriebsmotors. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Umformeinrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst. Dadurch, dass eine Antriebseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 für die Umformeinrichtung vorgesehen ist, können die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebseinrichtung für die Umformeinrichtung ausgenutzt werden.

[0016] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorgeschlagenen Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Umformmaschine einen Stößelantrieb mit einem Rädervorgelege und einer Kurbelwelle aufweist, wobei die Antriebswelle des Rädervorgeleges eine Rotationsachse aufweist, wobei die Rotationsachse der Antriebswelle mit der Rotationsachse des Planetengetriebes und der Rotationsachse des Antriebsmotors zusammenfällt. Hierdurch ergeben sich ein geringes Verdrehspiel und ein geringer Bauraum.

[0017] In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Komponenten Elektromotor, Planetengetriebe und Rädervorgelege in der vorgenannten Reihenfolge hintereinander angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich ebenfalls eine Ersparnis an Bauraum.

[0018] Es kann weiterhin vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Rotationsachse des Planetengetriebes, die Rotationsachse des Antriebsmotors und die Rotationsachse der Kurbelwelle deckungsgleich sind. Auch hierdurch ergeben sich ein geringes Verdrehspiel und ein geringer Bauraum.

[0019] Dadurch dass die Komponenten Elektromotor, Planetengetriebe und Kurbelwelle in der vorgenannten Reihenfolge hintereinander angeordnet sind, eröffnet sich die Möglichkeit zum Einsatz von Standardkomponenten, so dass Kosten eingespart werden können.

[0020] Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen

Fig. 1

eine erfindungsgemäß Antriebseinrichtung in einer seitlichen schematischen Ansicht an einer Umformmaschine, insbesondere einer Presse;

Fig. 2

eine erfindungsgemäß Antriebseinrichtung in einer seitlichen schematischen Ansicht an einer Umformmaschine, insbesondere einer Presse;

Fig. 3

eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung in einer seitlichen schematischen Ansicht an einer Umformmaschine, insbesondere einer Presse;

Fig. 4

eine vergrößerte Ansicht auf eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung in einer schematischen Ansicht von vorne;

Fig. 5

eine erfindungsgemäß Antriebseinrichtung in einer seitlichen schematischen Ansicht.

[0021] Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen.

[0022] Ein erfindungsgemäßer Pressenantrieb umfasst im Wesentlichen einen Antriebmotor 1 sowie eine Getriebe 2, jedoch keine Schwungmasse wie im Stand der Technik üblich. Es sind ebenfalls wesentliche Elemente einer Presse erkennbar, nämlich eine entsprechende Kurbelwelle 5 mit Lagerung, ein Stirnradvorgelege 6, sowie ein Pressenständer 7.

[0023] In beispielhafter Weise soll davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem Getriebe 2 um ein Planetenradgetriebe handelt und dementsprechend ein zentrales Sonnenrad, einen Planetenträger mit Planetenrädern, sowie ein Hohlrad umfasst. Selbstverständlich entwickeln die Massen der beteiligten Rotationskörper, wie beispielsweise die Komponenten des Planetengetriebes oder der Rotor des Elektromotors ein Massenträgheitsmoment. Diese Massenträgheitsmomente müssen zwangsläufig hingenommen werden. Sämtliche Energie soll vorzugsweise ausschließlich von dem verwendeten Elektromotor bereitgestellt werden. Dementsprechend ist es nunmehr möglich die gesamte Dynamik des Elektromotors vollständig für den Antrieb einer Umformmaschine nutzbar zu machen. So können beispielsweise sehr variable Geschwindigkeitsprofile durch die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung bereitgestellt werden. Auch kann eine Drehrichtungsumkehr stattfinden, ohne dass es einer aufwändigen Umsteuerung innerhalb des Getriebes bedürfen würde. Insgesamt ergeben sich ohne die Zwischenschaltung eines Schwungrades und durch den direkten Antrieb des Elektromotors erhebliche Vorteile hinsichtlich der Möglichkeiten für einen variablen Antrieb einer Umformeinrichtung.

[0024] Entsprechend dieser Anordnung sind die zuvor genannten Komponenten um die Rotationsachse des Sonnenrades angeordnet. Durch die strichpunktierte Linie 8 ist erkennbar, dass sowohl die Antriebsachse des Antriebsmotors, als auch die Rotationsachse des Getriebes 2 übereinstimmen. Dementsprechend ergibt sich eine vorteilhafte Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe.

[0025] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Antriebsmotor um einen Servomotor handelt. Der Servomotor ist ein Motor, der verschiedene vorgebbare Positionen anfahren kann und diese dann beibehält. Die Position ist dabei im Falle eines rotatorischen Motors eine Winkelposition.

[0026] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Antriebsmotor um einen sogenannten Torquemotor 9 handelt. In Fig. 3 ist ein entsprechendes Antriebskonzept abgebildet.

[0027] Bei einem Torquemotor handelt es sich um einen Drehmomentmotor, der eine ringförmige Geometrie mit einer Hohlwelle 11 als Abtriebswelle aufweist. Ein Torquemotor 9 eignet sich insbesondere als Direktantrieb, der große Drehmomente bei kleinen Drehzahlen aufbringen kann. Seine Einsatzgebiete liegen jedoch, gemäß dem vorbenannten Stand der Technik, nicht im Bereich der Pressenantriebe, sondern vielmehr im Bereich von Werkzeugmaschinen mit Rundtischen oder Schwenkachsen, also beispielsweise bei High-Speed-Cutting-Bearbeitungszentren oder beim Formfräsen mit Schwenkköpfen in Groß-Bearbeitungszentren.

[0028] Hier wird vorgeschlagen einen Torquemotor 9 als Teil der Antriebseinrichtung für eine Umformmaschine, insbesondere einen Pressenantrieb zu verwenden, insbesondere das Getriebe, vorzugsweise ein Planetengetriebe 10 innerhalb der als Hohlwelle 11 ausgestalteten Abtriebswelle des Torquemotors 9 unterzubringen, wodurch sich eine besonders platzsparende Ausführungsform eines Pressenantriebes ergeben kann.

[0029] In Fig. 4 und 5 ist eine beispielhafte Darstellung eines Torquemotors 9 abgebildet, insbesondere ist die zentrale, als Hohlwelle 11 ausgestaltete Abtriebswelle erkennbar, wobei ebenfalls das Planetengetriebe 10 dargestellt ist.

[0030] Der Servomotor liefert im Vergleich zu einem Torquemotor zwar in der Regel ein geringeres Drehmoment bezogen auf den benötigten Bauraum, jedoch ist der Servomotor hochdynamisch und es können beliebige Winkelpositionen angefahren werden.

Ansprüche

1. Antriebseinrichtung für eine Umformmaschine, insbesondere Pressenantrieb, umfassend einen Antriebsmotor (1, 9) und ein Getriebe (2, 10), wobei die Antriebseinrichtung über kein Schwungrad verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Antriebsmotor (1, 9) um einen Elektromotor handelt, wobei es sich bei dem Getriebe um ein Planetengetriebe (2, 10) handelt.

2. Antriebseinrichtung für eine Umformmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse des Planetengetriebes (2, 10) und die Rotationsachse (8) des Antriebsmotors (1, 9) deckungsgleich sind.

3. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Antriebsmotor (1) um einen Servomotor handelt.

4. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Antriebsmotor (9) um einen Motor mit einer Hohlwelle (11) als Abtriebswelle handelt, wobei das Getriebe (10) zumindest abschnittsweise innerhalb der Hohlwelle (11) angebracht ist.

5. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Antriebsmotor um einen Torquemotor (9) mit einer Hohlwelle (11) als Abtriebswelle handelt, wobei es sich bei dem zumindest abschnittsweise innerhalb der Hohlwelle (11) vorgesehenen Getriebe um ein Planetenradgetriebe (10) handelt.

6. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Antriebsmotor (1, 9) um den Hauptantriebsmotor handelt.

7. Umformmaschine, insbesondere Umformpresse, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 vorgesehen ist.

8. Umformmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformmaschine einen Stößelantrieb mit einem Rädervorgelege (6) und einer Kurbelwelle (5)aufweist, wobei die Antriebswelle des Rädervorgeleges eine Rotationsachse aufweist, wobei die Rotationsachse der Antriebswelle mit der Rotationsachse (8) des Planetengetriebes (2) und der Rotationsachse (8) des Antriebsmotors (1) zusammenfällt.

9. Umformmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten Elektromotor (1), Planetengetriebe (2) und Rädervorgelege (6) in der vorgenannten Reihenfolge hintereinander angeordnet sind.

10. Umformmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformmaschine eine Kurbelwelle (5) aufweist, wobei die Rotationsachse des Planetengetriebes (2, 10), die Rotationsachse (8) des Antriebsmotors (1, 9) und die Rotationsachse (8) der Kurbelwelle (5) deckungsgleich sind.

11. Umformmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten Elektromotor (1), Planetengetriebe (2) und Kurbelwelle (5) in der vorgenannten Reihenfolge hintereinander angeordnet sind.

Zeichnung