Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einem schwenkbaren Lastarm, einem starr mit diesem verbundenen Kraftarm, einem Zwischenstück und einem in Axialrichtung verschiebbaren Stössel zur Kraftübersetzung nach dem Hebel¬ gesetz, und auf ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung.

Ueberall dort, wo grosse Kräfte auf kurzen Wegen erforder¬ lich sind, ist eine Kraftübersetzung angebracht. Diese kann z.B. über Getriebe, über Zahnstange und Ritzel, über die mechanische Kraf übersetzung nach dem bekannten Hebelgesetz (Last x Lastarm = Kraft x Kraftarm) oder über Druckluft bzw. Hydraul ikoel mit entsprechendem Zylinder-Flächenver¬ hältnis erfolgen.

Die Kraftübersetzung nach dem Hebelgesetz hat beispielswei¬ se im Pressenbau eine breite Anwendung gefunden, insbeson¬ dere bei Kniehebel pressen. Charakteristisch für all diese Anwendungen ist der erforderliche kurze Kraftweg von eini- gen Millimetern, z.B. beim Stanzen von Blech mit sehr hohem Kraftbedarf. Nach dem bekannten Hebelgesetz wird diese Auf¬ gabe, grosse Kraftentfaltung bei kleinem Kraftarm, über eine kleine Last bei grossem Lastarm gelöst.

Bei bekannten Vorrichtungen sind zur Erreichung sehr kurzer Kraftwege mehrfach hintereinander geschaltete Kraftüber¬ setzungen üblich. Bei weiter entwickelten Vorrichtungen ist der Kraftweg stufenweise veränderbar und so den unter¬ schiedlichen Anforderungen an Kraftbedarf und Kraftweg einiger assen anpassbar.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrich¬ tung zur Kraftübersetzung nach dem Hebelgesetz mit konti¬ nuierlich variablem Uebersetzungsverhältni s, bei welcher sehr kleine Kraftwege mittels einer einzigen Kraftüberset- zung einstellbar sind, und ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung zu schaffen. Mit der Vorrichtung sollen mit ge¬ ringer Last Druck- und/oder Zugkräfte erzeugt werden kön¬ nen.

In bezug auf die Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch ge¬ löst, dass ein Hohlkörper mit dem starr daran befestigten Lastarms eine im Hohlraum unterbrochene Drehachse für die K aftübersetzung hat, in den Bereich der Unterbrechung ein U-förmiges Teil mit einer Kraftachse eingeschoben und mit Hilfe eines Positionierungsmittels fixiert, wobei die Länge des Kraftarms als Achsenverschiebung zwischen Drehachse und Kraftachse auf beide Seiten der Drehachse durch ver¬ schiedene Positionierung des U-förmigen Teils variierbar ist, und die am Lastarm angreifende, übersetzte Kraft über die Kraftachse und das Zwischenstück auf den Stössel mit Führungen wirkt.

Ein frei variierbares Verhältnis der Kraftübersetzung führt zu Lösungen, das dem entsprechenden Problem genau angepasst werden kann und entsprechend einen minimalen Energieaufwand erforderlich macht. Eine Kraftübersetzung in einem Schritt erlaubt den Einsatz von einfachen mechanischen Bestandtei¬ len. Der Hohlkörper und das U-förmige Teil werden durch eine Stellschraube miteinander verbunden und so gegeneinan- der in Position gebracht, dass sowohl der gewünschte Kraft¬ arm der Länge k gebildet als auch - bei festgelegtem Dreh¬ sinn - eine Stoss- oder Zugkraft erzeugt wird. Der Lastarm, welcher starr mit dem Hohlkörper verbunden ist, hat - ent¬ sprechend dem Abstand der Drehachse zum Lastangriff - die Länge 1.

Das Verhältnis der Kraftübersetzung entspricht dem Verhält¬ nis des Lastarms 1 zum Kraftarm k. Bei koaxialer Anordnung der Dreh- und Kraftachse ist der Kraftarm k = 0, es kann also keine Kraft mehr entwickelt werden. Dagegen kann der 5 Kraftarm sehr klein sein, beispielsweise 0,01 cm, wodurch ein sehr hohes Uebersetzungsverhältni s möglich ist. Derart hohe Kraftübersetzungsverhältnisse sind beispielsweise bei Klemm- und Pressvorrichtungen vorteilhaft.

10 In grossen Vorrichtungen kann der Kraftarm bis beispiels¬ weise 20 cm messen.

Alle erfindungsge ässen Vorrichtungen werden jedoch vor¬ teilhaft derart ausgestaltet, dass der Winkel zwischen der

15 Verbindungsgeraden der Kraftachse und der Stösselachse einerseits und der Längsachse des Stössels andererseits höchstens 20" beträgt. B.ej__grösseren Winkeln wirkt sich die seitlich zur Längsachse des Stössels wirkende Kraftkompo¬ nente nachteilig aus.

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Ist der Lastarm als Hebel ausgebildet, kann er mit einem ausziehbaren Teil ausgerüstet sein, wodurch die Gesamtlänge 1 des Lastarms in weiten Grenzen variiert werden kann. Da¬ mit kann neben dem Kraftarm k auch die Länge 1 des Lastarms

25. beliebig verändert und dem zu lösenden Problem angepasst werden. Der Lastarm kann auch als Rad bzw. Radsegment aus¬ gebildet sein, an welche? bekannte mechanische Mittel an¬ greifen.

0 Mit verstellbaren Einrichtungen, insbesondere mindestens einem Anschlag, kann die Anfangs- und/oder Endstellung des Lastarms am gewünschten Ort eingestellt werden.

Der Kraftangriff am Lastarm erfolgt in an sich bekannter 5 Weise über organisch, hydraulisch, pneumatisch oder elek¬ trisch angetriebene Mittel, welche an sich bekannt sind.

Insbesondere kann der Lastarm auch durch menschlichen Kraftangriff geschwenkt werden, weil sehr grosse Ueberset¬ zungsverhältnisse eingestellt werden können.

Die erfindungsge ässe Vorrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie in bezug auf den Abstand vom Werkstück positio¬ nierbar ist. Dies erfolgt beispielsweise durch Stellschrau¬ ben oder mittels einer Hubspindel.

Ein erstes Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kraftachse zu Beginn ihrer Schwenkbewegung um die Drehachse im Bereich der weitesten Entfernung von der Längsachse des Stössels und am Ende ihrer Schwenkbewegung im Bereich der Längsachse des Stös- sels liegt, wodurch eine zunehmende Kraft entwickelt wird. Die Kraftentwicklung in Längsrichtung des Stössels _» ist also umso grösser, je näher die entlang eines Zylindermantels gleitende Kraftachse der Längsachse des Stössels ist. Eine derartige Kraftentfaltung kann z.B. beim Nieten oder Biegen erwünscht sein.

Ein weiteres Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kraftachse zu Beginn Ihrer Schwenkbewegung um die Drehachse im Bereich der Längsachse des Stössels und am- Ende ihrer Schwenkbewegung im Bereich der weitesten Entfernung von der Längsachse des Stössels liegt, wodurch eine abnehmende Kraft entwickelt wird. Die Kraftentfaltung in Längs ichtung des Stössels nimmt also mit zunehmendem Abstand der Kraftachse von der Längsachse des Stössels ab. Eine derartige Kraftentfaltung kann bei¬ spielsweise bei Stanzwerkzeugen günstig sein.

Schliesslich zeichnet sich ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung dadurch aus, dass die Kraftachse im Bereich der weitesten Entfernung von der Längsachse des Stössels, vor¬ zugsweise in einem Winkelbereich von 60 - 120 ^* zu dieser,

geschwenkt wird, wodurch eine im wesentlichen gleichblei¬ bende Kraft entwickelt wird. Die über den Stössel auf das Werkstück einwirkende Kraft verändert sich bei gleichmäs- siger Belastung des Lastarms nur unbedeutend, weil die Kraftachse nicht in den Bereich der Längsachse des Stössels geführt wird. Dies kann beispielsweise bei Klemmvor ichtun¬ gen vorteilhaft sein.

Je nach Richtung des Kraftangriffs am Lastarm führt der Stössel bei gegebenem Kraftarm k eine Bewegung in Richtung der Drehachse (Zugbewegung) oder von der Drehachse weg (Stossbewegung) aus.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung und die Verfahren zu deren Betrieb sind zu mannigfaltiger Ver- bzw. Anwendung geeignet:

- Pressvorrichtungen, z.B. Stanzen, Prägen, Biegen, Nieten, Tiefziehen;

- Klemmvorrichtungen; - Biegevorrichtungen;

- Ziehvorrichtungen.

Die fertigen, mit der erfindungsgemässen Vorrichtung ausge¬ rüsteten Maschinen haben die üblichen, hier deshalb nicht näher erläuterten Ausrüstungen, wie beispielsweise Rück¬ federn, Niederhalter, Zu- und Wegtransportvorrichtungen für die Werkstücke und selbstverständlich ein Gestell.

Diese Maschinen können neu gebaut oder bestehende Maschinen können umgerüstet werden.

Durch stufenlose Einstellung von Last- und Kraftarm und die Positionierungsvorrichtungen können einerseits optimale Verhältnisse für die Kraftübersetzung in einem weiten Vari¬ ationsbereich, in der Praxis zwischen 10 und 10 000, und andererseits unnötige Leerwege der Werkzeuge vermieden wer¬ den.

B ei s p i e l 1

Die Drehachse der Kraftübersetzung einer 5 000 N - Presse wird unterbrochen, die auf einem U-förmigen Teil montierte Achse des Kraftarmes dazwischen geschoben und mit einer Stellschraube fixiert. Dadurch wird eine kleine Exzentrizi¬ tät zwischen Drehachse und Kraftachse, deren Abstand den Kraftarm bildet, möglich. Der Lastarm der Presse ist 30 cm lang, der Kraftarm ist nach der Umrüstung zwischen 3 und 0,3 cm variierbar, wodurch ein Uebersetzungsverhältnis von 10 - 100 entsteht. Versuche haben gezeigt, dass 1,5 mm dicke Aluminiumbleche für das Stanzen eines Langloches 4 500 N Presskraft erfordern. Bei einem mit dieser umge¬ rüsteten Presse möglichen Uebersetzungsverhältnis von 100 ist eine Last von ca. 45 N erforderlich, was auch von Hand problemlos aufgebracht werden kann.

Beispiel 2

Bei einer weiteren Presse mit erf ndungsgemäss unterbroche¬ ner Drehachse der Kraftübertragung und eingeschobener Kraftachse ist der Lastarm zwischen 40 und 90 cm Länge ver¬ änderbar. Bei auf Maximal länge eingestelltem Lastarm und einem auf 4,5 mm eingestelltem Kraftarm ist das Ueberset- Zungsverhältnis 200. Zur Prägung einer Sicke in ein Stahl¬ blech ist eine benötigte Presskraft von 60 000 N festge¬ stellt worden. Es ist also eine Last von ca. 300 N erfor¬ derlich, was von Hand gerade noch aufgebracht werden kann.

Die Erfindung wird in der Zeichnung beispielsweise weiter erläutert. Es zeigen schematisch:

- Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsge- mässen Vorrichtung zur Kraftübersetzung

- F i g . 2 e i n en Vert i k al schn i tt d ur ch F i g . 1 , un d

Fig. 3 - 5 verschiedene stilisierte Schwenkbereiche des Lastarms.

Eine Vorrichtung zur Kraftübersetzung mit kontinuierlich variierbarem Uebersetzungsverhältnis besteht nach den Fig. 1 und 2 aus einem Hohlkörper 1 sowie einer unterbrochenen Drehachse 2 für die Kraftübersetzung. Im Bereich der unter¬ brochenen Drehachse wird ein U-förmiges Teil 3 eingescho¬ ben, welches die Kraftachse 4 enthält, und mittels eines Positionierungsmittels, hier als Stellschraube 5 ausgebil¬ det, fixiert wird. Als Positionierungsmittel sind jedoch z.B. auch zwei Keile (nicht dargestellt) geeignet. Der Kraftarm der Länge k wird zwischen der unterbrochenen Dreh¬ achse 2 und der Kraftachse 4 gebildet. Der Lastarm 6 ist starr mit dem Hohlkörper 1 verbunden und enthält eine aus¬ ziehbare Verlängerung 8, welche mittels eines Stellringes 7 miteinander fixiert werden. Aus dem Lastarm der Länge 1 und einem Kraftarm der Länge k kann das Uebersetzungsverhältnis ü mit ü = 1/k berechnet werden. Greift eine Kraft P am Lastarm an, so kann über ein Zwischenstück 9 die Kraft P' an der Stösselachse 10 abgetragen werden. Die Kraft P ¹ wirkt auf einen Stössel 11 mit Führungen 12. Dabei gilt:

P' = P x 1/k

Die Stösselachse 10, bzw. der Stössel 11, beschreiben dabei- in Richtung der Längsachse des Stössels einen Weg s' von

s' = s x k/1

Ein wesentlicher Vorteil der in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung ist die einfache Abstimmung des Uebersetzungs¬ verhältni sses auf ein bestehendes Problem oder aber die Minimierung der am Lastarm angreifenden Kraft P bei vorge- gebene Weg s' .

Eine Ziehbewegung kann - gemäss Fig. 2 - erhalten werden, wenn der Lastarm über die gestrichelt eingezeichnete hori¬ zontale Lage hinaus geschwenkt wird. Ebenfalls eine Ziehbe¬ wegung würde erhalten, wenn

- der Lastarm gemäss Fig. 2 im Uhrzeigersinn geschwenkt würde, oder

- der Kraftarm k in Richtung der Stellschraube 5 ausge- bildet wäre (Schwenkbewegung im Gegenuhrzeigersinπ ge¬ mäss Fig. 2).

In den Fig. 3 - 5 wird die Schwenkbewegung des Lasthebels während der Arbeitsphase, bestehend aus dem Positionieren und der eigentlichen Arbeitsbewegung, mit ß bezeichnet. Die¬ ser Schwenkbereich ß wird durch zwei nicht dargestellte An¬ schläge begrenzt.

Der Ausgangsdrehwinkel o_i , d.h. der Winkel zwischen der Längsachse b des Stössels und dem Lastarm entscheidet bei gleicher Lage der Kraftachse über die Art der Kraftentfal¬ tung.

Fig. 3 zeigt eine Schwenkbewegung ß mit abnehmender Kraft- entfaltung, Fig. 4 eine Schwenkbewegung ß mit zunehmender Kraftentfaltung, und Fig. 5 eine Schwenkbewegung ß mit un¬ gefähr gleichbleibender Kraftentfaltung.