SUTERMEISTER, Peter (Niedere Strasse 24, Villingen-Schwenningen, 78050, DE)
BABIEL, Hartmut (Lärchenweg 28, St. Georgen, 78112, DE)
SUTERMEISTER, Peter (Niedere Strasse 24, Villingen-Schwenningen, 78050, DE)
| Patentansprüche
1. Handbetätigte Presse (10) mit einem an eine Welle (22) gekoppelten Betätigungsorgan (18), dessen Betätigung in eine Hubbewegung (30) eines an die Welle (22) gekoppelten Pressenstößels (32), und somit auch in eine änderung einer relativen Lage des Pressenstößels (32), umgesetzt wird, und mit einer Kupplung (44; 54) zum Unterbrechen eines Kraftflusses zwischen dem Betätigungsorgan (18) und dem Pressenstößel (32), dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (22, 50) zumindest zweiteilig, und zwar mindestens mit einer Eingangswelle (22) und einer Ausgangswelle (50), ausgebildet ist, und dass die Kupplung (54) derart eingerichtet ist, dass sie die Eingangswelle (22) und die Ausgangswelle (50) in Abhängigkeit von der Presskraft und/oder der relativen Lage des Pressenstößels (32) voneinander trennt.
2. Handbetätigte Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Sensor (49) zum Erfassen der Presskraft vorgesehen ist.
3. Handbetätigte Presse nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zweiten Sensor zum Erfassen der relativen Lage des Pressenstößels (32).
4. Handbetätigte Presse nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (46), die an die Kupplung (54) gekoppelt ist und die an den ersten und/bzw. an den zweiten Sensor gekoppelt ist, um Kupplungssignale an die Kupplung (54) auszugeben.
5. Handbetätigte Presse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (46) ein Kupplungssignal zum Geschlossenhalten der Kupplung ausgibt, wenn die er- fasste Presskraft bzw. die relative Lage des Pressenstößels (32) kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert ist.
6. Handbetätigte Presse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (46) ein Kupplungssignal zum öffnen der Kupplung (54) ausgibt, wenn die Presskraft bzw. die relative Lage des Pressenstößels (32) größer oder gleich einem vorbestimmten Grenzwert ist.
7. Handbetätigte Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsorgan (18) drehfest mit der Eingangswelle (22) verbunden ist.
8. Handbetätigte Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressenstößel (32) permanent in Wirkverbindung mit der Ausgangswelle (50) steht.
9. Handbetätigte Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Hubsperre (40, 42, 44) zum Festlegen der Eingangswelle (22) vorgesehen ist.
10. Handbetätigte Presse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubsperre (40, 42, 44) eine Bremsscheibe (40, 42) und einen Bremsmagneten (44) umfasst.
11. Handbetätigte Presse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (40) drehfest mit der Eingangswelle (22) verbunden ist und der Bremsmagnet (44) raumfest mit der Presse (10) verbunden ist, so dass die Eingangswelle (22) arretierbar ist.
12. Handbetätigte Presse nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein dritter Sensor (56) zum Erfassen der relativen Lage der Eingangswelle (22) vorgesehen ist, wobei die Bremsscheibe (40) derart ausgestaltet ist, dass der dritte Sensor (56) die relative Lage in Zusammenwirkung mit der Bremsscheibe (40) erfasst.
13. Handbetätigte Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Rückstelleinrichtung, insbesondere eine Feder, vorgesehen ist, die mit der Eingangswelle (22) gekoppelt ist, um das Betätigungsorgan (18) in eine Ausgangslage zu bewegen.
14. Handbetätigte Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsorgan (18) ein Handhebel (18), die Eingangswelle (22) eine innere Handhebelwelle (22) und die Ausgangswelle (50) eine äußere Hohlwelle (50) ist.
15. Handbetätigte Presse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor ein lineares inkrementales Wegmesssystem ist, dass an den Pressenstößel (32) gekoppelte Wegmarkierungen erfasst.
16. Handbetätigte Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Wellen (22, 50) durch die Kupplung (54) formschlüssig miteinander verbunden werden, um die Hubbewegung (30) umzusetzen.
17. Handbetätigte Presse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung mittels einer Verzahnung (60) mit Raststellung erzielt wird.
18. Verfahren zum Schützen einer handbetätigten Presse nach einem der Ansprüche 1-17 vor überlast, gekennzeichnet durch die Schritte:
Schließen der Kupplung (54);
Erfassen einer über das Betätigungsorgan (18) ausgeübten Presskraft bzw. einer relativen Lage des Pressenstößels (32);
Bestimmen, ob die erfasste Presskraft bzw. die relative Lage des Pressenstößels (32) einen vorbestimmten Grenzwert erreicht hat; und wenn der vorbestimmte Grenzwert erreicht ist, Betätigen der Kupplung (54), um die zumindest zwei Wellen (22, 50) voneinander zu trennen.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubsperre (40, 42, 44) geschlossen wird, bevor die Kupplung (54) die Wellen (22, 50) trennt. |
Handbetätiqte Presse mit überlastsicherunq
Die vorliegende Erfindung betrifft eine handbetätigte Presse mit einem an eine Welle gekoppelten Betätigungsorgan, dessen Betätigung in eine Hubbewegung eines an die Welle gekoppelten Pressenstößels, und damit auch in eine änderung einer relativen Lage des Pressenstößels, umgesetzt wird, und mit einer Kupplung zum Unterbrechen eines Kraftflusses zwischen dem Betätigungsorgan und dem Pressenstößel.
Eine solche handbetätigte Presse ist aus dem deutschen Patent DE 102 23 153 Cl bekannt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Schützen einer handbetätigten Presse vor einer überlast bzw. zum Abbrechen eines zufriedenstellend ausgeführten Pressvorgangs.
Die handbetätigte Presse der DE 102 23 153 Cl betrifft eine Presse, bei der eine Rückhubsperre, wie sie z.B. aus der DE 199 59 627 Al bekannt ist, elektronisch implementiert ist.
Handbetätigte Pressen der vorbeschriebenen Art werden üblicherweise bei Akkord-Arbeitsplätzen eingesetzt. Da der Kraftaufwand beim manuellen Betätigen der Presse zum Ende des Presshubes hin zunimmt, neigen manche Bedienungspersonen dazu, zu viel Kraft aufzuwenden und dadurch zu verpressenden Werkstücke qualitativ schlecht zu bearbeiten bzw. diese sogar zu beschädigen.
Bei vielen herkömmlichen manuellen Pressvorgängen wird im Gegensatz zu automatisch durchgeführten Pressvorgängen, bei denen üblicherweise numerisch gesteuerte Pneumatikpressen eingesetzt werden, keine Dokumentationen erstellt. Dies ist heutzutage in vielen Anwendungsbereichen nicht mehr akzeptabel, insbesondere dann, wenn Herstellungsprozesse nach ISO 9000 zertifiziert werden sollen.
Um sicherzustellen, dass zwischen „guten" und „schlechten" Teilen unterschieden werden kann, ist aus der DE 102 23 153 Cl bekannt, eine Presse mit einem Sensor für den Presshub (Weg) sowie mit einem weiteren Sensor für die Presskraft auszurüsten, um ein Weg-Kraft-Diagramm für jeden Pressvorgang erstellen zu können, das charakteristisch für eine gute bzw. eine schlechte Pressung ist. Wenn eine gemessene Weg-Kraft-Kurve innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegt, wird das Teil als gut
verpresst erkannt. Anderenfalls handelt es sich um ein Schlechtteil, das ausgesondert werden muss.
Um die bei einem Pressvorgang wirkende Presskraft, mit der Werkstücke, wie z.B. ein Seegerring, ein Lager, eine Ritze, eine Dichtung usw., verfügt werden können, zu bestimmen, wird ein Pressenstößel der Presse als Kraftaufnehmer ausgebildet. Der Kraftaufnehmer hat ein Kraftmesssystem, wie z.B. einen Dehnungsmessstreifen (DMS), integriert. Der DMS steht mit einer Steuereinrichtung der Presse in Verbindung, die wiederum bspw. mit einem Drehgeber verbunden ist, um den Verdrehwinkel des Betätigungshebels, und somit den Weg, zu erfassen. Die Steuereinrichtung wertet dann die erfassten Daten aus, um nach erfolgtem Pressvorgang die oben erwähnte Unterscheidung zwischen guten und schlechten Teilen durchführen zu können.
Ergibt die Prüfung, dass ein schlechtes Teil gepresst wurde, so kann die Presse automatisch abschalten, während sich das Schlechtteil noch in der Presse befindet. Dies geschieht ebenfalls auf Veranlassung der Steuereinrichtung hin.
Zunächst besteht ein erstes Problem darin, dass bei herkömmlichen manuellen Pressvorgängen, im Gegensatz zu automatisch durchgeführten Pressvorgängen, unbeabsichtigt hohe Presskräfte auftreten können, die bspw. durch eine Unachtsamkeit der Bedienungsperson verursacht werden. Hohe Presskräfte können auch dann auftreten, wenn die zu verpressenden Werkstücke bereits ausreichend miteinander verfügt sind, die mechanische Endlage des Pressenhubs jedoch noch nicht erreicht ist. In diesem Fall „spürt" die Bedienungsperson, dass ein Betätigungshebel noch weiter in Pressrichtung betätigt werden kann und führt diese
Bewegung deshalb auch bis zum Ende aus. In einem solchen Fall kann eine zu hohe Presskraft ausgeübt werden, die in einer „schlechten" Verpressung resultiert.
Es ist deshalb erforderlich, dass die ausgeübte Presskraft so genau wie möglich gemessen wird, um die darauf basierende Qualitätsbeurteilung optimal durchführen zu können. Dazu werden hochsensitive Kraftmesssysteme eingesetzt, die jedoch bei allzu großer überlastung zerstört oder zumindest beschädigt werden können. Ferner treten mitunter so hohe überlasten auf, dass zulässige überlastfestigkeiten von 100 bis 200% überschritten werden .
Wie oben bereits erwähnt, wird im Stand der Technik die Kraft als Funktion des Wegs aufgezeichnet, um nach einem vollendeten Pressvorgang eine Qualitätsbeurteilung vornehmen zu können (Gut/Schlecht). Da der Pressvorgang manuell ausgeführt wird, wird jeder Pressvorgang mit unterschiedlicher Kraft ausgeübt. Dies führt dazu, dass zu verpressende Werkstücke teilweise vor Erreichen einer mechanischen Endlage des Pressenstößels bereits ausreichend „gut" miteinander verfügt sind bzw. teilweise erst in der Endlage ausreichend verfügt sind. In Falle eines vorzeitigen Erreichens der Verfügung, wäre es wünschenswert, den Pressvorgang schon vor dem Erreichen der (mechanischen) Endlage abbrechen zu können.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine handbetätigte Presse der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die geschilderten Probleme vermieden werden. Insbesondere soll eine handbetätigte Presse zur Verfügung gestellt werden, bei der zulässige überlasten auf einen vorbestimmten
Grenzwert beschränkt werden können und ein Kraftsensor gegenüber überlasten geschützt ist. Ferner soll bei vorzeitig erreichter Sollpresskraft der Pressvorgang auch bereits vorzeitig abgebrochen werden können. „Schlechte" Verpressungen sollen vermieden werden.
Bei einer Presse der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Welle zumindest zweiteilig, und zwar mindestens mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, ausgebildet ist, und dass die Kupplung derart eingerichtet ist, dass sie die Eingangswelle und die Ausgangswelle in Abhängigkeit von der Presskraft und/oder der relativen Lage des Pressenstößels voneinander trennt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Dadurch, dass die erfindungsgemäße Welle im Gegensatz zum Stand der Technik zweiteilig ausgebildet ist, eröffnet sich anders als bisher die Möglichkeit, den Kraftfluss zwischen dem Betätigungsorgan und dem Pressenstößel willkürlich zu unterbrechen, und zwar unabhängig von der tatsächlichen Betätigung des Betätigungsorgans. Im Stand der Technik ist bisher nur bekannt, eine einteilige Welle bei Auftreten eines Fehlers abzubremsen bzw. festzulegen, insbesondere wenn der Rückstellhub vorzeitig eingeleitet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Kraftfluss zwischen dem Pressenstößel und dem Betätigungshebel jederzeit durch die Kupplung unterbrochen werden, in dem die Wellen voneinander getrennt werden. Wird bereits vor dem Erreichen einer (mechani-
sehen) Endlage des Pressvorgangs eine Sollpresskraft ausgeübt, lassen sich die Wellen — in Abhängigkeit von diesem Ereignis - voneinander trennen. Wird während eines Pressvorgangs eine unzulässig hohe Presskraft ausgeübt, die einen Kraftsensor beschädigen oder in „schlecht" verpressten Werkstücken resultieren könnte, lassen sich die Wellen ebenfalls — in Abhängigkeit wiederum von diesen Ereignissen - voneinander trennen.
Dazu ist es von Vorteil, wenn zusätzlich ein Sensor zum Erfassen der Presskraft und/oder ein Sensor zum Erfassen der relativen Lage des Pressenstößels vorgesehen ist bzw. sind.
Sollte lediglich ein Presskraftsensor vorgesehen sein, lässt sich ein Kraftmesssystem der Presse gegen überlast schützen. Sollte lediglich ein Sensor zum Erfassen der relativen Lage des Pressenstößels vorgesehen, lässt sich anhand des zurückgelegten Hubwegs rückschließen, welche Presskraft ausgeübt wurde, vorausgesetzt alle dazu nötigen weiteren Parameter, wie z.B. übersetzung der Hebelbewegung in Pressenhub, Eigenschaften der zu verpressenden Werkstück usw., sind bekannt.
Werden beide Sensoren in Kombination eingesetzt, ermöglicht dies die Aufzeichnung einer Kraft-Weg-Kurve zu jeden Pressvorgang, so dass bereits während des Pressvorgangs eine Gut/Schlecht-Unterscheidung getroffen werden kann. Insbesondere lässt sich feststellen, wann eine „gute" Verpressung eingetreten ist. Wird die Kraft in Abhängigkeit vom Weg aufgezeichnet, kann beispielsweise mittels einer übergeordneten Steuerung entscheiden werden, dass der Pressvorgang bereits vor dem Erreichen einer (mechanischen) Endlage des Pressenstößels ab-
gebrochen wird, weil eine Sollpresskraft erreicht ist. Auf diese Weise werden „schlechte" Verpressung allgemein vermieden.
Vorzugsweise ist dazu eine entsprechende Steuereinrichtung vorgesehen, die an den ersten und/oder den zweiten Sensor sowie an die Kupplung gekoppelt ist, um entsprechende Kupplungssignale an die Kupplung auszugeben.
Die Steuereinrichtung tastet den bzw. die Kraftsensor (en) ab, um in Reaktion auf vom den Sensoren ausgegebnen Signalen Kupplungssignale an die Kupplung auszugeben.
Die Steuereinrichtung gibt vorzugsweise ein Kupplungssignal aus gemäß dem die Kupplung geschlossen bleibt, wenn die erfasste Presskraft bzw. die relative Lage des Pressenstößels kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert ist.
Bei offener Kupplung kann kein Kraftfluss zwischen Betätigungsorgan und Pressenstößel stattfinden. Befindet sich das Betätigungsorgan nicht in seiner vorbestimmten Ausgangslage, wird durch die geöffnete Kupplung ein Pressvorgang erst gar nicht zugelassen. Dies erhöht die Prozesssicherheit.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die Steuereinrichtung ein Kupplungssignal zum öffnen der Kupplung ausgibt, wenn die Presskraft bzw. die relative Lage des Pressenstößels größer oder gleich einem vorbestimmten Grenzwert ist. Der Grenzwert kann entweder eine maximal zulässige Presskraft sein, bei der ein Kraftsensor nicht beschädigt wird, und/oder kann ein minimal zurückzulegender Presshub sein, um eine „gute" Verpressung der Werkstücke zu erhalten.
Die Steuereinrichtung verfügt insbesondere über Mittel zum Bestimmen, ob eine vorbestimmte Presskraftgrenze überschritten wird bzw. ob eine Sollpresskraft erreicht ist. Wird die Grenze überschritten, wird ein Signal zum öffnen der Kupplung ausgegeben. Damit wird der Kraftfluss zwischen Betätigungsorgan und Pressenstößel unterbrochen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die handbetätigte Presse ferner eine Hubsperre zum Festlegen der Eingangswelle auf, wobei die Hubsperre insbesondere eine Bremsscheibe und einen Bremsmagneten umfasst.
Mit einer derart ausgebildeten Hubsperre lässt sich die Betätigung des Betätigungsorgans sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung arretieren. Der Betätigungshebel ist fest mit der Eingangswelle verbunden, so dass eine Arretierung der Eingangswelle in einer Arretierung des Betätigungshebels resultiert.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Hubsperre in Form einer Bremsscheibe, die mit einem Bremsmagneten zusammenwirkt, ist die Bremsscheibe vorzugsweise drehfest mit der Eingangswelle verbunden und der Bremsmagnet ist raumfest mit der Presse verbunden. Da es sich in diesem Fall bei der Hubsperre um eine elektrisch betriebene Bremseinrichtung handelt, kann die Bremseinrichtung ebenfalls durch die bereits oben erwähnte Steuereinrichtung gesteuert werden, indem entsprechende Signale von der Steuereinrichtung an die Hubsperre bzw. deren Elemente gesendet werden.
Ferner ist es bevorzugt, wenn ein dritter Sensor zum Erfassen der relativen Lage Eingangswelle vorgesehen ist, wobei die Bremsscheibe derart ausgestaltet sein kann, dass der dritte Sensor die relative Lage in Zusammenwirkung mit der Bremsscheibe erfasst.
Mit Hilfe des dritten Sensors kann ein Signal erzeugt werden, gemäß dem die Kupplung geschlossen wird, vorausgesetzt das Betätigungsorgan befindet sich in seiner entsprechenden Ausgangslage. Die Ausgangslage kann dabei mit Hilfe der Bremsscheibe bzw. einem Bremsscheibenflansch erfasst werden, die drehfest mit der Eingangswelle und somit auch mit dem Betätigungsorgan verbunden ist. Dadurch ist immer gewährleistet, dass der Kraftfluss erst dann zwischen dem Betätigungshebel und dem Pressenstößel errichtet wird, wenn sich der Betätigungshebel in seiner Ausgangslage befindet. So ist gewährleistet, dass der durch den Betätigungshebel zurücklegbare Weg den zum Erzielen eines zufriedenstellenden Pressvorgangs benötigten Presshub durchführen kann. Insbesondere wird die Kupplung erst dann geschlossen, wenn sich auch der Pressenstößel in seiner Ausgangslage befindet.
Auch ist es von Vorteil, wenn eine Rückstellvorrichtung, insbesondere eine Feder, vorgesehen ist, die mit der Eingangswelle gekoppelt ist.
Durch diese Maßnahme kann erreicht werden, dass das Betätigungsorgan selbstständig in seine Ausgangslage zurückbewegt wird, insbesondere dann, wenn die Kupplung geöffnet wird, d.h. der Kraftfluss zwischen Betätigungsorgan und Pressenstößel getrennt wird, und die Bedienungsperson den Betätigungshebel
möglicherweise schon losgelassen hat. Für eine automatische Rϋckstellbewegung des Betätigungshebels ist es natürlich erforderlich, dass die Hubsperre nicht arretiert ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Betätigungsorgan ein Handhebel, ist die Eingangswelle eine innere Handhebelwelle und ist die Ausgangswelle eine äußere Hohlwelle.
Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass die handbetätigte Presse kurz baut, da die Eingangswelle eine innere Welle darstellt, die koaxial zur äußeren Hohlwelle angeordnet ist.
Insbesondere kann es sich bei dem zweiten Sensor um ein lineares inkrementales Wegmesssystem handeln, das an den Pressenstößel gekoppelte Wegmarkierungen erfasst.
Durch die Kopplung von Wegmarkierungen an den Pressenstößel, im Gegensatz zum Stand der Technik, wo der Weg mit Hilfe eines Drehgebers an der Eingangswelle abgetastet wurde, erfolgt hier eine Messung des zurückgelegten Weges am Pressenstößels, ohne dass es zu Ungenauigkeiten bspw. aufgrund von übersetzungen kommen könnte .
Auch ist es von Vorteil, wenn die zwei Wellen durch die Kupplung zusätzlich formschlüssig miteinander verbunden werden, um die Hubbewegung umzusetzen. Durch die zusätzliche formschlüssige Verbindung lässt sich eine mechanische überlastsicherung realisieren, mit der spontan auftretende überlasten mit (sehr) hoher Intensität abgefangen werden können, bevor diese einen Kraftsensor zerstören.
Dazu wird vorzugsweise eine Verzahnung mit Raststellung verwendet, die derart ausgebildet ist, dass sie sich bei einem vorbe- stiπtmten Drehmoment, welches über das Betätigungsorgan ausgeübt wird, aus einem geschlossenen Zustand selbsttätig öffnet. Die Raststellung ist vorzugsweise dann erreicht, wenn sich die Wellen in ihrer jeweiligen Ausgangslage befinden.
Tritt plötzlich ein unzulässig hohes Drehmoment an den über die Verzahnung gekoppelten Wellen auf, wird durch diese Art der Kopplung eine selbsttätige Trennung der Kopplung hervorgerufen. Die durch die Kupplung ausgeübte Schließkraft reicht nicht mehr aus, um eine durch die Verzahnung bedingte Auskopplungskraft zu kompensieren. In diesem Fall öffnet sich die Kupplung spontan, d.h. ohne dass eine übergeordnete Steuerung eingreift, um den Kraftfluss zu unterbrechen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine stark schematisierte Seitenansicht (teilweise aufgebrochen) eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen handbetätigten Presse;
Fig. 2 eine Einrastverzahnung eines ersten und zweiten Wellenabschnitts gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 3 ein schematisiertes Kräfteverhältnis am Ort der Verzahnung gemäß der Fig. 2.
In der Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine handbetätigte Presse im Prinzip bekannter Bauart.
Die Presse 10 weist ein Basisteil 12 auf, das auf einem geeigneten Untergrund, bspw. einer Werkbank, steht. Vom Basisteil 12 führen Stützen 14 nach oben zu einem Kopfteil 16, das auch als Schieber bezeichnet wird, da das Kopfteil 16 je nach gewünschtem Hub in Richtung der Stützen 14 verstellbar ist. Seitlich am Kopfteil 16 ist ein Betätigungshebel 18 angebracht, der mit einer in Lagern 20 im Schieber 16 gelagerten Welle 22 verbunden ist. Die Welle 22 lässt sich mittels des Betätigungshebels 18 um ihre Achse 24 verdrehen, wie es mit einem Pfeil 26 angedeutet ist, wobei in Fig. 1 die Ausgangslage des Hebels 18 dargestellt ist.
Im Schieber 16 ist ein äußerst schematisch angedeutetes Getriebe 28 vorgesehen, welches im einfachsten Fall eine Ritzel- Zahnstangen-Anordnung ist. Diese Anordnung dient dazu, die Drehbewegung der Welle 22 in eine mit dem Pfeil 30 angedeutete vertikale Hubbewegung eines Pressenstößels 32 umzusetzen.
Die untere Stirnfläche 34 des Pressenstößels 32 setzt bei einem Pressvorgang auf ein oberes Werkstück 36 eines Paares von
Werkstücken 36, 38 auf, die miteinander verpresst werden sollen .
Die Presse 10 weist eine Bremsscheibe 40 auf, die drehfest mit der Welle 22 verbunden ist. Unmittelbar neben der Bremsscheibe 40 ist eine zweite Scheibe 42 angeordnet, die als Ring ausgebildet ist, damit die Welle 22 durch die zweite Scheibe 42 hindurchgeführt werden kann. Die zweite Scheibe 42 ist starr mit dem Schieber 16 verbunden, und wird daher nachfolgend als raumfest bezeichnet.
Mit 44 ist ein Bremsmagnet bezeichnet, der elektrisch an ein elektronisches Steuergerät 46 angeschlossen ist. Dem elektronischen Steuergerät 46 können über Eingänge 48 Steuersignale von außen zugeführt werden, bspw. von einer numerischen Steuereinheit, um die in der DE 102 23 153 Cl offenbarte elektronische Rückhubsperre realisieren zu können. Diese Funktion ist mit der vorliegenden Presse 10 ebenfalls möglich. Für weitere Details wird auf die DE 102 23 153 Cl verwiesen.
Die aus den Elementen 40, 42 und 44 bestehende Hubsperre zeichnet sich im Wesentlichen durch die Magnetkupplungswirkung des Elektromagneten 44 aus, die dieser auf die Kupplungsscheiben 40 und 42 ausübt. Diese „Magnetbremse" kann jedoch auch durch eine pneumatische oder hydraulische Bremse realisiert werden, die die beiden Scheiben 40 und 42 kraftschlüssig miteinander verbindet, um eine Drehung der Welle 22 um ihre Achse 24 zu unterbinden.
Der Pressenstößel 32 kann mit einem Kraftsensor 49 versehen sein, mit dem eine jeweils wirkende Presskraft erfasst werden
kann. Auch der Kraftsensor 49 ist an das elektronische Steuergerät 46 angeschlossen. Der Pressenstößel 32 kann dabei als Kraftaufnehmer für einen in ihm integrierten Dehnungsmessstreifen (DMS) dienen. Der Sensor 49 könnte jedoch auch an einem anderen Ort angeordnet sein, z.B. im Basisteil 12.
Andere Kraftmesssysteme, wie z.B. induktive Kraftsensoren, magnetoelastische Kraftsensoren oder piezoelektrische Sensoren usw., könnten ebenfalls verwendet werden.
Insoweit ist die Presse 10 von herkömmlicher Bauart.
Im Gegensatz zu bekannten Pressen weist die Presse 10 eine zweite (äußere) Hohlwelle 50 auf, die koaxial zur Welle 22 gelagert ist. Die erste Welle 22 wird nachfolgend als innere Handhebelwelle bezeichnet werden, da sie durch die äußere Hohlwelle 50 hindurchgeführt ist. Die äußere Hohlwelle 50 ist direkt mit einem Zahnrad verbunden bzw. mit einem Ritzel versehen, um das mit 28 bezeichnete Getriebe zu realisieren. Der Pressenstößel 32 weist eine entsprechende Verzahnung 52 auf, die mit dem Ritzel bzw. dem Zahnrad der äußeren Hohlwelle 50 kämmt. Vorzugsweise greifen die Verzahnungen der Hohlwelle 50 und der Pressenstößel 32 direkt ineinander ein. Es könnten jedoch weitere Getriebeelemente dazwischen angeordnet werden.
Die äußere Hohlwelle 50 kann mit einer vorzugsweise elektromagnetischen Kupplung 54 kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der inneren Handhebelwelle 22 verbunden werden. Die elektromagnetische Kupplung 54 ist ebenfalls mit dem Steuergerät 46 verbunden .
Die innere Handhebelwelle 22 stellt eine Eingangswelle dar, die mittels der Kupplung 54 an eine Ausgangswelle koppelbar ist, die im vorliegenden Beispiel der Fig. 1 durch die äußere Hohlwelle 50 realisiert ist.
Alternativ könnte lediglich die innere Handhebelwelle 22, d.h. ohne Hohlwelle 50, in axialer Richtung zweigeteilt sein, so dass bspw. ein dann rechts angeordneter Wellenteil die Eingangswelle und ein links angeordneter Wellenteil die Ausgangswelle darstellen würde. In diesem Falle müsste jedoch auch der Pressenstößel auf den linken Wellenteil verlegt werden. Diese alternative Ausführungsform, wie sie gerade diskutiert wurde, ist in der Fig. 1 nicht dargestellt.
Im Nachfolgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Presse 10 näher erläutert werden.
Mit einem weiteren Sensor 56, der z.B. in der Nähe der Bremsscheibe 40 angeordnet ist und mit dieser zusammenwirkt, kann die relative Lage der Handhebelwelle 22 ermittelt werden. Dazu kann der Sensor 56 ebenfalls mit dem Steuergerät 46 verbunden sein. Da der Betätigungshebel 18 genau wie die Scheibe 40 (dreh-) fest mit der Welle 22 verbunden ist, lassen sich somit auch Rückschlüsse über die Lage des Hebels 18 ziehen.
Wird bestimmt, dass sich sowohl die Handhebelwelle 22 als auch der Pressenstößel in ihren jeweiligen Ausgangslagen befinden, aus der ein Pressvorgang gestartet werden kann, wird vom Steuergerät 46 ein Signal an die Kupplung 54 ausgegeben, so dass sich die Kupplung 54 schließt, d.h. die innere Welle 22 und die äußere Hohlwelle 50 werden zumindest kraftschlüssig miteinander
verbunden. Ein Kraftfluss zwischen dem Hebel 18 und dem Pressenstößel 32 ist somit möglich.
Anschließend wird der Hebel 18 in Richtung des Pfeils 26 verdreht, um die Werkstücke 36, 38 miteinander zu verpressen.
Im Normalfall, d.h. wenn keine unzulässig große Presskraft auftritt, die mit dem Kraftmesssystem 49 gemessen werden kann, erreicht der Hebel 18, und somit auch der Pressenstößel 32, irgendwann seine (elektronische oder mechanische) Endlage. Die mechanische Endlage ist dann erreicht, wenn der Pressenstößel den maximalen möglichen Presshub durchlaufen hat bzw. der Hebel 18 gegen einen entsprechenden mechanischen Anschlag bewegt wird. Die elektronische Endlage ist erreicht, wenn entweder der Hebel 18 um einen vorbestimmten Winkel verdreht wurde oder wenn der Pressenstößel 32 einen vorbestimmten (Hub-)Weg zurückgelegt hat.
Die elektronische Endlage könnte einerseits durch den Sensor 56 detektiert werden, indem die Bremsscheibe 40 z.B. in einem der Endlage entsprechenden Bereich derart ausgestaltet ist, dass der raumfeste Sensor 56 die Endlage erkennen kann. Wird als Sensor 56 z.B. ein induktiver Sensor verwendet, so könnte die Bremsscheibe 40 in diesem Bereich in axialer Richtung 24 mehr oder weniger stark massiv ausgebildet sein.
Die elektronische Endlage kann auch so definiert sein, dass eine Sollpresskraft (in Abhängigkeit vom Weg des Pressenstößels 32) erreicht wurde, d.h. zu verpressende Werkstücke ausreichend „gut" miteinander verpresst wurden. Dazu kann ein Wegmesssystem 58 vorgesehen sein, das in Fig. 1 schematisch durch eine ge-
strichelte Linie dargestellt ist. Das Wegmesssystem 58 erfasst an den Pressenstößel 32 gekoppelte Wegmarkierungen 59.
Beim Erreichen der Endlage kann das Steuergerät 46 — in Abhängigkeit von Presskraft und/oder zurückgelegtem Hubweg - die Kupplung 54 dazu veranlassen, sich zu öffnen, womit der Kraft- fluss zwischen dem Hebel 18 und dem Pressenstößel 32 unterbrochen wird. Der Stößel 32 kann dann insbesondere durch eine in der Fig. 1 nicht dargestellten Gasdruckfeder wieder in seine Ausgangslage zurückgestellt werden, die der Ausgangslage des Hebels 18 entspricht. Es ist von Vorteil, wenn der Pressenstößel 32 mit der Wegmarkierung 59 gekoppelt ist, um die relative Lage des Pressenstößels 32 feststellen zu können, da aus dieser Information Rückschlüsse über die erreichte Presskraft gezogen werden können. Durch die Bestimmung der relativen Lage des Pressenstößels 32 kann ferner verhindert werden, dass ein nachfolgender Pressvorgang durchgeführt wird, bevor der Pressenstößel 32 sich in seiner Ausgangslage befindet.
Dieses zusätzliche Wegmesssystem 58 könnte in Form eines linearen inkrementalen Messsystems realisiert sein, das z.B. eine Auflösung 5 μm aufweist. Die Wegmarkierungen 59 können mit Hilfe eines Messkopfes abgetastet werden, der vorzugsweise im Kopfteil 16 angeordnet ist und ebenfalls mit dem Steuergerät 46 verbunden ist.
Die Bremsscheibe 40 kann mit einer Rückstelleinrichtung, insbesondere einer Feder (nicht dargestellt) verbunden sein. Die Feder ist dann mit dem raumfesten Kopfteil 16 verbunden. In der Ausgangslage ist diese Feder vorgespannt. In der Endlage ist sie derart gespannt, dass, sollte die Bedienungsperson den
Hebel 18 loslassen, der Hebel 18 selbsttätig in seine entsprechende Ausgangslage zurückgestellt wird. Dazu sollte die Kupplung 54 geöffnet sein.
Sobald der Pressenstößel 32 und der Hebel 18 ihre jeweilige Ausgangslage wieder erreicht haben, kann ein neuer Pressvorgang durchgeführt werden.
Sollte es bei einem Pressvorgang zu einer unvorhergesehen überschreitung der zulässigen Presskraft kommen, bei der insbesondere eine Beschädigung des Kraftmesssystems 49 befürchtet werden muss, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Kupplung 54 vor dem Erreichen der Endlage des Pressvorgangs geöffnet werden. In diesem Falle wird der Kraftfluss zwischen dem Hebel 18 und dem Pressenstößel 32 unterbrochen. Die Kraft kann nicht mehr weiter auf den Kraftsensor 49 wirken. Der Kraftsensor 49 ist somit gegen eine überlast geschützt.
ähnlich kann ein vorzeitig abgeschlossener Pressvorgang, der als „gut" bewertet wird, beendet werden. Dies bedeutet, dass der Kraftfluss auch dann unterbrochen wird, sollte der Pressvorgang vor dem Erreichen des Endpunkts abgeschlossen sein. Die über den Betätigungshebel 18 ausgeübte Presskraft kann mittels des Sensors 49 durch die (übergeordnete) Steuerung 46 registriert werden. Die Steuerung 46 kann z.B. einen entsprechend vorbereiteten Mikroprozessor umfassen. Wird durch die Steuerung 46 basierend auf einer Kraft-Weg-Messung bestimmt, dass die zu verpressenden Werkstücke 36, 38 „gut" verfügt sind, unterbricht die Steuerung 46 durch ein entsprechendes Signal an die Kupplung 54 den Kraftfluss zwischen dem Hebel 18 und dem Stößel 32.
Die Wegmessung erfolgt in diesem Fall vorzugsweise über das lineare inkrementale Wegmesssystem 58.
Ein Pressvorgang kann auch alleine in Abhängigkeit von der relativen Lage des Pressenstößels 32 abgebrochen werden, ohne dass die Presskraft tatsächlich gemessen wird. Dazu ist es jedoch erforderlich, dass die Kraft-Weg-Charakteristik der Presse bekannt ist, so dass allein auf Grund des Hubwegs festgestellt werden kann, ob bzw. wann eine „gute" Verpressung erzielt wurde.
Damit nun die Bedienungsperson den Hebel 18 nicht einfach ins „Leere" bewegt, was mitunter zu Verletzungen der Bedienungsperson selbst führen könnte, wird vorzugsweise zuerst die Bremseinrichtung 40, 42, 44 betätigt.
Konkret geschieht dies wie folgt: Der Kraftsensor 49 erfasst die über den Hebel 18 ausgeübte Presskraft; die erfasste Presskraft wird vom Steuergerät 46 in zuvor festgelegten Intervallen abgetastet; anschließend bestimmt das Steuergerät 46, ob eine unzulässig hohe Presskraft vorliegt, die den Kraftsensor 49 beschädigen könnte, indem z.B. bestimmt wird, ob die erfasste Presskraft größer oder gleich einem vorbestimmten Grenzwert ist, bzw. wann eine „gute" Verpressung der Werkstücke 36, 38 eingetreten (z.B. eine Sollpresskraft erreicht) ist; überschreitet die erfasste Presskraft den vorbestimmten Grenzwert oder ist eine Sollpresskraft erzielt, so gibt das Steuergerät 46 vorzugsweise zuerst ein Signal an die Bremseinrichtung 40, 42, 44 aus, um die Bewegung des Hebels 18 mehr oder weniger abrupt zu stoppen; anschließend wird von dem Steuergerät 46 ein Kupplungssignal an die Kupplung 54 ausgegeben, um die Kupplung
54 zu öffnen; die Kupplung 54 öffnet sich; der Kraftfluss zwischen dem Hebel 18 und dem Pressenstößel 32 ist somit unterbrochen; optional kann die Bremse wieder gelöst werden.
ähnliches gilt, wenn nur der Hubweg gemessen wird.
Je nachdem, ob die Bedienungsperson weiterhin den Hebel 18 betätigt, kann der Hebel 18 bis zum mechanischen Anschlag bewegt werden, ohne jedoch in kraftschlüssiger Verbindung mit dem Pressenstößel 32 zu stehen, so dass die Gefahr einer Beschädigung des Kraftsensors 49 ausgeschlossen ist. Oder die Bedienungsperson hat den Hebel 18 bereits losgelassen. Wenn die Bedienungsperson den Betätigungshebel 18 bereits losgelassen hat und die oben erwähnte Rückstelleinrichtung zwischen Bremsscheibe 40 und dem Kopfteil 16 vorgesehen ist, stellt sich der Hebel 18 selbsttätig in seine Ausgangslage zurück.
Im ausgeschalteten Zustand der Presse 10 besteht vorzugsweise keine Verbindung zwischen dem Hebel 18 und dem Pressenstößel 32, was in einer erhöhten Prozesssicherheit resultiert. Damit eine Verbindung errichtet werden kann, muss die Kupplung 54 zuerst unter Strom gesetzt werden. Es versteht sich jedoch, dass die Kupplung 54 auch genau umgekehrt funktionieren könnte, d.h. die Kupplung 54 könnte auch im nicht aktivierten Zustand geschlossen sein, wobei dann das Steuergerät 46 die Verbindung zuerst unterbricht, bevor ein Pressvorgang durchgeführt werden kann und dann die zuvor erwähnte überprüfung der Ausgangslage durchführt. Somit ist immer gewährleistet, dass die entsprechenden Ausgangslagen des Hebels 18 und des Pressenstößels 32 zu Anfang eines Pressvorgangs vorliegen.
Anstatt der eingangs erwähnten Getriebeart, bei der eine Zahnstange mit einem Ritzel oder einem Zahnrad kämmt, könnte auch ein Planetengetriebe, Schneckenradgetriebe, Kettentrieb, Riementrieb, Kegelradtrieb, ein Kniehebel, ein Schuhhebel, ein Hydraulikgetriebe o.ä. verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die innere Handhebelwelle 22 und die äußere Hohlwelle 50 nicht nur kraftschlüssig, sondern auch formschlüssig miteinander verbunden.
Fig. 2 zeigt eine stark schematisierte Schnittansicht senkrecht zu einer Kopplungsfläche zwischen der inneren Handhebelwelle 22 und der äußeren Hohlwelle 50.
Die Zeichnungsebene der Fig. 2 entspricht der Ebene, die senkrecht auf der Zeichnungsebene der Fig. 1 steht. Die in Fig. 2 dargestellte Verzahnung 60 mit Raststellung umfasst vorzugsweise einen einzigen (Rast-) Zahn 62, der hier mit der äußeren Hohlwelle 50 ausgebildet ist, und eine entsprechende Ausnehmung 64 in der inneren Handhebelwelle 22. Fig. 2 stellt einen Zustand dar, bei dem die Kupplung 54 (vgl. Fig. 1) offen ist, so dass die Wellen 22 und 50 frei gegeneinander verdreht werden könnten. Sollte sich die Kupplung 54 schließen, bewegen sich die Wellen 22 und 50 entlang der Achse 24 relativ aufeinander zu, so dass der Zahn 62 in Eingriff mit der Ausnehmung 64 kommt.
Es versteht sich, dass der Zahn 62 alternativ auch mit der inneren Handhebelwelle 22 und die Ausnehmung 64 mit der äußeren Hohlwelle 50 ausgebildet sein könnte. Anstatt einer einzigen
Zahnpaarung können auch mehrere Paare 62, 64 vorgesehen sein. Ausgestaltungen mit lediglich einem (Rast-)Zahn sind jedoch bevorzugt, wie es nachfolgend noch erläutert werden wird.
Das Zahnpaar 60 kann zusätzlich dazu verwendet werden, die Ausgangslage des Pressenstößels 32 festzulegen. Dies bedeutet, nur wenn die Wellen 22 und 50 richtig zueinander stehen, d.h. wenn sich die Hohlwelle 50, und somit auch der Pressenstößel 32, in ihrer Ausgangslage befindet, können der Zahn 62 und die Ausnehmung 64 ineinander eingreifen. Befindet sich der Pressenstößel 32 (noch) nicht in seiner Ausgangslage, ist auch keine Kopplung zwischen den Wellen 22 und 50 möglich.
Ferner sind in der Fig. 3 auf die Wellen 22, 50 bzw. auf deren Verzahnung 62, 64 wirkenden Kräfte schematisch entlang einer Verzahnungsflanke dargestellt, die parallel zu einer imaginären Linie 66 liegt.
Angenommen, zum Schließen der Kupplung 54 (vgl. Fig. 1) ist eine magnetische Kraft F M (Fig. 3) erforderlich, um bspw. die äußere Hohlwelle 50 bzw. deren Zahn 62 in Richtung der inneren Hohlwelle 22 bzw. deren Ausnehmung 64 zu bewegen. Die ( Schließ- ) Kraft F M des Kupplungsmagneten 54 lässt sich mit Hilfe eines Kräfteparallelogramms in die zwei Kraftkomponenten F E und F 31 zerlegen, wobei F E die entlang der imaginären Linie 66 wirkende Einkopplungskraft und F 51 die senkrecht zur Verzahnungsflanke wirkende Kraft repräsentiert.
Wenn die beiden Wellen 22, 50 miteinander gekoppelt sind und der Betätigungshebel 18 von einer Bedienungsperson betätigt wird, wird die innere Handhebelwelle 22 eine Drehkraft F D auf
die äußere Hohlwelle 50 übertragen, wie es ebenfalls in Fig. 3 dargestellt ist. Die Drehkraft F D lässt sich wiederum in zwei Kraftkomponenten F A und F s2 zerlegen, wobei F A die Auskoppelkraft und F x2 die senkrecht zur Verzahnungsflanke wirkende Kraft repräsentiert .
Solange die Drehkraft einen gewissen Schwellenwert nicht überschreitet, ist die auskoppelnde Kraftkomponente F A kleiner als die einkoppelnde Komponente F E . übt die Bedienungsperson jedoch (spontan) eine sehr große Kraft auf die Welle 22 aus, so wird sich die Drehkraft F D schlagartig vergrößern, was in einer Vergrößerung der auskoppelnd wirkenden Kraft F A resultiert. Wird die Kraftkomponente F A größer als die Kraftkomponente F E , so kommt es zu einer öffnung der Verzahnung 60, obwohl die Kupplung 54 geschlossen bzw. noch nicht geöffnet ist. Die Kraft, bei der die Verzahnung 60 selbsttätig öffnet, hängt von deren Baugrößen, insbesondere dem Flankenwinkel α, ab. Die Kupplung 54 wirkt dann als mechanische überlastkupplung.
Mit dieser Maßnahme kann erreicht werden, dass, sollte es zu spontan auftretenden Drehmomenten kommen, die von der Steuerung in dieser Geschwindigkeit nicht mehr kompensiert werden können, sich die Kopplung der Wellen 22, 50 selbsttätig öffnet. Dies bedeutet wiederum, dass der Kraftfluss zwischen dem Betätigungshebel 18 und dem Pressenstößel 32 getrennt wird, so dass ein Kraftsensor wiederum gegen eine überlast gesichert ist.
Anstatt einer Verzahnung könnten z.B. auch Rollen o.ä. verwendeten werden.
Next Patent: TURBINE FOR A HYDROELECTRIC POWER STATION