Die Erfindung betrifft Presse mit einem direkt angetriebenen Kurbeltrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Fertigungsmaschinen mit einem reversierenden Stößel weisen in der Regel einen motorischen Antrieb und einen Kurbeltrieb auf, der die

Rotationsbewegung des Antriebes in eine lineare und reversierende

Bewegung umwandelt. Üblicherweise werden derartige Fertigungsanlagen als Pressen zum Umformen oder Schneiden von Werkstücken verwendet. Insbesondere die Automobilindustrie benötigte Pressenstraßen, bestehend aus mehreren nacheinander angeordneten Pressen und zugehörigem

Transportsystem, um beispielsweise aus einfachen angelieferten Coils (Flachbandrollen aus Metall) komplizierte Geometrien, wie Kotflügel,

Fahrzeugtüren, Katalysatorhüllen und vieles mehr zu fertigen.

Insbesondere schnell laufende Pressenanlagen werden als mechanische Pressen wie oben dargestellt ausgeführt.

Im Stand der Technik haben sich vielerlei unterschiedliche Terminologien eingebürgert, so dass im Zuge dessen einige verwendete Begriffe erklärt und deren bekanntesten Synonyme ohne Anspruch auf Vollständigkeit dargelegt werden. Ein Kurbeltrieb, ist gemäß der Erfindung ein Antrieb, der eine

Rotationsbewegung (von einem Motor) in eine Linearbewegung umformen kann und findet in der Fachliteratur auch als Exzenterantrieb oder

Schubkurbelantrieb oder dergleichen seinen Niederschlag. Wie oben ausgeführt ist die Hauptaufgabe des Kurbeltriebes die Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung, wobei eine Exzenteroder wie im weiteren Verlauf eine Kurbelwelle verwendet wird. Auf der Kurbelwelle findet sich ein außerhalb der Rotationsachse der Kurbelwelle gelagerter Exzenter- bzw. im weiteren Kurbelzapfen, an dem in der Regel ein Schubgestänge, im weiteren Pleuelstange genannt, angeordnet ist.

Der Kraftfluss des Antriebs kann vom kleinsten Möglichen Nenner des Kurbeltriebs, einer Kurbelwelle und einem Kurbelzapfen, bis hin zu einem Stößel über mehrere Stationen wie Schubkurbeln, Gelenktriebe, u. a. oder auch nur einer Pleuelstange laufen.

Weiter steht der Begriff Pressenrahmen für das tragende Gestell der Presse. Im Sinne der Erfindung sind davon alle Pressengestelle in ihren möglichen Ausführungsformen umfasst, wie zum Beispiel gebaute Pressenrahmen aus mehreren Einzelteilen (Querhaupt oben und unten, Seitenständer) wie auch Pressenrahmen in Fensterrahmenkonstruktion oder in Zugankerbauweise. Direktantriebe und Servopressen zeichnen sich dadurch aus, dass durch die Verwendung, vorzugsweise von Gleichstrommotoren, über einen

Pressenhub (OT - UT - OT) verschiedene Geschwindigkeitsgradienten einstellen lassen. Auch ein Pendelhubbetrieb ist möglich ohne eine immerwährender Gefahr der Überlastung von zum Teil aufwendigen

Zahnrad- oder Kurbelgetrieben, sofern diese vorhanden sind.

Aus DE 28 40 710 ist ein Antriebssystem für eine Umformmaschine bekannt geworden, dass einen Direktantrieb für ein Antriebssystem einer Presse zeigt. Dabei wird der Wellenausgang des Direktantriebes noch über ein Getriebe übersetzt, bevor die Antriebskraft über die Welle auf eine

Kurbelscheibe und schließlich auf einen Kurbelzapfen übertragen werden kann.

Aus DE 102 60 127 A1 ist ebenfalls ein Direktantrieb bekannt geworden, der außenseitig an einer Welle angeflanscht ist und seine Antriebskraft ohne die Zuhilfenahme eines Übersetzungsgetriebes direkt an die Kurbelwelle abgibt.

Alle diese Offenbarungen zeigen einen gravierenden Nachteil, dass der Motor außerhalb der tragenden Strukturen der Presse respektive des

Pressenkopfes angeordnet ist. Der Motor wird dafür in der Regel über eine Kupplung oder durch direktes aufsetzen auf die Hauptantriebswelle

(Flansch, Spannsatz oder Vielkeilwelle) mit dieser verbunden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin eine Presse zu schaffen, in der die antriebsseitigen Kräfte des Direktantriebes mit wesentlich geringerer

Belastung für die Kurbelwelle abtriebsseitig weitergeleitet werden können und gleichzeitig die Gesamtsteifigkeit des Antriebsstranges signifikant erhöht wird und/oder die Baulänge des Antriebsstranges minimiert wird.

Die Lösung der Aufgabe für eine erfindungsgemäße Presse besteht darin, dass

bei Anordnung zumindest eines Motors innerhalb einer Presse mit zumindest zwei Pleuelstangen auf zumindest einer Kurbelwelle zumindest ein Motor zwischen den Pleuelstangen angeordnet ist. Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau ergeben sich die folgenden Vorteile: Der notwendige Bauraum der Presse mit einem Direktantrieb kann

wesentlich optimiert und verkleinert werden und es lassen sich einfache Maßnahmen zur Geräuschdämmung im Wesentlichen des Antriebsstranges durch Kapselung verwirklichen.

Die Presse kann mit einer kurzen Baulänge ausgeführt werden, was insbesondere bei Servopressen in Pressenstraßen für die Herstellung von Großkarosserieteilen von Vorteil ist. Um die Transportwege zwischen den Pressen möglichst kurz zu halten, müssen die Pressen dicht hintereinander stehen. Je kürzer der Abstand, je schneller die Transferzeiten. Großpressen sind meist mit einer geradzahligen Anzahl von zwei, vier .... Druckpunkten (Pleuelstangen- oder Gelenkgetriebeanbindungen) am Stößel ausgeführt. Die Abstände quer und längs zwischen den Druckpunkten respektive der Pleuelstangen, kann nicht beliebig gewählt werden, sondern muss nach Gesichtpunkten im Hinblick auf die Reduzierung der Stößeldurchbiegung gewählt werden. Auch die sichere Aufnahme von außermittigen Kräften, insbesondere bei unsymmetrischen Werkzeug- oder Werkstückgeometrien, ist entscheidend für die Anordnung der Kontaktstellen der Pleuelstangen am Stößel der Presse. Die Länge des Pressenkopfes, meist in

Durchlaufrichtung, wird durch den Pleuelstangenabstand und den

notwendigen Aufbau der Hauptlager und Tragstrukturen bestimmt.

Weiter ergibt sich in der vorteilhaften Anordnung des Direktantriebes, insbesondere innerhalb der notwendigen Tragstrukturen der Presse ein wesentlich steiferes Antriebssystem und einhergehend eine Reduzierung der Kurbelwellentorsion. Wird die Kurbelwelle als Hauptantriebswelle von außen angetrieben, wirkt sich die Torsion der Kurbelwelle nachteilig auf das gesamte Antriebssystem aus. Je länger die Distanz zwischen Motor und Kurbelzapfen respektive Exzenterauge, desto weicher wird das

Antriebssystem und es kommt zu Regelschwingungen, da die Kurbelwelle wie eine Torsionsfeder wirkt. Insbesondere hier treten bei einem Pendelhub gravierende Steuerungs- und Regelungsschwierigkeiten auf. Auch die Schwingungsbereitschaft des gesamten Antriebssystem mit entsprechenden Problemen für die Tragstrukturen respektive den Pressenrahmen sind problematisch und bei der Konstruktion einer Presse auslegungsintensiv. Bei einem einseitigem Antrieb mit zwei Pleuelstangen respektive zwei

Kurbelzapfen auf einer Welle, kommt es zudem zu einem Winkelversatz, wodurch die Pleuel unterschiedliche Hublagen einnehmen. Durch die Vorteile durch die Erfindung zeigt sich in diesem Zusammenhang auch eine verbesserte Steuerungs- und Regelungstechnische Qualität des Systems. Durch die hohe Steifigkeit des Antriebssystems und die genau einstellbare Momenten- und Winkelpositionsregelung des Motors ergeben sich keine messbaren Abweichungen zwischen zwei Kurbelzapfen und damit an den Pleuelstangen an einer Kurbelwelle. Die Prozessdaten können zusätzlich unmittelbar erfasst werden. Die Presse weist durch den

Direktantrieb keine zusätzlichen mechanischen Übertragungsglieder (z.B. Getriebestufen) auf. Die am Motor gemessenen Parameter wie Drehzahl, Drehmoment und Winkellage, können ohne Fehler in Stößelgeschwindigkeit, Presskraft und Stößelposition umgerechnet werden. Verfälschungen durch Reibverluste oder Torsion, Zahnflankenspiel etc. sind hervorragend eliminiert.

Permanentmagnetmotoren, insbesondere bei einer hohen Antriebsleistung, haben einen recht hohen Geräuschpegel. Durch den Einbau in den

Pressenkopf, kann durch relativ einfache Maßnahmen, die

Geräuschemissionen einfach reduziert werden, z.B. durch Verschließen des Pressenkopfes an der Ober- und Unterseite. Auch verbessert sich der Gesamtwirkungsgrad der Presse deutlich, da wesentlich weniger unbenutzte Kräfte durch die Torsion oder die

Momentenaufnahme in den Lagern bei einer fliegenden Lagerung des Motors auftreten. In einem besonderen Ausführungsbeispiel kann der Stator des Direktantriebes im Pressenkopf abgestützt und/oder mit einer entsprechenden Drehmomentenstütze versehen werden. Gegenüber einem konventionellen Direktantrieb, hat der Motor somit keine eigene Lagerung und die Lagerung des Rotors innerhalb des Stators wird durch die

Hauptlagerung der Kurbelwelle mit übernommen. Dadurch fallen keine zusätzlichen Verluste mehr an.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, insbesondere bei Großpressen hoher Tonnage, wird der Direktantrieb auf den tragenden Teil der Kurbelwelle gesetzt, d.h. er befindet sich zwischen den Presskraft aufnehmenden Hauptlagern des mechanischen Antriebs. Vorzugsweise befindet sich der Motor dann auch zwischen den haupttragenden

Tragstrukturen (zumindest zwei Pressenrahmen der Presse) und

konzentrisch zu der Hauptantriebswelle (Kurbelwelle). Die Pleuelstangen, bzw. bei Gelenkantrieben die Schwenkhebel die zur Pleuelstange führen, können sich hierbei entweder links und rechts vom Motor und somit zwischen Motor und Hauptlager (Tragstruktur des Pressenkopfes) oder einseitig zwischen Motor und einem der Hauptlager befinden.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden

Beschreibung mit der Zeichnung hervor.

Es zeigen in schematischer Ansicht: Figur 1 eine mechanischen Presse mit einem Pressenrahmen und einem Pressentisch, wobei im oberen Bereich der Presse, im Kopfbereich, das Antriebssystem, bestehend aus zwei hintereinander angeordneten Kurbeltrieben mit jeweils einer Kurbelwelle, einem Kurbelzapfen und einer mit einem Stößel wirkverbundenen Pleuelstange,

Figur 2 die gleiche Ausführungsform in Seitenansicht nach Figur 1 , mit

Darstellung der beiden nebeneinander angeordneten

Kurbeltriebe, wobei zum getrennten Antrieb ein separater

Direktantrieb je Kurbeltrieb angeordnet ist,

Figur 3 eine weitere mögliche Ausführungsform mit vier angetriebenen

Pleuelstangen wobei wiederum zwei Kurbeltriebe hintereinander angeordnet sind und

Figur 4 zwei Darstellungen möglicher Zwangskoppelungen für einen

Parallellauf des Stößels in Draufsicht für die Beispiele nach Figur

3 (links) und den Figuren 1 und 2 (rechts).

Nach Figur 1 besteht die Presse 21 zumindest aus einem Pressenrahmen 9, einem darin gelagerten Pressentisch 8 und einem mittels zumindest eines Kurbeltriebs 12 angetriebenen Stößel 5. Vorzugsweise wird diese Presse 21 zur Einarbeitung von Werkzeugen 15 oder zur Herstellung von Werkstücken (nicht dargestellt) mittels zumindest einem Fertigungsverfahren in einem Werkzeug 15 verwendet, wobei das Werkzeug zumindest aus einem Werkzeugoberteil 6 an dem Stößel 5 und einem Werkzeugunterteil 7 an dem Pressentisch 8 besteht. Als Kurbeltrieb 12 ist zumindest eine Kurbelwelle 1 mit zumindest einem Kurbelzapfen 2 und zumindest einer Pleuelstange 3 angeordnet, wobei als Motor 14 für den Antrieb der Kurbelwelle 1 zumindest ein direkt die Kurbelwelle 1 antreibender und in einer Halterung 18 gelagerter Direktantrieb vorgesehen ist. In dem Kurbeltrieb 2, auch Exzenterantrieb genannt, kann anstelle der Pleuelstange 3 oder zwischen der Pleuelstange und dem Kurbelzapfen ein Gelenktrieb oder eine Schubkurbel oder ähnliche Zwischenvorrichtungen angeordnet sein, die üblicherweise zur

Hubhöhenverstellung, aus Sicherheitsgründen oder zur Einstellung der Sinuskurve des Bewegungsverlaufes des Stößels benutzt werden.

Insbesondere ist zum Antrieb eines Kniehebeltriebs, eines Gelenktrieb, einem weiteren Kurbeltrieb oder einer Kombination daraus der Kurbeltrieb 12 mit diesen wirkverbunden angeordnet, wobei diese wiederum abtriebsseitig mit dem Stößel 5 wirkverbunden angeordnet sind.

In Figur 2 die gleiche Ausführungsform in Seitenansicht nach Figur 1 dargestellt. In diesem besonderen Ausführungsbeispiel sind die Motoren 14 als Direktantriebe zwischen den Pleuelstangen 3 der einzelnen

Stößelanbindungen angeordnet. In vorliegendem Beispiel befinden sich die beiden Pleuelstangen auf zwei separaten Kurbelwellen 1 , die entsprechend in dem Pressenrahmen 9 der Presse 21 gelagert sind. Eine ggf. notwendige Zwangskoppelung 19 zwischen den beiden Pleuelstangen ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt und findet sich beispielhaft in der rechten Zeichnung der Figur 4.

Aus Figur 2 ist ersichtlich, dass die Motoren 14 aus einem am

Pressenrahmen 9 angeordneten Stator 4 und einem am Kurbeltrieb 12, respektive der Kurbelwelle 1 , angeordneten Rotor 10 bestehen. In

vorteilhafter Weise und zur Optimierung des Schwerpunktes der Presse 21 sind hier beide Antriebe zwischen den Pleuelstangen angeordnet. Dies ergibt auch insbesondere Vorteile bei der Leitungsführung der Motoren 14, die effektiv durch ein im Pressenrahmen 9 gelagertes Zwischenlager 20 kinematisch voneinander getrennt sind. In einer Alternative kann die

Kurbelwelle natürlich durchgehend gestaltet und nur ein Motor 14 oder aber sogar mehrere Motoren, je nach Lastenheft der Presse 21 , angeordnet sein. Eine Zwangskoppelung der beiden Kurbelwellen 1 kann als neben einer parallel zu den Kurbelwellen 1 angeordneten Kopplungsachse mit

entsprechender Stirnzahnradverbindung an den einzelnen Kurbelwellen ausgeführt sein oder auch als eine direkte Stirnverbindung der beiden

Kurbelwellen ausgeführt sein. Diese muss nicht zwingend innerhalb des Zwischenlagers 20 angeordnet sein.

Weiter finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Presse 21 wie separate Lager 17, die in entsprechend großen Montageöffnungen des

Pressenrahmens 9 angeordnet sind und einen Lagerdeckel 16 aufweisen. In den beiden Zeichnungen der Figur 4 finden sich zwei Darstellungen möglicher Zwangskoppelungen für einen Parallellauf des Stößels in Draufsicht für die Beispiele nach Figur 3 (links) und den Figuren 1 und 2 (rechts). Dabei sind die Antriebe respektive die Motoren 14 zumindest teilweise, aber insbesondere bevorzugt vollständig, zwischen den

Pleuelstangen 3, respektive deren Kurbelzapfen 2, angeordnet. Die

Zwangskoppelung kann dabei über mechanische Stirnradgetriebe mit entsprechenden Eingriffsmöglichkeiten an Stirnrädern der Kurbelwellen 1 verwirklicht sein. Alternativ oder in Kombination kann eine elektronische Zwangskoppelung der Frequenzumrichter respektive der

Steuerungseinrichtung für die Motoren 14 verwirklicht sein.

Nachstehend werden weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele genannt, die im Weiteren nicht unbedingt im Einzelnen zeichnerisch verwirklicht sein müssen. So ist der Motor 14 im Wesentlichen angrenzend, zumindest benachbart zu oder bevorzugt einstückig mit einem Kurbelzapfen 2 an der Kurbelwelle 1 angeordnet. Je nach Ausführungsform und Definitionslage kann eine so genannte Kurbelscheibe innerhalb oder am Motor integriert sein. Bevorzugt ist dabei der Stator 4 des Motors 14 so ausgeführt, dass dieser die Funktion der Kurbelscheibe übernimmt und den Kurbelzapfen 2 außerhalb der Mittelachse der Kurbelwelle 1 führt. Zum

Drehmomentenausgleich und/oder zur Lagerung des Motors 14 ist eine Halterung 18 vorgesehen, die mit dem Pressenrahmen 9 verbunden ist. Der Motor 14 kann als Direktantrieb einen Stator 4 mit einer Antriebswicklung 23 und einen darin angeordneten Rotor 10 mit Permanentmagneten 22 und wäre dann als ein Permanent-Magnet-Motor ausgeführt. Grundsätzlich kann bei zumindest zwei Kurbelzapfen 2 auf einer Kurbelwelle 1 zumindest ein Motor 14 zwischen den Kurbelzapfen 2 angeordnet sein. Insbesondere ist bei einer Mehrzahl an Motoren 14 oder Kurbelzapfen 2 eine symmetrische Anordnung innerhalb der Presse 21 oder der Kurbelwellen 1 zu bevorzugen. Es kann also vorgesehen sein, dass bei mehreren Motoren 14 und mehreren Kurbelzapfen 2 zumindest zwei Motoren 14 symmetrisch zu einer der Mittelachsen des Pressenrahmens 9 und/oder einer der Mittelachsen des Stößels 5 und/oder zum Längsmittelpunkt der Kurbelwelle 1 und/oder zur Anordnung der Kurbelzapfen 2 auf der Kurbelwelle 1 angeordnet sind. Von Vorteil wäre auch, wenn der Rotor 10 des Motors 14 und die Kurbelwelle 1 und/oder der Kurbelzapfen 2 aus einem einstückigen Maschinenelement bestehen. Auch kann in dem Kurbeltrieb 12 eine Höhenverstellung für den Hub des Stößels 5 angeordnet sein. Eine Überlastsicherung 11 sollte die Presse bei Störfällen vor größeren Schäden bewahren und entkoppelt im Schadensfall die Pleuelstangen 3 vom Stößel 5.

Zum Drehmomentenausgleich kann der Stator 4 eines Motors 14 auf einem Lager an dem Rotor 10 angeordnet sein und zur Kompensation der auftretenden Drehmomente an dem Stator 4 eine Drehmomentenstütze mit Verbindung zum Pressenrahmen 9 sinnvoll erscheinen. Insbesondere bei zwei angeordneten Kurbelwellen 1 könnte jeder Stator 4 eines Motors 14 auf einem Lager an dem Rotor 10 angeordnet sein und zur Kompensation der auftretenden Drehmomente an den Statoren 4 eine Drehmomentenstütze mit Verbindung zum Motor 14 auf der benachbarten Kurbelwelle 1 angeordnet eine gegenseitige Abstützung der Drehmomente ermöglicht. Dies hat insbesondere Vorteile hinsichtlich der Schwingungsübertragung auf den Pressenrahmen 9. Wie dargestellt kann der Motor 14 und der

Kurbeltrieb 12 innerhalb einer durch den Pressenrahmen 9 gebildete

Tragkonstruktion angeordnet sein, die vorzugsweise für eine Presskraft von über 200 Tonnen, bevorzugt über 500 Tonnen, besonders bevorzugt von über 800 Tonnen ausgelegt ist. Insbesondere ist bei derartigen Pressen der Hub des Stößels 5 von über 300 m, bevorzugt über 600 mm, besonders bevorzugt von über 900 mm möglich. Bevorzugt wird die Presse 21 für ein Fertigungsverfahren, das zumindest das Urformen, das Trennen, das Fügen, das Beschichten und/oder das Umformen, insbesondere das

Metallumformen, umfasst, verwendet. Insbesondere kann die Presse 21 als Kopfpresse oder als Einarbeitungspresse für Werkzeuge einer

Pressenstraße und/oder als zumindest eine Transferpresse in einer

Transferpressenstraße und/oder als Vorpresse in Fertigungsrichtung vor einer Transferpressenstraße angeordnet sein.

Vorzugsweise sind die Lager 17 der Kurbelwelle 1 in aus dem

Pressenrahmen 9 entnehmbaren Lagerschildern angeordnet, damit eine Öffnung mit einem Montagedurchmesser im Pressenrahmen eröffnet werden kann, die vom Durchmesser her vorzugsweise gleich oder größer als der Durchmesser des Rotors 10 auf der Kurbelwelle 1 respektive des größten Durchmessers auf der Kurbelwelle 1 entspricht. Es kann bei der Montage hilfreich sein, dass eine in der Längsachse zumindest einmal geteilte Kurbelwelle 1 in der Presse angeordnet ist, die beispielsweise eine

Flanschverbindung, abnehmbare Lagerzapfen oder eine Welle/Nabe- Verbindung aufweist. Besonders bevorzugt ist der Rotor 10 auf der

Kurbelwelle 1 unlösbar angeordnet. Hierzu kann zur Verbindung des Rotors 10 mit der Kurbelwelle 1 eine Schrumpfpassung, eine Schweißverbindung, eine Lötverbindung, eine Reibschweißverbindung, eine Verklebung und/oder eine andere untrennbare Fügeverbindung verwendet werden. Eine

bevorzugte Ausführung des Rotors 10 wären Nuten und/oder Vertiefungen zur Aufnahme der Permanentmagneten 22. Diese sollten erst nach der Fertigstellung des einstückigen Maschinenelements darin eingesetzt werden. Insbesondere sollte bei zwei separaten aber axial fluchtenden Kurbelwellen 1 zumindest ein Motor 14 als Direktantrieb zwischen den Pleuelstangen 3 angeordnet sein. Bei anspruchsvollen Geometrien der

Pleuelstangenanordnungen wäre es von Vorteil, wenn bei zwei separaten aber in einer Ebene liegenden Kurbelwellen 1 nach einer koaxialen

Projektion der beiden Achsen der Kurbelwellen 1 in eine Achse zumindest ein Motor 14 als Direktantrieb zwischen den Pleuelstangen 3 angeordnet ist. Unter einer koaxialen Projektion wird verstanden, dass die beiden koaxial angeordneten Achsen der beabstandeten Kurbelwellen parallel zueinander verschoben werden, bis diese in einer Achse liegen. Insoweit lässt sich auch hier erkennen, wann ein Direktantrieb„zwischen" zwei Kurbelwellen angeordnet ist, auch wenn diese Kurbelwellen nicht aus einem Stück sind. Bezugszeichenliste 1393:

1. Kurbelwelle

2. Kurbelzapfen

3. Pleuelstange

4. Stator

5. Stössel

6. Werkzeugoberteil

7. Werkzeugunterteil

8. Tisch

9. Pressenrahmen

10. Rotor

11. Überlastsicherung

12. Kurbeltrieb

13.

14. Motor

15. Werkzeug

16. Lagerdeckel

17. Lager

18. Halterung

19. Zwangskoppelung 0. Zwischenlager 1. Presse

2. Permanentmagnet 3. Antriebswicklung