DE4342163C2 - Antriebsaggregat für mechanische Pressen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat für mecha­ nische Pressen, mit einem Antrieb, einem nachgeschalteten Planetengetriebe und mit einer daran angeschlossenen Lamellenkupplung und Bremse, welche ein Bremsmoment auf das Getriebegehäuse überträgt, wobei die Lamellenkupplung ein Stützmoment des Hohlrades oder Planetenradträgers auf das Getriebegehäuse überträgt und die Bremse an den abtriebsseitig angeordneten Planetenradträger oder das abtriebsseitig angeordnete Hohlrad angeschlossen ist.

Es ist ein derartiges Antriebsaggregat bekannt, bei welchem die Lamellenkupplung pneumatisch betrieben wird. Bei der dort extra vorhandenen Betätigung der Bremse handelt es sich um eine Zylinderkolben­ anordnung, deren Lüftung auf pneumatischem Wege mittels eines Ringkolbens erfolgt, wobei der Reibungsfluß mittels Federn erzeugt wird. Insoweit handelt es sich bei der Lamellenkupplung und der Bremse um getrennte und voneinander unabhängige Baueinheiten, welche darüber hinaus mit verschiedenen Radien im Bezug auf die Antriebs­ achse angeordnet sind (vgl. DE-GM 16 85 791).

Die US-PS 22 46 673 beschreibt ein Antriebsaggregat für mechanische Pressen, welches einerseits eine Einscheibenkupplung und andererseits eine Einscheibenbremse aufweist, wobei zwischen der Einschei­ benkupplung und der Einscheibenbremse ein Kolben ange­ ordnet ist. Da sich auch bei dieser bekannten Ausführungs­ form die Einscheibenkupplung und die Einscheibenbremse auf unterschiedlichen Radien in bezug auf die Antriebsachse befinden, ist der axial-bewegliche Kolben als im Quer­ schnitt stufenförmiger Ringkolben ausgebildet, dessen eine Kolbenstufe auf die Einscheibenkupplung und dessen andere Kolbenstufe auf die Einscheibenbremse wirkt. Der hydraulisch betätigbare Kolben ist von Rück­ stellfedern beaufschlagt. Bei dieser bekannten Konstruktion tritt im Zuge der Kupplungs- und Bremsbe­ tätigung ein störendes Kippmoment auf. Darüber hinaus muß wie bei dem vorbeschriebenen Antriebsaggregat eine in umfangsmäßiger Hinsicht raumbeanspruchende Bauweise in Kauf genommen werden.

Aus der DE-OS 40 04 290 ist ein Antriebsaggregat bekannt, bei dem eine Lamellenkupplung und eine Lamellenbremse an den Planetenradträger eines Planetengetriebes ange­ schlossen sind. Dabei erfolgt der Antrieb des Planeten­ getriebes über das Sonnenrad, welches seinerseits mit einem über einen Motor angetriebenen Schwungrad verbunden ist. Da das Hohlrad fest im Getriebegehäuse angeordnet ist, erfolgt der Abtrieb über den Planetenradträger mit angeschlossener Lamellenkupplungs-Lamellenbrems-Einheit. Dabei sind die äußeren Kupplungslamellen mit dem Planeten­ radträger verbunden, während die inneren Kupplungs- und Bremslamellen mit der Kupplungswelle verbunden sind. Die äußeren Bremslamellen sind drehfest an das Getriebegehäuse angeschlossen, so daß durch Betätigen der Bremse die Kupplungswelle und damit der Antrieb für die mechanische Presse festgelegt wird. Bei Eingriff der Lamellenkupplung wird der rotierende Planetenradträger über die inneren und äußeren Kupplungslamellen mit der Kupplungswelle ver­ bunden, die sich folglich in gleicher Weise dreht. Eine Anordnung des bzw. der Kolben zur wechselweisen Betätigung der Lamellenkupplung bzw. Lamellenbremse, welche bei hydraulisch unterstütztem Einrücken der Lamellenkupplung die Lamellenbremse lösen und umgekehrt, ist nicht angegeben. Da sich bei dem bekannten Antriebsaggregat die inneren und äußeren Kupplungslamellen mit der Kupplungswelle und dem Planeten­ radträger zusammen drehen, muß die Versorgung mit dem hydraulischen Druckmittel über Drehanschlüsse in der Kupplungswelle erfolgen. Leckagen und/oder geringe Stand­ zeiten des bekannten Antriebsaggregates sind dabei, insbe­ sondere bei den beim Pressen vorherrschenden rauhen Bedingungen, zu befürchten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebs­ aggregat für mechanische Pressen der eingangs beschriebe­ nen Ausführungsform zu schaffen, bei dem einerseits die bauliche Anordnung von Lamellenkupplung und Bremse er­ halten bleiben, wenn ein Stützmoment entweder des Hohlrades oder des Planetenradträgers auf das Getriebegehäuse übertragen wird, bei dem andererseits eine in umfangsmäßiger Hinsicht kompakte Bauweise unter Verwirklichung eines kippkraft­ freien Kolbens verwirklicht wird und überdies eine fein­ fühlige Steuerung von Lamellenkupplung und -Bremse möglich ist.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Im Rahmen der Erfindung sind die Lamellen­ träger der Lamellenkupplung und Lamellenbremse einerseits drehbeweglich und für axialbewegliche Lamellen, anderer­ seits undrehbar und lediglich für axialbewegliche Lamellen ausgebildet, so daß der Kolben im Eingriff mit der Kupplung oder Bremse jeweils die betreffenden Lamellen bis zur gegenseitigen Anlage verschiebt. Die Maßnahmen der Erfindung haben zur Folge, daß Lamellen­ kupplung und Lamellenbremse an unterschiedliche Bauteile des Planetengetriebes angeschlossen sind. Wenn die La­ mellenkupplung wie gezeigt mit dem Hohlrad verbunden ist, wirkt die Lamellenbremse auf den Planetenradträger, und wenn die Lamellenkupplung ein Stützmoment des Planetenradträgers auf das Getriebegehäuse überträgt, ist die Lamellenbremse an das Hohlrad angeschlossen und überträgt ein Bremsmoment auf das Getriebegehäuse. Dabei werden die baulich unveränderten Lamellensätze alternativ als Kupplung bzw. Bremse eingesetzt. In Verbindung mit dem antriebs­ seitig angetriebenen Sonnenrad des Planetengetriebes erfolgt der Abtrieb also wahlweise über den Planetenrad­ träger oder das Hohlrad, wobei jeweils die Lamellenbremse abtriebsseitig angeschlossen ist. Dabei erfolgt ein Abtrieb, sobald die Kupplung ein entsprechendes Stütz­ moment des Hohlrades oder des Planetenradträgers auf das Getriebegehäuse überträgt, also das Hohlrad oder den Planetenradträger entsprechend festlegt. Dadurch, daß die Lamellenträger der Lamellenkupplung und Lamellenbremse über die Lamellen durch einen gemeinsamen Kolben mit­ einander verbunden sind, wird erreicht, daß die Lamellen­ kupplung und die Lamellenbremse wechselweise im Eingriff sind. Wenn die Lamellenkupplung geschlossen wird, öffnet sich gleichzeitig die Lamellenbremse gegen die Federkraft der Rückstellfeder. Auf der anderen Seite wirkt die Rück­ stellfeder auch als Rückzugsfeder für die Lamellen­ kupplung, sobald die Lamellenkupplung geöffnet wird und schließt gleichzeitig die Lamellenbremse. Demzufolge drehen sich lediglich die drehbeweglichen Lamellenträger der Lamellenkupplung und Lamellenbremse zusammen mit dem Hohlrad bzw. Planetenradträger, während der Kolben und der Zylinder der Kolben/Zylinder-Betätigungseinheit und die lediglich für die axialbeweglichen Lamellen ausgebildeten Lamellenträger in bezug auf die Drehbewegung feststehen.

Jedenfalls ist auf diese Weise erfindungsgemäß gewähr­ leistet, daß der Druckmittelanschluß beispielsweise im Be­ reich des feststehenden Zylinders der Kolben/Zylinder- Betätigungseinheit erfolgen kann. Insoweit entfallen also Drehanschlüsse. Ferner wird eine in umfangsmäßiger Hinsicht kompakte Bauweise unter Verwirklichung eines kippkraftfreien Kolbens er­ reicht, wobei eine feinfühlige Steuerung von Lamellen­ kupplung und Lamellenbremse möglich ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind im folgenden aufgeführt. Eine einfache und funktionsgerechte Bauweise ergibt sich zusätzlich dadurch, daß sich der eine U-Schenkel des Ringkolbens gegenüber der in eine Nut der Ausformung eingesetzten Rückstellfeder abstützt. Zweck­ mäßigerweise weist die Lamellenkupplung Kühlmittelführun­ gen für Kühlmittel zum Kühlen der Lamellenträger und der Lamellen auf. Weiter ist vorgesehen, daß Kühlmittel­ führungen gehäuseseitig im Bereich des zusätzlich vor­ gesehenen äußeren Wasserkühlmantels für die Lamellen­ kupplung angeordnet sind. Als Kühlmittel wird regelmäßig Öl eingesetzt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Antriebsaggregat im Längs­ schnitt,

Fig. 2 eine Blockdarstellung des Gegenstandes nach Fig. 1 mit einer Meß- und Steuervorrichtung sowie einer angeschlossenen Presse,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 im Bereich der Lamellenkupplung in abgewandelter Ausführungsform mit zusätzlichen Kühlmittelführungen und

Fig. 5 einen Schnitt durch Fig. 4 entlang der Linie X-Y, im oberen Teil durch den Lamellenträger für axialbeweg­ liche Lamellen und im unteren Teil durch den dreh­ beweglichen und für axialbewegliche Lamellen ausge­ führten Lamellenträger.

In den Figuren ist ein Antriebsaggregat für mechanische Pressen 1, mit einem Antrieb 2, einem nachgeschalteten Planetengetriebe 3 und mit einer daran angeschlossenen druckmittelbeaufschlagbaren Lamellenkupplung 4a und Lamel­ lenbremse 4b dargestellt. Dabei besteht der Antrieb 2 aus einem Antriebsmotor 2a und einem Schwungrad 2b. Das Schwung­ rad 2b wird entweder direkt vom Antriebsmotor 2a aus ange­ trieben, oder aber durch einen Riemenantrieb 2c, wobei der Außenumfang des Schwungrades 2b gleichzeitig als Riemen­ scheibe dient. Das Schwungrad 2b ist im Ausführungsbeispiel auf einem mit dem Getriebegehäuse 5 verbundenen rohrförmigen Lagerhals 6 gelagert. Der Antrieb des Sonnenrades 3a und der zugehörigen Antriebswelle, welche koaxial im Lagerhals 6 des Getriebegehäuses 5 angeordnet ist, erfolgt mittels einer Zahnkupplung 7 die mit dem Schwung­ rad 2b verbunden ist.

Die Lamellenkupplung 4a überträgt im Ausführungsbeispiel ein Stützmoment des Hohlrades 3c auf das Getriebegehäuse 5. Dementsprechend ist die Lamellenbremse 4b an den ab­ triebsseitig angetriebenen Planetenradträger 3b ange­ schlossen und überträgt ein Bremsmoment auf das Getriebe­ gehäuse 5. Sobald die Lamellenkupplung 4a im Eingriff ist, wird folglich das Hohlrad 3c des Planetengetriebes 3 festgesetzt und erfolgt der Abtrieb des Planetengetriebes 3 über den Planetenradträger 3b, an welchen die Lamellen­ bremse 4b angeschlossen ist. Die Lamellenkupplung 4a und die Lamellenbremse 4b sind durch einen auf die axialbeweglichen Lamellen der Lamellenkupplung 4a und Lamellenbremse 4b wirkenden gemeinsamen Kolben 9 einer zwischengeschal­ teten Kolben/Zylinder-Betätigungseinheit 10 verbunden und wechselweise, in einer Richtung gegen die Rückstellkraft einer gemeinsamen Rückstellfeder 11 betätigbar. Dabei ist der Zylinder 12 der Kolben/Zylinder-Betätigungseinheit 10 zusammen mit den Lamellenträgern 8a der Lamellen­ kupplung 4a und Lamellenbremse 4b, die der Führung der jeweils axialbeweglichen Lamellen dienen, fest mit dem Getriebe­ gehäuse 5 verbunden. Bei Betätigung des Kolbens 9 drückt dieser die axialbeweglichen Lamellen zusammen und legt dementsprechend die Lamellenkupplung 4a oder Lamellen­ bremse 4b fest. Der Kolben 9, der Zylinder 12, die Lamellenkupplung 4a und die Lamellenbremse 4b sind dem Planetengetriebe 3 mit etwa gleichem Radius zur Antriebsachse vorgeordnet. Dadurch ist eine direkte Druck­ mittelbeaufschlagung möglich, es wird außerdem eine besonders kompakte Bauweise erreicht.

Der Kolben 9 ist als Ringkolben mit U-förmigem Querschnitt 13 ausgebildet, dessen kragenbildende U-Schenkel 13b durch den Ringkolben 9 in dem Zylinder 12 der Kolben/Zylinder- Betätigungseinheit 10 axialbeweglich geführt sind und welche jeweils auf die nicht drehbeweglichen Lamellen der Lamellenkupplung 4a und Lamellenbremse 4b wirken. Der Zylinder 12 ist als zwischen die U-Schenkel 13b ein­ greifende, außenumfangsseitig in der U-Basis 13a des Ringkolbens 9 anliegende Ausformung 14 mit einem Druck­ mittelanschluß 15 ausgebildet, wobei die Breite der Ausformung 14 kleiner als der Abstand der U-Schenkel 13b ist. Auf diese Weise wird die Axialbewegung des Ringkolbens 9 begrenzt. Während die Lamellenträger 8a also nicht drehbeweglich angeordnet sind, rotieren die drehbe­ weglichen Lamellenträger 8b zusammen mit dem Planetenrad­ träger 3b bzw. mit einem Anschlußstück an das Hohlrad.

Lediglich ein U-Schenkel 13b des Kolbens 9 ist mit Druck beaufschlagbar, während sich der andere U-Schenkel 13b gegenüber der in eine Nut 16 der Ausformung 14 einge­ setzten Rückstellfeder 11 abstützt. Demzufolge sind wechselweise Lamellenkupplung 4a und Lamellenbremse 4b im Eingriff. Um die Lamellenkupplung 4a zu betätigen, wird der im Ausführungsbeispiel linke U-Schenkel 13b des Kolbens 9 mit Druck beaufschlagt, so daß die Lamellen­ kupplung 4a betätigt wird und gleichzeitig die Lamellen­ bremse 4b geöffnet wird. Dadurch kann der Planetenrad­ träger 3b rotieren, um die mechanische Presse 1 anzu­ treiben. Soll die mechanische Presse 1 angehalten werden, beispielsweise im Einhubbetrieb oder wenn der Durchlauf­ betrieb beendet werden soll, wird die Lamellenbremse 4b in der Weise geschlossen, daß die Lamellenkupplung 4a druck­ los geschaltet wird. Hierdurch wird die Lamellenbremse 4b durch die Federkraft der Rückstellfeder 11 geschlossen, welche zugleich als Rückzugsfeder für die Lamellenkupplung 4a wirkt.

Neben einer Ausführungsform mit einer Rückstellfeder 11 können auch mehrere Rückstellfedern 11 vorgesehen sein, welche über den Umfang des im Ausführungsbeispiel rechten U-Schenkels 13b verteilt angeordnet sind. Zur Erfassung der verschiedenen Betriebszustände, Überwachung und Schaltung des Antriebsaggregates sind mehrere Sensoren 17 und eine Meß- und Steuervorrichtung 18 vorgesehen. So sind an den nicht drehbeweglichen Lamellenträgern 8a der Lamellenkupplung 4a und Lamellenbremse 4b jeweils Temperaturmeßeinrichtungen 17a und Verschleißmeßeinrich­ tungen 17b angebracht. Dabei sind die Verschleißmeßein­ richtungen 17b im Ausführungsbeispiel als Näherungs­ schalter ausgebildet, wobei der Verschleißzustand der Lamellenkupplung 4a und Lamellenbremse 4b über die ver­ änderte Kolbenstellung des Kolbens 9 der geschlossenen Lamellenkupplung 4a bzw. geschlossenen Lamellenbremse 4b genau erfaßt wird. Die Meßwerte werden an die Meß- und Steuervorrichtung 18 gegeben. Weiter sind abtriebsseitig Drehzahlfühler, nicht dargestellt, vorgesehen. Diese erlauben die Erfassung der Hubzahl der angeschlossenen mechanischen Presse, der Preßcharakteristik oder der­ gleichen. Zusätzlich wird der Schlupf zwischen dem dreh­ beweglichen Lamellenträger 8b und dem La­ mellenträger 8a der Lamellenkupplung 4a entweder mittels direkter mechanischer Kontakte oder berührungslos mittels einer oder mehrerer induktiver Annäherungsschalter 17c er­ faßt. Deren Meßwerte werden als elektronische Signale ebenfalls der Meß- und Steuervorrichtung 18 zugeleitet. Als Meßwerte sind die Schlupfzeit, der Schlupfweg und die zeitliche Aufeinanderfolge von Schlupfvorgängen in der Meß- und Steuervorrichtung 18 elektronisch auswertbar. Bei Überschreiten des jeweils zugeordneten Sollwertes betätigt die Meß- und Steuervorrichtung 18 die Lamellenkupplung 4a und den Antriebsmotor 2a, und zwar unter Zwischenschaltung einer hydraulischen bzw. pneumatischen Steuerung 19. Dabei führt ein Ausrücken der Lamellenkupplung 4a bei auf­ tretendem Schlupf gleichzeitig über den damit verbundenen Druckabbau in der Druckmittelzuführung dazu, daß die durch die Rückstellfeder 11 federbelastete Lamellenbremse 4b ge­ schlossen wird. Sowohl der Lamellenkupplungsdruck als auch der zeitliche Verlauf des Lamellenkupplungsdruckes kann der gewünschten Betriebsart angepaßt werden.

Zur Kühlung der Lamellenkupplung 4a kann ein äußerer Wasserkühlmantel 20 und zusätzlich eine innere Kühlmittel­ kühlung für die Lamellenträger 8a, 8b und die Lamellen vorgesehen sein. Dazu weist die Lamellenkupplung 4a Kühl­ mittelführungen 21 für Kühlmittel zum Kühlen der Lamellen­ träger 8a, 8b auf. Das Pumpenrad 22 der zugehörigen Kühlmittelpumpe ist dabei direkt mit der Antriebswelle für das Sonnenrad 3a, welche koaxial im Lagerhals 6 des Getriebegehäuses 5 angeordnet ist, verbunden. Der Antrieb des Pumpenrades 22 erfolgt also mit der Antriebsdrehzahl. Bei stillstehender Lamellenbremse 4b und rotierender Lamellenkupplung 4a wird das vom Pumpenrad 22 geförderte Kühlmittel, regelmäßig Öl, über die Kühlmittelführungen 21 zugeführt. Dabei sind die Kühlmittelführungen 21 als Durchlaßschlitze 21a, Verteilermulde 21b und Bohrungen 21c ausgebildet, über die das Kühlmittel nacheinander vom Pumpenrad 22 zu den Lamellenträgern 8a, 8b gelangt. Die Kühlmittelzu- und -abfuhr zu den jeweiligen Lamellen erfolgt über Längsnuten 21d im drehbeweglichen Lamellen­ träger 8b bzw. Längsnuten 21e im nicht drehbeweglichen Lamellenträger 8a. Die Lamellen sind jeweils mit ihrer Verzahnung an die Verzahnung der Lamellenträger 8b bzw. 8a angepaßt und auf diesen axial beweglich. Das Kühlmittel wird vor den Längsnuten 21d über nicht dargestellte Nuten oder Rillen im Belag der Lamellen, insbesondere der sich drehenden, am drehbeweglichen Lamellenträger 8b ange­ brachten Lamellen, in die Längsnuten 21e weitergeführt. Da das Kühlmittel in den Längsnuten 21e gehäuseseitig im Bereich des äußeren Wasserkühlmantels 20 geführt wird, erfolgt intensiver Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser. Schlußendlich wird das Kühlmittel z. B. durch Bohrungen wieder in das Getriebegehäuse 5 zurückgeführt.

Claims (4)

1. Antriebsaggregat für mechanische Pressen (1) mit einem Antrieb (2), einem nachgeschalteten Planetengetriebe (3) und mit einer daran angeschlossenen Lamellenkupplung (4a) und Bremse (4b), welche ein Bremsmoment auf das Getriebe­ gehäuse (5) überträgt, wobei die Lamellenkupplung (4a) ein Stützmoment des Hohlrades (3c) oder des Planetenradträgers (3b) auf das Getriebegehäuse (5) überträgt und die Bremse (4b) an den abtriebsseitig angeordneten Planetenradträger (3b) oder das abtriebsseitig angeordnete Hohlrad (3c) an­ geschlossen ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lamellenkupplung (4a) und die als Lamel­ lenbremse (4b) ausgeführte Bremse durch einen gemeinsamen Kolben (9) einer zwischengeschalteten Kolben/Zylinder-Be­ tätigungseinheit (10) wechselweise in einer Richtung gegen die Rückstellkraft einer gemeinsamen Rückstellfeder (11) betätigbar sind, daß der Kolben (9), der Zylinder (12), die Lamellenkupplung (4a) und die Lamellenbremse (4b) dem Planetengetriebe (3) mit etwa gleichem Radius zur An­ triebsachse vorgeordnet sind, daß der Zylinder (12) der Kolben/Zylinder-Betätigungseinheit (10) mit dem Getriebe­ gehäuse (5) verbunden ist, daß der Kolben (9) als Ringkol­ ben mit U-förmigem Querschnitt (13) ausgebildet ist, des­ sen Kragen bildende U-Schenkel (13b) durch den Ringkolben (9) in dem Zylinder (12) der Kolben/Zylinder-Betätigungs­ einheit (10) axial beweglich geführt sind und welche jeweils auf die nicht drehbeweglichen Lamellen der Lamellen­ kupplung (4a) und Lamellenbremse (4b) wirken, wobei der Zylinder (12) als zwischen die U-Schenkel (13b) eingrei­ fende, außenumfangsseitig an der U-Basis (13a) des Ring­ kolbens (9) anliegende Ausformung (14) mit einem Druck­ mittelanschluß (15) ausgebildet ist, wobei die Breite der Ausformung (14) kleiner als der Abstand der U-Schenkel (13b) ist.

2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sich der eine U-Schenkel (13b) des Ringkolbens (9) gegenüber der in eine Nut (16) der Ausformung (14) eingesetzten Rückstellfeder (11) abstützt.

3. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lamellenkupplung (4a) Kühlmittelfüh­ rungen (21) für Kühlmittel zum Kühlen der Lamellenträger (8a, 8b) und der Lamellen aufweist.

4. Antriebsaggregat nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelführungen (21) ge­ häuseseitig im Bereich eines zusätzlich vorgesehenen äußeren Wasserkühlmantels (20) für die Lamellenkupplung (4a) ange­ ordnet sind.