DE102011102178A1

DE102011102178A1 - Servospindelpresse

Info

Publication number: DE102011102178A1
Application number: DE102011102178A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: H & T Produktions Technologie GmbH
Current assignee: H & T Produktions Technologie GmbH
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2031-05-21
Also published as: DE102011102178B4; DE202010007238U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Servospindelpresse mit Direktantrieb, wobei die Presse einen Maschinenrahmen umfasst, der zumindest einen Pressentisch, ein Kopfstück mit mindestens einer Antriebsbaugruppe und mindestens einen Seitenständer mit Stößelführungen aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es, eine diesbezügliche technische Lösung zu schaffen, mit der in weitgehend allen Betriebszuständen eine sehr exakte und hochdynamische Stößelparallelitäts- und/oder Stößelpositionsregelung erzielt werden kann. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass dem Regelkreis der Antriebe mindestens ein lineares absolutes Wegmesssystem (11; 12; 13) zugeordnet ist, indem jeder Antrieb entweder mit den Signalen eines fest zugeordneten Messsystems beaufschlagt wird oder indem jedem Antrieb definierte und rechentechnisch verarbeitete Signals zugeordnet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Servospindelpresse mit Direktantrieb, wobei die Presse einen Maschinenrahmen umfasst, der zumindest einen Pressentisch, ein Kopfstück mit mindestens einer Antriebsbaugruppe und mindestens einen Seitenständer mit Stößelführungen aufweist.
Spindelpressen mit elektromotorischem Antrieb sind bereits in verschiedenartigen Varianten bekannt. EP 1 082 185 B1 beschreibt eine diesbezügliche Tiefziehpresse mit Pressengestell, Werkzeugunterteil und Werkzeugoberteil, bei dem ein Pressenbär mittels vertikaler und zueinander parallel verlaufender Gewindespindeln angetrieben wird, die jeweils mit einer Spindelmutter in Wirkverbindung stehen.
Eine ähnliche Konstruktion wird in DE 102 18 633 B3 beschrieben, wobei auch verschiedene Kraftübertragungen zwischen der Gewindespindel und der Spindelmutter vorgeschlagen werden, beispielsweise als Kegelrad- oder Schneckenradverzahnung.
Während bei DE 102 18 633 B3 jeder einzelnen Gewindespindel ein separater Elektromotor als Antrieb zugeordnet ist, wird gemäß EP 381 770 A1 lediglich ein Antriebsmotor für mehrere Spindeln benötigt. Dies wird erreicht, indem der Elektromotor einen Zahnriemen antreibt, der über zugeordnete Zahnkonturen an sämtlichen Gewindespindeln geführt wird.
Zusätzlich zur Antriebsfunktion kann ein solcher Zahnriemen nach DE 102 97 808 T5 auch zur Drehsynchronisation zwischen mehreren Gewindespindeln eingesetzt werden.
Neben der Drehsynchronisation ergeben sich beim Betrieb von Spindelpressen oftmals auch Probleme durch Stößelabweichungen, weil an den Krafteinleitungspunkten der separaten Gewindespindeln beispielsweise unterschiedliche Kräfte bzw. Widerstände durch jeweils unterschiedlich stark auszuformende Konturen auftreten können. Zur Überwindung derartiger Probleme sind bereits verschiedenartige technische Lösungen vorgeschlagen worden.
So beschreibt DE 102 49 809 A1 eine Presse mit mechanischer Kippungskompensation. Diese Presse umfasst vier in den Ecken des Stößels angeordnete Druckstangen, wobei eine bei außermittiger Kraft auftretende Stößelkippung durch die Druckstangen kompensiert werden soll. Allerdings ist hierfür ein sehr großer Bauraum notwendig.
Aus JP 2003 230 996 A ist ein Verfahren zur Steuerung von Servopressen bekannt. Hierbei wird durch ein Master-Slave-Regelungskonzept die Stößelkippung minimiert. Nachteilig ist jedoch, dass durch mechanische Effekte (zum Beispiel Federung) zwischen Antriebsmotor und Krafteinleitungspunkt ausgelöste Abweichungen nicht berücksichtigt werden können.
DE 196 42 587 A1 betrifft eine Stößelparallelhaltung für Mehrpunktpressen, bei der eine infolge außermittiger Belastung auftretende Abweichung durch hydraulische Komponenten kompensiert wird. Die hier notwendige servohydraulische Regelung ist allerdings aufwendig bezüglich Bauraum und Kosten.
Schließlich wird in DE 20 2004 005 014 U1 die Anordnung von Messeinrichtungen in einer Presse beschrieben. Hierbei werden Störungen in den Stößelumkehrpunkten erfasst und durch eine zugeordnete Verstelleinrichtung ausgeglichen. Eventuell entstehende Kipplagen des Stößels durch einen außermittigen Kraftangriff werden jedoch nicht berücksichtigt.
Obwohl somit bereits verschiedenartige technische Lösungen verfügbar sind, besteht weiterhin Entwicklungsbedarf. Ein diesbezüglicher Schwerpunkt sind hierbei Pressen mit Gewindespindeln, die direkt durch auf dem Pressenoberteil angeordnete Elektromotoren angetrieben werden. Für diese Ausführungen bestehen anspruchsvolle Vorgaben zur Gewährleistung einer sehr exakten Parallelität zwischen Stößel und Pressentisch.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine technische Lösung für eine Servospindelpresse zu schaffen, mit der in weitgehend allen Betriebszuständen eine sehr exakte und hochdynamische Stößelparallelitäts- und/oder Stößelpositionsregelung erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem dem Regelkreis der Antriebe mindestens ein lineares absolutes Wegmesssystem zugeordnet ist, wobei jeder Antrieb entweder mit den Signalen eines fest zugeordneten Messsystems beaufschlagt wird oder wobei jedem Antrieb definierte und rechentechnisch verarbeitete Signale zugeordnet werden. Das (bzw. jedes) Wegmesssystem weist eine erste an der unteren Kante des Stößels und mit diesem verlagerbar angeordnete Baugruppe sowie eine zweite fest am Seitenständer angeordnete Baugruppe auf. Hierbei kann die Servospindelpresse mehrere den jeweiligen Druckpunkten (Antrieben) zugeordnete lineare Wegaufnehmer aufweisen, die jeweils auf Höhe der Arbeitsebene der Presse zwischen dem Pressengestell und dem Stößel angeordnet sind.
Somit kann in weitgehend allen Betriebszuständen eine sehr exakte Stößelparallelitäts- und/oder Stößelpositionsregelung erzielt werden. Hierbei erfolgt eine aktive und dynamische Kompensation des ständig schwankenden Abstandsfehlers zwischen der Stößelunterkante und der Fläche am Pressentisch. Dieser zu kompensierende Abstandsfehler, der durch technologische Werkzeugkräfte oder Temperaturschwankungen ausgelöst wird, ist eine Folge von vertikalen Längenänderungen im Antriebsstrang bzw. im Pressengestell, von Spielausgleichen, Dehnungen, Stauchungen oder torsionsbedingten Längenänderungen. Die schnellen Regelkreise sind in der Lage, Kompensationen in Echtzeit zu erzeugen, so dass der Pressenstößel in allen Betriebszuständen mit einer maximalen Lageabweichung zum Pressentisch von 0,01 mm bewegt werden kann. In derselben Größenordnung wird eine Abweichung der Parallelität zwischen dem Pressentisch und dem Stößel bei außermittigen Belastungszuständen kompensiert. Die Stößelparallelitätsregelung erfolgt bei Anordnung der Druckpunkte in Reihe einachsig und ab dem Einsatz von vier Antrieben zweiachsig.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäß ausgestaltete Servospindelpresse in der Vorderansicht
2 die Servospindelpresse gemäß 1 in der Seitenansicht
Die in der Zeichnung dargestellte Servospindelpresse umfasst einen Maschinenrahmen, der einen Pressentisch 1 mit einer Aufspannplatte 2, zwei Seitenständer 3 mit Stößelführungen 4 und ein Kopfstück 5 mit mindestens einer Antriebsbaugruppe für die Stößel aufweist. 1 und 2 zeigen eine Ausführung mit beispielsweise vier Antriebsmotoren 6, die jeweils als direkter Antrieb für in Axiallagern 7 abgestützte und mit Spindelmuttern 8 in Wirkverbindung stehende Stößel ausgestaltet sind. Ferner sind Führungswagen 9 und Stößelaufspannplatte 10 vorgesehen. Ein derartiger Aufbau einer Servospindelpresse ist grundsätzlich bekannt.
Erfindungswesentlich ist jedoch, dass dem Regelkreis der Antriebe mindestens ein lineares absolutes Wegmesssystem zugeordnet ist. Dabei wird jeder Antrieb entweder mit den Signalen eines fest zugeordneten Messsystems beaufschlagt oder jedem Antrieb werden definierte und rechentechnisch verarbeitete Signale zugeordnet.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführung mit beispielsweise vier Antriebsmotoren 6 ist jedem Antrieb ein eigenes Wegmesssystem zugeordnet, das im Wesentlichen aus jeweils zwei Baugruppen besteht.
Die erste Baugruppe ist als Mitnehmer 11 ausgestaltet und lagefixiert an der unteren Kante des Stößels angeordnet, so dass dieser Mitnehmer 11 als eine bewegliche Baugruppe gemeinsam mit dem Stößel verlagerbar ist. Die zweite Baugruppe umfasst das eigentliche Messsystem 12 mit Messkopf 13. Diese Baugruppe 12; 13 ist fest an den Seitenständern 3 des Maschinenrahmens angeordnet. Dabei sind die Seitenständer 3 gegebenenfalls geschlitzt ausgestaltet. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Presse mehrere, konkret vier den Druckpunkten zugeordnete lineare absolute Wegmesssysteme auf. Diese Wegmesssysteme sind jeweils auf Höhe der Arbeitsebene der Presse zwischen dem Pressengestell und dem Stößel angeordnet und zwar bezogen auf 1 bzw. 2 links und rechts sowie vorn und hinten. Mit diesen insgesamt vier und jeweils aus Mitnehmer 11, Messsystem 12 und Messkopf 13 bestehenden Baueinheiten kann eine eventuell auftretende Kippung der Stößel in zwei Achsen ”X” und ”Y” ausgeglichen werden, wobei jeder Antrieb über das ihm separat zugeordnete Wegmesssystem gesteuert wird. Demzufolge ist eine Kompensation thermischer und kraftbedingter Auffederungen und somit eine sehr exakte Ausrichtung der Stößel bezüglich ihrer Parallelität bzw. Position möglich.
Bezugszeichenliste

1: Pressentisch
2: Aufspannplatte Pressentisch
3: Seitenständer
4: Stößelführung
5: Kopfstück
6: Antriebsmotor
7: Axiallager
8: Spindelmutter
9: Führungswagen
10: Aufspannplatte Stößel
11: Mitnehmer Wegmesssystem
12: Wegmesssystem
13: Messkopf Wegmesssystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1082185 B1 [0002]
DE 10218633 B3 [0003, 0004]
EP 381770 A1 [0004]
DE 10297808 T5 [0005]
DE 10249809 A1 [0007]
JP 2003230996 A [0008]
DE 19642587 A1 [0009]
DE 202004005014 U1 [0010]

Claims

Servospindelpresse mit Direktantrieb, wobei die Presse einen Maschinenrahmen umfasst, der zumindest einen Pressentisch, ein Kopfstück mit mindestens einer Antriebsbaugruppe und mindestens einen Seitenständer mit Stößelführungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Regelkreis der Antriebe mindestens ein lineares absolutes Wegmesssystem (11; 12; 13) zugeordnet ist, indem jeder Antrieb entweder mit den Signalen eines fest zugeordneten Messsystems beaufschlagt wird oder indem jedem Antrieb definierte und rechentechnisch verarbeitete Signale zugeordnet werden.
Servospindelpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wegmesssystem eine erste an der unteren Kante des Stößels und mit diesem verlagerbar angeordnete Baugruppe (11) sowie eine zweite fest am Seitenständer (3) angeordnete Baugruppe (12; 13) aufweist.
Servospindelpresse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an der unteren Kante des Stößels angeordnete Baugruppe als ein Mitnehmer (11) ausgestaltet ist.
Servospindelpresse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die am Seitenständer (3) angeordnete Baugruppe als ein Wegmesssystem (12) mit zugeordnetem Messkopf (13) ausgestaltet ist.
Servospindelpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Presse mehrere den Druckpunkten zugeordnete lineare Wegaufnehmer (11; 12; 13) aufweist, die jeweils auf Höhe der Arbeitsebene der Presse zwischen dem Pressengestell und dem Stößel angeordnet sind.