DE4042190A1 - Einrichtung zur steuerung des energetischen und dynamischen verhaltens von antrieben in umformmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben in Umformmaschinen, die einerseits auf den Anlauf- und Bremsvorgang und andererseits auf die kurbelwinkelabhän­ gigen Massenkräfte, insbesondere bei Gelenkpressen zur Blech- und Massivumformung, wirkt.

Die Anfahr- und Bremsvorgänge von im aussetzenden Betrieb arbeitenden Umformmaschinen werden bevorzugt mit asyn­ chron schaltbaren Reibungskupplungen und -bremsen reali­ siert. Dabei entsteht an den Reibflächen des Angleichvor­ ganges in Kupplung und Bremse aufgrund des unelastischen Drehstoßes als physikalisches Wirkprinzip unerwünscht ein irreversibler Energieverlust durch Wärmeentwicklung, begleitet von einem ständigen Verschleißvorgang. Die be­ grenzte Wärmebelastbarkeit der Reibwerkstoffe einerseits und die ständige Erhöhung ihrer Standzeit bei wesentlich gesteigerten Dauerhub und Schaltzahlen haben u. a. zu erheblichen Material- und Fertigungsaufwendungen beim Hersteller geführt.

Zur Reduzierung der Wärmebelastung und des Verschleißes in Kupplung und Bremse wurde eine Vorrichtung nach dem DD-WP 1 00 063 vorgeschlagen, bei der ein ungesteuerter Arbeitszylinder einerseits am Maschinenkörper und ande­ rerseits seine Kolbenstange an der Kurbelwelle exzent­ risch so angeordnet ist, daß er im oberen Totpunkt ein Beschleunigungsmoment erzeugen kann. Dieses äußere Mo­ ment im oberen Totpunkt wirkt gegen das Haltemoment der Bremse, wodurch bei ihrem Versagen der Stößel ungewollt beschleunigt wird. Darüber hinaus verbleibt Energie in Form von Restwärme in der Bremse und der Kupplung, ab­ hängig vom Überlaufwinkel aus gestreckter Lage des Ar­ beitszylinders.

Je größer der Überlaufwinkel ist, um so geringer ist der Energierückgewinnungsgrad. Schließlich sind zur Reali­ sierung dieser Lösung zusätzliche Material- und Ferti­ gungsaufwendungen erforderlich. Nach diesem DD-WP wird weiter der Einsatz eines separaten hydraulischen Servoan­ triebes, bestehend aus einer als Pumpe und Motor arbei­ tenden Verdrängereinheit, einem steuerbaren Wegeventil und einem Hydrospeicher vorgeschlagen. Die hohe Be­ schleunigungs- bzw. Bremsarbeit einerseits und die kurze Beschleunigungs- bzw. Bremszeit andererseits sowie der zeitvariante Leistungsbedarf mit seinem Maximum erfordern bei der Geräteauswahl (Verdrängereinheit, Ventile und Hydrospeicher) beachtliche Baugrößen und große Nennweiten im Rohrleitungssystem. Auch bei diesem Vorschlag sind er­ hebliche Material- und Fertigungsaufwendungen beim Her­ steller und darüber hinaus Aufwendungen für Werkzeug und Instandhaltung beim Betreiber erforderlich. Schließlich sind Servoantriebe mit stoßartigem Zuschalten der Hydrospeicher durch ein Wegeventil außerordentlich schwingungserregend, begleitet durch einen hohen Lärmpegel.

Bei einer anderen bekannten Lösung nach der SU-EB 6 43 683 wird der Einsatz von Federn in einem zwischen Kupplungswelle und Sekundärgetriebe angeordneten Pla­ netenradgetriebe, das mit dem Reibklotzträger der Bremse gekoppelt ist, vorgeschlagen. Auch dieser Vor­ schlag ist nur mit hohen Aufwendungen, u. a. für das zusätzliche Planetenradgetriebe, realisierbar. Darüber hinaus bestehen bei dieser Lösung auch arbeits­ schutztechnische Bedenken wegen des gegen die Bremse wirkenden Vorspannmomentes im Stillstand. Der Energie­ rückgewinnungsgrad ist unbefriedigend. Darüber hinaus verursachen Stoßbelastungen im Anlaufvorgang dynamische Momente und Schwingungen, die zu erhöhtem Lärm und Ver­ schleiß führen.

Bei Umformmaschinen und besonders bei Hebel- bzw. Gelenk­ pressen können die Leerlaufhubzahlen nur begrenzt erhöht werden, weil die dynamischen Kräfte und Momente im An­ triebssystem zu gewaltigen Stößen und Rückbewegungen un­ terschiedlicher Beträge führen, die zerstörerisch wirken und sich als unruhiger Lauf und erhöhter Lärm äußern. Hauptverursacher ist der ausbalancierte Oberwerkzeugträger, dessen Massewirkung sich insbesondere im oberen Kurbel­ winkelbereich durch die Kinematik des Gelenksystems mit steigender Hubzahl deutlich darstellt.

Es ist eine Lösung nach dem DD-WP 1 47 927 bekannt, bei der durch Einsatz von Blenden zwischen Ausbalancierungszylinder und Druckmittelspeicher der Druck unterhalb der Ausbalan­ cierungskolben beim Hochgang des Stößels teilweise re­ duziert wurde, wodurch eine Minderung der dynamischen Be­ lastungen eingetreten ist. Die Wirkung ist jedoch begrenzt, weil ein Mindestquerschnitt der Blende nicht unterschritten werden kann. Darüber hinaus entsteht an der Blende eine erhebliche Wärmeentwicklung durch Energievernichtung.

Bei einer anderen bekannten Lösung nach dem DD-WP 2 56 288 wird eine zusätzliche hydraulische Einrichtung vorgeschlagen, die durch Erzeugung eines variablen Gegenmomentes eine Kompensation der hydraulischen Massekräfte in den spiel­ umschlaggefährdeten Drehwinkelphasen bewirken soll. Zur Realisierung dieser Einrichtung sind zusätzlich hydrau­ lische Geräte mit großen Nennweiten und Baugrößen sowie ein hervorragendes Zeitverhalten der Ventile aufgrund der extrem hohen Momentenänderungsgeschwindigkeit erforderlich. Darüber hinaus entstehen während der Kompensationsphase erhebliche irreversible Energieverluste, die sich durch die Leerlaufverluste noch erhöhen.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer funktions- und arbeitsschutzsicheren Einrichtung, die einerseits den Brems- und den Beschleunigungsprozeß hochgradig realisiert und andererseits die Wirkung der Massenkräfte des Oberwerkzeugträgers deutlich verringert. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche beschriebenen Merkmale erreicht.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, den oberen und unteren Raum des Ausbalancierungszylinders mit gleichem und unterschiedlichem Druckmedium zu beaufschlagen. Um die Lage der Kolbenstange zu beeinflussen, ist nur die Steuerung derselben der Druckmedienart anzupassen. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, durch eine kosten­ günstige sowie geräuscharme Einrichtung das energetische und dynamische Verhalten von Antrieben zu verbessern.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeich­ nung zeigt:

Fig. 1 Prinzipdarstellung der Einrichtung

Der Antrieb, dessen energetisches und dynamisches Ver­ halten beeinflußt werden soll, besteht aus dem Schwung­ rad 1, der Kupplung 2 und der Bremse 4 mit Betätigungs­ element 5 und den als Drehmasse 3 dargestellten, zu beschleunigenden und zu bremsenden Teilen des Sekundär­ getriebes. Die Exzenter- bzw. Kurbelwelle 6 ist über das Pleuel 7 in bekannter Weise mit dem Oberwerkzeug­ träger 8 und dem daran angeordneten Oberwerkzeug 28 ver­ bunden. Beiderseits des Oberwerkzeugträgers 8 sind die Ausbalancierungszylinder 23 angeordnet, die zusätzlich mit dem Pressengestell verbunden sind.

Die Kolbenstange 27 des Kolbens 22 ist am aus dem Aus­ balancierungszylinder 23 herausragenden Ende mit einem Anschlag 19 und einer Anschlagdämpfung 26 versehen. Dieser Anschlag 19 steht mit einem am Oberwerkzeug­ träger 8 befestigten Anschlag 25 in Wirkverbindung. Die oberen Druckmittelräume 31 der Ausbalancierungszy­ linder 23 sind über Leitungen mit dem Wegeventil 20 verbunden, von dem ein Ventilausgang an einem Schall­ dämpfer 11 und der andere Ventilausgang an den Druck­ mittelspeicher 24 angeschlossen ist.

Zur Steuerung der Kupplung 2 und Bremse 4 sind mindestens der Druckregler 12, der Druckmittelspeicher 13 und die Pressensicherheitsventile 9 und 16 erforderlich. An dem Ausgang des Pressensicherheitsventils 16 ist das lagekontrollierte Wegeventil 17 mit einem Schalldämpfer angeschlossen. Der Druckmittelspeicher 13 steht durch eine Leitung über einen Druckregler 14 und einem Druck­ mittelspeicher 15 sowie einem Wegeventil 10 und einem Pressensicherheitsventil 9 mit dem Betätigungselement der Kupplung 2 in Wirkverbindung. Vom zweiten Zugang des Wegeventils 10 aus ist zu dem Druckregler 14 und dem Druckmittelspeicher 15 zusätzlich eine Leitung parallel angeordnet.

Der Druckmittelspeicher 24 ist durch eine Leitung mit dem Druckübersetzer 30 verbunden. Der Druck des Druck­ mittelspeichers 24 wird über den Druckregler 21 nach Erfordernis variiert.

Das Wegeventil 29 ist mit dem Druckübersetzer 30 sowie den unteren Druckmittelräumen 18 verbunden. Dem Wege­ ventil 29 ist ein Rückschlagventil 32 parallel zuge­ schaltet. Der Druckmittelspeicher 33 ist mit Öl gefüllt und durch Druckluft über die Drucklufteinspeisung 34 beaufschlagt.

Nach dem Einschalten des Pressensicherheitsventils 16 wird das Betätigungselement 5 der Bremse 4 zügig ge­ lüftet und die Kupplung 2 durch das Pressensicherheits­ ventil 9 und dem Druckmittelspeicher 15 überschneidungs­ frei, wie bekannt, in Schließstellung gebracht. In der Kupplung 2 wirkt ein durch den Druckregler 14 deutlich reduziertes Beschleunigungsmoment, das maximal den dop­ pelten Betrag des im Sekundärgetriebe wirkenden Reib­ momentes, z. B. in den Lagerungen, annimmt. Dieses nie­ drige Beschleunigungsmoment leitet den Anlaufvorgang ein. Abhängig vom erreichten Kurbelwinkel entsteht durch den Niedergang des Oberwerkzeugträgers 8 und des Ober­ werkzeuges 28 aus dem Bereich des oberen Totpunktes eine unterstützende Wirkung des Beschleunigungsvorganges über das Pleuel 7 auf die Exzenter- bzw. Kurbelwelle 6 und die rotierenden Drehmassen des Sekundärgetriebes, dargestellt als reduzierte Drehmasse 3. Die untere Seite des Kolbens 22 im Ausbalancierungszylinder 23 ist mit Öl beaufschlagt, die obere Seite dagegen mit Druckluft. Die Lage des An­ schlages 19 mit Anschlagdämpfung 26 kann durch das Ein- und Abschalten der Wegeventile 20 und 29 werkzeugspezifisch verändert werden zur Berücksichtigung der drehzahlabhängi­ gen Beschleunigungs- und Bremsenergie und des verfahrens­ bedingten Drehzahlabfalls. Das Wegeventil 20 ist als pneu­ matisches Pressensicherheitsventil ausgebildet. Durch Variation des Druckes im Druckmittelspeicher 24 mittels Druckregler 21 erfolgt der werkzeugspezifische Massen­ ausgleich des Oberwerkzeugträgers 8. Der Druck wirkt auf den Druckübersetzer 30, der bewegt wird, wenn der An­ schlag 25 des Oberwerkzeugträgers 8 den Anschlag 19 der Kolbenstange 27 mit der Anschlagdämpfung 26 erreicht hat.

Der Kolben 22 ist nun so eingestellt, daß bei Synchron­ lauf in der Kupplung 2 der Anschlag 25 am Oberwerkzeug­ träger 8 die Anschlagdämpfung 26 des Anschlages 19 er­ reicht. Anschließend wird das erforderliche Drehmoment der Kupplung 2 durch Zuschalten des Wegeventils 10 er­ reicht. Im Hochgang des Oberwerkzeugträgers 8 bleibt ent­ sprechend der Einstellung der Kolben 22 mit der Kolben­ stange 27 stehen, wenn der Druckübersetzer 30 seine End­ lage erreicht hat.

Zeitlich versetzt wird die Kupplung 2 vom Sekundärgetriebe getrennt, so daß die Drehmassen des Sekundärgetriebes durch die bremsende Wirkung des Oberwerkzeugträgers 8 und des Oberwerkzeuges 28 im oberen Totpunkt zum Still­ stand kommen und hier die Bremse nur noch die Halte­ funktion übernimmt.

Bei Erfordernis wird durch Notstopp das Wegeventil 20 betätigt, so daß sich die Kolbenstange 27 mit dem An­ schlag 19 nach oben bewegt und den Anschlag 25 am Ober­ werkzeugträger 8 wesentlich früher erreicht als im Normal­ betrieb. Der Notstopp durch die Bremse 4 wird durch das Entlüften des oberen Druckmittelraumes 31 zusätzlich unterstützt.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben in Umformmaschinen während des Beschleunigungs- und Bremsprozesses, wobei der Antrieb aus Schwungrad, Kupplung und Bremse sowie Sekundärgetriebe besteht und die Bewegungsübertragung auf den Oberwerkzeugträger von der Exzenter- bzw. Kurbelwelle aus mittels Pleuel oder Gelenkmechanismus erfolgt und zum Ausgleich der Masse des Oberwerkzeug­ trägers im unteren Druckmittelraum mehrere mit Druck­ medium beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheiten bei­ derseits des Oberwerkzeugträgers angeordnet und zusätz­ lich mit dem Pressengestell verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausbalancierungseffekt für den Massenausgleich des Oberwerkzeugträgers (8) und des Oberwerkzeuges (28) im oberen Kurbelwinkelbereich aufgehoben wird,
der obere Druckmittelraum (31) des Ausbalancierungszylin­ ders (23) über ein Wegeventil (20) mit Druckmedium be­ aufschlag- bzw. entlastbar ist,
der untere Druckmittelraum (18) des Ausbalancierungs­ zylinders (23) einerseits mit dem Druckübersetzer (30) und andererseits über ein Wegeventil (29) mit einem Druck­ mittelspeicher (33) in Wirkverbindung steht sowie als Druckmedium vorzugsweise Öl einsetzbar ist und
die Kolbenstange (27) am aus dem Ausbalancierungszylinder (23) herausragenden Ende einen Anschlag (19) aufweist und mit einem am Oberwerkzeugträger (8) befestigten Anschlag (25) über eine Anschlagdämpfung (26) in Wirkverbindung steht.

2. Einrichtung zur Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wegeventil (20) vorzugsweise ein Pressensicher­ heitsventil eingesetzt ist.

3. Einrichtung zur Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmedium für den oberen Druckmittelraum (31) vorzugsweise Luft einsetzbar ist.

4. Einrichtung zur Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelspeicher (24) des Druckübersetzers (30) mit dem Kreislauf des Druckmediums vom oberen Druckmittelraum (31) in Wirkverbindung steht.

5. Einrichtung zur Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wegeventil (29) parallel ein Rückschlagventil (32) zugeschaltet ist.

6. Einrichtung zur Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Druckregler (12; 14; 21) jeweils unabhängig voneinander eine programmierbare Druckregeleinrichtung einsetzbar ist.

7. Einrichtung zur Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (25) und (19) sich stoß- und ruckfrei angleichen.

8. Einrichtung zur Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur hochgradigen Rückgewinnung der Nenndrehzahl der Kupplungswelle bei Beschleunigungsvorgang und zur Mini­ mierung des restlichen Verschleißes in der Kupplung vor Beginn vom Bremsvorgang des Sekundärgetriebes die Kupp­ lung (2) zeitversetzt erst nach dem Stillstand des An­ schlages (19) abschaltbar ist.

9. Einrichtung zur Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stillstandspunkt der Kolbenstange (27) werkzeug­ spezifisch vorwählbar ist und die Reibung, die Variabi­ lität der Hubzahl und der Oberwerkzeugmasse und den ver­ fahrensbedingten Drehzahlabfall berücksichtigt.