DD291292A5 - Einrichtung fuer die steuerung des energetischen und dynamischen verhaltens von antrieben in umformmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung wirkt einerseits auf den Anlauf- und Bremsvorgang und andererseits auf die kurbelwinkelabhaengigen Massenkraefte, insbesondere bei Gelenkpressen zur Blech- und Massivumformung. Diese funktions- und arbeitsschutzsichere Einrichtung soll den Brems- und Beschleunigungsprozesz hochgradig realisieren. Erfindungsgemaesz wird die Loesung dadurch erreicht, dasz auf mindestens einer der Wellen des Sekundaergetriebes zusaetzlich mindestens eine Rollenschubkupplung angeordnet ist, deren Auszenkoerper mit einer Kolbenstange eines Energiespeichersystems in Wirkverbindung steht. Fig. 2{Umformmaschine; Antrieb; Beschleunigungsprozesz; Bremsprozesz; energetisches Verhalten; dynamisches Verhalten; Rollenschubkupplung}

Description

Hierzu 6 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben in Umformmaschinen, die einerseits auf den Anlauf- und Bremsvorgang und andererseits auf kurbelwinkelabhängige Massenkräfte wirkt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Anfahr- und Bremsvorgänge von im aussetzenden Betrieb arbeitenden Umformmaschinen werden bevorzugt mit asynchron schaltbaren Reibungskupplungen und -bremsen realisiert.

Dabei entsteht an den Reibflächen des Angleichvorganges in Kupplung und Bremse aufgrund des unelastischen DrehstoP.es als physikalisches Wirkprinzip unerwünscht ein irreversibler Energieverlust durch Wärmeentwicklung, begleitet von einem ständigen Verschleißvorgang. Die begrenzte Wärmebelastbarkeit der Reibwerkstoffe einerseits und die ständige Erhöhung ihrer Standzeit bei wesentlich gesteigerten Dauerhub und Schaltzahlen haben u.a. zu erheblichen Material- und Fortigungsaufwendungen beim Hersteller geführt.

Zur Reduzierung der Wärmebelastung und des Verschleißes in Kupplung und Bremse wurde eine Vorrichtung nach dem DD-WP 100063 vorgeschlagen, bei derein ungesteuerter Arbeitszylinder einerseits am Maschinenkörper und andererseits seine Kolbenstange an der Kurbelwelle exzentrisch so angeordnet ist, daß er im oberen Totpunkt ein Beschleunigungsmoment erzeugen '.<ann. Dieses äußere Moment im oberen Totpunkt wirkt gegen das Haltemoment der Bremse, wodurch bei ihrem Versageii der Stößel ungewollt beschleunigt wird. Darüber hinaus verbleibt Energie in Form von Restwärme in der Bremse und der Kupplung, abhängig vom Überlaufwinkel aus gestreckter Lage des Arbeitszylinders.

Je größer der Überlaufwinkel ist, um so geringer ist der Energierückgewinnungsgrad. Schließlich sind zur Realisierung dieser Lösung zusätzliche Material- und Fartigungsaufwendungen erforderlich. Nach diesem DD-WP wird weiter der Einsatz eines separaten hydraulischen Servoantriebes, bestehend aus einer als Pumpe und Motor arbeitenden Verdrängereinheit, einem steuerbaren Wegeventil und einem Hydrospeicher vorgeschlagen. Die hohe Beschleunigungs- 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 erhebliche Material- und Fertigungsaufwendungen beim Hersteller 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 643683 wird der Einsatz von Federn in einem zwischen Kupplungswelle und Sekundärgetriebe angeordneten Planetenradgetriobe, das mit dem Reibklotzträger der Bremse gekoppelt ist, vorgeschlagen. Auch dieser Vorschlag ist nur mit hohen Aufwendungen, u.a. für das zusätzliche Pianotengetriebe, realisierbar. Darüber hinaus bestehen bei dieser Lösung auch arbeitsschutztechnische Bedenken wegen des gegen die Bremse wirkenden Vorspannmomentes im Stillstand. Der Energierückgewinnungsgrad ist unbefriedigend. Darüber hinaus verursachen Stoßbelastungen im Anlaufvorgang dynamische Momente und Schwingungen, die zu erhöhtem Lärm und Verschleiß führen. Bei Umformmaschinen und besonders bei Hebel- bzw. Gelenkpressen können die Leerlaufhubzahlen nur begrenzt erhöht werden, weil die dynamischen Kräfte und Momente im Antriobssystem zu gewaltigen Stößen und Ruckbewegungen unterschiedlicher 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 Kurbelwinkelbereich durch die Kinematik des Gelenksystoms mit steigender Hubzahl deutlich darstellt. Es ist eine Lösung nach dem DD-WP 147927 bekannt, bei der durch Einsatz von Blenden zwischen Ausbalancierungszylindor und Druckmittelspeicher der Druck unterhalb der Ausbalancierungskolben beim Hochgang des Stößels teilweise reduziert wurde, wodurch eine Minderung der dynamischen Belastungen eingetreten ist. Die Wii xung 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 256288 wird eine zusätzliche hydraulische Einrichtung vorgeschlagen, die durch Erzeugung eines variablen Gegenmomentes eine Kompensation der hydraulischen Massekräfte in den spielumschlaggefährdeten Drehwinkelphasen bewirken soll. Zur Realisierung dieser Einrichtung sind zusätzlich hyraulische Geräte mit großen Nennweiten und Baugrößen sowie ein hervorragendes Zeitverhalten der Ventile auf Grund der extrem hohen Momentenänderungsgeschwindigkeit erforderlich. Darüber hinaus entstehend während der Kompensationsphase erhebliche irreversible Energieverluste, die sich durch die Leerlaufverluste noch erhöhen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, durch eine kostengünstige sowie geräuscharme Einrichtung das energetische und dynamische Verhalten von Antrieben zu verbessern.

Darlegung -<»s Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer funktions- und arbeitsschutzsicheren Einrichtung, die den Brems- und Beschleunigungsprozeß hochgradig realisiert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch realisiert, daß auf mindestens einer der Wellen des Sekundärgetriebes zusätzlich mindestens eine Rollenschubkupplung angeordnet ist, deren Außenkörper mit einer Kolbenstange eines Energiespeichersystems in Wirkverbindung steht. Die Kolbenstange ist als Zahnstange ausgebildet. Weiterhin ist der Druckkolben des Ene. jiespeichersystoms abgestuft ausgebildet und steuerbar. Außerdem sind der Druckkolben im Druckübersetzer als Beschleunigungskolben und ein Kolben im Arbeitszylinder als Bremskolben im Zusammenwirken mit einem Druckausgleichsbehälter im Energiespeichersystem angeordnet und dieselben sind mit ihren zugehörigen Räumen sowohl separat als auch untereinander kombiniert und ineinander integriert anordenbar. Der Druck im Druckausgleichsberrilter ist mittels eines Druckminderventils einstellbar. Nach dem zügigen Lüften der Bremse wird das Rückschlagventil entsperrt. Damit sind der Ölbehälter und der untere Raum des Druckkolbens verbunden, wodurch sich der Druckkolben axial verschiebt und über die Kolbenstange den Außenkörper der Rollenschubkupplung die Kurbelwelle beschleunigt. Nach Umschalten des zugeordneten Wegeventils entsteht das erforderliche Drehmoment.

Nach der Durchführung des Arbeitsverfahrens stößt der Oberwerkzeugträger bzw. Ausbalancierungskolben oder Führungskopf der Pleuelanlenkung an dem Kolben an, wodurch das Öl in den unteren Raum gedrückt wird. Zeitversetzt erfolgt die Abschaltung der Kupplung, während die Bremse gelüftet bleibt. Die kinetische Energie des Sekundärgetriebes wandelt sich in potentielle Energie um, indem sich der Druckkolben gegen den Luftdruckauf der oberen Kolbenfläche axial verschiebt. Die Druckeinstellung am Druckminderventil erfolgt so, daß der Stillstand des Sekundärgetriebes im oberen Totpunkt erreicht wird. Erst dann wirk* die Bremse als Haltebremse.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispiolen näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Steuerschema eines energiearmen Kupplungs- und Bremsvorganges Fig. 2: Steuerschema einer Energiespeicherung mittels Rollenschubkupplung Fig. 3: Steuerschema nach Fig. 2 mit als Zahnstange ausgebildeter Kolbenstange und externen Ölbehälter Fig. 4: Steuerschema nach Fig. 2 mit als Zahnstange ausgebildeter Kolbenstange, im Druckausgleichsbehälter integrierten Ölbehälter und gemeinsamen Raum des oberen Raumes vom Arbeitszylinder und des unteren Raumes vom

Druckübersetzer Fig. 5: Steuerschema nach Fig.2 mit als Zahnstange ausgebildeter Kolbenstange und einem im Arbeitszylinder integrierten

unteren Raum des Druckkolbens und externen Ölbehälter Fig. 6: Steuert. :'"ia nach Fig.5, wobei der Ölbehälter im Druckausgleichsbehälter integriert ist.

Der Antrieb, dessen energetisches und dynamischen Verhalten gesteuert werden soll, besteht aus dem Schwungrad 1, der Kupplung 2, der Bremse 4 mit dem Betätigungselement 5 und den als Drehmasse 3 dargestellten, zu beschleunigenden und zu bremsenden Teilen des Sekundärgetriebes. Die Exzenter- bzw. Kurbelwelle ist über Pleuel 7 in bekannter Weise mit dem Oberwerkzeugträger 8 verbunden. Auf der Kurbelwelle 6 oder auf einer der Vorgelegewellen des Sekundärgetriebes ist zusätzlich eine Rollenschubkupplung 25 montiert, an deren Außenkörper 26 die Lasche 27 angelenkt ist. Diese Lasche 27 ist an der Kolbenstange 28 des*abgestuften Druckkolbens 29 des Druckübersetzers 30 angekoppelt. Der Druckübersetzer 30 dient als Energiespeicher. An der oberen Fläche des abgestuften Druckkolbens 29 wirkt der durch das Druckminderventil 31 veränderbare Druck, während die untere Fläche hydraulisch beaufschlagbar ist. Der Druckübersetzer 30 ist am Maschinenkörper 32 befestigt. Ein Druckausgleichsbehälter 33 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel integraler Bestandteil des Druckübersetzers 30, während der Zwischenraum des abgostuften Kolbens 29 als druckloser ölbehälter 34 genutzt wird. Der untere Raum 20 kann über ein entsperrbares Rückschlagventil 21, welches mittels Wegeventil 22 steuerbar ist, verbunden werden. Zusätzlich ist mindestens ein hydraulischer Arbeitszylinder 19 am Maschinenkörper 32 so befestigt, daß der Oberwerkzeugträger 8 oder der Ausbalancierungskolben oder der Führungskopf der Pleuelanlenkung im oberen Kurbelwinkelbereich den Kolben 18 betätigt und das verdrängte Öl über das Rückschlagventil 23 in den unteren Raum 20 verdrängt. Beim Niedergang des Oberwerkzeugträgers 8 strömt Ö! aus dem Ölbehälter 34 über das Rückschlagventil 24 in den oberen Raum des Arbeitszylinders 19. Zur Steuerung der Kupplung 2 und der 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 einen Druckmittelspeicher 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.

Nach dem Einschalten des Pressensicherheitsventils 16 wird das Betätigungselement 5 der Bremse 4 zügig gelüftet und das Rückschlagventil 21 durch das Wegeventil 22 entsperrt. Damit sind der Ölbehälter 34 und der untere Raum 20 verbunden, wodurch sich der abgestufte Druckkolben 29 axial verschiebt und über die Kolbenstange 28, die Lasche 27 den Außenkörper 26 der Rollenschubkupplung 25 die Kurbelwelle 6 beschleunigt. Am Ende des Hubes schlägt der Kolben 29 sanft an. Damit ist der Beschleunigungsvorgang beendet, die Kupplung 2 wird durch das Pressensicherheitsventil 9, den Behälter 15 und das Druckminderventil 14 sanft in Schließstellung gebracht. Durch Umschalten des Wegeventils 10 entsteht das erforderliche Nennoment.

Nach der Durchführung des Arbeitsverfahrens stößt der Oberwerkzeugträger 8 an den Kolben 18 an, wodurch das Öl über das Rückschlagventil 23 in den unteren Raum 20 gedruckt wird. Zeitversetzt erfolgt die Abschaltung der Kupplung 2 durch das Pressensicherheitsventil 9, während die Bremse 4 gelüftet bleibt. Die kinetische Energie des Sekundärgetriebes wandelt sich in potentielle Energie um, indem sich der abgestufte Druckkolben 29 gegen den Luftdruck auf der oberen Kolbenfläche axial verschiebt. Die Druckeinstellung am Druckminderventil 31 erfolgt so, daß im oberen Totpunkt der Stillstand des Sekundärgetriebes erreicht ist. Erst dann fällt die Bremse 4 durch das Abschalten des Pressesicherheitsventils 16 als Haltebremse ein.

Nach Figur 3 ist die Kolbenstange 28 als Zahnstange ausgebildet und der in Figur 1 und 2 integrierte Ölbehälter 34 extern angeordnet.

Nach Figur 4 sind der obere Raum des Arbeitszylinders 19 und der untere Raum 20 des Druckübersetzers 30 als gemeinsamer Zylinderraum ausgebildet. Die Steuerung des Druckkolbens 29 erfolgt aus Sicherheitsgründen durch zwei in Reihe geschalteter Sitzventile 11. Der Ölbehälter 34 ist integraler Bestandteil des integrierten Druckausgleichbehälters 33, Nach Figur 5 ist der untere Raum 20 des abgestuften Druckkolbens 29 über ein Rückschlagventil 23 in einem gemeinsamen Zylinder mit dem oberen Raum des Arbeitszylinders 19 leitungslos verbunden, während der Ölbehälter 34 extern angeordnet ist. Die Steuerung des Druckkolbens 29 erfolgt durch zwei in Reihe geschalteter Sitzventile 11 mit Lagekontrolle. Schließlich entsteht aus Figur 5 die Figur 6, wenn der Ölbehälter 34 integraler Bestandteil des integrierten Druckausgleichsbehälters 33 nach Figur 4 ist.

Claims (5)

1. Einrichtung für die 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 dii Bewegungsübertragung auf den Oberwerkzeugträger von der Exzenter- bzw. Kurbelwelle aus mittels Pleuel oder Gelenkmechanismen erfolgt und zum Ausgleich der Masse des Oberwerkzeugträgers mehrere im unteren DruckmiUelraum mit Druckmedium beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheiten beiderseits des Oberwerkzeugträgers angeordnet und zusätzlich mit dem Pressengestell verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer der Wellen des Sekundärgetriebes zusätzlich mindestens eine Rollenschubkupplung (25) angeordnet ist, deren Außenkörper (26) mit einer Kolbenstange (28) eines Energiespeichersystems in Wirkverbindung steht.

2. Einrichtung für die Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (28) als Zange ausgebildet ist.

3. Einrichtung für die Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (29) des Energiespeichersystems abgestuft ausgebildet und steuerbar ist.

4. Einrichtung für die Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (29) im Druckübersetzer (30) als Beschleunigungskolben und ein Kolben (18) im Arbeitszylinder (19) als Bremskolben im Zusammenwirken mit einem Druckausgleichsbehälter (33) im Energiespeichersystem angeordnet sind und dieselben mit ihren zugehörigen Räumen sowohl separat als auch untereinander' kombiniert und ineinander integriert anordenbar sind.

5. Einrichtung für die Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Druckausgleichsbehälter (33) mittels eines Druckminderventils (31) einstellbar ist.