DD295589A5 - Device for regenerative braking on eccentric or crank presses - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Nutzbremsung an Exzenter- oder Kurbelpressen - insbesondere groszen Pressen zur Blech- bzw. Massivumformung - mit einem mit Primaergetriebe zwischen Motor (1) und Kupplung (3) angeordneten Schwungrad * Erfindungsgemaesz ist mindestens ein zusaetzliches Getriebe zur Umwandlung einer rotatorischen in eine translatorische Bewegung vorgesehen, dessen Eingangswelle (9) mittels einer Schaltkupplung (12) mit einer schellaufenden Welle des Sekundaergetriebes kuppelbar ist und dessen Ausgangsglied mit einem Schubkurbeltrieb (10) in Wirkverbindung steht, dessen Kurbelwelle bzw. Exzenterrad - ggf. ueber weitere UEbersetzungsstufen - mit einem zusaetzlichen Schwungrad (11) oder dem zwischen Motor (1) und Kupplung (3) angeordneten Schwungrad (2) des Primaergetriebes kinematisch verbunden ist. Fig. 1{Kurbelpresse; Exzenterpresse; Blechumformung; Nutzbremsung; Energierueckgewinnung; Zusatzgetriebe; Schaltkupplung; Schubkurbeltrieb; Schwungrad}The invention relates to a device for regenerative braking on eccentric or crank presses - in particular large presses for sheet metal or massive forming - with a primary gear between the engine (1) and clutch (3) flywheel * Erfindungsgemaesz is at least one additional gear for conversion a rotary provided in a translational movement, the input shaft (9) by means of a clutch (12) can be coupled with a rippling shaft of the secondary transmission and its output member with a sliding crank drive (10) is in operative connection, the crankshaft or eccentric - possibly over more Translation stages - kinematically connected to an additional flywheel (11) or between the engine (1) and clutch (3) arranged flywheel (2) of the primary transmission. Fig. 1 {crank press; eccentric; Sheet metal forming; regenerative braking; energy reclamation; Additional transmission; Clutch; Slider crank mechanism; Flywheel}
Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Nutzbremsung an Exzenter- oder Kurbelpressen - insbesondere großen Pressen zur Blech- bzw. Massivumformung - gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.The invention relates to a device for Nutzbremsung on eccentric or crank presses - especially large presses for sheet metal or massive forming - according to the preamble of claim.
Die Anlauf- und Bremsvorgänge von im aussetzenden Betrieb arbeitenden Pressen der vorstehend genannten Art werden durch asynchron schaltbare Reibungskupplungen und -bremsen realisiert. Dabei entsteht an den Reibflächen während des Drehzahlangleichs in der Kupplung bzw. Bremse ein irreversibler Energieverlust durch Wärmeentwicklung, begleitet von einem ständigen Verschleiß.The start-up and braking operations of intermittently operating presses of the above type are realized by asynchronously shiftable friction clutches and brakes. This results in the friction surfaces during the speed adjustment in the clutch or brake irreversible energy loss due to heat generation, accompanied by a constant wear.
Zur Reduzierung der Wärmebelastung und des Verschleißes in der Kupplung und der Bremse sowie zur Minderung des Energieverbrauchs wurde eine Vorrichtung (DD-WP 100063) vorgeschlagen, bei derein ungesteuerter Arbeitszylinder einerseits am Pressenkörper und andererseits seine Kolbenstange an der Kurbelwelle exzentrisch so angeordnet ist, daß er im oberen Totpunkt ein Beschleunigungsmoment erzeugen kann. Dieses äußere Moment wirkt im oberen Totpunkt gegen das Haltemoment der Bremse, wodurch bei deren Versagen der Stößel ungewollt beschleunigt wird. Darüber hinaus verbleibt noch Energie in Form von Restwärme in der Kupplung, abhängig vom Überlaufwinkel aus der gestreckten Lage des Arbeitszylinders. Je größer der Überlaufwinkel ist, um so geringer ist der Energierückgewinnungsgrad. Alternativ zu dieser Lösung wird als weitere Variante 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 zur Instandhaltung beim Betreiber erforderlich. Schließlich sind Servoantriebe mit stoßartigem Zuschalten der Hydrospeicher durch ein Wegeventil außerordentlich schwingungserregend, begleitet durch einen hohen Lärmpegel.To reduce the heat load and the wear in the clutch and the brake and to reduce energy consumption, a device (DD-WP 100063) has been proposed in which an uncontrolled working cylinder on the one hand on the press body and on the other hand, its piston rod on the crankshaft eccentrically arranged so that he can generate an acceleration torque at top dead center. This external moment acts at top dead center against the holding torque of the brake, which is unintentionally accelerated at their failure of the plunger. In addition, energy remains in the form of residual heat in the coupling, depending on the overflow angle from the extended position of the working cylinder. The larger the overflow angle, the lower the energy recovery rate. As an alternative to this solution, the use of a separate hydraulic servo drive consisting of a displacement unit operating as pump and motor, a controllable directional control valve and a hydraulic accumulator is proposed as a further variant. The high acceleration or braking work on the one hand and the short acceleration or braking time on the other hand and the time-variant power consumption with its maximum require in the device selection (displacer unit, valves and hydraulic accumulator) considerable sizes and large diameters in the piping system. This proposal also requires considerable material and production costs for the manufacturer and, in addition, maintenance costs for the operator. Finally, servo drives with impulsive connection of the hydraulic accumulator by a directional control valve are extraordinarily vibration-inducing, accompanied by a high noise level.
Bei einer anderen bekannten Lösung (SU-Urheberschein 643683) wird der Einsatz von Federn in einem zwischen Kupplungswelle und Sekundärgetriebe angeordneten Planetengetriebe, das mit dem Reibklotzträger der Bremse gekoppelt ist, vorgeschlagen. Auch dieser Vorschlag ist nur mit hohen Aufwendungen, u. a. für das zusätzliche Planetengetriebe, realisierbar. Darüber hinaus bestehen bei dieser Lösung auch arbeitsschutztechnische Bedenken wegen des gegen die Bremse wirkenden Vorspannmomentes im Stillstand. Der Energierückgewinnungsgrad ist auf Grund des geringen Federweges der mechanischen Federn unbefriedigend.In another known solution (SU-copyright 643683), the use of springs in a arranged between the clutch shaft and secondary gear planetary gear, which is coupled to the friction pad carrier of the brake proposed. This proposal is only with high expenses, u. a. for the additional planetary gear, feasible. In addition, there are also health and safety concerns about the biasing torque acting against the brake at standstill in this solution. The energy recovery rate is unsatisfactory due to the short spring travel of the mechanical springs.
Das Ziel der Erfindung ist es, den Energieverbrauch zu senken und durch eine Verringerung der Wärmebelastung und des Verschleißes von Bremse und Kupplung deren mögliche Schaltzahlen/min, wesentlich zu erhöhen bzw. die Verwendung kleinerer Bremsen zu ermöglichen.The aim of the invention is to reduce the energy consumption and to increase significantly by reducing the heat load and the wear of the brake and clutch their possible switching speeds / min, or to allow the use of smaller brakes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beim Bremsvorgang anfallende Energie nicht durch Umwandlung in Wärme in der Bremse abzuführen, sondern mittels eines Schwungradeszu speichern und für die Beschleunigung des Sekundärgetriebes beim nächsten Zyklus zu nutzen, wobei der Brems- bzw. Beschleunigungswinkel möglichst klein gehalten, ein sinoider Drehmomentenverlauf erreicht und der zusätzliche Bremsmechanismus im oberen Totpunkt der Presse sowie in bestimmten Vorzugshaltepunkten wirksam sein soll.The invention has for its object to dissipate the energy generated during the braking process by converting it into heat in the brake, but save by means of a flywheel and use for the acceleration of the secondary transmission in the next cycle, the braking or acceleration angle kept as small as possible, achieved a sinusoidal torque curve and the additional braking mechanism should be effective at top dead center of the press and in certain preferred holding points.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß mindestens ein zusätzliches Getriebe zur Umwandlung einer rotatorischen in eine translatorische Bewegung vorgesehen ist, dessen Eingangswelle mittels einer Schaltkupplung mit einer schnellaufenden Welle des Sekundärgetriebes kuppelbar ist und dessen Ausgangsglied mit einem Schubkurbeltrieb in Wirkverbindung steht, dessen Kurbelwelle bzw. Exzenterrad - ggf. über weitere Übersetzungsstufen - mit einem zusätzlichen Schwungrad oder dem zwischen Motor und Kupplung angeordneten Schwungrad des Primärgetriebes kinematisch verbunden ist. Zweckmäßigerweise ist als zusätzliches Getriebe zur Umwandlung der rotatorischen in die translatorische Bewegung ein Zahnstange-Ritzel-Getriebe vorgesehen.According to the invention this is achieved in that at least one additional transmission is provided for converting a rotary into a translational movement whose input shaft is coupled by means of a clutch with a high-speed shaft of the secondary gear and the output member is in operative connection with a sliding crank drive, the crankshaft or eccentric - If necessary, via further translation stages - is kinematically connected with an additional flywheel or arranged between the engine and clutch flywheel of the primary transmission. Conveniently, a rack and pinion gear is provided as an additional transmission for converting the rotary into the translational movement.
Das Drehzahlverhältnis der Exzenterräder bzw. der Kurbelwelle der Presse zur Kurbelwelle des zusätzlichen Schubkurbeltriebes beträgt 1 :n,5, wobei η eine natürliche Zahl ist.The speed ratio of the eccentric or crankshaft of the press to the crankshaft of the additional crank drive is 1: n, 5, where η is a natural number.
Eine zweckmäßige Form der Realisierung der Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigenAn expedient form of realization of the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show
Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Pressenantriebes mit einer Einrichtung zur Nutzbremsung, Fig. 2: eine grafische Darstellung der Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle des Zahnstange-Ritzelgetriebes derFig. 1: a schematic representation of a press drive with a device for regenerative braking, Fig. 2: a graphical representation of the angular velocity of the input shaft of the rack-pinion transmission of
Zusatzeinrichtung während eines Pressenzyklus und Fig. 3: die zugehörigen Kurbelwinkelstellungen des Schubkurbeltriebes der Zusatzeinrichtung.Additional device during a press cycle and Fig. 3: the associated crank angle positions of the crank mechanism of the attachment.
Der Antrieb mechanischer Pressen besteht im allgemeinen aus dem vorzugsweise auf dem Kopfstück der Presse angeneten Motor 1, der über ein Schwungrad 2 und eine Kupplung 3 sowie mehrere zwischengeschaltete Getriebestufen mit den Exzenterrädern bzw. der Kurbelwelle 4 in Wirkverbindung steht, die ihrerseits über Pleuel 5 mit dem Pressenstößel 6 verbunden sind.The drive of mechanical presses generally consists of the preferably on the head piece of the press angeeten motor 1, which is a flywheel 2 and a clutch 3 and a plurality of intermediate gear stages with the eccentric or crankshaft 4 in operative connection, in turn via connecting rod 5 with the press ram 6 are connected.
Die Zusatzeinrichtung 7 zur Nutzbremsung besteht aus einem Zahnstange-Ritzel-Getriebe 8 zur Umwandlung der rotatorischen Bewegung der Eingangswelle 9 in eine translatorische Bewegung, einen Schubkurbeltrieb 10 und einem zusätzlichen Schwungrad 11 und ist mittels einer zusätzlichen Schaltkupplung 12 mit einer schnellaufenden Vorgelegewelle 13 des Sekundärgetriebes der Presse kuppelbar.The additional device 7 for regenerative braking consists of a rack and pinion gear 8 for converting the rotational movement of the input shaft 9 in a translational movement, a sliding crank 10 and an additional flywheel 11 and is by means of an additional clutch 12 with a high-speed countershaft 13 of the secondary transmission of Press detachable.
An Stelle des zusätzlichen Schwungrades 11 wäre natürlich auch eine kinematische Verbindung mit dem Schwungrad 2 der Presse möglich.Of course, a kinematic connection with the flywheel 2 of the press would be possible instead of the additional flywheel 11.
Die Größe der Beschleunigungs- bzw. Bremszeiten sowie die Anzahl der möglichen Vorzugshaltepunkte III wird durch das Drehzahlverhältnis „i" des Schubkurbeltriebes 10 zur Kurbelwelle bzw. den Exzenterrädern 4 der Presse bestimmt. Zur Gewährleistung der erforderlichen Zuschaltstellungen beim Bremsen ist ein Drehzahlverhältnis von i = n,5 erforderlich, wobei η eine natürliche Zahl sein muß. Als vorteilhaft hat sich ein Drehzahlverhältnis von i = 4,5 erwiesen, d.h. innerhalb eines Pressenzyklus (360° Kurbelwinkel der Presse) führt der Schubkurbeltrieb 10 der Zusatzeinrichtung 7 4,5 Umdrehungen aus. Die Regelung der Drehzahl der Zusatzeinrichtung 7 erfolgt durch eine kinematische Verbindung mit dem Sekundärgetriebe der Presse oder durch adaptive Synchronisation.The magnitude of the acceleration or braking times and the number of possible preferred stops III is determined by the speed ratio "i" of the crank drive 10 to the crankshaft or the eccentric wheels 4. To ensure the necessary Zuschaltstellungen during braking is a speed ratio of i = n 5, where η must be a natural number A speed ratio of i = 4.5 has proved to be advantageous, ie within one press cycle (360 ° crank angle of the press), the slider crank drive 10 of the auxiliary device 7 executes 4.5 revolutions. The regulation of the speed of the attachment 7 is effected by a kinematic connection to the secondary gear of the press or by adaptive synchronization.
Die Funktion der Einrichtung ist aus der grafischen Darstellung (Fig. 2) ersichtlich. Dabei stellt die Linie a (Vollinie) die Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 9 des Zahnstange-Ritzel-Getriebes 8, die Linie b (unterbrochene Linie) die Winkelgeschwindigkeit der Vorgelegewelle 13 der Presse und die Linie с (Strich-Punkt-Linie) die Geschwindigkeit des Pressenstößels 6 während eines Pressenzyklus (360° Kurbelwinkel) dar.The function of the device can be seen from the graph (FIG. 2). Here, the line a (solid line) represents the angular velocity of the input shaft 9 of the rack and pinion gear 8, the line b (broken line), the angular velocity of the countershaft 13 of the press and the line с (dash-dotted line) the speed of the press ram 6 during a press cycle (360 ° crank angle) is.
Der Punkt I (Fig.2 und3) bezeichnet die möglichen Einrückstellungen der Schaltkupplung 12 der Zusatzeinrichtung 7 zur Beschleunigung des Sekundärgetriebes der Presse, der Punkt Il die Ausrückstellungen am Ende des Beschleunigungsvorganges und gleichzeitig die Einrückstellungen zum Abbremsen des Sekundärgetriebes und der Punkt III die Ausrückstellungen am Ende des Verzögerungsprozesses.The point I (Figure 2 and 3) indicates the possible engagements of the clutch 12 of the accessory 7 to accelerate the secondary gear of the press, the point Il the disengagement positions at the end of the acceleration process and at the same time the engagement positions for braking the secondary gear and the point III, the disengaged positions on End of the delay process.
Ein Pressenzyklus (360° Kurbelwinkel der Presse) besteht ausfolgenden Phasen:One press cycle (360 ° crank angle of the press) consists of the following phases:
1. Beschleunigungsvorgang:1. acceleration process:
- 0° Kurbelwinkel-Lösen der Bremse 3, Zuschalten der Zusatzeinrichtung 7 mittels der Schaltkupplung 12 und Beschleunigung des Sekundärgetriebes der Presse (Fig.3, Punkt I)- 0 ° crank angle-release the brake 3, connecting the attachment 7 by means of the clutch 12 and acceleration of the secondary gear of the press (Figure 3, item I)
- 20° (entspricht bei einem Drehzahlverhältnis von i = 4,5 einem Kurbelwinkel von 360°/4,5 = 90° des Schubgkurbeltriebes 10 -Fig.3, Punkt II) das Sekundärgetriebe der Presse hat annähernd die Nenndrehzahl erreicht, die Zusatzeinrichtung 7 wird mittels der Schaltkupplung 12 abgekuppelt und das Sekundärgetriebe mittels der Kupplung 3 mit dem Hauptantrieb der Presse gekuppelt.- 20 ° (corresponds to a crank angle of 360 ° / 4.5 = 90 ° of the thrust crank 10 -Fig.3, point II) at a speed ratio of i = 4.5, the secondary gear of the press has approximately reached the rated speed, the additional device is uncoupled by means of the clutch 12 and the secondary transmission coupled by means of the clutch 3 to the main drive of the press.
2. Arbeitsbereich der Presse:2. Work area of the press:
20°-340° Kurbelwinkel - der Stößelhub erfolgt durch den Hauptantrieb der Presse. Bei einem Drehzahlverhältnis von i = 4,5 sind in diesem Bereich vier Vorzugshaltepunkte-jeweils zu den Zeitpunkten, wenn der Schubkurbeltrieb 10 der Zusatzeinrichtung 180° Kurbelwinkel (Fig. 3, Punkt III) erreicht hat- möglich, und zwar bei 40°, 120°, 200° und 280° Kurbelwinkel der Presse (Fig. 2). Bei einem Notstopp außerhalb des oberen Haltepunktes sowie der Vorzugshaltepunkte wird die Presse unabhängig von der Zusatzeinrichtung 7 durch die Bremse 14 stillgesetzt.20 ° -340 ° crank angle - the ram stroke is carried out by the main drive of the press. At a speed ratio of i = 4.5, four preferred stopping points-in each case at the times when the sliding-crank drive 10 of the auxiliary device has reached 180 ° crank angle (FIG. 3, point III) -is possible at 40 °, 120 in this region °, 200 ° and 280 ° crank angle of the press (Fig. 2). In an emergency stop outside the upper breakpoint and the preferred holding points, the press is stopped regardless of the additional device 7 by the brake 14.
3. Bremsvorgang:3rd braking process:
- 340° Kurbelwinkel (entspricht 90° Kurbelwinkel des Schubkurbeltriebes 10 der Zusatzeinrichtung 7-Fig.3, Punkt II)-die Kupplung 3wird gelöst und mittels der Schaltkupplung 12 die Zusatzeinrichtung 7 mit dem Sekundärgetriebe der Presse gekuppelt. Auf Grund des sinoiden Charakters des Schubkurbeltriebes 10 der Zusatzeinrichtung 7 geht bei 180° Kurbelwinkel die Drehzahl der Eingangswelle 9 des Zahnstange-Ritzel-Getriebes 8 gegen Null, so daß das angekuppelte Sekundärgetriebe der Presse abgebremst wird.- 340 ° crank angle (corresponds to 90 ° crank angle of the crank 10 of the auxiliary device 7-Fig.3, item II) -the clutch 3 is released and coupled by means of the clutch 12, the attachment 7 to the secondary gear of the press. Due to the sinoid nature of the slider crank 10 of the attachment 7 is at 180 ° crank angle, the speed of the input shaft 9 of the rack and pinion gear 8 to zero, so that the coupled secondary transmission of the press is decelerated.
- 360° Kurbelwinkel (entspricht 180° Kurbelwinkel des Schubkurbeltriebes 10 der Zusatzeinrichtung 7 - Fig. 3, Punkt III)-die Schaltkupplung 12 der Zusatzeinrichtung 7 wird gelöst und die Bremse 14 der Presse zugeschaltet.- 360 ° crank angle (corresponds to 180 ° crank angle of the crank 10 of the auxiliary device 7 - Fig. 3, point III) -the clutch 12 of the attachment 7 is released and the brake 14 of the press switched.
Ein besonderer Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß die beiden Kupplungshälften der Kupplung 3 der Presse sowie der Schaltkupplung 12 der Zusatzeinrichtung 7 beim Einschalten eine annähernd gleiche Drehzahl aufweisen bzw. beim Einschalten der Bremse 14 im oberen Totpunkt bzw. den weiteren Vorzugshaltepunkten III das Sekundärgetriebe der Presse annähernd bis zum Stillstand verzögert wurde, so daß kein Drehzahlangleich mehr erforderlich ist und damit auch keine Reibungswärme in den Kupplungen 3,12 bzw. der Bremse 14 entsteht.A particular advantage of this solution is the fact that the two coupling halves of the clutch 3 of the press and the clutch 12 of the attachment 7 when switching on an approximately equal speed or when turning on the brake 14 at top dead center or the other preferred stops III Secondary transmission of the press was delayed approximately to a standstill, so that no speed adjustment is required more and thus no frictional heat in the clutches 3,12 and the brake 14 is formed.
Die Bremse 14 wirkt in diesen Punkten nur noch als Haltebremse zur Sicherung des Stößels 6 gegen ein ungewolltes Absenken und nur in Ausnahmefällen —z. B. beim Notstopp —zum Abbremsen des Stößels 6.The brake 14 acts in these points only as a holding brake to secure the plunger 6 against accidental lowering and only in exceptional cases -z. B. emergency stop -zem braking of the plunger. 6
Claims (3)
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