DE102008003106A1 - Method for energy-saving operation of a hydraulic press and an energy-saving and low-maintenance hydraulic press - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Presse und ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Presse mit einem Stößel (1) und einem Ziehkissen (2) zur Aufbringung einer Blechhalterkraft auf das umzuformende Werkstück mit einem Antrieb (11) für zumindest eine Hydraulikpumpe (10) zum Heben und Senken des Stößels (1) und des Ziehkissens (2). Dabei werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt wenn der Stößel (1) und das Ziehkissen (2) im oberen Umkehrpunkt stehen: Zur Absenkung des Stößels (1) wird das Freigabeventil (9) geöffnet und das Hydraulikmedium aus dem Stößelzylinderraum (7) über die Verdrängereinheit (15) abgeführt, welche geeignete Verbraucher antreibt. Nach Zusammentreffen von Stößel (1) und Ziehkissen (2) wird das Freigabeventil (9) geschlossen und der Stößelzylinderraum (5) mit Hydraulikmedium über das Stellventil (19) aus der Hydraulikpumpe (10) beaufschlagt. Gleichzeitig werden die Freigabeventile (20) des Ziehkissens (2) geöffnet und das Hydraulikmedium aus dem Ziehkissenzylinderraum (6) über die Verdrängereinheit (15) abgeführt, welche geeignete Verbraucher antreibt. Gleichzeitig wird über Änderung des Schwenkwinkels in der Verdrängereinheit (15) oder über das abgegebene Moment der Verdrängereinheit (15) der Hydraulikdruck im Ziehkissenzylinderraum (6) und damit die Blechhaltekraft geregelt. Nach Abschluss der Umformung werden der Stößel (1) und das Ziehkissen (2) zum oberen Umkehrpunkt verfahren.The invention relates to a hydraulic press and a method for operating a hydraulic press with a plunger (1) and a die cushion (2) for applying a blank holder force on the workpiece to be formed with a drive (11) for at least one hydraulic pump (10) for lifting and Lowering the plunger (1) and the die cushion (2). The following process steps are carried out when the plunger (1) and the die cushion (2) are in the upper reversal point: To lower the plunger (1), the release valve (9) is opened and the hydraulic medium from the plunger cylinder chamber (7) via the displacer unit (15 ), which drives suitable consumers. After encountering plunger (1) and die cushion (2) the release valve (9) is closed and the plunger cylinder chamber (5) with hydraulic medium via the control valve (19) from the hydraulic pump (10) acted upon. At the same time, the release valves (20) of the die cushion (2) are opened and the hydraulic medium is removed from the die cushion cylinder space (6) via the displacer unit (15), which drives suitable consumers. At the same time, the hydraulic pressure in the die cushion cylinder space (6) and thus the plate holding force are regulated by changing the swivel angle in the displacer unit (15) or via the delivered torque of the displacer unit (15). After completion of the forming, the plunger (1) and the die cushion (2) are moved to the upper reversal point.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum energiesparenden Betreiben einer hydraulischen Presse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine energiesparende und wartungsarme hydraulische Presse nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.The The invention relates to a method for energy-saving operation of a hydraulic press according to the preamble of claim 1 and a Energy-saving and low-maintenance hydraulic press according to the generic term of claim 6.
Energiesparende Verfahren und Herstellungsanlagen sind in der heutigen Zeit und der einhergehenden Klimadiskussion regelmäßig ein Thema bei Verkaufsverhandlungen und werden bei steigenden Energiepreisen und knapper werdenden Rohstoffen zur Energiegewinnung in Zukunft eine größere Rolle spielen.Energy-saving Processes and manufacturing plants are in the present time and the accompanying climate discussion regularly an issue in sales negotiations and are rising energy prices and scarcer raw materials for energy in the future play a bigger role.
Energiesparende
Anwendungen und Pressen sind dennoch bereits seit vielen Jahren
Gegenstand in der Patentliteratur. Beispielsweise ist aus den 80er
Jahren der energiesparende Antrieb für Schwungmassenantriebe
bei hydraulischen Pressen aus der
Mit
Die
gleichzeitig offenbarte
Insgesamt mangelt es dem Stand der Technik an einer energiesparenden Anwendung und gleichzeitigem einfachen Aufbau der gesamten Hydraulikanlage. Die Möglichkeiten der Optimierung einer Presse wurde in der Zeit der Abkehr von maschinengesteuerten zu elektronisch gesteuerten Anlagen einseitig auf weitere Maschinenelemente (Pumpen-/Motorkombinationen, Leistungsschaltungen, Speicherelemente) gestützt, die sich steuer- und regelungstechnisch einfach in einer Presse integrieren ließen. Dazu kommt, dass zu dieser Zeit nicht der Strombedarf insgesamt das kostenintensive Problem dargestellt hat, sondern die Leistungsspitzen, die eine Presse während des Betriebes verbraucht.All in all lacks the state of the art in an energy-saving application and at the same time simple construction of the entire hydraulic system. The possibilities of optimizing a press were in the time of departure from machine-controlled to electronically-controlled Systems on one side to other machine elements (pump / motor combinations, Power circuits, memory elements), which are Control and control technically easy to integrate in a press. On top of that, at that time, not the total power requirement the costly problem, but the peak performance, which consumes a press during operation.
In neuerer Zeit ist das Problem hoher Stromkosten hinzugekommen, die mittlerweile signifikant den Preis jedes produzierten Werkstückes in die Höhe treiben. Die Industrie fordert vom Anlagenbauer nicht nur eine energiesparende und leistungsarme Anlage, sondern auch eine wartungsarme und in laufenden Betriebskosten kostenarme Anlage zur Produktion von Massen- bzw. Konsumartikeln. Die weltweite Klima- und Umweltdiskussion hat auch zu einer massiven Teuerung des notwendigen Hydrauliköls geführt, so dass der Anlagenbauer gefordert ist ähnlich wie in der Autoindustrie die Wartungsintervalle zu verlängern und den Verschleiß von Ölen möglichst gering zu halten.In More recently, the problem of high electricity costs has been added now significantly the price of each workpiece produced to push up. The industry demands from the plant manufacturer not just an energy-saving and low-power plant, but also a low-maintenance and low-cost operating costs Plant for the production of mass and consumer goods. The worldwide Climate and environmental discussions also lead to massive inflation led the necessary hydraulic oil, so that The plant manufacturer is required to be similar to the car industry extend the maintenance intervals and wear of oils keep as low as possible.
Mittlerweile bedeutet der Austausch von Hydrauliköl bei einer hydraulischen Presse durchaus einen erheblichen Kostenfaktor. Gleichzeitig soll eine möglichst geringe Anzahl an Schaltelementen in der Hydraulik bei kurzen Hydraulikwegen(-leitungen) verwirklicht werden um Druckgefälle in den Hydraulikleitungen und an den notwendigen Ventilen zu minimieren. Einher gehen natürlich mögliche Vorteile wie ein günstiges Geräuschverhalten durch das Vermeiden sonst üblicher Regel- und Steuerungsmechanik (Ventile, Drosseln, ...). Besonders Drosselventile, die bisher die Regelung der Abwärtsbewegung hinsichtlich Beschleunigung, Geschwindigkeit und Abbremsverhalten von Ziehkissen oder Stößel übernommen haben, zeichnen sich durch einen hohen Geräuschpegel aus aber auch durch die dabei entstehende Ölerwärmung. Letztere muss mit hohem Energieaufwand wieder abgebaut werden. Daneben ist die Ölerwärmung und das hydraulische Drosseln hauptverantwortlich für den tribologischen Verschleiß des Hydraulikmediums.meanwhile means the replacement of hydraulic oil in a hydraulic Press certainly a significant cost factor. At the same time the smallest possible number of switching elements in the hydraulics in short hydraulic paths (lines) are realized by pressure gradient in the hydraulic lines and to minimize the necessary valves. Of course, there are possible advantages as well as a favorable one Noise behavior by avoiding otherwise usual Control and regulating mechanism (valves, throttles, ...). Especially Throttling valves, so far regulating the downward movement in terms of acceleration, speed and braking behavior have taken over from drawing cushions or pestles, However, they are characterized by a high level of noise also by the resulting oil heating. The latter must be broken down again with high energy expenditure. Besides is the oil heating and hydraulic throttling chiefly responsible for the tribological wear of the Hydraulic medium.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zum energiesparenden und wartungsarmen Betreiben einer hydraulischen Presse zu schaffen, mit dem in einfacher Art und Weise die kinetische Energie eines Stößels einer Presse während des Umformvorganges genutzt wird die Blechhalterkraft des dagegen wirkenden Ziehkissens bereit zu stellen und regelbar zu gestalten, wobei die überschüssige kinetische Energie während des Umformvorganges in vorteilhafter Weise mit möglichst geringer Belastung für das Hydraulikmedium weiterverwendet werden kann. Weiter soll eine eigenständig funktionierende und verwertbare Presse geschaffen werden, die auch in der Lage ist das erfindungsgemäße Verfahren umzusetzen und gleichzeitig eine energiesparende und vereinfachte Regelung der kinetischen Energie des Stößels und der Kraftwirkung des Blechhalters bei gleichzeitig signifikant schonender Verwendung des Hydraulikmediums ermöglicht, wobei gleichzeitig auch eine verminderte Temperaturerhöhung des Hydraulikmediums einhergeht.Object of the present invention is to provide a method for energy-saving and low-maintenance operation of a hydraulic press, which is used in a simple manner, the kinetic energy of a plunger of a press during the forming process to provide the blank holder force of the counter-acting die cushion and adjustable to Shaping the excess kinetic energy during the Um Formvorganges can be used in an advantageous manner with the least possible load on the hydraulic medium. Next is an independent functioning and usable press to be created, which is also able to implement the method according to the invention and at the same time allows energy-saving and simplified control of the kinetic energy of the plunger and the force of the sheet metal holder at the same time significantly gentle use of the hydraulic medium, at the same time a reduced temperature increase of the hydraulic medium is associated.
Die
Lösung für das Verfahren besteht im Ablauf der
nachfolgende dargestellten Verfahrensschritte, wenn in der Ausgangsstellung
der Stößel und das Ziehkissen im obere Umkehrpunkt
stehen:
zur Absenkung des Stößels wird das
Freigabeventil geöffnet und das Hydraulikmedium aus dem
Stößelringzylinderraum über die Verdrängereinheit
abgeführt, welche über eine Momentenkupplung einen Asynchron-
oder Gleichstrommotor oder andere geeignete Verbraucher antreibt;
nach Zusammentreffen von Stößel und Ziehkissen
wird das Freigabeventil geschlossen und der Stößelzylinderraum
mit Hydraulikmedium über das Stellventil aus der Hydraulikpumpe
beaufschlagt, wobei gleichzeitig die Freigabeventile des Ziehkissens
geöffnet und das Hydraulikmedium aus dem Ziehkissenzylinderraum über
die Verdrängereinheit abgeführt werden, welche über
eine Momentenkupplung einen Asynchron- oder Gleichstrommotor oder
andere geeignete Verbraucher antreibt und gleichzeitig wird über Änderung
des Schwenkwinkels in der Verdrängereinheit oder über das
abgegebene Moment an der Verdrängereinheit der Hydraulikdruck
im Ziehkissenzylinderraum und damit die Blechhaltekraft geregelt,
und nach Abschluss der Umformung werden der Stößel
und das Ziehkissen durch die Versorgung über die Hydraulikpumpe
wieder in die Ausgangsstellung, dem oberen Umkehrpunkt verfahren.The solution to the method consists in the course of the following process steps shown, when in the initial position of the plunger and the die cushion are in the upper reversal point:
to lower the plunger, the release valve is opened and the hydraulic medium discharged from the plunger ring cylinder space via the displacer unit which drives an asynchronous or DC motor or other suitable consumers via a torque clutch; after the ram and die cushion collide, the release valve is closed and the plunger cylinder chamber is acted upon by hydraulic fluid via the control valve from the hydraulic pump, while the release valves of the die cushion are opened and the hydraulic medium is removed from the die cushion cylinder space via the displacer unit, which via an torque clutch is an asynchronous or DC motor or other suitable consumers drives and at the same time is controlled by changing the pivot angle in the displacer unit or on the output torque to the displacer unit, the hydraulic pressure in Ziehkissenzylinderraum and thus the Blechhaltekraft, and after completion of the forming of the plunger and the die cushion by the supply via the Hydraulic pump moved back to the starting position, the upper reversal point.
Die
Lösung für eine eigenständig funktionierende
Presse und auch für eine Presse zur Durchführung
des Verfahrens besteht darin, dass zur Absenkung des Stößels
der Stößelringzylinderraum über ein Freigabeventil
mit einer Verdrängereinheit und/oder zur Absenkung des
Ziehkissens der Ziehkissenzylinderraum über zumindest ein
Freigabeventil mit einer Verdrängereinheit für
das Hydraulikmedium verbindbar ist,
wobei die Verdrängereinheit
eine Momentenkoppelung zu einem Asynchronmotor, einem Gleichstrommotor
oder einem anderen geeigneten Verbraucher aufweist und
Keine
zitierte Patentliteratur in der Abhandlung zum Stand der Technik
hat vorgeschlagen die potentielle Energie des Stößels
zu benutzen die Blechhalterkraft bei einfacher und direkter Einleitung
der Energie in das Ziehkissen über das abfließende
Hydraulikmedium mit nur einer Verdrängereinheit zu regeln,
wobei gleichzeitig entweder eine Verdrängereinheit mit
konstant abfließendem Volumen und einer entsprechenden
Momentensteuerung oder eine Verdrängereinheit mit veränderlichem
abfließendem Volumen zur Anwendung kommt.The solution for an independently functioning press and also for a press for carrying out the method is that for lowering the plunger, the plunger ring cylinder space via a release valve with a displacer unit and / or for lowering the die cushion of Ziehkissenzylinderraum via at least one release valve with a displacer unit for Hydraulic medium is connectable,
wherein the displacer unit has a torque coupling to an asynchronous motor, a DC motor or another suitable consumer, and
No cited patent literature in the prior art treatise has suggested using the potential energy of the plunger to control the blank holder force with simple and direct introduction of energy into the die cushion via the effluent hydraulic medium with only one displacer unit, either a displacer unit with constant outflow Volume and a corresponding torque control or a displacer unit with variable outflowing volume is used.
Dadurch entsteht die Möglichkeit, je nach verwendeter Verdrängereinheit die Geschwindigkeit des abfahrenden Stößels oder die Blechhalterkraft des entgegenwirkenden Ziehkissens an einem einzigen Maschinenelement, der Verdrängereinheit, zu steuern und zuregeln. Dies erfolgt vorteilhafterweise in energiesparender bzw. rückgewinnender Art und Weise. Einher geht eine das Hydraulikmedium schonende Anwendung, die die Lebensdauer des Hydraulikmediums signifikant verlängert und eine ansonsten Energie vernichtende Kühlung des Hydraulikmediums vermeidet.Thereby the possibility arises, depending on the used displacement unit the speed of the departing ram or the blank holder force of the counteracting die cushion on a single machine element, the displacer unit and level. This is advantageously done in energy-saving or recovering manner. One goes that one Hydraulic medium gentle application, which extends the service life of the hydraulic medium Significantly extended and an otherwise energy-destroying Cooling of the hydraulic medium avoids.
Unnötige Reibungs- und Wärmeverluste über das Hydraulikmedium werden vermieden. Damit ergeben sich übersichtlich dargestellt folgende Vorteile:
- – Es werden keine Drosselelemente im regulären Betrieb der Presse verwendet und eine unnötige Belastung bzw. ein unnötiger tribologischer Verschleiß des Hydraulikmediums wird vermieden.
- – Einher gehen eine Verlängerung des möglichen Wartungsintervalls der Presse und eine Verlängerung der Lebensdauer des Hydraulikmediums.
- – Die Geschwindigkeit- bzw. Krafteinstellung erfolgt in einfacher Weise durch die Verstellung des Schwenkwinkels bzw. über die Drehzahl der Verdrängereinheit mit konstantem Verdrängungsvolumen,
- – es erfolgt eine Verringerung des Energiebedarfs und der Spitzenleistung der Presse und
- – eine Verringerung der notwendigen Kühlleistung für das Hydraulikmedium.
- – Zusätzlich zu den obigen Punkten erfolgt eine Verringerung der verbrauchten Energie und notwendiger Anlagenkosten je produziertes Werkstück und damit eine Verringerung der Herstellungskosten eines Werkstückes.
- - No throttle elements are used in regular operation of the press and unnecessary stress or unnecessary tribological wear of the hydraulic medium is avoided.
- - Include an extension of the possible maintenance interval of the press and an extension of the service life of the hydraulic medium.
- - The speed or force adjustment takes place in a simple manner by the adjustment of the swivel angle or on the speed of the displacer unit with a constant displacement volume,
- - There is a reduction in energy consumption and peak performance of the press and
- - A reduction in the necessary cooling capacity for the hydraulic medium.
- - In addition to the above points, there is a reduction in the energy consumed and the necessary equipment costs per workpiece produced and thus a reduction in the manufacturing cost of a workpiece.
Die relativ hohen Anschaffungskosten für die energiesparenden bzw. Energie rückspeisenden Anlagenteile lassen sich wie bei den meisten energiesparenden Investitionen über einen kurzen Zeitraum amortisieren und stellen hinsichtlich der Entscheidung zur Investition einen eher zweitrangigen Standpunkt dar. Zusätzlich sind bei der Anschaffung bzw. Aufstellung mehrerer Pressen Möglichkeiten gegeben einzelne notwendige Anlagenteile (Stromeinspeisung, -umwandlung) durch entsprechende Verschaltungen mittels mehrerer Pressen zu nutzen.The relatively high cost of energy-saving or energy-recovering system components can be like at most energy saving investments over one amortize short period of time and ask for the decision investment as a secondary point of view. In addition are possibilities when purchasing or installing several presses given individual necessary plant parts (power supply, conversion) to be used by appropriate interconnections using multiple presses.
Selbst wenn die Amortisierungskosten trotz steigender Energiepreise noch zu hoch für die Energierückspeisung sind, so kann doch über die Verdrängereinheit und der damit verbundenen Momentenkoppelung in einfacher Art und Weise andere Verbraucher angetrieben werden, beispielsweise ein Kühlaggregat für die Hydraulikkühlung oder dergleichen.Even if the amortization costs are still too high for the energy despite rising energy prices are gierückspeisung, so it can still be driven by the displacer unit and the associated torque coupling in a simple manner other consumers, such as a cooling unit for the hydraulic cooling or the like.
Die beschriebenen Verdrängereinheiten oder Hydromotoren sind für den Fachmann allgemein bekannte Zahnradmotoren für eine oder beide Drehrichtungen. Dabei arbeitet ein an der Welle angetriebener Zahnradmotor als Pumpe und kann bei Zuführung von Drucköl ein Drehmoment an der Welle erzeugen und in diesem Zustand als Motor arbeiten. Axialkolbenpumpen weisen die Möglichkeit auf, das Volumen von außen einzustellen, wobei je nach Einstellung des Winkels wird mehr oder weniger Hydraulikmedium pro Wellenumdrehung gefördert bzw. die Welle angetrieben wird.The are described displacement units or hydraulic motors for those skilled in the well-known gear motors for one or both directions of rotation. One works on the shaft driven gear motor as a pump and can when fed of pressurized oil generate a torque on the shaft and in working as a motor in this condition. Axial piston pumps have the Possibility to adjust the volume from the outside, depending on the setting of the angle is more or less hydraulic medium promoted per shaft revolution or driven the shaft becomes.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung mit der Zeichnung hervor.Further advantageous measures and embodiments of the subject matter The invention will be apparent from the subclaims and the following Description with the drawing out.
Es zeigen:It demonstrate:
In
Vor
dem Start eines Umformvorganges sind die Stellventile
Zu
Beginn des Umformprozesses werden die Sicherheitsventile
Zur
weiteren Verdeutlichung eines möglichen Aufbaus einer Presse
sind noch folgende Steuerungs- und Regelelemente zu benennen. Das Schaltventil
In
Zu
diesem Zwecke werden die Auslässe des Freigabeventils
Während
des Umformprozesses wird das unter Druck stehende Hydraulikmedium
kontrolliert aus dem Ziehkissenzylinderraum
Die
genaue Anordnung der Schaltungsventile im Stößelblock
In
In
In
den
Zwischen
den beiden Hydraulikschaltungen bzw. -bereichen ist die Verdrängereinheit
- 11
- Stößeltappet
- 22
- Ziehkissencushion
- 33
- Stößelkolbenram piston
- 44
- ZiehkissenkolbenCushion plunger
- 55
- StößelzylinderraumRam cylinder chamber
- 66
- ZiehkissenzylinderraumDie cushion cylinder chamber
- 77
- StößelringzylinderraumPlunger ring cylinder space
- 88th
- ZiehkissenringzylinderraumCushion ring cylinder space
- 99
- Freigabeventilrelease valve
- 1010
- Hydraulikpumpehydraulic pump
- 1111
-
Antrieb
für
10 Drive for10 - 1212
-
Hydraulikpumpe
(
2 )Hydraulic pump (2 ) - 1313
- Ablassventildrain valve
- 1414
- Asynchronmotorasynchronous
- 1515
- Verdrängereinheitdisplacement unit
- 1616
- Momentenkoppelungmoment coupling
- 1717
-
Sicherheitsventile
(
1 )Safety valves (1 ) - 1818
- Stellventil aufControl valve on
- 1919
- Stellventil abControl valve from
- 2020
-
Sicherheitsventile
(
2 )Safety valves (2 ) - 2121
- Frequenzumrichterfrequency converter
- 2222
- RückspeiseeinheitFeedback unit
- 2323
- 4-Quadranten-Stromumrichter4-quadrant power converter
- 2424
- Stromnetzpower grid
- 2525
- GleichstrommotorDC motor
- 2626
- Stößelblockfollower block
- 2727
-
Druckbegrenzungsventil
(für
5 )Pressure relief valve (for5 ) - 2828
-
Druckbegrenzungsventil
(für
7 )Pressure relief valve (for7 ) - 2929
-
Druckbegrenzungsventil
(für
1 )Pressure relief valve (for1 ) - 3030
- Schaltventilswitching valve
- 3131
- Schaltventilswitching valve
- 3232
- Schaltventilswitching valve
- 3333
- Schaltventilswitching valve
- 3434
- DruckaufnehmerPressure transducer
- 3535
- DruckaufnehmerPressure transducer
- 3636
- DruckbegrenzungsventilPressure relief valve
- 3737
- DruckbegrenzungsventilPressure relief valve
- 3838
- DruckbegrenzungsventilPressure relief valve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Claims (10)
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DE102008003106A1 true DE102008003106A1 (en) | 2009-07-02 |
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