DE102008038264A1 - Electrically-driven press, has pneumatic energy storage regulated such that tappet is braked before reaching lower dead center and again accelerated after passing-through lower dead center - Google Patents

Electrically-driven press, has pneumatic energy storage regulated such that tappet is braked before reaching lower dead center and again accelerated after passing-through lower dead center Download PDF

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Abstract

The press has a pneumatic energy storage (7) designed as cylinder piston units (8, 9), where the energy storage is attached to the press. A piston rod (10) is fastened to a tappet (3) over a detachable coupling (11). The energy storage is regulated in such a manner that the tappet is braked before reaching the lower dead center and again accelerated after passing-through the lower dead center and braked before reaching the upper dead center and again accelerated after passing-through the upper dead center.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebene Presse, bestehend aus einem Pressengestell, einem Pressentisch, einem Stößel, einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil.The The invention relates to an electrically driven press consisting from a press frame, a press table, a pestle, a tool upper part and a tool lower part.

Für zahlreiche technische Anwendungen werden Bewegungsabläufe von Baugruppen, mit denen allgemein Arbeits-, Transport-, Förder- oder dergleichen Vorgänge an Maschinen und Anlagen durchführbar sind, mit elektromotorischen Antrieben realisiert. Dabei ergeben insbesondere dynamische Bewegungsabläufe, beispielsweise intermittierende Bewegungen an Werkzeugmaschinen, Biegemaschinen oder Pressensystemen, hohe Anforderungen an den Energiehaushalt der Antriebsbaugruppen. Ein diesbezüglich typisches Beispiel sind Pressen, bei denen Baugruppen mit großen Trägheitsmassen im Reversierbetrieb zu bewegen sind.For Numerous technical applications become motion sequences of subassemblies with which general working, transport, or similar operations on machinery and equipment feasible are realized with electric motor drives. In doing so result in particular dynamic movements, for example intermittent movements on machine tools, bending machines or press systems, high demands on the energy balance the drive modules. A typical example in this regard are presses where assemblies with large inertial masses are to move in reversing mode.

Mechanische Pressen sind überwiegend mit einem Schwungrad als Energiespeicher ausgestattet. Dieses Schwungrad wird zu Beginn des Arbeitshubes aus dem Stillstand heraus beschleunigt. Durch eine kraft- oder formschlüssige Kopplung mit dem Antrieb des Pressenstößels wird dieser abwärts bewegt. Danach wird das Schwungrad vorzugsweise noch vor Beginn des Umformvorganges vom Antrieb getrennt, so dass die kinetische Energie weitgehend für den Umformprozess genutzt werden kann. Mit einer derartigen Kombination von Schwungrad und Stößelantrieb kann ein effektiver Energiehaushalt für mechanische Pressen erzielt werden.mechanical Presses are predominantly with a flywheel as energy storage fitted. This flywheel is at the beginning of the working stroke accelerated from a standstill. By a non-positive or positive Coupling with the drive of the press ram is this moved down. Thereafter, the flywheel is preferably still disconnected from the drive before starting the forming process, so that the kinetic energy largely used for the forming process can be. With such a combination of flywheel and ram drive can be an effective energy balance for mechanical presses be achieved.

Hingegen ergeben sich bei elektrisch angetriebenen Pressen diesbezüglich Probleme. Diese Pressen haben kein im mechanischen Pressenbau übliches Schwungrad, aus dem die notwendige Umformarbeit entnommen werden kann. Bei elektrischen Pressen muss diese Umformarbeit über die elektrischen Antriebsmotoren aufgebracht werden. Folglich werden große und schwere Antriebsmotoren benötigt. Hierbei ergibt sich bei höheren Hubzahlen das Problem, dass leistungsstarke Motoren ein hohes Massenträgheitsmoment besitzen und somit für den hochdynamischen Bereich mit Hubzahlen über 100 min–1 nicht geeignet sind.On the other hand arise in electrically driven presses in this regard problems. These presses have no conventional flywheel in the mechanical press, from which the necessary forming work can be removed. In electric presses this forming work must be applied via the electric drive motors. Consequently, large and heavy drive motors are needed. This results in higher stroke rates, the problem that high-performance motors have a high moment of inertia and thus are not suitable for the highly dynamic range with stroke rates above 100 min -1 .

Aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, bei denen ein weiterer elektrischer Antrieb eine Schwungmasse antreibt, wobei diese Energie über eine elektrische Kupplung den Antriebsmotoren einer Presse im Umformbereich zur Verfügung gestellt wird. Ebenso können Kondensatorbatterien im Zwischenkreis den Energiehaushalt positiv beeinflussen. Aus DE 100 53 647 A1 ist eine Stromquelle zur Speisung eines hochdynamischen linearen Aktuators bekannt. Der Aktuator benötigt eine sehr große Antriebsenergie, die dem Netz nicht entnommen werden kann, da der zeitliche Stromverlauf nicht realisierbar und die große Energiemenge nicht verfügbar ist. Daher erfolgt die Energiebereitstellung aus Kondensatoren, indem die erforderliche elektrische Energie einer Kondensatorbatterie entnommen wird, die in den Pausen zwischen Bewegungsvorgängen des Aktuators aus einer Gleichstromquelle geladen wird. Allerdings bewirken die benannten Varianten keine zusätzliche Unterstützung für die elektrischen Antriebe.From the prior art solutions are known in which a further electric drive drives a flywheel, this energy is provided via an electrical coupling to the drive motors of a press in the forming area. Similarly, capacitor banks in the DC link can positively influence the energy balance. Out DE 100 53 647 A1 is a power source for feeding a highly dynamic linear actuator known. The actuator requires a very large drive energy, which can not be taken from the grid, since the temporal current flow is not feasible and the large amount of energy is not available. Therefore, power is provided from capacitors by extracting the required electrical energy from a capacitor bank which is charged from a DC source in the pauses between actuator movement. However, the named variants cause no additional support for the electric drives.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrisch angetriebene Presse zu schaffen, bei der die Bewegung des Stößels ohne Zuordnung eines Schwungrades insbesondere in den Umkehrpunkten am oberen Totpunkt und am unteren Totpunkt wirksam unterstützt wird.task the invention is to provide an electrically driven press, when the movement of the plunger without assignment a flywheel, especially in the reversal points at top dead center and is effectively supported at bottom dead center.

Die Aufgabe wird gelöst, indem der Presse ein pneumatischer Energiespeicher zugeordnet ist, der als eine Zylinder-Kolben-Einheit ausgestaltet ist und wobei die Kolbenstange über eine lösbare Kupplung am Stößel befestigt ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, deren Merkmale im Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.The Task is solved by giving the press a pneumatic Energy storage is assigned as a cylinder-piston unit is configured and wherein the piston rod via a detachable Coupling is attached to the plunger. advantageous Embodiments are the subject of claims, whose Features described in more detail in the embodiment become.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines pneumatischen Energiespeichers wird es möglich, den Stößel vor dem Bereich der Umformung zusätzlich abzubremsen ohne die Bremskraft zu reduzieren und nach dem unteren Totpunkt wieder zu beschleunigen. Ebenso wird der Stößel vor Erreichen des oberen Totpunktes abgebremst und nach dem oberen Totpunkt wieder beschleunigt. Durch die somit zusätzlich wirkenden Brems- und Beschleunigungskräfte werden die elektrischen Antriebe der Presse entlastet. Folglich können die Antriebe kleiner ausgelegt oder durch die Reduzierung der Effektivkraft höher belastet werden. Somit werden höhere Hubzahlen möglich.By the use according to the invention of a pneumatic Energy storage will make it possible the plunger in addition to decelerate before the area of forming without to reduce the braking force and after bottom dead center again to accelerate. Likewise, the plunger before reaching the slowed down top dead center and after top dead center again accelerated. Due to the thus additionally acting brake and acceleration forces become the electric drives relieved the press. As a result, the drives can be made smaller or burdened by the reduction of the effective force become. Thus, higher stroke rates are possible.

Ein solcher pneumatischer Energiespeicher kann einzeln oder mehrfach am Kopfstück der Presse befestigt werden. Der Kolben des Energiespeichers wird über eine spezielle Kupplung am Stößel befestigt. Über diese Kupplung kann die Hubverstellung des Stößels kompensiert werden. Hinsichtlich der Funktion ist wesentlich, dass der Energiespeicher kein – wie oftmals in Pressen eingesetzt – Gewichtsausgleich des Stößels ist, sondern ein echter Energiespeicher.One Such pneumatic energy storage can be single or multiple attached to the head of the press. The butt of the Energy storage is attached via a special coupling on the plunger. about This coupling can be the stroke adjustment of the plunger be compensated. Regarding the function is essential that the energy storage no - as often used in presses - weight balance the plunger is, but a real energy storage.

Der Zylinder des pneumatischen Energiespeichers kann über unterschiedliche Volumina und Drücke an unterschiedliche Presskräfte und Hubhöhen der Presse angepasst werden. Dabei werden das Volumen über die Kolbenstellung und der Druck über spezielle Ventile so reduziert, dass im Bereich eines Bewegungswinkels der virtuellen Antriebswelle von 90° und 270° keine Speicherkraft auf den Stößel wirkt, d. h., die Kraft auf der Kolbenseite ist gleich der Kraft auf der Ringseite. Demzufolge ist der Stößel im Bereich der jeweils größten Geschwindigkeit frei von zusätzlichen Kräften. Nach 90° und 270° Bewegungswinkel der virtuellen Antriebswelle wirkt der Energiespeicher als Bremse für den Stößel und entlastet somit die Antriebsmotoren. Durch die Bewegung des Stößels in Richtung des unteren oder oberen Totpunktes steigt der Druck im Zylinder an und bremst damit zusätzlich den Stößel bis zum Stillstand ab. Im Bereich des unteren oder oberen Totpunktes ist im Zylinder des Energiespeichers der größte Druck vorhanden. Der hohe Druck wird genutzt, um den Stößel zu beschleunigen, wobei der Stößel nach dem unteren Totpunkt nach oben und nach dem oberen Totpunkt nach unten beschleunigt wird. Während dieser Bewegungen baut sich der Druck im Energiespeicher wieder ab. Über die Gestaltung des Zylinders ist es auch möglich, im Bereich des unteren Totpunktes einen wesentlich geringeren Druck als im Bereich des oberen Totpunktes zu erzeugen, um die Bremskraft nicht zu reduzieren.The cylinder of the pneumatic energy accumulator can be adapted to different press forces and lift heights of the press via different volumes and pressures. The volume is reduced via the piston position and the pressure via special valves so that in the range of a movement angle of the virtual drive shaft from 90 ° and 270 ° no storage force acts on the plunger, ie, the force on the piston side is equal to the force on the ring side. As a result, the plunger is free of additional forces in the region of the respectively highest speed. After 90 ° and 270 ° travel angle of the virtual drive shaft, the energy storage acts as a brake for the plunger and thus relieves the drive motors. As a result of the movement of the plunger in the direction of the lower or upper dead center, the pressure in the cylinder increases, thereby additionally braking the plunger to a standstill. In the area of the lower or upper dead center, the greatest pressure is present in the cylinder of the energy store. The high pressure is used to accelerate the plunger, the plunger is accelerated after bottom dead center up and after top dead center down. During these movements, the pressure in the energy store decreases again. On the design of the cylinder, it is also possible to generate a substantially lower pressure in the region of the bottom dead center than in the region of the top dead center in order not to reduce the braking force.

Der Druck im Energiespeicher kann über ein elektronisches Druckregelventil auf der Kolben- oder Ringseite angepasst werden. Dies kann beispielsweise bei einer Veränderung von Hub oder Hublage notwendig werden. Durch diese Regelung ist es möglich, im Bereich von 90° Bewegungswinkel der Antriebswelle (halber Hub) ein Kräftegleichgewicht im Energiespeicher zu erzeugen. Die Drücke können abhängig vom Hub und von der Hublage über die Steuerung programmiert werden. Ein zusätzliches Überdruckventil auf der Kolben- und der Ringseite verhindert unzulässige Druckanstiege durch Fehlprogrammierungen. Elektronische Druckaufnehmer kontrollieren die eingestellten Drücke.Of the Pressure in the energy storage can via an electronic pressure control valve be adjusted on the piston or ring side. This can be, for example become necessary with a change of stroke or stroke position. By this regulation, it is possible in the range of 90 ° movement angle the drive shaft (half stroke) a balance of power to generate in the energy storage. The pressures can be dependent programmed from the stroke and the stroke position via the control become. An additional overpressure valve on the Piston and ring side prevents impermissible pressure increases due to incorrect programming. Check electronic pressure transducers the set pressures.

Dieser pneumatische Energiespeicher funktioniert ohne zusätzliche Luftzufuhr, es werden lediglich eventuelle Leckverluste ausgeglichen. Weiterhin weist der Energiespeicher ein Wegeventil auf. Somit kann der Zylinder für Wartungsarbeiten an der Presse oder am Werkzeug entleert werden kann.This pneumatic energy storage works without additional Air supply, it will be compensated only possible leakage. Furthermore, the energy storage device has a directional control valve. Thus, can the cylinder for maintenance work on the press or on the Tool can be emptied.

Durch den Einsatz erfindungsgemäßer Energiespeicher an elektrisch angetriebenen Pressen wird die Bewegung des Stößels ohne Zuordnung eines Schwungrades insbesondere in den Umkehrpunkten am oberen und unteren Totpunkt wirksam unterstützt. Durch thermische Entlastung der Antriebe kann eine höhere Hubzahl der Presse und somit eine höhere Produktivität erreicht werden. Hierbei sind bei Verwendung spezieller Dichtungen im Energiespeicher Hubzahlen von mehr als 100 min–1 möglich.Through the use of energy storage devices according to the invention on electrically driven presses, the movement of the plunger is effectively supported without assignment of a flywheel, in particular in the reversal points at the top and bottom dead center. By thermal relief of the drives, a higher stroke rate of the press and thus a higher productivity can be achieved. When using special seals in the energy storage, stroke rates of more than 100 min -1 are possible.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben:
In der Zeichnung ist eine elektrisch angetriebene Presse dargestellt. Diese Presse besteht aus einem Pressengestell 1, einem Pressentisch 2, einem Stößel 3 mit Stößelführungen 4 sowie aus einem Werkzeugoberteil 5 und einem Werkzeugunterteil 6.An embodiment of the invention will be described below:
In the drawing, an electrically driven press is shown. This press consists of a press frame 1 , a press table 2 , a pestle 3 with ram guides 4 as well as from a tool shell 5 and a tool lower part 6 ,

Der Presse ist ein pneumatischer Energiespeicher 7 zugeordnet. Dieser Energiespeicher 7 ist als eine Zylinder-Kolben-Einheit ausgestaltet. Hierbei wird in einem Zylinder 8 ein Kolben 9 mit einer Kolbenstange 10 geführt. Die Kolbenstange 10 ist über eine Kupplung 11 am Stößel 3 befestigt.The press is a pneumatic energy storage 7 assigned. This energy storage 7 is designed as a cylinder-piston unit. This is done in a cylinder 8th a piston 9 with a piston rod 10 guided. The piston rod 10 is about a clutch 11 on the pestle 3 attached.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein pneumatischer Energiespeicher 7 im oberen Bereich vom Pressengestell 1 am Kopfstück der Presse angeordnet. Alternativ können am Kopfstück der Presse auch mehrere pneumatische Energiespeicher 7 angeordnet werden.In the illustrated embodiment, a pneumatic energy storage 7 in the upper area of the press frame 1 arranged on the head of the press. Alternatively, at the head of the press also several pneumatic energy storage 7 to be ordered.

Der pneumatische Energiespeicher 7 wird so geregelt, dass der Stößel 3 vor Erreichen des unteren Totpunktes vor dem Bereich der Umformung zusätzlich abgebremst und nach Durchlaufen des unteren Totpunktes wieder beschleunigt wird. Im weiteren Verlauf der Stößelbewegung wird der Energiespeicher 7 so geregelt, dass der Stößel 3 vor Erreichen des oberen Totpunktes abgebremst und nach Durchlaufen des oberen Totpunktes wieder beschleunigt wird.The pneumatic energy storage 7 is regulated so that the plunger 3 is additionally braked before reaching the bottom dead center before the region of the forming and accelerated again after passing through the bottom dead center. In the further course of the plunger movement of the energy storage 7 so regulated that the pestle 3 braked before reaching top dead center and accelerated again after passing through top dead center.

Dem pneumatischen Energiespeicher 7 sind weitere – in der Zeichnung allerdings nicht näher dargestellte – Bauteile zugeordnet:
So sind dem Energiespeicher 7 Ventile zugeordnet, um das Volumen und den Druck im Innenraum des Zylinders 8 zu regeln. Diese Ventile werden vorzugsweise so betätigt, dass jeweils im Bereich eines Bewegungswinkels von 90° und 270° der Antriebswelle keine Kraft auf den Stößel 3 wirkt.The pneumatic energy storage 7 are other - in the drawing, however, not shown - associated components:
So are the energy storage 7 Valves assigned to the volume and pressure in the interior of the cylinder 8th to regulate. These valves are preferably operated so that in each case in the range of a movement angle of 90 ° and 270 ° of the drive shaft no force on the plunger 3 acts.

Der Zylinder 8 kann durch konstruktive Anpassungen so ausgestaltet werden, dass im Bereich des unteren Totpunktes ein wesentlich geringerer Druck erzeugt wird als im Bereich des oberen Totpunktes.The cylinder 8th can be designed by constructive adjustments so that in the region of the bottom dead center, a substantially lower pressure is generated than in the region of top dead center.

Weiterhin steht der pneumatische Energiespeicher 7 vorzugsweise mit einer Einrichtung zur Luftzufuhr in Wirkverbindung, mit der zumindest Leckverluste ausgeglichen werden.Furthermore, there is the pneumatic energy storage 7 preferably with a device for air supply in operative connection, are compensated with the at least leakage.

Ferner ist dem pneumatischen Energiespeicher 7 ein elektronisches Druckregelventil zugeordnet, mit dem der Druck im Zylinder 8 auf der Kolben- oder Ringseite angepasst werden kann.Furthermore, the pneumatic energy storage 7 associated with an electronic pressure control valve, with which the pressure in the cylinder 8th can be adjusted on the piston or ring side.

Außerdem ist dem pneumatischen Energiespeicher 7 ein Wegeventil zugeordnet, mit dem der Druck im Zylinder 8 abgebaut werden kann.In addition, the pneumatic energy storage 7 associated with a directional valve, with which the pressure in the cylinder 8th can be reduced.

11
Pressengestellpress frame
22
Pressentischpress table
33
Stößeltappet
44
Stößelführungenram guides
55
WerkzeugoberteilUpper die
66
WerkzeugunterteilTool part
77
Energiespeicherenergy storage
88th
Zylindercylinder
99
Kolbenpiston
1010
Kolbenstangepiston rod
1111
Kupplungclutch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10053647 A1 [0005] - DE 10053647 A1 [0005]

Claims (10)

Elektrisch angetriebene Presse, bestehend aus einem Pressengestell, einem Pressentisch, einem Stößel, einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil, dadurch gekennzeichnet, dass der Presse ein pneumatischer Energiespeicher (7) zugeordnet ist, der als eine Zylinder-Kolben-Einheit (8; 9) ausgestaltet ist, wobei die Kolbenstange (10) über eine lösbare Kupplung (11) am Stößel (3) befestigt ist.Electrically driven press consisting of a press frame, a press table, a plunger, a tool upper part and a tool lower part, characterized in that the press is a pneumatic energy storage ( 7 ) assigned as a cylinder-piston unit ( 8th ; 9 ) is configured, wherein the piston rod ( 10 ) via a releasable coupling ( 11 ) on the plunger ( 3 ) is attached. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Energiespeicher (7) am Kopfstück der Presse angeordnet ist.Press according to claim 1, characterized in that the pneumatic energy store ( 7 ) is arranged on the head of the press. Presse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Kopfstück der Presse mehrere pneumatische Energiespeicher (7) angeordnet sind.Press according to claim 2, characterized in that at the head of the press several pneumatic energy storage ( 7 ) are arranged. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Energiespeicher (7) derart geregelt wird, dass der Stößel (3) vor Erreichen des unteren Totpunktes vor dem Bereich der Umformung zusätzlich abgebremst und nach Durchlaufen des unteren Totpunktes wieder beschleunigt sowie vor Erreichen des oberen Totpunktes abgebremst und nach Durchlaufen des oberen Totpunktes wieder beschleunigt wirdPress according to claim 1, characterized in that the pneumatic energy store ( 7 ) is controlled such that the plunger ( 3 ) is additionally braked before reaching the bottom dead center before the region of the forming and accelerated again after passing through the bottom dead center and decelerated before reaching the top dead center and accelerated again after passing through the top dead center Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem pneumatischen Energiespeicher (7) Ventile zugeordnet sind, über die der Druck im Innenraum des Zylinders (8) geregelt werden kann.Press according to claim 1, characterized in that the pneumatic energy store ( 7 ) Valves are assigned, via which the pressure in the interior of the cylinder ( 8th ) can be regulated. Presse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem pneumatischen Energiespeicher (7) ein elektronisches Druckregelventil zugeordnet ist, mit dem der Druck im Zylinder (8) auf der Kolben- oder Ringseite angepasst werden kann.Press according to claim 5, characterized in that the pneumatic energy store ( 7 ) is associated with an electronic pressure control valve, with which the pressure in the cylinder ( 8th ) can be adjusted on the piston or ring side. Presse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile derart geregelt werden, dass jeweils im Bereich eines Bewegungswinkels von 90° und 270° der virtuellen Antriebswelle keine Kraft auf den Stößel (3) wirkt.Press according to claim 5, characterized in that the valves are controlled such that each in the range of a movement angle of 90 ° and 270 ° of the virtual drive shaft no force on the plunger ( 3 ) acts. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (8) des pneumatischen Energiespeichers (7) derart ausgestaltet ist, dass im Bereich des unteren Totpunktes ein wesentlich geringerer Druck erzeugt wird als im Bereich des oberen Totpunktes.Press according to claim 1, characterized in that the cylinder ( 8th ) of the pneumatic energy store ( 7 ) is designed such that in the region of the bottom dead center, a substantially lower pressure is generated than in the region of top dead center. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Energiespeicher (7) mit einer Einrichtung zur Luftzufuhr in Wirkverbindung steht, mit der Leckverluste ausgeglichen werden können.Press according to claim 1, characterized in that the pneumatic energy store ( 7 ) is in operative connection with a device for supplying air, can be compensated with the leakage. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem pneumatischen Energiespeicher (7) ein Wegeventil zugeordnet ist, mit dem der Druck im Zylinder (8) abgebaut werden kann.Press according to claim 1, characterized in that the pneumatic energy store ( 7 ) is assigned a directional control valve, with which the pressure in the cylinder ( 8th ) can be reduced.
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