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Die
vorliegende Erfindung betrifft weggebundene Pressmaschinen nach
Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Derartige
Pressmaschinen sind bekannt.
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Hierbei
durchlaufen die Pressenstößel einen durch die
Kinematik des Hauptgetriebes vorgegebenen Weg, wie zum Beispiel
bei Pressen mit Kurbel oder Kurvengetriebe.
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Die
Bremse bei einer in Rede stehenden Pressmaschine erfüllt
vorzugsweise eine Sicherheitsfunktion durch Federvorlast in Schließrichtung und
wird hydraulisch gelüftet. Die Kupplung wird in ihrer Schließstellung
hydraulisch beaufschlagt.
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Weiterhin
können diese Pressen zum einen einen unveränderlichen
Gesamthub aufweisen, wie z. B. Pressen mit Schubkurbelgetriebe und
zum anderen einen veränderlichen Gesamthub besitzen, wie
es bei Exenterpressen der Fall ist.
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Der
Stößelweg bei Pressen mit Kurbelgetriebe sowie
die Stößelgeschwindigkeit sind vom Kurbelwinkel
abhängig. Bei Exenterpressen ändert sich zudem
auch der Verlauf und die Größe der Stößelkraft, sowie
die Stößelgeschwindigkeit aufgrund des veränderlichen
Hubs.
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Während
bei Kurbelgetrieben eine Synchronisation des Transfers mit der Stößelbewegung
noch verhältnismäßig einfach erscheint,
wird eine Synchronisation bei einer Exenterpresse schwieriger, da hier
nicht ein bestimmter Bewegungsablauf des Pressenstößels
auftritt, sondern eine ganze Reihe von möglichen Bewegungsabläufen.
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In
der
DE 10 2005
040 263 A1 soll eine hohe Ausstoßleistung an einer
servoelektrischen Presse erzielt werden in Verbindung mit einer
Synchronisation des Transfers, indem Position, Geschwindigkeit, Kräfte
und Drehmomente des Servomotors entsprechend angesteuert werden.
Dies geschieht aber in Abhängigkeit von Einflussgrößen,
wie Getriebeübersetzung und/oder Federungen, deren maschinenspezifische
Verläufe in einer NC-Steuerungseinrichtung gespeichert
werden müssen, bevor der in der besagten Druckschrift beschriebene
Verfahrensablauf beginnen kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungssystem zur Verfügung
zu stellen, mit welchem insbesondere auch bei konventionellen, mit Schwungrad,
Kupplung und Bremse ausgestatteten Pressen, die Bewegungen und die
Kräfte der Pressenstößel in einfacher
Weise beeinflusst werden können, ohne dass maschinenspezifische
Einflussgrößen in die Steuerung mit einbezogen
werden müssen.
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Diese
Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.
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Wesentlich
ist, dass durch den veränderbaren Betätigungsdruck
die Drehmomentübertragung an der Kupplung einen dynamisch
gesteuerten auf- bzw. abbauenden Charakter erhält.
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Weiterhin
wesentlich ist, dass der dynamisch gesteuerte Kupplungsvorgang von
der Bewegung der Kurbelwelle abhängig ist.
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Die
Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle und das übertragene
Drehmoment können somit flexibel an vorbestimmte Arbeitswerte
angepasst werden.
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Die
Größe der Werte, der sich an der Kurbelwelle einstellenden
Winkelgeschwindigkeiten und Drehmomente, sind erfindungsgemäß insbesondere abhängig
vom Kupplungsschlupf, welcher in einem Ausführungsbeispiel
von der veränderbaren Druckerzeugung beeinflusst wird und
zwischen null und hundert Prozent variieren kann.
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Somit
können Pressenstößeln, welche mit einer
erfindungsgemäß beaufschlagten Kurbelwelle getrieblich
wirkverbunden sind, in einfacher Weise modifizierbare bewegungskinematische
Profile gegeben werden.
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Die
Stößelkräfte und die Bewegungsgeschwindigkeit
der Pressenstößel lassen sich beeinflussen, ohne
dass hierzu für den Pressenantrieb ein aufwändiger
servoelektrischer Antrieb notwendig ist.
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Erfindungsgemäß kann
der Kurbelwelle ein vorbestimmtes Momentenprofil gegeben werden,
um beispielsweise die Pressenstößel beim Durchfahren ihres
Arbeitsbereiches mit einer vorbestimmten Kraft zu bewegen.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Stößelbewegung
sogar bei einer Exenterpresse in einfacher Weise mit dem Transfer
synchronisiert werden kann.
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Da
die Bewegung der Kurbelwelle steuerungstechnisch erfasst wird, werden
auch maschinenspezifische Einflussgrößen, wie
beispielsweise Getriebeübersetzung, Federung, Reibwertschwankungen,
Temperatureinflüsse und dergleichen automatisch mit erfasst
und erfindungsgemäß ausgeregelt.
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Für
die Erfindung ist es nicht notwendig, dass die Verläufe
derartiger Einflussgrößen steuerungstechnisch
extra erfasst werden müssen.
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Vorzugsweise
ist die Bremse innerhalb der verwendeten Kupplungs-Brems-Kombination
eine Sicherheitsbremse, so dass im Notfall stets sichergestellt
ist, dass die Stößelbewegung zuverlässig stoppt.
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Um
die Kurbelwellenbewegung in einfacher Weise erfassen zu können,
wird vorgeschlagen, dass ein Messsystem zur Erfassung des Drehwinkels
der Kurbelwelle vorgesehen ist.
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Weiterhin
wird ein Messsystem vorgesehen, um die Höhe des innerhalb
der Presse befindlichen ausgeformten Werkstücks zu erfassen.
Hierdurch kann eine optimale Transferbewegung erfolgen, ohne dass
eine Kollisionsgefahr des Werkstücks mit dem oder den Pressenstößel(n)
zu befürchten ist.
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Vorzugsweise
wird wenigstens ein Drucksensor zur Messung des hydraulischen Drucks
vorgesehen. Weiterhin ist eine steuerungstechnische Einbindung des
oder der Drucksensoren vorgesehen, um anhand der Kurbelwellenbewegung
und eines beispielsweise innerhalb der Steuerung abgelegten Bewegungsprofils
für die Kurbelwelle erfindungsgemäß exakte
Druckeinstellungen zur Einhaltung dieses Bewegungsprofils vornehmen
zu können.
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Weiterhin
wird vorgesehen, dass über den veränderbaren Druck
die Drehzahl der Kurbelwelle so beeinflussbar ist, dass die Bewegung
des Pressenstößels ein vorgegebenes Geschwindigkeitsprofil abfährt.
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Das
Geschwindigkeitsprofil kann hierbei beispielsweise einer werkstoffspezifisch
zulässigen Formänderungsgeschwindigkeit des jeweils
zu bearbeitenden Werkstücks entsprechen.
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Ergänzend
hierzu wird vorgeschlagen, dass die Stößelgeschwindigkeit
im Arbeitsbereich bzw. im Ziehbereich des Pressenstößels
konstant ist, wodurch beispielsweise eine maximal zulässige
Formänderungsgeschwindigkeit eingehalten werden kann und
so bei minimalem Aufwand eine vorteilhafte Arbeitsgeschwindigkeit
erreicht wird.
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Insbesondere
für eine schnelle Bewegung des Pressenstößels
zu seiner nächstgelegenen Arbeitsposition wird vorgeschlagen,
dass die Kupplungs-Brems-Kombination für die Bewegung der
Kurbelwelle außerhalb des Arbeitsbereichs des Pressenstößels
schlupffrei einkuppelbar ist.
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Um
sicherzustellen, dass für eine dynamisch gesteuerte Drehmomentübertragung
der jeweils zugeordnete Systemdruck vorliegt, wird vorgeschlagen, dass
die Druckerzeugung regelbar ist.
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Vorzugsweise
wird sogar eine stufenlos regelbare Druckerzeugung vorgesehen.
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Ergänzend
hierzu wird vorgeschlagen, dass für die Druckerzeugung
eine Hydropumpe verwendet wird, die durch einen Servomotor angetrieben
wird. Durch diese Maßnahme lassen sich beispielsweise exakte
Druckwerte reproduzierbar ausregeln.
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Weiterhin
wird vorgeschlagen, dass für die Druckerzeugung eine hydraulische
Steuerung verwendet wird, welche ein Pressensicherheitsventil aufweist.
Hierdurch wird die Sicherheitskategorie der Presse noch weiter erhöht.
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Insbesondere
für eine sichere Abführung der in Wärme
umgewandelten Schaltarbeit wird vorgeschlagen, dass die Kupplungs-Brems-Kombination einen
Kühlkreislauf aufweist.
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Im
Folgenden wird die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen
näher erläutert:
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Es
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung gem. 1 mit
einem Pressensicherheitsventil;
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Sofern
im Folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung
stets für alle Figuren.
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Die
Figuren zeigen eine erfindungsgemäß angesteuerte
Presse 1 mit elektrischem Antrieb. Der in den Figuren nicht
näher gezeigte elektrische Antrieb treibt ein ebenfalls
nicht näher gezeigtes Schwungmassen behaftetes System an,
welches über eine Standard-Dreheinführung 15 und
eine hydraulisch beaufschlagte Kupplungs-Brems-Kombination mit einer
Kurbelwelle 3 wirkverbunden ist.
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Der
Kurbelwelle 3 ist wenigstens ein bewegbar gelagerter Pressenstößel 4 zur
Aufnahme von Werkzeugunterteilen 5 bzw. Werkzeugoberteilen 6 zugeordnet.
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Die
Presse 1 ist mit einem elektronisch gesteuerten Transfer
zum Hin- und Abtransport von Werkstücken 7 zur
und von der Presse 1 ausgerüstet. Hierzu sind
Mittel zur Erfassung der Stößelbewegung und zur
Synchronisation der Stößelbewegung mit der Transferbewegung
vorgesehen.
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Die
Kupplungs-Brems-Kombination 2 ist in Schließrichtung
hydraulisch beaufschlagt. Bremsseitig erfüllt die Kupplungs-Brems-Kombination 2 eine Sicherheitsfunktion
der Bremse durch Federvorlast in Schließrichtung, so dass
diese hydraulisch gelüftet wird.
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Ein
derartiges System aus Kupplung und Bremse kann auch aus einzelnen
Kupplungen und einzelnen Bremsen bestehen. Deshalb werden, da die
Erfindung auf beide Ausführungsformen anwendbar ist, mit
der im Folgenden aufgeführten Kupplungs-Brems-Kombinationen 2 stets
auch alle gleich wirkenden Systeme aus Kupplung und Bremse umfasst.
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Wesentlich
ist, dass eine veränderbare Druckerzeugung für
den hydraulischen Druck zur Betätigung der Kupplungs-Brems-Kombination 2 vorgesehen
ist, die mit der Bewegung der Kurbelwelle 3 steuerungstechnisch
gekoppelt ist.
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Hierdurch
kann die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 3 und ebenso
das übertragene Drehmoment flexibel an vorbestimmte Arbeitswerte
angepasst werden.
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Die
Kräfte und die Bewegungsabläufe des Pressenstößels 4 sind
somit nicht allein vom elektrischen Motor und der gekoppelten Getriebekinematik abhängig,
sondern können in einfacher Weise modifiziert werden.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung beruht darin, dass die Kräfte
am Pressenstößel 4 in einfacher Weise
an werkstoffspezifische Eigenschaften des Werkstücks 7 angepasst
werden können, ohne dass beispielsweise die Getriebekinematik
konstruktiv geändert werden muss.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Transferbewegung
der Werkstücke 7 in einfacher Weise beispielsweise
auch bei Exenterpressen leicht mit der Bewegung des Pressenstößels 4 synchronisiert
werden kann.
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Die
Figuren zeigen, dass ein Messsystem 8 zur Erfassung des
Drehwinkels der Kurbelwelle 3 vorgesehen ist. Das Messsystem 8 sendet
ein zur Drehzahl der Kurbelwelle 3 proportionales Signal
zu einer elektrischen Steuerung 16.
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Das
Messsystem 8 besteht im Wesentlichen aus einem optischen
Geber, z. B. ein sich um den Kurbelwellenumfang erstreckendes Raster 18 und aus
einem optischen Detektor, der dem Raster 18 zugeordnet
ist. Hierdurch kann die Drehgeschwindigkeit sowie die Drehposition
der Kurbelwelle 3 – beziehungsweise die Position
des Pressenstößels 4 – zuverlässig
erfasst werden. Bevorzugt wird für das Raster 18 ein
schwarz-weiß-Raster verwendet.
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Weiterhin
ist ein Messsystem 9 vorgesehen, welches die Höhe
des innerhalb der Presse 1 befindlichen ausgeformten Werkstücks 7 erfasst.
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Hierdurch
können die Werkstücke 7 unter dem Pressenstößel 4 durchlaufen,
ohne dass es zu Kollisionsgefahren mit dem Werkzeugoberteil 6 bzw. Werkzeugunterteil 5 kommen
kann.
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Weiterhin
zeigen die Figuren, dass wenigstens ein Drucksensor 10 zur
Messung des hydraulischen Drucks vorgesehen ist. Vorzugsweise ist
der Drucksensor 10 mit der elektrischen Steuerung 16 verbunden.
Hierdurch kann der für eine erfindungsgemäße
Ansteuerung der Kupplungs-Brems-Kombination 2 zugeordnete
Systemdruck zuverlässig überprüft werden.
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Zudem
kann der Drucksensor 10 zur Regelung der Druckerzeugung
verwendet werden. Ergänzend hierzu ist die Druckerzeugung
regelbar und in den gezeigten Beispielen sogar stufenlos regelbar.
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Für
die Druckerzeugung wird eine Hydropumpe 11 verwendet, die
durch einen Servomotor 12 angetrieben wird. Der Servomotor 12 wird
durch die elektrische Steuerung 16 mittels eines Verstärkers 17 angesteuert.
Hierdurch lässt sich beispielsweise der Systemdruck stufenlos
an vorgegebene Führungsgrößen anpassen.
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Zudem
lässt sich die Druckerzeugung des Systemdrucks reproduzierbar
ausregeln und beispielsweise mit anspruchsvollen Diagnosesystemen in
einfacher Weise verbinden.
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Im
vorliegenden Fall ist über den veränderbaren Druck
die Drehzahl der Kurbelwelle 3 so beeinflussbar, dass die
Bewegung des Pressenstößels 4 ein vorgegebenes
Geschwindigkeitsprofil abfährt. In der gezeigten Anordnung
kann das Geschwindigkeitsprofil in einfacher Weise innerhalb der
elektrischen Steuerung 16 gespeichert sein. Das Messsystem 8 erfasst
die Bewegung der Kurbelwelle 3, so dass anhand dieser Bewegung
die Bewegung des Pressenstößels 4 erfasst
wird. Bewegt sich der Pressenstößel 4 in
Bezug auf das vorgegebene Geschwindigkeitsprofil zu schnell oder
zu langsam, wird der Systemdruck zur Beaufschlagung der Kupplungs-Brems-Kombination 2 mittels
einer entsprechenden Ansteuerung des Servomotors 12 angepasst.
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Hierbei
ist denkbar, dass das Geschwindigkeitsprofil aus der zulässigen
Formänderungsgeschwindigkeit des Werkstücks 7 resultiert.
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Ergänzend
hierzu wird vorgesehen, dass die Stößelgeschwindigkeit
im Arbeitsbereich des Pressenstößels 4 konstant
ist. Bei einer optimalen Arbeitsauslastung des Pressenstößels 7 kann
so beispielsweise eine zulässige Formänderungsgeschwindigkeit
zuverlässig eingehalten werden.
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In
der Lehrlaufphase des Pressenstößels 4 bis
zu seiner nächsten Arbeitsposition ist vorgesehen, dass
die Kupplungs-Brems-Kombination 2 für die Bewegung
der Kurbelwelle 3 außerhalb des Arbeitsbereichs
des Pressenstößels 4 schlupffrei einkuppelbar
ist.
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Zusätzlich
zeigt 2 ein Pressensicherheitsventil 13, welches
beispielsweise aus zwei redundanten Wegeventilen bestehen kann,
die hydraulisch vorgesteuert sind.
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Durch
diese Maßnahme wird die Sicherheitskategorie der Presse 1 noch
weiter gesteigert.
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Zweckmäßigerweise
zeigen die Figuren, dass der Kupplungs-Brems-Kombination 2 ein
Kühlkreislauf 14 zugeordnet ist. Hierdurch wird
die in Wärme umgewandelte Schaltarbeit sicher abgeführt.
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Ergänzend
hierzu wird weiterhin vorgesehen, dass die Kupplungs-Brems-Kombination 2 für große
Rutschzeiten ausgelegt ist.
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Weitere
vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung sind:
- – Das
System ist geeignet für die Betätigung von passiven
Federdruck-Sicherheitsbremsen.
- – Ein- und Abschalten des Antriebs erfolgt durch eine
geregelte Hydropumpe. Ein Schaltventil ist nicht nötig.
- – Grundsätzlich besteht die Möglichkeit,
dass die Bremsenfedern das Hubvolumen rückwärts
in das System drücken, was beispielsweise durch einen geregelten
rückwärts drehenden Servomotor 12 aktiv
kontrolliert unterstützt werden kann, so dass eine Weichbremsfunktion
realisiert wird.
- – Der Verschleiß im System wird durch das
Messsystem 8 erfasst und automatisch ausgeregelt, so dass
beispielsweise die Erfassung von maschinenspezifischen Einflussgrößen
wie z. B. Federung oder Verschleiß nicht extra in die elektrische Steuerung 16 mit
eingebunden werden müssen.
- – Der Energieverbrauch des Pumpenantriebs kann optimal
durch die kontinuierliche Drehzahlanpassung an das augenblicklich
erforderliche Fördervolumen und den zugehörigen
Druck ausgelegt werden.
- – Das erfindungsgemäße Steuerungssystem
ist für einfache bis anspruchsvolle Diagnosesysteme geeignet.
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So
lange der Grundgedanke der Erfindung nicht verlassen wird, ist das
erfindungsgemäße System für alle hydraulischen
Kupplungen bzw. Bremsen und deren Kombinationen nachrüstbar.
Insbesondere für konventionelle, mit Schwungrad, Kupplung
und Bremse ausgestatteten Pressen 1 bietet die Erfindung
ein einfaches System zur Pressenmodernisierung, ohne dass aufwändige
Servomotoren für die Ansteuerung des oder der Pressenstößel 4 verwendet
werden müssen.
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- 1
- Presse
- 2
- Kupplungs-Brems-Kombination
- 3
- Kurbelwelle
- 4
- Pressenstößel
- 5
- Werkzeugunterteil
- 6
- Werkzeugoberteil
- 7
- Werkstück
- 8
- Messsystem
- 9
- Messsystem
- 10
- Drucksensor
- 11
- Hydropumpe
- 12
- Servomotor
- 13
- Pressensicherheitsventil
- 14
- Kühlkreislauf
- 15
- Standard-Dreheinführung
- 16
- elektrische
Steuerung
- 17
- Verstärker
- 18
- Raster
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005040263
A1 [0008]