DE102009058757A1 - Method and device for storing recovered energy in a machine tool - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Speichern von zurück gewonnener Energie bei einer Werkzeugmaschine. Dabei wird zunächst kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt, die zurück Energie in einen Zwischenkreis oder einen Verbund von Zwischenkreisen gespeichert, ein elektrischer Antrieb mittels der zurück gewonnenen Energie bei Erreichen eines bestimmten Energieniveaus im Zwischenspeicher oder den Verbund von Zwischenkreisen zur Umwandlung der überschüssigen elektrischen Energie in eine andere Energieform betrieben und die so umgewandelte Energie in einem Energiespeicher gespeichert.The present invention relates to an apparatus and a method for storing recovered energy in a machine tool. First, kinetic energy is converted into electrical energy, which stores energy back into an intermediate circuit or a combination of intermediate circuits, an electric drive by means of the recovered energy when a certain energy level is reached in the intermediate store, or the combination of intermediate circuits for converting the excess electrical energy into operated another form of energy and the energy thus converted is stored in an energy store.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Speichern von Energie, insbesondere zurück gewonnener Energie, bei einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Spritzgießmaschine.The present invention relates to a method and a device for storing energy, in particular recovered energy, in a machine tool, in particular an injection molding machine.
Bei Werkzeugmaschinen ist es bekannt, angetriebene Elemente zyklusweise zu betreiben bzw. je nach Betriebseinstellung zyklusweise zu beschleunigen oder abzubremsen. Beim Beschleunigen wird kinetische Energie in eine Bewegungsachse gesteckt, die beim Abbremsen dann in der Regel verloren geht.In machine tools, it is known to operate driven elements cycle by cycle or accelerate or decelerate cyclically depending on the operating setting. When accelerating kinetic energy is plugged into a movement axis, which is then lost during braking then usually.
Gerade in Zeiten der hohen Energiekosten und der -knappheit, ist es gewünscht, den Energieverbrauch möglichst zu reduzieren. Dies wird insbesondere dadurch versucht, indem man Energie aus einem angetriebenen Element einer Werkzeugmaschine zurückgewinnt und speichert, was an sich in vielen Varianten und Ausgestaltungen bereits bekannt ist und angewandt wird.Especially in times of high energy costs and shortages, it is desirable to reduce energy consumption as much as possible. This is particularly attempted by recovering and storing energy from a driven element of a machine tool, which is already known and used in many variants and embodiments.
Diesbezüglich wird beispielsweise auf die Dokumente
Auch ist es bekannt, Energie von einer mechanischen Achse einer Werkzeugmaschine zurückzugewinnen und in einem zur Verfügung stehenden Zwischenkreis eines Frequenzumrichters oder mehrerer Frequenzumrichter zu speichern.It is also known to recover energy from a mechanical axis of a machine tool and to store it in an available intermediate circuit of a frequency converter or several frequency converters.
Nachteilig ist allerdings die begrenzte Speicherkapazität eines solchen Zwischenkreises oder auch eines Verbundes aus Zwischenkreisen. Aufgrund der begrenzten Speicherkapazität wird oftmals überschüssige Energie durch elektrische Widerstände (sogenannte Brems-Chopper) in Wärmeenergie umgewandelt und geht so verloren.However, a disadvantage is the limited storage capacity of such an intermediate circuit or a composite of intermediate circuits. Due to the limited storage capacity, excess energy is often converted into heat energy by electrical resistors (so-called brake choppers) and is thus lost.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Energie, insbesondere zurück gewonnene Energie, möglichst vollständig zu speichern, um sie für spätere Anwendungen wieder nutzbar machen zu können.The object of the present invention is to store the energy, in particular recovered energy, as completely as possible in order to make it usable again for later applications.
Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die im Anspruch 1 und vorrichtungsmäßig durch die im Anspruch 3 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the method in
Demgemäß besteht ein Gedanke der vorliegenden Erfindung darin, die zurück zu gewinnende kinetische Energie zunächst in elektrische Energie umzuwandeln und in an sich bekannter Weise in einem Zwischenkreis in Form von elektrischer Energie zu speichern. Lediglich für den Fall, dass die zurück gewonnene Energie im Zwischenkreis, den Zwischenkreisen oder dem Verbund aus Zwischenkreisen ein bestimmtes Energieniveau überschreitet, welches dann im Zwischenkreis oder dem Verbund aus Zwischenkreisen nicht mehr gespeichert und aufgenommen werden kann, wird mit der überschießenden Energie ein elektrischer Antrieb betrieben, um diese überschüssige elektrische Energie in eine andere, wieder abrufbare Energieform (z. B. hydraulische Energie oder kinetische Energie) umzuwandeln und dazu in einem geeigneten Energiespeicher zu speichern.Accordingly, it is an idea of the present invention to first convert the kinetic energy to be recovered back into electrical energy and store it in a manner known per se in an intermediate circuit in the form of electrical energy. Only in the event that the recovered energy in the intermediate circuit, the intermediate circuits or the composite of intermediate circuits exceeds a certain energy level, which then can no longer be stored and recorded in the intermediate circuit or the composite of intermediate circuits, with the surplus energy is an electric drive operated to convert this excess electrical energy into another, retrievable form of energy (eg., Hydraulic energy or kinetic energy) and store it in a suitable energy storage.
Beispielsweise kann die durch einen Bremsvorgang zurück gewonnene kinetische Energie durch den Antrieb eines Generators in elektrische Energie (zurück) gewandelt werden, wobei der Generator die elektrische Energie erzeugt, die dann zunächst in einem Zwischenkreis eines Frequenzumrichters einspeist bzw. gespeichert wird.By way of example, the kinetic energy recovered by a braking process can be converted back into electrical energy by the drive of a generator, the generator generating the electrical energy, which is then fed or stored in a DC link of a frequency converter.
Der elektrische Antrieb kann als Motor realisiert sein, der beispielsweise mit einer Pumpe gekoppelt ist, um ein Hydraulikfluid in einen Hydraulikspeicher zu fördern. In diesem Fall kann eine überschüssige, in dem Zwischenkreis nicht mehr speicherbare Energie zum Antrieb des Motors verwendet werden, der über den Betrieb der Hydraulikpumpe das Energieniveau im Druckspeicher erhöht, und damit dem „Energieinhalt” des Druckspeichers gleichsam erhöht. Insofern kann der Druckspeicher dann auch als Energiespeicher bezeichnet werden.The electric drive can be realized as a motor, which is coupled, for example, with a pump in order to convey a hydraulic fluid into a hydraulic accumulator. In this case, an excess, in the intermediate circuit no longer storable energy to drive the motor can be used, which increases the energy level in the pressure accumulator via the operation of the hydraulic pump, and thus the "energy content" of the pressure accumulator as it increases. In this respect, the accumulator can then also be referred to as energy storage.
Die im Druckspeicher gespeicherte Energie kann später in umgekehrter Weise, nämlich durch Antrieb der nunmehr als Hydromotor wirkenden Pumpe und des dann als Generator wirkenden, von der Pumpe angetriebenen Motors wieder zur Einspeisung der Energie in das elektrische Netz oder wider in den Zwischenkreis oder den Verbund aus Zwischenkreisen ausgenutzt werden.The stored energy in the accumulator can later in reverse, namely by driving the now acting as a hydraulic motor pump and then acting as a generator, driven by the pump motor back to feed the energy into the electrical network or back into the DC bus or the composite Intermediate circuits are exploited.
Alternativ kann die Druckenergie in dem Druckspeicher auch in anderer Weise z. B. über eine Kolben-Zylinder-Anordnung wieder verwendet werden.Alternatively, the pressure energy in the pressure accumulator in other ways z. B. be reused via a piston-cylinder arrangement.
In einer anderen Ausführungsform kann der Motor anstelle der Pumpe zur Erhöhung der Energie im Druckspeicher auch ein anderes Element zur Speicherung von Energie antreiben. So kann beispielsweise eine Schwungscheibe angetrieben werden, die die überschüssige Energie aufnimmt. Die Schwungscheibe kann in gleicher Weise dann wieder den Motor, der dann als Generator wirkt, antreiben, um die im Schwungrad gespeicherte Energie in den Zwischenkreis als elektrische Energie zurückzureichen.In another embodiment, instead of the pump for increasing the energy in the pressure accumulator, the motor may also drive another element for storing energy. For example, a flywheel can be driven to absorb the excess energy. The flywheel can in the same way then again drive the motor, which then acts as a generator, in order to return the energy stored in the flywheel to the intermediate circuit as electrical energy.
Auf diese Art und Weise kann bei einer drohenden Kapazitätsausschöpfung der Speicherfähigkeit des Zwischenkreises die Energie anderweitig abgespeichert (zwischengespeichert) werden, so dass die Kapazitätsgrenze des Zwischenspeichers nie erreicht bzw. überschritten wird und damit auch nie Energie unnütz über elektrische Widerstände in thermische Energie umgewandelt werden muss. In this way, the energy stored elsewhere can be stored (cached) at a threatening capacity utilization of the storage capacity of the intermediate circuit, so that the capacity limit of the cache is never reached or exceeded and thus never energy has to be converted uselessly via electrical resistors in thermal energy ,
Die gespeicherte Energie kann azyklisch verwendet werden und aus dem (nicht elektrisch) abgespeicherten Energiespeicher wieder abgerufen werden.The stored energy can be used acyclically and retrieved from the (not electrically) stored energy storage again.
Ein Beispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend auch anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt der Figur eine schematische Schaltbilddarstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform für eine Vorrichtung zur Speicherung der elektrischen Energie bei einer Spritzgießmaschine.An example of the present invention will be explained below with reference to the accompanying drawings. The single drawing shows the figure a schematic diagram of an embodiment according to the invention for a device for storing the electrical energy in an injection molding machine.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist auf die Anwendung bei einer Spritzgießmaschine abgestellt. Allerdings kann die Erfindung auch bei jeder anderen Werkzeugmaschine mit mechanisch angetriebenen Teilen realisiert werden. Bei einer Spritzgießmaschine muss beispielsweise die bewegliche Platte einer Schließeinheit bewegt, insbesondere beschleunigt und abgebremst werden. Für die Bewegung (auch Beschleunigung und Abbremsung) der zumeist eine große Masse aufweisenden, beweglichen Aufspannplatte kann z. B. ein Antriebsmotor verwendet werden, der über ein (nicht dargestelltes) Getriebe die bewegliche Aufspannplatte antreibt, insbesondere nämlich beschleunigt und auch abbremst.In the present embodiment is directed to the application in an injection molding machine. However, the invention can also be realized in any other machine tool with mechanically driven parts. In an injection molding machine, for example, the movable plate of a clamping unit must be moved, in particular accelerated and decelerated. For the movement (acceleration and deceleration) of mostly a large mass having, movable platen can, for. Example, a drive motor can be used, which drives the movable platen via a (not shown) gear, namely namely accelerates and decelerates.
Dieser elektrische Motor ist vorliegend mit dem Bezugszeichen
Der Generator
Mit den beiden Zwischenkreisen
Beim Zurückgewinnen von Energie aufgrund eines Abbremsens der beweglichen Antriebsplatte wird das elektrische Element
Alternativ wird die überschüssige Energie nicht über das Betriebsnetz, sondern über den Zwischenkreisverbund
Damit geht die in den Zwischenkreisen
Es ist aber auch möglich, dass der Druckspeicher
Natürlich lässt sich die vorliegende Erfindung auch in anderer Form als mit einer Motor-Pumpen-Kombination und einem Druckspeicher realisieren.Of course, the present invention can also be implemented in a different form than with a motor-pump combination and a pressure accumulator.
Insgesamt ist mit der vorliegenden Erfindung eine einfache und kostengünstige Möglichkeit angegeben, elektrische Energie zunächst in einem Zwischenspeicher oder einem Zwischenspeicherverbund und dann in einem weiteren Energiespeicher zu speichern, ohne dass überschießende Energie verloren geht.Overall, the present invention provides a simple and cost-effective way of initially storing electrical energy in a buffer store or a buffer store and then in another energy store without losing excess energy.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Rückgewinnende AchseRecovering axis
- 1212
- RückgewinnungsenergieEnergy recovery
- 1414
- Elektrisches Element (hier: insbesondere Generator)Electrical element (here: in particular generator)
- 1616
- Erster FrequenzumrichterFirst frequency converter
- 1818
- Erster StromrichterFirst power converter
- 2020
- Zweiter StromrichterSecond power converter
- 2222
- Erster ZwischenkreisFirst DC link
- 2424
- Betriebsnetzoperating power
- 2626
- Zweiter FrequenzumrichterSecond frequency converter
- 2828
- Dritter StromrichterThird power converter
- 3030
- Vierter StromrichterFourth power converter
- 3232
- Zweiter ZwischenkreisSecond DC link
- 3434
- Fluidtechnisches ElementFluidic element
- 3636
- Elektrischer Verbraucher (Motor/Generator)Electrical consumer (motor / generator)
- 3838
- Wellewave
- 4040
- Pumpepump
- 4242
- Hydraulikbehälter oder TankHydraulic tank or tank
- 4444
- Druckspeicher (Akkumulator)Pressure accumulator (accumulator)
- 4545
- Hydraulische AntriebeHydraulic drives
- 5050
- ZwischenkreisDC
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 19844648 [0004] DE 19844648 [0004]
- WO 2007/071380 [0004] WO 2007/071380 [0004]
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