DE4042185A1 - Einrichtung zur beeinflussung des energetischen verhaltens von antrieben in umformmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen Verhaltens von Antrieben in Umformma­ schinen, die auf den Anlauf- und Bremsvorgang wirkt.

Die Anfahr- und Bremsvorgänge von im aussetzenden Betrieb arbeitenden Umformmaschinen werden bevorzugt mit asynchron schaltbaren Reibungskupplungen und -bremsen realisiert. Dabei entsteht an den Reibflächen des Angleichvorganges in Kupplung und Bremse aufgrund des unelastischen Drehstoßes als physikalisches Wirkprinzip unerwünscht ein irreversib­ ler Energieverlust durch Wärmeentwicklung, begleitet von einem ständigen Verschleißvorgang. Die begrenzte Wärmebe­ lastbarkeit der Reibwerkstoffe einerseits und die ständige Erhöhung ihrer Standzeit bei wesentlich gesteigerten Dauerhub und Schaltzahlen haben u. a. zu erheblichen Material- und Fertigungsaufwendungen beim Hersteller ge­ führt.

Zur Reduzierung der Wärmebelastung und des Verschleißes in Kupplung und Bremse wurde eine Vorrichtung nach dem DD-WP 1 00 063 vorgeschlagen, bei der ein ungesteuerter Arbeits­ zylinder einerseits am Maschinenkörper und andererseits seine Kolbenstange an der Kurbelwelle exzentrisch so ange­ ordnet ist, daß er im oberen Totpunkt ein Beschleunigungs­ moment erzeugen kann. Dieses äußere Moment im oberen Tot­ punkt wirkt gegen das Haltemoment der Bremse, wodurch bei ihrem Versagen der Stößel ungewollt beschleunigt wird. Darüber hinaus verbleibt Energie in Form von Restwärme in der Bremse und der Kupplung, abhängig vom Überlaufwinkel aus gestreckter Lage des Arbeitszylinders.

Je größer der Überlaufwinkel ist, um so geringer ist der Energierückgewinnungsgrad. Schließlich sind zur Realisie­ rung dieser Lösung zusätzliche Material- und Fertigungs­ aufwendungen erforderlich. Nach diesem DD-WP wird weiter der Einsatz eines separaten hydraulischen Servoantriebes, bestehend aus einer als Pumpe und Motor arbeitenden Ver­ drängereinheit, einem steuerbaren Wegeventil und einem Hydrospeicher vorgeschlagen. Die hohe Beschleunigungs­ bzw. Bremsarbeit einerseits und die kurze Beschleunigungs­ bzw. Bremszeit andererseits sowie der zeitvariante Lei­ stungsbedarf mit seinem Maximum erfordern bei der Geräte­ auswahl (Verdrängereinheit, Ventile und Hydrospeicher) beachtliche Baugrößen und große Nennweiten im Rohrlei­ tungssystem. Auch bei diesem Vorschlag sind erhebliche Material- und Fertigungsaufwendungen beim Hersteller und darüber hinaus Aufwendungen für Werkzeug und Instandhal­ tung beim Betreiber erforderlich.

Schließlich sind Servoantriebe mit stoßartigem Zuschalten der Hydrospeicher durch ein Wegeventil außerordentlich schwingungserregend, begleitet durch einen hohen Lärmpe­ gel.

Bei einer anderen bekannten Lösung nach der SU-EB 6 43 683 wird der Einsatz von Federn in einem zwischen Kupplungs­ welle und Sekundärgetriebe angeordneten Planetenradgetrie­ be, das mit dem Reibklotzträger der Bremse gekoppelt ist, vorgeschlagen. Auch dieser Vorschlag ist nur mit hohen Aufwendungen, u. a. für das zusätzliche Planetenradgetrie­ be, realisierbar.

Darüber hinaus bestehen bei dieser Lösung auch arbeits­ schutztechnische Bedenken wegen des gegen die Bremse wir­ kenden Vorspannmomentes im Stillstand. Der Energierückge­ winnungsgrad ist unbefriedigend. Darüber hinaus verur­ sachen Stoßbelastungen im Anlaufvorgang dynamische Momente und Schwingungen, die zu erhöhtem Lärm und Verschleiß führen.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer funktions- und arbeitsschutzsicheren Einrichtung, die den Brems- und den Beschleunigungsprozeß hochgradig reali­ siert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den kennzei­ chnenden Teilen der Patentansprüche beschriebenen Merkmale erreicht.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, durch eine kosten­ günstige sowie geräuscharme Einrichtung das energetische Verhalten von Antrieben zu verbessern.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeich­ nungen zeigen:

Fig. 1 Steuerschema eines energiearmen Kupplungs- und Bremsvorganges mittels Servotechnik

Fig. 2 Steuerschema einer Energiespeicherung mittels pneumatischem Speicher

Der Antrieb, dessen energetisches Verhalten gesteuert werden soll, besteht aus dem Schwungrad 1, der Kupplung 2 und der Bremse 4 mit Betätigungselement 5 und den als Drehmasse 3 dargestellten, zu beschleunigenden und zu bremsenden Teilen des Sekundärgetriebes. Die Exzenter­ bzw. Kurbelwelle 6 ist über die Pleuel 7 in bekannter Weise mit dem Oberwerkzeugträger 8 verbunden. An der Kur­ belwelle 6 oder an einer der Vorgelegewellen des Sekundär­ getriebes ist ein zusätzlicher Kurbeltrieb angeordnet, der aus der Kurbelwelle 9, der Pleuelstange 10 und dem abge­ stuften Druckkolben 11, der im Druckübersetzer 12 lagert, besteht.

Der Druckübersetzer 12 dient als Energiespeicher. An der oberen Fläche des abgestuften Druckkolbens 11 wirkt der durch das Druckminderventil 13 veränderbare Druck, während die untere Fläche hydraulisch beaufschlagbar ist. Der Druckübersetzer 12 ist pendelnd am Maschinenkörper 14 angelenkt. Ein Druckausgleichsbehälter 15 ist im darge­ stellten Ausführungsbeispiel integraler Bestandteil des Druckübersetzers 12, während der Zwischenraum 16 des abge­ stuften Kolbens 11 als druckloser Ölbehälter genutzt wird. Der untere Ölraum 17 kann über ein entsperrbares Rück­ schlagventil 18, welches mittels Wegeventil 19 steuerbar ist, verbunden werden. Schließlich ist die Kurbelwelle 6 durch die Kupplung 20 mit der Kurbelwelle 9 koppelbar. Die Bremse 21 blockt die Kurbelwelle 9 gegenüber dem Maschi­ nengestell ab.

Zur Steuerung der Kupplung 2 und der Bremse 4 sind minde­ stens der Druckregler 22, der Druckmittelspeicher 23 und die Pressensicherheitsventile 24 und 25 erforderlich.

An dem Ausgang des Pressensicherheitsventils 25 ist das lagekontrollierte Wegeventil 26 mit einem Schalldämpfer angeschlossen. Der Druckmittelspeicher 23 steht durch eine Leitung über einen Druckregler 27 und einen Druckmittel­ speicher 28 sowie einem Wegeventil 29 und einem Pressen­ sicherheitsventil 24 mit dem Betätigungselement der Kupp­ lung 2 in Wirkverbindung. Vom zweiten Zugang des Wegeven­ tils 29 aus ist zu dem Druckregler 27 und dem Druckmittel­ speicher 28 zusätzlich eine Leitung parallel angeordnet.

Nach dem Einschalten des Pressensicherheitsventils 25 wird das Betätigungselement 5 der Bremse 4 zügig gelüftet und die Kupplung 2 durch das Pressensicherheitsventil 24 und dem Druckmittelspeicher 28 überschneidungsfrei, wie be­ kannt, in Schließstellung gebracht. In der Kupplung 2 wirkt ein durch den Druckregler 27 deutlich reduziertes Beschleunigungsmoment, das maximal den doppelten Betrag des im Sekundärgetriebe wirkenden Reibmomentes, z. B. in den Lagerungen, annimmt.

Dieses niedrige Beschleunigungsmoment leitet den Anlauf­ vorgang ein. Gleichzeitig erfolgt die Zuschaltung der Kupplung 20 und das Lösen der Bremse 14 sowie die Entsper­ rung des Rückschlagventils 18 durch das Wegeventil 19. Ab­ hängig vom erreichten Kurbelwinkel entsteht mit dem Nie­ dergang des Oberwerkzeugträgers 8 aus dem Bereich des oberen Totpunktes eine Forcierung des Beschleunigungsvor­ ganges durch den abgestuften Druckkolben 11 auf die Pleu­ elstange 10, die die Kurbelwelle 9 und damit die Kurbel­ welle 6 antreibt. Ca. 75 Grad nach dem oberen Totpunkt wird das Rückschlagventil 18 und die Kupplung 20 abge­ schaltet. Gleichzeitig erfolgt durch Zuschalten des Wege­ ventils 29 der Aufbau des Nennmomentes in der Kupplung 2. Nach der Durchführung des Arbeitsverfahrens wird zunächst ca. 90 Grad vor dem oberen Totpunkt die Kupplung 20 erneut zugeschaltet, wodurch eine bremsende Wirkung durch den angekoppelten Druckübersetzer 12 entsteht. zeitversetzt wird die Kupplung 2 vom Sekundärgetriebe getrennt, so daß das Sekundärgetriebe im oberen Totpunkt zum Stillstand kommt. Die Bremse 4 wird erst im Stillstand eingelegt und wirkt nur noch als Haltebremse. Darüber hinaus wird die Kupplung 20 abgeschaltet und die Bremse 21 eingelegt. Schließlich wird das Wegeventil 19 abgeschaltet, so daß der untere Ölraum 17 durch das Rückschlagventil abgesperrt ist.

In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung nach Fig. 2 ist die Kurbelwelle 6 mit der Kurbelwelle 9 durch eine nichtschaltbare Kupplung verbunden. Darüber hinaus ist die Pleuelstange 10 im abgestuften Druckkolben 11 axial ver­ schiebbar und mit einem Anschlag 30 versehen. Ein weiterer Anschlag 31 im unteren Druckraum 17 begrenzt den Hub des abgestuften Druckkolbens 11. Nach dem Einschalten des Pressensicherheitsventils 25 wird das Betätigungselement 5 der Bremse 4 zügig gelüftet und die Kupplung 2 durch das Pressensicherheitsventil 24 und dem Druckmittelspeicher 28 überschneidungsfrei, wie bekannt, in Schließstellung ge­ bracht.

In der Kupplung 2 wirkt ein durch den Druckregler 27 deutlich reduziertes Beschleunigungsmoment, das maximal den doppelten Betrag des im Sekundärgetriebe wirkenden Reibmomentes, z. B. in den Lagerungen, annimmt. Dieses niedrige Beschleunigungsmoment leitet den Anlaufvorgang ein. Gleichzeitig erfolgt die Entsperrung des Rückschlag­ ventils 18 durch das Wegeventil 19. Abhängig vom erreich­ ten Kurbelwinkel entsteht mit dem Niedergang des Oberwerk­ zeugträgers 8 aus dem Bereich des oberen Totpunktes eine Forcierung des Beschleunigungsvorganges durch den abge­ stuften Druckkolben 11 auf die Pleuelstange 10, die die Kurbelwelle 9 und damit die Kurbelwelle 6 antreibt. Ca. 75 Grad nach dem oberen Totpunkt ist der Beschleunigungsvor­ gang abgeschlossen und der Druckkolben 11 hat den Anschlag 31 erreicht, wodurch er zum Stillstand kommt. Die Pleuel­ stange 10 bewegt sich nunmehr axial aus dem Druckkolben 11 und der Anschlag 30 wird frei. Gleichzeitig erfolgt das Zuschalten des Wegeventils 29, wodurch sich das Nennmoment in der Kupplung 2 schnell aufbauen kann. Nach der Durch­ führung des Arbeitsverfahrens erreicht ca. 75 Grad vor dem oberen Totpunkt der Anschlag 30 den Druckkolben 11. Die Kupplung 2 wird abgeschaltet und vom Sekundärgetriebe getrennt. Durch die Wandlung der kinetischen Energie in potentielle Energie erzwingt der Druckkolben 11 den Still­ stand des Sekundärgetriebes.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen Verhal­ tens von Antrieben in Umformmaschinen während des Be­ schleunigungs- und Bremsprozesses, wobei der Antrieb aus Schwungrad, Kupplung und Bremse sowie Sekundärgetriebe besteht und die Bewegungsübertragung auf den Oberwerkzeug­ träger von der Exzenter- bzw. Kurbelwelle aus mittels Pleuel erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß am Kurbeltrieb des Sekundärgetriebes ein zusätzlicher Stößel angeordnet ist, der als abgestufter und steuerbarer Druckkolben (11) ausgebildet ist und als Energiespeicher wirkt.

2. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen Verhal­ tens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbeltrieb zusätzlich an einer der rotierenden Wellen des Sekundärgetriebes angeordnet ist.

3. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen Verhal­ tens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbeltrieb aus der Kurbelwelle (9), der Pleuel­ stange (10) und dem Druckübersetzer (12) gelagerten Druck­ kolben (11) besteht.

4. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen Verhal­ tens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkverbindung zwischen der Pleuelstange (10) und dem Druckkolben (11) starr ausgebildet ist.

5. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen Verhal­ tens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkverbindung zwischen der Pleuelstange (10) und dem Druckkolben (11) längenveränderbar ausgebildet ist.

6. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen Verhal­ tens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Druckausgleichsbehälter (15) durch ein Druckminderventil (13) einstellbar ist.