DE4042188A1

DE4042188A1 - Controlling energy characteristics of power press - by pneumatic cylinders on each side of RAM to balance effects of RAM mass

Info

Publication number: DE4042188A1
Application number: DE4042188A
Authority: DE
Inventors: Wieland Dr Ing Petter; Manfred Kaatze; Roland Letsch; Siegfried Klavehn; Rolf Zeidler; Manfred Schneider
Original assignee: Umformtechnik Erfurt GmbH
Current assignee: Mueller Weingarten AG
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1990-12-29
Publication date: 1991-07-04
Also published as: FR2656569A1; FR2656569B1; JPH04289000A; DD291295A5

Abstract

In a conventional power press drive energy is normally lost in the form of heat emitted by the clutch and brake during the press working cycle. Here two pneumatic balancing cylinders (23) are fastened to the press frame on each side of the press ram (8). The piston rod (27) passes through the bore of a bracket (25) extending from the ram and has a cushioned ram abutment collar (26, 29) at its end. - At the start of the press cycle, the ram accelerates from top dead centre until the abutment collar is contacted, when it moves against the pressure of air in the lower chamber of the balancing Cylinders. Finally, full forming torque is applied by clutch (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben in Umformmaschinen, die einerseits auf den Anlauf- und Bremsvorgang und andererseits auf die kurbelwinkelabhän gigen Massenkräfte, insbesondere bei Gelenkpressen zur Blech- und Massivumformung, wirkt.The invention relates to a device for influencing the energetic and dynamic behavior of drives in metal forming machines, which on the one hand relate to the start-up and Braking and on the other hand on the crank angle mass forces, especially in articulated presses Sheet metal and solid forming, works.

Die Anfahr- und Bremsvorgänge von im aussetzenden Betrieb arbeitenden Umformmaschinen werden bevorzugt mit asyn chron schaltbaren Reibungskupplungen und -bremsen reali siert. Dabei entsteht an den Reibflächen des Angleichvor ganges in Kupplung und Bremse aufgrund des unelastischen Drehstoßes als physikalisches Wirkprinzip unerwünscht ein irreversibler Energieverlust durch Wärmeentwicklung, begleitet von einem ständigen Verschleißvorgang. Die be grenzte Wärmebelastbarkeit 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 geführt.The start-up and braking processes of intermittent operation working forming machines are preferred with asyn chron switchable friction clutches and brakes reali siert. This creates on the friction surfaces of the alignment ganges in clutch and brake due to the inelastic Rotation shock undesirable as a physical principle of action an irreversible loss of energy due to heat development, accompanied by a constant wear process. The be limited heat resistance of the friction materials on the one hand and the constant increase in their service life at substantially increased continuous stroke and switching numbers have u. a. to considerable material and manufacturing expenses for Manufacturer led.

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 Arbeitszylinder einerseits am Maschinenkörper und ande rerseits seine Kolbenstange an der Kurbelwelle exzen trisch so angeordnet ist, daß er im oberen Totpunkt ein Beschleunigungsmoment erzeugen kann. Dieses äußere Mo ment im oberen Totpunkt 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, ab hängig vom Überlaufwinkel aus gestreckter Lage des Ar beitszylinders. To reduce the thermal load and wear in clutch and brake, a device according to the DD-WP 1 00 063 proposed where an uncontrolled Working cylinders on the one hand on the machine body and others on the other hand, exzen his piston rod on the crankshaft is arranged so that it is at top dead center Can generate acceleration torque. This outer mo ment in top dead center acts against the holding torque of the Brake, causing the plunger to accidentally fail is accelerated. In addition, energy remains in Form of residual heat in the brake and clutch depending on the overflow angle from the extended position of the Ar working cylinder.

Je größer der Überlaufwinkel ist, um so geringer ist der Energierückgewinnungsgrad. Schließlich sind zur Reali sierung dieser Lösung zusätzliche Material- und Ferti gungsaufwendungen erforderlich. Nach diesem DD-WP wird weiter der Einsatz eines separaten hydraulischen Servoan triebes, bestehend aus einer als Pumpe und Motor arbei tenden Verdrängereinheit, einem steuerbaren Wegeventil und einem Hydrospeicher vorgeschlagen. Die hohe Be schleunigungs- bzw. Bremsarbeit einerseits und die kurze Beschleunigungs- bzw. Bremszeit andererseits sowie der zeitvariante Leistungsbedarf mit seinem Maximum erfordern bei der Geräteauswahl (Verdrängereinheit, Ventile und Hydrospeicher) beachtliche Baugrößen und große Nennweiten im Rohrleitungssystem. Auch bei diesem Vorschlag sind er hebliche Material- und Fertigungsaufwendungen beim Her steller und darüber hinaus Aufwendungen für Werkzeug und Instandhaltung beim Betreiber erforderlich.The larger the overflow angle, the smaller the Degree of energy recovery. Finally, to reali This solution additional material and manufac expenses required. After this DD-WP will further the use of a separate hydraulic servo drive, consisting of one working as a pump and motor tendency displacement unit, a controllable directional valve and proposed a hydraulic accumulator. The high Be acceleration or braking work on the one hand and the short Acceleration or braking time on the other hand and the require time-variant power requirements with its maximum when selecting the device (displacement unit, valves and Hydraulic accumulator) considerable sizes and large nominal widths in the piping system. He is also on this proposal considerable material and manufacturing expenses at the manufacturer and additional expenses for tools and Maintenance required by the operator.

Schließlich sind Servoantriebe mit stoßartigem Zuschalten der Hydrospeicher durch ein Wegeventil außerordentlich schwingungserregend, begleitet durch einen hohen Lärmpegel.After all, servo drives are with sudden switching the hydraulic accumulator is extraordinary thanks to a directional valve vibrating, accompanied by a high noise level.

Bei einer anderen bekannten Lösung nach der SU-EB 6 43 683 wird der Einsatz von Federn in einem zwischen Kupplungswelle und Sekundärgetriebe angeordneten Pla netenradgetriebe, das mit dem Reibklotzträger der Bremse gekoppelt ist, vorgeschlagen. Auch dieser Vor schlag ist nur mit hohen Aufwendungen, u. a. für das zusätzliche Planetenradgetriebe, realisierbar.In another known solution according to the SU-EB 6 43 683 is the use of springs in between Coupling shaft and secondary gear arranged Pla netenradantrieb that with the friction block carrier the Brake is coupled, proposed. This before too blow is only with high expenses, u. a. for the additional planetary gear, feasible.

Darüber hinaus bestehen bei dieser Lösung auch arbeits schutztechnische Bedenken wegen des gegen die Bremse wirkenden Vorspannmomentes im Stillstand. Der Energie rückgewinnungsgrad ist unbefriedigend. Darüber hinaus verursachen Stoßbelastungen im Anlaufvorgang dynamische Momente und Schwingungen, die zu erhöhtem Lärm und Ver schleiß führen. There is also work with this solution protection concerns because of against the brake acting preload torque at standstill. The energy recovery rate is unsatisfactory. Furthermore cause dynamic shock loads during start-up Moments and vibrations that lead to increased noise and ver wear.

Bei Umformmaschinen und besonders bei Hebel- bzw. Gelenk pressen können die Leerlaufhubzahlen nur begrenzt erhöht werden, weil die dynamischen Kräfte und Momente im An triebssystem zu gewaltigen Stößen und Rückbewegungen un terschiedlicher Beträge führen, die zerstörerisch wirken und sich als unruhiger Lauf und erhöhter Lärm äußern. Hauptverursacher ist der ausbalancierte Oberwerkzeugträger, dessen Massewirkung sich insbesondere im oberen Kurbel winkelbereich durch die Kinematik des Gelenksystems mit steigender Hubzahl deutlich darstellt.For forming machines and especially for lever or joint presses can only increase the number of idle strokes to a limited extent because the dynamic forces and moments in the An drive system to huge shocks and back movements different amounts that have a destructive effect and express themselves as restless running and increased noise. The main cause is the balanced upper tool carrier, whose mass effect is particularly in the upper crank angular range due to the kinematics of the joint system increases the number of strokes clearly.

Es ist eine Lösung nach dem DD-WP 1 47 927 bekannt, bei der durch Einsatz von Blenden zwischen Ausbalancierungszylinder und Druckmittelspeicher der Druck unterhalb der Ausbalan cierungskolben beim Hochgang des Stößels teilweise re duziert wurde, wodurch eine Minderung der dynamischen Be lastungen eingetreten ist. Die Wirkung ist jedoch begrenzt, weil ein Mindestquerschnitt der Blende nicht unterschritten werden kann. Darüber hinaus entsteht an der Blende eine erhebliche Wärmeentwicklung durch Energievernichtung.A solution according to DD-WP 1 47 927 is known in which by using panels between the balancing cylinders and pressure medium storage the pressure below the balancing Part of the plunger when the tappet is ramping up was reduced, thereby reducing the dynamic loading burden has occurred. However, the effect is limited because the aperture has not fallen below a minimum cross-section can be. In addition, there is a on the aperture considerable heat development through energy destruction.

Bei einer anderen bekannten Lösung nach dem DD-WP 2 56 288 wird eine zusätzliche hydraulische Einrichtung vorgeschlagen, die durch Erzeugung eines variablen Gegenmomentes eine Kompensation der hydraulichen Massekräfte in den spiel umschlaggefährdeten Drehwinkelphasen bewirken soll. Zur Realisierung dieser Einrichtung sind zusätzlich hydrau lische Geräte mit großen Nennweiten und Baugrößen sowie ein hervorragendes Zeitverhalten der Ventile aufgrund der extrem hohen Momentenänderungsgeschwindigkeit erforderlich. Darüber hinaus entstehen während der Kompensationsphase erhebliche irreversible Energieverluste, die sich durch die Leerlaufverluste noch erhöhen.In another known solution according to DD-WP 2 56 288 an additional hydraulic device is proposed, which by generating a variable counter moment Compensation of the hydraulic inertial forces in the game turnover-prone rotation angle phases. To Realization of this facility are additionally hydrau devices with large nominal sizes and sizes as well an excellent timing behavior of the valves due to the extremely high rate of torque change required. In addition, arise during the compensation phase significant irreversible energy losses caused by increase the idle losses.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer funktions- und arbeitsschutzsicheren Einrichtung, die einerseits den Brems- und den Beschleunigungsprozeß hochgradig realisiert und andererseits die Wirkung der Massenkräfte des Oberwerkzeugträgers deutlich verringert. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche beschriebenen Merkmale erreicht.The object of the invention is to create a Functional and occupational safety-proof facility that on the one hand the braking and acceleration process highly realized and on the other hand the effect of Mass forces of the upper tool carrier significantly reduced. According to the invention, the task is performed in the characterizing parts of the claims described Characteristics achieved.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, durch eine kosten günstige sowie geräuscharme Einrichtung das energetische und dynamische Verhalten von Antrieben zu verbessern.The advantage of the invention lies in a cost inexpensive and low-noise device the energetic and improve dynamic behavior of drives.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungs beispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeich nung zeigtThe invention is based on an embodiment example are explained in more detail. The associated drawing shows

Fig. 1 Prinzipdarstellung der Einrichtung. Fig. 1 schematic representation of the device.

Der Antrieb, dessen energetisches und dynamisches Ver halten beeinflußt werden soll, besteht aus dem Schwung rad 1, der Kupplung 2 und der Bremse 4 mit Betätigungs element 5.The drive, the energetic and dynamic Ver hold to be influenced, consists of the flywheel 1 , the clutch 2 and the brake 4 with the actuating element 5th

Die zu beschleunigenden und zu bremsenden Teile des Se kundärgetriebes sind als Drehmasse 3 dargestellt. Die Exzenter- bzw. Kurbelwelle 6 ist über das Pleuel 7 in bekannter Weise mit dem Oberwerkzeugträger 8 und dem daran angeordneten Oberwerkzeug 28 verbunden. Beider seits des Oberwerkzeugträgers 8 sind die Ausbalancie rungszylinder 23 angeordnet, die zusätzlich mit dem Pressengestell verbunden sind. Die jeweilige Kolben stange 27 des Kolbens 22 ist am aus dem Ausbalancie rungszylinder 23 herausragenden Ende mit einem Anschlag 29 und einer Anschlagdämpfung 26 versehen. Dieser An schlag 29 steht mit einem am Oberwerkzeugträger 8 be festigten Anschlag 25 in Wirkverbindung. The parts of the secondary gear to be accelerated and braked are shown as rotating mass 3 . The eccentric or crankshaft 6 is connected via the connecting rod 7 in a known manner to the upper tool carrier 8 and the upper tool 28 arranged thereon. Both sides of the upper tool carrier 8 , the balancing cylinder 23 are arranged, which are additionally connected to the press frame. The respective piston rod 27 of the piston 22 is provided at the end of the balancing cylinder 23 projecting end with a stop 29 and a stop damper 26 . This An impact 29 is operatively connected with a be on the upper tool carrier 8 strengthened stop 25th

Die oberen Druckmittelräume 31 der Ausbalancierungszy linder 23 sind über Leitungen mit dem Pressensicher heitsventil verbunden, von dem ein Ventilausgang mit einem Schalldämpfer 30 und der andere über ein Absperr organ 18, das vorzugsweise als Rückschlagventil ausge bildet ist, und einen Druckregler 19 mit der Druckmit telquelle 11 in Wirkverbindung steht. Diese Druckmittel quelle 11 ist ebenfalls über einen Druckregler 21 und einem Druckmittelspeicher 24 mit dem unteren Druckmittel raum des Ausbalancierungszylinders 23 verbunden. Des weiteren speist die Druckmittelquelle 11 über einen Druckregler 12 und einen Druckmittelspeicher 13 zum einen über das Pressensicherheitsventil 16 das Betä tigungselement 5 der Bremse 4. An dem Ausgang des Pressensicherheitsventils 16 ist das lageüberwachte Wegeventil 17 und ein Schalldämpfer angeschlossen. Zum anderen steht die vorgenannte Leitung über einen Druck regler 14 und einen Druckmittelspeicher 15 sowie ein Wegeventil 10 und ein Pressensicherheitsventil 9 mit dem Betätigungselement der Kupplung 2 in Verbindung. Vom zweiten Zugang des Wegeventils 10 aus ist zu dem Druckregler 14 und dem Druckmittelspeicher 15 zusätz lich eine Leitung parallel angeordnet.The upper pressure medium chambers 31 of the Ausbalancierungszy cylinder 23 are connected via lines to the press safety valve, of which one valve outlet with a silencer 30 and the other via a shut-off organ 18 , which is preferably formed as a check valve, and a pressure regulator 19 with the Druckmit telquelle 11 is in operative connection. This pressure medium source 11 is also connected via a pressure regulator 21 and a pressure medium reservoir 24 to the lower pressure medium space of the balancing cylinder 23 . Furthermore, the pressure medium source 11 feeds via a pressure regulator 12 and a pressure medium reservoir 13, on the one hand, via the press safety valve 16, the actuating element 5 of the brake 4 . The position-monitored directional valve 17 and a silencer are connected to the outlet of the press safety valve 16 . On the other hand, the aforementioned line is connected to the actuating element of the clutch 2 via a pressure regulator 14 and a pressure medium accumulator 15 as well as a directional valve 10 and a press safety valve 9 . From the second access of the directional control valve 10, a line is additionally arranged in parallel with the pressure regulator 14 and the pressure medium reservoir 15 .

Nach dem Einschalten des Pressensicherheitsventils 16 wird das Betätigungselement 5 der Bremse zügig ge lüftet und die Kupplung 2 durch das Pressensicherheits ventil 9 und den Druckmittelspeicher 15 überschnei dungsfrei in bekannter Weise in Schließstellung ge bracht. In der Kupplung 2 wirkt ein durch den Druck regler 14 deutlich reduziertes Beschleunigungsmoment, welches maximal den doppelten Betrag des im Sekundär getriebe wirkenden Reibmomentes, z. B. in den Lage rungen, annimmt. After switching on the press safety valve 16 , the actuating element 5 of the brake is quickly released and the clutch 2 is brought into the closed position by the press safety valve 9 and the pressure medium accumulator 15 without overlap in a known manner. In the clutch 2 acts by the pressure regulator 14 significantly reduced acceleration torque, which is a maximum of twice the amount of the friction torque acting in the secondary gear, z. B. in the position, assumes.

Dieses niedrige Beschleunigungsmoment leitet den An laufvorgang ein. Abhängig vom erreichten Kurbelwinkel entsteht durch den Niedergang des Oberwerkzeugträgers 8 und des Oberwerkzeuges 28 aus dem Bereich des oberen Totpunktes eine unterstützende Wirkung des Beschleuni gungsvorganges über den Pleuel 7 auf die Exzenter- bzw. Kurbelwelle 6 und die rotierenden Drehmassen des Sekun därgetriebes. Der Kolben 22 und die Kolbenstange 27 sind mittels der Druckregler 19 und 21 sowie des Pres sensicherheitsventils 20 so eingestellt, daß bei Syn chronlauf in der Kupplung 2 der Anschlag 25 am Oberwerk zeugträger 8 die Anschlagdämpfung 26 des Anschlages 29 erreicht. Durch Zuschalten des Wegeventils 10 wird zügig das erforderliche Drehmoment der Kupplung 2 zur Reali sierung des Umformverfahrens erzeugt.This low acceleration torque initiates the start-up process. Depending on the crank angle reached by the decline of the upper tool carrier 8 and the upper tool 28 from the area of the top dead center, a supporting effect of the acceleration process via the connecting rod 7 on the eccentric or crankshaft 6 and the rotating masses of the secondary gearbox. The piston 22 and the piston rod 27 are adjusted by means of the pressure regulators 19 and 21 and the pres safety valve 20 so that when synchronizing in the clutch 2 the stop 25 on the upper tool carrier 8 reaches the stop damping 26 of the stop 29 . By switching on the directional valve 10 , the required torque of the clutch 2 for realizing the forming process is quickly generated.

Im Hochgang des Oberwerkzeugträgers 8 bleibt bei Gleich gewicht der Kräfte der Kolben 22 mit Kolbenstange 27 automatisch stehen. Zeitlich versetzt wird die Kupplung 2 vom Sekundärgetriebe durch das Abschalten des Pressen sicherheitsventils 9 getrennt, so daß die Drehmassen 3 des Sekundärgetriebes durch die bremsende Wirkung des Oberwerkzeugträgers 8 und des Oberwerkzeuges 28 im oberen Totpunkt zum Stillstand kommen. Im oberen Totpunkt wird die Bremse 4 durch das Abschalten des Pressensicherheits ventils 16 als Haltebremse wirksam.In the upward motion of the upper tool carrier 8 , the forces of the pistons 22 with the piston rod 27 automatically stop at the same weight. Staggered in time, the clutch 2 is separated from the secondary gear by switching off the press safety valve 9 , so that the rotating masses 3 of the secondary gear come to a standstill at the top dead center due to the braking action of the upper tool carrier 8 and the upper tool 28 . At top dead center, the brake 4 is effective as a holding brake by switching off the press safety valve 16 .

Das Pressensicherheitsventil 20, als Wegeventil ausge bildet, wird abgeschaltet, wenn der obere Bereich der Stillstandskontrolle nicht erreicht, überschritten oder der Notstopp eingeleitet wird.The press safety valve 20 , formed as a directional control valve, is switched off if the upper area of the standstill control is not reached, exceeded or the emergency stop is initiated.

Claims

1. Device for influencing the energetic and dynamic behavior of drives in forming machines during the acceleration and braking process, the drive consisting of flywheel, clutch and brake as well as secondary gear and the transmission of motion to the upper tool carrier from the eccentric or crankshaft by means of a connecting rod or Articulated mechanism takes place and to compensate for the mass of the upper tool carrier and upper tool in the lower pressure medium space a plurality of piston-cylinder units which can be acted upon by compressed air are arranged on both sides of the upper tool carrier and are additionally connected to the press frame, characterized in that the balancing effect for the mass balance of the upper tool carrier ( 8 ) and the upper tool ( 28 ) in the upper crank angle range is lifted and the upper pressure medium spaces ( 31 ) of the balancing cylinder ( 23 ) on the one hand via at least one press safety valve ( 20 ), an Abspe Rrorgan ( 18 ) and a pressure regulator ( 19 ) can be pressurized with compressed air and on the other hand via the press safety valve ( 20 ) and a silencer ( 30 ) and the respective piston rod ( 27 ) at the end protruding from the balancing cylinder ( 23 ) has a stop ( 29 ) and is operatively connected to a stop ( 25 ) attached to the upper tool carrier ( 8 ) via a stop damper ( 26 ).

2. Device for influencing the energetic and dynamic behavior of drives according to claim 1, characterized in that a programmable pressure control device can be used as a pressure regulator ( 19 ).

3. Device for influencing the energetic and dynamic behavior of drives according to claim 1, characterized in that both the stop ( 29 ) and the stop ( 25 ) is adjustable and programmable.

4. Device for influencing the energetic and dynamic behavior of drives according to claim 1, characterized in that the stops ( 25 ) and ( 29 ) adjust smoothly and smoothly.

5. A device for influencing the energetic and dynamic behavior of drives according to claim 1, characterized in that a check valve is preferably used as a shut-off device ( 18 ).

6. Device for influencing the energetic and dynamic behavior of drives according to claim 1, characterized in that for the high-level recovery of the nominal speed of the clutch shaft during the acceleration process and to minimize the remaining wear in the clutch before the start of the braking process of the secondary transmission, the clutch ( 2 ) can only be switched off after the stop ( 29 ) has come to a standstill.

7. Device for influencing the energetic and dynamic behavior of drives according to claim 1, characterized in that the standstill point of the piston rod ( 27 ) tool is specifically adjustable and the friction and the variability of the number of strokes, the upper tool mass, the plunger adjustment and the process-related speed drop considered.