DE4042189C2

DE4042189C2 - Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben in Umformmaschinen

Info

Publication number: DE4042189C2
Application number: DE19904042189
Authority: DE
Inventors: Wieland Petter; Gregor Geist; Rolf Zeidler; Manfred Schneider; Guenter Aderhold
Original assignee: Umformtechnik Erfurt GmbH
Current assignee: Mueller Weingarten AG
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1990-12-29
Publication date: 1999-10-21
Anticipated expiration: 2010-12-30
Also published as: JPH04270099A; FR2656567A1; DE4042189A1; FR2656567B1; DD291293A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben in Umformmaschinen, die einerseits auf den Anlauf- und Bremsvorgang und ande rerseits auf die kurbelwinkelabhängigen Massenkräfte an Pressen zur Blech- und Massivumformung, wirkt.

Die Anfahr- und Bremsvorgänge von im aussetzenden Betrieb arbeitenden Umformmaschinen werden bevorzugt mit asynchron schaltbaren Reibungskupplungen und -bremsen realisiert. Da bei 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 Dauer hub und Schaltzahlen haben u. a. zu erheblichen Material- und Fertigungsaufwendungen beim Hersteller geführt. Zur Reduzierung der Wärmebelastung und des Verschleißes in Kupplung und Bremse wurde eine Vorrichtung nach dem DD 100 063 vorgeschlagen, bei der ein ungesteuerter Ar beitszylinder einerseits am Maschinenkörper und anderer seits seine Kolbenstange an der Kurbelwelle exzentrisch so angeordnet ist, daß er im oberen Totpunkt ein Beschleuni gungsmoment erzeugen kann. Dieses äußere Moment 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, 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 Fertigungsauf wendungen erforderlich. Nach diesem DD-WP wird weiter der Einsatz eines separaten hydraulischen Servoantriebes, be stehend aus einer als Pumpe und Motor arbeitenden Ver drängereinheit, einem steuerbaren Wegeventil und einem Hy drospeicher vorgeschlagen. Die hohe Beschleunigungs- bzw. Bremsarbeit einerseits und die kurze Beschleunigungs- bzw. Bremszeit andererseits sowie der zeitvariante Leistungsbe darf mit seinem Maxium erfordern bei der Geräteauswahl (Verdrängereinheit, Ventile und Hydrospeicher) beachtliche Baugrößen und große Nennweiten im Rohrleitungssystem. Auch bei diesem Vorschlag sind erhebliche Material- und Ferti gungsaufwendungen beim Hersteller und darüber hinaus Auf wendungen für Werkzeug und Instandhaltung beim Betreiber erforderlich.

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

Bei einer anderen bekannten Lösung nach der SU 643 683 wird der Einsatz von Federn in einem zwischen Kupplungswel le und Sekundärgetriebe angeordneten Planetenradgetriebe, das mit dem Reibklotzträger der Bremse gekoppelt ist, vor geschlagen. Auch dieser Vorschlag ist nur mit hohen Aufwen dungen, u. a. für das zusätzliche Planetenradgetriebe, rea lisierbar.

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 verursachen Stoßbelastungen im Anlaufvorgang dynamische Momente und Schwingungen, die zu erhöhtem Lärm und Verschleiß führen.

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 unter schiedlicher Beträge führen, die zerstörerisch wirken und sich als unruhiger Lauf und erhöhter Lärm äußern.

Haupverursacher ist der ausbalancierte Oberwerkzeugträger, dessen Massenwirkung sich insbesondere im oberen Kurbelwin kelbereich durch die Kinematik des Gelenksystems mit stei gender Hubzahl deutlich dargestellt.

Es ist eine Lösung nach dem DD 147 927 bekannt, bei der durch Einsatz von Blenden zwischen Ausbalancierungszylinder und Druckmittelspeicher der Druck unterhalb der Ausbalan cierungskolben beim Hochgang des Stößels teilweise redu ziert wurde, wodurch eine Minderung der dynamischen Bela stungen eingetreten ist. Die Wirkung ist jedoch begrenzt, weil ein Mindestquerschnitt der Blende nicht unterschritten werden kann. Darüber hinaus entsteht an der Blende eine er hebliche Wärmeentwicklung durch Energievernichtung.

Bei einer anderen bekannten Lösung nach dem DD 256 288 wird eine zusätzliche hydraulische Einrichtung vorgeschla gen, die durch Erzeugung eines variablen Gegenmomentes eine Kompensation der hydraulischen Massekräfte in den spielum schlaggefährdeten Drehwinkelphasen bewirken soll. Zur Rea lisierung dieser Einrichtung sind zusätzlich hydraulische Geräte mit großen Nennweiten und Baugrößen sowie ein her vorragendes Zeitverhalten der Ventile aufgrund der extrem hohen Momentenänderungsgeschwindigkeit erforderlich. Darüber hinaus entstehen während der Kompensationsphase er hebliche irreversible Energieverluste, die sich durch die Leerlaufverluste noch erhöhen.

Bei Arbeitsverfahren, die das Tischkissen erfordern, ent stehen insbesondere in der Betriebsart "Gesteuertes Kissen" irreversible Energieverluste als Wärme im Hydraulik- und/oder Pneumatiksystem. Der Einsatz aufwendiger Kühlein richtungen verteuert die Anlage und erhöht den Wartungsauf wand. Darüber hinaus verschlechtert sich der Wirkungsgrad des Erzeugnisses.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer funktions- und arbeitsschutzsicheren Steuerung, die einer seits den Brems- und den Beschleunigungsprozeß hochgradig realisiert und andererseits die Wirkung der Massenkräfte des Oberwerkzeugträgers deutlich verringert sowie bei Ein satz eines Tischziehkissens dessen Energie dem Sekundärge triebe zuführt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Pa tentanspruches 1 gelöst. Detaillierte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 21 beschrieben. Der Vorteil der Lösung besteht darin, durch eine kostengün stige sowie geräuscharme Steuerung das energetische und dy namische Verhalten von Antrieben zu verbessern. Der Grundgedanke der Lösung besteht in der Umwandlung der kinetischen Bremsenergie in potentielle Energie bis zum Stillstand des Sekundärgetriebes. Diese potentielle Energie unterstützt den Beschleunigungsprozeß, indem sie sich in kinetische Energie wandelt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei spieles sowie Ausführungsvarianten näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Prinzipdarstellung der Vorrichtung für Kupplung/ Bremse und Ziehkissen mit translatorischen Fluidantrieben

Fig. 2: Prinzipdarstellung der Vorrichtung für Kupplung/ Bremse mit translatorischem Fluidantrieb

Fig. 3 bis 14: Anordnungsvarianten der translatorischen Fluid antriebe

Der Antrieb, dessen energetisches und dynamisches Verhalten beeinflußt werden soll, besteht gemäß Fig. 1 aus dem Schwungrad 1, der Kupplung 2 und der Bremse 4 mit Betäti gungselement 5 und den als Drehmasse 3 dargestellten, zu beschleunigenden und zu bremsenden Teilen des Sekundärge triebes. Die Exzenter- oder Kurbelwellen 6a; 6b sind über die Pleuel 7a; 7b in bekannter Weise mit dem Oberwerkzeug träger 8 und den daran angeordneten Oberwerkzeug verbunden. Beiderseits des Oberwerkzeugträgers 8 sind die Ausbalancie rungszylinder angeordnet.

Zwischen den Pleuel 7a; 7b ist gemäß Fig. 5 ein Arbeitszy linder 18 angeordnet. Zum Beschleunigen des Oberwerkzeug trägers 8 ist der rechte Raum 33 des Arbeitszylinders 18 über der Schaltstellung "c" eines Wegeventils 19 mit dem Druckmittelbehälter 30 und der linke Raum 34 des Arbeitszy linders 18 mit dem Druckübersetzer 28 verbunden. Das Wege ventil 19 nimmt zum Bremsen die Schaltung "a" ein, wodurch der Raum 33 mit dem Druckübersetzer 28 und der Raum 34 mit dem Druckmittelbehälter 30 wirkverbunden ist.

Die druckreduzierte Seite des Druckübersetzers 28 steht einmal mit dem Druckmittelbehälter 26 und zum anderen mit dem Druckmittelbehälter 30 in Wirkverbindung, wobei über diese Verbindung und das zwischengeschaltete Druckminder ventil 27 die Druckmittelquelle angeschlossen ist.

Das Ziehkissen besteht bekannterweise aus dem Ziehkissenzy linder 25 und dem Ziehkissenkolben 24 mit der Auswerfer platte 23. Diesem sind die Druckbolzen 22 und der Ziehring 21 des Unterwerkzeuges zugeordnet. Der Druckmittelraum des Ziehkissenzylinders 25 ist über ein Rückschlagventil 20 mit der druckerhöhten Wirkseite des Druckübersetzers 28 verbun den.

Von der Leitung zwischen dem Druckübersetzer 28 und dem Rückschlagventil 20 geht über das Wegeventil 29 eine Ver bindung zum Druckmittelbehälter 30 ab, an die gleichzeitig die Energieerzeugungsanlage 35 angeschlossen ist. Die Steuerung der Kupplung 2 und der Bremse 4 erfolgt von einer Druckmittelquelle 11 aus über das Druckminderventil 12 und den Druckmittelspeicher 13. Daran ist das Betätigungsele ment 5 der Bremse 4 über das Pressensicherheitsventil 16 angeschlossen. Am zweiten Ausgang des Pressensicherheits ventiles 16 ist ein stellungsüberwachtes Wegeventil 17 mit Schalldämpfer angeordnet. Die weitere Steuerung der Kupp lung 2 erfolgt auf ein Wegeventil 10. Eine Ansteuerung da von erfolgt direkt auf das Wegeventil 10, während die zwei te Ansteuerung dazu parallel geschaltet ist und mit einer dazwischen angeordneten Drossel und einem Druckmittelspei cher 15 versehen ist. Zwischen dem Wegeventil 10 und dem Betätigungselement 5 der Kupplung 2 ist weiterhin ein Pres sensicherheitsventil 9 angeordnet, an dessen einem Ausgang ein Schalldämpfer angeschlossen ist.

Mit dem Einschalten des Pressensicherheitsventil 16 wird das Betätigungselement 5 der Bremse 4 zügig gelüftet und das Wegeventil 19 in Schaltstellung "c" gebracht. Dadurch wird der rechte Raum 33 des Arbeitszylinders 18 mit dem mit Luftdruck beaufschlagten Druckausgleichsbehälter 30 verbun den. Der Druckübersetzer 28 fördert das mit Hochdruck ge speicherte Drucköl über das Wegeventil 19 in den linken Raum 34 des Arbeitszylinders 18 und beschleunigt das Sekun därgetriebe, bestehend aus den Drehmassen 3, Exzenter- bzw. Kurbelwellen 6a; 6b, Pleuel 7a; 7b und Oberwerkzeugträger 8. Nachdem der Druckübersetzer 28 seinen Anschlag erreicht hat, erfolgt die Zuschaltung der Kupplung 2 über das Pres sensicherheitsventil 9.

Durch Umschalten des Wegeventils 10 entsteht ein schneller Druckaufbau in der Kupplung 2 zur Sicherung des Drehmomen tes. Anschließend erfolgt die Realisierung des Umformver fahrens. Dabei verdrängt der Oberwerkzeugträger 8 mit sei nem Oberwerkzeug über den Ziehring 21 des Unterwerkzeuges, die Druckbolzen 22 und die Auswerferplatte 23 durch den Ziehkissenkolben 24 das Drucköl aus dem Ziehkissenzylinder 25 über das Wegeventil 19 in unveränderten Schaltstellung in den Arbeitszylinder 18, wodurch der Antrieb beim Umform vorgang unterstützt wird.

Beim Hochgang des Oberwerkzeugträgers 8 findet ein Ver schieben des Kolbens im Arbeitszylinder 18 nach links mit entsprechenden Ölfluß statt.

Im Kurbelwinkelbereich von ca. 260 bis 310 wird das Wege ventil in die Stellung "c" geschaltet, wodurch der Raum 33 mit dem Druckübersetzer 28 verbunden ist. Der Zeitpunkt der Zuschaltung des Energiespeichers 35 wird vorteilhafterweise so gewählt, daß einerseits der Bremsprozeß im oberen Tot punkt beendet ist und andererseits die potentielle Energie im Druckübersetzer ausreicht, die Nenndrehzahl der Kupp lungswelle im Beschleunigungsprozeß wieder zu erreichen.

Die zurückzugewinnende Antriebsenergie bewegt den Kolben des Arbeitszylinders 18 nach rechts und das aus dem Raum 33 verdrängte Drucköl wird im Druckübersetzer 28 gespeichert. Im oberen Totpunkt ist der Bremsprozeß beendet und über das Pressensicherheitsventil 16 wird das Betätigungselement 5 der Bremse 4 beaufschlagt. Somit wirkt die Bremse 4 nur als Haltebremse.

In der Fig. 2 ist das Ausführungsbeispiel ohne ein Ziehkis sen dargestellt. Der Aufbau und die Wirkungsweise erfolgt analog Fig. 1. Es ist möglich, bei Bedarf eine zusätzliche Energieerzeugungsanlage 35, zwischen Druckübersetzer 28 und Druckmittelbehälter 30 angeordnet, zur Erzielung der erfor derlichen Antriebsdrehzahl und zur Annullierung des restli chen Verschleißes der Kupplung 2 einzusetzen.

Für die Anordnung des Arbeitszylinders 18 ergeben sich un ter Beibehaltung des übrigen Aufbaus und gleicher Wirkungs weise nach vorgenanntem Ausführungsbeispieles weitere Vari anten. Demzufolge sind die Arbeitszylinder 18 weiterhin wie folgt angeordnet:

- einerseits am Maschinengestell 31 und andererseits am Pleuel 7a und 7b, dargestellt in Fig. 8,
- zwischen Maschinengestell 31 und Oberwerkzeugträger 8, dargestellt in Fig. 9,
- zwischen Maschinengestell 31 und Exzenter- oder Kurbel welle 6a; 6b, dargestellt in Fig. 10,
- zwischen Maschinengestell 31 und Vorgelegewelle 32, dargestellt in Fig. 11,
- zwischen der Vorgelegewelle 32 und der Exzenter- oder Kurbelwelle 6a und 6b, dargestellt in Fig. 3,
- zwischen der Vorgelegewelle 32 und dem Oberwerkzeug träger 8, dargestellt in Fig. 12,
- zwischen der Vorgelegewelle 32 und dem Pleuel 7a und 7b, dargestellt in Fig. 14,
- zwischen zwei Exzenter- oder Kurbelwellen 6a und 6b, dargestellt in Fig. 6,
- zwischen der Exzenter- oder Kurbelwelle 6a; 6b und dem Oberwerkzeugträger 8, dargestellt in Fig. 4,
- zwischen dem Pleuel 7a und 7b und dem Oberwerkzeug träger 8, dargestellt in Fig. 7 und
- zwischen den Exzenter- oder Kurbelwellen 6a und 6b und den Pleuel 7a und 7b, dargestellt in Fig. 13.

Claims

1. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben in Umformmaschinen während des Beschleuni gungs- und Bremsprozesses, wobei der Antrieb aus Schwung rad, Kupplung und Bremse sowie Sekundärgetriebe besteht und die Bewegungsübertragung auf den Oberwerkzeugträger von der Exzenter- oder Kurbelwelle aus mittels Pleuel erfolgt, da durch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere steuerbare Flui dantriebe, vorzugsweise als Arbeitszylinder (18) ausgebil det, zwischen Antriebsgliedern des Sekundärgetriebes oder zwischen einem Antriebsglied und einem Maschinengestell an geordnet sind und im Zusammenwirken mit einem Energiespei cher den Oberwerkzeugträger (8) beschleunigen oder abbrem sen.

2. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Umformprozeß in Wärme umgewandelte Ziehkissenar beit dem Oberwerkzeugträger (8) durch eine Medienverbindung zwischen dem Ziehkissenzylinder (25) und dem Energiespei cher zuführbar ist.

3. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Energiespeicher vorzugsweise als ein Drucküberset zer (28) und ein Druckmittelspeicher (30) ausgebildet ist, wobei dieselben in den Kurbelwinkelbereichen des oberen und unteren Totpunktes über mindestens ein Wegeventil (19) mit mindestens einem Arbeitszylinder (18) in Wirkverbindung stehen.

4. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Wegeventil (19) derart schaltbar ist, daß zum Be schleunigen des Oberwerkzeugträgers (8) der Raum (33) des Arbeitszylinders (18) mit dem Druckmittelbehälter (30) und der Raum (34) des Arbeitszylinders (18) mit dem Drucküber setzer (28) sowie zum Bremsen des Oberwerkzeugträgers (8) der Raum (33) mit dem Druckübersetzer (28) und der Raum (34) mit dem Druck mittelbehälter (30) wirkverbunden ist.

5. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Gewinnung der Nenndrehzahl der Kupplungswelle beim Beschleunigungsvorgang und zum Annullieren des restlichen Verschleißes in der Kupplung (2) vor Beginn des Bremsvor ganges des Sekundärgetriebes der Druckübersetzer (28) mit dem Raum (33) des Arbeitszylinders (18) verbunden ist.

6. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß an der Medienverbindung zwischen dem Druckübersetzer (28) und dem Druckmittelbehälter (30) zur Gewinnung der notwendigen Antriebsdrehzahl in der Kupplung bei Erforder nis eine Energieerzeugungsanlage (35) einsetzbar ist.

7. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß Arbeitszylinder (18) zwischen den Pleuel (7a und 7b) angeordnet sind.

8. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß Arbeitszylinder (18) einerseits am Maschinengestell (31) und andererseits am Pleuel (7a und 7b) angelenkt sind.

9. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß Arbeitszylinder (18) zwischen Maschinengestell (31) und Oberwerkzeugträger (8) angeordnet sind.

10. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß Arbeitszylinder (18) zwischen Maschinengestell (31) und Exzenter- oder Kurbelwelle (6a; 6b) angeordnet sind.

11. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Arbeitszylinder (18) zwischen Maschinengestell (31) und Vorgelegewelle (32) angeordnet ist.

12. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Arbeitszylinder (18) zwischen der Vorgelegewelle (32) und der Exzenter- oder Kurbelwelle (6a und 6b) ange ordnet ist.

13. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Arbeitszylinder (18) zwischen der Vorgelegewelle (32) und dem Oberwerkzeugträger (8) angeordnet ist.

14. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Arbeitszylinder (18) zwischen der Vorgelegewelle (32) und dem Pleuel (7a und 7b) angeordnet ist.

15. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Arbeitszylinder (18) zwischen zwei Exzenter- oder Kurbelwellen (6a und 6b) angeordnet ist.

16. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß Arbeitszylinder (18) zwischen der Exzenter- oder Kur belwelle (6a; 6b) und dem Oberwerkzeugträger (8) angeordnet sind.

17. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß Arbeitszylinder (18) zwischen den Pleuel (7a und 7b) und dem Oberwerkzeugträger (8) angeordnet sind.

18. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß Arbeitszylinder (18) zwischen den Exzenter- oder Kur belwellen (6a; 6b) und den Pleuel (7a; 7b) angeordnet sind.

19. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnungsvarianten des Arbeitszylinders (18) un tereinander kombiniert einsetzbar sind.

20. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß als Fluidantriebe Rotationsmotore, vorzugsweise an der Vorgelegewelle (32) oder/und an der Exzenter- oder Kurbel welle (6a; 6b) sowie Schwenkmotore einsetzbar sind.

21. Steuerung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach den Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekenn zeichnet, daß die translatorischen und rotatorischen Fluidantriebe untereinander kombiniert einsetzbar sind.