DE4042190C2 - Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben in Umformmaschinen - Google Patents

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 kurbelwinkelabhängi­ gen Massenkräfte, insbesondere bei Gelenkpressen 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 Maximum 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 A1 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.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer funktions- und arbeitsschutzsicheren Einrichtung, die einerseits den Brems- und den Beschleunigungsprozeß hoch­ gradig realisiert und andererseits die Wirkung der Massen­ kräfte des Oberwerkzeugträgers deutlich verringert. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst. Detaillierte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, den oberen und unteren Raum des Ausbalancierungszylinders mit gleichem und unterschiedlichem Druckmedium zu beaufschlagen. Um die Lage der Kolbenstange zu beeinflussen, ist nur die Steuerung derselben der Druckmedienart anzupassen. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, durch eine kosten­ günstige sowie geräuscharme Einrichtung das energetische und dynamische Verhalten von Antrieben zu verbessern.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt:

Fig. 1: Prinzipdarstellung der Einrichtung

Der Antrieb, dessen energetisches und dynamisches Verhalten beeinflußt 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- oder Kurbelwelle 6 ist über das Pleuel 7 in bekannter Weise mit dem Oberwerkzeugträger 8 und dem daran angeordneten Oberwerkzeug 28 verbunden. Beiderseits des Oberwerkzeugträ­ gers 8 sind die Ausbalancierungszylinder 23 angeordnet, die zusätzlich mit dem Pressengestell verbunden sind.

Die Kolbenstange 27 des Kolbens 22 ist am aus dem Aus­ balancierungszylinder 23 herausragenden Ende mit einem Anschlag 19 und einer Anschlagdämpfung 26 versehen. Dieser Anschlag 19 steht mit einem am Oberwerkzeugträger 8 befestigten Anschlag 25 in Wirkverbindung. Die oberen Druckmittelräume 31 der Ausbalancierungszylinder 23 sind über Leitungen mit dem Wegeventil 20 verbunden, von dem ein Ventilausgang an einem Schalldämpfer 11 und der an­ dere Ventilausgang an den Druckmittelspeicher 24 ange­ schlossen ist.

Zur Steuerung der Kupplung 2 und der Bremse 4 sind minde­ stens der Druckregler 12, der Druckmittelspeicher 13 und die Pressensicherheitsventile 9 und 16 erforderlich. An dem Ausgang des Pressensicherheitsventils 16 ist das lagekontrollierte Wegeventil 17 mit einem Schalldämpfer angeschlossen. Der Druckmittelspeicher 13 steht durch eine Leitung über einen Druckregler 14 und einem Druck­ mittelspeicher 15 sowie einem Wegeventil 10 und einem Pressensicherheitsventil 9 mit dem Betätigungselement der Kupplung 2 in Wirkverbindung. Vom zweiten Zugang des Wegeventils 10 aus ist zu dem Druckregler 14 und dem Druck­ mittelspeicher 15 zusätzlich eine Leitung parallel angeordnet.

Der Druckmittelspeicher 24 ist durch eine Leitung mit dem Druckübersetzer 30 verbunden. Der Druck des Druckmit­ telspeichers 24 wird über den Druckregler 21 nach Erforder­ nis variiert.

Das Hydraulikventil 29 ist mit dem Druckübersetzer 30 sowie den unteren Druckmittelräumen 18 verbunden. Dem Hydraulik­ ventil 29 ist ein Rückschlagventil 32 parallel zugeschal­ tet. Der Druckmittelspeicher 33 ist mit Öl gefüllt und durch Druckluft über die Drucklufteinspeisung 34 beauf­ schlagt.

Nach dem Einschalten des Pressensicherheitsventils 16 wird das Betätigungselement 5 der Bremse 4 zügig gelüftet und die Kupplung 2 durch das Pressensicherheitsventil 9 und dem Druckmittelspeicher 15 überschneidungsfrei, wie bekannt, in Schließstellung gebracht. In der Kupplung 2 wirkt ein durch den Druckregler 14 deutlich reduziertes Beschleunigungs­ moment, das maximal den doppelten Betrag des im Sekundärge­ triebe wirkenden Reibmomentes, z. B. in den Lagerungen, an­ nimmt. Dieses niedrige Beschleunigungsmoment leitet den An­ laufvorgang ein. Abhängig vom erreichten Kurbelwinkel ent­ steht durch den Niedergang des Oberwerkzeugträgers 8 und des Oberwerkzeuges 28 aus dem Bereich des oberen Totpunktes eine unterstützende Wirkung des Beschleunigungsvorganges über das Pleuel 7 auf die Exzenter- oder Kurbelwelle 6 und die rotierenden Drehmassen des Sekundärgetriebes, darge­ stellt als reduzierte Drehmasse 3. Die untere Seite des Kolbens 22 im Ausbalancierungszylinders 23 ist mit Öl be­ aufschlagt, die obere Seite dagegen mit Druckluft. Die Lage des Anschlages 19 mit Anschlagdämpfung 26 kann durch das Ein- und Abschalten des Wegeventils 20 und des Hydraulik­ ventils 29 werkzeugspezifisch verändert werden zur Berück­ sichtigung der drehzahlabhängigen Beschleunigungs- und Bremsenergie und des verfahrensbedingten Drehzahlabfalls. Das Wegeventil 20 ist als pneumatisches Pressensicherheits­ ventil ausgebildet. Durch Variation des Druckes im Druck­ mittelspeicher 24 mittels Druckregler 21 erfolgt der werk­ zeugspezifische Massenausgleich des Oberwerkzeugträgers 8. Der Druck wirkt auf den Druckübersetzer 30, der bewegt wird, wenn der Anschlag 25 des Oberwerkzeugträgers 8 den Anschlag 19 der Kolbenstange 27 mit der Anschlagdämpfung 26 erreicht hat.

Der Kolben 22 ist nun so eingestellt, daß bei Synchron­ lauf in der Kupplung 2 der Anschlag 25 am Oberwerkzeug­ träger 8 die Anschlagdämpfung 26 des Anschlages 19 er­ reicht. Anschließend wird das erforderliche Drehmoment der Kupplung 2 durch Zuschalten des Wegeventils 10 er­ reicht. Im Hochgang des Oberwerkzeugträgers 8 bleibt ent­ sprechend der Einstellung der Kolben 22 mit der Kolben­ stange 27 stehen, wenn der Druckübersetzer 30 seine End­ lage erreicht hat.

Zeitlich versetzt wird die Kupplung 2 vom Sekundärgetrie­ be getrennt, so daß die Drehmasse des Sekundärgetriebes durch die bremsende Wirkung des Oberwerkzeugträgers 8 und des Oberwerkzeuges 28 im oberen Totpunkt zum Stillstand kommen und hier die Bremse nur noch die Haltefunktion übernimmt.

Bei Erfordernis wird durch Notstopp das Wegeventil 20 be­ tätigt, so daß sich die Kolbenstange 27 mit dem Anschlag 19 nach oben bewegt und den Anschlag 25 am Oberwerkzeug­ träger 8 wesentlich früher erreicht als im Normalbetrieb. Der Notstopp durch die Bremse 4 wird durch das Entlüften des oberen Druckmittelraumes 31 zusätzlich unterstützt.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben in Umformmaschinen während des Beschleunigungs- und Bremsprozesses, wobei der Antrieb aus Schwungrad, Kupplung und Bremse sowie Sekundär­ getriebe besteht und die Bewegungsübertragung auf den Oberwerkzeugträger von der Exzenter- oder Kurbelwelle aus mittels Pleuel oder Gelenkmechanismus erfolgt und zum Ausgleich der Masse des Oberwerkzeugträgers im unteren Druckmittelraum mehrere mit Druckmedium beaufschlagbare Ausbalancierungszylinder beiderseits des Oberwerkzeug­ trägers angeordnet und zusätzlich mit dem Pressengestell verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausbalancierungseffekt für den Massenausgleich des Oberwerkzeugträgers (8) und des Oberwerkzeuges (28) im obe­ ren Kurbelwinkelbereich aufgehoben wird,
der obere Druckmittelraum (31) des Ausbalancierungszylin­ ders (23) über ein Wegeventil (20) mit Druckmedium beauf­ schlag- oder entlastbar ist,
der untere Druckmittelraum (18) des Ausbalancierungszylin­ ders (23) einerseits mit dem Druckübersetzer (30) und ande­ rerseits über ein Hydraulikventil (29) mit einem Druckmit­ telspeicher (33) in Wirkverbindung steht sowie als Druckme­ dium vorzugsweise Öl einsetzbar ist und
die Kolbenstange (27) am aus dem Ausbalancierungszylinder (23) herausragenden Ende einen Anschlag (19) aufweist und mit einem am Oberwerkzeugträger (8) befestigten Anschlag (25) über eine Anschlagdämpfung (26) in Wirkverbindung steht.

2. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wegeventil (20) vorzugsweise ein Pressensicher­ heitsventil eingesetzt ist.

3. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmedium für den oberen Druckmittelraum (31) vorzugsweise Luft einsetzbar ist.

4. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelspeicher (24) des Druckübersetzers (30) mit dem Kreislauf des Druckmediums vom oberen Druckmittel­ raum (31) in Wirkverbindung steht.

5. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hydraulikventil (29) parallel ein Rückschlagventil (32) zugeschaltet ist.

6. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Druckregler (12; 14; 21) jeweils unabhängig voneinander eine programmierbare Druckregeleinrichtung ein­ setzbar ist.

7. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (25) und (19) sich stoß- und ruckfrei an­ gleichen.

8. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur hochgradigen Rückgewinnung der Nenndrehzahl der Kupplungswelle beim Beschleunigungsvorgang und zur Minimie­ rung des restlichen Verschleißes in der Kupplung vor Beginn vom Bremsvorgang des Sekundärgetriebes die Kupplung (2) zeitversetzt erst nach dem Stillstand des Anschlages (19) abschaltbar ist.

9. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stillstandspunkt der Kolbenstange (27) werkzeug­ spezifisch vorwählbar ist und die Reibung, die Variabilität der Hubzahl und der Oberwerkzeugmasse und den verfahrensbe­ dingten Drehzahlabfall berücksichtigt.