DE4308344A1 - Verfahren zur Regelung des Antriebs einer hydraulischen Presse und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Regelung des Antriebs einer hydraulischen Presse und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des
Antriebs einer hydraulischen Presse und eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 bzw. des Vorrichtungsanspruchs.
Aus der Literaturstelle "Elektronik 6/25.03.1983, Seite 111
ff." ist ein "Konzept für ein Pressen-Optimierungssystem"
bekanntgeworden, bei welchem verschiedene Arten der
Pressensteuerungen beschrieben sind. Dabei wird die
Pressensteuerung als komplexes Automatisierungssystem
bezeichnet, bei welcher eine Vielzahl von Funktionsgruppen
einer Regelung bzw. Steuerung unterzogen werden müssen. Für
die Steuerung einer hydraulischen Presse ist dabei eine
Hydraulikpumpe in einem Drucknetz vorgesehen, wobei Kolben-
Zylindereinheiten zum Antrieb des Pressenstößels verwendet
werden, deren Preß- und Arbeitsdrücke mittels
Proportionalventilen geregelt wird. Dabei wird die abwärts-
und aufwärtsgerichtete Bewegung des Pressenstößels über
beidseitig beaufschlagbare Kolben bewerkstelligt. Eine
aufwendige Ventilsteuerung übernimmt den Fluß des
Hydraulikmediums im Drucknetz.
Bei herkömmlichen hydraulischen Pressen wird der unbelastete
Pressenstößel mittels eines separaten Eilgangzylinders
abwärts und aufwärts bewegt. Die eigentlichen Arbeitszylinder
zur Aufbringung hoher Stößelkräfte werden demzufolge nur
während des eigentlichen Bearbeitungsvorganges, z. B. beim
Umformen oder beim Schneiden eines Werkstücks verwendet.
Dabei arbeitet die Presse mit einer Druckregulierung im
Drucknetz, d. h. der Druck in den Arbeitszylindern wird zur
Durchführung des Arbeitsvorgangs am Werkstück beträchtlich
erhöht, wobei ein eingeprägter Volumen-Strom, d. h. ein etwa
konstanter Volumen-Strom auftritt.
Herkömmliche Systeme mit eingeprägtem Volumen-Strom reagieren
auf Lastschwankungen am Pressenstößel mit einer Veränderung
des Arbeitsdruckes. Insgesamt bewirkt eine Druckerhöhung im
Drucknetz demnach eine Verdichtung der Ölsäule, so daß bei
der relativ hohen Kompressibilität der Ölsäule ein Öl-Volumen
nachgeschoben werden muß, bevor eine weitere Druckerhöhung
und damit ein Bewegungsfortgang stattfinden kann. Diese
Kompressibilität der Ölsäule wird auch "hydraulische Feder"
genannt. Diese führt zu negativen Schwingungsverhalten im
Drucknetz.
Hydraulische Pressen sind demzufolge aufgrund ihres großen zu
verschiebenden Hydraulikvolumens eher langsam und mit
größeren Verlusten behaftet, da das Hydraulikmedium von
niedrigen Drücken auf sehr hohe Drücke transferiert werden
muß. Druckverluste beim Entspannen eines jeweiligen
Zylinderraums zur Durchführung einer gerichteten Bewegung
können nur teilweise kompensiert werden.
Aus der Literaturstelle MANNESMANN REXROTH: "Hydrostatische
Antriebe mit Sekundärregelung, Band 6, Der Hydraulik Trainer,
8/89" ist eine Antriebskonzeption für hydrostatische Antriebe
mit einer sogenannten "Sekundärregelung" bekanntgeworden.
Dabei handelt es sich bei der "Sekundärregelung" um Systeme
mit "eingeprägtem Druck", d. h. der Antrieb von Maschinen
erfolgt nach dem Prinzip der hydrostatischen Antriebe, wonach
ein Medium auf ein höheres Energieniveau gebracht und dann
über eine geeignete konstruktive Einrichtung Arbeit
verrichten kann. Beispielsweise kann in einem geschlossenen
Kreislauf ein hydraulischer Antrieb mittels einer elektrisch
angetriebenen Speisepumpe für das Druckmedium dieses auf ein
höheres Druckniveau transferieren und eine Hydropumpe zur
Umwandlung in mechanische Energie antreiben. In einem offenen
System kann eine Kolben-Zylindereinheit mit beidseitig
beaufschlagbaren Kolben von einer angetriebenen Speisepumpe
über eine Proportionalventilsteuerung jeweils beidseitig
angetrieben werden.
Die in dieser Literaturstelle beschriebene "Sekundärregelung"
verhält sich demnach ähnlich wie ein elektrischer
Gleichstrommotor, bei welchem die Netzspannung konstant und
Laständerungen über eine Stromänderung kompensiert werden.
Ähnlich wird bei einem sekundär geregelten Antrieb der
Systemdruck konstant und der Volumen-Strom bei Laständerung
variabel gehalten.
Die Literaturstelle gibt keinen Hinweis darüber, wie eine
derartige Sekundärregelung für eine Pressensteuerung einer
hydraulischen Presse einsetzbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges
Verfahren zur Regelung des Antriebs einer hydraulischen
Presse sowie eine zugehörige Presse aufzufinden, bei welcher
inbesondere von dem Prinzip der Sekundärregelung Gebrauch
gemacht wird.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der Gattung
des Anspruchs 1 bzw. der Gattung des Vorrichtungsanspruchs
erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils
des jeweiligen Anspruchs gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige
Weiterbildungen der jeweilig vorangestellten Ansprüche
angegeben.
Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, daß auch eine
Pressensteuerung bzw. Pressenregelung eine systematische
Anwendung der sogenannten "Sekundärregelung" des Antriebs der
Presse erlaubt. Dabei wird die in der genannten
Literaturstelle beschriebene Zylindersteuerung mittels
Proportionalventilen weitestgehend verlassen, um ein neues
Regelsystem zu schaffen. Insbesondere soll ein eingesetzter
Hydromotor bei der vorliegenden Erfindung nicht hydraulische
Energie in mechanische Antriebsenergie umsetzen, sondern eine
neuartige Regelung des Volumen-Stroms im Drucknetz bewirken,
um eine gezielte Steuerung der Antriebszylinder zu erzielen.
Es wird ein für hydraulische Pressen technisch neuartiges
Konzept vorgeschlagen, bei welchem die verschiedenen
Bewegungen des Pressenstößels und damit des Kolbens der den
Pressenstößel antreibenden Kolben-Zylindereinheit derart
miteinander koordiniert werden, daß das Drucknetz in einem
geschlossenen Kreislauf arbeitet, wobei der maximale
Systemdruck durch einen Druckspeicher bestimmt wird. Dabei
geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß der Kolben
einer Kolbenzylindereinheit auf möglichst hohem Druckniveau
beidseitig eingespannt wird und eine Kraftbeaufschlagung des
Pressenstößels dadurch erreicht wird, daß der dem
Pressenstößel zugewandte untere Zylinderraum der
Kolbenzylindereinheit durch eine gezielte und mittels einer
Pumpe bzw. eines Hydromotors geregelten Volumen-Stromentnahme
entlastet wird. Die Regelung des Hydromotors bzw. der Pumpe
geschieht über eine Schwenkwinkelverstellung des Hydromotors.
Die bei der Abwärtsbewegung des Pressenstößels im Hydromotor
freiwerdende Antriebsenergie wird über eine Antriebskopplung
auf eine insbesondere regelbare Speisepumpe übertragen, die
den oberen Zylinderraum der Kolben-Zylindereinheit
gleichermaßen mit Druckmedium beaufschlagt.
Das erfindungsgemäße System hat demnach den Vorteil, daß
weitgehend auf Ventilsteuerungen mittels Proportionalventilen
zur Druckbeaufschlagung und Druckentlastung der Kolben-
Zylindereinheiten verzichtet werden kann, wobei sich ein
schnelleres Regelverhalten ergibt. Der Wegfall von Ventilen
hat den Wegfall von störenden Schaltzeiten und den damit
verbundenen Druckspitzen im System zum Vorteil.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Regelungssystems
liegt in der Eliminierung der Kompressibilität des
Druckmediums im Drucknetz, da aufgrund des konstanten hohen
Druckniveaus keine zusätzlichen Volumenverdichtungen
stattfinden. Die Regelung der Presse findet demnach als Art
"Motorensteuerung", anstelle einer "Ventilsteuerung" bei
herkömmlichen Systemen statt, wobei ein Hydromotor die
Volumen-Stromregelung übernimmt.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung gemäß den
angegebenen Unteransprüchen können selbstverständlich
verschiedene Regelungsvarianten in Betracht gezogen werden.
Insbesondere können mehrere Arbeitszylinder und ein separater
Eilgangzylinder Verwendung finden, die jeweils am Drucknetz
des Drucksystems angeschlossen sind.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der größte Teil des
Eilgangs mit kurzgeschlossenen Zylinderräumen der jeweiligen
Antriebszylinder bewerkstelligt wird. Für diesen Vorgang ist
prinzipiell eine einzige Ventilsteuerung erforderlich.
Vorteilhaft ist weiterhin die Energierückgewinnung in dem,
dem Eilgangzylinder zugeordneten Hydromotor, in welchem die
entstehende potentielle Energie während zumindest eines Teils
der Abwärtsbewegung des Pressenstößels umgewandelt wird.
Diese Energie wird zur Förderung von Hydraulikmedium in das
Drucknetz verwendet. Druckverluste im System werden durch
einen einzigen motorischen Antrieb der Speisepumpe
kompensiert.
Weitere Vorteile des Systems liegen in der einfachen
Stößelparallelhaltung sowie in der Schnittschlagdämpfung des
Systems, für die keine weiteren baulichen und
steuerungstechnischen Maßnahmen erforderlich sind.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden in der
nachfolgenden Beschreibung des Verfahrens sowie der
Vorrichtung anhand der Figurendarstellung näher erläutert.
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer
hydraulischen Presse mit Regelorganen zur erfindungsgemäßen
Regelung der Presse.
Die in der Figur dargestellte Presse 1 besteht aus einem,
z. B. in Portalbauweise gefertigten Pressengestell 2, in
welchem ein unterer Pressentisch 3 zur Aufnahme eines nicht
näher dargestellten Unterwerkzeugs und ein Pressenstößel 4
zur Aufnahme eines ebenfalls nicht dargestellten
Oberwerkzeugs gelagert sind. Die Auf- und Abwärtsbewegung des
Pressenstößels 4 erfolgt auf hydraulischem Wege über zwei
seitlich am Pressenstößel angreifende Preßzylinder 5, 6, die
als Arbeitszylinder zur Durchführung des Umformvorganges am
Werkstück oder dergleichen dienen. Anstelle von zwei
seitlichen Preßzylindern 5, 6 können auch vier, in den
Eckbereichen des Pressenstößels angeordnete Preßzylinder
vorgesehen sein, wobei zwei weitere Preßzylinder hinter den
Preßzylindern 5, 6 angeordnet sein können.
Da der Pressenstößel 4 je nach Größe der Werkzeuge relativ
große Vertikalhübe ausführen muß, wird ein zusätzlicher
Eilgangzylinder 7 als separate Kolben-Zylindereinheit
verwendet, um die reine Abwärtsbewegung bzw. den Aufwärtshub
des Pressenstößels zu vollziehen.
Sowohl die Preßzylinder 5, 6 als auch der Eilgangzylinder 7
weisen jeweils eine dem Zylinderraum durchsetzende
Kolbenstange 8 und einen inneren Kolben 9 auf, der im
Zylinderraum 10 doppelseitig mit Hydraulikmedium
beaufschlagbar ist. Der unterhalb des Kolbens 9 liegende
Zylinderraum ist mit 10, der darüberliegende Zylinderraum mit
10′ bezeichnet. In der Figur befindet sich der Kolben 9 in
der nahezu obersten Stellung, d. h. der Pressenstößel 4 etwa
im oberen Totpunkt.
Die Drücke im Zylinderraum 10 der Preßzylinder 5, 6 sind
mittels Druckmeßeinheiten 11, 11′ erfaßbar. Gleichermaßen
kann der Stößelweg des Pressenstößels 4 über eine
Wegmeßeinrichtung bzw. Geschwindigkeitsmeßrichtung 12, 12′
erfaßt werden, wobei Schrägstellungen des Pressenstößels
erfaßbar sind.
Als Antrieb für den Eilgangzylinder ist eine noch näher zu
beschreibende Antriebseinheit 13 vorgesehen, mit einer ersten
Hydraulikleitung 14 zum oberen Zylinderraum 10′ und einer
zweiten Hydraulikleitung 15 zum unteren Zylinderraum 10 des
Eilgangzylinders 7. Entsprechende Zylinderraum-
Zuführöffnungen sind mit Bezugszeichen 16 gekennzeichnet.
Der Antrieb der Preßzylinder 5, 6 ist in der Figur am
Beispiel des Preßzylinders 5, 6 generell dargestellt. Dieser
Antrieb läßt sich auf alle anderen Preßzylinder im System
übertragen. Nachfolgend wird der Antrieb des Preßzylinders 6
beschrieben, der für alle Preßzylinder gilt.
In einem Systemdrucknetz 17 ist ein Druckspeicher 18
vorgesehen, der auf den maximalen Systemdruck pmax aufgeladen
ist. Eine erste Druckleitung 19 führt über eine zugehörige
Zylinderraum-Zuführöffnung 16 in den oberen Zylinderraum 10′
des Preßzylinders 6. Über einen Kreuzungspunkt 20 führt eine
zweite Druckleitung 21 über ein regelbares Mehrwegeventil 22
und die fortgesetzte Druckleitung 21′ zu einer unteren
Zylinderraum-Zuführöffnung 16 und von dort aus zum unteren
Zylinderraum 10 des Preßzylinders 6.
In der Leitung 21′ befindet sich ein weiterer Kreuzungspunkt
23, von wo aus die Druckleitung 24 zu einer regelbaren Pumpe
25 führt, die als regelbarer Hydromotor ausgebildet ist. Eine
weitere regelbare Speisepumpe 26 sitzt auf der gleichen
Antriebswelle 27 wie die Pumpe 25, so daß sich der Antrieb
der Pumpe 25 auf die Pumpe 26 überträgt. Ein zusätzlicher
Elektromotor 28 dient zum Antrieb der Speisepumpe 26. Der
Pumpe 25 ist ein Hydraulikmediumspeicher 29, der Pumpe 26 ein
weiterer Hydraulikmediumspeicher 30 zugeordnet. Eine weitere
Druckleitung 31 führt von der Pumpe 26 zu einem
Kreuzungspunkt 32 im Systemdrucknetz.
Eine nicht dargestellte, übergeordnete Steuerung lenkt und
überwacht die Maschinenfunktionen, wobei die einzelnen Achsen
im geschlossenen Regelkreis gefahren werden.
Der Pressentisch 3 kann ein oder mehrere Ziehkissen oder
Druckwangen 33 mit einer entsprechenden Ziehkissensteuerung
34 aufweisen.
Die hydraulische Presse arbeitet wie folgt:
Die Phase 1 betrifft einen Halt-Start-Eilgang sowie ein
Abbremsvorgang bis auf die Arbeitsgeschwindigkeit beim
Herabfahren des Stößels. Diese Phase wird allein durch den
Eilgangzylinder 7 im Zusammenhang mit der Antriebseinheit 13
vollzogen. Dabei wird die Position und die Geschwindigkeit
der Verfahrbewegung des Kolbens 9 im Eilgangzylinder 7 direkt
durch die Drehzahl und die Drehrichtung einer ersten Pumpe 35
in der Antriebseinheit 13 bestimmt. Die Sollwerte hierfür
werden von der Steuerelektronik mit Hilfe der Wegmeßsysteme
12, 12′ und eines Drehzahlmeßsystems 36 vorgegeben. Als
Stellglied dient ein regelbarer Hydraulikmotor 37, der die
Pumpe 35 über eine gemeinsame Antriebswelle 38 antreibt. Die
Pumpe 35 fördert das Druckmedium in einem geschlossenen
Kreislauf über die Druckleitung 14 zum oberen Zylinderraum
10′ und über die Druckleitung 15 zum unteren Zylinderraum 10
des Eilgangzylinders 7. Der Antrieb des Hydromotors 37
erfolgt über eine Druckleitung 39 des Systemdrucknetzes, die
im Kreuzungspunkt 20 abzweigt. Ein Hydraulikmediumbehälter 40
dient als Druckmediumspeicher für den Hydraulikmotor 37 bei
entsprechender Drehrichtung.
Das Pumpensystem mit den Pumpen 35 und dem Hydraulikmotor 37
stellen die in der Technik bereits bekannte Sekundäreinheit
mit einem Ansteuerungsprinzip nach der Sekundärregelung dar.
Der Hydraulikmotor 37 dient jedoch zur Betreibung eines
Pumpensystems eines Eilgangzylinders 7.
In dieser ersten Phase sind die Preßzylinder 5, 6 ohne
Kraftwirkung. Dies wird am Beispiel des Preßzylinders 6 wie
folgt erläutert:
Die Pumpe 25 steht während der ersten Phase in einer Halt-
Stellung mit einem Förderstrom gleich 0. Dies kann durch die
Regelung der Pumpe 25 erzielt werden.
Die nachgeschaltete Pumpe 26 kann über die Leistung des
zugehörigen Antriebsmotors 28 den Speicherdruck als
Systemdruck laden bzw. halten und dem Speicher 18 über die
Leitung 31 zuführen. Die Leitung 24 ist demnach in der ersten
Phase ohne Bedeutung.
Der untere Zylinderraum 10 und der obere Zylinderraum 10′ des
Preßzylinders 6 ist über das regelbare Kurzschlußventil 22
verbunden, welches in der ersten Phase geöffnet ist. Das
Druckniveau im Preßzylinder 6 stellt sich deshalb in beiden
Zylinderräumen 10, 10′, d. h. auf beiden gleichen zugehörigen
Kolbenflächen auf den Systemdruck ein, so daß eine
resultierende Kraft auf den Kolben 9 nicht gegeben ist.
Durch diese Steuerung kann die Fallenergie der Eilgang-Ab-
Bewegung bzw. der Bremsbewegung des Pressenstößels 4 im
unteren Bereich wiedergewonnen werden, da die Pumpe 35 über
das Gewicht des Pressenstößels angetrieben wird und den
Hydromotor 37 über die Antriebswelle 38 im Sinne einer
Aufladung des Druckspeichers 18 antreibt. Hierfür wird
Hydraulikmedium aus dem Hydraulikmediumbehälter 40
entnommen.
Weiterhin kann der Arbeitszylinder bzw. Preßzylinder 6
bereits in dieser Phase 1 auf den benötigten hohen und
maximalen Preßdruck im Systemdrucknetz vorgespannt werden,
wozu die Fallenergie des Pressenstößels über die
Antriebseinheit 13 Arbeit leistet. Hierdurch werden die bei
konventionellen Pressensteuerungen unvermeidlichen
zusätzlichen Druckaufbauzeiten vermieden.
In der nachfolgenden Phase 2 erfolgt eine Übernahme der
Geschwindigkeitssteuerung des Pressenstößels 4 durch die
Arbeitszylinder bzw. Preßzylinder 5, 6. Diese Phase kann
bereits während der Bremsbewegung am Ende des Eilgangs des
Eilgangszylinders 7 bzw. sofort nach Abschluß derselben
erfolgen. In dieser Phase wird die Geschwindigkeit weiterhin
durch den Eilgangzylinder 7 in der oben beschriebenen Weise
bestimmt. Hierzu kann der Stößel Geschwindigkeitsmeßsysteme
im Zusammenhang mit den Wegmeßsystemen 12, 12′ zur Bestimmung
der Stößelgeschwindigkeit aufweisen.
Die Phase 2 ist wiederum anhand des Preßzylinders 6
nachfolgend beschrieben.
Zunächst wird in der Phase 2 das Kurzschlußventil 22
geschlossen und die Pumpe 25 ausgeschwenkt, d. h. aus der
Sperrstellung in eine Durchgangsstellung mit einem geregelten
Durchgang gebracht. Hierbei ist es eine Besonderheit, daß
durch die Ausführung der Kurzschlußventile mit
Rückschlagventilfunktion des Rückschlagventils 41 dieser
Übergang zwischen dem Schließen des Kurzschlußventils 22 und
dem Öffnen der Pumpe 25 steuerungstechnisch völlig problemlos
ist. Dabei muß das zeitliche Verhalten des Schließens des
Kurzschlußventils 22 und des Ausschwenkens der Pumpe 25 nicht
genau synchronisiert werden, was eine erhebliche
Vereinfachung gegenüber bisherigen Lösungen darstellt. Die
Pumpe 25 sollte jedoch einen geringfügigen Vorlauf im
zeitlichen Öffnungsverhalten aufweisen, bevor das
Kurzschlußventil 22 schließt.
Während dieser zweiten Übernahmephase ist noch kein.
Kraftaufbau im Arbeitszylinder 6 möglich. Nach Abschluß
dieser zweiten Phase wird die Geschwindigkeit des
Pressenstößels 4 durch den Volumen-Strom (Pfeil 42) über
die Pumpe 25 bestimmt. Der Eilgangzylinder 7 wird nun über
die Antriebseinheit 13 so gesteuert, daß er während des
folgenden Arbeitsganges durch die Preßzylinder 5, 6
mitgeschleppt wird und selber keine Antriebsenergie mehr
verbraucht.
Die Phase 3 beschreibt den eigentlichen Arbeitsgang der
Presse. Dabei wird die Geschwindigkeit des Pressenstößels 4
durch den Volumen-Strom der Pumpe 25 (Pfeil 42) bestimmt,
welcher dem unteren Zylinderraum 10 des Arbeitszylinders 6
entnommen wird. Die Drehzahl der Pumpe 25 wird durch den
Antriebsmotor 28 bestimmt und nahezu konstant gehalten.
Hierdurch wird der Volumen-Strom aus dem unteren Zylinderraum
10 des Arbeitszylinders 6 durch die Pumpe 25 allein durch den
verstellbaren Schwenkwinkel α dieser Pumpe bestimmt.
Auf der Zylinderoberseite des Kolbens 9, das heißt im oberen
Zylinderraum 10′ des Arbeitszylinders 6 wird das
entsprechende Öl-Volumen über das Drucknetz 17 nachgeschoben,
wobei das Drucknetz 17 vom Speicher 18 sowie der Pumpe 26 mit
Druckmedium versorgt wird.
Solange noch keine äußere Kraft am Stößel 4 aufgrund des
Bearbeitungsvorganges angreift, herrscht im unteren 10 sowie
im oberen 10′ Zylinderraum der gleiche Arbeitsdruck.
Hierdurch entsteht an der Pumpe 25 ein Drehmoment, welches
durch das Produkt aus Druck und Volumen entsprechend dem
Schwenkwinkel α gebildet wird. Dieses Drehmoment wird
durch die jeweils gemeinsame Antriebswelle 27 auf die Pumpe
26 übertragen, wobei dieses Drehmoment bewirkt, daß die Pumpe
26 den gleichen Volumen-Strom (Pfeil 43) in das Konstant-
Drucknetz zurückspeisen kann, wie er aus dem unteren
Zylinderraum 10 des Arbeitszylinders 6 entnommen wurde
( 42 = 43). Eventuelle Systemverluste können über die
Leistung des Motores 28 kompensiert werden.
Tritt nun eine äußere Kraft F auf den Pressenstößel 4 z. B.
durch einen Umformgang des Werkstücks aus, so hat dies eine
Geschwindigkeitsminderung des Pressenstößels zur Folge, da
das bisherige Kraftgleichgewicht gestört wird. Dieses führt
sofort zu einem Druckabbau, d. h. Druckminderung im unteren
Zylinderraum 10, da weiterhin über die Pumpe 25 ein Volumen-
Strom entzogen wird, welcher der ursprünglichen
Sollgeschwindigkeit des Pressenstößels entspricht. Die
Geschwindigkeit des Druckabbaus im unteren Zylinderraum 10
des Arbeitszylinders wird durch die Zeit bestimmt, in der das
Kompressionsvolumen durch den Volumen-Strom der Pumpe 25
abgebaut werden kann. Der Druckabbau erfolgt dabei
prinzipiell nur soweit, bis die durch den Druckunterschied
zwischen dem oberen Zylinderraum 10′ und dem unteren
Zylinderraum 10 des Arbeitszylinders 6 entstehende Kraft
gleich der äußeren Gegenkraft ist. Sodann fährt der
Pressenstößel wieder mit der vorgegebenen Geschwindigkeit
weiter. Der Vorgang wird dabei durch die Beeinflussung des
Pumpenschwenkwinkels α durch die übergeordnete
Steuerung insoweit unterstützt, daß bei einem
Geschwindigkeitsabbau der Schwenkwinkel α erhöht
wird, um die Druckabbauzeit und den Schleppfehler zu
verringern.
Der Stößel 4 kann durch ungleichmäßige Kraftbeaufschlagung
eine nicht parallele Abwärtsbewegung durchführen, was durch
die seitlich angebrachten Wegmeßsysteme 12, 12′ erkannt wird.
Bei einem solchen nicht parallelen Fahren des Pressenstößels
kann der jeweils voreilende Zylinder durch Einschwenken des
Pumpenschwenkwinkels abgebremst bzw. der nacheilende
Zylinder durch Ausschwenken des Pumpenschwenkwinkels
beschleunigt werden.
Die Besonderheit dieser Arbeitsphase 3 besteht darin, daß zum
einen für die Krafterzeugung der Druckabbau auf der
Zylinderunterseite bzw. dem unteren Zylinderraum 10 verwendet
wird und daß andererseits dieser Druckabbau nicht durch
Ventile, sondern durch eine Pumpensteuerung realisiert wird.
Hierdurch ergeben sich die nachstehenden Vorteile.
Durch den Druckabbau im unteren Zylinderraum des
Arbeitszylinders 6 wird die Realisierung eines
Systemdrucknetzes mit hohem bzw. maximalen Druckniveau
erzielt, was den wirtschaftlichen Einsatz von Speichern zur
Energiespeicherung ermöglicht. Hierdurch können
Leistungsspitzen abgedeckt und die installierte Leistung kann
gegenüber konventioneller Technik wesentlich reduziert
werden, da keine hohen Druckdifferenzen installiert werden
müssen. Durch die Pumpensteuerung anstelle einer
Ventilsteuerung wird eine Energierückgewinnung der in den
unteren Zylinderräumen 10 gespeicherten Energie ermöglicht,
wie dies bei konventionell vorgespannten Systemen mit
Ventilsteuerung nicht möglich ist. Durch den Einsatz mehrerer
Arbeitszylinder 5, 6 oder weiterer in diesem Konzept kann
eine Parallelhaltung des Stößels selbständig erfolgen, da
sich die Drücke in den unteren Zylinderräumen 10 jeweils nur
am Ort des Einwirkens der äußeren Kraft abbauen. Eine
parallele Haltung des Stößels kann auch insbesondere ohne
separate Gegenhaltezylinder oder Parallelhaltezylinder
erfolgen, d. h. ohne sonstige mechanische Bauelemente und
ohne Verlust an Stößelkraft.
Schließlich ist in dem beschriebenen Konzept weiterhin eine
Schnittschlagdämpfung implizit enthalten, die beispielsweise
ein Druckbrechen des Stößels am Werkstück verhindert, weil
die maximale Geschwindigkeit des Stößels durch die
Pumpenfördermenge V aus dem unteren Zylinderraum 10 begrenzt
ist und sich nicht wie bei herkömmlichen Ventilsteuerungen
durch die vorhandenen Druckverhältnisse und der
Ventilkennlinien ergibt. Diese Schnittschlagdämpfung kommt
ohne separate Gegenhaltezylinder und ohne sonstige
mechanische Bauelemente, d. h. ohne Verlust an Stößelkraft
aus.
In dieser Phase 4 erfolgt eine Richtungsumkehr am unteren
Totpunkt des Pressenstößels. In dieser Stellung hat der
Pressenstößel die Geschwindigkeit 0. Die maximale Preßkraft
wird dadurch begrenzt, daß der Druckabbau in den unteren
Zylinderräumen 10 des jeweiligen Arbeitszylinders nur bis zu
einem vorgegebenen Wert stattfindet. Dieser wird durch die
übergeordnete Steuerung und insbesondere durch entsprechende
Einstellung des Schwenkwinkels α der Pumpe 25
erreicht. Nach Ablauf einer einstellbaren Druckhaltezeit wird
das jeweilige Kurzschlußventil 22 geöffnet und die Pumpe 25
auf 0 geschwenkt.
Die letzte Phase 5 bewirkt einen aufwärtsgerichteten Eilgang.
Hierfür erfolgt die Steuerung dieser Phase analog zur Phase
1. Eventuelle Leistungsspitzen beim Beschleunigen können aus
dem Speicher 18 des Systemdrucknetzes 17 entnommen werden.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle
fachmännischen Weiterbildungen und Ausgestaltungen im Rahmen
des erfindungsgemäßen Gedankens.
Bezugszeichenliste
1 Presse
2 Pressengestell
3 Pressentisch
4 Pressenstößel
5 Pressenzylinder
6 Pressenzylinder
7 Eilgangzylinder
8 Kolbenstange
9 Kolben
10 Zylinderraum
11 Druckmeßeinheiten
12 Wegmeßeinrichtung
13 Antriebseinheit
14 Hydraulikleitung
15 Hydraulikleitung
16 Zylinderraum-Zuführöffnung
17 Systemdrucknetz
18 Druckspeicher
19 Druckleitung
20 Kreuzungspunkt
21 Druckleitung
22 Mehrwege-Ventil
23 Kreuzungspunkt
24 Druckleitung
25 regelbare Pumpe, Hydromotor
26 Speisepumpe
27 Antriebswelle
28 Elektromotor
29 Hydraulikmediumspeicher
30 Hydraulikmediumspeicher
31 Druckleitung
32 Kreuzungspunkt
33 Ziehkissen
34 Ziehkissensteuerung
35 Pumpe
36 Drehzahlmeßsystem
37 Pumpe/Hydromotor
38 Antriebswelle
39 Druckleitung
40 Hydraulikmediumbehälter
41 Rückschlagventil
42 Volumen-Strom
43 Volumen-Strom
2 Pressengestell
3 Pressentisch
4 Pressenstößel
5 Pressenzylinder
6 Pressenzylinder
7 Eilgangzylinder
8 Kolbenstange
9 Kolben
10 Zylinderraum
11 Druckmeßeinheiten
12 Wegmeßeinrichtung
13 Antriebseinheit
14 Hydraulikleitung
15 Hydraulikleitung
16 Zylinderraum-Zuführöffnung
17 Systemdrucknetz
18 Druckspeicher
19 Druckleitung
20 Kreuzungspunkt
21 Druckleitung
22 Mehrwege-Ventil
23 Kreuzungspunkt
24 Druckleitung
25 regelbare Pumpe, Hydromotor
26 Speisepumpe
27 Antriebswelle
28 Elektromotor
29 Hydraulikmediumspeicher
30 Hydraulikmediumspeicher
31 Druckleitung
32 Kreuzungspunkt
33 Ziehkissen
34 Ziehkissensteuerung
35 Pumpe
36 Drehzahlmeßsystem
37 Pumpe/Hydromotor
38 Antriebswelle
39 Druckleitung
40 Hydraulikmediumbehälter
41 Rückschlagventil
42 Volumen-Strom
43 Volumen-Strom
Claims (17)
1. Verfahren zur Regelung des Antriebs einer hydraulischen
Presse zum Umformen und/oder Schneiden von Blechen oder
dergleichen, mit wenigstens einer doppelseitig
beaufschlagbaren Kolben-Zylindereinheit (5, 6) zum Antrieb
eines Pressenstößels (4), wobei der Antriebskolben (9)
mittels eines Hydraulikmediums im Sinne einer Wegverschiebung
des Pressenstößels (4) beaufschlagt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß eine den maximalen Arbeitsdruck
aufweisende hydraulische Speichereinheit (18) vorgesehen ist,
die in einem Drucknetz (17) den Kolben (9) der Kolben-
Zylindereinheit (5, 6) beidseitig mit Hydraulikmedium
gleichen Druckes beaufschlagt und daß zur Erzeugung einer
Pressenstößel-Abwärtsbewegung bzw. einer das Werkstück
beeinflussende Preßkraft (P) Druckmedium aus dem, dem
Pressenstößel (4) zugewandten, unteren Zylinderraum (10)
einer schwenkwinkelverstellbaren Pumpe (25) (Hydromotor)
derart zugeführt wird, daß der Volumen-Strom (V) (42)
geregelt und der dem Pressenstößel (4) abgewandte obere
Zylinderraum (10′) gleichermaßen mit Druckmedium aus dem
Systemdrucknetz beaufschlagt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Druck im Systemdrucknetz (17) für den oberen (10′) und
den unteren (10) Zylinderraum des Arbeitszylinders (5, 6) bei
Nichtbelastung des Pressenstößels (4) konstant bleibt und daß
die Abwärtsbewegung des Pressenstößels (4) über den Volumen-
Strom (V) (42) aus dem unteren Zylinderraum (10) des
Arbeitszylinders (5, 6) geregelt wird, der über die regelbare
Pumpe (25) geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einer Gegenbelastung des Pressenstößels (Kraft F) durch
das zu bearbeitende Werkstück ein Druckabbau im unteren
Zylinderraum (10) des Arbeitszylinders (5, 6) eintritt, der
durch die Gegenkraft (P) auf den Pressenstößel (4) bei
gleichzeitigem unvermindertem Volumen-Strom (V) (42) durch
einen Volumenstrom-Abzug aus dem unteren Zylinderraum (10)
mittels der regelbaren Pumpe (25) erfolgt, wobei im oberen
Zylinderraum (10′) des Arbeitszylinders (5, 6) ein gegenüber
dem unteren Zylinderraum höherer Druck mit höherer Preßkraft
wirkt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die mechanische Antriebswelle (27) der
regelbaren Pumpe (25) (Hydromotor) ein Drehmoment auf die
hiermit verbundene Antriebswelle einer insbesondere
elektrisch angetriebenen Speisepumpe (26) überträgt, wobei
die Speisepumpe (26) gleichzeitig zur Förderung von
Druckmedium () (43) in den oberen, bei der Abwärtsbewegung
des Pressenstößels (4) sich vergrößernden Zylinderraum (10′)
dient.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Volumen-Strom () (42) der regelbaren
Pumpe (25) und/oder der Speisepumpe (26) mittels einer
Schwenkwinkelverstellung erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Eilgang des Pressenstößels (4) in seiner Abwärts-
und/oder Aufwärtsbewegung über eine separate Kolben-
Zylindereinheit bzw. einem Eilgangzylinder (7) erfolgt, der
einen beidseitig mit Druckmedium beaufschlagbaren
Antriebskolben (9) aufweist, wobei die Zylinderräume (10,
10′) der Arbeitszylinder (5, 6) während des Eilganges mittels
einer Mehrweg-Ventileinheit (22) hydraulisch kurzgeschlossen
sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mehrweg-Ventileinheit (22) während des Betriebs der
regelbaren Pumpe (25) im unteren Stößelbereich geschlossen
ist,.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Regelung der Mehrweg-Ventileinheit (22) und/oder die
Regelung des Schwenkwinkels der regelbaren Pumpe (25)
aufeinander abgestimmt erfolgt, wobei die Regelung der
Ventilschließung der Regelung der sich öffnenden Pumpe (25)
nacheilt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Druckmediums im
Eilgangzylinder (7) während der Abwärtsbewegung des
Pressenstößels (4) über eine durch das Eigengewicht des
Pressenstößels (4) angetriebene Pumpe (35) im geschlossenen
Kreislauf erfolgt, wobei die Pumpe (35) einen regelbaren
Hydraulikmotor (37) im Sinne einer Druckmittelspeisung des
Systemdrucknetzes antreibt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gewichtsenergie des sich abwärtsbewegenden Pressenstößels
(4) in dem Hydromotor (37) der Antriebseinheit (13)
zurückgewonnen wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Pressenstößel (4) zwei oder
vier Arbeitszylinder oder Pressenzylinder (5, 6) zugeordnet
sind, die jeweils ihre eigene Antriebsregelung aufweisen und
seitlich oder in den Eckbereichen des Pressenstößels (4)
angeordnet sind.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in den unteren Zylinderräumen
(10) jedes Arbeitszylinders (5) Druckmeßeinheiten (11, 11′)
vorgesehen sind, zur Erfassung von Druckschwankungen.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Weg und/oder die
Geschwindigkeit des Pressenstößels (4) mittels
Wegmeßeinrichtungen (12, 12′) erfaßbar ist, wobei eine
ungleichmäßige Pressenstößelstellung erfaßbar ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine ungleichmäßige Belastung des
Pressenstößels (4) von den jeweils belasteten
Arbeitszylindern (5, 6) im Sinne einer zusätzlichen
Druckbeaufschlagung kompensiert wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (9) in den
Arbeitszylindern (5, 6) bei der Werkstückbearbeitung derart
hydraulisch eingespannt ist, daß ein unkontrolliertes
Durchschlagen des Werkzeugs am Werkstück vermieden wird,
wobei die Regelung der Pumpe (25) den Einspanngrad bestimmt.
16. Presse zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder
mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem
Pressenstößel (4) ein Eilgangzylinder (7) und wenigstens zwei
oder vier Arbeitszylinder oder Preßzylinder (5, 6) zugeordnet
sind, die einen doppelseitig beaufschlagbaren Kolben
aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der untere
Zylinderraum (10) und der obere Zylinderraum (10′) jedes
Arbeitszylinders (5, 6) über ein verschließbares
Kurzschlußventil (22) für Druckmedium verbunden ist, das den
Arbeitszylindern (5, 6) sowie dem Eilgangzylinder (7) ein
Systemdrucknetz (17) mit maximalem Systemdruck in einem
Druckspeicher (18) zugeordnet ist, der sowohl den oberen
(10′) als auch den unteren (10) Zylinderraum jedes
Arbeitszylinders (5, 6) mit Druckmedium beaufschlagt und daß
die Pressenkraft auf den Pressenstößel (4) durch eine
Minderung des Volumen-Stroms (V) (42) im unteren Zylinderraum
(10) jedes Arbeitszylinders erfolgt, wobei der Volumen-Strom
über eine regelbare Pumpe (25) geführt ist.
17. Presse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der
Eilgangzylinder (7) einen unteren (10) und oberen (10′)
Zylinderraum aufweist, die in einem geschlossenen Kreislauf
mit Druckmedium beaufschlagt sind, wobei eine Pumpe (35)
durch die Abwärtsbewegung des Pressenstößels (4) angetrieben
wird, die seinerseits über eine Antriebswelle (38) einen
regelbaren Hydromotor (37) derart antreibt, daß Druckmedium
aus einem Druckmediumbehälter (40) in das Systemdrucknetz
(17) eingespeist wird.
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