EP0754541A2 - Verfahren zum Versorgen von elektronisch gesteuerten Antrieben in und an einer Presse mit Energie - Google Patents

Verfahren zum Versorgen von elektronisch gesteuerten Antrieben in und an einer Presse mit Energie Download PDF

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EP0754541A2
EP0754541A2 EP96111129A EP96111129A EP0754541A2 EP 0754541 A2 EP0754541 A2 EP 0754541A2 EP 96111129 A EP96111129 A EP 96111129A EP 96111129 A EP96111129 A EP 96111129A EP 0754541 A2 EP0754541 A2 EP 0754541A2
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press
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devices
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Peter Dr.-Ing. Klemm
Burkhard Schumann
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L Schuler GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/14—Control arrangements for mechanically-driven presses
    • B30B15/148—Electrical control arrangements

Definitions

  • the invention relates to a method for supplying electronically controlled drives, in particular drives for workpiece handling devices, in and on a press with energy, the workpiece handling devices being electromechanically driven and electronically controlled, and the press having a press ram.
  • These workpiece handling devices are driven electromechanically and transport the workpiece into the press, from one station of a multi-stage press to the next station, and out of the press.
  • the workpiece handling devices also move through the range of movement of the press rams and other moving components of the press.
  • the drives and the higher-level control of the press no longer function.
  • the electrical synchronization of the individual drives of both the press and the workpiece handling devices is canceled.
  • the drives are disconnected from the mains and mechanically, by means of holding brakes working with spring pressure, the individual drives brake uncontrolled to zero speed.
  • the clutch for the press is switched off and the press ram moves, depending on the current number of strokes, with a certain caster angle or caster path.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method for supplying electronically controlled drives, in particular drives for workpiece handling devices, in and on a press with energy, with which the components or assemblies at risk of collision can be supplied with energy until they are in a collision-free area.
  • the workpiece handling devices at least temporarily, i.e. As long as they are supplied with voltage from the intermediate circuit until they have been moved into a collision-free area, collisions with the press ram or other components of the press can be avoided.
  • the figure shows schematically the components of the drive for a three-axis workpiece handling device.
  • a line contactor 1 is shown, with which the entire arrangement shown is supplied with voltage.
  • Downstream of the line contactor 1 is a supply and regenerative unit 2, in which the AC voltage from the network is rectified.
  • the braking energy generated by the press can also be passed on to other consumers via the network, i.e. the press can be operated more economically.
  • capacitors 3 Connected to the supply and regenerative device 2 are capacitors 3, which are arranged in an intermediate circuit 13 and which store the electrical braking energy generated by the press or the workpiece handling devices.
  • the capacitors 3 can also be charged by the normal mains voltage.
  • a regulated DC / DC converter 4 which is arranged downstream of the capacitors 3, the voltage rectified by the supply and regenerative unit 2 is converted into suitable voltages for operating various components of the drive shown, for example the controller 5 for the individual drives of the drive not shown Workpiece handling devices or for angle stepper 6 for each individual axis of the workpiece handling device.
  • the workpiece handling devices described in the present exemplary embodiment are three-axis workpiece handling devices, a total of three angle step transmitters 6 are also necessary, ie for each axis a separate angle stepper 6, just as each individual axis is driven by a separate drive motor 7.
  • the drive motors 7 for the individual axes of the workpiece handling devices are mostly designed as pulse converter-fed asynchronous machines or brushless DC drives, 4 transistor pulse converters 8 are provided in parallel with the regulated DC / DC converter.
  • the drive motors 7 provided in the present exemplary embodiment are asynchronous machines fed by pulse converters.
  • the press main drive 9 of the press is controlled by the controller 5 and supplied with a suitable voltage by the voltage supply devices already described.
  • the direct current from the intermediate circuit 13 is converted by a transistor pulse converter 8 into alternating current for the main press drive 9.
  • two absolute value angle sensors 10, 11 are provided.
  • holding magnetic brakes 12 are provided which, if no voltage is applied to them, hold the axes of the workpiece handling devices in their braked position.
  • All components relevant to the movement of the workpiece handling devices i.e. in particular the control 5 and the drive motors 7 with all the devices necessary for this, are now supplied with the stored energy of the intermediate circuit 13, i.e. from the capacitors 3, supplied.
  • the DC link DC voltage is converted in the transistor pulse converters 8 into AC voltage for the drive motors 7 of the individual axes of the workpiece handling devices and in the regulated DC / DC converter 4 to a voltage suitable for the voltage supply of other necessary components, for example the supply voltage for the controller 5. converted.
  • the synchronous operation of the press ram and workpiece handling devices can be maintained until the press ram is stationary and the workpiece handling devices are in a collision-free area.
  • the position of the press ram and the position of the drive motors 7 are queried via the absolute value angle transmitters 10, 11 and transmitted to the controller 5.
  • the now discharged capacitors 3 can be recharged after the mains voltage has been applied again.
  • the capacitors 3 can also be charged by moving parts on the press or the workpiece handling devices by converting their kinetic energy into electrical energy.
  • the kinetic energy of the flywheel of the press can advantageously be used for this purpose.
  • the collision-prone components of the workpiece handling devices are only moved out of the collision area while the press ram is braked in an uncontrolled manner to avoid damage to the press or press components in this way, ie Instead of maintaining the coordinated operation of the workpiece handling devices with the press ram to a standstill, the workpiece handling devices are moved out of the possible collision area as quickly as possible.
  • the workpiece handling devices can be designed, for example, as transfer systems which have gripper rails, as suction cross members or workpiece insertion and / or removal devices.
  • the capacitors 3 can advantageously, as already mentioned, be charged to the intermediate circuit 13 via the kinetic energy of the moving masses of the press in generator operation of the drive motors 7. With this energy still available, the necessary components of the drive can then still be supplied with voltage, as already mentioned.
  • intermediate circuit capacitors in drive amplifiers are usually only of small dimensions.
  • larger intermediate circuit capacitors must normally be provided in order to have sufficient energy available for the drive shown for the workpiece handling devices in the event of a mains voltage failure.
  • the selection of suitable capacitors is at the discretion of the person skilled in the art.
  • a pulse-controlled resistor with energy conversion into heat or a grid-side pulse inverter with energy recovery feed the brake energy of the press, for example.
  • the energy for moving all the at-risk components of a press into a collision-free area can also be obtained from an uninterruptible power supply, e.g. a battery, so that a collision of components at risk can also be avoided in this way.
  • an uninterruptible power supply e.g. a battery

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Abstract

Ein Verfahren dient zum Versorgen von elektronisch gesteuerten Antrieben, insbesondere Antrieben für Werkstückhandhabungseinrichtungen, in und an einer Presse mit Energie. Die Werkstückhandhabungseinrichtungen sind elektromechanisch angetrieben und elektronisch gesteuert. Die Presse weist einen Pressenstößel auf. Wenigstens die Werkstückhandhabungseinrichtungen werden bei einem Netzspannungsausfall wenigstens kurzfristig von einem Zwischenkreis eines Antriebsverstärkers oder einer unterbrechungsfreien Stromversorgung mit Spannung versorgt, wobei alle für die Bewegung der Werkstückhandhabungseinrichtungen maßgeblichen Einrichtungen aus dem Zwischenkreis oder der unterbrechungsfreien Stromversorgung mit Spannung versorgt werden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Versorgen von elektronisch gesteuerten Antrieben, insbesondere Antrieben für Werkstückhandhabungseinrichtungen, in und an einer Presse mit Energie, wobei die Werkstückhandhabungseinrichtungen elektromechanisch angetrieben und elektronisch gesteuert sind, und wobei die Presse einen Pressenstößel aufweist.
  • Zum Bewegen von Werkstücken in Pressen sind aus der Praxis unterschiedlich ausgebildete Werkstückhandhabungseinrichtungen bekannt.
  • Diese Werkstückhandhabungseinrichtungen werden elektromechanisch angetrieben und transportieren das Werkstück in die Presse hinein, von einer Station einer Mehrstufenpresse zu der nächsten Station, und aus der Presse wieder hinaus.
  • Hierbei bewegen sich die Werkstückhandhabungseinrichtungen jedoch auch durch den Bewegungsbereich der Pressenstempel und anderer bewegter Bauteile der Presse.
  • Im Normalbetrieb sind die Bewegungen der einzelnen Komponenten durch geeignete Einrichtungen aufeinander abgestimmt, d.h. synchronisiert.
  • Bei Ausfall der elektrischen Energie, beispielsweise bei einem Netzspannungsausfall, funktionieren die Antriebe und die übergeordnete Steuerung der Presse jedoch nicht mehr. Hierbei wird die elektrische Synchronisierung der einzelnen Antriebe sowohl der Presse als auch der Werkstückhandhabungseinrichtungen aufgehoben. Die Antriebe werden vom Netz getrennt und mechanisch, mittels mit Federdruck arbeitenden Festhaltebremsen, bremsen die einzelnen Antriebe ungeführt auf Drehzahl Null.
  • Gleichzeitig wird die Kupplung für die Presse abgeschaltet und der Pressenstößel bewegt sich, abhängig von der momentanen Hubzahl, mit einem bestimmten Nachlaufwinkel bzw. Nachlaufweg weiter.
  • Je nach Stellung des Pressenstößels zum Zeitpunkt des Ausfalls der elektrischen Energie besteht daher die Gefahr einer Kollision des Oberwerkzeugs der Presse mit den elektronisch gesteuerten Werkstückhandhabungseinrichtungen, da sich diese ebenfalls bei einem Spannungsausfall unkontrolliert und somit unkoordiniert bezüglich des Pressenstößels weiterbewegen. Derartige Kollisionen können zu Beschädigungen der Presse oder einzelner Pressenteile führen, so daß die Presse nicht mehr für die Produktion zur Verfügung steht und ein entsprechender wirtschaftlicher Schaden entsteht.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Versorgen von elektronisch gesteuerten Antrieben, insbesondere Antrieben für Werkstückhandhabungseinrichtungen, in und an einer Presse mit Energie vorzusehen, mit dem die kollisionsgefährdeten Bauteile bzw. Baugruppen solange mit Energie versorgt werden können, bis sich diese in einem kollisionsfreien Bereich befinden.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Dadurch, daß wenigstens die Werkstückhandhabungseinrichtungen wenigstens kurzfristig, d.h. solange, bis sie in einen kollisionsfreien Bereich verfahren wurden, aus dem Zwischenkreis mit Spannung versorgt werden, können Kollisionen mit dem Pressenstößel oder anderen Bauteilen der Presse vermieden werden.
  • Da auch alle anderen für die Bewegung der Werkstückhandhabungseinrichtungen maßgeblichen Einrichtungen trotz des Netzspannungsausfalles weiterhin mit Spannung versorgt werden, können alle Einrichtungen in eine definierte Grundposition gefahren werden, wobei aus dieser Grundposition heraus die Presse wieder problemlos angefahren werden kann.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch den Unteransprüchen und den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • Die Figur zeigt schematisch die Komponenten des Antriebs für eine dreiachsige Werkstückhandhabungseinrichtung. Bezugnehmend auf die Figur ist ein Netzschütz 1 dargestellt, mit dem die gesamte dargestellte Anordnung mit Spannung versorgt wird. Dem Netzschütz 1 nachgeschaltet ist eine Versorgungs- und Rückspeiseeinheit 2, in welcher die Wechselspannung aus dem Netz gleichgerichtet wird.
  • Durch die Versorgungs- und Rückspeiseeinheit 2 kann die von der Presse erzeugte Bremsenergie über das Netz auch an andere Verbraucher weitergeleitet werden, d.h. die Presse kann wirtschaftlicher betrieben werden.
  • Im Anschluß an die Versorgungs- und Rückspeiseeinrichtung 2 sind Kondensatoren 3 angeordnet, die in einem Zwischenkreis 13 angeordnet sind und die die von der Presse oder den Werkstückhandhabungseinrichtungen erzeugte elektrische Bremsenergie speichern. Selbstverständlich können die Kondensatoren 3 jedoch auch durch die normale Netzspannung aufgeladen werden. In einem geregelten DC/DC-Wandler 4, der den Kondensatoren 3 nachgeordnet ist, wird die von der Versorgungs- und Rückspeiseeinheit 2 gleichgerichtete Spannung in geeignete Spannungen zum Betrieb verschiedener Komponenten des dargestellten Antriebes, beispielsweise der Steuerung 5 für die einzelnen Antriebe der nicht dargestellten Werkstückhandhabungseinrichtungen oder für Winkelschrittgeber 6 für jede einzelne Achse der Werkstückhandhabungseinrichtung, umgewandelt.
  • Da es sich, wie bereits erwähnt, bei den in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschriebenen Werkstückhandhabungseinrichtungen um dreiachsige Werkstückhandhabungseinrichtungen handelt, sind insgesamt auch drei Winkelschrittgeber 6 notwendig, d.h. für jede Achse ein separater Winkelschrittgeber 6, genauso wie jede einzelne Achse von einem separaten Antriebsmotor 7 angetrieben wird.
  • Selbstverständlich kann die beschriebene Anordnung jedoch auch auf Werkstückhandhabungseinrichtungen mit mehr oder weniger als drei Achsen angewandt werden.
  • Da die Antriebsmotoren 7 für die einzelnen Achsen der Werkstückhandhabungseinrichtungen meist als pulsumrichtergespeiste Asynchronmaschinen oder bürstenlose Gleichstromantriebe ausgeführt sind, sind parallel zu dem geregelten DC/DC-Wandler 4 Transistorpulsumrichter 8 vorgesehen, d.h. bei den in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehenen Antriebsmotoren 7 handelt es sich um pulsumrichtergespeiste Asynchronmaschinen. Gleichzeitig wird auch der Pressenhauptantrieb 9 der Presse von der Steuerung 5 gesteuert und von den bereits beschriebenen Einrichtungen zur Spannungsversorgung mit einer geeigneten Spannung versorgt. Auch hier wird für den Pressenhauptantrieb 9 der Gleichstrom vom Zwischenkreis 13 von einem Transistorpulsumrichter 8 in Wechselstrom umgewandelt. Um die Stellung des Pressenhauptantriebs 9 permanent feststellen und an die Steuerung 5 weitergeben zu können, sind zwei Absolutwert-Winkelgeber 10, 11 vorgesehen.
  • Zusätzlich sind Haltemagnetbremsen 12 vorgesehen, die, falls an ihnen keine Spannung anliegt, die Achsen der Werkstückhandhabungseinrichtungen in ihrer abgebremsten Stellung halten.
  • Tritt bei einer derartigen Anordnung der einzelnen Komponenten des Antriebes unerwartet ein Netzspannungsausfall auf, so wird der Pressenstößel über eine Kupplung von seinem Antrieb getrennt. Der Pressenstößel bewegt sich, abhängig von der momentanen Hubzahl, mit einem bestimmten Nachlaufweg weiter. Um die koordinierte bzw. synchronisierte Bewegung von Pressenstößel und Werkstückhandhabungseinrichtungen aufrechtzuerhalten, müssen die Werkstückhandhabungseinrichtungen - trotz fehlender Netzenergie - dem Nachlauf des Pressenstößels mit den zugeordneten Positionswerten folgen.
  • Alle für die Bewegung der Werkstückhandhabungseinrichtungen maßgeblichen Komponenten, also insbesondere die Steuerung 5 und die Antriebsmotoren 7 mit allen hierzu notwendigen Einrichtungen, werden jetzt mit der gespeicherten Energie des Zwischenkreises 13, d.h. aus den Kondensatoren 3, versorgt. Die Zwischenkreis-Gleichspannung wird in den Transistorpulsumrichtern 8 in Wechselspannung für die Antriebsmotoren 7 der einzelnen Achsen der Werkstückhandhabungseinrichtungen umgewandelt und in dem geregelten DC/DC-Wandler 4 auf eine für die Spannungsversorgung anderer notwendiger Komponenten geeignete Spannung, beispielsweise die Versorgungsspannung für die Steuerung 5, umgewandelt. Somit kann der Synchronbetrieb von Pressenstößel und Werkstückhandhabungseinrichtungen solange aufrecht erhalten werden, bis der Pressenstößel steht und die Werkstückhandhabungseinrichtungen sich in einem kollisionsfreien Bereich befinden.
  • Hierbei werden über die Absolutwert-Winkelgeber 10,11 die Stellung des Pressenstößels und über die Winkelschrittgeber 6 die Stellungen der Antriebsmotoren 7 abgefragt und an die Steuerung 5 übermittelt.
  • Aus dieser definierten, synchronen Haltestellung ist ein problemloses Wiederanfahren der Presse möglich.
  • Die nunmehr entladenen Kondensatoren 3 können nach einem erneuten Anliegen der Netzspannung wieder aufgeladen werden. Alternativ können die Kondensatoren 3 jedoch auch von bewegten Teilen an der Presse oder den Werkstückhandhabungseinrichtungen durch Umwandlung deren kinetischer Energie in elektrische Energie aufgeladen werden. So kann beispielsweise die kinetische Energie des Schwungrades der Presse hierzu vorteilhaft verwendet werden.
  • Es kann auch vorgesehen sein, daß, falls von einer geeigneten Erkennungseinrichtung festgestellt wird, daß ein synchrones Folgen der bewegten Bauteile bis zum Pressenstillstand nicht möglich ist, die kollisionsgefährdeten Bauteile der Werkstückhandhabungseinrichtungen nur aus dem Kollisionsbereich gefahren werden, während der Pressenstößel unkontrolliert abgebremst wird, um auf diese Art und Weise eine Beschädigung der Presse oder von Pressenbauteilen zu vermeiden, d.h. anstatt den koordinierten Betrieb der Werkstückhandhabungseinrichtungen mit dem Pressenstößel bis zum Stillstand aufrechtzuerhalten, werden die Werkstückhandhabungseinrichtungen möglichst schnell aus dem möglichen Kollisionsbereich herausgefahren.
  • Die Werkstückhandhabungseinrichtungen können beispielsweise als Transfersysteme, welche Greiferschienen aufweisen, als Saugertraversen oder Werkstückeinlege- und/oder -entnahmeeinrichtungen ausgeführt sein. Sollten die Kondensatoren 3 zum Zeitpunkt des Ausfalls der Netzspannung nicht aufgeladen sein, so können die Kondensatoren 3 vorteilhaft, wie bereits erwähnt, noch über die kinetische Energie der bewegten Massen der Presse im Generatorbetrieb der Antriebsmotoren 7 auf den Zwischenkreis 13 aufgeladen werden. Mit dieser noch zur Verfügung stehenden Energie können dann, wie bereits erwähnt, die notwendigen Komponenten des Antriebs noch mit Spannung versorgt werden.
  • Aus wirtschaftlichen Gründen sind die Zwischenkreiskondensatoren bei Antriebsverstärkern üblicherweise nur klein dimensioniert. Für den beschriebenen Anwendungsfall müssen normalerweise jedoch größere Zwischenkreiskondensatoren vorgesehen werden, um ausreichend Energie für den dargestellten Antrieb der Werkstückhandhabungseinrichtungen bei einem Netzspannungsausfall zur Verfügung zu haben. Die Auswahl geeigneter Kondensatoren liegt hierbei im Ermessen des Fachmannes.
  • Im Normalbetrieb, d.h. wenn die Presse läuft und die Zwischenkreiskondensatoren bereits aufgeladen sind, führen beispielsweise ein pulsgesteuerter Widerstand mit Energieumwandlung in Wärme oder netzseitige Pulswechselrichter mit Energienetzrückspeisung die Bremsenergie der Presse ab.
  • Anstatt aus dem Zwischenkreis 13 kann die Energie zum Bewegen aller gefährdeten Bauteile einer Presse in einen kollisionsfreien Bereich auch aus einer unterbrechungsfreien Stromversorgung, z.B. einer Batterie, bezogen werden, so daß auch auf diese Art und Weise eine Kollision gefährdeter Bauteile vermieden werden kann.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Versorgen von elektronisch gesteuerten Antrieben, insbesondere Antrieben für Werkstückhandhabungseinrichtungen, in und an einer Presse mit Energie, wobei die Werkstückhandhabungseinrichtungen elektromechanisch angetrieben und elektronisch gesteuert sind, und wobei die Presse einen Pressenstößel aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    bei einem Netzspannungsausfall wenigstens die Werkstückhandhabungseinrichtungen wenigstens kurzfristig von einem Zwischenkreis (13) eines Antriebsverstärkers oder einer unterbrechungsfreien Stromversorgung mit Spannung versorgt werden, wobei alle für die Bewegung der Werkstückhandhabungseinrichtungen maßgeblichen Einrichtungen aus dem Zwischenkreis (13) oder der unterbrechungsfreien Stromversorgung mit Spannung versorgt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    Kondensatoren (3) in dem Zwischenkreis (13) der Antriebsverstärker durch die kinetische Energie von bewegten Massen in und an der Presse oder durch die anliegende Netzspannung aufgeladen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Kondensatoren (3) in dem Zwischenkreis (13) des Antriebsverstärkers durch die Energie des Schwungrades der Presse aufgeladen werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Werkstückhandhabungseinrichtungen nach dem Feststellen eines Netzspannungsausfalles aus dem Kollisionsbereich gefahren werden, wobei andere bewegte Bauteile der Presse ungesteuert abgebremst werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    nach dem Feststellen eines Netzspannungsausfalles die synchrone Bewegung der Werkstückhandhabungseinrichtungen und anderer maßgeblicher Teile der Presse bis zum Pressenstillstand aufrecht erhalten wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    als Werkstückhandhabungseinrichtungen Transfersysteme mit Greiferschienen verwendet werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    als Werkstückhandhabungseinrichtungen Saugertraversen verwendet werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    als Werkstückhandhabungseinrichtungen Werkstückeinlege- und/oder -entnahmeeinrichtungen verwendet werden.
EP96111129A 1995-07-20 1996-07-11 Verfahren zum Versorgen von elektronisch gesteuerten Antrieben in und an einer Presse mit Energie Withdrawn EP0754541A3 (de)

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