EP1930149A1

EP1930149A1 - Antrieb für Exzenterpresse

Info

Publication number: EP1930149A1
Application number: EP06025161A
Authority: EP
Inventors: Stephan Mergner
Original assignee: Burkhardt Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Burkhardt Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2008-06-11

Abstract

Es wird eine Antriebseinrichtung für eine Umformmaschine mit einer Exzenterwelle (14) mit einem Pressenstößel (18), vorzugsweise eine Exzenterpresse (2), beschrieben, mit einem ersten, mit einem Schwungrad (13) verbundenen Servomotor (11) und mit einem zweiten Servomotor (12). Die Exzenterwelle (14) ist als Abtriebswelle eines die beiden Servomotoren (11,12) aufweisenden Antriebs (1) ausgebildet. Die Exzenterwelle (14) führt während einer Umdrehung eine Arbeitsphase und eine Transportphase aus,
wobei in der Arbeitsphase die Exzenterwelle (14) in Arbeitsdrehzahl dreht und einen Arbeitsschritt ausführt und in der Transportphase die Exzenterwelle (14) in Transportdrehzahl dreht. Die beiden Servomotoren (11, 12) sind derart elektrisch miteinander verbunden, dass der erste Servomotor (11) in einem Beschleunigungsabschnitt der Transportphase als ein Generator (11 g) arbeitet und der zweite Servomotor (12) als ein Motor (12m) arbeitet, und
dass der zweite Servomotor (12) in einem Bremsabschnitt der Transportphase als ein Generator (12g) arbeitet und der erste Servomotor (11) als Motor (11 m) arbeitet.

Description

Die Erfindung betrifft einen drehzahlmodulierten Direktantrieb mit Servomotor für eine Exzenterpresse und ein Steuerungsverfahren dazu.
Antriebe für Pressen, insbesondere Exzenterpressen, sind in herkömmlicher Weise als Schwungradantrieb, ggf. mit zwischengeschaltetem Getriebe, mit elektrischen Antriebsmotoren ausgebildet, die mit Energiespeichern in Form von rotierenden Schwungmassen verbunden sind. Die Rotationsbewegung des Antriebs wird durch eine Exzenterwelle mit Pleuel in eine Translationsbewegung des Pressenstößels gewandelt.
Die für das Umformen notwendige hohe Energie wird als kinetische Energie aus der rotierenden Schwungmasse entnommen. So ist es möglich, relativ kleine und leistungsschwache Motoren einzusetzen, die in den Pausen zwischen den Arbeitstakten der Schwungmasse die ihr entnommene Energie wieder zuführen. Das Schwungrad ist integrierter Bestandteil des Antriebes. Es sind auch Ausführungen bekannt, bei denen der mit der Schwungmasse verbundene Antrieb mittels einer Kupplung zugeschaltet wird.
Bei Umformmaschinen, zu denen die Pressen zählen, wird einerseits eine kurze Taktzeit, andererseits eine möglichst geringe Umform- oder Stanzgeschwindigkeit angestrebt. Diese Aufgabe kann durch Modulation des Übersetzungsverhältnisses des Antriebs, d.h. Variation des Übersetzungsverhältnisses erreicht werden.
Die DE 1 294 809 sieht einen Pressenantrieb mit zwei durch jeweils einen Elektromotor angetriebenen Schwungrädern vor, wobei das eine Schwungrad für die Arbeitsphase und das andere Schwungrad für die Transportphase vorgesehen ist. Die Schwungräder sind mit jeweils einer schaltbaren Kupplung mit der Antriebswelle des Pressenstößels verbunden.
I n der DE 884 278 wird eine mechanische Presse beschrieben, bei der dem Pressenstößel für die innerhalb eines Arbeitsspiels zu durchfahrenden Wege verschiedene Antriebseinrichtungen zugeordnet sind, die bei Beginn der Wege zu bzw. abgeschaltet werden. Dabei ist ein Hilfsmotor ständig mit dem Pressenstößel verbunden, während ein mit oder ohne Schwungrad ausgebildeter Hauptmotor in der Arbeitsphase zugeschaltet wird.
In der US 2004/0003729 A1 wird ein Pressenantrieb beschrieben, bei dem ein als Servomotor ausgebildeter Hilfsmotor ständig mit dem Pressenantrieb verbunden ist und den Antrieb mit hoher Drehzahl in der Transportphase antreibt. In der Arbeitsphase ist die Zuschaltung eines Schwungrades vorgesehen, das ständig mit einem Hauptmotor verbunden ist, der die Energie für den in der Arbeitsphase durchgeführten Umformvorgang bereitstellt.
In der WO 20041056559 A1 ist eine Pressvorrichtung mit Servomotor beschrieben mit einem Hauptantrieb, der als rotatorischer Direktantrieb, d.h. als Antrieb ohne Getriebe ausgeführt ist, mit einem Exzenter, einer Pleuelstange und zumindest einem daran angeordneten Pressenstößel. Bei diesem Antriebskonzept sind Getriebe, Schwungmassen, Kupplungen und Bremsen eingespart. Der Motor ist als Servomotor ausgebildet, der für die Maximallast ausgelegt ist und deshalb im elektrischen Versorgungsnetz hohe Lastspitzen erzeugt. In einer Ausführung dieses Antriebs ist deshalb wieder ein Schwungrad vorgesehen, das ständig mit dem Antrieb verbunden ist und damit die dynamischen Eigenschaften des Direktantriebes verschlechtert.
Ein ähnliches Antriebskonzept für einen Direktantrieb ist in der US 5 832 $16 beschrieben, wobei vorgesehen ist, einen zweiten Servomotor in Betrieb zu setzen, wenn eine hohe Presskraft benötigt wird und auf diese Weise kleiner dimensionierte Servomotoren als im Beispiel zuvor vorzusehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsanordnung für eine Umformmaschine mit Exzenterwelle zu schaffen, die einfach und kostengünstig aufgebaut ist und einen besonders effektiven Betrieb ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 und des Anspruchs 9 gelöst.
Damit besteht die Lösung also aus einer Antriebseinrichtung für eine Umformmaschine mit einer Exzenterwelle mit einem Pressenstößel vorgeschlagen, vorzugsweise eine Exzenterpresse, mit einem ersten, mit einem Schwungrad verbundenen Servomotor und mit einem zweiten Servomotor,
wobei die Exzenterwelle als Abtriebswelle eines die beiden Servomotoren aufweisenden Antriebs ausgebildet ist, und wobei der Antrieb so ausgebildet ist, dass die Exzenterwelle während einer Umdrehung eine Arbeitsphase und eine Transportphase ausführt, wobei in der Arbeitsphase die Exzenterwelle (14) in Arbeitsdrehzahl dreht und einen Arbeitsschritt ausführt und in der Transportphase die Exzenterwelle in Transportdrehzahl dreht,
wobei die Transportphase einen Beschleunigungsabschnitt, einen Transportabschnitt und eine Bremsabschnitt aufweist, wobei das Schwungrad mit der Antriebswelle derart ein- und auskuppelbar ist, dass die Antriebswelle in der Arbeitsphase, während der Arbeitsschritt ausgeführt wird, mit dem Schwungrad gekuppelt ist und die Antriebswelle in der Transportphase von dem Schwungrad entkuppelt ist, wobei vorgesehen ist,
dass die beiden Servomotoren derart elektrisch miteinander verbunden sind, dass der erste Servomotor im Beschleunigungsabschnitt der Transportphase als ein Generator arbeitet und der zweite Servomotor als ein Motor arbeitet, und dass der zweite Servomotor im Bremsabschnitt der Transportphase als ein Generator arbeitet und der erste Servomotor als Motor arbeitet.
Weiter wird ein Verfahren zur Steuerung eines drehzahlveränderlichen Antriebs mit einer Exzenterwelle als Abtriebswelle mit einem mit einem Schwungrad verbundenen ersten Servomotor und mit einem zweiten Servomotor für eine Umformmaschine mit einem Pressenstößel, vorzugsweise eine Exzenterpresse, vorgeschlagen, wobei der Antrieb so steuerbar ist, dass er über die Umdrehung der Exzenterwelle variiert in einer Arbeitsphase mit einer Arbeitsdrehzahl laufend und in einer Transportphase mit einer Transportdrehzahl laufend, um die Geschwindigkeit der Exzenterwelle über ihre Umdrehung zu variieren,
wobei vorgesehen ist,
dass die Exzenterwelle in der Arbeitsphase von dem ersten Servomotor angetrieben wird, wobei das Schwungrad über eine schaltbare Kupplung mit dem Antrieb verbunden ist,
dass in einem Beschleunigungsabschnitt der Transportphase der erste Servomotor als ein Generator betrieben wird, wobei das Schwungrad über die schaltbare Kupplung von dem Antrieb getrennt ist, und der zweite Servomotor als ein Motor betrieben wird, und
dass in einem Bremsabschnitt der Transportphase der zweite Servomotor als ein Generator betrieben wird und der erste Servomotor als ein Motor betrieben wird.
Ein Servomotor ist ein drehwinkel- und/oder drehzahlsteuerbarer Motor. Servomotoren für große Leistungen werden auch als Torquemotoren bezeichnet.
Wenn es sich um Servomotoren für hohe Leistungen handelt, erzeugen die Beschleunigungs- und Bremsphasen während eines Umlaufs der Exzenterwelle hohe Stromspitzen im öffentlichen Netz, weshalb der Netzanschluss für eine wesentlich höhere Leistung als die Nennleistung des Servomotors ausgelegt sein muss. Die Beschleunigungs- und Bremsphasen sind unvermeidlich, weil in der Arbeitsphase die Exzenterwelle mit niedriger Drehzahl rotiert und in der Transportphase die Exzenterwelle mit hoher Drehzahl rotiert.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden die aus dem öffentlichen Netz entnommenen Spitzenströme wesentlich gesenkt, weil vorgesehen ist, dass der erste und der zweite Servomotor als "Energieschaukel" arbeiten, d.h. dass jeweils Bremsenergie in Antriebsenergie umgewandelt wird. In der Gesamtenergiebilanz wird also nur die Energie dem öffentlichen Netz entnommen, die zum Umformen benötigt wird und die zur Überwindung von Reibungsverlusten und dergleichen benötigt wird.
Während der gesamten Exzenterwellenumdrehung ziehen abwechselnd einer oder beide Servomotoren Energie aus dem Stromnetz, um die aus dem Antriebssystem entnommene Umformenergie wieder zuzuführen. Die dabei aufgenommene Energie und die fließenden Ströme entsprechen der einer Exzenterpresse mit herkömmlichem Schwungradantrieb.
Es ist ohne weiteres möglich, nur einen Servomotor vorzusehen, der mit dem Schwungrad als Energiespeicher zusammenwirkt. In diesem Fall wird jedoch ein überdimensionierter Netzanschluss benötigt, um die während des Umformbetriebs auftretenden Spitzenströme bereitzustellen bzw. aufzufangen. Bei der erfinderischen Lösung werden solche Spitzenströme jedoch vermieden, weil die Energieströme zwischen dem ersten und dem zweiten Servomotor hin und her pendeln.
In einer vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, dass das Schwungrad über eine hydraulisch oder pneumatisch oder elektrisch schaltbare Kupplung mit der Antriebswelle verbunden ist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die mit dem Schwungrad verbundene Kupplung mit einem zwischen dem ersten Servomotor und der Exzenterwelle angeordneten Getriebe zusammenwirkt.
In einer vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein,
dass der zweite Servomotor mit der Antriebswelle verbunden ist.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der zweite Servomotor mit der Exzenterwelle verbunden ist.
Diese Anordnungsvarianten des zweiten Servomotors können jeweils spezifische Vorteile haben bei der räumlichen Ausbildung bzw. bei der Wartung des Antriebs.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Abtriebswelle des zweiten Servomotors mit einem Vorschaltgetriebe verbunden ist. Das Vorschaltgetriebe kann beispielsweise vorgesehen sein, um die Drehzahl des Servomotors an die Drehzahl der Antriebswelle bzw. der Exzenterwelle anzupassen. Zwischen Antriebswelle und Exzenterwelle kann beispielsweise ein Getriebe angeordnet sein, so dass die Drehzahl des zweiten Servomotors differiert, wenn er statt an der Antriebswelle an der Exzenterwelle angeordnet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Antriebswelle mit einer schaltbaren Bremse verbunden ist.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Exzenterwelle mit einer schaltbaren Bremse verbunden ist. Die schaltbare Bremse ist beispielsweise benötigt, um ein Not-Aus zu ermöglichen, wie weiter unten beschrieben.
Zur Drehzahlmodulation des Antriebs kann folgender zyklischer Ablauf vorgesehen sein:

a) Durchführen des Umformvorgangs und Abgabe von in dem Schwungrad gespeicherter Energie an den Antrieb verbunden mit der Absenkung der Drehzahl der Exzenterwelle;
b) Beenden des Umformvorgangs bei Erreichen des unteren Totpunktes (UT);
c) Auskuppeln der Kupplung zum Trennen des Schwungrades vom Antrieb;
d) Erhöhen der Drehzahl der Exzenterwelle auf Transportdrehzahl und Abgabe von in dem Schwungrad gespeicherter Energie an den zweiten Servomotor, wobei der erste Servomotor als Generator arbeitet;
e) Abbremsen der Exzenterwelle auf die Arbeitsdrehzahl nach Erreichen des oberen Totpunktes (OT) und Abgabe von in der Exzenterwelle und dem Pressenstößel gespeicherter Energie an den ersten Servomotor, wobei der zweite Servomotor als Generator arbeitet;
f) Erhöhen der Drehzahl des Schwungrades auf die Arbeitsdrehzahl und Synchronisieren der Drehzahlen der Kupplungshälften der Kupplung;
g) Einkuppeln der Kupplung zur drehstarren Verbindung des Schwungrades mit dem Antrieb;
h) zyklische Wiederholung der Schritte a) bis g).

Weiter kann vorgesehen sein, dass im Anfahrvorgang das Einkuppeln der Kupplung zur drehstarren Verbindung des Schwungrades mit dem Antrieb und Erhöhen der Drehzahl der Exzenterwelle aus dem Stillstand bis auf die Arbeitsdrehzahl vorgesehen ist.
Es ist möglich, dass ein Not-Aus vorgesehen ist, wenn eine vorgegebene Zeitdauer für einen der Verfahrensschritte a) bis h) überschritten ist. Wie bereits weiter oben beschrieben, kann eine schaltbare Bremse vorgesehen sein, um die Exzenterwelle bzw. die Antriebswelle und die mit ihr verbundenen Komponenten zum Stillstand zu bringen.

Bei bevorzugten Ausführungen ist das Antriebssystem wie folgt aufgebaut:

Das Antriebssystem weist eine Antriebswelle auf, die die Exzenterwelle direkt oder über ein Getriebe antreibt. Die Antriebswelle kann auch die Verlängerung der Exzenterwelle darstellen. Es handelt sich bei solchen Ausführungen um keine getrennte Welle. Weiter weist das Antriebssystem ein Schwungrad auf, das auf der Antriebswelle frei drehbar angebracht ist, und eine schaltbare Kupplung bzw. Bremse mit drei Schaltstellungen (dabei können die Einheiten als Kombination aus Kupplungen und Bremse ausgeführt werden oder als Einzelkomponenten angeordnet sein).
In der ersten Schaltstellung ist das Schwungrad mit der Antriebswelle gekuppelt, so dass die Drehzahlen von Antriebswelle und Schwungrad gleich sind (Übertragung von Drehmoment ist möglich).
In der zweiten Schaltstellung ist das Schwungrad von der Antriebswelle abgekuppelt, so dass die Drehzahlen von Antriebswelle und Schwungrad differieren können (bis hin zum Stillstand einer oder beider Komponenten).
In der dritten Schaltstellung ist das Schwungrad von der Antriebswelle abgekuppelt und die Antriebswelle ist mit dem Rahmen der Presse verbunden. Dadurch wird die Antriebswelle und damit die Exzenterwelle durch Reibschluss bis zum Stillstand abgebremst.
Ferner weist das Antriebssystem einen Servormotor auf, der direkt oder über ein Getriebe das Schwungrad antreibt.
Weiterhin weist das Antriebssystem einen weiteren Servomotor, der über ein Getriebe die Antriebswelle antreibt.
Die obigen Komponenten können in einer Einheit zusammengefasst werden. Diese kompakte Antriebseinheit wird an einem der beiden Enden der Exzenterwelle angeflanscht.
Alternativ können die oben genannten Komponenten auf die beiden Wellenenden der Exzenterwelle aufgeteilt werden. Folgende Varianten sind möglich:

1. Variante

Eine Seite: Schwungrad mit Servoantrieb und schaltbare Kupplung (Verbindung von Schwungrad mit Antriebswelle, bzw. Exzenterwelle) mit oder ohne Zwischengetriebe. Schaltbare Bremse verbindet Pressenrahmen mit Antriebswelle (und damit Exzenterwelle).
Zweite Seite: zweiter Servomotor treibt direkt oder über ein Getriebe die Exzenterwelle.

2. Variante

Eine Seite: Schwungrad mit Servoantrieb und schaltbare Kupplung (Verbindung von Schwungrad mit Antriebswelle, bzw. Exzenterwelle) mit oder ohne Zwischengetriebe.
Zweite Seite: Zweiter Servomotor treibt direkt oder über ein Getriebe die Exzenterwelle. Schaltbare Bremse verbindet Pressenrahmen mit Antriebswelle (und damit Exzenterwelle).

3. Variante

Eine Seite: Schwungrad mit Servoantrieb und schaltbare Kupplung (Verbindung von Schwungrad mit Antriebswelle, bzw. Exzenterwelle) mit oder ohne Zwischengetriebe. Zweiter Servomotor treibt direkt oder über ein Getriebe die Antriebswelle und damit die Exzenterwelle.
Zweite Seite: Schaltbare Bremse verbindet Pressenrahmen mit Antriebswelle bzw. Exzenterwelle.

Funktionsablauf:

Der Funktionsablauf dieser Varianten ist wie folgt:
Der erste Servomotor treibt das Schwungrad mit der durch den Bediener der Presse eingestellten Arbeitsdrehzahl. Dies ist die Drehzahl, die die Stößelgeschwindigkeit bestimmt, mit der das Werkzeug im Eingriff ist. Die während des Arbeitsprozesses verbrauchte Energie (Drehzahlverlust des Schwungrades) wird während der gesamten Zykluszeit (eine Exzenterwellenumdrehung) durch einen Servoantrieb oder beide Servoantriebe nachgeladen.
Nach Beendigung des Arbeitsprozesses (z. B. Stößel passiert den unteren Totpunkt) wird das Schwungrad durch die schaltbare Kupplung von der Exzenterwelle abgekuppelt.
Der zweite Servomotor beschleunigt die Exzenterwelle auf Transportdrehzahl und beginnt rechtzeitig mit der Abbremsung der Exzenterwelle.
Zum Beginn des Arbeitsprozesses (z. B. 30 ° vor dem unteren Totpunkt) wird das Schwungrad mittels schaltbarer Kupplung wieder mit der Exzenterwelle verbunden.
Der Energiebedarf ist wie folgt:
Der zweite Servomotor für die Beschleunigung der Exzenterwelle auf Transportdrehzahl muß relativ groß gewählt werden. Dementsprechend benötigt der Motor eine hohe Anschlussleistung. Dies ist für viele Anwender nicht akzeptabel.
Bei dem erfindungsgemäßen System wird das vorhandene Schwungrad benutzt, um die kurzfristig benötigte hohe Leistung zur Verfügung zu stellen. Dazu arbeiten die beiden vorhandenen Servomotoren abwechselnd im motorischen und generatorischen Betrieb.
Während der zweite Servomotor die Exzenterwelle auf Transportdrehzahl beschleunigt, wird dieser von dem ersten Servomotor mit Energie versorgt. Während dieser Phase wird der mit dem Schwungrad verbundene erste Servomotor vom Schwungrad angetrieben und arbeitet als Generator. Dabei wird das Schwungrad abgebremst.
Während der Bremsphase bremst der zweite Servomotor die Exzenterwelle wieder auf die Arbeitsdrehzahl ab. Dabei arbeitet der Motor jetzt als Generator. Die Steuerung leitet diese Energie dem ersten Servomotor zu, der dem Schwungrad den zuvor für die Beschleunigung entnommenen Energiebetrag wieder zuführt.
Die beiden Leistungsteile zur Ansteuerung der beiden Servomotoren werden so konfiguriert, dass sie die hohen Energieströme zwischen den beiden Motoren hin und her schieben. Lediglich die Energie, die durch den Umformvorgang im Werkzeug und durch die Reibungsverluste der Presse benötigt wird, wird aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen. Diese Energie ist nicht, oder nur unwesentlich höher als der Energiebedarf einer Exzenterpresse mit einem herkömmlichen Schwungradantrieb. Durch die Pufferung der Energie durch das Schwungrad entspricht auch die Anschlussleistung der eines Stanzautomaten mit herkömmlichem Schwungradantrieb.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft verdeutlicht.
Es zeigen

Fig. 1: eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung;
Fig. 2: ein Blockschaltbild der Antriebseinrichtung in Fig. 1;
Fig. 3a: ein Wirkflussbild einer ersten Antriebsphase der Antriebseinrichtung in Fig. 1;
Fig. 3b: ein Wirkflussbild einer zweiten Antriebsphase der Antriebseinrichtung in Fig. 1;
Fig. 3c: ein Wirkflussbild einer dritten Antriebsphase der Antriebseinrichtung in Fig. 1;
Fig. 4a: ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung;
Fig. 4b: ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung;
Fig. 4c: ein Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Antriebseinrichtung 1 für eine in einem Pressengestell 19 montierte Exzenterpresse 2 mit einer Exzenterwelle 14 und einem Pressenstößel 18, wobei die Fig. 2 das Zusammenwirken der im folgenden beschriebenen Komponenten als Blockschaltbild verdeutlicht.
Die Antriebseinrichtung 1 weist einen ersten Servomotor 11 und einen zweiten Servomotor 12 auf. Bei beiden Servomotoren 11, 12 handelt es sich um Servomotoren für große Leistungen, die auch als Torque-Motoren bezeichnet werden. Die Servomotoren 11 und 12 sind elektrisch miteinander verbunden bzw. über eine in Fig. 1 nicht dargestellte Steuereinheit miteinander elektrisch verbunden.
Die Abtriebswelle des Servomotors 11 ist über ein Ritzel mit einer als Schwungrad 13 ausgebildeten Schwungmasse verbunden. Das Schwungrad 13 ist an seinem äußeren Umfang mit einer Verzahnung versehen, in welche das Ritzel eingreift. Es kann aber auch vorgesehen sein, die Abtriebswelle des Servomotors 11 mit einem Zahnriementrieb oder dergleichen mit dem Schwungrad 13 zu verbinden.
Das Schwungrad 13 ist auf einer Antriebswelle 16 gelagert und mit einer schaltbaren Kupplung 17k mit der Antriebswelle 16 drehstarr verbindbar.
Die Antriebswelle 16 ist weiter mit einer schaltbaren Bremse 17b mit dem Pressengestell 19 verbindbar, beispielsweise um die Antriebswelle 16 bei einem Not-Aus auf die Drehzahl Null abzubremsen.
Die Abtriebswelle des zweiten Servomotors 12 ist über ein Vorschaltgetriebe 15` mit der Antriebswelle 16 drehstarr verbunden. Bei dem Vorschaltgetriebe 15` handelt es sich in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel um ein einstufiges Zahnradgetriebe, gebildet aus einem mit der Abtriebswelle des Servomotors 12 drehstarr verbundenen Ritzel und einem mit der Antriebswelle 16 drehstarr verbundenen Zahnrad. Es kann auch vorgesehen sein, die Abtriebswelle des Servomotors 12 mit einem Zahnriementrieb oder dergleichen mit der Antriebswelle 16 zu verbinden.
Die Antriebswelle 16 ist an ihrem dem Schwungrad 13 abgewandten Endabschnitt geteilt, wobei beide Teilabschnitte mit einem Getriebe 15 verbunden sind. Bei dem Getriebe 15 handelt es sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel um ein Planetenradgetriebe.
Der auf das Getriebe 15 folgende Abtrieb der Antriebswelle 16 ist mittels einer starren Kupplung mit der Exzenterwelle 14 drehstarr verbunden.
Die Figuren 3a bis 3c zeigen nun die Wirkflüsse, die in unterschiedlichen Antriebsphasen der Exzenterwelle auftreten, wobei das Blockschaltbild in Fig. 2 zugrunde gelegt ist.
Die Exzenterwelle 14 rotiert während eines Umlaufs um 360° in einer Arbeitsphase mit einer Arbeitsdrehzahl und in einer Transportphase mit einer Transportdrehzahl. Die Arbeitsdrehzahl ist wesentlich kleiner als die Transportdrehzahl, so dass die Exzenterwelle nach dem Abschluss des Umformvorgangs zunächst auf die Transportdrehzahl zu beschleunigen ist und am Ende der Transportphase wieder auf die Arbeitsdrehzahl abzubremsen ist.
Fig. 3a zeigt den Wirkfluss in der Arbeitsphase des Antriebs. Der erste Servomotor 11 arbeitet als ein Motor 11 m und treibt über das Schwungrad 13 und die eingeschaltete Kupplung 17k die Antriebswelle 16 an, deren Drehzahl durch das Getriebe 15 untersetzt wird. Der nach dem Getriebe 15 angeordnete Abtrieb der Antriebswelle 16 treibt die Exzenterwelle 14 an, die den Pressenstößel 18 nach unten bewegt, wodurch ein in die Exzenterpresse 2 eingelegtes Werkstück verformt wird. Der zweite Servomotor 12 arbeitet als ein Motor 12m und treibt ebenfalls die Antriebswelle 16 an. Daher ist die Leistungsaufnahme aus dem Netz auf relativ geringe Werte begrenzt. Die Hauptenergie für den Umformvorgang wird durch das Schwungrad zur Verfügung gestellt (das Schwungrad wird auf eine geringere Drehzahl abgebremst).
Fig. 3b zeigt den Wirkfluss in dem Beschleunigungsabschnitt und während des Transportabschnitts der Transportphase. Die Kupplung 17k ist ausgeschaltet, d.h. das Schwungrad 13 ist von der Antriebswelle 16 getrennt. Der erste Servomotor 11 arbeitet als ein Generator 11 g, der durch die in dem rotierenden Schwungrad 13 gespeicherte Restenergie angetrieben wird. Der elektrische Wirkfluss ist von dem Generator 11 g auf den Motor 12m gerichtet, der über die Antriebswelle 16 und das Getriebe 15 die Exzenterwelle 14 auf die Transportdrehzahl bringt und dabei den Pressenstößel 18 nach oben bewegt.
Die Fig. 3c zeigt nun den Wirkfluss in dem Bremsabschnitt der Transportphase. Nunmehr ist der zweite Motor 12 als ein Generator 12g betrieben und der elektrische Wirkfluss ist von dem Generator 12g auf den als Motor 11 m geschalteten ersten Servomotor gerichtet. Der Generator 12g ist durch die Exzenterwelle 14 angetrieben, die dadurch von der Transportdrehzahl auf die Arbeitsdrehzahl abgebremst wird. Der Motor 11 m bringt nun das Schwungrad 13 wieder auf Arbeitsdrehzahl. In dieser Phase wird neben der Energie der Exzenterwelle auch Energie aus dem Netz gezogen, um die beim Arbeitsvorgang verbrauchte Schwungradenergie wieder nachzuliefern.
Die beiden Servomotoren 11 und 12 bilden also eine "Energieschaukel", wobei nur die im Arbeitsschritt und durch Reibungsverluste verbrauchte Energie den beiden Servomotoren 11 und 12 von außen zugeführt werden muss. Neben dem Energiespareffekt ist eine deutliche Absenkung der Spitzenströme zu verzeichnen.
Die Fig. 4a bis 4c zeigen nun Blockschaltbilder weiterer Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung, die sich untereinander in der Anordnung der Komponenten des Antriebs 1 unterscheiden. Die Exzenterpresse 2 weist wie in dem weiter oben in Fig. 1 bis 3c beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel die Komponenten Exzenterwelle 14, Pressenstößel 18 und Pressengestell 19 auf.
Fig. 4a zeigt eine Anordnung, bei der die Abtriebswelle des zweiten Servomotors 12 direkt mit dem einen Endabschnitt der Exzenterwelle 14 drehstarr verbunden ist. Der andere Endabschnitt der Exzenterwelle 14 ist mit dem Abtrieb des Getriebes 15 drehstarr verbunden. Die übrigen Komponenten des Antriebs 1 sind wie in dem ersten Ausführungsbeispiel angeordnet, weshalb auf die weiter oben ausgeführte Beschreibung der Anordnung und der Funktion verwiesen wird. Das Getriebe 15 kann auch entfallen.
Die Fig. 4b zeigt eine Anordnung, bei der die schaltbare Bremse 17b direkt mit dem einen Endabschnitt der Exzenterwelle 14 drehstarr verbunden ist. Der andere Endabschnitt der Exzenterwelle ist mit dem Abtrieb des Getriebes 15 drehstarr verbunden. Die übrigen Komponenten des Antriebs 1 sind wie in dem ersten Ausführungsbeispiel angeordnet, weshalb auf die weiter oben ausgeführte Beschreibung der Anordnung und der Funktion verwiesen wird. Das Getriebe 15 kann auch entfallen.
Die Fig. 4c zeigt nun eine Anordnung, bei der sowohl der zweite Servomotor 12 als auch die schaltbare Bremse 17b an dem einen Endabschnitt der Exzenterwelle 14 angreifen und das Getriebe 15 an dem anderen Endabschnitt der Exzenterwelle 14 angreift. Die übrigen Komponenten des Antriebs 1 sind wie in dem ersten Ausführungsbeispiel angeordnet, weshalb auf die weiter oben ausgeführte Beschreibung der Anordnung und der Funktion verwiesen wird. Das Getriebe 15 kann auch entfallen.
Die in den Fig. 4a bis 4c beschriebenen Ausführungsvarianten unterscheiden sich von der in Fig. 1 bis 3c beschriebenen Ausführungsvariante nicht nur hinsichtlich der Anordnung des zweiten Servomotors 12 und/oder der schaltbaren Bremse 17b, sondern können auch funktionelle Unterschiede aufweisen. In den in Fig. 4a und 4c dargestellten Ausführungsbeispielen ist der mechanische Wirkfluss des zweiten Servomotors 12 direkt auf die Exzenterwelle 14 gerichtet oder umgekehrt. Das Getriebe 15 ist also bei diesen beiden Ausführungsbeispielen nicht mehr in den mechanischen Wirkfluss des Servomotors 12 einbezogen, so dass beispielsweise Reibungsverluste des Getriebes 15 eliminiert sind.
Wenngleich in den Fig. 2 bis 4c das in Fig. 1 dargestellte Vorschaltgetriebe 15', das mit dem Abtrieb des zweiten Servomotors 12 verbunden ist, nicht dargestellt ist, so ist es in den besagten Figuren 2 bis 4c mitzulesen, zumal es weitere Variationsmöglichkeiten eröffnet.

Bezugszeichenliste

1: Antriebseinrichtung
2: Exzenterpresse
11: erster Servomotor
11 g: erster Servomotor im Generatorbetrieb
11 m: erster Servomotor im Motorbetrieb
12: zweiter Servomotor
11 g: zweiter Servomotor im Generatorbetrieb
11 m: zweiter Servomotor im Motorbetrieb
13: Schwungrad
14: Exzenterwelle
15: Getriebe
15': Vorschaltgetriebe
16: Antriebswelle
17b: schaltbare Bremse
17k: schaltbare Kupplung
18: Pressenstößel
19: Pressengestell

Claims

Antriebseinrichtung für eine Umformmaschine mit einer Exzenterwelle (14) mit einem Pressenstößel (18), vorzugsweise eine Exzenterpresse (2), mit einem ersten, mit einem Schwungrad (13) verbundenen Servomotor (11) und mit einem zweiten Servomotor (12),
wobei die Exzenterwelle (14) als Abtriebswelle eines die beiden Servomotoren (11, 12) aufweisenden Antriebs (1) ausgebildet ist, und
wobei der Antrieb (1) so ausgebildet ist, dass die Exzenterwelle (14) während einer Umdrehung eine Arbeitsphase und eine Transportphase ausführt,
wobei in der Arbeitsphase die Exzenterwelle (14) in Arbeitsdrehzahl dreht und einen Arbeitsschritt ausführt und in der Transportphase die Exzenterwelle (14) in Transportdrehzahl dreht,
wobei die Transportphase einen Beschleunigungsabschnitt, einen Transportabschnitt und eine Bremsabschnitt aufweist,
wobei das Schwungrad (13) mit der Antriebswelle (16) derart ein- und auskuppelbar ist, dass die Antriebswelle (16) in der Arbeitsphase, während der Arbeitsschritt ausgeführt wird, mit dem Schwungrad (13) gekuppelt ist und die Antriebswelle (16) in der Transportphase von dem Schwungrad (13) entkuppelt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Servomotoren (11, 12) derart elektrisch miteinander verbunden sind, dass der erste Servomotor (11) im Beschleunigungsabschnitt der Transportphase als ein Generator (11g) arbeitet und der zweite Servomotor (12) als ein Motor (12m) arbeitet, und dass der zweite Servomotor (12) im Bremsabschnitt der Transportphase als ein Generator (12g) arbeitet und der erste Servomotor (11) als Motor (11 m) arbeitet.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schwungrad (13) über eine hydraulisch oder pneumatisch oder elektrisch schaltbare Kupplung (17k) mit der Antriebswelle (16) verbunden ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mit dem Schwungrad (13) verbundene Kupplung (17k) mit einem zwischen dem ersten Servomotor (11) und der Exzenterwelle (14) angeordneten Getriebe (15) zusammenwirkt.
Antriebseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Servomotor (12) mit der Antriebswelle (16) verbunden ist.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Servomotor (12) mit der Exzenterwelle (14) verbunden ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abtriebswelle des zweiten Servomotors (12) mit einem Vorschaltgetriebe (15') verbunden ist.
Antriebseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antriebswelle (16) mit einer schaltbaren Bremse (17b) verbunden ist.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Exzenterwelle (14) mit einer schaltbaren Bremse (17b) verbunden ist.
Verfahren zur Steuerung eines drehzahlveränderlichen Antriebs (1) mit einer Exzenterwelle (14) als Abtriebswelle mit einem mit einem Schwungrad (13) verbundenen ersten Servomotor (11) und mit einem zweiten Servomotor für eine Umformmaschine (2) mit einem Pressenstößel (18), vorzugsweise eine Exzenterpresse,
wobei der Antrieb (1) so steuerbar ist, dass er über die Umdrehung der Exzenterwelle (14) variiert in einer Arbeitsphase mit einer Arbeitsdrehzahl laufend und in einer Transportphase mit einer Transportdrehzahl laufend, um die Geschwindigkeit der Exzenterwelle (14) über ihre Umdrehung zu variieren,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Exzenterwelle (14) in der Arbeitsphase von dem ersten Servomotor (11) angetrieben wird, wobei das Schwungrad (13) über eine schaltbare Kupplung (17k) mit dem Antrieb (1) verbunden ist,
dass in einem Beschleunigungsabschnitt der Transportphase der erste Servomotor (11) als ein Generator (11 g) betrieben wird, wobei das Schwungrad (13) über die schaltbare Kupplung (17k) von dem Antrieb getrennt ist, und der zweite Servomotor (12) als ein Motor (12m) betrieben wird, und
dass in einem Bremsabschnitt der Transportphase der zweite Servomotor (12) als ein Generator (12g) betrieben wird und der erste Servomotor (11) als ein Motor (11 m) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Antrieb (1) mit folgendem Ablauf zyklisch abläuft:
a) Durchführen des Umformvorgangs und Abgabe von in dem Schwungrad (13) gespeicherter Energie an den Antrieb (1) verbunden mit der Absenkung der Drehzahl der Exzenterwelle (14);

b) Beenden des Umformvorgangs bei Erreichen des unteren Totpunktes (UT);

c) Auskuppeln der Kupplung (17k) zum Trennen des Schwungrades (13) vom Antrieb (1);

d) Erhöhen der Drehzahl der Exzenterwelle (14) auf Transportdrehzahl und Abgabe von in dem Schwungrad (13) gespeicherter Energie an den zweiten Servomotor (12), wobei der erste Servomotor (11) als Generator (11g) arbeitet;

e) Abbremsen der Exzenterwelle (14) auf die Arbeitsdrehzahl nach Erreichen des oberen Totpunktes (OT) und Abgabe von in der Exzenterwelle (14) und dem Pressenstößel (18) gespeicherter Energie an den ersten Servomotor (11), wobei der zweite Servomotor (12) als Generator (12g) arbeitet;

f) Erhöhen der Drehzahl des Schwungrades (13) auf die Arbeitsdrehzahl und Synchronisieren der Drehzahlen der Kupplungshälften der Kupplung (17k);

g) Einkuppeln der Kupplung (17k) zur drehstarren Verbindung des Schwungrades (13) mit dem Antrieb (1);

h) zyklische Wiederholung der Schritte a) bis g).
Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Anfahrvorgang das Einkuppeln der Kupplung (17k) zur drehstarren Verbindung des Schwungrades (13) mit dem Antrieb (1) und Erhöhen der Drehzahl der Exzenterwelle (14) aus dem Stillstand bis auf die Arbeitsdrehzahl vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, insbesondere nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Not-Aus vorgesehen ist, wenn eine vorgegebene Zeitdauer für einen der Verfahrensschritte a) bis h) überschritten ist.