EP2065172A1 - Screw press and method for its operation - Google Patents

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EP2065172A1
EP2065172A1 EP08013365A EP08013365A EP2065172A1 EP 2065172 A1 EP2065172 A1 EP 2065172A1 EP 08013365 A EP08013365 A EP 08013365A EP 08013365 A EP08013365 A EP 08013365A EP 2065172 A1 EP2065172 A1 EP 2065172A1
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drive
screw
spindle
control
screw press
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EP08013365A
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Stefan Gumbrecht
Kurt Heinemann
Thilo Sporbert
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B1/00—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen
    • B30B1/18—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by screw means
    • B30B1/186—Control arrangements
    • 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 screw press and a method for its operation.
  • Screw presses are known per se.
  • a problem with such spindle presses relates to the control accuracy of a main drive, hereinafter referred to as "drive”, for screw presses with directly mounted on the shaft motors.
  • This drive is exposed to very strong shocks and vibrations caused by the forming process.
  • the installation of feedback controllers is difficult.
  • the dynamics and speed accuracy of the drive are determined by the encoder mounting and the quality of the encoder signal.
  • Known approaches to solve this problem lead to a mechanically complex and control complex switching of donors.
  • the encoder and provided for the encoder signals signal conversion must be done on the screw press and are thus exposed to the resulting during operation of the screw press loads.
  • the evaluation of the encoder signals must meet the requirements of the subsequent control device. For this comparatively complex circuits have been necessary, which are costly on the one hand and on the other hand expensive to adjust in commissioning and maintenance.
  • An object of the invention is correspondingly to provide a screw press and a method for their operation, which avoids the disadvantages outlined above or at least reduces their effects.
  • a control of encoderless drive takes place as a vector control or as field-oriented control, in the following for the two synonymous terms only the term "vector control” is used.
  • the principle of vector control is known per se, and by vector control, a drive achieves extended speed and positioning accuracy.
  • the principle of vector control also allows a waiver of external encoder, so that a sensorless control can be realized.
  • An example of a sensorless drive that can be used in the approach according to the invention and its embodiments is the drive system offered by the assignee of the present invention under the name "SINAMICS S120".
  • the encoderless vector control in this drive system improves the control properties of the spindles so clearly that the previously required motor encoder system can be omitted.
  • the motivation for using the vector control as a basic principle for the control of encoderless drive is that with spindle presses, in particular servo-spindle presses, a high dynamics and increased speed accuracy are required.
  • the previously required speed actual value transmitter is mounted either on the motor covered by the drive with direct contact to the motor shaft or as an indirect measuring system on the spindle.
  • FIG. 1 schematically shows a simplified screw press 10 with a spindle 12, which is converted in accordance with the basic principle of screw presses delivered by a drive 14 rotational movement in a translational movement of a first part 16 of a tool in the axial direction of the spindle 12, so that during operation of the screw press 10 at a downward movement and a corresponding direction of rotation of the spindle 12, the first part 16 of the tool a stationary second part 18 of the tool approaches and z. B. under pressure, a workpiece 20 deformed.
  • the invention proposes the use of an encoderless drive as the drive 14.
  • An example of such a sensorless drive may be the drive system offered by the applicant under the name "SINAMICS S120".
  • FIG. 2 shows the inclusion of a Pressenzyklusses and the influence of signals received from external feedback to an actual motor current 24 and an actual engine speed 22nd
  • FIG. 3 shows the inclusion of a press cycle with encoderless control.
  • FIG. 3 shows here a significantly improved and constant course of the actual motor current 24 and the actual engine speed 22nd
  • FIG. 4 shows the encoderless drive 14 for use with a screw press 10 (FIG. FIG. 1 ) with further details.
  • the encoderless drive 14 includes a drive system 26, for.
  • the drive system 26 comprises, in a manner known per se, a processor-type processing unit 30 and the like, and a memory 32, in which a control program, which is executable by the processing unit 30, deposited or can be stored, with which the drive system 26 executes the vector control, so that a total of the drive 14, the operating situation results as encoderless drive 14.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Press Drives And Press Lines (AREA)
  • Control Of Presses (AREA)

Abstract

The press (10) has a drive (14) i.e. sensorless drive, for releasing rotary movement of a screw (12), where control of the sensorless drive takes place as a vector control. The screw converts a delivered rotary movement into a translatory rotary movement of a part (16) of a tool in an axle direction of the screw, so that a part (18) of the tool is arranged close to the part (16) of the tool at an operation of the press during downward movement and a corresponding rotation direction of the screw. The sensorless drive is considered as SINAMICS S120offered drive system. An independent claim is also included for a method for operating a screw press.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spindelpresse und ein Verfahren zu deren Betrieb.The invention relates to a screw press and a method for its operation.

Spindelpressen sind an sich bekannt. Ein Problem mit derartigen Spindelpressen betrifft die Regelgenauigkeit eines Hauptantriebs, im Folgenden kurz als "Antrieb" bezeichnet, für Spindelpressen mit direkt an der Welle angebauten Motoren. Dieser Antrieb ist sehr starken Erschütterungen und Vibrationen ausgesetzt, die durch den Umformprozess hervorgerufen werden. Der Anbau von Istwertgebern für die Regelung gestaltet sich schwierig. Die Dynamik und Drehzahlgenauigkeit des Antriebs wird durch den Geberanbau und die Qualität des Gebersignals bestimmt. Bekannte Ansätze zur Lösung dieses Problems führen zu einer mechanisch aufwendigen und regelungstechnisch komplexen Umschaltung von Gebern. Die Geber und eine für die Gebersignale vorgesehene Signalwandlung müssen auf der Spindelpresse erfolgen und sind damit den sich im Betrieb der Spindelpresse ergebenden Belastungen ausgesetzt. Die Auswertung der Gebersignale muss die Anforderungen der nachfolgenden Regelungseinrichtung erfüllen. Dazu sind bisher vergleichsweise komplexe Schaltungen notwendig, die einerseits kostenträchtig und andererseits im Inbetriebnahme- und Wartungsfall aufwendig zu justieren sind.Screw presses are known per se. A problem with such spindle presses relates to the control accuracy of a main drive, hereinafter referred to as "drive", for screw presses with directly mounted on the shaft motors. This drive is exposed to very strong shocks and vibrations caused by the forming process. The installation of feedback controllers is difficult. The dynamics and speed accuracy of the drive are determined by the encoder mounting and the quality of the encoder signal. Known approaches to solve this problem lead to a mechanically complex and control complex switching of donors. The encoder and provided for the encoder signals signal conversion must be done on the screw press and are thus exposed to the resulting during operation of the screw press loads. The evaluation of the encoder signals must meet the requirements of the subsequent control device. For this comparatively complex circuits have been necessary, which are costly on the one hand and on the other hand expensive to adjust in commissioning and maintenance.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht entsprechend darin, eine Spindelpresse sowie ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben, die bzw. das die oben skizzierten Nachteile vermeidet oder zumindest deren Auswirkungen reduziert.An object of the invention is correspondingly to provide a screw press and a method for their operation, which avoids the disadvantages outlined above or at least reduces their effects.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Dazu ist bzgl. der Spindelpresse mit einer Spindel und einem Antrieb zum Auslösen einer Drehbewegung der Spindel vorgesehen, dass der Antrieb ein geberloser Antrieb ist. Entsprechend ist bzgl. eines Verfahrens zum Betrieb einer Spindelpresse mit einer Spindel und einem Antrieb zum Auslösen einer Drehbewegung der Spindel eine Verwendung eines geberlosen Antriebs als Antrieb zum Auslösen der Drehbewegung der Spindel vorgesehen.This object is achieved with the features of claims 1 and 3. For this purpose, with respect to the spindle press with a spindle and a drive for triggering a rotational movement of the spindle is provided that the drive is a encoderless drive. Accordingly, with respect to a method of operation a spindle press with a spindle and a drive for triggering a rotational movement of the spindle, a use of a sensorless drive provided as a drive for triggering the rotational movement of the spindle.

Der Vorteil der Erfindung besteht zum einen in dem Wegfall des bisher erforderlichen Gebersystems an einem Rotor des Antriebs und der dadurch möglichen kostengünstigeren Lösung.The advantage of the invention on the one hand in the elimination of the previously required encoder system on a rotor of the drive and thus possible cheaper solution.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. This used backlinks point to the further development of the subject matter of the main claim by the features of the respective subclaim; they should not be construed as a waiver of obtaining independent, objective protection for the feature combinations of the dependent claims. Furthermore, with a view to an interpretation of the claims in a closer specification of a feature in a subordinate claim, it is to be assumed that such a restriction does not exist in the respective preceding claims.

Bevorzugt ist für die Spindelpresse oder das korrespondierende Verfahren zu deren Betrieb vorgesehen, dass eine Regelung des geberlosen Antriebs als Vektorregelung oder als feldorientierte Regelung erfolgt, wobei im Folgenden für die beiden synonymen Begriffe nur noch der Begriff "Vektorregelung" verwendet wird. Das Prinzip der Vektorregelung ist an sich bekannt, und durch Vektorregelung erreicht ein Antrieb eine erweiterte Drehzahl- und Positioniergenauigkeit. Daneben ermöglicht das Prinzip der Vektorregelung auch einen Verzicht auf externe Geber, so dass eine geberlose Regelung realisierbar ist. Ein Beispiel für einen geberlosen Antrieb, der bei dem Ansatz gemäß der Erfindung und ihrer Ausgestaltungen verwendet werden kann, ist das von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung unter der Bezeichnung "SINAMICS S120" angebotene Antriebssystem. Die geberlose Vektorregelung in diesem Antriebssystem verbessert die Regeleigenschaften der Spindeln so deutlich, dass das bisher erforderliche Motorgebersystem entfallen kann. Die Motivation zur Verwendung der Vektorregelung als Grundprinzip für die Regelung des geberlosen Antriebs besteht darin, dass bei Spindelpressen, insbesondere Servo-Spindelpressen, eine hohe Dynamik und eine erhöhte Drehzahlgenauigkeit gefordert werden. Der bisher erforderliche Drehzahlistwertgeber ist entweder am vom Antrieb umfassten Motor montiert mit direktem Kontakt zur Motorwelle oder als indirektes Messsystem auf der Spindel angebracht.Preferably, it is provided for the screw press or the corresponding method for their operation that a control of encoderless drive takes place as a vector control or as field-oriented control, in the following for the two synonymous terms only the term "vector control" is used. The principle of vector control is known per se, and by vector control, a drive achieves extended speed and positioning accuracy. In addition, the principle of vector control also allows a waiver of external encoder, so that a sensorless control can be realized. An example of a sensorless drive that can be used in the approach according to the invention and its embodiments is the drive system offered by the assignee of the present invention under the name "SINAMICS S120". The encoderless vector control in this drive system improves the control properties of the spindles so clearly that the previously required motor encoder system can be omitted. The motivation for using the vector control as a basic principle for the control of encoderless drive is that with spindle presses, in particular servo-spindle presses, a high dynamics and increased speed accuracy are required. The previously required speed actual value transmitter is mounted either on the motor covered by the drive with direct contact to the motor shaft or as an indirect measuring system on the spindle.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Corresponding objects or elements are provided in all figures with the same reference numerals. The or each embodiment is not to be understood as limiting the invention. Rather, numerous modifications and variations are possible within the scope of the present disclosure, in particular those variants and combinations, for example, by combination or modification of individual features described in the general or specific description part as well as in the claims and / or the drawing Elements or process steps for the expert with regard to the solution of the problem can be removed and lead by combinable features to a new subject or to new process steps or process steps.

Es zeigen

FIG 1
eine schematisch vereinfachte Spindelpresse mit einer Spindel,
FIG 2
die Aufnahme eines Pressenzyklusses und den Einfluss von von externen Istwertgebern erhaltenen Signalen auf einen Ist-Motorstrom und eine Ist-Motordrehzahl,
FIG 3
die Aufnahme eines Pressenzyklusses mit geberloser Regelung und
FIG 4
einen geberlosen Antrieb für die Verwendung mit einer Spindelpresse mit weiteren Details.
Show it
FIG. 1
a schematically simplified screw press with a spindle,
FIG. 2
the recording of a press cycle and the influence of signals received from external feedback devices on an actual motor current and an actual motor speed,
FIG. 3
the recording of a press cycle with encoderless control and
FIG. 4
a sensorless drive for use with a screw press with more details.

FIG 1 zeigt schematisch vereinfacht eine Spindelpresse 10 mit einer Spindel 12, mit der gemäß dem Grundprinzip von Spindelpressen eine von einem Antrieb 14 abgegebene Drehbewegung in eine translatorische Bewegung eines ersten Teils 16 eines Werkzeugs in Achsrichtung der Spindel 12 umgewandelt wird, so dass sich im Betrieb der Spindelpresse 10 bei einer Abwärtsbewegung und einer entsprechenden Drehrichtung der Spindel 12 der erste Teil 16 des Werkzeugs einem ortsfest angeordneten zweiten Teil 18 des Werkzeugs nähert und dabei z. B. unter Druck ein Werkstück 20 verformt. Mit einer Drehrichtungsumkehr der Spindel 12 kann eine Aufwärtsbewegung des ersten Teils 16 des Werkzeugs veranlasst werden, so dass das Werkstück 20 freigegeben und aus der Spindelpresse 10 entnommen werden kann und ein neuer Rohling eines weiteren Werkstücks 20 eingelegt werden kann, und so weiter. FIG. 1 schematically shows a simplified screw press 10 with a spindle 12, which is converted in accordance with the basic principle of screw presses delivered by a drive 14 rotational movement in a translational movement of a first part 16 of a tool in the axial direction of the spindle 12, so that during operation of the screw press 10 at a downward movement and a corresponding direction of rotation of the spindle 12, the first part 16 of the tool a stationary second part 18 of the tool approaches and z. B. under pressure, a workpiece 20 deformed. With a reversal of rotation of the spindle 12, an upward movement of the first part 16 of the tool can be initiated, so that the workpiece 20 can be released and removed from the screw press 10 and a new blank of another workpiece 20 can be inserted, and so on.

Bisher waren zur Regelung des Antriebs 14 eine Mehrzahl von an der Spindelpresse 10 angebrachten Gebern (nicht dargestellt) erforderlich, diese waren im Betrieb der Spindelpresse 10 mechanischem Stress und Belastungen ausgesetzt. Zudem ist die Anbringung, Inbetriebnahme und Wartung derartiger Geber kostenträchtig und fehleranfällig. Die Erfindung schlägt dementsprechend die Verwendung eines geberlosen Antriebs als Antrieb 14 vor. Als Beispiel für einen derartigen geberlosen Antrieb kann das von der Anmelderin unter der Bezeichnung "SINAMICS S120" angebotene Antriebssystem gelten.Heretofore, to control the drive 14, a plurality of encoders (not shown) attached to the screw press 10 were required, which were exposed to mechanical stress and stresses during operation of the screw press 10. In addition, the installation, commissioning and maintenance of such donors is costly and error-prone. Accordingly, the invention proposes the use of an encoderless drive as the drive 14. An example of such a sensorless drive may be the drive system offered by the applicant under the name "SINAMICS S120".

Zwei Darstellungen erläutern einen weiteren Vorteil der Erfindung, der sich neben der kostengünstigeren Lösung durch Wegfall externer Geber ergibt, nämlich eine deutliche Reduzierung von Vibrationen und ein deutlich verbesserter und konstanter Stromverlauf/Drehzahlverlauf des Antriebssystems 14.Two representations illustrate a further advantage of the invention, which results in addition to the less expensive solution by eliminating external encoder, namely a significant reduction of vibration and a significantly improved and constant current waveform / speed profile of the drive system 14th

Dazu zeigt FIG 2 die Aufnahme eines Pressenzyklusses und den Einfluss von von externen Istwertgebern erhaltenen Signalen auf einen Ist-Motorstrom 24 und eine Ist-Motordrehzahl 22.In addition shows FIG. 2 the inclusion of a Pressenzyklusses and the influence of signals received from external feedback to an actual motor current 24 and an actual engine speed 22nd

Demgegenüber zeigt FIG 3 die Aufnahme eines Pressenzyklusses mit geberloser Regelung. Verglichen mit der Situation in FIG 2 zeigt sich hier ein deutlich verbesserter und konstanter Verlauf des Ist-Motorstroms 24 und der Ist-Motordrehzahl 22.In contrast, shows FIG. 3 the inclusion of a press cycle with encoderless control. Compared with the situation in FIG. 2 shows here a significantly improved and constant course of the actual motor current 24 and the actual engine speed 22nd

FIG 4 zeigt den geberlosen Antrieb 14 für die Verwendung mit einer Spindelpresse 10 (FIG 1) mit weiteren Details. Danach umfasst der geberlose Antrieb 14 ein Antriebssystem 26, z. B. das unter der Bezeichnung "SINAMICS S120" bekannte Antriebssystem der Anmelderin, und einen von dem Antriebssystem 26 geregelten und überwachten Motor 28. Das Antriebssystem 26 umfasst in an sich bekannter Art eine Verarbeitungseinheit 30 nach Art eines Prozessors und dergleichen und einen Speicher 32, in dem ein Steuerungsprogramm, das durch die Verarbeitungseinheit 30 ausführbar ist, hinterlegt oder hinterlegbar ist, mit dem das Antriebssystem 26 die Vektorregelung ausführt, so dass sich insgesamt für den Antrieb 14 die Betriebssituation als geberloser Antrieb 14 ergibt. FIG. 4 shows the encoderless drive 14 for use with a screw press 10 (FIG. FIG. 1 ) with further details. Thereafter, the encoderless drive 14 includes a drive system 26, for. Applicant's drive system known as "SINAMICS S120", and a motor 28 controlled and monitored by the drive system 26. The drive system 26 comprises, in a manner known per se, a processor-type processing unit 30 and the like, and a memory 32, in which a control program, which is executable by the processing unit 30, deposited or can be stored, with which the drive system 26 executes the vector control, so that a total of the drive 14, the operating situation results as encoderless drive 14.

Claims (4)

Spindelpresse (10) mit einer Spindel (12) und einem Antrieb (14) zum Auslösen einer Drehbewegung der Spindel (12),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Antrieb (14) ein geberloser Antrieb ist.Screw press (10) having a spindle (12) and a drive (14) for triggering a rotational movement of the spindle (12),
characterized in that
the drive (14) is a sensorless drive. Spindelpresse nach Anspruch 1, wobei eine Regelung des geberlosen Antriebs (14) als Vektorregelung erfolgt.Screw press according to claim 1, wherein a control of the encoderless drive (14) takes place as a vector control. Verfahren zum Betrieb einer Spindelpresse (10) mit einer Spindel (12) und einem Antrieb (14) zum Auslösen einer Drehbewegung der Spindel (12),
gekennzeichnet durch,
eine Verwendung eines geberlosen Antriebs als Antrieb (14) zum Auslösen der Drehbewegung der Spindel (12).Method for operating a screw press (10) having a spindle (12) and a drive (14) for triggering a rotational movement of the spindle (12),
characterized by
a use of an encoderless drive as a drive (14) for triggering the rotational movement of the spindle (12). Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine Regelung des geberlosen Antriebs (14) als Vektorregelung erfolgt.The method of claim 3, wherein a control of the encoderless drive (14) takes place as a vector control.
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