EP2077167A2

EP2077167A2 - Verfahren zum energiesparenden Betreiben einer hydraulischen Presse und eine energiesparende und wartungsarme Presse

Info

Publication number: EP2077167A2
Application number: EP09000002A
Authority: EP
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Bodenstein
Original assignee: Dieffenbacher GmbH and Co KG
Current assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Priority date: 2008-01-01
Filing date: 2009-01-01
Publication date: 2009-07-08
Also published as: DE102008003106A1; EP2077167A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Presse und ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Presse mit einem oben in einem Pressenrahmen angeordnetem Stößel (1) für den Umformbetrieb und untenliegendem Ziehkissen (2) zur Aufbringung einer Blechhalterkraft auf das umzuformende Werkstück mit einem Antrieb (11) für zumindest eine Hydraulikpumpe (10) zum Heben und Senken des Stößels (1) und des Ziehkissens (2). Dabei werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt wenn der Stößel (1) und das Ziehkissen (2) im oberen Umkehrpunkt stehen: Zur Absenkung des Stößels (1) wird das Freigabeventil (9) geöffnet und das Hydraulikmedium aus dem Stößelringzylinderraum (7) über die Verdrängereinheit (15) abgeführt, welche geeignete Verbraucher antreibt. Nach Zusammentreffen von Stößel (1) und Ziehkissen (2) wird das Freigabeventil (9) geschlossen und der Stößelzylinderraum (5) mit Hydraulikmedium über das Stellventil (19) aus der Hydraulikpumpe (10) beaufschlagt. Gleichzeitig werden die Freigabeventile (20) des Ziehkissens (2) geöffnet und das Hydraulikmedium aus dem Ziehkissenzylinderraum (6) über die Verdrängereinheit (15) abgeführt, welche geeignete Verbraucher antreibt. Gleichzeitig wird über Änderung des Schwenkwinkels in der Verdrängereinheit (15) oder über das abgegebene Moment der Verdrängereinheit (15) der Hydraulikdruck im Ziehkissenzylinderraum (6) und damit die Blechhaltekraft geregelt. Nach Abschluss der Umformung werden der Stößel (1) und das Ziehkissen (2) zum oberen Umkehrpunkt verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum energiesparenden Betreiben einer hydraulischen Presse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine energiesparende und wartungsarme hydraulische Presse nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.
Energiesparende Verfahren und Herstellungsanlagen sind in der heutigen Zeit und der einhergehenden Klimadiskussion regelmäßig ein Thema bei Verkaufsverhandlungen und werden bei steigenden Energiepreisen und knapper werdenden Rohstoffen zur Energiegewinnung in Zukunft eine größere Rolle spielen.
Energiesparende Anwendungen und Pressen sind dennoch bereits seit vielen Jahren Gegenstand in der Patentliteratur. Beispielsweise ist aus den 80er Jahren der energiesparende Antrieb für Schwungmassenantriebe bei hydraulischen Pressen aus der DE 32 16 563 C1 oder der DD 204 067 bekannt. Dabei werden die Schwungmassenantriebe zur Energiesparenden oder Leistungsspitzen vermeidenden Anwendung vorzugsweise kontinuierlich aufgeladen, wobei die Aufladezeiten entgegengesetzt zyklisch zu den Lastzeiten der Presse angeordnet sind.
Mit DE 42 18 952 A1 ist ein hydraulischer Antrieb einer Presse, insbesondere für eine Blechformpresse bekannt geworden, bei der die Rückhubzylinderkammer des Stößels an eine Hydromaschine angeschlossen ist. Dabei ist hervorzuheben, dass der Hydraulikkreislauf des Stößels und des Blechhalters bzw. des Untertisches grundsätzlich getrennt sind und eine erste Hydromaschine mit ihrem zweiten Ausgang an einen Hydrospeicher angeschlossen ist. Dabei wird der Hydrospeicher energiesparend aufgeladen und gibt während des Pressenspiels seine aufgeladene Energie bei Bedarf wieder ab.
Die gleichzeitig offenbarte DE 42 18 953 A1 zeigt einen ähnlichen hydraulischen Antrieb einer Presse, wobei die kinetische Energie des abwärts fahrenden Stößels dazu genutzt wird den Pumpenantrieb zu unterstützen, der die Presszylinderkammer mit Druck versorgt. Dabei ist es bekannt eine oder mehrere Verdrängereinheiten bzw. Hydropumpen anzuordnen und diese je nach Bedarf unterschiedlich anzusteuern. Der Schaltungsaufwand bzw. die notwendigen Steuer- und Regelstrecken sind sehr umständlich und beeinflussen die Verfügbarkeit der Presse. Auch steht hier im Vordergrund nur die Leistungsspitzen der Energieaufnahme zu vermeiden, was mit hohem schaltungs- und anlagentechnischen Aufwand verbunden ist.
Insgesamt mangelt es dem Stand der Technik an einer energiesparenden Anwendung und gleichzeitigem einfachen Aufbau der gesamten Hydraulikanlage. Die Möglichkeiten der Optimierung einer Presse wurde in der Zeit der Abkehr von maschinengesteuerten zu elektronisch gesteuerten Anlagen einseitig auf weitere Maschinenelemente (Pumpen-/Motorkombinationen, Leistungsschaltungen, Speicherelemente) gestützt, die sich steuer- und regelungstechnisch einfach in einer Presse integrieren ließen. Dazu kommt, dass zu dieser Zeit nicht der Strombedarf insgesamt das kostenintensive Problem dargestellt hat, sondern die Leistungsspitzen, die eine Presse während des Betriebes verbraucht.
In neuerer Zeit ist das Problem hoher Stromkosten hinzugekommen, die mittlerweile signifikant den Preis jedes produzierten Werkstückes in die Höhe treiben. Die Industrie fordert vom Anlagenbauer nicht nur eine energiesparende und leistungsarme Anlage, sondern auch eine wartungsarme und in laufenden Betriebskosten kostenarme Anlage zur Produktion von Massen- bzw. Konsumartikeln. Die weltweite Klima- und Umweltdiskussion hat auch zu einer massiven Teuerung des notwendigen Hydrauliköls geführt, so dass der Anlagenbauer gefordert ist ähnlich wie in der Autoindustrie die Wartungsintervalle zu verlängern und den Verschleiß von Ölen möglichst gering zu halten.
Mittlerweile bedeutet der Austausch von Hydrauliköl bei einer hydraulischen Presse durchaus einen erheblichen Kostenfaktor. Gleichzeitig soll eine möglichst geringe Anzahl an Schaltelementen in der Hydraulik bei kurzen Hydraulikwegen (-leitungen) verwirklicht werden um Druckgefälle in den Hydraulikleitungen und an den notwendigen Ventilen zu minimieren. Einher gehen natürlich mögliche Vorteile wie ein günstiges Geräuschverhalten durch das Vermeiden sonst üblicher Regel- und Steuerungsmechanik (Ventile, Drosseln, ...). Besonders Drosselventile, die bisher die Regelung der Abwärtsbewegung hinsichtlich Beschleunigung, Geschwindigkeit und Abbremsverhalten von Ziehkissen oder Stößel übernommen haben, zeichnen sich durch einen hohen Geräuschpegel aus aber auch durch die dabei entstehende Ölerwärmung. Letztere muss mit hohem Energieaufwand wieder abgebaut werden. Daneben ist die Ölerwärmung und das hydraulische Drosseln hauptverantwortlich für den tribologischen Verschleiß des Hydraulikmediums.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zum energiesparenden und wartungsarmen Betreiben einer hydraulischen Presse zu schaffen, mit dem in einfacher Art und Weise die kinetische Energie eines Stößels einer Presse während des Umformvorganges genutzt wird die Blechhalterkraft des dagegen wirkenden Ziehkissens bereit zu stellen und regelbar zu gestalten, wobei die überschüssige kinetische Energie während des Umformvorganges in vorteilhafter Weise mit möglichst geringer Belastung für das Hydraulikmedium weiterverwendet werden kann. Weiter soll eine eigenständig funktionierende und verwertbare Presse geschaffen werden, die auch in der Lage ist das erfindungsgemäße Verfahren umzusetzen und gleichzeitig eine energiesparende und vereinfachte Regelung der kinetischen Energie des Stößels und der Kraftwirkung des Blechhalters bei gleichzeitig signifikant schonender Verwendung des Hydraulikmediums ermöglicht, wobei gleichzeitig auch eine verminderte Temperaturerhöhung des Hydraulikmediums einhergeht.
Die Lösung für das Verfahren besteht im Ablauf der nachfolgende dargestellten Verfahrensschritte, wenn in der Ausgangsstellung der Stößel und das Ziehkissen im obere Umkehrpunkt stehen:

zur Absenkung des Stößels wird das Freigabeventil geöffnet und das Hydraulikmedium aus dem Stößelringzylinderraum über die Verdrängereinheit abgeführt, welche über eine Momentenkupplung einen Asynchron- oder Gleichstrommotor oder andere geeignete Verbraucher antreibt; nach Zusammentreffen von Stößel und Ziehkissen wird das Freigabeventil geschlossen und der Stößelzylinderraum mit Hydraulikmedium über das Stellventil aus der Hydraulikpumpe beaufschlagt, wobei gleichzeitig die Freigabeventile des Ziehkissens geöffnet und das Hydraulikmedium aus dem Ziehkissenzylinderraum über die Verdrängereinheit abgeführt werden, welche über eine Momentenkupplung einen Asynchron- oder Gleichstrommotor oder andere geeignete Verbraucher antreibt und gleichzeitig wird über Änderung des Schwenkwinkels in der Verdrängereinheit oder über das abgegebene Moment an der Verdrängereinheit der Hydraulikdruck im Ziehkissenzylinderraum und
damit die Blechhaltekraft geregelt, und nach Abschluss der Umformung werden der Stößel und das Ziehkissen durch die Versorgung über die Hydraulikpumpe wieder in die Ausgangsstellung, dem oberen Umkehrpunkt verfahren.

Die Lösung für eine eigenständig funktionierende Presse und auch für eine Presse zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, dass zur Absenkung des Stößels der Stößelringzylinderraum über ein Freigabeventil mit einer Verdrängereinheit und/oder zur Absenkung des Ziehkissens der Ziehkissenzylinderraum über zumindest ein Freigabeventil mit einer Verdrängereinheit für das Hydraulikmedium verbindbar ist,
wobei die Verdrängereinheit eine Momentenkoppelung zu einem Asynchronmotor, einem Gleichstrommotor oder einem anderen geeigneten Verbraucher aufweist.
Keine zitierte Patentliteratur in der Abhandlung zum Stand der Technik hat vorgeschlagen die potentielle Energie des Stößels zu benutzen die Blechhalterkraft bei einfacher und direkter Einleitung der Energie in das Ziehkissen über das abfließende Hydraulikmedium mit nur einer Verdrängereinheit zu regeln, wobei gleichzeitig entweder eine Verdrängereinheit mit konstant abfließendem Volumen und einer entsprechenden Momentensteuerung oder eine Verdrängereinheit mit veränderlichem abfließendem Volumen zur Anwendung kommt.
Dadurch entsteht die Möglichkeit, je nach verwendeter Verdrängereinheit die Geschwindigkeit des abfahrenden Stößels oder die Blechhalterkraft des entgegenwirkenden Ziehkissens an einem einzigen Maschinenelement, der Verdrängereinheit, zu steuern und zuregeln. Dies erfolgt vorteilhafterweise in energiesparender bzw. -rückgewinnender Art und Weise. Einher geht eine das Hydraulikmedium schonende Anwendung, die die Lebensdauer des Hydraulikmediums signifikant verlängert und eine ansonsten Energie vernichtende Kühlung des Hydraulikmediums vermeidet.
Unnötige Reibungs- und Wärmeverluste über das Hydraulikmedium werden vermieden. Damit ergeben sich übersichtlich dargestellt folgende Vorteile:

Es werden keine Drosselelemente im regulären Betrieb der Presse verwendet und eine unnötige Belastung bzw. ein unnötiger tribologischer Verschleiß des Hydraulikmediums wird vermieden.
Einher gehen eine Verlängerung des möglichen Wartungsintervalls der Presse und eine Verlängerung der Lebensdauer des Hydraulikmediums.
Die Geschwindigkeit- bzw. Krafteinstellung erfolgt in einfacher Weise durch die Verstellung des Schwenkwinkels bzw. über die Drehzahl der Verdrängereinheit mit konstantem Verdrängungsvolumen,
es erfolgt eine Verringerung des Energiebedarfs und der Spitzenleistung der Presse und
eine Verringerung der notwendigen Kühlleistung für das Hydraulikmedium.
Zusätzlich zu den obigen Punkten erfolgt eine Verringerung der verbrauchten Energie und notwendiger Anlagenkosten je produziertes Werkstück und damit eine Verringerung der Herstellungskosten eines Werkstückes.

Die relativ hohen Anschaffungskosten für die energiesparenden bzw. Energie rückspeisenden Anlagenteile lassen sich wie bei den meisten energiesparenden Investitionen über einen kurzen Zeitraum amortisieren und stellen hinsichtlich der Entscheidung zur Investition einen eher zweitrangigen Standpunkt dar. Zusätzlich sind bei der Anschaffung bzw. Aufstellung mehrerer Pressen Möglichkeiten gegeben einzelne notwendige Anlagenteile (Stromeinspeisung, -umwandlung) durch entsprechende Verschaltungen mittels mehrerer Pressen zu nutzen.
Selbst wenn die Amortisierungskosten trotz steigender Energiepreise noch zu hoch für die Energierückspeisung sind, so kann doch über die Verdrängereinheit und der damit verbundenen Momentenkoppelung in einfacher Art und Weise andere Verbraucher angetrieben werden, beispielsweise ein Kühlaggregat für die Hydraulikkühlung oder dergleichen.
Die beschriebenen Verdrängereinheiten oder Hydromotoren sind für den Fachmann allgemein bekannte Zahnradmotoren für eine oder beide Drehrichtungen. Dabei arbeitet ein an der Welle angetriebener Zahnradmotor als Pumpe und kann bei Zuführung von Drucköl ein Drehmoment an der Welle erzeugen und in diesem Zustand als Motor arbeiten. Axialkolbenpumpen weisen die Möglichkeit auf, das Volumen von außen einzustellen, wobei je nach Einstellung des Winkels wird mehr oder weniger Hydraulikmedium pro Wellenumdrehung gefördert bzw. die Welle angetrieben wird.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung mit der Zeichnung hervor.

Es zeigen:

Figur 1: einen nach dem bisherigen Stand der Technik bekannten Pressenantrieb für eine Presse mit bekannter Steuerung der kinetischen Energie des Stößels und der Blechhalterkraft durch Drosselung des Hydraulikmediums in schematischer Darstellung,
Figur 2: Pressenantrieb und Pressenregelung für eine Presse mit Steuerung der kinetischen Energie des Stößels und der Blechhalterkraft durch Leitung des verdrängten Hydraulikmediums durch eine Verdrängereinheit mit veränderlichem Verdrängungsvolumen mit gekoppeltem Asynchronmotor zur Energierückgewinnung,
Figur 3: Pressenantrieb und Pressenregelung für eine Presse mit Steuerung der kinetischen Energie des Stößels und der Blechhalterkraft durch Leitung des verdrängten Hydraulikmediums durch eine Verdrängereinheit mit konstantem Verdrängungsvolumen und gekoppeltem Asynchronmotor zur Energierückgewinnung über eine Rückspeiseeinheit und Frequenzrichter und
Figur 4: Pressenantrieb und Pressenregelung für eine Presse mit Steuerung der kinetischen Energie des Stößels und der Blechhalterkraft durch Leitung des verdrängten Hydraulikmediums durch eine Verdrängereinheit mit konstantem Verdrängungsvolumen und gekoppeltem Gleichstrommotor zur Energierückgewinnung über einen 4-Quadranten-Stromrichter.

In Figur 1 ist der bisher bekannte Stand der Technik dargestellt. In herkömmlichen hydraulischen Pressen, beispielsweise zur Metallumformung, ist in einem Pressenrahmen ein beweglicher Stößel 1 und ein bewegliches, meist als Gegenhalter ausgeführtes bewegliches Ziehkissen 2, angeordnet. Stößel 1 wird dabei über ein Hydraulikzylindersystem betrieben, das systematisch aufgeteilt aus einem Stößelzylinderraum 5, einem Stößelringzylinderraum 7 und die beiden Räume trennenden Stößelkolben 3 besteht. Das Ziehkissen 2 ist symmetrisch dazu aus einem Ziehkissenkolben 4, dem Ziehkissenzylinderraum 6 und dem Ziehkissenringzylinderraum 8 aufgebaut. Um den Stößel 1 zu verfahren wird über die durch den Antrieb 11 angetriebene Hydraulikpumpe 10 entweder der Stößelzylinderraum 5 oder der Stößelringzylinderraum 7 mit Hydraulikmedium beaufschlagt. Analog gilt das gleiche wiederum für die Bewegung des Ziehkissens 2, wobei in der Regel eine eigene Hydraulikpumpe 12 verwendet wird. Es ist soweit nicht entscheidend, ob jede Hydraulikpumpe 10, 12 einen eigenen Antrieb 11 aufweist oder diese über einen Antrieb 11 wie dargestellt 11 gekoppelt sind.
Vor dem Start eines Umformvorganges sind die Stellventile 18 und 19 und die Sicherheitsventile 17 geschlossen. Der Stößel 1 und das Ziehkissen 2 befinden sich beide am oberen Umkehrpunkt und besitzen durch ihre jeweilige Masse und die Anordnung am oberen Umkehrpunkt eine potentielle Energie.
Zu Beginn des Umformprozesses werden die Sicherheitsventile 17 und das Freigabeventil 9 geöffnet. Der Stößel 1 beschleunigt aufgrund der innehabenden potentiellen Energie und verdrängt dabei das Hydraulikmedium aus dem Stößelringzylinderraum 7. Durch eine geregelte Steuerung am Freigabeventil 9 wird eine unzulässige Beschleunigung des Stößels 1 verhindert und die abwärts gerichtete Geschwindigkeit auf einen angemessenen Wert begrenzt. Durch die Drosselung wird zum einen kinetische Energie in Wärme umgewandelt, die im weiteren Verlauf dem Hydraulikmedium wieder entzogen werden muss und gleichzeitig für hohen Verschleiß am Hydraulikmedium sorgt. Zum anderen wird die restliche kinetische Energie einfach in den Kühl- und Aufbereitungstank (nicht dargestellt) des Hydraulikmediums entlassen. Erreicht der Stößel 1 das Ziehkissen 2 kann eine gedämpfte Abbremsung des Stößels 1 stattfinden und der Umformvorgang des Werkstückes beginnt. Um das Werkstück ordentlich zu fixieren, wird als Blechhaltefunktion das Hydraulikmedium aus dem Ziehkissenzylinderraum 6 nicht schlagartig verdrängt, sondern gedrosselt über das Ablassventil 13 abgelassen. Auch hier entsteht ein Verlust an Wärme und potentieller Energie, die Wärme im Hydraulikmedium muss später wieder aufwendig mittels einer Kühlung entzogen werden.
Zur weiteren Verdeutlichung eines möglichen Aufbaus einer Presse sind noch folgende Steuerungs- und Regelelemente zu benennen. Das Schaltventil 31 schließt den Ziehkissenzylinderraum 6 und den Ziehkissenringzylinderraum 8 kurz und ermöglicht eine Reduzierung des Volumenstroms. Die Schaltventile 32 und 33 leiten Volumenstrom zum Zylinder des Ziehkissens 2 und haben sicherheitsrelevante Funktionen. Die Druckaufnehmer 34 und 35 erfassen den herrschenden Druck im Zylinder des Stößels 1 bzw. des Ziehkissens 2 und melden diesen an die Pressensteuerung für die Einleitung der erforderlichen Steuerungs- und Regelungstechnischen Maßnahmen während eines Presszyklus. Das Druckbegrenzungsventil 38 sichert den Stößelzylinderraum 5 und das Druckbegrenzungsventil 36 sichert den Stößelringzylinderraum 7 ab. Das Druckbegrenzungsventil 37 wirkt nach dem Ende der Eilgangbewegung und stützt die Masse des Stößels 1.
In Figur 2 ist nun eine bevorzugte Ausführungsform einer Presse zur Metallumformung dargestellt, mit der energiesparend bei einem veränderlichen Verdrängungsvolumen gearbeitet werden kann.
Zu diesem Zwecke werden die Auslässe des Freigabeventils 9 und des Ziehkissenzylinderraums 6 mit einer hydraulischen Verdrängereinheit 15 verbunden. Wiederum in Ausgangsstellung wird das Freigabeventil 9 geöffnet und der Stößel 1 verfährt in Richtung Ziehkissen 2. Die Geschwindigkeit des Stößels 1 wird durch die Einstellung des Schwenkwinkels der Verdrängereinheit 15 eingestellt, das in dieser Zeit ein Drehmoment erzeugt. Das Drehmoment wird über eine Momentenkoppelung 16 einem Asynchronmotor 14 zugeführt. Durch den Asynchronmotor 14 wird nun je nach Bedarf entweder die Hydraulikpumpe 10 über eine Momentenkoppelung 16 angetrieben oder die vorhandene mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt und in das Stromnetz 24 zurückgespeist. Natürlich ist auch eine entsprechend gesteuerte Kombination möglich. Erreicht der Stößel 1 das Ziehkissen 2 beginnt der Umformprozess und der Stößel wird durch die Hydraulikpumpe 10 angetrieben. Das Freigabeventil 9 wird geschlossen und der Asynchronmotor 14 entnimmt bei Bedarf elektrische Energie aus dem Stromnetz 24 um die Hydraulikpumpe 10 anzutreiben.
Während des Umformprozesses wird das unter Druck stehende Hydraulikmedium kontrolliert aus dem Ziehkissenzylinderraum 4 über die jetzt geöffneten Freigabeventile 20 abgelassen und der Verdrängereinheit 15 zugeführt, was wiederum zum Antrieb der Hydraulikpumpe 10 oder zur Rückspeisung von Energie in das Stromnetz 24 genutzt wird. Die Blechhalterkraft bzw. die Gegenkraft, die das Ziehkissen 2 auf den Stößel 1 ausübt kann wieder über die Einstellung des Schwenkwinkels der Verdrängereinheit 15 kontrolliert und geregelt werden.
Die genaue Anordnung der Schaltungsventile im Stößelblock 26, ausgeführt als Stahlblock (nicht dargestellt) mit den notwendigen Aufnahmebohrungen bzw. Anflanschflächen für die in der Zeichnung dargestellten Stößelventile zur Stößelsteuerung stellt sich wie folgt dar: Das Druckbegrenzungsventil 27 sichert den Stößelzylinderraum 5 und das Druckbegrenzungsventil 28 sichert den Stößelringzylinderraum 7 ab. Das Druckbegrenzungsventil 29 wirkt nach dem Ende der Eilgangbewegung und stützt die Masse des Stößels 1 ab. Außerhalb des Stößelblocks 26 währe noch anzuführen, dass auf der dem Stößel 1 entgegen wirkenden Seite das Schaltventil 30 den Ziehkissenzylinderraum 6 und den Ziehkissenringzylinderraum 8 bei Bedarf kurz schließt. Dabei fährt das Ziehkissen 2 in Differentialschaltung aus und es erfolgt eine sinnvolle Reduzierung des hierfür benötigten Volumenstroms des Hydraulikmediums.
In Figur 3 ist nun eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Presse zur Metallumformung dargestellt, mit der energiesparend bei einem konstanten Verdrängungsvolumen gearbeitet werden kann. Im Unterschied zur Figur 2 findet nun keine doppelte Momentenkoppelung 16 zwischen Verdrängereinheit 15 und Hydraulikpumpe 10 mehr statt. Stattdessen weist die Pumpe 10 einen eigenen Antrieb 11 auf. Dafür ist der Asynchronmotor 14 nur über die Momentenkoppelung 16 mit der Verdrängereinheit 15 gekoppelt und speist bei Absenkung des Stößels 1 oder des Ziehkissens 2 die mechanische Energie des verdrängten Hydraulikmediums nach einer Umwandlung über eine Rückspeiseeinheit 22 und einen Frequenzumrichter 21 in das Stromnetz 24 ein.
In Figur 4 ist nun eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer Presse zur Metallumformung dargestellt, mit der energiesparend bei einem konstanten Verdrängungsvolumen gearbeitet werden kann. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen kommt hier nun zur Umwandlung der mechanischen Energie ein Gleichstrommotor 25 zum Einsatz, der die Energie über einen 4-Quadranten-Stromumrichter 23 in das Stromnetz 24 einspeist.
In den Figuren 3 und 4 werden als Verdrängereinheiten 15 Konstantpumpen/- motoren eingesetzt, die den Förderstrom über die Drehzahl regeln. Die freigewordene Bewegungsenergie wird dabei in elektrische Energie umgewandelt und in das elektrische Stromnetz 24 zurück gespeist. Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass gegenüber dem bekannten Stand der Technik hervorzuheben ist, dass die stößelseitige Hydraulikschaltung (Stößelblock 26) direkt mit der ziehkissenseitigen Hydraulikschaltung über das Freigabeventil 9 und einer zugehörigen Hydraulikleitung verbunden sind. Zwischen den beiden Hydraulikschaltungen bzw. -bereichen ist die Verdrängereinheit 15 angeordnet, die wahlweise als Motor oder als Pumpe betrieben werden kann. Gerade diese direkte Verbindung bewirkt in ihrer Einfachheit und Wirksamkeit eine Verwirklichung der genannten Vorteile und Vermeidung der Nachteile. Wie bereits beschrieben kann die hydraulische Presse nach der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens eingesetzt werden, ist aber gegenüber dem Stand der Technik auch eigenständig ohne die direkte Umsetzung des Verfahrens anwendbar.

Bezugszeichenliste: DP1351 EP

1.: Stößel
2.: Ziehkissen
3.: Stößelkolben
4.: Ziehkissenkolben
5.: Stößelzylinderraum
6.: Ziehkissenzylinderraum
7.: Stößelringzylinderraum
8.: Ziehkissenringzylinderraum
9.: Freigabeventil
10.: Hydraulikpumpe
11.: Antrieb für 10
12.: Hydraulikpumpe (2)
13.: Ablassventil
14.: Asynchronmotor
15.: Verdrängereinheit
16.: Momentenkoppelung
17.: Sicherheitsventile (1)
18.: Stellventil auf
19.: Stellventil ab
20.: Sicherheitsventile (2)
21.: Frequenzumrichter
22.: Rückspeiseeinheit
23.: 4-Quadranten-Stromumrichter
24.: Stromnetz
25.: Gleichstrommotor
26.: Stößelblock
27.: Druckbegrenzungsventil (für 5)
28.: Druckbegrenzungsventil (für 7)
29.: Druckbegrenzungsventil (für 1)
30.: Schaltventil
31.: Schaltventil
32.: Schaltventil
33.: Schaltventil
34.: Druckaufnehmer
35.: Druckaufnehmer
36.: Druckbegrenzungsventil
37.: Druckbegrenzungsventil
38.: Druckbegrenzungsventil

Claims

Verfahren zum energiesparenden Betreiben einer hydraulischen Presse mit einem oben in einem Pressenrahmen angeordnetem Stößel (1) für den Umformbetrieb und untenliegendem Ziehkissen (2) zur Aufbringung einer Blechhalterkraft auf das umzuformende Werkstück mit einem Antrieb (11) für zumindest eine Hydraulikpumpe (10) zum Heben und Senken des Stößels (1) und des Ziehkissens (2),
dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausgangsstellung der Stößel (1) und das Ziehkissen (2) im oberen Umkehrpunkt stehen und nachfolgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
1.1 zur Absenkung des Stößels (1) wird das Freigabeventil (9) geöffnet und das Hydraulikmedium aus dem Stößelringzylinderraum (7) über die Verdrängereinheit (15) abgeführt, welche über eine Momentenkupplung (16) einen Asynchron- (14) oder Gleichstrommotor (25) oder andere geeignete Verbraucher antreibt,

1.2 nach Zusammentreffen von Stößel (1) und Ziehkissen (2) wird das Freigabeventil (9) geschlossen und der Stößelzylinderraum (5) mit Hydraulikmedium über das Stellventil (19) aus der Hydraulikpumpe (10) beaufschlagt,

1.3 gleichzeitig werden die Freigabeventile (20) des Ziehkissens (2) geöffnet und das Hydraulikmedium aus dem Ziehkissenzylinderraum (6) über die Verdrängereinheit (15) abgeführt, welche über eine Momentenkupplung (16) einen Asynchron- (14) oder Gleichstrommotor (25) oder andere geeignete Verbraucher antreibt,

1.4 gleichzeitig wird über Änderung des Schwenkwinkels in der Verdrängereinheit (15) oder über das abgegebene Moment der Verdrängereinheit (15) der Hydraulikdruck im Ziehkissenzylinderraum (6) und damit die Blechhaltekraft geregelt,

1.5 nach Abschluss der Umformung werden der Stößel (1) und das Ziehkissen (2) durch die Versorgung über die Hydraulikpumpe (10) wieder in die Ausgangsstellung, dem oberen Umkehrpunkt verfahren.
Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängereinheit (15) über eine Momentenkoppelung (16) bei veränderlichem Verdrängungsvolumen einen Asynchronmotor (14) antreibt, der über eine Momentenkoppelung (16) bei Bedarf die Hydraulikpumpe (10) antreibt und ansonsten im Generatorbetrieb elektrische Energie in das Stromnetz (24) einspeist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängereinheit (15) über eine Momentenkoppelung (16) bei konstantem Verdrängungsvolumen einen Asynchronmotor (14) antreibt, der im Generatorbetrieb elektrische Energie über eine Rückspeiseeinheit (22) und einen Frequenzumrichter (21) in das Stromnetz (24) einspeist
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängereinheit (15) über eine Momentenkoppelung (16) bei konstantem Verdrängungsvolumen einen Gleichstrommotor (14) antreibt, der im Generatorbetrieb elektrische Energie über einen 4-Quadranten-Stromumrichter (23) in das Stromnetz (24) einspeist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängereinheit (15) als Verbraucher ein Kühlaggregat zur Kühlung des Hydraulikmediums antreibt.
Hydraulischen Presse mit einem energiesparenden und wartungsarmen Antrieb mit einem oben in einem Pressenrahmen angeordneten Stößel
(1) für den Umformbetrieb und untenliegenden Ziehkissen (2) zur Aufbringung einer Blechhalterkraft auf das umzuformende Werkstück mit einem Antrieb (11) für zumindest eine Hydraulikpumpe (10) zum Hebe- und Senken des Stößels (1) und des Ziehkissens (2),
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Absenkung des Stößels (1) der Stößelringzylinderraum (7) über ein Freigabeventil (9) mit einer Verdrängereinheit (15) und/oder
zur Absenkung des Ziehkissens (2) der Ziehkissenzylinderraum (6) über zumindest ein Freigabeventil (20) mit einer Verdrängereinheit (15) für das Hydraulikmedium verbindbar ist,
wobei die Verdrängereinheit eine Momentenkoppelung (16) zu einem Asynchronmotor (14), einem Gleichstrommotor (25) oder einem anderen geeigneten Verbraucher aufweist.
Hydraulischen Presse nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Asynchronmotor (14) eine weitere Momentenkoppelung zum Antrieb einer Hydraulikpumpe (10) und/oder eine elektrisch leitende Verbindung zum Stromnetz (24) aufweist.
Hydraulischen Presse nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen
Asynchronmotor (14) und Stromnetz (24) ein Frequenzumrichter (21) und eine parallel geschaltete Rückspeiseeinheit (22) angeordnet ist.
Hydraulischen Presse nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gleichstrommotor (25) und dem Stromnetz (24) ein 4-Quadranten-Stromumrichter (23) angeordnet ist.
Hydraulischen Presse nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass als andere geeignete Verbraucher ein Kühlaggregat oder ähnliche Wärmetauscher angetrieben werden.