EP2373446B1

EP2373446B1 - Verfahren zum betrieb eines hammers

Info

Publication number: EP2373446B1
Application number: EP09799491.7A
Authority: EP
Inventors: Markus Bieg; Rainer Bopp; Michael Beloch
Original assignee: L Schuler GmbH
Current assignee: L Schuler GmbH
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2015-09-23
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: ES2553967T3; DE102008064228A1; HUE025655T2; EP2373446A1; CN102264488A; CN107030238A; WO2010072186A1; CN102264488B; CN107030238B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hammers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der GB 1 195 694 ist ein Hammer mit wenigstens einem durch wenigstens einen Linearmotor antreibbaren Bär und einer Regelungseinheit bekannt.
Aus der DE 23 50 408 A1 ist eine Einrichtung zur Hubregelung eines mechanischen Stößels bekannt, bei welcher ein Linearmotor einen Stößel antreibt, welche eine Einrichtung zur Hubregelung umfasst, wobei der Stößel von dem Linearmotor vor einem Schlag beschleunigt wird, wobei der Linearmotor von der Einrichtung zur Hubregelung bei der Abwärtsbewegung des Stößels vor dem Erreichen des unteren Umkehrpunktes des Stößels geschwindigkeitsabhängig kraftfrei geschaltet wird, wobei das Feld des Linearmotors invertiert wird und wobei der Linearmotor zur Mitnahme des Stößels in dessen Aufwärtsbewegung wieder kraftliefernd geschaltet wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Hammers vorzuschlagen, welches es ermöglicht, dessen Linearmotor situationsabhängig zu steuern bzw. zu regeln.
Diese Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Hammers sieht vor, den Bär von dem Linearmotor vor dem Schlag zu beschleunigen, wobei der Linearmotor von der Regelungseinheit bei der Abwärtsbewegung des Bären vor dem Erreichen des unteren Umkehrpunktes des Bären zeitabhängig und/oder geschwindigkeitsabhängig und/oder wegabhängig kraftfrei geschaltet wird, wobei die Stellung des Linearmotors von der Regelungseinheit bei der weiteren Bewegung des Bären verfolgt und das Feld des Linearmotors invertiert wird und wobei der Linearmotor zur Mitnahme des Bären in dessen Aufwärtsbewegung wieder kraftliefernd geschaltet wird. Mit einem derartigen Verfahren ist es möglich, auch Hämmer mit einer Bärmasse im Tonnenbereich so zu betreiben, dass der Linearmotor bzw. die mit diesem verbundenen Bauteile durch die abrupte Bewegungsumkehr keinen Schaden nehmen bzw. dass die Bewegungsumkehr regelungstechnisch sauber durchführbar ist. Kern der Erfindung ist es den Linearmotor auch dann, wenn sich dieser kraftfrei bewegt zu verfolgen und das Feld frühzeitig zu invertieren, um hierdurch ein ausreichendes Zeitfenster für den Hysteresezyklus zur Verfügung zu stellen.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, das Aktivieren bzw. das kraftliefernd Schalten des invertierten Linearmotors, welcher den Bär wieder anhebt, zeitabhängig und/oder geschwindigkeitsabhängig und/oder wegabhängig durchzuführen und/oder einen Zeitpunkt für das Aktivieren bzw. das kraftliefernd Schalten des Linearmotors insbesondere auf der Grundlage gemessener Parameter, welche insbesondere bei vorhergehenden Hammerschlägen gemessenen wurden, durch die Regelungseinheit vorauszuberechnen. Hierdurch ist es möglich, dem Hysteresezyklus ein maximales Zeitfenster zu öffnen und den Linearmotor möglichst frühzeitig kraftfrei zu schalten und möglichst spät im invertierten Zustand für den Rückhub wieder zu aktivieren.
Weiterhin sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, das Feld des Linearmotors schon vor einem Schlag des Bären auf ein Werkstück zu invertieren. Hierdurch kann der Linearmotor sofort nach dem Schlag mit seiner ganzen Kraft auf den Bär wirken. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn ein klebender Schlag verhindert werden soll.
Weiterhin sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, das Feld des Linearmotors erst nach einem Schlag des Bären auf ein Werkstück zu invertieren. Hierdurch kann bei einem vorhersehbaren starken Rückprall ein größeres Zeitfenster genutzt werden, da der zurückspringende Bär von dem Linearmotor aus einer bereits leicht angehobenen Stellung mitgenommen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Hammers sieht insbesondere auch vor, eine Brems- und /oder eine Rückhalteeinrichtung und/oder eine Zusatzbeschleunigungseinrichtung durch die Regelungseinheit in Abhängigkeit von einem Ergebnis, mit welchem der Linearmotor auf den Bär wirkt, und/oder in Abhängigkeit von einem Zustand des Linearmotors zu regeln. Hierdurch ist es möglich ausgleichend auf die Arbeit des Linearmotors einzuwirken, z.B. diesen zu unterstützen oder zu bremsen. Kern dieses Verfahrens ist es einen Eingriff in die Arbeit des Linearmotors zu einem frühest möglichen Zeitpunkt vorzunehmen und so insbesondere die Qualität der Hammerschläge zu erhöhen bzw. die Betriebssicherheit des Hammers zu erhöhen.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, die Regelung der Brems- und/oder der Rückhalteeinrichtung und/oder der Zusatzbeschleunigungseinrichtung in Anhängigkeit davon vorzunehmen, ob der Bär von dem Linearmotor nicht wie vorgesehen beschleunigt, bewegt oder verzögert wird. Durch eine direkte Überwachung der Wirkung des Linearmotors auf den Bären kann der Betrieb des Hammers mit relativ klein dimensionierten Zusatzeinrichtungen optimiert werden, da frühzeitig in den Betriebsablauf eingegriffen wird. Dies erlaubt andererseits eine vergleichsweise schwache Dimensionierung des Linearmotors, da dieser bei Bedarf durch die Zusatzeinrichtungen unterstützt wird.
Weiterhin sieht die Erfindung vor, die Regelung der Brems- und/oder der Rückhalteeinrichtung und/oder der Zusatzbeschleunigungseinrichtung in Anhängigkeit davon vorzunehmen, ob der Bär von dem Linearmotor nicht wie vorgesehen in einer definierten Stellung gehalten wird. Hierdurch lässt sich insbesondere die Sicherheit stark erhöhen.
Schließlich sieht die Erfindung vor, die Regelung der Brems- und/oder der Rückhalteeinrichtung und/oder der Zusatzbeschleunigungseinrichtung in Anhängigkeit davon vorzunehmen, ob der Linearmotor wie vorgesehen kraftfrei geschaltet oder ausgeschaltet wird. Insbesondere die Brems- und/oder Rückhalteeinrichtung kann ein Halten oder Bremsen des Bären in der Regel mit einem im Vergleich zu dem Linearmotor geringeren Energieverbrauch vornehmen.
Unter einem Hammer wird im Sinne der Erfindung eine Hammerschmiedeanlage verstanden, welche als sogenannter einfacher Hammer, welcher einen Bär umfasst, oder als sogenannter Gegenschlaghammer, welcher zwei gegenläufig verfahrbare, z.B. elektrisch und/oder hydraulisch miteinander gekoppelte Bären aufweist.
Unter einer Abwärtsbewegung des Bären wird im Sinne der Erfindung eine Bewegung des Bären verstanden, bei welcher sich dieser einem zu bearbeitenden Werkstück annähert. Unter einer Aufwärtsbewegung des Bären wird im Sinne der Erfindung eine Bewegung des Bären verstanden, bei welcher sich dieser von einem zu bearbeitenden Werkstück entfernt.
Unter einer Stellung eines Linearmotors wird im Sinne der Erfindung die Stellung verstanden, in welcher ein Primärteil des Linearmotors zu einem Sekundärteil des Linearmotors steht.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Hierbei zeigt:

Figur 1:: eine schematische Darstellung eines einfachen Hammers;
Figur 2:: eine schematische Darstellung eines Gegenschlaghammers und
Figur 3:: einen Schnitt durch den in der Figur 2 gezeigten Gegenschlaghammer.

In der Figur 1 ist in schematischer Darstellung eine Hammer 1 gezeigt, welcher als sogenannter einfacher Hammer 2 ausgebildet ist, welcher einen Bär 3 umfasst. Der Bär 3 ist an einem Maschinenrahmen 4 geführt und trägt ein Oberteil 5 eines Schmiedegesenks 6, welches mit einem Unterteil 7 des Schmiedegesenks 6 zusammenwirkt. Hierbei ist das Unterteil 7 auf einer Schabotte 8 des Hammers 1 angeordnet. Der Bär 3 wird durch zwei symmetrisch zu seiner Verfahrachse L angeordnete Linearmotoren 9, 10 in Pfeilrichtungen y und y' bewegt. Jeder Linearmotor 9, 10 umfasst ein Primärteil 9a, 10a und ein Sekundärteil 9b, 10b, wobei die Primärteile 9a und 10a an dem Maschinenrahmen 4 angeordnet sind und die Sekundärteile 9b und 10b mit dem Bär 3 verbunden sind. Eine Stellung S3 der Linearmotoren 9, 10 bzw. bzw. des Bären 3 bzw. der Sekundärteile 9b, 10b zu den Primärteilen 9a, 10a wird durch einen Positionssensor 11 erfasst. An dem Maschinenrahmen 4 ist weiterhin eine Rückhalteeinrichtung 12 angeordnet, welche in Abhängigkeit von einem Ergebnis, mit welchem der bzw. die Linearmotoren 9, 10 auf den Bär 3 wirken, und/oder in Abhängigkeit von einem Zustand des bzw. der Linearmotoren 9, 10 mittels einer Regelungseinheit 13 geregelt wird. Die Rückhaltevorrichtung 12 ist insbesondere vorgesehen, um den Bär 3 in der dargestellten Stellung S3 zu halten und so z.B. einen gefahrfreien Austausch des Schmiedegesenks 6 zu ermöglichen. Oberhalb des Bären 3 ist eine Bremseinrichtung 14 angeordnet, mittel welcher der Bär 3 abbremsbar ist, falls dieser von den Linearmotoren 9, 10 zu weit und/oder zu schnell in die Pfeilrichtung y angehoben wird. Schließlich ist zwischen dem Maschinenrahmen 4 und dem Bär 3 als weiterer Antrieb noch eine Zusatzbeschleunigungseinrichtung 15 angeordnet, mittels welcher der Bär 3 z.B. in seiner Abwärtsbewegung zusätzlich beschleunigbar ist, sofern eine Abweichung von der Sollgeschwindigkeit bei einer Abwärtsbewegung in die Pfeilrichtung y' festgestellt wird. Sofern ein Hammerschlag auf ein mit gestrichelten Linien dargestelltes Werkstück 16 ausgeführt werden soll, wird der Bär 3 über wenigstens einen Linearmotor 9, 10 in die Pfeilrichtung y' beschleunigt, wobei die Regelungseinheit 13 den bzw. die Linearmotoren 9, 10 vor dem Erreichen eines unteren Umkehrpunktes U des Bären 3 nach einer vorgegebenen Zeit und/oder in Abhängigkeit vom Erreichen einer vorgegebenen Geschwindigkeit und/oder in Abhängigkeit vom Zurücklegen einer vorgegebenen Wegstrecke bzw. an einem vorbestimmten Wegpunkt kraftfrei schaltet. Anschließend wird die sich mit der Abwärtsbewegung des Bären 3 weiter ändernde Stellung des bzw. der Linearmotoren 9, 10 von der Regelungseinheit 13 mittels des Positionssensors 11 und/oder mittels einer direkten Überwachung des sich mit dem Bär 3 bewegenden Sekundärteils 9b, 10b verfolgt. Schließlich wird das Feld des bzw. der Linearmotoren 9, 10 umgepolt, wobei der bzw. die Linearmotoren 9, 10 dann zur Mitnahme des Bären 3 in dessen Aufwärtsbewegung wieder aktiviert werden.
In der Figur 2 ist in schematischer, teilweise geschnittener Ansicht ein weiterer Hammer 1 gezeigt. Dieser ist als Gegenschlaghammer 17 ausgeführt und umfasst zwei Bären 3, 18, welche über eine Hydraulik 19 miteinander in ihrer Bewegung in Pfeilrichtungen y, y' gekoppelt sind. Die hydraulische Kopplung zwingt die beiden Bären 3, 18 zu einer gegenläufigen Bewegung. Der als Oberbär ausgeführte Bär 3 trägt ein Oberteil 5 eines Schmiedegesenks 6 und der als Unterbär ausgeführte Bär 18 trägt ein entsprechendes Unterteil 7 des Schmiedegesenks 6. Wie aus der in der Figur 3 gezeigte Schnittdarstellung, welche einen Schnitt durch den in der Figur 2 gezeigten Hammer 1 entsprechend der Schnittlinie III-III zeigt, hervorgeht, wird der Bär 3 von vier Linearmotoren 9, 10, 20 und 21 angetrieben. Diese umfassen im Wesentlichen jeweils ein an einem Maschinenrahmen 4 angeordnetes Primärteil 9a, 10a, 20a, 21a und ein an dem Bär 3 angeordnetes Sekundärteil 9b, 10b, 20b, 21b. Stellungen S3, S18 der beiden Bären 3, 18 werden durch Positionssensoren 11, 22 überwacht und an eine Regelungseinheit 13 übermittelt. Ebenso wie der in der Figur 1 dargestellte einfache Hammer weist der in den Figuren 2 und 3 dargestellte Gegenschlaghammer 17 eine Bremseinrichtung 14, eine Rückhalteeinrichtung 12 und eine Zusatzbeschleunigungseinrichtung 15 auf. Hierbei umfasst die Rückhalteeinrichtung 12 einen ersten Sperrbolzen 12a, durch welchen der Bär 3 sperrbar ist, und einen zweiten Sperrbolzen 12b, durch welchen der Bär 18 sperrbar ist. Die Zusatzbeschleunigungseinrichtung 15 ist durch einen weiteren Linearmotor 15a gebildet, welcher bei Bedarf auf den Bär 18 wirkt.
Die Erfindung ist nicht auf dargestellte oder beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst vielmehr Weiterbildungen der Erfindung im Rahmen der Schutzrechtsansprüche.

Bezugszeichenliste:

1: Hammer
2: einfacher Hammer
3: Bär
4: Maschinenrahmen
5: Oberteil von 6
6: Schmiedegesenk
7: Unterteil von 6
8: Schabotte
9, 10: Linearmotor
9a, 10a: Primärteil von 9, 10
9b, 10b: Sekundärteil von 9, 10
11: Positionssensor für 3
12: Rückhalteeinrichtung
13: Regelungseinheit
14: Bremseinrichtung
15: Zusatzbeschleunigungseinrichtung
15a: weitere Linearmotor
16: Werkstück
17: Gegenschlaghammer
18: Bär
19: Hydraulik
20, 21: Linearmotor
20a, 21a: Primärteil von 20, 21
20b, 21b: Sekundärteil von 20, 21
22: Positionssensor für 18

L: Verfahrachse
S3, S18: Stellung von 3 bzw. 18
U: unterer Umkehrpunkt
y, y': Bewegungsrichtung von 3 bzw. 18

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Hammers (1, 2, 17) mit wenigstens einem durch wenigstens einen Linearmotor (9, 10, 20, 21) antreibbaren Bär (3, 18) und einer Regelungseinheit (13),
- wobei der Linearmotor (9, 10, 20, 21) ein Primärteil (9a, 10a, 20a, 21a) und ein Sekundärteil (9b, 10b, 20b, 21b) umfasst, wobei das Primärteil (9a, 10a, 20a, 21a) an einem Maschinenrahmen (4) angeordnet ist und das Sekundärteil (9b, 10b, 20b, 21b) mit dem Bär (3) verbunden ist;

- wobei der Bär (3) von dem Linearmotor (9, 10, 20, 21) vor einem Schlag beschleunigt wird,

- wobei der Linearmotor (9, 10, 20, 21) von der Regelungseinheit (13) bei der Abwärtsbewegung des Bären (3) vor dem Erreichen des unteren Umkehrpunktes (U) des Bären (3) zeitabhängig und/oder geschwindigkeitsabhängig und/oder wegabhängig kraftfrei geschaltet wird,

- wobei das Feld des Linearmotors (9, 10, 20, 21) invertiert wird und

- wobei der Linearmotor (9, 10, 20, 21) zur Mitnahme des Bären (3) in dessen Aufwärtsbewegung wieder kraftliefernd geschaltet wird
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Stellung (S3) des Linearmotors (9, 10, 20, 21), wenn sich dieser kraftfrei bewegt, von der Regelungseinheit (13) bei der weiteren Bewegung des Bären (3) verfolgt wird,

- wobei hierzu die sich mit der Abwärtsbewegung des Bären (3) weiter ändernde Stellung des bzw. der Linearmotoren (9, 10) von der Regelungseinheit (13) mittels eines Positionssensors (11) und/oder mittels einer direkten Überwachung des sich mit dem Bär (3) bewegenden Sekundärteils (9b, 10b) verfolgt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kraftliefernd Schalten des Linearmotors (9, 10, 20, 21) zeitabhängig und/oder geschwindigkeitsabhängig und/oder wegabhängig erfolgt und/oder dass ein Zeitpunkt für das kraftliefernd Schalten des Linearmotors (9, 10, 20, 21) insbesondere auf der Grundlage gemessener Parameter, insbesondere auf der Grundlage von bei vorhergehenden Hammerschlägen gemessenen Parametern, von der Regelungseinheit (13) vorherberechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feld des Linearmotors (9, 10, 20, 21) vor einem Schlag des Bären (3, 18) auf ein Werkstück (16) invertiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Feld des Linearmotors (9, 10, 20, 21) nach einem Schlag des Bären (3, 18) auf ein Werkstück (16) invertiert wird.
Verfahren zum Betrieb eines Hammers (1, 2, 17) mit wenigstens einem durch wenigstens einen Linearmotor (9, 10, 20, 21) antreibbaren Bär (3, 18) und einer Regelungseinheit (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremseinrichtung (14) und /oder eine Rückhalteeinrichtung (12) und/oder eine Zusatzbeschleunigungseinrichtung (15, 15a) durch die Regelungseinheit (13) in Abhängigkeit von einem Ergebnis, mit welchem der Linearmotor (9, 10, 20, 21) auf den Bär (3, 18) wirkt, und/oder in Abhängigkeit von einem Zustand des Linearmotors (9, 10, 20, 21) geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Bremseinrichtung (14) und /oder der Rückhalteeinrichtung (12) und/oder der Zusatzbeschleunigungseinrichtung (15, 15a) in Anhängigkeit davon erfolgt, ob der Bär (3, 18) von dem Linearmotor nicht wie vorgesehen beschleunigt, bewegt oder verzögert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Bremseinrichtung (14) und /oder der Rückhalteeinrichtung (12) und/oder der Zusatzbeschleunigungseinrichtung (15, 15a) in Anhängigkeit davon erfolgt, ob der Bär (3, 18) von dem Linearmotor (9, 10, 20, 21) nicht wie vorgesehen in einer definierten Stellung gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Bremseinrichtung (14) und /oder der Rückhalteeinrichtung (12) und/oder der Zusatzbeschleunigungseinrichtung (15, 15a) in Anhängigkeit davon erfolgt, ob der Linearmotor (9, 10, 20, 21) wie vorgesehen kraftfrei geschaltet oder ausgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusatzbeschleunigungseinrichtung (15, 15a) durch die Regelungseinheit (13) in Abhängigkeit von einem Ergebnis, mit welchem der Linearmotor (9, 10, 20, 21) auf den Bär (3, 18) wirkt, und/oder in Abhängigkeit von einem Zustand des Linearmotors (9, 10, 20, 21) geregelt wird,
Verfahren zum Betrieb eines Hammers nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Maschinenrahmen (4) und dem Bär (3) als weiterer Antrieb noch die Zusatzbeschleunigungseinrichtung (15) angeordnet ist, mittels welcher der Bär (3) z.B. in seiner Abwärtsbewegung zusätzlich beschleunigbar ist, sofern eine Abweichung von der Sollgeschwindigkeit bei einer Abwärtsbewegung in die Pfeilrichtung (y') festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Zusatzbeschleunigungseinrichtung (15, 15a) in Anhängigkeit davon erfolgt, ob der Bär (3, 18) von dem Linearmotor nicht wie vorgesehen beschleunigt, bewegt oder verzögert wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Zusatzbeschleunigungseinrichtung (15, 15a) in Anhängigkeit davon erfolgt, ob der Bär (3, 18) von dem Linearmotor (9, 10, 20, 21) nicht wie vorgesehen in einer definierten Stellung gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Zusatzbeschleunigungseinrichtung (15, 15a) in Anhängigkeit davon erfolgt, ob der Linearmotor (9, 10, 20, 21) wie vorgesehen kraftfrei geschaltet oder ausgeschaltet wird.