EP2626197A1 - Elektrischer Antrieb für eine Arbeitsmaschine - Google Patents

Elektrischer Antrieb für eine Arbeitsmaschine Download PDF

Info

Publication number
EP2626197A1
EP2626197A1 EP12154660.0A EP12154660A EP2626197A1 EP 2626197 A1 EP2626197 A1 EP 2626197A1 EP 12154660 A EP12154660 A EP 12154660A EP 2626197 A1 EP2626197 A1 EP 2626197A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive
flywheel
motor
press
drive motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12154660.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Schäufele
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP12154660.0A priority Critical patent/EP2626197A1/de
Priority to CN2013100277382A priority patent/CN103240905A/zh
Publication of EP2626197A1 publication Critical patent/EP2626197A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B1/00Presses, 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
    • B30B1/26Presses, 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 cams, eccentrics, or cranks
    • B30B1/266Drive systems for the cam, eccentric or crank axis

Definitions

  • the invention relates to an electric drive for a work machine and a work machine with such a drive.
  • Electric drives for working machines are known from the state of the art, with a main drive motor, an auxiliary drive motor and a flywheel arranged on the driven shaft.
  • the work machine may be, for example, a press.
  • the flywheel is firmly connected to the drive shaft and serves as a kinetic energy storage, so that power peaks are smoothed and thus kept away from the electric drive system.
  • Such a flywheel is a typical component of conventional mechanical presses. In such presses, the drive shaft is driven for example via a belt of an electric motor.
  • a servo-press provides a servo drive capable of realizing dynamic applications.
  • it is possible to decelerate or accelerate the plunger of the press.
  • a high number of acceleration or braking phases and large differences in speed are usually no problem.
  • the disadvantage of such servo presses are the high investment costs.
  • This auxiliary drive motor serves primarily to allow a speed change despite the existing flywheel to increase the press productivity. It's all about simply accelerating and braking the drive shaft.
  • the auxiliary drive motor is typically a synchronous servo motor or a torque motor which, using an additional gear, at least in the form of another gear on which the motor-gear unit can engage, assists the main drive motor during braking and acceleration operations.
  • the auxiliary drive motor can also have a simple belt drive. As a result, such a drive comprises two drive motors.
  • a press with such a drive system is also referred to as a hybrid servo press. Compared to conventional mechanical presses, hybrid servo presses are characterized by increased productivity.
  • the disadvantage is that the creation of a hybrid servo press in a subsequent upgrade of a conventional mechanical press by adding an auxiliary drive motor is relatively expensive, since always the mechanics of the press must be changed.
  • Another disadvantage is that in an existing hybrid servo press a subsequent increase in performance is possible only with a relatively high effort, for example by the existing auxiliary drive motor is replaced by a stronger auxiliary drive motor.
  • An object of the present invention is to increase the productivity of a work machine, in particular a press, punch or the like, in a comparatively simple and inexpensive manner. This object is achieved by an electric drive according to claim 1 or a working machine according to claim 8.
  • the invention proposes to design the flywheel as the rotor of the auxiliary drive motor.
  • a core idea of the invention is to attach the auxiliary drive motor to the flywheel or, in other words, to use the flywheel already present as part of the conventional drive as part of the auxiliary drive motor.
  • the auxiliary drive motor is forcibly designed as a direct drive, so acts directly on the drive train. An additional gear stage is not required.
  • the structural design of the drive system compared to conventional hybrid servo presses significantly simplified. In particular, when retrofitting a conventional press significantly fewer changes must be made on the part of the press mechanism, as is the case with the known from the prior art solutions.
  • the invention thus also relates to a method for converting a conventional press into a hybrid servo press or for retrofitting an existing conventional hybrid servo press, wherein the method is characterized in that the flywheel of the main drive motor of the press provided with drive segments and is designed as a rotor of a segment motor, wherein the rotor together with a correspondingly provided stator forms an auxiliary drive motor of the press.
  • the previously used auxiliary drive motor can be omitted.
  • the flywheel As part of the auxiliary drive motor, the function of the flywheel is not affected. It still serves to store kinetic energy, such as the energy used for a forming process. During forming, the flywheel loses speed, as in any conventional mechanical press. But while in a conventional press only the main drive for re-accelerating the flywheel is available, supported in the drive according to the invention designed as a direct drive auxiliary drive motor the main drive motor when moving the flywheel. With the help of the auxiliary drive motor, the flywheel can be brought not only faster to the old speed level, but also to a higher speed level.
  • the auxiliary drive motor then also supports the main drive motor when braking the flywheel.
  • the auxiliary drive motor is designed as an axial or radial segment motor.
  • a segment motor is characterized in that it has segmented drive elements at least on its stator or on its rotor.
  • both the drive elements of the stator, and the drive elements of the rotor are divided into segments.
  • the magnet arrangement can comprise, for example, permanent magnets arranged in segments on the flywheel pulley, which interact with coils of a bobbin which are likewise arranged in segments.
  • the auxiliary drive motor is designed as an axial segment motor.
  • the drive segments of the auxiliary drive motor can be arranged either on one or on both ends of the flywheel preferably designed as a flywheel mass.
  • the formation of the auxiliary drive motor as a disk segment motor thus allows a particularly simple increase in performance in that a previously provided only on one end with drive segments flywheel is provided on both sides with drive segments and thereby forms a tandem arrangement. Due to the disc design of an axial segment motor, this design offers especially on slender large-diameter flywheels.
  • the auxiliary drive motor is designed as a radial segment motor.
  • the segment motor is built radially around the flywheel pulley.
  • the drive segments are preferably arranged on the circumference of the flywheel pulley.
  • the typical drum design of a radial segment motor is particularly suitable for wide flywheel pulleys with a smaller diameter.
  • the drive segments attached to the flywheel are secondary-drive segments of the auxiliary drive motor.
  • the use of a slip ring unit for the power transfer to the rotating part is eliminated.
  • the invention provides a drive for a novel hybrid servo press.
  • the drive according to the invention can be used particularly advantageously in presses, in particular in eccentric presses.
  • the application is not limited to pressing. Rather, the provided by the invention structurally simple and easy to retrofit and particularly simple variable drive can also be used for other machines. Since the segment motor used in the drive according to the invention as an auxiliary drive motor has no tooth flanks or other mechanical components that are claimed during load changes during operation, its life compared to previously used auxiliary drive motors is significantly longer. By using the flywheel as part of the auxiliary drive motor also significantly less space for the drive system in the press is needed.
  • the equipped with the drive according to the invention press is preferably provided with a drive-based control solution.
  • a simple programmable logic controller (PLC) is sufficient to control the machine sequence.
  • PLC programmable logic controller
  • FIG. 1 a conventional mechanical press 1 is shown.
  • this is an eccentric press in which a plunger 2 is driven by an eccentric wheel 4 connected to the drive shaft 3.
  • the drive shaft 3 is driven by a conventional electric motor 6 via a belt 5.
  • a flywheel 7 is firmly connected in the form of a massive flywheel. Because of the high inertia of the flywheel 7, this press 1 can only work at a fixed speed.
  • a servo press (not shown), however, works without flywheel 7 and can therefore operate at variable speed, resulting in a comparison with a conventional press 1 significantly increased productivity.
  • FIG. 7 The function of a flywheel 7 in a conventional mechanical press 1 is based on FIG. 7 explained.
  • a speed profile 8 of a conventional press 1 is shown, wherein the speed U is plotted over the time t.
  • a speed drop 9 in the forming area, so that only a more or less "fixed" speed can be used.
  • kinetic energy is provided by the flywheel 7.
  • kinetic energy is returned to the flywheel 7 by the drive motor, which thus acts as a kinetic energy storage.
  • a Verfahrprofil 11 of a conventional mechanical press 1 is in FIG. 8 shown.
  • the rotational speed U is plotted against the rotational angle ⁇ . Shown here is a range from 0 degrees to 360 degrees, corresponding to a single stroke.
  • the forming area 12 is shown as a hatched area.
  • the maximum speed (limit line 13) of the main press drive which defines the maximum number of strokes per minute.
  • the travel profile is limited by the maximum linear velocity (curves 14).
  • a "fixed" speed is set in the remaining speed range, the travel profile 11 in the extreme case being exclusively time-optimized (delimiting line 15) or exclusively process-optimized (delimiting line 16).
  • the speed level selected in this area can not be changed in a conventional press 1.
  • the speed in the forming area 12 is greatly reduced in the servo press, while the speed outside the forming area 12 corresponds to the maximum possible speed.
  • FIG. 2 a conventional hybrid servo press 21 is shown.
  • the concept of the hybrid servo press 21 is based on the idea of maintaining the conventional electric motor 6 as the main drive motor, including its flywheel 7. At the same time, however, the speed should be able to be influenced via an auxiliary drive motor 22.
  • hybrid servo presses 21 for example, produced from conventional mechanical presses 1, which are equipped in addition to the main drive motor 6 with an auxiliary drive motor 22, the flywheel 7 of the main drive motor 6 mitbeschleunem must be mitgebremst, so that the Verfahrprofil is kept as simple as possible.
  • only a few acceleration and braking phases should be provided with comparatively low speed changes in order to keep the installed engine power as low as possible, for example in the kilowatt range.
  • the auxiliary drive motor 22 it is possible, in spite of the existing flywheel 7, to lower the speed in the forming area 12 and to accelerate beyond the forming area 12 in order to exceed the productivity of the conventional press 1.
  • a travel profile 24 of such a conventional hybrid servo press 21 with two speed levels 25, 26 is shown in FIG FIG. 9 shown.
  • a third speed level 27 can also be provided, for example, as shown by a broken line, the third speed level 27 representing a further reduction in the speed in the forming area 12.
  • FIG. 3 a first embodiment of a hybrid servo press 31 according to the invention is shown.
  • the main drive motor 6 is again a conventional electric motor which is connected to the drive shaft 3 via a belt 5.
  • designed as a cylindrical flywheel mass flywheel 7 of the main drive motor 6 is formed as a rotor of an axial segment motor 32, which serves as an auxiliary drive motor.
  • the drive system comprises no other motors.
  • FIG. 5 A detail view of this disk segment motor 32 is shown in FIG. 5 displayed.
  • the drive segments 33 of the auxiliary drive motor 32 are on an end faces 34 or on both end faces 34, 35 arranged the flywheel pulley 7. More specifically, permanent magnets are arranged as secondary part drive segments 33 on the end faces 34, 35 of the flywheel disc 7 serving as drive disks in a circle, following the circumference 36 of the rotating disk.
  • the corresponding stators 37 with windings as primary part drive segments 38 are oriented in the axial direction opposite the end faces 34, 35 of the common flywheel pulley 7.
  • FIG. 4 a second embodiment of a hybrid servo press 31 according to the invention is shown.
  • a cylindrical flywheel pulley 7 flywheel of the main drive motor 6 is formed as a rotor of a radial segment motor 42, which serves as an auxiliary drive motor.
  • FIG. 6 A detail view of this disk segment motor 42 is shown in FIG. 6 displayed.
  • the drive segments 33 of the auxiliary drive motor 42 are arranged on the circumference 36 of the flywheel pulley 7. More specifically, the arranged on the surface of the circumference 36 of the flywheel 7 permanent magnets serve as secondary drive segments 33. Accordingly, a stator 37 is designed with windings as primary drive segments 39 as a flywheel disc 7 comprehensive ring or in the manner of a drum over the flywheel pulley 7 is slipped.
  • the end faces 34, 35 and the circumference 36 of the front pulley 7 are formed accordingly.
  • the surface may be preprocessed so that the drive segments 33 can be glued and magnetized, or else the mounting of additional carrier shoes (not shown) or the like is provided.
  • the travel profile 41 of a hybrid servo press 31 according to the invention can with the in FIG. 9 illustrated exemplary Verfahrprofil 24 a conventional hybrid servo press 21 match. In other words, nothing changes due to the other structure of the drive on the travel profile.
  • the drive according to the invention is much simpler and cheaper adaptable to new applications.
  • the press user can define a travel profile 41 and a certain speed level, which results in an installed capacity defined by means of the present invention and predictably scalable.
  • the drive according to the invention is combined with an energy buffer (not shown) in order to limit the installed power as a whole.
  • an energy buffer for example, capacitor banks or additional flywheel motors can be used as the energy buffer.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Press Drives And Press Lines (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für eine Arbeitsmaschine sowie eine Arbeitsmaschine mit einem solchen Antrieb. Um die Produktivität einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer Presse (31), Stanze oder dergleichen, auf vergleichsweise einfache und preiswerte Weise zu erhöhen, wird vorgeschlagen, einen elektrischen Antrieb mit einem Hauptantriebsmotor (6), einem Hilfsantriebsmotor (32,42) und einer auf der Antriebswelle (3) angeordneten Schwungmasse (7) zu verwenden, wobei die Schwungmasse (7) als Rotor des Hilfsantriebsmotors (32,42) ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für eine Arbeitsmaschine sowie eine Arbeitsmaschine mit einem solchen Antrieb.
  • Aus dem Stand der Technik sind elektrische Antriebe für Arbeitsmaschinen bekannt, mit einem Hauptantriebsmotor, einem Hilfsantriebsmotor und einer auf der anzutreibenden Welle angeordneten Schwungmasse. Bei der Arbeitsmaschine kann es sich beispielsweise um eine Presse handeln. Die Schwungmasse ist mit der Antriebswelle fest verbunden und dient als kinetischer Energiespeicher, so dass Leistungsspitzen geglättet und somit vom elektrischen Antriebssystem ferngehalten werden. Eine solche Schwungmasse ist ein typischer Bestandteil konventioneller mechanischer Pressen. Bei derartigen Pressen wird die Antriebswelle beispielsweise über einen Riemen von einem Elektromotor angetrieben.
  • Anders als bei solchen preiswerten konventionellen Systemen ist bei einer Servopresse ein Servoantrieb vorgesehen, mit dem dynamische Anwendungen verwirklicht werden können. Insbesondere ist es möglich, den Stößel der Presse abzubremsen bzw. zu beschleunigen. Auch eine hohe Anzahl von Beschleunigung- bzw. Bremsphasen und große Geschwindigkeitsunterschiede stellen dabei in der Regel kein Problem dar. Nachteilig bei solchen Servopressen sind die hohen Investitionskosten.
  • Aus diesem Grund hat man vorgeschlagen, konventionelle mechanische Pressen mit einem zusätzlichen Hilfsantriebsmotor auszustatten. Dieser Hilfsantriebsmotor dient in erster Linie dazu, trotz der vorhandenen Schwungmasse eine Drehzahländerung zu ermöglichen, um die Pressenproduktivität zu steigern. Dabei geht es lediglich um ein einfaches Beschleunigen und Bremsen der Antriebswelle.
  • Bei dem Hilfsantriebsmotor handelt es sich typischerweise um einen Synchronservomotor oder einen Torquemotor, der unter Verwendung eines zusätzlichen Getriebes, zumindest in Gestalt eines weiteren Getrieberades, auf das die Motor-Getriebeeinheit eingreifen kann, den Hauptantriebsmotor bei Brems- und Beschleunigungsvorgängen unterstützt. Der Hilfsantriebsmotor kann aber auch über einen einfachen Riementrieb verfügen. Im Ergebnis umfasst ein solcher Antrieb zwei Antriebsmotoren. Eine Presse mit einem derartigen Antriebssystem wird auch als Hybridservopresse bezeichnet. Gegenüber konventionellen mechanischen Pressen zeichnen sich Hybridservopressen durch eine gesteigerte Produktivität aus.
  • Von Nachteil ist, dass die Schaffung einer Hybridservopresse bei einem nachträglichen Aufrüsten einer konventionellen mechanischen Presse durch Hinzufügen eines Hilfsantriebsmotors vergleichsweise aufwendig ist, da dabei stets die Mechanik der Presse geändert werden muss.
  • Weiterhin von Nachteil ist es, dass bei einer bestehenden Hybridservopresse eine nachträgliche Leistungssteigerung nur mit einem vergleichsweise hohen Aufwand möglich ist, beispielsweise indem der bestehende Hilfsantriebsmotor durch einen stärkeren Hilfsantriebsmotor ersetzt wird.
  • Darüber hinaus ist es bei herkömmlichen Hybridservopressen von Nachteil, dass es wegen der Verwendung eines Getriebes im Zusammenhang mit dem Hilfsmotorantrieb beim Beschleunigen bzw. Bremsen stets zu Zahnflankenwechseln kommt, die zu einer starken Beanspruchung der Mechanik führen. Dieses herkömmliche Antriebskonzept ist daher vergleichsweise fehleranfällig.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Produktivität einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer Presse, Stanze oder dergleichen, auf vergleichsweise einfache und preiswerte Weise zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Antrieb nach Anspruch 1 bzw. eine Arbeitsmaschine nach Anspruch 8 gelöst.
  • Die Erfindung schlägt vor, die Schwungmasse als Rotor des Hilfsantriebsmotors auszubilden. Eine Kernidee der Erfindung ist es mit anderen Worten, den Hilfsantriebsmotor an der Schwungmasse anzubringen oder anders ausgedrückt die als Teil des konventionellen Antriebs ohnehin bereits vorhandene Schwungmasse als Teil des Hilfsantriebsmotors zu verwenden. Dadurch ist der Hilfsantriebsmotor zwangsweise als Direktantrieb ausgeführt, wirkt also unmittelbar auf den Antriebsstrang. Eine zusätzliche Getriebestufe ist nicht erforderlich. Dadurch vereinfacht sich der konstruktive Aufbau des Antriebssystems gegenüber herkömmlichen Hybridservopressen deutlich. Insbesondere müssen bei einem Nachrüsten einer konventionellen Presse deutliche weniger Änderungen auf Seiten der Pressenmechanik vorgenommen werden, als dies bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen der Fall ist.
  • Die Erfindung betrifft somit auch ein Verfahren zur Umrüstung einer konventionellen Presse in eine Hybridservopresse bzw. zur Umrüstung einer bestehenden herkömmlichen Hybridservopresse, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass die Schwungmasse des Hauptantriebsmotors der Presse mit Antriebssegmenten versehen und als Rotor eines Segmentmotors ausgebildet wird, wobei der Rotor zusammen mit einem entsprechend bereitgestellten Stator einen Hilfsantriebsmotor der Presse bildet. Bei der Umrüstung einer herkömmlichen Hybridservopresse kann der bisher verwendete Hilfsantriebsmotor entfallen.
  • Durch die Verwendung der Schwungmasse als Teil des Hilfsantriebsmotors wird die Funktion der Schwungmasse nicht beeinträchtigt. Sie dient nach wie vor zum Speichern kinetischer Energie, beispielsweise der für einen Umformprozess verwendeten Energie. Während des Umformens verliert die Schwungmasse, wie in jeder konventionellen mechanischen Presse, an Drehzahl. Während aber bei einer konventionellen Presse nur der Hauptantrieb zum erneuten Beschleunigen der Schwungmasse zur Verfügung steht, unterstützt bei dem erfindungsgemäßen Antrieb der als Direktantrieb ausgebildete Hilfsantriebsmotor den Hauptantriebsmotor beim Bewegen der Schwungmasse. Mit Hilfe des Hilfsantriebsmotors kann die Schwungmasse nicht nur schneller auf das alte Drehzahlniveau, sondern darüber hinaus auch auf ein höheres Drehzahlniveau gebracht werden. Vorteilhafterweise unterstützt der Hilfsantriebsmotor den Hauptantriebsmotor dann auch beim Bremsen der Schwungmasse.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Hilfsantriebsmotor als axialer oder radialer Segmentmotor ausgebildet ist. Ein Segmentmotor zeichnet sich dadurch aus, dass er zumindest an seinem Stator oder an seinem Rotor segmentierte Antriebselemente aufweist. Vorzugsweise sind sowohl die Antriebselemente des Stators, als auch die Antriebselemente des Rotors in Segmente unterteilt. Die Magnetanordnung kann beispielsweise segmentweise auf der Schwungmassenscheibe angeordnete Permanentmagnete umfassen, die mit ebenfalls segmentweise angeordneten Spulen eines Spulenkörpers zusammenwirken. Durch die Anwendung des Segmentmotorkonzeptes ist es vergleichsweise einfach möglich, die Leistung des Hilfsantriebsmotors an den konkreten Anwendungsfall anzupassen. Insbesondere ist eine nachträgliche Leistungssteigerung besonders einfach möglich, beispielsweise dadurch, dass ein zuvor nicht vollständig bestückter Segmentmotor mit weiteren Antriebselementen bestückt wird.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hilfsantriebsmotor als axialer Segmentmotor ausgebildet. In diesem Fall können die Antriebssegmente des Hilfsantriebsmotors entweder auf einer oder aber auf beiden Stirnseiten der vorzugsweise als Schwungmassenscheibe ausgeführten Schwungmasse angeordnet sein. Die Ausbildung des Hilfsantriebsmotors als Scheibensegmentmotor ermöglicht somit eine besonders einfache Leistungssteigerung dadurch, dass eine zuvor nur auf einer Stirnseite mit Antriebssegmenten versehene Schwungmassenscheibe beidseitig mit Antriebssegmenten versehen wird und dadurch eine Tandemanordnung bildet. Durch die Scheibenbauweise eines axialen Segmentmotors bietet sich diese Bauform besonders bei schlanken Schwungmassenscheiben mit großem Durchmesser an.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hilfsantriebsmotor als radialer Segmentmotor ausgebildet. Mit anderen Worten wird der Segmentmotor radial um die Schwungmassenscheibe herum aufgebaut. In diesem Fall sind die Antriebssegmente vorzugsweise an dem Umfang der Schwungmassenscheibe angeordnet. Die typische Trommelbauweise eines radialen Segmentmotors eignet sich besonders für breite Schwungmassenscheiben mit geringerem Durchmesser.
  • Bei beiden Ausführungen ist es von Vorteil, wenn es sich bei den an der Schwungmassenscheibe angebrachten Antriebssegmenten um Sekundärteil-Antriebssegmente des Hilfsantriebsmotors handelt. In diesem Fall entfällt die Verwendung einer Schleifringeinheit für den Leistungsübertrag zum rotierenden Teil.
  • Aufgrund des der Erfindung zugrundeliegenden Konzeptes lassen sich ausgehend von einem bestimmten Geschwindigkeitsniveau skalierbare Leistungs- bzw. Produktivitätssteigerungen der Presse bestimmen und einhalten. Da bei einer Ausrüstung oder Umrüstung einer Presse der Änderungsaufwand abhängig von der verwendeten Mechanik der Presse, insbesondere dem Durchmesser und der Tiefe der Schwungmassenscheibe ist, können zu diesem Zweck entsprechende Ergänzungsmodule zur Schaffung eines Hilfsantriebsmotors für bestehende Schwungmassenscheiben standardisiert und auf Lager hergestellt werden und entsprechend dem konkreten Anwendungsfall auf einfache Art und Weise angepasst werden können, beispielweise durch eine geeignete Wahl der Anzahl der Antriebssegmente.
  • Mit der Erfindung wird ein Antrieb für eine neuartige Hybridservopresse bereitgestellt. Der erfindungsgemäße Antrieb ist besonders vorteilhaft bei Pressen, insbesondere bei Exzenterpressen einsetzbar. Die Anwendung ist aber nicht auf Pressen beschränkt. Vielmehr kann der durch die Erfindung bereitgestellte konstruktiv einfache und auf einfache Art und Weise nachrüstbare sowie besonders einfache veränderbare Antrieb auch für andere Arbeitsmaschinen eingesetzt werden. Da der bei dem erfindungsgemäßen Antrieb als Hilfsantriebsmotor verwendete Segmentmotor keine Zahnflanken oder andere mechanischen Komponenten aufweist, die bei Lastwechseln während des Betriebs beansprucht werden, ist seine Lebensdauer gegenüber bisherig eingesetzten Hilfsantriebsmotoren deutlich länger. Durch die Verwendung der Schwungmasse als Teil des Hilfsantriebsmotors wird außerdem deutlich weniger Bauraum für das Antriebssystem in der Presse benötigt.
  • Die mit dem erfindungsgemäßen Antrieb ausgestatte Presse wird vorzugsweise mit einer antriebsbasierten Regelungslösung versehen. Üblicherweise reicht eine einfache Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) aus, um den Maschinenablauf zu steuern. Aufwendige Steuerungseinheiten, wie sie bei Servopressen üblich sind, werden hingegen nicht benötigt.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
  • FIG 1
    eine konventionelle mechanische Presse,
    FIG 2
    eine herkömmliche Hybridservopresse,
    FIG 3
    eine erste Hybridservopresse mit erfindungsgemäßen Antrieb,
    FIG 4
    eine zweite Hybridservopresse mit erfindungsgemäßen Antrieb,
    FIG 5
    eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Antriebs,
    FIG 6
    eine Detailansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Antriebs,
    FIG 7
    ein Drehzahlprofil einer konventionellen Presse,
    FIG 8
    Verfahrprofil einer konventionellen mechanischen Presse und einer Servopresse,
    FIG 9
    Verfahrprofil einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäßen Hybridservopresse.
  • Sämtliche Figuren zeigen die Erfindung lediglich schematisch und mit ihren wesentlichen Bestandteilen. Gleiche Bezugszeichen entsprechen dabei Elementen gleicher oder vergleichbarer Funktion.
  • In FIG 1 ist eine konventionelle mechanische Presse 1 dargestellt. Es handelt sich beispielhaft um eine Exzenterpresse, bei der ein Stößel 2 von einem mit der Antriebswelle 3 verbundenen Exzenterrad 4 angetrieben wird. Die Antriebswelle 3 wird über einen Riemen 5 von einem konventionellen Elektromotor 6 angetrieben. Mit der Antriebswelle 3 ist eine Schwungmasse 7 in Gestalt eines massiven Schwungrades fest verbunden. Wegen der hohen Trägheit der Schwungmasse 7 kann diese Presse 1 nur mit einer festen Drehzahl arbeiten. Eine Servopresse (nicht dargestellt) hingegen arbeitet ohne Schwungmasse 7 und kann deshalb mit variabler Drehzahl arbeiten, wodurch sich eine gegenüber einer konventionellen Presse 1 deutlich gesteigerte Produktivität ergibt.
  • Die Funktion einer Schwungmasse 7 bei einer konventionellen mechanischen Presse 1 wird anhand von FIG 7 erläutert. Dort ist ein Drehzahlprofil 8 einer konventionellen Presse 1 dargestellt, wobei die Drehzahl U über die Zeit t aufgetragen ist. Wie aus dem Kurvenverlauf ersichtlich, gibt es im Umformbereich einen Drehzahleinbruch 9, so dass nur von einer mehr oder weniger "festen" Drehzahl gesprochen werden kann. Während des Drehzahleinbruchs 9 wird kinetische Energie von der Schwungmasse 7 bereitgestellt. Im Anschluss an den Umformvorgang wird durch den Antriebsmotor 6 kinetische Energie wieder an die Schwungmasse 7 zurückgegeben, die somit als ein kinetischer Energiespeicher wirkt.
  • Ein Verfahrprofil 11 einer konventionellen mechanischen Presse 1 ist in FIG 8 dargestellt. Zu diesem Zweck ist die Drehzahl U über den Drehwinkel α aufgetragen. Dargestellt ist dabei ein Bereich von 0 Grad bis 360 Grad, entsprechend einem einzelnen Hub. Der Umformbereich 12 ist als schraffierte Fläche dargestellt. Für eine bestimmte Presse stets vorgegeben sind einerseits die maximale Drehzahl (Begrenzungslinie 13) des Pressenhauptantriebs, welche die maximale Anzahl an Hüben pro Minute festlegt. Darüber hinaus wird das Verfahrprofil durch die maximale Lineargeschwindigkeit (Kurven 14) begrenzt.
  • Bei konventionellen mechanischen Pressen 1 wird in dem verbleibenden Drehzahlbereich eine "feste" Drehzahl festgelegt, wobei das Verfahrprofil 11 im Extremfall ausschließlich zeitoptimiert (Begrenzungslinie 15) oder aber ausschließlich prozessoptimiert (Begrenzungslinie 16) ist. Das in diesem Bereich gewählte Geschwindigkeitsniveau kann bei einer konventionellen Presse 1 nicht verändert werden. Im Gegensatz dazu kann das in FIG 8 mit gepunkteter Linie dargestellte Verfahrprofil 17 einer Servopresse hochdynamisch sein und eine Vielzahl von Beschleunigungs- und Bremsphasen aufweisen. Im dargestellten Beispiel wird bei der Servopresse die Geschwindigkeit im Umformbereich 12 stark verringert, während die Geschwindigkeit außerhalb des Umformbereiches 12 der maximal möglichen Geschwindigkeit entspricht.
  • In FIG 2 ist eine herkömmliche Hybridservopresse 21 dargestellt. Das Konzept der Hybridservopresse 21 baut auf den Gedanken auf, den konventionellen Elektromotor 6 als Hauptantriebsmotor, einschließlich seiner Schwungmasse 7, beizubehalten. Gleichzeitig soll jedoch die Drehzahl über einen Hilfsantriebsmotor 22 beeinflusst werden können. Der ebenfalls als Elektromotor ausgeführte Hilfsantriebsmotor 22 greift über ein zusätzliches Getriebe 23 in den Antriebsstrang ein.
  • Bei Hybridservopressen 21, beispielsweise entstanden aus konventionellen mechanischen Pressen 1, die zusätzlich zu dem Hauptantriebsmotor 6 mit einem Hilfsantriebsmotor 22 ausgestattet sind, muss die Schwungmasse 7 des Hauptantriebsmotors 6 mitbeschleunigt und mitgebremst werden, so dass das Verfahrprofil möglichst einfach gehalten wird. Insbesondere sollen nur wenige Beschleunigungs- und Bremsphasen mit vergleichsweise geringen Geschwindigkeitsänderungen vorgesehen sein, um die installierte Motorleistung möglichst niedrig zu halten, beispielsweise im Kilowatt-Bereich. Mit Hilfe des Hilfsantriebsmotors 22 ist es trotz der vorhandenen Schwungmasse 7 möglich, im Umformbereich 12 die Geschwindigkeit abzusenken und jenseits des Umformbereiches 12 zu beschleunigen, um die Produktivität der konventionellen Presse 1 zu übertreffen. Ein Verfahrprofil 24 einer solchen herkömmlichen Hybridservopresse 21 mit zwei Geschwindigkeitsniveaus 25, 26 ist in FIG 9 dargestellt. Zusätzlich zu den beiden Geschwindigkeitsniveaus 25, 26 kann jedoch beispielsweise, wie mit durchbrochener Linie dargestellt, auch ein drittes Geschwindigkeitsniveau 27 vorgesehen sein, wobei das dritte Geschwindigkeitsniveau 27 eine nochmalige Absenkung der Geschwindigkeit im Umformbereich 12 darstellt.
  • In FIG 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hybridservopresse 31 dargestellt. Bei dem Hauptantriebsmotor 6 handelt es sich wiederum um einen konventionellen Elektromotor, der mit der Antriebswelle 3 über einen Riemen 5 verbunden ist. Dabei ist die als zylindrische Schwungmassenscheibe ausgebildete Schwungmasse 7 des Hauptantriebsmotors 6 als Rotor eines axialen Segmentmotors 32 ausgebildet, der als Hilfsantriebsmotor dient. Zusätzlich zu dem Hauptantriebsmotor 6 und dem die Schwungmasse 7 des Hauptantriebsmotors 6 einbeziehenden Hilfsantriebsmotor 32 umfasst das Antriebssystem keine weiteren Motoren.
  • Eine Detailansicht dieses Scheibensegmentmotors 32 ist in FIG 5 abgebildet. Die Antriebssegmente 33 des Hilfsantriebsmotors 32 sind auf einer Stirnflächen 34 oder auf beiden Stirnflächen 34, 35 der Schwungmassenscheibe 7 angeordnet. Genauer gesagt sind Permanentmagnete als Sekundärteil-Antriebssegmente 33 auf den als Antriebsscheiben dienenden Stirnflächen 34, 35 der Schwungmassenscheibe 7 kreisförmig, dem Umfang 36 der rotierenden Scheibe folgend angeordnet. Die entsprechenden Statoren 37 mit Wicklungen als Primärteil-Antriebssegmente 38 sind in axialer Richtung den Stirnflächen 34, 35 der gemeinsamen Schwungmassenscheibe 7 gegenüberliegend orientiert.
  • In FIG 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hybridservopresse 31 dargestellt. Dabei ist die als zylindrische Schwungmassenscheibe 7 ausgebildete Schwungmasse des Hauptantriebsmotors 6 als Rotor eines radialen Segmentmotors 42 ausgebildet, der als Hilfsantriebsmotor dient.
  • Eine Detailansicht dieses Scheibensegmentmotors 42 ist in FIG 6 abgebildet. Die Antriebssegmente 33 des Hilfsantriebsmotors 42 sind an dem Umfang 36 der Schwungmassenscheibe 7 angeordnet. Genauer gesagt dienen die an der Oberfläche des Umfangs 36 der Schwungmassenscheibe 7 angeordnete Permanentmagnete als Sekundärteil-Antriebssegmente 33. Entsprechend ist ein Stator 37 mit Wicklungen als Primärteil-Antriebssegmente 39 als ein die Schwungmassenscheibe 7 umfassender Ring bzw. nach Art einer Trommel ausgeführt, die über die Schwungmassenscheibe 7 gestülpt wird.
  • Zur Montage der Antriebssegmente 33 an der Schwungmassenscheibe 7 sind die Stirnflächen 34, 35 bzw. der Umfang 36 der Stirnmassenscheibe 7 entsprechend ausgebildet. Beispielsweise kann die Oberfläche so vorbearbeitet sein, dass die Antriebssegmente 33 aufgeklebt und magnetisiert werden können oder aber es ist die Montage zusätzlicher Trägerschuhe (nicht dargestellt) oder dergleichen vorgesehen. Diese und weitere konstruktive Details zum Aufbau und zur Anordnung von Segmentmotoren sind dem Fachmann bekannt und bedürfen daher an dieser Stelle keiner weiteren Erläuterung.
  • Das Verfahrprofil 41 einer erfindungsgemäßen Hybridservopresse 31, wie in den FIG 3 und 4 dargestellt, kann mit dem in FIG 9 abgebildeten beispielhaften Verfahrprofil 24 einer herkömmlichen Hybridservopresse 21 übereinstimmen. Mit anderen Worten ändert sich durch den anderen Aufbau des Antriebs nichts an dem Verfahrprofil.
  • Jedoch ist der erfindungsgemäße Antrieb wesentlich einfacher und preiswerter an neue Anwendungsfälle anpassbar. Durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist es beispielsweise möglich, dem Pressenanwender - in Abhängigkeit von Durchmesser und Tiefe der vorhandenen Schwungmassenscheibe 7 und damit in Abhängigkeit von dem zur Verfügung stehenden Bauraum - für den Hilfsantriebsmotor 32, 42 eine bestimmte Mehrproduktivität in Aussicht zu stellen, ohne dass hierfür die vorhandene Mechanik der Presse 31 geändert werden muss. Der Pressenanwender kann mit anderen Worten ein Verfahrprofil 41 und ein bestimmtes Geschwindigkeitsniveau festlegen, woraus sich eine mit Hilfe der vorliegenden Erfindung definiert und vorhersehbar skalierbare installierte Leistung ergibt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erfindungsgemäße Antrieb mit einem Energiepuffer (nicht abgebildet) kombiniert ist, um die installierte Leistung insgesamt zu begrenzen. Als Energiepuffer können dabei zum Beispiel Kondensatorbänke oder zusätzliche Schwungradmotoren eingesetzt werden.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (8)

  1. Elektrischer Antrieb für eine Arbeitsmaschine (31), mit einem Hauptantriebsmotor (6), einem Hilfsantriebsmotor (32, 42) und einer auf der Antriebswelle (3) angeordneten Schwungmasse (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmasse (7) als Rotor des Hilfsantriebsmotors (32,42) ausgebildet ist.
  2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i c h n e t , dass der Hilfsantriebsmotor (32,42) als Segmentmotor ausgebildet ist.
  3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennz e i c h n e t , dass der Hilfsantriebsmotor als axialer Segmentmotor (32) ausgebildet ist.
  4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennz e i c h n e t , dass die Schwungmasse als Schwungmassenscheibe (7) ausgebildet ist und Antriebssegmente (33) des Hilfsantriebsmotors (32) auf einer oder beiden Stirnseiten (34, 35) der Schwungmassenscheibe (7) angeordnet sind.
  5. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass der Hilfsantriebsmotor als radialer Segmentmotor (42) ausgebildet ist.
  6. Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmasse als Schwungmassenscheibe (7) ausgebildet ist und Antriebssegmente (33) des Hilfsantriebsmotors (42) an dem Umfang (36) der Schwungmassenscheibe (7) angeordnet sind.
  7. Antrieb nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Antriebssegmenten (33) um Sekundärteil-Antriebssegmente handelt.
  8. Arbeitsmaschine, insbesondere Presse (31), mit einem elektrischen Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
EP12154660.0A 2012-02-09 2012-02-09 Elektrischer Antrieb für eine Arbeitsmaschine Withdrawn EP2626197A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12154660.0A EP2626197A1 (de) 2012-02-09 2012-02-09 Elektrischer Antrieb für eine Arbeitsmaschine
CN2013100277382A CN103240905A (zh) 2012-02-09 2013-01-24 用于作功机械的电驱动装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12154660.0A EP2626197A1 (de) 2012-02-09 2012-02-09 Elektrischer Antrieb für eine Arbeitsmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2626197A1 true EP2626197A1 (de) 2013-08-14

Family

ID=45655506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP12154660.0A Withdrawn EP2626197A1 (de) 2012-02-09 2012-02-09 Elektrischer Antrieb für eine Arbeitsmaschine

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2626197A1 (de)
CN (1) CN103240905A (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014113709A1 (de) * 2014-09-23 2016-03-24 Schuler Pressen Gmbh Pressenantrieb und Verfahren zum Umbau eines vorhandenen Pressenantriebs
EP3162552A3 (de) * 2015-09-09 2017-08-30 Aida Engineering, Ltd. Servopresse, motor mit einer servopresse und verfahren zur montage und demontage des motors

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4309620A (en) * 1979-12-03 1982-01-05 Calspan Corporation Flywheel electric transmission apparatus
JPS61255794A (ja) * 1985-05-09 1986-11-13 Sumitomo Heavy Ind Ltd 複数個のモータを有するスクリュープレス
JPS61276797A (ja) * 1985-05-31 1986-12-06 Sumitomo Heavy Ind Ltd クランクプレスの駆動部構造
EP1126581A2 (de) * 2000-02-18 2001-08-22 Schuler Pressen GmbH & Co. KG Elektrische Antriebsvorrichtung
WO2009141298A1 (de) * 2008-05-21 2009-11-26 Siemens Aktiengesellschaft Antriebsvorrichtung mit einer verbrennungskraftmaschine und einem schwungrad mit elektrischer maschine
DE102010031100A1 (de) * 2010-07-08 2011-02-24 Raster-Zeulenroda Werkzeugmaschinen Gmbh Umformpresse mit einem Direktantrieb mittels Segmentmotoren

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101577448A (zh) * 2009-05-12 2009-11-11 中国电子科技集团公司第二十一研究所 扇形电动机

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4309620A (en) * 1979-12-03 1982-01-05 Calspan Corporation Flywheel electric transmission apparatus
JPS61255794A (ja) * 1985-05-09 1986-11-13 Sumitomo Heavy Ind Ltd 複数個のモータを有するスクリュープレス
JPS61276797A (ja) * 1985-05-31 1986-12-06 Sumitomo Heavy Ind Ltd クランクプレスの駆動部構造
EP1126581A2 (de) * 2000-02-18 2001-08-22 Schuler Pressen GmbH & Co. KG Elektrische Antriebsvorrichtung
WO2009141298A1 (de) * 2008-05-21 2009-11-26 Siemens Aktiengesellschaft Antriebsvorrichtung mit einer verbrennungskraftmaschine und einem schwungrad mit elektrischer maschine
DE102010031100A1 (de) * 2010-07-08 2011-02-24 Raster-Zeulenroda Werkzeugmaschinen Gmbh Umformpresse mit einem Direktantrieb mittels Segmentmotoren

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014113709A1 (de) * 2014-09-23 2016-03-24 Schuler Pressen Gmbh Pressenantrieb und Verfahren zum Umbau eines vorhandenen Pressenantriebs
DE102014113709B4 (de) * 2014-09-23 2017-03-16 Schuler Pressen Gmbh Verfahren zum Umbau eines vorhandenen Pressenantriebs
EP3162552A3 (de) * 2015-09-09 2017-08-30 Aida Engineering, Ltd. Servopresse, motor mit einer servopresse und verfahren zur montage und demontage des motors
US10525647B2 (en) 2015-09-09 2020-01-07 Aida Engineering, Ltd. Servo press machine, motor using servo press machine, and method of assembling and detaching motor

Also Published As

Publication number Publication date
CN103240905A (zh) 2013-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1045771B1 (de) Antrieb für ein fahrzeug, insbesondere für ein mehrspuriges elektromobil
DE102010028872A1 (de) Antriebsvorrichtung für Dreh- und Linearbewegungen mit entkoppelten Trägheiten
DE68920829T2 (de) Verfahren zur Steuerung der Bewegung der Kugeln in einem oszillierenden Lager.
EP2061141B1 (de) Elektrische Maschine mit Magnetbremse direkt am Rotor
DE102016207996A1 (de) Elektrische Maschine zum Antrieb eines Fahrzeugs
WO2007128742A1 (de) Elektrische maschine, insbesondere permanenterregter synchronmotor mit einstellbarer feldschwächung
WO2005050824A1 (de) Stufenlos schaltbares, magnetodynamisches getriebe
EP2844508A2 (de) Radantriebseinheit für ein rad eines elektrisch angetriebenen fahrzeugs, fahrzeug und verfahren zum betreiben einer radantriebseinheit eines fahrzeugs
WO2014131573A1 (de) Rotationsdämpfer für ein fahrzeug
EP2790295A1 (de) Rotor für einen Reluktanzmotor, Verfahren zum Herstellen eines Rotors für einen Reluktanzmotor sowie elektrische Maschine, insbesondere ein Reluktanzmotor
EP2884005B1 (de) Bodenverdichter mit Direktantrieb
DE102005049530B4 (de) Werkzeugmaschine
EP2626197A1 (de) Elektrischer Antrieb für eine Arbeitsmaschine
DE102009035894A1 (de) Maschine zum Festlegen
EP0714162A2 (de) Schaltungsanordnung zum Steuern eines elektronisch kommutierten Motors
DE10053265C2 (de) Feststellbremseinrichtung an Fahrzeugen und Antriebssystem mit einer Feststellbremseinrichtung
DE102010031107B4 (de) Umformpresse mit einem Stößeldirektantrieb
EP2555394B1 (de) Elektrischer Antrieb für eine Presse
EP2554363B1 (de) Elektrischer Antrieb für eine Presse
DE102020103890B4 (de) Elektrische Maschine, Verfahren zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine und Rotor
EP1453707B1 (de) Scheibenwischerantrieb sowie scheibenwischervorrichtung mit einem scheibenwischerantrieb
DE102016106187A1 (de) Generator mit magnetischer Übersetzung
DE69832832T2 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen von Elektrizität
DE2712456A1 (de) Antriebssystem mit elektromotor
DE102011103944A1 (de) Spritzgießmaschine mit einem Elektromotor und einer Schwungmasse

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

17P Request for examination filed

Effective date: 20130904

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

17Q First examination report despatched

Effective date: 20171108

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20191106