JP2000506784A - 金属成形プレスのプレスラムのラム速度の制御方法並びにプレスラム用駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、金属成形プレスのプレスラムのラム速度の制御方法に関し、特にこのような方法を実施するための駆動装置に関する。本発明によれば、ラム速度を制御するための主駆動装置が接続される補助駆動装置に少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置が接続され、エネルギー貯蔵装置にはプレスラムの負の加速中に放出されるエネルギーが供給される一方、エネルギー貯蔵装置からは後続のストローク中にプレスラムを加速するための追加のエネルギーが回復され、補助駆動装置を通じて主駆動装置内へと供給される。

Description

【発明の詳細な説明】 金属成形プレスのプレスラムのラム速度の制御方法並びに プレスラム用駆動装置 本発明は、金属成形プレスのプレスラムのラム速度の制御方法であって、補助 駆動装置からの第２駆動エネルギーを主駆動装置からの第１エネルギーに付加す るステップと、得られた速度でプレスラムを駆動するステップとを備える制御方 法に関する。さらに、本発明は、金属成形プレスのプレスラム用駆動装置に関す る。 従来技術には、エネルギー供給、プレスラムの加速、定常フェーズ、エネルギ ー回復および金属成形フェーズからなるような、金属成形プレスのプレスラムの 全サイクル(１ストローク)中の駆動特性(速度プロファイル)を判断するために、 数多くの解決策が開示される。 例えば、プレス駆動装置に２つのはずみ車および関連クラッチを取り付け、こ れらのクラッチを交互に作動してプレスラムを所望の速度プロファイルに調整す ることが公知である。しかしながら、このような駆動装置は比較的複雑であると ともに、エネルギー消費に関する限り不経済である。 また、１段式遊星歯車装置を金属成形プレスのプレス駆動装置に使用すること も公知であり、このような場合にはクラッチ／ブレーキを組み合わせることによ り２つの異なる出力速度が提供される。 プレスラムを減速(負の加速)させる目的上、より低速度に転じる際に駆動装置 から取り除かれるべきエネルギーは、通常は損失エネルギーとして機械フレーム へと散逸し、摩擦エネルギー(熱)に変換され、以後使用するのに適さない。 ドイツ国特許第4024290号には、補助駆動装置を主駆動装置に付加し、プレス ラムに関して任意の速度プロファイルを実現する規準が開示される。しかしなが ら、補助エネルギーを導入するために克服しなければならない 慣性モーメントは大きい。 このように、本発明の目的は、本書冒頭に例示した種類の金属成形プレスのプ レスラムのラム速度の制御方法並びに金属成形プレスのプレスラム用の駆動装置 を提供することにあり、特に、上記の方法を実施して、上記プレスラムの１スト ローク中のプレスラムの速度プロファイルを広範囲で調整するとともに、エネル ギー均衡が著しく改良されたプレスラムの速度特性を調整することにある。 冒頭に述べた種類の方法の場合には、上記の目的は、プレスラムの正の加速を 行うためにエネルギー貯蔵装置から第２駆動エネルギーが供給され、またプレス ラムの負の加速を行うためにエネルギーが前記のエネルギー貯蔵装置へとフィー ドバックされることにより実現することができる。 好適には、プレスラムの正および負の加速の開始および終了の時期はプレスラ ムの駆動装置のクランク角に応じて自由に選択可能であり、補助駆動装置を使用 することによりプレスラムの動作フェーズ中の速度はプレスラムを駆動するクラ ンク軸の任意の正および負の回転角の範囲内で可変となり、プレスラムの静止お よびプレスラムの運転動作の反転も可能性として含まれる。本発明の方法を用い ることにより、当該ストロークの減速フェーズ中に必要な速度低減に関連して放 出が避けられなかったエネルギーは、エネルギー損失として消失する代わりに、 その後のプロセスに再利用可能なエネルギーとしてエネルギー貯蔵装置に貯蔵さ れ、プレス駆動装置へとフィードバックされる。 上記の方法を用いることによりストロークによって決定される金属成形機の主 要な動作のより柔軟な制御を提供することが可能となる一方で、上記の方法を用 いて金属成形プロセスの開始時に所望のプレスラム衝撃速度並びに最適なエネル ギー使用を好適に実現することもできる。また、プレス駆動装置の速度特性を、 金属形成プレスの操作に用いる関連した操作手 段の最も好適な速度プロファイルに適合させることも可能である。 主駆動装置と、この主駆動装置のクランク角に基づくプレスラムの速度特性を 変化させる補助駆動装置とを備える金属形成プレスのプレスラム用駆動装置にお いて、補助駆動装置が主駆動装置とエネルギー貯蔵装置との間に配置されること により上記の目的は実現される。 好ましくは、主駆動装置が差動ギアを有するモータ制御によるはずみ車駆動装 置として、好適には遊星歯車装置として実装され、またプロセス制御手段を通じ て補助駆動装置に返還可能なエネルギーは、エネルギー供給装置として働くエネ ルギー供給システムから、あるいは磁気動力貯蔵装置もしくは水力溜などの独立 したエネルギー貯蔵装置から特に供給され得る。 本発明の対象事項の好適実施例を残りのサブクレーム中に開示する。 以下、実施例および関連の図面に基づき、本発明を詳細に説明する。図１は、 金属成形プレス用の駆動装置の略ブロック図である。また、図２は、図１の駆動 装置を備える金属成形プレスのプレスラム動作図であって、この駆動装置のクラ ンク角に基づきプレスラム用駆動装置のクランク軸の回転数を示す。 図１は、例えば絞り成形、カッティング、スタンピングおよび類似の金属成形 プロセスに用いられる種類のストロークにより決定される金属成形プレス用のプ レス駆動手段の略ブロック図であり、このような金属成形プレスは本発明との関 係では詳しくは図示しない。このような金属成形プレスのプレスラム20は通常は クランク軸10のクランクによって駆動され、プレスラム20の速度特性は、主駆動 装置100および補助駆動装置３を用いてさまざまなクランク角φ_Kについてクラン ク軸10の回転数を変化させる(図２に示す)ことにより制御することができる。主 駆動装置100においては、モータ１が変速機を介してはずみ車２を作動し、はず み車２はそのエネルギー(第１もしくは主駆動装置エネルギー)を遊星歯車装置４ へと伝 え、遊星歯車装置４は差動ギアとして出力側でプレスラム20のクランク軸10を駆 動する。ストローク中にプレスラム20を加速および減速させるために、主駆動装 置100には補助駆動装置３が接続される。この補助駆動装置３は連結点18により 遊星歯車装置４の太陽歯車軸８に接続される一方で、プロセス制御手段21により 一もしくは複数のエネルギー貯蔵装置に接続され、このようなエネルギー貯蔵装 置は、例えば独立した磁気動力エネルギー貯蔵装置、または水力溜として実装さ れるエネルギー貯蔵装置6、および/またはエネルギー貯蔵装置として働くエネル ギー供給システム22を備える。 図２には、プレスラム20の駆動装置に対するクランク角φ_Kに基づくクランク 軸10の回転数を図で示す。金属成形操作(図２では「全サイクル時間」という)のた めのプレスラム20のストロークには、プレスラム20のための加速フェーズ５が含 まれ、このフェーズはこのプレスラムをその上端位置に移動させるために用いら れ、むだ時間であることから可能な限り短時間とすべきである。このフェーズは 、クランク角φ_Kが200ないし330度に対応したエネルギーを供給する際に起こり 、図２の点13および点14により定められる。図２では、この加速フェーズ５の後 に、クランク角φ_K330ないし20度に対応した点14と点15との間に示される定常フ ェーズが続き、さらにその後には点15と点16との間に示される減速フェーズ7(ク ランク角φ_K20ないし110度)が続き、この減速フェーズ７はエネルギー回復に基 づく減速により特徴づけられ、この後にクランク角φ_K100ないし180度について 金属成形フェーズ９（図２の点１６以降）が続く。 加速フェーズ５で必要とされる主駆動装置100へのエネルギー供給は、エネル ギー貯蔵装置６から補助駆動装置３を通じて遊星歯車装置４の入口へとエネルギ ーを供給することにより行われ、このようなエネルギー供給は例えば磁気動力エ ネルギー貯蔵装置または水力溜として実装され、かつ /あるいはエネルギー貯蔵装置として働くエネルギー供給システム22からも直接 的に実行される。 プレスラムの加速フェーズ５のためには、例えばエネルギー貯蔵装置としての 主装置(エネルギー供給システム)から補給されるエネルギーが補助駆動装置に働 きかけ、補助駆動装置３は、好適には電気モータ３として実装され、例えばトラ ンジスタ操作員または機械的作動メカニズムにより制御され得る。補助駆動装置 ３は、高速動作が要求される動作フェーズ（図２の点13と点16の間に示される） の際に伝達されるトルクの大きさが、金属成形フェーズを考慮して大きさを決定 した場合に比べてずっと小さくなるものが実装される。 遊星歯車装置４が有する構造設計上の性質として、補助駆動装置軸８(太陽歯 車軸)において、遊星歯車装置４の慣性モーメントは可能な限り小さくし、それ により遊星歯車装置４のエネルギー吸収の絶対値も最小値となるようにする。 クランク軸10の回転数を減らすためにラム動作の減速中(図２の減速フェーズ ７)に行われることが必要なエネルギーの消失は、エネルギー損失の形式では行 われず、当該エネルギーは電気モータ３を通じてエネルギー貯蔵装置(例えば磁 気動力エネルギー貯蔵装置もしくは水力溜として実装される主装置またはエネル ギー貯蔵装置６)へと返還される。このエネルギーはプレスラム20の次の加速フ ェーズ５で遊星歯車装置４内に供給するために再び利用可能となる。 金属成形フェーズ９においてクランク軸10で高いトルクを保証するために、ブ レーキ11が電気モータ補助駆動装置３の連結点18の下流の遊星歯車装置４の入口 に提供される。このブレーキ11は、追加のブレーキ要素12に連結するための切替 エネルギーを必要とするのみで、このような切替エネルギーのほかには主駆動装 置100もしくはその他の外的エネルギ ー源からいかなる外的エネルギーも吸収しない。 金属成形フェーズ９自体では、金属成形エネルギーのほかに放出されるエネル ギーは通常の態様で、主駆動装置100(モータ１／はずみ車２)、遊星歯車装置４ の固定伝動率、および補助駆動装置３の連結点18によりフレーム19へと消失され る。この連結点18は金属形成フェーズ９中にブレーキ11により固定される。 図２において、正の加速フェーズの開始点(点13)並びにこのような正の加速フ ェーズの終了点(図２の点14)、さらには負の加速フェーズ(減速。図２の点15)の 開始(点13)並びにこのフェーズ16の終了は、クランク角φ_Kに関して任意に制御 することができ、ラム速度は動作フェーズ中(図２の点13と点16の間に示される) 補助駆動装置３を通じて任意の正および負のクランク角の範囲内で可変であり、 プレスラム20のラムの静止および運転動作の反転も可能性として含まれる。 二次的駆動装置は、これを電気モータとして実装する代わりに、例えば水圧モ ータ／ポンプを組み合わせる形式で水圧駆動装置としても実装することができる 。 本実施例では、プレス駆動装置の能動素子の低疲労化を実行することにより、 プレスラムの速度をずっと柔軟に制御する方法が提供され、この方法では主とし てエネルギー均衡が著しく改善される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 金属成形プレスのプレスラムのラム速度を制御する方法であって、補助駆 動装置からの第２駆動エネルギーを主駆動装置からの第１エネルギーに付加する ステップと、該プレスラムを得られた速度にて駆動するステップとを備え、プレ スラム(20)の正の加速のために第２駆動エネルギーがエネルギー貯蔵装置(6)か ら供給され、プレスラム(20)の負の加速のためにエネルギーが該エネルギー貯蔵 装置(6,22)へとフィードバックされる制御方法。 2. 前記プレスラム(20)の前記正および負の加速の開始および終了の時期が、 該プレスラム(20)の駆動装置のクランク角(φ_K)に関して自由に選択されること を特徴とする請求項１に記載の方法。 3. 主駆動装置と、該主駆動装置のクランク角に基づきプレスラムの速度特性 を変化させる補助駆動装置とを備え、請求項１に記載の方法を実施することを特 に目的とする、金属形成プレスのプレスラム用駆動装置であって、該補助駆動装 置(3)が該主駆動装置(100)とエネルギー貯蔵装置(6,22)との間に配置されること を特徴とする駆動装置。 4. 前記主駆動装置(100)が、差動ギア(4)と組み合わせて駆動されるはずみ車 (2)を備えることを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。 5. 前記差動ギアが遊星歯車装置(4)であることを特徴とする請求項４に記載 の駆動装置。 6. 駆動装置軸(8)に関して前記遊星歯車装置(4)の慣性モーメントが可能な限 り最小値であることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか一項に記載の駆動 装置。 7. プレスラム(20)との駆動接続を確立するために、差動ギア(4)に接続され るクランク軸(10)を設けたことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか一項に 記載の駆動装置。 8. 金属成形フェーズ９の間、前記補助駆動装置３との接続点の下流で、前記 差動ギア(4)の前記入口においてフレーム(19)に対して操作されるブレーキ(11) により、前記プレスラム(20)の前記駆動装置の高いトルクが提供されることを特 徴とする請求項３ないし７のいずれか一項に記載の駆動装置。 9. 前記補助駆動装置(3)は水圧駆動装置であり、特に水圧モータ／ポンプの 組み合わせを有することを特徴とする請求項３ないし８のいずれか一項に記載の 駆動装置。 10. 前記補助駆動装置(3)が電気モータであることを特徴とする請求項３ない し８のいずれか一項に記載の駆動装置。 11. 前記モータ(3)が、トランジスタ操作員により制御されるか、または機械 的作動メカニズムを具備することを特徴とする請求項10に記載の駆動装置。 12. 前記エネルギー貯蔵装置が前記プレス駆動装置のエネルギー供給 システム(22)であることを特徴とする請求項３ないし11のいずれか一項に記載の 駆動装置。 13. 前記エネルギー貯蔵装置(6,22)は例えば独立した磁気動力エネルギー貯 蔵装置、あるいは水力溜として実装されることを特徴とする請求項３ないし11の いずれか一項に記載の駆動装置。 14. 複数のエネルギー貯蔵装置(6)が提供され、選択的作動を可能にする並列 接続にて特に提供されることを特徴とする請求項13または14に記載の駆動装置。 15. 前記貯蔵されたエネルギーが前記補助駆動装置(3)を通じて前記エネルギ ー貯蔵装置から前記主駆動装置(4)へと返還されるよう、プロセス制御手段(21) が提供されることを特徴とする請求項３ないし14のいずれか一項に記載の駆動装 置。