JP2008517769A

JP2008517769A - 成形プレスの駆動システム

Info

Publication number: JP2008517769A
Application number: JP2007538262A
Authority: JP
Inventors: ダルウーヴェ; シュミットシュテフェン; フランクウルリヒ
Original assignee: Mueller Weingarten AG
Current assignee: Mueller Weingarten AG
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2025-10-20
Also published as: CN101087686B; CN101087686A; DE102004051993A1; WO2006045279A3; WO2006045279A2; DE102004051993B4; JP5026977B2

Abstract

本発明は成形プレスの駆動システムに関する。ストロークの自由にプログラミング可能な量および順序ならびにフレキシブルな速度・力分布において、ラムの各作用点が別個の力・位置制御によって制御可能である。さらに、供給網からのエネルギ消費量、サイクルに基づいた負荷変動および電源反作用が、付加的なエネルギ蓄え器の使用なしに最小限に抑えられることが望ましい。複数の作用点を有する成形プレスの場合、ラムの傾動制御の可能性が提供されることが望ましい。本解決手段は、ストローク分布、速度分布および力分布の自由なプログラミング可能性に関するハイドロリック式のプレスの利点を、高められた生産性、剛性および下側の反転点の、ストロークに拘束された再現性に関する機械式のプレスの利点と統合させる。サーボモータとしての１つまたは複数の電動駆動装置は、ストローク分布、速度分布および力分布の自由なプログラミング可能性の他に、ストロークおよび／または力に拘束された運動シーケンスもしくは運動経過のフレキシブルな利用が可能となるようにクランク伝動装置に作用する。

Description

本発明は、請求項１〜請求項４のそれぞれ上位概念部に記載の形式の、成形プレス（Umformpresse）の駆動システム、つまりラムの運動のための偏心体機構またはクランク機構を備えた成形プレスの駆動システムもしくはラムの運動のための、クランク伝動装置により駆動可能なトグルレバーを備えた成形プレスの駆動システムに関する。

背景技術
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１４５２７７２号明細書に基づき、機械的な駆動装置を備えたプレスが公知である。この公知のプレスでは、モータとフライホイールとクラッチ・ブレーキコンビネーションとから成る一次的な駆動装置部分に、出力分岐のための歯車伝動装置と、それぞれ作用点に対応する、レバー機構を備えた昇降伝動装置とを有する二次的な駆動装置部分が後続している。この場合、レバー・ジョイント駆動装置の使用によって、クランク駆動装置において正弦状となる運動経過の変更が達成される。この公知の解決手段では、一次的な駆動装置部分および二次的な駆動装置部分の上で挙げた各構成要素のためにかかる高められた手間の他に、ラムのストローク・速度分布（Weg-und Geschwindigkeitsprofil）が固定的に設定されていることが不都合となる。

一定のストローク分布の欠点は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４５４４３号明細書に記載の解決手段によれば、ラムの運動のためのクランクが右側駆動装置と左側駆動装置とによって交互に操作されることにより回避される。この場合、調節可能な往復回動角度領域（Winkelausschlag）を有する往復回動運動（Pendelbewegung）は、それぞれ右回転および左回転するモータ駆動式のフライマス（はずみ質量体）を交互に連結するか、またはフライディスクなしの極性反転可能な電動モータによって形成される。ラム行程中に速度分布に影響を与えることは考えられていない。極性反転可能な電動モータを使用する解決手段は特に変形加工過程の段階では、設備へのエネルギ供給部からの高められたピーク出力を必要とする。

欧州特許第０３０００００号明細書に記載の装置からも、エネルギ蓄え器が公知である。このエネルギ蓄え器はマス（質量体）を加速させるために蓄えられたエネルギを放出するか、またはエネルギ供給部から取り出して、マスの制動時にブレーキエネルギを蓄えるか、またはエネルギ供給部に戻す。クランクの往復回動運動に基づき、ラム運動のためのトグルレバー機構が操作される。上で挙げた２つの装置にとって共通しているのは、電動駆動装置が機械的な出力分岐部を介して複数の作用点を駆動し、これにより各作用点にそれぞれ別個に対応する力・位置制御が不可能となるということである。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２１９５８１号明細書に基づき公知の装置では、ポンプ駆動式の流体駆動装置によって、それぞれ各作用点に別個に対応する各１つの偏心軸または複数の作用点に共通に対応する１つの偏心軸が、ラム運動を発生させるために駆動される。この場合、プレスラムのためのフレキシブルな速度・力分布が調節可能となる。ポンプのピーク出力を最小限に抑えるためには、択一的に電動モータとポンプとの間にフライホイール（はずみ車）を使用することが記載されている。偏心軸の一定の回転方向に基づいた固定行程により、ラムのフレキシブルなストローク分布は設定されていない。

発明の課題および利点
本発明の根底を成す課題は、プレスに用いられる駆動システムを改良して、ストロークの自由にプログラミング可能な量および順序ならびにフレキシブルな速度・力分布において、ラムの各作用点が別個の力・位置制御によって制御可能となるような駆動システムを提供することである。さらに、供給網からのエネルギ消費量、サイクルに基づいた負荷変動および電源反作用（Netzrueckwirkung）が、付加的なエネルギ蓄え器の使用なしに最小限に抑えられることが望ましい。複数の作用点を有する成形プレスの場合、ラムの傾動制御の可能性が提供されることが望ましい。

この課題は本発明によれば、請求項１、請求項２、請求項３および請求項４のそれぞれ特徴部に記載の特徴、つまりラムの運動のための偏心体機構またはクランク機構を備えた成形プレスの駆動システムにおいて、少なくとも１つのサーボモータが、直接にまたは間接的に伝動装置を介して、各圧力点もしくは各作用点に別個に対応する偏心体機構またはクランク機構を駆動するようになっており、サーボモータの方向切換が、クランクのアングル位置と伸長位置の範囲との間で行われるか、または自体公知のようにクランクの内側のアングル位置と外側のアングル位置との間で行われる（請求項１）か、もしくは少なくとも１つのサーボモータが、１つの共通の出力分岐器を介して、作用点に対応する少なくとも２つの偏心体機構またはクランク機構に作用しており、サーボモータの方向切換が、クランクのアングル位置と伸長位置の範囲との間で行われるか、または自体公知のようにクランクの内側のアングル位置と外側のアングル位置との間で行われる（請求項２）か、あるいはラムの運動のための、クランク伝動装置により駆動可能なトグルレバーを備えた成形プレスの駆動システムにおいて、少なくとも１つのサーボモータが、直接にまたは間接的に伝動装置を介して、各作用点に別個に対応するトグルレバーを駆動するようになっており、サーボモータの方向切換が、トグルレバーの屈曲位置と伸長位置の範囲との間で行われるか、またはトグルレバーの内側の屈曲位置と外側の屈曲位置との間で行われるか（請求項３）、もしくは少なくとも１つのサーボモータが、１つの共通の出力分岐器を介して、作用点に対応する少なくとも２つのトグルレバーに作用しており、サーボモータの方向切換が、トグルレバーの屈曲位置と伸長位置の範囲との間で行われるか、またはトグルレバーの内側の屈曲位置と外側の屈曲位置との間で行われる（請求項４）ことにより解決される。

本発明の有利な構成は請求項５〜請求項１２に記載されている。

本発明の根本思想は、ストローク分布、速度分布および力分布の自由なプログラミング可能性に関するハイドロリック式のプレスの利点を、高められた生産性、剛性および下側の反転点の、ストロークに拘束された再現性に関する機械式のプレスの利点と統合させることにある。本発明にとって重要となるのは、１つまたは複数の電動駆動装置がサーボモータとしてクランク伝動装置に作用し、この場合、ストローク分布、速度分布および力分布の自由なプログラミング可能性の他に、ストロークおよび／または力に拘束された運動シーケンスもしくは運動経過のフレキシブルな利用が可能となることである。力に拘束されたラム運動時では、下側の反転点が、ハイドロリック式のプレスと同様に、プログラムされた力に関連して制御される。この運転モードでは、電動駆動装置の１倍の行程が１倍のラム行程に相当し、この場合、電動駆動装置のリバース運動もしくは反転運動はラムの下側の反転点で行われる。サーボ軸線の高い位置決め精度および機械的な剛性は同じくラムの下側の反転点における電動駆動装置の反転運動を有する、ストロークに拘束されたラム運動をも可能にする。電動駆動装置がクランク伝動装置をラムの下側の反転点で停止なしにノンストップで連続的にスイングさせると、別の運転モードでは、高いサイクル速度（Taktrate）における機械的なプレスの、ストロークに拘束されたラム運動の利点を利用することができる。この場合、電動駆動装置の１倍の行程を用いて、前進行程と後進行程とを有する２倍のラム行程が得られる。これにより、エネルギ消費量は減じられ、プレスのサイクル速度は高められる。電動駆動装置がクランク伝動装置を直接にまたは間接的に、中間に位置する伝動装置、たとえば歯車変速装置を介して駆動することが可能である。大きなトルクのためには、複数のサーボモータがクランク伝動装置に作用することが有利である。ラム行程の大きさおよびクランクの長さに関連して、伝動装置に所属の二次車が歯セグメントとして形成されていることが可能である。この歯セグメントの角度は最大可能な往復回動角領域に相当している。より大きな力を実現するために本発明の有利な構成では、クランク伝動装置がトグルレバーと組み合わされる。さらに、個々の作用点にそれぞれ対応するクランク伝動装置が、力・位置制御において別個に制御可能であることが有利である。これにより、一方ではラムの平行保持のために、中心外の力作用に基づいて発生し得る傾動が補償可能となり、他方では意図的な目標傾動が実現可能となる。さらに本発明にとって重要となるのは、ラムの主運動のためのサーボモータと、副運動のためにプレスに設けられた別のサーボモータ、たとえば電動モータ式に駆動可能な引張装置のためのサーボモータとの間で、運動サイクルにおいて制動段階時にサーボモータのジェネレータモードで再蓄えされたエネルギが、モータモードにあるサーボモータへ供給されるようにエネルギ交換を行うことにより、プレスのエネルギ収支が改善されることである。この効果は、１つのプレスラインに所属する複数のプレスがラム運動に関して位相シフトされて運転され、かつ主運動のための、各プレスに所属するサーボモータの間のエネルギ交換が行われる場合にも得られる。

固定のストローク特性線を有するコンベンショナルな機械式の成形プレスの場合、新しい工具の型合わせ等の試作の高い品質の要求と共に、対応するトライアウトプレス（Einarbeitungspresse）において、生産プレスに等価のストローク・速度特性が使用可能となることが必要となる。このためには、現在、フレキシブルなストローク−時間特性における高速駆動装置を備えたハイドロリック式のトライアウトプレスしか使用可能でない。このようなトライアウトプレスを生産プレスの模造のために使用する場合の手間は大きい。サーボモータ駆動式の駆動システムが機械式のプレスの利点とハイドロリック式のプレスの利点とを統合するので、トライアウト目的および生産のためにほぼ同一の成形プレスが提供されている。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１は、別個のクランク駆動装置を内側のアングル位置で示す概略図であり、
図２は、組み合わされたトグルレバーを有する別個のクランク駆動装置を内側の屈曲位置で示す概略図であり、
図３は、中間回路カップリングを介して行われる主運動および副運動のためのサーボ駆動装置の間でのエネルギ補償を示す概略図であり、
図４は、主運動および副運動のための運動経過および駆動出力を有する線図である。

図１には、第１実施例による成形プレスの一部が図示されている。この成形プレスの駆動は、クランク機構３を備えた駆動装置２によって行われる。この場合、ラム１の各作用点は別個に駆動される。ラム１はその上側の行程位置で図示されている。この上側の行程位置では、クランク機構３がその内側のアングル位置（折曲がり位置）１０に位置している。クランク機構３は、ヘッド部分１９でそれぞれクランク軸受け１８に支承されたクランク８を有しており、このクランク８は他方の端部に枢着されたコネクティングロッド９を介してラム１の圧力点もしくは作用点４に結合されている。クランク８の駆動は、歯車変速装置の形の、中間に位置する伝動装置６を備えた自由にプログラミング可能なサーボモータ５によって間接的に行われる。ラム１の運動のためのクランク機構３が、規定された往復回動角領域（Winkelausschlag）にわたってしか回動しないので、伝動装置６に所属する出力エレメントを歯セグメント７として形成することができる。サーボモータ５によって、ラム１の運動のためにフレキシブルな、つまり自在なストローク・速度特性がプログラミング可能となる。この場合、クランク機構３の変速比が考慮される。サーボモータ５の位置、回転数およびトルクはＮＣ制御によって、所望の運動・力経過が得られるように制御される。この場合に重要となるのは、運動経過が第１の構成では、ラム１の目標位置を規定する、仮想主軸制御（leitwellengesteuert.）される電子式のカムディスクによって形成されることである。

有利な実施態様では、サーボモータ５の目標トルクを加速度、伝動装置変速比ならびに別の影響量、たとえば温度および摩擦に関連して、ラム１における作用個所に所要の力が達成されるように補正しかつ制限することにより、直接的な力測定またはモーメント測定を不要にすることができる。この駆動装置構成を用いると、成形プレスが一方ではストローク拘束されて、クランク機構３の伸長位置１３の範囲に位置する規定された下側の反転点を持って運転されることが可能である。他方では、伸長位置１３の範囲で力を制御部側で制限することにより、ハイドロリック式のプレスと同様に、サーボ駆動式の成形プレスが力拘束されて運転され得る。

択一的には、クランク機構がラム１の下側の反転点において停止なしに、つまりノンストップに連続的にスイングし、ひいてはクランク機構が、高いサイクル速度を得るために、ストローク拘束されたラム運動の利点を利用するようにクランク機構を運転することができる。

このときに、クランク８は内側のアングル位置１０および外側のアングル位置１１によってそれぞれ交互にラム１の上側の反転点に到達する。この場合、重要な利点は、クランク機構の伸長位置１３の範囲におけるクランク機構３の反転運動を有する運転形式に比べて、ラム１が、変形加工過程による高められたエネルギ需要の段階の間、制動されないことにある。下側の反転点をノンストップに通過するクランク機構３の連続スイングに基づき、エネルギ消費量は減じられる。自由にプログラミング可能なサーボモータ５はフレキシブルなストローク特性線を可能にする。それぞれ対称的に位置決めされたアングル位置１０，１１を有する下側の反転点を通るクランク８の連続スイング時に、ラム１の前進行程と後進行程とが等しい大きさとなり、この場合、ラム１の全ての奇数回の行程において、偶数回の行程の運動分布のミラープログラムが実行可能である。

さらに、変形加工部品を製造するためには、ラム１の下側の反転点がプレス過程１回当たり複数回、有利には種々異なる行程によって通過されることにより、変形加工部品１つ当たりのプレス過程が複数回行われることが有利になり得る。これらの互いに異なる行程に基づき、それぞれ外側および内側のアングル位置１０，１１は非対称的に位置決めされている。

図示されていない別の構成では、サーボモータ５が、作用点４に対応するクランク機構３に同時に作用するようにラム１の作用点４が機械的に同期化されていることも可能である。この場合には、伝動装置６に対応する力伝達エレメント、たとえば歯セグメント７が互いに作用結合されていることが有利である。

図２に示した第２実施例では、クランク伝動装置１４がトグルレバー１６と組み合わされている。この場合、クランク伝動装置１４のクランク８は第１実施例と同様にそれぞれ両サーボモータ５と、中間に位置する伝動装置６とによって駆動される。出力側では、クランク８がプレッシャプレート１５を介してトグルレバー１６のレバー１７に結合されている。トグルレバー１６はヘッド部分１９でレバー軸受け２０にフレーム側で支承されている。本実施例では、プレッシャプレート１５と、レバー１７と、作用点４に結合されたコネクティングロッド９とが、１つの共通の枢着点を有しており、これにより４点式トグルレバー機構２１が形成される。ラム１の上側の反転位置では、トグルレバー１６がその内側の屈曲位置２２に到達する。トグルレバー１６の伸長位置の範囲では、ラム１の下側の反転点が到達される。第１実施例とは異なり、この運転形式では、サーボモータ５を制動させる必要はない。なぜならば、ラムの下側の反転点の間、クランク機構３がその下側の反転点をノンストップに通過するようにスイングするからである。

また、これらのサーボ駆動装置５が出力分岐部２４を介して共通に作用点４に作用することも可能である。

全体的には、クランク機構３とトグルレバー１６との組合せにより、力増幅が得られる。

作用点４の互いに別個の独立した個別の位置・力制御により、両実施例では、中心外の力作用もしくは偏心した力作用の場合にもラム１の平行保持が可能となる。他方において、プレス過程の間、ラム１の規定された目標傾動が調節可能であることも考えられる。

サーボモータ５を用いた、実質的にフライホイールなしの駆動装置２は、供給網２９からのエネルギ消費時における著しいピーク出力を有する負荷変動を生ぜしめる恐れがある。以下に、図３および図４につき、成形プレスのエネルギ収支を改善する手段について説明する。

ラム１の主運動のためのサーボモータ５の他に、成形プレスにおける副運動のための別のサーボモータ２８、たとえば引張装置が使用される。図４の上半部には、ラム１および引張装置２８の駆動装置のための、位相に関連した位置を有するストローク−時間特性線が示されている。引張装置へのラム１の衝突点の後に、この引張装置はラム１のサーボモータ５によってアクティブに運動させられ、この場合、所属の駆動装置２８は制動によるジェネレータモードにおいて変形加工過程のための引張装置の所要の力を付与する。ラム１の、モータ運転されるサーボモータ５のための最大エネルギ需要量を有するこの位相では、引張装置２８の、ジェネレータ運転されるサーボモータに基づいて、エネルギが再蓄えされる。主運動のための両サーボモータ５と、引張装置２８の駆動のためのサーボモータとはそのサーボ増幅器２７を介して、図３に示した１つの共通の中間回路２６にカップリングされているので、ラム１の運動のためのサーボモータ５と、引張装置のための駆動装置２８との間ではエネルギ交換が行われる。

別のエネルギ交換は線図（図４）に示したプレスサイクルにおいて、ラム１のためのサーボモータの制動の位相において上側の反転点を達成するために行なわれ得る。この場合、エネルギ交換は、いまやラム１により再蓄えされたエネルギが、引張装置２８のための、増速運転の位相においてモータにより運転される駆動装置に中間回路カップリングを介して供給されることにより行われ得る。モータ作用およびジェネレータ作用を有する駆動出力の、時間に関連した経過は、それぞれラム１と引張装置２８の駆動装置とのために、図４に示した線図の両真ん中の曲線から明らかである。生ぜしめられる駆動出力は下側の曲線に示されている。中間回路カップリングを介したエネルギ交換により、負荷変動を減少させることができる。

また、複数の成形プレスの間でエネルギ交換を行うことも考えられる。この場合、１つのプレスラインに所属する成形プレスがそのラム運動に関して位相シフトされて運転され、そして主運動のための各サーボモータ５の間でエネルギが交換される。

別個のクランク駆動装置を内側のアングル位置で示す概略図である。組み合わされたトグルレバーを有する別個のクランク駆動装置を内側の屈曲位置で示す概略図である。中間回路カップリングを介して行われる主運動および副運動のためのサーボ駆動装置の間でのエネルギ補償を示す概略図である。主運動および副運動のための運動経過および駆動出力を有する線図である。

符号の説明

１ラム
２駆動装置
３クランク機構
４作用点
５サーボモータ
６伝動装置
７歯セグメント
８クランク
９コネクティングロッド
１０クランク伝動装置の内側のアングル位置
１１クランク伝動装置の外側のアングル位置
１２プレススタンド
１３伸長位置の範囲
１４クランク伝動装置
１５プレッシャプレート
１６トグルレバー
１７レバー
１８クランク軸受け
１９ヘッド部分
２０レバー軸受け
２１４点トグルレバー機構
２２トグルレバー機構の内側の屈曲位置
２３トグルレバー機構の外側の屈曲位置
２４出力分岐器
２６中間回路カップリング
２７サーボ増幅器
２８引張装置のための駆動装置
２９供給網
３０供給モジュール
３１アクスルレギュレータ
３２ NC制御部

Claims

ラム（１）の運動のための偏心体機構またはクランク機構（３）を備えた成形プレスの駆動システムにおいて、少なくとも１つのサーボモータ（５）が、直接にまたは間接的に伝動装置（６）を介して、各作用点（４）に別個に対応する偏心体機構またはクランク機構（３）を駆動するようになっており、サーボモータ（５）の方向切換が、クランク（８）のアングル位置（１０，１１）と伸長位置（１３）の範囲との間で行われるか、または自体公知のようにクランク（８）の内側のアングル位置（１０）と外側のアングル位置（１１）との間で行われることを特徴とする、成形プレスの駆動システム。
ラム（１）の運動のための偏心体機構またはクランク機構（３）を備えた成形プレスの駆動システムにおいて、少なくとも１つのサーボモータ（５）が、１つの共通の出力分岐器（２４）を介して、作用点（４）に対応する少なくとも２つの偏心体機構またはクランク機構（３）に作用しており、サーボモータ（５）の方向切換が、クランク（８）のアングル位置（１０，１１）と伸長位置（１３）の範囲との間で行われるか、または自体公知のようにクランク（８）の内側のアングル位置（１０）と外側のアングル位置（１１）との間で行われることを特徴とする、成形プレスの駆動システム。
ラム（１）の運動のための、クランク伝動装置（１４）により駆動可能なトグルレバー（１６）を備えた成形プレスの駆動システムにおいて、少なくとも１つのサーボモータ（５）が、直接にまたは間接的に伝動装置（６）を介して、各作用点（４）に別個に対応するトグルレバー（１６）を駆動するようになっており、サーボモータ（５）の方向切換が、トグルレバー（１６）の屈曲位置（２２，２３）と伸長位置（１３）の範囲との間で行われるか、またはトグルレバー（１６）の内側の屈曲位置（２２）と外側の屈曲位置（２３）との間で行われることを特徴とする、成形プレスの駆動システム。
ラム（１）の運動のための、クランク伝動装置（１４）により駆動可能なトグルレバー（１６）を備えた成形プレスの駆動システムにおいて、少なくとも１つのサーボモータ（５）が、１つの共通の出力分岐器（２４）を介して、作用点（４）に対応する少なくとも２つのトグルレバー（１６）に作用しており、サーボモータ（５）の方向切換が、トグルレバー（１６）の屈曲位置（２２，２３）と伸長位置（１３）の範囲との間で行われるか、またはトグルレバー（１６）の内側の屈曲位置（２２）と外側の屈曲位置（２３）との間で行われることを特徴とする、成形プレスの駆動システム。
トグルレバー（１６）の内側の屈曲位置（２２）と外側の屈曲位置（２３）との間またはクランク伝動装置の内側のアングル位置（１０）と外側のアングル位置（１１）との間でのサーボモータ（５）の方向切換時に、ストロークの大きさおよび順序が自由にプログラミング可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載の成形プレスの駆動システム。
トグルレバー（１６）の外側および内側の屈曲位置（２２，２３）またはクランク（８）の両アングル位置が、対称的に位置決めされている、請求項５記載の成形プレスの駆動システム。
トグルレバー（１６）の外側および内側の屈曲位置（２２，２３）またはクランク（８）の両アングル位置が、非対称的に位置決めされている、請求項５記載の成形プレスの駆動システム。
ラム（１）の全ての奇数行程の際に、ラム（１）の偶数行程の運動分布のミラープログラムが実行可能である、請求項５記載の成形プレスの駆動システム。
ラム（１）の運動が、サーボモータ（５）と連結されているか、または独立している別個の、冗長作用を有するブレーキ装置によってロック可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載の成形プレスの駆動システム。
作用点（４）にそれぞれ対応する偏心体伝動装置、クランク伝動装置（１４）および／またはトグルレバー（１６）が、互いに対して対称的に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の成形プレスの駆動システム。
成形プレスの主運動および副運動のためのサーボモータ（５，２８）のサーボ増幅器（２７）の中間回路（２６）が、直接に互いにカップリングされている、請求項１から４までのいずれか１項記載の成形プレスの駆動システム。
成形プレス内で副運動として、引張装置（２８）のための駆動装置が作用する、請求項１１記載の成形プレスの駆動システム。