JP3415163B2 - 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

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

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Description

【発明の詳細な説明】 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40 24 290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、金属成形プレ
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φＫ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、はずき車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φＫ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φＫ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φK330ないし20度に対応した点
14と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φK20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φK100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1
4）、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φＫ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。
フロントページの続き (72)発明者 モーゲンシュテルン，カールハインツ ドイツ国，ケムニッツ，ディー―09116, アルフォンス―ペッヒ−シュトラーセ 17 (56)参考文献 特開 平６−190598（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−89049（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−155999（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−144205（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−195129（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−40098（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−270099（ＪＰ，Ａ) 特公 昭55−24993（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平６−49438（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B30B 15/14 B30B 1/26

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】フレーム（19）を備えた金属成形プレスの
    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駆動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、 前記主駆動装置（100）は、前記プレスラムを所定のス
    ピードで駆動するための装置であって、補助駆動軸
    （８）を有する差動ギア装置を備え、さらに、前記プレ
    スラムの速度特性を変化させるために、クランク角（φ
    ｋ）が任意に選択されるクランク軸（10）を備えてお
    り、第１駆動エネルギーを差動ギア装置に伝え、出力側
    でプレスラムのクランク軸を駆動して、それにより第１
    駆動エネルギーを該ラムに供給し、 前記補助駆動装置（３）は、前記プレスラムに前記第２
    駆動エネルギーを供給するために、前記補助駆動軸と接
    続されており、それにより得られるラムスピードを生
    じ、 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、 前記プレスの金属成形フェーズの間、前記補助駆動軸と
    前記フレームとの間に接続されたブレーキ装置（11）に
    より、差動ギア装置に高いブレーキングトルクを作動さ
    せる、 制御方法。
  2. 【請求項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（φＫ）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. 【請求項３】フレーム（19）を備えた金属成形プレスの
    プレスラム（20）を駆動するための駆動装置であって、 （ａ）プレスラム（20）、 （ｂ）前記プレスラムの速度特性を変化させるために、
    クランク角（φｋ）が任意に選択されるクランク軸（1
    0）を備え、それにより第１駆動エネルギーを該ラムに
    供給する、補助駆動軸（８）を有する差動ギア装置を備
    え、第１駆動エネルギーを差動ギア装置に伝え、出力側
    でプレスラムのクランク軸を駆動する、前記プレスラム
    を所定のスピードで駆動するための主駆動装置（10
    0）、 （ｃ）前記プレスラムに前記第２駆動エネルギーを供給
    するために、前記補助駆動軸と接続され、それにより得
    られるラムスピードを生じる補助駆動装置（３）、 （ｄ）前記プレスラムの正の加速の間、前記補助駆動装
    置にエネルギーを供給し、前記プレスラムの負の加速の
    間、補助駆動装置からエネルギーを受けるように操作し
    得る、前記補助駆動装置と接続されたエネルギー貯蔵装
    置（6,22）、および、 （ｅ）前記プレスの金属成形フェーズの間、差動ギア装
    置に高いブレーキングトルクを作動させるための、前記
    補助駆動軸と該フレームとの間に接続されたブレーキ装
    置（11） を含むことを特徴とする駆動装置。
  4. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項６】補助駆動装置軸（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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項１１】前記モータ（３）が、トランジスタによ
    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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。
  16. 【請求項１６】主駆動装置（100）が、該差動ギア装置
    と接続したはずみ車（２）と、該はずみ車を駆動するた
    めのモータ（１）を備えていることを特徴とする請求項
    ３ないし15のいずれか一項に記載の駆動装置。
  17. 【請求項１７】該差動ギア装置が、入力軸を定義する太
    陽歯車軸を有する遊星歯車装置を備えていることを特徴
    とする請求項４に記載の駆動装置。
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