KR20050085629A - 패킹 프레스와 같은 다차원 작동 유압 프레스의 작동 상태를 모니터링하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

패킹 프레스와 같은 다차원 작동 유압 프레스의 작동 상태를 모니터링하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 상대 운동에 포함된 기계 부품의 프레팅(fretting)을 방지하도록 프레스, 특히 패킹 프레스(1)의 작동 상태를 모니터링하는 것이다. 상기 목적은 a) 프레스 공정의 시작부터 끝까지 그리고 프레스 가공품의 배출까지의 사이클에서 하나 이상의 압축기(3.1, 3.2, 3.3) 및/또는 도어(5.1)와 프레스 케이스(2.2) 사이에서 일어나는 상대 운동의 시간 및/또는 거리 동안 진동의 진폭을 검출하고, 제어 메커니즘(16.2)내에 전체 프레스의 허용 진동 진폭을 상대 운동의 시간 및/또는 거리 증분에 대한 "정상 상태"로서 미리 규정하며, b) 상기 "정상 상태" 중 최대값보다 높은 "경고값" 및 상기 경고값보다 높은 "차단값"을 발생하고, c) 각각의 관련 상대 운동에 대해 그리고 상기 상대 운동의 시간 및/또는 거리 증분에 대해 상기 "경고값" 및 상기 "차단값"의 2개의 한계치를 프레스(1)의 제어 메커니즘(16.2)에 입력하고, d) 경고값 및/또는 차단값이 도달될 때 디스플레이되는 신호 및 제어 메커니즘(16.2)에 의해 프레스 공정의 시작부터 끝까지의 사이클 동안 또는 관련 상대 운동 동안 프레스의 동작을 제어함으로써 달성된다.

Description

프레스, 특히 패킹 프레스의 작동 상태를 모니터링하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND ARRANGEMENT FOR MONITORING THE OPERATING CONDITION OF PRESSES, PARTICULARLY PACKING PRESSES}
본 발명은, 예컨대 고철 및 금속판 쓰레기로부터 프레스 가공품을 제조하기 위한 프레스, 특히 패킹 프레스의 작동 상태를 모니터링하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
예컨대, DE 198 04 789호에 따른 전단 패킹 프레스가 공지되어 있는데, 이 프레스는 절삭날을 구비하는 충전 케이스, 그 안에서 수평으로 안내되며 전단 공구를 가진 압축기, 이것에 대해 수직으로 배치된 프레스 케이스와 그 안에 안내되는 압축기, 및 상기 충전 케이스에 대해 수평으로 배치되며 수평으로 안내되는 압축기를 구비하는 패킷 챔버로 구성된다.
구체적인 실시예에서, 충전 케이스 및 프레스 케이스는 패킷형 프레스 가공품을 수용하는 하나의 공통 챔버, 즉 상기 패킷 챔버와 통한다. 충전 케이스, 프레스 케이스 및 패킷 챔버의 벽들은 전단 패킹 프레스의 하우징을 형성한다. 패킷 챔버는 생산된 프레스 가공품이 통과하는, 수평 이동 도어용 개구를 구비한다. 압축기 및 도어는 유입 피스톤/실리더에 의해 이동되며, 상기 유압 피스톤/실린더는 유압 구동 시스템과 접속된다.
폐기물, 특히 고철 및 금속판 쓰레기로부터 프레스 가공품, 바람직하게는 패킷을 제조하기 위해, 상기 방식의 공지된 전단 패킹 프레스에 의해
- 충전 케이스 내에서 수평으로 안내되는 압축기에 의해 재료를 패킷의 폭으로 예비 압축하기 위한 제1 압축 단계로서, 경우에 따라 절삭날에서 압축기를 지나서 있는 재료를 압축기에 배치된 전단 공구에 의해 절단하는 단계,
- 패킷 폭으로 예비 압축된 재료를 프레스 케이스 내에서 충전 케이스에 대해 수직으로 안내되는 압축기에 의해 패킷의 높이로 중간 압축시키기 위한 제2 압축 단계,
- 그 다음에 충전 케이스에 대해 횡으로 패킷 챔버내에서 수평으로 안내되는 압축기에 의해 패킷의 최종 밀도 또는 길이로 재료를 최종 압축하기 위한 제3 압축 단계로서, 최종 밀도 또는 길이에 도달한 패킷을 도어를 통해 패킷 챔버로부터 배출하는 단계를 수행하고,
- 상기 압축 단계들을 유압을 발생시키는 구동 시스템에 의해 제어한다.
상기 기본 원리는 실제로 입증되었지만, 프레스의 작동 상태 모니터링에 관련한 기능적 개선에 대한 요구가 있다.
여기서, 프레스는 전술한 방식만을 의미하지는 않는다. 본 발명의 의미에서, 작동 상태 모니터링 개선에 대한 요구는 구동되는 압축기와, 프레스 가공품에 대한 압축력을 수용하는 프레스 케이스 또는 프레스 테이블 사이의 상대 운동으로 인해 소위 스틱-슬립 효과가 나타나는 프레스, 즉 기계에 미친다. 이것은 1차원, 2차원, 및 3차원(즉 전술한 방식)으로 작동하는 프레스에 적용된다.
프레스에서는 관련 기계 부품의 서로 미끄러지는 면들 사이의 마찰로 인한 상기 스틱-슬립 효과가 채터링 소음으로 나타난다. 그 원인은 상기 상대 운동시 비교적 높은 압력 및 프레스 방향 반대편의 부품의 작용 하에 정지 마찰이 운동 마찰로 되거나 그 반대로 되는데 있다. 이에 따라 음향 감지 진동이 전체 기계, 특히 각각의 관련 기계 부품이 진동 상태로 됨으로써 나타난다.
극단의 경우, 고주파 마찰 운동에 의해 각각의 관련 마찰면이 국부적으로 부식되는데, 이를 일반적으로 "프레팅"(fretting)이라 한다. 이것은 기계에 있어서 많은 비용을 들여 제거할 수 있는 심각한 손상을 의미한다. 또한, 경영자에게는 간접 손해를 야기하는 생산성 저하가 발생한다.
도 1은 패킹 프레스의 예에서 본 발명에 따른 장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 평면도.
본 발명의 목적은 손상을 주는 진동 응력을 조기에 검출하고 상대 운동에 포함되는 기계 부품의 "프레팅"을 방지하는 프레스의, 특히 패킹 프레스의 작동 상태 모니터링 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1 내지 12에 의해 달성된다.
본 발명을 하기 실시예에 따라 3차원으로 동작하는 패킹 프레스에서의 그 배치 및 작동 원리로 설명한다.
도 1에 따라 패킹 프레스(1)는 프레스 케이스(2.2), 패킷 챔버(2.3), 제1 피스톤/실린더 유닛(6.1)에 의해 구동되는 제1 압축기(3.1), 제2 피스톤/실린더 유닛(6.2)에 의해 구동되는 제2 압축기(3.2), 및 제3 피스톤/실린더 유닛(6.3)에 의해 구동되는 제3 압축기(3.3)로 구성된다(도 2). 제4 피스톤/실린더 유닛(6.4)에 접속된 도어(5.1)는 도어 케이스(5.2)내에서 수평으로 이동 가능하게 안내된다. 도어 케이스(5.2)는 인장 로드(10)에 의해 패킷 챔버(2.3)의 하우징 부분에 고정되고, 상기 인장 로드(10)는 동시에 제3 피스톤/실린더 유닛(6.3)로부터 제3 압축기(3.3)에 의해 도어(5.1)를 향해 도시되지 않은 프레스 가공품에 가해지는 압력을 지지한다.
도 2에 도시된, 유압 구동 시스템(9.1)에 대한 설치 가능성에 따라, 패킹 프레스(1)는 제어 블록(9.2), 유압 탱크(13) 및 배전반(16)으로 구성되며, 이들은 하나의 컴팩트한, 예비 조립된 유닛을 형성한다. 배전반(16)에 제어 메커니즘(16.2)이 접속되고, 상기 제어 메커니즘(16.2)은 접속 케이블(16.4)을 통해 전하 증폭기(커플러)에 접속되고, 측정 라인(16.3)은 패킹 프레스(1)의 프레스 케이스(2.2)의 단부벽에 있는 센서(2.4)에 접속된다.
하기의 기본적인 단계 또는 과정 및 연결은 패킹 프레스(1)의 작동에 있어 전형적인 것이다.
- 제1 압축 단계에서 제1 압축기(3.1)에 의한 재료의 예비 압축 단계,
- 상기 예비 압축에 후속하는 제2 압축기(3.2)에 의한 제2 압축 단계,
- 제3 압축기(3.3)에 의해 수행되는 제3 압축 단계, 이 단계에서는 제1 압축기(3.1)가 이미 패킷 챔버(2.3)의 개구를 해제하는 위치에 있다.
여기서, 압축기(3.1, 3.3)의 귀환 행정이 결합될 수 있다. 그 경우, 압축기(3.3)는 먼저 경로의 일부만을 후퇴하고 압축기(3.1)와 함께 경로의 나머지를 후퇴한다.
도어(5.1)는 제3 압축기(3.3)의 귀환 행정과 동시에 유압 분리에 의해 폐쇄되거나 또는 압축기(3.2)의 귀환 행정과 동시에 유압 분리에 의해 개방된다.
이러한 모든 과정을 위해 제어 메커니즘(16.2)이 사용되고, 상기 제어 메커니즘(16.2)은 도시되지 않은 프레스 가공품의 제조를 위한 사이클 동안 압축기(3.1, 3.2, 3.3) 및 도어(5.1)의 운동 과정을 모니터링한다.
특히, 비교적 큰 힘을 이용한 상기 압축기(3.1, 3.2, 3.3) 및 도어(5.1)의 이러한 운동 과정은 임계 위치에서 앞에서 상세히 설명한 바람직하지 않은 스틱-슬립 효과(stick-slip effect)를 발생시키고, 상기 효과는 목적한 바대로 조기에 검출됨으로써, 운동 과정에 포함된 기계 부품의 "프레팅"이 방지된다.
구조적으로 비교적 간단하지만 효과가 놀라운, 프레스 케이스(2.2)의 단부벽에 장착된 진동 진폭을 측정하기 위한 센서(2.4)를 가진 제어 메커니즘(16.2), 전하 증폭기(16.1)로서 커플러를 구비하는, 상기 측정된 값을 전달하기 위한 측정 라인(16.3) 및 접속 케이블(16.4)의 배치에 의해, 본 발명에 따른 방법이 하기와 같이 실시된다.
프레스 공정의 시작부터 끝까지 그리고 도시되지 않은 프레스 가공품의 배출까지의 사이클에서 압축기(3.1, 3.2, 3.3) 및 프레스 케이스(2.2) 및 도어(5.1) 사이에서 일어나는 상대 운동의 시간 및/또는 거리 동안 진동 진폭을 센서(2.4)에 의해 연속적으로 검출한다. 그리고 나서, 제어 메커니즘(16.2)내에 패킹 프레스(1)에 대한 허용 진동 진폭을 상대 운동의 시간 및/또는 거리 증분에 대한 "정상 상태"로서 설정한다.
그 다음에, 상기 "정상 상태" 에서 진동의 최대 측정값보다 20% 더 높은 "경고값" 및 이전의 최대 측정값보다 40% 더 높은 "차단값"을 발생하고, 증분 메모리의 의미인 프레스(1)의 제어 메커니즘(16.2)내로 각각의 시간 증분 및/또는 거리 증분에 대한 2개의 한계치를 입력한다.
프레스의 작동은 방법에 따른 단계를 수행하는데 있어서 제어 메커니즘(16.2)에 통합된 프로그램의 사용에 의해 다음과 같이 제어된다.
a) 학습 단계에서 프레스 사이클에 포함되는 여러 상대 운동 또는 운동 증분 동안 최대 진동 진폭이 기록되고,
b) "경고값" 및 "차단값"이 자동으로 발생되며,
c) 액티브 단계에서 프레스 공정중에 진동 진폭의 측정값이 검출되고, 거리 증분 및/또는 시간 증분에 대한 각각의 관련 "경고값" 및 "차단값"과 계속 비교되며,
d) 상기 값의 초과시 자동으로 상응하는 동작이 시작된다.
증분 메모리의 사상이 패킹 프레스의 작동 상태 모니터링 시스템에서, 관련 기계 부품의 "프레팅" 방지의 과제를 해결하기 위해 실제 측정된 값이 공차값을 벗어나면, "경고" 또는 "정지"가 자동으로 시작되는 방식으로 이용된다.
패킹 프레스(1)의 제어 메커니즘(16.2)내의 조작자 제어부의 도시되지 않는 모니터 상에 "정상 상태"의 값, "경고값" 및 "차단값"이 디스플레이되는 것이 바람직하다.
본 발명은 기계의 조작자에게 높은 사용 가치를 제공함에도 불구하고 비교적 간단한 수단으로 구현될 수 있으며, 본 발명에 따른 개장은 작동 중인 프레스에서도 문제없이 이루어진다.

Claims (12)

  1. - 측정에 의해 시간 및/또는 거리로 검출 가능한, 프레스 케이스(2.2)에서 재료를 압축하기 위한 하나 이상의 단계,
    - 측정에 의해 시간 및/또는 거리로 검출 가능한, 완성된 패킷 또는 프레스 가공품을 배출하기 위한 하나 이상의 단계,
    - 유압을 발생시키는 구동 시스템(9.1)에 의해 상기 단계들을 실행하기 위한 제어 메커니즘(16.2) 및
    - 상기 프레스의 진동 상태의 진폭을 검출하고 상기 프레스(1)의 제어 메커니즘(16.2)용 설정값으로서 하나 이상의 허용 진동 진폭을 설정하기 위한 단계를
    포함하는 폐기물, 특히 고철 및 금속판 쓰레기로부터 프레스 가공품, 특히 패킷을 제조하기 위한 프레스, 특히 패킹 프레스의 작동 상태 모니터링 방법에 있어서,
    a) 프레스 공정의 시작부터 끝까지 그리고 프레스 가공품의 배출까지의 사이클에서 하나 이상의 압축기(3.1, 3.2, 3.3) 및/또는 도어(5.1)와 같은 기계 부품 및 상기 프레스 케이스(2.2) 사이에서 일어나는 상대 운동의 시간 또는 거리 동안 진동 진폭의 검출, 및 상기 상대 운동의 시간 또는 거리 증분에 대한 "정상 상태"로서 제어 메커니즘 내에 전체 프레스의 허용 진동 진폭의 설정 단계,
    b) 상기 "정상 상태"에서의 최대값을 초과하는 "경고값"의 발생, 및 상기 "경고값"을 초과하는 "차단값"의 발생 단계,
    c) 상기 프레스(1)의 상기 제어 메커니즘 내에 각각의 관련 상대 운동 또는 상기 상대 운동의 각각의 시간 또는 거리 증분에 대해 상기 "경고값" 및 "차단값"의 2개의 한계치 입력 단계,
    d) 프레스 공정 또는 관련 상대 운동의 시작부터 끝까지의 사이클 동안 상기 "경고값"에 도달시 및/또는 상기 "차단값"에 도달시 신호의 지시에 의해 상기 제어 메커니즘(16.2)을 이용한 상기 프레스의 작동 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레스의 작동 상태를 모니터링하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발생될 "경고값"이 상대 운동에 포함된 기계 부품의 프레팅(fretting)을 야기하는 스틱-슬립 효과(stick-slip effect)를 일으키는 진폭의 값 미만이어서, 장애 없는 작동시에는 경고가 지시되지 않는 것을 특징으로 하는 프레스의 작동 상태를 모니터링하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발생될 "차단값"이 상대 운동에 포함된 기계 부품의 프레팅을 야기하는 스틱-슬립 효과를 일으키는 진폭의 값 미만인 것을 특징으로 하는 프레스의 작동 상태를 모니터링하기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 프레스 공정 및 배출 공정에 포함된 상기 기계 부품의 상대 운동의 사이클 내에서 진동의 진폭이 다른 기계 부품의 비임계 진동 진폭의 배제한 상태에서 검출되고, 그 다음에 상기 "정상 상태"의 값, "경고값" 및 "차단값"이 상기 제어 메커니즘(16.2)에 저장되는 것을 특징으로 하는 프레스의 작동 상태를 모니터링하기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진동 진폭이 유압 구동 시스템(9.1)에 의해 작동되는 피스톤/실린더 유닛(6.1, 6.2, 6.3) 중 적어도 하나의 운동 동안에만 측정되는 것을 특징으로 하는 프레스의 작동 상태를 모니터링하기 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 "경고값" 및/또는 상기 "차단값"에 도달시 상기 프레스의 작동이 자동으로 차단될 수 있는 것을 특징으로 하는 프레스의 작동 상태를 모니터링하기 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진동 진폭이 상기 프레스 케이스(2.2)의 노출된 지점에 장착된 센서(2.4)에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 프레스의 작동 상태를 모니터링하기 위한 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레스의 제어 메커니즘(16.2)용 종합 프로그램이 사용되고, 상기 프로그램은
    a) 프레스 사이클에 포함되는 여러 상대 운동 또는 상대 운동 증분 동안 최대 진동 진폭을 기록하는 학습 단계,
    b) 경고값 및 차단값의 자동 발생 단계,
    c) 프레스 공정 동안 진동 진폭의 측정값을 검출하고, 거리 또는 시간 증분에 대한 각각의 관련 경고값 및 차단값과 계속 비교하는 액티브 단계를 포함하고,
    상기 경고값 및 차단값의 초과시 상응하는 동작이 자동으로 시작되는 것을 특징으로 하는 프레스의 작동 상태를 모니터링하기 위한 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 "경고값"은 상기 "정상 상태" 에서 진동의 최대 측정값 보다 20% 더 높은 크기로 설정되고, 상기 "차단값"은 상기 "정상 상태"에서 진동의 최대 측정값 보다 40% 더 높은 크기로 설정되고, 상기 프레스(1)의 제어 메커니즘(16.2)용 프로그램 내에 입력되는 것을 특징으로 하는 프레스의 작동 상태를 모니터링하기 위한 방법.
  10. - 제어 메커니즘(16.2),
    - 프레스 케이스(2.2)의 노출된 지점에 장착된, 진동 진폭을 측정하기 위한 하나 이상의 센서(2.4),
    - 전하 증폭기(16.1)로서 커플러를 가진 측정된 값을 전달하기 위한 측정 라인(16.3) 및
    - 접속 케이블을
    포함하는 제1항 내지 제9항에 따른 방법을 실시하기 위한 프레스의 작동 상태를 모니터링하기 위한 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 센서(2.4)가 상기 프레스 케이스(2.2)의 단부면에 장착되는 것을 특징으로 하는 프레스의 작동 상태를 모니터링하기 위한 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 프레스의 제어 메커니즘(16.2)내의 조작자 제어부의 모니터 상에 "정상 상태"의 값, "경고값" 및 "차단값"이 디스플레이될 수 있는 것을 특징으로 하는 프레스의 작동 상태를 모니터링하기 위한 장치.
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