KR20110122770A - 기계적 프레스 구동 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

기계적 프레스를 작동시키기 위한 방법으로서, 상기 기계적 프레스는 적어도 하나의 전기 구동 모터 (20), 모터를 제어하기 위한 구동 제어 수단, 램 (23), 기계적 수단 (27, 25) 를 포함하고, 이 기계적 수단은 적어도 하나의 상기 모터의 회전 운동을 제 1 회전 방향으로 상기 램의 선형 운동으로, 프레스 사이클의 프레싱 부분 및 하나 이상의 비 프레싱 부분을 포함하는 프레스 사이클을 실행하기 위해 상기 프레스를 작동시키기 위한 직선 경로 (S) 를 따라 하강 및 상승되도록 설치되는 상기 램 (23) 의 선형 운동으로 전환하기 위한 것이며, 적어도 하나의 상기 구동 모터의 속도가 상기 프레스 사이클의 적어도 하나의 상기 프레싱 또는 비 프레싱 부분 동안 변하도록 제어 출력을 상기 구동 제어 수단에 제공한다. 프레스는 생산 사이클 사이에서 반전될 수 있다. 프레스 및 이러한 프레스를 포함하는 시스템이 또한 설명된다.

Description

기계적 프레스 구동 시스템 및 방법{MECHANICAL PRESS DRIVE SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 블랭크로부터의 금속 부품의 프레싱, 스탬핑, 또는 펀칭에 사용되는 종류의 기계적 프레스에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 구동 모터에서 프레스의 램으로의 전력의 전달을 제어하는 개선된 시스템을 갖는 구동 모터에 의해 구동되는 기계적 프레스를 기재한다.

기계적 프레스는 강 블랭크 또는 작업물로부터 스탬프된 자동차 부품을 생산하는데 공통적으로 사용된다. 전통적으로 프레스 구동 및 전력 전달 시스템 또는 운동 에너지는 플라이휠을 통해 구동된다. 플라이휠의 기능은 사이클을 실행하기 위해 필요한 에너지를 저장하는 것이다. 플라이휠은 클러치 및 브레이크 시스템 (공압 또는 유압일 수 있음) 에 의해 운동학에 연결 및 단절된다. 이러한 프레스의 다이 또는 주형이 변형될 때, 시간에 따른 마모 등을 보상하기 위한 기계적 위치의 조절과 관련된 설정은 보통 복잡하고 대단한 기술과 지식을 필요로 하는 기계적 조정을 포함하는 긴 처리이다. 구동장치 체인 내의 어떠한 클러치 또는 브레이크에 대해 정비가 요구된다.

게다가, 주어진 다이와 실행되도록 한번 설정되면, 기계적 프레스, 링크 프레스, 크랭크 프레스 및 이와 유사한 것들에 의해 구동되는 전통적인 구동 모터의 작업 사이클은 고정된다. 예컨대 플라이휠의 속도가 일단 정해지고 클러치가 연결되면, 프레스는 요구되는 만큼 반복되는 도 3, 5 (종래 기술) 와 같은 고정된 패턴을 따라 이동할 것이다. 프레스 속도는 여기서 구동 모터 또는 편심기와 같은 기계적 전달부의 회전 속도, 또는 프레스 램의 선형 속도로서 설명된다. 고정된 사이클을 갖는 것은 프레스 작동 사이클에 대한 어떠한 조정, 또는 그의 어떠한 최적화는 프레스 사이클 또는 사이클 시간을 수정하기 위해 생산의 중단 및 구동 전달, 플라이휠 등의 기계적 구성요소의 조정이 필요하다는 것을 의미한다. 도 3 (종래 기술) 은 전통적인 기계적 프레스, 시간에 대한 편심기 속도 (Wp) 로 표현된 속도 프로파일의 프레스 생산 사이클에 대한 일반적인 다이어그램을 나타낸다. 시작에서 마지막까지의 생산 사이클의 완료 및 한 번의 프레스 사이클을 포함하는 전체 시간인 생산 사이클 시간은, 보통 프레스 사이클의 시작에서 프레싱 속도 (Wp) 까지 가속하는 짧은 가속 시간, 일정 프레싱 속도 (Wp) 의 시간 기간, 속도가 보통 떨어지는 실제 프레싱 작동 동안의 시간 기간 (P), 속도가 프레싱 속도까지 점진적으로 다시 증가하는 동안 프레싱 이후의 시간, 및 최종적으로 프레스 사이클의 끝에서 프레스가 정지될 때 감속 또는 브레이킹의 시간 기간을 포함한다. 마지막으로 그리고 보통 프레스가 언로드되고 다시 로드될 때, 프레스는 보통 일정 시간 동안 정지 상태이다. 생산 사이클은 따라서 프레스 사이클의 시작과 함께 시작하고 어떠한 정지 시간 이외에 프레스 사이클의 마지막에서 끝난다.

프레스는 보통 기계적 브레이킹에 의해 정지하게 된다. 도 5 (종래 기술) 은 시간에 대한 램 또는 슬라이드 위치로 나타낸 완전한 생산 사이클을 포함하는 일반적인 위치 프로파일 다이어그램을 나타낸다. 위치 프로파일은 상사점 (TDC) 에서 램 위치로 시작하고 그 후에 램은 프레스 다이와 작업물 사이에 제 1 충돌점 (I) 으로 시작하는 프레싱 단계 (P) 까지 더 낮은 위치로 가속하는 사이클을 나타낸다. 램은 가장 낮은 램 위치이고 프레스가 완전히 밀폐된 하사점 (BDC) 으로 계속하여 이동한다. BDC 이후 램은 다시 완전히 개방된 위치인 TDC 로 다시 가속된다.

"프레스 서보 기계를 위한 하사점 수정 장치" 라는 제목의 Oyamada 에 대한 US 6,619,088 는 슬라이드가 전력원에 따라 서보 모터에 의해 상승 및 하강하는 서보 프레스 기계를 위한 하사점 수정 장치를 기재하고 있다. 이러한 프레스는 프레싱 또는 스탬핑 작업을 위한 에너지를 제공하기 위해 플라이휠을 필요로 하지 않는다는 장점을 갖는다. 이러한 종류의 전달에 의한 프레스는 일반적으로 높은 피크 전력을 요구한다. 하지만, 나타낸 장치는 현재까지 전달되는 힘의 양이 제한되고 소형 프레스 및/또는 높은 가치의 스탬프된 제품의 제조 비용에 의해 제한되는 종류의 전달 장치인 볼-스크류 구동 장치를 갖는다.

Aida-America Corporation 의 광고 자료로부터 직접 구동 장치를 갖는 서보 모터를 사용하여 기계적 프레스를 슬라이드 기구 (참조 1.) 로 구동하는 것이 알려져 있다. 이러한 직접 구동 장치를 갖는 서보 프레스의 종류는 플라이휠, 클러치 또는 브레이크를 요구하지 않고 프로그램 가능한 슬라이드 동작을 갖는다는 이점을 갖는다. 하지만, 서보 모터 프레스는 어떠한 제품, 특히 딥 드로잉을 필요로 하는 대형 제품에 대해서 높은 피크 전력 소비를 가질 수 있다.

본 발명은 블랭크로부터의 금속 부품의 프레싱, 스탬핑, 또는 펀칭에 사용되는 종류의 기계적 프레스를 제공하기 위함이다. 특히, 본 발명은 구동 모터에서 프레스의 램으로의 전력의 전달을 제어하는 개선된 시스템을 갖는 구동 모터에 의해 구동되는 기계적 프레스를 제공하기 위함이다.

본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따르면 개선이 적어도 하나의 구동 모터, 구동 모터의 제어를 위한 구동 제어 수단, 프레스 램 및 상기 구동 모터의 회전 운동을 사이클의 프레싱 부분 및 하나 이상의 비 프레싱 부분을 포함하는 생산 사이클을 실행하기 위해 상기 프레스를 실행하기 위한 직선 경로를 따라 하강 및 상승되도록 설치된 상기 램의 선형 운동으로 전환하기 위한 기계적 수단을 포함하는 기계적 프레스를 작동시키기 위한 방법에 제공되고, 제어 출력을 상기 구동 제어 수단에 제공하는 것에 의해 상기 구동 모터의 속도는 상기 생산 사이클의 적어도 한 부분 동안 변하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시형태의 다른 양태에 따르면 개선은 제어 출력을 상기 구동 제어 수단에 제공하는 것을 포함하는 기계적 프레스에 대한 방법의 형태로 제공되며 생산 사이클의 적어도 한 부분 동안 적어도 하나의 상기 구동 모터의 속도는 변하도록 제어되며 사이클의 상기 프레싱 부분 동안 상기 구동 모터의 속도보다 더 크다.

본 발명의 실시형태의 다른 양태에 따르면 개선은 제어 출력을 상기 구동 제어 수단에 제공하는 것을 포함하는 기계적 프레스에 대한 방법의 형태로 제공되며 사이클의 상기 생산 사이클의 시작과 상기 프레싱 부분 사이의 적어도 하나의 상기 구동 모터의 속도는 가변적으로 제어되고 사이클의 상기 프레싱 부분 동안 상기 구동 모터의 속도보다 더 큰 속도에 도달한다.

본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따르면 개선이 적어도 하나의 구동 모터, 구동 모터의 제어를 위한 구동 제어 수단, 프레스 램 및 크랭크 부재 또는 편심기를 포함하는 기계적 프레스를 작동시키기 위한 방법에 제공되고, 이 크랭크 부재 또는 편심기는 상기 구동 모터의 회전 운동을 상기 프레스를 실행하기 위한 직선 경로를 따라 하강 및 상승되도록 설치된 상기 램의 선형 운동으로 전환하기 위한 것이며, 개선에 의해 제어 출력을 상기 구동 제어 수단에 제공하고 제 1 회전 방향으로 실행되는 각각의 완전한 생산 사이클의 각각의 프레스 사이클은 360 도 이상의 크랭크 각 회전에 걸쳐 뻗어 있다.

본 발명의 실시형태의 다른 양태에 따르면 개선이 프레스 사이클의 제 1 비프레싱 단계 동안 및 프레스 사이클에 대한 다이 보호각과 동일한 위치에 도달하기 전 또는 그렇지 않으면 그 위치에 따라 적어도 하나의 상기 구동 모터를 프레싱 속도를 초과할 수 있는 속도로 가속하도록 제어하기 위해 제어 출력을 제공하는 것을 포함하는 기계적 프레스에 대한 방법의 형태로 제공된다.

본 발명의 실시형태의 다른 양태에 따르면 개선이 제어 출력을 상기 구동 제어 수단에 제공하는 것을 포함하는 기계적 프레스에 대한 방법의 형태로 제공되며 구동 모터 속도는 다이와 작업물 사이의 충돌각 전에 고속 또는 최대 속도에서 프레싱 속도로 줄어든다.

본 발명의 실시형태의 다른 양태에 따르면 개선이 제어 출력을 상기 구동 제어 수단에 제공하는 것을 포함하는 기계적 프레스에 대한 방법의 형태로 제공되며 상기 구동 모터 속도는 프레스의 개방이 작업물과의 제 1 충돌의 지점과 하사점 (BDC) 또는 그 근처 사이인 시간 기간 동안 가변적으로 제어된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면 개선이 제어 출력을 상기 구동 제어 수단에 제공하는 것을 포함하는 기계적 프레스에 대한 방법의 형태로 제공되며 상기 구동 모터 속도는 예컨대 열간 스탬핑에 있어서 하사점 (BDC) 또는 그 근처에 도달할 때 일정 시간 동안 정지하도록 가변적으로 제어된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면 개선이 제어 출력을 상기 구동 제어 수단에 제공하는 것을 포함하는 기계적 프레스에 대한 방법의 형태로 제공되며 상기 구동 모터 속도는 하사점 (BDC) 또는 그 근처에 도달할 때 증가하도록 가변적으로 제어된다.

본 발명의 실시형태의 다른 양태에 따르면 개선이 상기 구동 모터를 프레스 사이클의 언로드 캠 (UC) 각에 도달한 이후 또는 그렇지 않으면 그에 따른 프레스 사이클의 감속 위치로부터 감속하는 것을 포함하는 기계적 프레스에 대한 방법의 형태로 제공된다.

본 발명의 실시형태의 다른 양태에 따르면 개선이 제 1 회전 방향으로 크랭크 각이 360 도 이상 또는 상사점 (TDC) 을 두 번 지난 정지 위치에서 상기 구동 모터를 감속하고 프레스를 정지시키는 것을 포함하는 기계적 프레스에 대한 방법의 형태로 제공된다.

본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따르면 개선이 적어도 하나의 구동 모터, 구동 모터의 제어를 위한 구동 제어 수단, 프레스 램 및 크랭크 부재를 포함하는 기계적 프레스를 작동시키기 위한 방법에 제공되고, 이 크랭크 부재는 상기 프레스를 실행하기 위한 직선 경로를 따라 하강 및 상승되도록 설치된 상기 램의 선형 운동으로 전환하기 위한 것이며, 제어 출력을 상기 구동 제어 수단에 제공하는 개선에 의해 적어도 하나의 상기 구동 모터는 각각의 완전한 상기 생산 사이클의 끝에서 제 2 회전 방향으로 반전 (방향을 반대로 바꿈) 될 수 있다.

본 발명의 실시형태의 다른 양태에 따르면 개선이 제어 출력을 상기 구동 제어 수단에 제공하는 것을 포함하는 기계적 프레스에 대한 방법의 형태로 제공되고 상기 구동 모터는 0 도 이전 또는 이하, 또는 상사점 (TDC) 이전의 시작 위치로부터 가속되고 프레스 사이클 동안 제 1 회전 방향으로 TDC 를 두 번 지난다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면 개선이 제 1 회전 방향으로의 이전 생산 사이클의 정지 위치와 비교할 때 제 2 회전 방향으로 복수의 크랭크 각으로 후진한 각각의 프레스 사이클에 대한 사이클 시작 위치로 상기 램을 이동시키기 위해 제어 출력을 상기 구동 제어 수단에 제공하는 것을 포함하는 기계적 프레스에 대한 방법의 형태로 제공된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면 개선이 제어 출력을 상기 구동 제어 수단에 제공하는 것을 포함하는 기계적 프레스에 대한 방법의 형태로 제공되며 상기 구동 구동 모터 회전 운동은 각각의 연속적이고 완전한 생산 사이클 사이에서 제 1 회전 방향에서 제 2 회전 방향으로 방향을 반전한다.

본 발명의 실시형태의 다른 양태에 따르면 개선이 제어 출력을 상기 구동 제어 수단에 제공하는 것을 포함하는 기계적 프레스에 대한 방법의 형태로 제공되며 상기 구동 모터는 제 1 생산 사이클 동안 제 1 회전 방향으로 0 도 이하 또는 상사점 (TDC) 크랭크 각의 시작 위치로부터 가속되고 제 2 생산 사이클 동안 제 2 회전 방향으로 360 도 이상 또는 TDC 시작 위치로부터 가속된다.

본 발명의 실시형태의 다른 양태에 따르면 개선이 제어 출력을 상기 구동 제어 수단에 제공하는 것을 포함하는 기계적 프레스에 대한 방법의 형태로 제공되며 상기 구동 모터는 제 1 생산 사이클 동안 제 1 회전 방향으로 0 도 이전 또는 TDC 에 도달하기 전의 감속 위치로부터 감속되고 제 2 생산 사이클 동안 제 2 및 반대 회전 방향으로 360 도보다 더 큰 그리고 TDC 도달하기 전의 감속 위치로부터 감속된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면 개선이 구동 모터, 구동 모터의 제어를 위한 구동 제어 수단, 프레스 램, 및 부재를 포함하는 기계적 프레스의 형태로 제공되고 이 부재는 상기 구동 모터의 회전 운동을 상기 프레스를 작동시키기 위한 직선 경로를 따라 하강 및 상승되도록 설치된 상기 프레스의 선형 운동으로 전환하기 위한 것이고, 개선에 의해 360 도보다 더 큰 제 1 회전 방향으로의 회전 운동을 전환하기 위한 부재의 회전을 포함하는 완전한 생산 사이클을 제공하기 위해 구동 모터를 제어하도록 설치된 수단을 갖는 상기 구동 제어를 제공하고, 그리고 이 수단은 상기 구동 모터의 회전 방향이 반전될 수 있도록 설치된다.

본 발명의 실시형태의 다른 양태에 따르면 개선이 제 1 방향으로 완전한 생산 사이클 이후 이어지는 구동 모터의 회전 방향을 반전시키기 위해 설치되는 컴퓨터 프로그램 또는 소프트웨어 수단을 포함하는 기계적 프레스의 형태로 제공된다.

본 발명의 실시형태의 다른 양태에 따르면 개선이 구동 모터를 포함하는 기계적 프레스의 형태로 제공되며 상기 프레스는 편심기 회전각, 크랭크 회전각 또는 프레스 내의 램의 선형 위치를 판정하기 위한 위치 센서 수단을 포함한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면 개선이 구동 모터를 포함하는 기계적 프레스의 형태로 제공되며 상기 프레스는 구동 모터의 축의 위치 또는 속도를 판정하기 위해 상기 구동 모터에 포함되는 센서 수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면 개선이 상기 구동 모터의 속도의 측정 또는 그렇지 않으면 판정하기 위해 상기 제어 수단 또는 제어 유닛에 포함되는 기계적 프레스의 형태로 제공된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면 개선이 기계적 프레스의 형태로 제공되며 적어도 하나의 상기 구동 모터의 회전 운동을 상기 램의 선형 운동으로 전환하기 위한 상기 기계적 수단은 크랭크, 너클, 링크, 캠, 스크류, 볼 스크류, 래크식 기구로 이루어진 그룹으로부터의 어떠한 전달 장치 종류를 포함한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면 개선이 기계적 프레스의 형태로 제공되며 회전 질량의 관성은 구동 모터, 프레스 기어, 기어박스 또는 플라이휠과 같은 프레스의 어떠한 운동부의 관성의 변화에 의해 부분적으로 적응된다. 프레스의 운동부의 관성의 변화는, 예컨대 클러치 또는 커플링 장치의 연결 또는 연결 해제에 의해 온-라인 또는 오프-라인으로 실행될 수 있다. 관성의 변화가 이에 의해 달성될 수 있는 프레스의 운동부는 구동 모터에 의해 구동된다. 또한, 기계적 프레스는 상기 프레스의 생산 또는 설정 작동의 감시 및 제어 중 하나 혹은 모두를 위한 적어도 하나의 제어 유닛을 포함한다. 또한, 프레싱, 벤딩, 성형, 스탬핑, 열간 스탬핑, 딥 드로잉, 블랭킹, 커팅, 펀칭으로 이루어진 그룹으로부터의 어떠한 처리의 단일 스트로크 또는 연속 작동을 위해 본 발명의 실시형태의 기계적 프레스 혹은 기계적 프레스를 포함하는 시스템을 사용할 수 있다.

본 발명은 개선된 기계적 프레스를 포함하며 이 기계적 프레스는 적어도 하나의 구동 모터, 및 주파수 변환기 그리고 보통 플라이휠에 의해 제공되는 비교적 대량의 에너지 저장을 필요로 하지 않고 기계적 프레스를 실행할 수 있도록 특별히 설계된 기계적 결합과 같은 구동 모터 제어 수단, 상기 프레스를 작동시키기 위한 방법, 및 상기 프레스를 포함하는 시스템을 포함한다. 프레스를 생산 사이클로 구동하기 위해, 플라이휠, 클러치 및 바람직하게는 또한 브레이크 모두는 전통적인 기계적 프레스로부터 모두 제거되고 구동 모터는 프레스 운동학 또는 링크 기구에 직접적으로 연결될 수 있다. 구동 모터와 크랭크 (또는 램) 사이의 직접 구동은 슬라이드 스트로크를 따른 프레스의 속도가 프레스 사이클의 상이한 부분 동안 동역학적으로 제어되는 것을 가능하게 한다. 프레스 사이클의 부분은 운동하는 다이가 프레스되는 작업물 또는 블랭크와 접촉하기 전, 다이의 밀폐 이후 및 작업물이 프레스 되는 부분 사이클 동안, 및 다이가 다시 개방된 이후 및 프레싱의 끝과 다음 작업물을 프레싱하기 시작하는 사이의 부분 사이클 동안과 같다.

*개선된 모터 구동 및 제어 방법은 전체 생산 사이클의 이러한 부분 동안 모터 속도가 변하는 것을 가능하게 하며, 이는 종래 기술의 플라이휠 프레스에 있어서는 가능하지 않은 것이다. 모터 속도는 연속적인 방법으로도 변할 수 있으며 따라서 모터 속도 및/또는 램 속도는 하나 이상의 미리 정해진 속도로 제한되지 않는다. 종래 기술 프레스와 대조적으로, 모터 속도는 0 에서 편심기의 프레싱 속도 (Wp) 보다 더 클 수 있는 편심기의 회전 속도 (W1) 를 제공하는 최대 속도 사이에서 변할 수 있다. 종래 기술에서 플라이휠을 구비한 기계적 프레스는 플라이휠 속도가 보통 다소 일정하기 때문에 고정된 크랭크축 속도로 제한된다.

본 발명의 실시형태에 있어서 개선된 프레스의 구동 모터의 요구되는 치수는 프레스와 프레스 제어를 요구되는 속도까지 가속하는 구동 모터가 프레스 사이클의 대부분이 되도록 설치함으로써 줄어든다. 하나 이상의 유리한 실시형태에 있어서 개선된 프레스 제어 방법은 전통적인 360 도 크랭크 회전각을 초과하는, 또는 TDC 위치에 관하여 TDC 를 두 번 지나는 완전한 프레스 사이클이 제공되도록 구성되고, 유사한 무게의 플라이휠 기저 기계적 프레스와 비교할 때 완전한 생산 프레스 사이클에 대해 더 짧은 전체 생산 사이클을 여전히 갖는다. 360 도 이상의 크랭크 각 회전을 포함하는 프레스 사이클은 이하에 자세하게 설명된 것과 같이 적어도 두 가지 방법 중 하나에 의해 달성된다.

요약적으로 이러한 방법은 사이클의 끝에서 프레스를 반전시키는 것을 포함하고 이전 사이클의 정지 위치 전의 위치로부터 다음 사이클을 시작하거나 또는 프레스를 사이클의 끝에서 반전시키고 이어진 완전한 사이클을 제 1 프레스 사이클의 회전 방향에 대해 역방향으로 실행하는 것을 포함한다.

개선된 프레스의 주요 이점은 모터 속도가 생산 사이클 동안 가변적으로 제어된다는 것이다. 이는 플라이휠 프레스와 같은 오늘날 기계적 프레스에서 이용가능하지 않은 제어 및 작동적 정확성의 정도를 허락한다. 얻어진 이점은 개선된 프레스를 구비한 생산 사이클에 대한 전체 시간이 동일한 기계적, 플라이휠 종류 프레스에 대한 생산 사이클 시간과 비교하여 줄어들 수 있다는 것이다.

개선된 프레스의 다른 이점은 다운 스트로크 동안 요구되는 피크 전력이 줄어들도록 제어될 수 있다는 것이다. 이는 한 실시형태에서 프레스 사이클 내의 0, 360 도가 아닌 점에서 프레스 사이클을 시작하고 정지함으로써 달성된다. 다른 이점은 프레스의 작동은 프레스 작동 사이클 동안 속도의 변화의 선택을 갖고, 동역학적으로 제어될 수 있다는 것이다. 이러한 제어성은 주어진 운동 에너지를 갖는 프레스를 먼저 의미하고, 프레스는 스탬핑 처리 및/또는 자동 개방 시간 등을 최적화하기 위해 미리 정해진 사이클 패턴을 실행할 수 있다. 이는 기계적 프레스는, 생산 사이클 내의 실제 프레싱 상의 이전 또는 이후에 전체 생산 사이클의 부분 동안 가변적인 방식으로 속도를 제어할 수 있는 것과 같은, 주로 단지 유압 프레스만이 갖는 주요 특징을 얻을 수 있다는 것을 의미한다.

통상적으로 전통적인 기계적 프레스와 비교한 바람직한 이점은 짧아진 생산 사이클 시간이다. 하지만 모터의 속도는 또한 필요에 따라 프레스 사이클의 어떠한 부분 동안 그리고 또한 요구된 것이 충족된다면 변할 수 있고, 로딩-프레싱-언로딩 사이에 프레싱 시간과 사이클 시간인 제약은 변하지 않는다. 전통적인 기계적 프레스와 비교할 때 본 발명의 이점은 이하를 포함할 수 있다.

ㆍ 제어성 : 미리 설정된 동작이 프레스 사이클의 스탬핑 처리 부분 동안 적절할 수 있지만, 제어가 동작 사이클의 나머지 동안 적용될 수 있다. 따라서 이하의 이점 및 특징이 얻어진다

ㆍ 프레스의 개방/밀폐 동안 증가된 속도 (예컨대 사이클의 스탬핑 부분 동안 원래 속도를 유지하는 반면), 줄어든 사이클 시간을 초래,

ㆍ 들을 수 있는 소음, 진동, 예컨대 프레스 밀폐 동안 충돌 직전에 속도를 줄이는 것에 의한 응력을 줄이기 위해 속도 제어를 사용한 속도 프로파일을 적응,

ㆍ 프레스의 구성에서 줄어든 관성,

ㆍ 줄어든 관성은 또한 더 안전한 장비와 줄어든 기계적 응력을 제공하는, 프레스에 입력되는 설치된 기계적 에너지 또는 운동 에너지의 줄어든 양을 뜻하고

ㆍ 더 적은 기계적 조정이 요구되고 다이 마모를 보정할 때 프레싱 속도에 대한 것과 같은 프레싱 단계의 프레스 구성에 대한 조정을 간단히 하고,

ㆍ 발명의 구동 모터 시스템이 더 양호한 제어성, 더 나은 가요성 및 줄어든 설정 시간을 제공하는 것과 같이, 유압 프레스 및 복잡한 링크 시스템을 갖는 프레스에 대한 필요를 최소화한다.

알려진 서보 프레스와 비교할 때 이점은,

ㆍ 서보 프레스에 대한 것보다 주어진 프레스 관성을 위한 더 작은 구동 모터,

ㆍ 구동 모터에 대한 줄어든 피크 전력 요구를 포함한다.

게다가 시험적인 실시가 실제 라인 상에서 수행될 수 있다. 예컨대, 설정 또는 유지 작동 동안 프레스를 마이크로 인칭 하는 것과 같은 느리거나 점진적인 프레스 동작이 가변적인 모터 속도 제어에 의해 용이하게 달성될 수 있다. 이는 새로운 방식의 생산 계획을 가능하게 한다.

다른 중요한 이점은 본 발명의 프레스의 동작은 생산 순서와 관련된 다른 기계의 작동에 적응될 수 있다는 것이다. 프레스 동작은 예컨대 작업물이 프레스에 로드되고/되거나 스탬프 된 부품이 전달 장치 또는 다른 자동화된 장치에 의해 프레스로부터 언로드될 때 생산 순서의 다른 기계에 대하여 최적화될 수 있다. 생산 순서 내의 이러한 다른 기계는 하나 이상의 로봇일 수 있다. 자동화 공급기, 다른 공급기, 로봇 로더/언로더 등에 의한 공급의 제어와 동기화하는데 있어서의 프레스의 제어는 프레싱 질을 떨어뜨리지 않으면서 줄어든 전체 생산 사이클 시간에 제공되는 공급기/로더 동작과 프레스 동작의 동기화의 이점을 제공한다.

하나 이상의 프레스가 프레스의 라인과 같이, 동일한 또는 관련된 생산 처리에서 작동하는 생산 설정에 있어서, 본 발명의 프레스는 처리 또는 프레스 라인 내의 모든 프레스 및 공급기 또는 로딩/언로딩 로봇과 같은 전달 기구/언로더의 동작을 조정함으로써 프레스 라인의 최적화를 위한 더 큰 기회를 제공한다. 프레스 및/또는 프레스들과 로더/언로더 사이의 조정은, 예컨대 이러한 라인을 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따른 프레스의 개선된 적응성에 의해 가능하게 되는, 단일 제어기를 사용하여 제어함으로써 달성될 수 있다. 조정 또는 최적화는 프레스의 개방/밀폐 동안 (예컨대 사이클의 프레싱/스탬핑 부분 동안 요구되는 속도 및 에너지 출력을 유지하는 동안) 속도를 적응시킴으로써 부분적으로 달성되며, 하류 처리의 상태, 또는 상류 처리 또는 전체 전력 또는 에너지 소비와 같은 다른 고려 사항, 프레스 라인 내의 매끄러운 전력 소비 피크와 같은 요인에 의해 최적화될 수 있는 프레스 동작을 초래한다.

본 발명의 방법의 바람직한 실시형태에서 방법은 하나 이상의 마이크로프로세서 유닛 또는 컴퓨터를 포함하는 컴퓨터 사용 장치에 의해 실행 또는 제어될 수 있다. 제어 유닛은 기계적 프레스의 작동을 제어하기 위해 개선된 방법을 실행하기 위한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 저장하기 위한 저장 수단을 포함한다. 바람직하게는 이러한 컴퓨터 프로그램은 상기 언급되고 이하에 더 자세하게 설명되는 방법을 수행하기 위해 프로세서에 대한 설명을 포함한다. 다른 실시형태에서 컴퓨터 프로그램은 DVD, 광학 또는 자기 데이터 장치와 같은 컴퓨터가 판독할 수 있는 데이터 매개체에 공급된다.

본 발명은 블랭크로부터의 금속 부품의 프레싱, 스탬핑, 또는 펀칭에 사용되는 종류의 기계적 프레스를 제공할 수 있다. 특히, 본 발명은 구동 모터에서 프레스의 램으로의 전력의 전달을 제어하는 개선된 시스템을 갖는 구동 모터에 의해 구동되는 기계적 프레스를 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 개선된 기계적 프레스에 대한 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 2 (종래 기술) 는 알려진 기계적 프레스의 운동 및 회전 요소를 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 3 (종래 기술) 은 알려진 프레스 사이클에 따른 속도-시간 프로파일을 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 4 는 본 발명의 실시형태에 따른 개선된 프레스의 프레스 사이클에 대한 속도-시간 프로파일을 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 5 (종래 기술) 는 알려진 프레스 사이클에 따른 시간에 대한 램 위치를 나타내는 개략적인 위치-시간 프로파일이다.
도 6a (종래 기술) 는 알려진 프레스 사이클에 따른 표준 360 도 프레스 사이클을 나타낸다.
도 6b ~ 6d 는 본 발명의 실시형태에 따른 시작/정지 위치 및 회전 방향에 관한 프레스 사이클을 개략적인 다이어그램으로 나타낸다.
도 7a 및 7b 는 본 발명의 양방향 실시형태에 따른 각도 및 회전 방향에 관한 프레스 사이클을 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 8 은 DP 및 UC 각의 위치에 관한 양방향 프레스 사이클을 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 9 는 본 발명의 실시형태에 따른 개선된 기계적 프레스를 작동시키기 위한 방법을 위한 개략적인 흐름도이다.
도 10 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 개선된 기계적 프레스를 작동시키기 위한 방법을 위한 개략적인 흐름도이다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 개선된 기계적 프레스에 대한 개략적인 레이아웃을 나타낸다. 이는 간단한 방식으로 램 (23), 편심기 (27), 프레스 기어 기구 (29), 및 구동 모터 (20) 를 나타낸다. 이는 또한 모터 전력 공급원 및 제어 수단을 나타낸다. 도 1 은 편심기 (27) 또는 크랭크 및 링크 (25) 에 의해 상하 동작으로 구동되는 램 (23) 을 나타낸다. 편심기 구동 휠은 기어 이 (teeth) 가 크로스-해칭으로 표시된 간단한 단면에 나타낸 프레스 기어 기구 (29) 에 의해 구동된다. 편심기 휠은 구동 모터 (20) 에 의해 프레스 기어 기구를 통해 구동된다. 서보 모터일 수 있는 구동 모터 (20) 에는 그리드 또는 전력 네트워크 (도시되지 않음) 에 연결된 상기 제어수단으로서 인버터 (21a) 와 정류기 (21b) 가 설치된다. 다른 모터 제어 수단이 대체될 수 있다. 도 1 은 또한 선택적인 긴급 브레이크 (31a) 및 기어박스 (33) 를 나타내며, 두 가지 중 하나는 필요하다면 프레스에 첨가될 수 있다. 이러한 실시형태는 보통 클러치를 통해 플라이휠에 연결되지 않는다는 것이 관찰되어야 한다.

구동 모터는 나타낸 것과 같이 AC 공급원 또는 DC 공급원을 갖는다. 모터 제어 수단은 주파수 변환기, 나타낸 것과 같이 인버터/정류기 또는 다른 모터 제어 수단일 수 있다. 나타낸 실시형태는 비교적 큰 구동 모터를 갖는다. 대안적으로 더 작은 모터가 사용되고 여분의 관성을 포함하는 구성으로 설치된다. 여분의 관성은 항상 연결되는 작은 플라이휠, 또는 높은 관성을 갖는 모터, 또는 높은 관성의 기어박스 (33) 또는 다른 기계적 수단의 형태일 수 있다. 여분의 관성은 또한 어떠한 방식으로 변할 수 있거나 분리 가능할 수 있다. 또한, 관성 수단은 저 관성 플라이휠, 고 관성 구동 모터, 고 관성 기어박스로 이루어진 그룹으로부터의 어떠한 것을 포함할 수 있다.

도 2 (종래 기술) 는 크랭크 프레스 종류의 기계적 프레스의 요소의 운동 및 회전을 개략적으로 도시한다. 이러한 디자인 종류에서, 하나의 편심기 휠 또는 크랭크가 단일 로드 또는 링크에 의해 왕복 램에 연결된다. 2 ~ 4 개의 링크에 의해 하나의 램을 구동하기 위해 구성된 2 ~ 4 개의 편심기 휠과 같이, 다중 편심기 및/또는 링크 구성이 또한 가능하다. 다른 기계적 연결이 전력 전달을 제공하기 위해 너클, 링크, 캠, 나사 또는 볼 스크류로 대체될 수 있고 또는 래크형 기구가 알려져 있다. 예컨대 프레스의 가변 속도 구동 모터로부터 회전 구동 동작을 프레스 슬라이드 또는 램의 선형 운동으로 전달하기 위해 포함될 수 있다. 유사하게, 어떠한 이중 링크 및 또는 너클 기구가 또한 편심기 기구를 위해 대체될 수 있다.

도 2 는 링크 (25) 가 선회 가능하게 설치된 편심기 (27) 또는 크랭크를 나타낸다. 편심기 휠이 회전할 때, 편심기 휠에 부착된 링크의 단부는 일점쇄선으로 나타낸 원형 경로의 원을 그린다. 링크의 다른 단부는 램 (23, 도 1 참조) 에 부착된다. 램은 선형 스트로크 (S) 를 따라 올라가고 내려간다. 종종 크랭크 각 (CA) 으로 불리는, 360 도 사이클 내의 프레스의 각의 위치는 보통 원점과 반경 (r) 의 링크가 위치하는 지점을 잇는 선분과 TDC 와 BDC 를 지나는 수직 중심선 사이에 형성되는 각이다. 개선된 기계적 프레스에는 하나 이상의 가변적으로 속도를 변화시킬 수 있는 구동 모터가 설치될 수 있다. 이러한 구동 모터는 단일 기어를 구동하기 위해 평행하게 기계적으로 연결될 수 있다. 하나 이상의 편심기 휠을 갖는 프레스에 있어서, 각각의 편심기 휠은 별도의 프레스 기어 기구 (29) 를 갖는 각각의 휠에 대해 하나 이상의 구동 모터를 사용하여 별도로 구동될 수 있다.

도 3 (종래 기술) 은 상기에서 배경 기술 부분에서 간단히 논의되었다. 이는 전통적인 기계적 프레스에 대한 속도 프로파일을 나타낸다. 도 4 는 본 발명의 실시형태에 따른 기계적 프레스의 작동을 위한 개선된 방법에 따른 적어도 하나의 프레스 사이클에 대한 개략적인 다이어그램을 나타낸다. 다이어그램은 시간에 대한 편심기 속도 (W) 에 대한 프레스 사이클을 나타낸다. 이는 속도 0 (다이어그램의 좌측) 에서 시작하는 사이클 및 고속 또는 W1 의 최대 프레스 속도까지 가속하는 프레싱 전의 제 1 비 프레싱 단계를 나타낸다. 프레싱 전의 제 2 비 프레싱 단계에서, 최대 속도는 프레싱 전의 제 3 비 프레싱 단계 동안 구동 모터가 선택된 프레싱 속도 (Wp) 까지 감속되기 전에 일정 시간 동안 유지된다. 다음 단계, 프레싱 단계 (P) 동안, 모터 속도는 보통 프레싱, 스탬핑, 펀칭 등에 의해 작업물을 변형하는 작업이 프레스 공구에 의해 실행되는 동안 다소 느려진다. 프레싱 단계는 다이와 작업물 사이의 제 1 충돌점 (I) 에서 시작하고 하사점 (BDC) 또는 그 근처까지 계속된다. 바로 이어지는 프레싱 스테이지에서, 구동 모터는 제 4 비 프레싱 단계에서 고속 또는 최대 속도 (W1) 로 다시 가속되고 제 5 비 프레싱 단계 동안 최대 속도는 유지된다. 다른 및 제 6 비 프레싱 단계에서, 속도는 프레스 생산 사이클을 끝내는 제 시간에 0 으로 줄어든다.

도 3 에 나타낸 것과 같이, 종래 기술의 기계적 프레스에 대한 전통적인 속도 프로파일에 있어서, 최대 모터 속도는 고정된 편심기 속도 및 프레싱 속도 (Wp) 를 제공하기 위해 전통적인 플라이휠 프레스에 대하여 고정된다. 가변 속도 모터를 구비한 본 발명의 양태에 따른 개선된 기계적 프레스는 생산 사이클의 비 프레싱 단계 동안 프레싱 속도보다 더 빠른 속도로 가속될 수 있다. 따라서 프레스의 생산 사이클에 대한 전체 사이클 시간은 짧아질 수 있다 (생산 사이클에 관해서 또한 도 5 참조).

도 4 는 또한 개선된 프레스 생산 사이클의 다른 양태를 나타내고, 이는 블랭크 또는 작업물을 프레스에 로딩하고, 그 후에 프레싱 (스탬핑, 펀칭 등) 단계 이후 작업물을 제거하는 것에 관한 것이다. 프레스 사이클의 시작에서 프레스는 개방되고 블랭크가 로드될 수 있다. 프레스가 프레싱 전의 비 프레싱 단계에서 밀폐되기 시작할 때 한 지점이 나오고 이 지점 이후 프레스가 어느 정도 밀폐되어 프레스 다이, 작업물 또는 로더가 손상되지 않고 작업물을 로드하기 위한 충분한 여유가 더 이상 없다. 크랭크 각에 의해 측정된 이 지점은 여기서 다이 보호각 (DP) 으로 불린다. (이 지점은 그렇지 않으면 프레스 스트로크에서의 위치와 같이 다른 점에 의해, 램과 다이 등 사이의 TDC 또는 BDC 로부터의 선형거리로 참조될 수 있다.) 대응적으로, 프레스가 작업물 또는 다이가 손상되지 않고 작업물이 제거될 수 있기에 충분히 개방된 이후 프레싱 단계에 이은 비 프레싱 단계에 한 지점이 있다. 크랭크 각에 의해 측정된 이 지점은 언로드 캠 각으로 불린다. 여기서 언로드 캠 각 (UC) 은 다이가 개방되고 성형 이후의 작업물을 끌어내고 언로드 하기에 충분히 개방되었을 때의 제한 지점 또는 시간을 의미하는데 사용된다. 다이 보호각 및 언로드 캠 각 모두는 상이한 품목의 생산 사이에서, 통상적으로 블랭크 및 사용된 작업물 및 블랭크가 다이 상에서 드로잉되는 깊이에 따라 다소 변할 수 있다.

따라서 도 4 에서, 나타낸 프레스 사이클의 단계는 프레싱 전의 비 프레싱 단계, 프레싱 단계 및 후 프레싱 단계를 포함한다. 따라서 프레스 사이클은,

ㆍ 제 1 비 프레싱 단계, 보통 최대 프레스 속도 (W1) 가 DP 에 도달 또는 이에 근접하도록 가속,

ㆍ 제 2 단계, W1 의 최대 프레스 속도로 유지,

ㆍ 제 3 비 프레싱 단계, 가능한 늦게 Wp 로 줄임,

ㆍ 프레싱을 위해 목표 속도 예컨대 Wp 를 갖는 프레싱 단계

ㆍ 제 4 비 프레싱 단계, 가능한 빨리 (보통) W1 까지 가속

ㆍ 제 5 비 프레싱 단계, 고속 예컨대 W1 로 유지

ㆍ 제 6 비 프레싱 단계, 보통 시작에서 UC 에 가깝게 속도를 줄이는 것으로 설명될 수 있다.

개선된 제어 방법에 의해 제공되는 개선된 프레스 사이클은 생산 사이클을 위한 전체 시간이 DP 와 UC사이의 프레스 사이클의 비 프레싱 시간을 실행하는데 걸리는 시간을 짧게 함으로써 종래 기술의 전통적인 기계적 프레스의 생산 사이클 시간보다 더 짧게 할 수 있다. 특히, T₂ 로 표기된 가장 늦은 로딩 지점 DP 에서 가장 이른 언로딩 지점 UC 까지의 시간 기간은 프레싱 속도 (Wp) 보다 더 큰 속도로 편심기를 구동하기 위해 구동 모터를 증가된 속도 (W1) 로 실행하고 그 후 편심기 속도 (Wp) 로 줄이거나 , 사이클의 끝에서 0 으로 줄이는 것에 의해 짧아질 수 있다. 이는 도 3 (종래 기술) 과 비교하여 도 4 의 T₂, ΔT₂ 에 대한 시간의 차이에 의해 다이어그램에 개략적으로 나타나 있다. 비록 개선된 프레스 사이클이 주로 사이클 또는 별도의 사이클에 대하여 설명되지만, 이는 단일 스트로크 작동 및/또는 연속적인 작동에 적용될 수 있다. 연속적인 작동 동안 프레스는 생산 사이클 사이에 정지 없이 작동된다.

도 5 는 종래 기술로부터의 위치 프로파일을 나타낸다. 이는 시간에 대한 램 위치에 관하여 종래의 360 도 프레스 사이클을 나타낸다. 프레스 사이클 (pc) 및 생산 사이클 (PC) 가 나타나 있다. 생산 사이클 (PC) 은 P^* 프레싱, U 언로딩 및 L 로딩의 단계를 포함한다. T₂ 는 DP 와 UC 사이에 발생하는 사이클의 일부이다. T₂ 는 상이한 방법으로 정의될 수 있다. 예컨대 T₂ 는 보통 프레스 내부에 로더 또는 언로더가 없는 동안의 시간이다. 또한, 이는 DP 각에서 시작하고 UC 각에서 끝나는 작업물의 실제 프레싱 (변형) 의 단계 (P) 가 발생하는 시간 기간 (T₂) 동안이다. 종래의 프레스 사이클의 언로딩 (U) 그 후 로딩 (L) 이 매우 긴 시간, 기간 (T₁) 이 걸리는 것을 볼 수 있다. 생산 사이클 (PC) 을 위한 전체 시간은 또한 T₁ + T₂ 로 표현될 수 있다. 본 발명의 실시형태에 있어서 더 짧은 시간 기간 (T₂) 이 프레싱 속도 (Wp) 를 초과하여 증가된 모터 속도 (및 따라서 편심기 속도 (W) 및 램 속도) 에 의해 제공되고, 따라서 더 짧은 생산 사이클 시간을 가능하게 한다.

도 9 는 본 발명의 실시형태에 따른 개선된 기계적 프레스를 작동시키기 위한 방법에 대한 흐름도이다. 방법은 프레싱 단계와 다수의 비 프레싱 단계를 포함한다. 방법은 또한 프레싱 전의 비 프레싱 단계, 프레싱 단계 및 후 프레싱 단계를 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 도 4 를 참조한 상기 설명에서 볼 수 있듯이, 이 방법은,

60 예컨대 가능한 빠르게 시작에서 W1 까지 가속,

61 모터 속도를 최대 속도 (W1) 로 유지,

62 가능한 늦게 모터 속도를 W1 에서 프레싱 속도 (Wp) 로 줄임,

63 프레싱 단계 (P) 를 위해 Wp 와 같이 모터 목표 속도를 설정,

64 제 4 비 프레싱 단계는 예컨대 가능한 빨리 W1 로 가속,

65 제 5 비 프레싱 단계는 바람직하게는 UC 에 근접할 때까지 모터 속도를 W1 과 같은 최대 속도로 유지,

66 제 6 비 프레싱 단계는 0 으로 줄어드는 것에 의해 시작된다.

이 방법은 가능한 적은 시간이 걸리는 전체 생산 사이클을 달성하기 위해 개선된 프레스를 제어하는 단계를 포함한다. 다른 제약은, 예컨대 프레스에 대한 로딩/언로딩 요건을 조정하거나 또는 이 프레스에 대한 피크 전력 및/또는 에너지 소비를 최적화하기 위해 독립형 프레스에 적용할 때 상기 방법에 포함 또는 조건적으로 포함될 수 있다. 이러한 피크 전력 및/또는 에너지 소비는 예컨대 가속 및 속도 줄임 기간 동안의 재생 브레이킹에 의해 최적화될 수 있다. 예컨대 이러한 통상적인 생산량이 개선된 프레스 라인의 에너지 최적화 특징을 의미하는 자동차 산업은 예컨대 에너지 소비를 줄이는데 매우 이로울 수 있다. 하지만 개선된 프레스 라인은 블랭킹 또는 동전의 주조, 및 어떤 가구와 같이 기계적 프레스가 발견되는 다른 스탬핑, 커팅, 프레싱 또는 딥 드로잉 적용에 사용될 수 있다.

도 10 은 도 9 의 흐름도에 대해 설명된 방법의 변화를 나타낸다. 어떤 작동에서, 예컨대 열간 스탬핑에서, 프레스를 프레싱 단계에서 정지시키고 작업물을 T_HS 로 나타낸 일정 시간 동안 가해진 압력 하에 유지하는 것이 바람직하다. 이러한 정지는 보통 BDC 위치 또는 그 근처에서 실행된다. 하나 이상의 실시형태에 따른 개선된 프레스의 제어를 위해 하나 이상의 추가적인 기능 단계를 포함하는 것은 간단한 일이다. 도 10 은 프레싱 단계 (63) 이후 또는 이 단계 동안 실행될 수 있는 추가 단계 (63_HS) 를 나타내며,

63_HS Wp 로부터 0 으로 속도를 줄이고 시간 (T_HS) 동안 유지.

64 가능한 빨리 W1 까지 모터를 가속 (또는 다른 개요에 따른 비율로) 한다.

프레스의 구동 모터의 전기 전력 소비는 재생 브레이킹을 사용함으로써 개선되거나 또는 매끄러워질 수 있다. 구동 모터는 부분적으로 재생 브레이킹에 의해 줄어든 속도 또는 속도 0 으로 감속될 수 있다. 예컨대, 프레싱 전의 제 1 비 프레싱 단계 동안 W1 에서 Wp 까지, 그리고 프레싱 이후에 W1 에서 0 까지 속도가 줄어들 수 있다. 본 발명의 실시형태에 따른 개선된 프레스를 포함하는 시스템이 예컨대 감속 또는 브레이킹 동안 프레스로부터의 에너지 회수를 위한 에너지 회수 수단을 포함할 수 있다. 이는 예컨대 전기적, 기계적 또는 화학적과 같은 어떠한 회수 수단일 수 있다. 이는 하나 이상의 커패시터, 배터리, 플라이휠, 기계적 스프링 또는 압축성 유체의 저장소를 포함하는 장치와 같은 기계적 장치의 사용과 관계가 있을 수 있다. 저장된 에너지는 주로 프레스 사이클의 하나 이상의 뒤따르는 기간, 프레스 사이클의 시작에서의 초기 가속, 프레싱, 프레싱 이후의 재가속 동안 재사용된다. 회수된 에너지는 또한 또는 오히려 공급 그리드에 다시 공급될 수 있다. 감속 동안의 회수 에너지뿐만 아니라 또는 그 대신에, 에너지는 시스템의 운동 에너지의 변화를 포함하는 프레스 운동으로부터 회수될 수 있다. 예컨대, 에너지는 시스템의 관성의 변화를 포함하는 프레스 사이클의 시간 기간 동안 회수될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 프레스의 구동 모터는 프레스 개방 거리에 관하여 표현할 때 360 도 크랭크 각보다 더 크게 또는 동등하게 뻗어 있는 개선된 프레스 사이클 내의 프레스를 작동시키도록 제어된다. 종래의 기계적 프레스는 360 도 까지의 프레스 사이클을 갖고 통상적으로 상사점 (TDC) 에서 시작하고 끝난다. 도 6a 는 종래 기술의 표준 프레스 사이클을 나타낸다. 이는 한 회전 방향으로의 360 도 사이클을 나타낸다. 사이클은 0/360 도에서 시작하고 정지한다. DP 및 UC 에 대한 상대 위치는 개략적으로 나타나 있다.

도 6b 는 표준 프레스 사이클에 의한 것보다 구동 모터를 가속하는데 더 긴 시간을 허락하는 실시형태를 나타낸다. 도는 0/360 또는 TDC와 같지 않은 위치에서 시작 및/또는 끝날 수 있는 프레스 사이클을 나타낸다.

도 6c 는 프레스가 양방향으로 작동하는 실시형태를 나타낸다. 실선으로 나타낸, 시계방향 사이클 (S_C) 이 약 10 시 방향인 시작 (1) 에서 시작하고 약 2 시 방향의 DP_C 까지 시계방향으로 계속하고, 약 10 시 방향의 UC_C 까지 돌고 약 2 시 방향인 정지 (1) 에서 마무리된다. 처리 또는 제품의 요구에 따라 시작/정지 위치는 도에 나타낸 위치보다 TDC 에 더 가까울 수 있지만, UC 각 보다 더 멀어지는 것은 드문 일이다. 유사하게 프레스는 그 후 점선으로 나타낸 역방향으로 회전하며, 이는 약 2 시 방향의 시작 (2) 에서 시작하고 약 11 시 방향인 DP_AC 까지 반시계방향으로 계속되고, 약 2 시 방향의 UC_AC 까지 계속하여 돌고 약 10 시 방향인 정지 (2) 에서 마무리되며 이는 시계방향 회전에 대한 시작 (1) 위치와 동일한 위치이다.

도 6d 는 프레스가 360 도보다 더 큰 프레스 사이클을 통해 제 1 회전 방향 (시계방향) 으로 회전하는 대안적인 실시형태를 나타낸다. 생산 사이클의 끝에서 프레스는 그 후 시작 위치로 반전된다. 도 6d 는 실선으로 나타낸, 약 1 시 방향 DP_C 으로 시계방향으로 실행하고, 약 10 시 방향의 UC_C 까지 시계방향으로 돌고, 약 2 시 방향의 정지에서 마무리되는 약 10 시 방향의 시작을 나타낸다. 프레스는 그 후 약 10 시 방향의 시작 위치로 반시계방향으로 반전된다 (R_AC). 시작 및 정지 위치는 상기 실시예에 나타낸 것과 같이 TDC 를 중심으로 대칭적으로 구성될 수 있고, 또는 아닐 수도 있고, 시작 및 정지 위치는 또한 도면에 개략적으로 나타낸 것보다 TDC 에 더 가깝게 위치할 수 있다. 시작/정지는 보통 UC 각 또는 그 근처보다 TDC 로부터 더 멀리 떨어져서 위치되지 않는다.

도 7a 는 크랭크 각에 관하여 다이어그램으로 나타낸 개선된 프레스 사이클을 개략적으로 나타낸다. 도 7a 는 제 1 회전 방향 (시계방향) 으로 (화살표 3 참조) 의 사이클 (S_C) 을 포함하는 프레스 사이클 (1) 을 나타낸다. 사이클은 약 300 도, 각 (4) 에서 시작하는 점 (2) 에서 시작하고 360 도 이상을 지나 약 60 도, 각 (5) 인 정지까지 시계방향으로 계속한다.

도 7b 는 제 2 회전 방향 (반시계 방향) 으로의 사이클을 나타내고, 점선으로 나타낸 사이클 (S_AC) 은 약 60 도의 각 (6) 에서 시작하고 360 도를 지나 약 300 도 일 수 있는 각 (9) 인 정지 (10) 까지 계속하여 반시계방향으로 돈다. 본 실시형태의 개선된 프레스 사이클은 360 도 이상으로 뻗어 있고, 회전 방향은 매 작동마다 바뀐다. 이는 매 전통적인 기계적 프레스에 의해 완료될 때, 작동 동안 동일한 위치, 통상적으로 TDC 에서 시작하고 끝나는 종래의 방법과 대조적이다.

도 7a 또는 도 7b 의 사이클에 대한 각에 관한 가속 및 감속 지점의 예가 도 8 에 나타나 있다. 따라서, 제 1 회전 시계방향 (S_C) 은 예컨대 300 도에서 시작하고, 40 도에 도달할 때까지 가속된다 (이 실시예에서 40 도는 또한 다이 보호각 (DP) 이다). 감속은 또한 이 실시예에서 언로드 캠 각 (UC) 으로 표시된 300 도에서 시작되고, 프레스는 60 도에서 정지된다. 다음 작동은 그 후 60 도 떨어져서 시작되고, 반사된 다이 보호각 DP_m 으로 나타낸, 320 도까지 반대 회전 방향, 반시계 방향으로 가속한다. 감속은 또한 반사된 언로드 캠 각일 수 있는 60 도에서 시작되고 300 도의 정지까지 감속된다. 따라서 도 7a, 7b 및 8 에서 연속적인 프레스 사이클은 360 도보다 더 크고 상이한 방향의 사이클은 동일한 지점, 60 도에서 시작하고 끝난다. 도 7a 에 도시된 제 1 사이클 및 도 7b 에 도시된 제 2 사이클은 동일한 지점에서 끝나고 시작할 필요는 없다는 것을 기억해야 한다.

상기의 개선된 방법을 사용하여 프레스 시스템은 구동 모터가 100 도 정도 동안 프레스를 가속하도록 제어될 수 있고 (그리고 120 도 동안 감속), 이는 통상적인 전통적인 기계적 프레스 사이클 (도 6a 와 같은) 또는 개선된 프레스 사이클 (도 6b 와 같은) 의 약 40 도와 비교할 때 더욱 큰 양이다. 따라서 주어진 최대 토크 출력을 갖는 구동 모터가 최고 속도보다 약 2 배 더 클 수 있는 관성을 가속할 수 있을 것이다. 더욱 큰 관성은 실제 프레싱 처리를 위해 사용할 수 있는 더 많은 (운동) 에너지를 만들고, 따라서 더 적은 에너지가 프레스 사이클의 프레싱 부분 동안 구동 모터로부터 직접적으로 나오게 된다. 이는 더 작은 구동 모터의 사용을 가능하게 한다. 모의 실험은 양방향 작동이 전통적인 또는 개선된 전통적인 프레스 사이클과 비교할 때, 주어진 사이클 시간에 대해 30 % 더 적은 토크를 갖는 구동 모터를 사용할 수 있게 한 것을 나타내었다.

상기 실시예에서 언로드 캠 각 (꼭대기로부터 60 도) 의 값이 양방향 작동에 대한 시작 및 정지 위치로 사용되었다. 이 각이 사용될지 아닌지는 또한 로더/언로더 또는 로봇과 같은 전달 장치인 부속 기계의 크기, 및 프레스 다이의 깊이에 대한 부품의 크기에 달려있다. 부품이 없는 전달 장치 또는 로봇이 이러한 각에서 프레스에 들어갈 수 있지만, 부품이 있는 로봇 또는 전달 장치는 프레스의 더 큰 개방을 요구할 수 있다. 그렇다면, 예컨대 다이 보호각 (예컨대 꼭대기로부터 40 도) 은 시작 및 정지 위치로 사용될 수 있다. 주어진 실시예에서, 제 1 작동의 시작은 따라서 320 도 일 수 있고, 40 도까지 가속하고, 320 부터 감속하여, 40 도에서 정지한다. 양방향 작동은 기계적 프레스의 전통적인 표준 작동과 비교할 때 여전히 큰 이로움을 준다.

또한 프레스와 부품에 따라서, 다이 보호각 및 언로드 캠 각의 값은 여기서 주어진 실시예와 상이할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면 개선은 구동 모터를 포함하는 기계적 프레스를 작동시키기 위한 방법에 제공되고 프레스는 매번 대안적인 사이클을 위한 프레스 작동의 회전 방향을 바꾸는 대신 연속적인 프레스 생산 사이클 작동 사이에서 후진으로 이동된다. 이러한 실시형태는 디자인 또는 다른 이유로 인해, 완전한 프레스 사이클을 위해 역으로 구동될 수 없는 프레스에 대해 특히 유리하다.

도 7a 는, 이 실시예에서 약 300 도의 각 (4) 인 지점 (2) 으로부터 시계방향 회전에 대한 시작점 (2) 을 갖는 프레스 사이클 (S_C) 를 개략적으로 나타낸다. 제 1 사이클은 시계방향으로 약 480 도를 지나 대략적으로 60 도의 각 (5) 을 갖는 사이클 정지 (11) 까지 선회한다. 제 1 사이클의 끝 (11) 에서 프레스는 그 후 역회전 방향 (R_AC) 으로 다시 이전의 프레싱 사이클과 동일한 시작 위치 (SC) 로 회전된다.

프레스 사이클마다 동일한 회전 방향을 갖는 및 각각의 프레스 사이클 간에 반전되는 개선된 프레스 사이클의 제어 및 가속 및/또는 감속은 변할 수 있다. 예컨대 프레스 사이클의 시작 및 끝나는 위치는 변할 수 있다. 프레스 사이클은 예컨대 300 도에서 시작하고, 100 도를 지나 40 도까지 시계방향으로 가속하고 성형 단계를 지나 회전할 수 있다. 프레싱 또는 성형 이후에, 감속을 300 도에서 시작할 수 있고 60 도에서 발생하는 정지까지 100 도를 지나 실행될 수 있다. 그 후, 예컨대 기계가 프레스를 언로딩/로딩하는 동안의 시간 기간에, 프레스는 60 도에서 300 도까지 후진 이동 (R_AC) 되고, 따라서 다음 작동은 그 후 다시 한번 시계방향 또는 전방 방향으로, 300 도에서 다시 시작할 준비가 된다. 이 방법은 언로딩/로딩과 같은 부동 시간 (dead time) 동안 후진 동작을 위해 충분한 시간이 이용 가능할 때 가장 효과적이며, 따라서 적용은 계획된 특정 성형 작동의 요구에 따라, 양방향 작동을 위한 방법보다 다소 더 제한될 수 있다. 하지만, 유사한 피크 토크의 감소가 가능하다.

하나 이상의 마이크로프로세서 (또는 프로세서 또는 컴퓨터) 는 예컨대 도 9 또는 10 을 참조하여 설명된 것과 같이, 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 방법의 단계를 실행하는 중앙 처리 장치 (CPU) 를 포함한다. 방법 또는 방법들은 하나 이상의 프로세세에 의해 접속할 수 있는 메모리의 적어도 일부에 저장된 하나 이상의 컴퓨터 프로그램의 도움으로 실행된다. 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램은 하나 이상의 특별히 개조된 컴퓨터 또는 프로세서 대신 하나 이상의 일반적인 목적의 산업용 마이크로프로세서 또는 컴퓨터에서 또한 실행될 수 있는 것이 이해되어야 한다.

컴퓨터 프로그램은 예컨대 도 9, 도 10 과 관련된 그리고 도 4 의 속도 프로파일 및 하나 이상의 회전 방향으로 프레스를 구동하는 것에 관한 도 6b ~ 도 6d, 도 7, 도 8 과 관련하여 설명된 방법과 관련되어, 이전에 설명된 방법을 위해 컴퓨터 또는 프로세서가 방정식, 알고리즘, 데이터, 저장값, 계산 등을 사용하는 방법을 실행하게 하는 컴퓨터 프로그램 코드 구성 요소 또는 소프트웨어 코드 부분을 포함한다. 프로그램의 일부가 상기와 같이 프로세서에 저장될 수 있지만, 또한 ROM, RAM, PROM, EPROM 또는 EEPROM 칩 또는 이와 유사한 또는 다른 적절한 저장 수단에 저장될 수 있다. 이 프로그램 또는 어떤 프로그램의 일부 또는 전체는 또한 자기 디스크, CD-ROM 또는 DVD 디스크, 하드 디스크, 자기 광학 메모리 저장 수단, 휘발성 메모리, 펌웨어와 같은 플래쉬 메모리와 같은 컴퓨터가 판독할 수 있는 다른 적절한 매체에 부분적으로 (또는 중심적으로) 저장되거나, 또는 데이터 서버에 저장된다. Sony 메모리 스틱 (TM) 과 같은 제거 가능한 메모리 매체 및 다른 제거 가능한 플래쉬 메모리, 하드 드라이브 등을 포함하는 다른 알려진 및 적절한 매체가 또한 사용될 수 있다. 프로그램은 또한 인터넷과 같은 공용 네트워크를 포함하는 데이터 네트워크로부터 일부가 공급될 수 있다. 설명된 컴퓨터 프로그램은 또한 동일한 시간 이상 또는 이하에서 다수의 상이한 컴퓨터 또는 컴퓨터 시스템에서 실행할 수 있는 분산된 적용으로서 일부가 구성될 수 있다.

생산 시스템은 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따른 하나 이상의 개선된 프레스를 포함할 수 있다. 예컨대 하나 이상의 프레스는 다수의 프레스가 동일한 또는 관련 제품에 대해 작동하는 프레스 라인에 포함될 수 있다. 생산이 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따른 하나 이상의 개선된 프레스를 포함하는 다수의 프레스 라인을 포함할 수 있다. 생산 시스템의 정황에 있어서, 단일 독립형 프레스를 최적화하기 위해 상기 설명된 어떠한 최적화 및 조정 방법은 처리의 그룹을 넘어 확장될 수 있다. 따라서 회수된 에너지는 예컨대 단지 독립형 개선된 프레스에 의해서만이 아니라 다른 기계에 의해 소비될 수 있다. 하나 이상의 기계의 조합된 피크 전력 또는 이에 의한 에너지 사용은 예컨대 전체 피크 전력 소비를 줄이거나 또는 전력 사용에 잠재적으로 방해적인 피킹 또는 스파이킹을 줄이도록 최적화되거나 조정될 수 있다. 프레스 라인에 의한 전체 전력 사용에 대한 이러한 고려는 또한 도 6 을 참조하여 설명된 것과 같은 방법에 요인이 될 수 있는 가속, 감속 시간 등의 제약을 유도할 수 있다. 예컨대, 생산 사이클을 위한 가장 짧은 가능한 시간을 얻기 위해 프레스는 도 9 의 단계 (60) 와 같이 가능한 빨리 가속되지만, 이 가속은 전체로서 프레스 라인에 대한 순간적인 전력 피크를 피하기 위한 최대값보다 더 작게 변할 수 있다. 단계 (60) 인 W1 까지의 제 1 비 프레싱 단계의 가속은 선형이 아닐 수 있고, 작업물을 삽입하기 위해 로더에 필요한 시간인 시간 기간과 매치하도록 구성될 수 있고, 따라서 최대 및/또는 선형 가속보다는 DP 각에 도달하기 위해 적어도 주어진 시간이 걸린다. 유사하게, 예컨대 도 9 의 단계 (62, 66) 에 의해 보통 실행되는 재생 브레이킹에는 동일한 프레스, 다른 기계, 프레스 라인 또는 그리드에 복귀 에너지를 제공하기 위해 제약이 있을 수 있다.

프레스 사이의 이러한 조정 또는 최적화는 개선된 프레스의 다른 양태에 의해 구성될 수 있다. 예컨대 프레스 라인을 최적화할 때 각각의 프레스 상에서 실행되는 각각의 프레스 사이클의 시작/정지 위치는 선택되거나 조정될 수 있다. 이는 프레스 라인에 대한 최적의 전체 생산 시간을 설정하는데 더욱 큰 자유를 허락한다.

상기의 것이 본 발명의 대표적인 실시형태를 설명하지만, 첨부된 청구항에서 정의된 것과 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 나타낸 해결책에 대해 이루어질 수 있는 어떠한 변동 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 주목해야 한다.

Claims (1)

1. 기계적 프레스를 작동시키기 위한 방법으로서, 상기 기계적 프레스는 적어도 하나의 구동 모터 (20), 적어도 하나의 상기 구동 모터를 제어하기 위한 구동 제어 수단, 램 (23), 및 상기 프레스가 프레스 사이클의 프레싱 부분 (프레싱을 실시하는 단계) 및 하나 이상의 비 프레싱 부분 (프레싱을 실시하지 않는 단계) 을 포함하는, 제 1 회전 방향의 프레스 사이클을 실행하도록 상기 프레스를 작동하기 위한 편심기 (27) 또는 크랭크 및 링크 (25) 를 포함하고,
   적어도 하나의 상기 구동 모터의 속도가 상기 프레스 사이클의 적어도 하나의 상기 프레싱 또는 비 프레싱 부분 동안 변하도록 제어 출력을 상기 구동 제어 수단에 제공하고 상기 프레스 사이클은 크랭크 각 회전이 360°를 넘는 것을 특징으로 하는 기계적 프레스를 작동시키기 위한 방법.

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