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titel: Spindelpresse mit senkrechter Spindel und Asynchronmotor Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Spindelpresse mit senkrechter Spindel und mit dieser
direkt gekuppeltem Asynchronmotor, der als einziger Stößelantrieb vorgesehen und
bei Vorlauf und Rücklauf nur fr eine Drehzahl ausgelegt ist wobei der Asynchronmotor
für den Vorlauf mittels einer Steuerungseinrichtung zuschaltbar ist. Hierbei sind
Asynchronmotor und Schwungrad mit der Spindel nicht über eine schaltbare Kupplung
verbunden, wobei aber ein Ob¢rlastungsschutz, z.B. in Form einer Rutschkupplung,
oder zwischen Motor und Spindel ein Getriebe vorgesehen sein kann.
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Bei einer bekannten (DT-OS 1 513 349) Spindelpresse dieser Art erfolgt
die Zuschaltung des Asynchronmotors bei stillstehender Spindel, so daß der Asynchronmotor
die Spindel von der Drehzahl Null an zu beschleunigen hat. Der Asynchronmotor ist
der einzige Stößelantrieb, d.h. die einzige Einrichtung, die der Spindelpresse für
die Stbßelbewegung Energie von au-Ben zuführt. Nachteile dieser bekannten Spindelpresse
sind
bekannt (DT-OS 1 513 349, Beschreibung Seite 1). Insbesondere
aber erfolgt bei jedem Vorlauf und bei jedem Rücklauf ein aogenannter Wärmestoß.
Ein Motor, der hohe und viele Wärmestöße auf zunehmen hat, baut umfangsmäßig groß,
wodurch der Motor, insbesondere dessen Läufer, eine im Vergleich zur Spindel und
zum Schwungrad beachtliche Eigenschwungmasse aufweist. Sehr häufig besteht nun aus
konstruktiven Gründen das Bestreben, die Eigenschwungmasse des Asynchronmotors so
klein als möglich zu halten.
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Zu beachten ist dabei, daß eine Spindelpresse mit senkrechter Spindel
in der Regel mit recht niedriger Drehzahl arbeitet, was sich auf die Konstruktion
des Asynchronmotors auswirkt.
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Eine rufgabe der Erfindung ist es somit, eine Spisielpresse der anfangs
genannten Art au schaffen, bei der die durch Wärmestöße freigesetzte Energie verringert
ist und ein Asynchronmotor mit geringer Eigenschwungmasse möglich ist, wobei geringer
konstruktiver und baulicher Aufwand erwünscht ist.
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Es ist auch an sich bekannt (IT-OS 2 007 505), bei einer Spindelpresse
einen mit einer Spindel direkt gekuppelten Motor für den Vorlauf erst zuzuschalten,
wenn die Spindel aufgrund eines zusätzlichen Beschleunigungsmittels eine bestinite
Drehzahl erreicht hat. Dieses zusätzliche Beschleunigungsmittel ist ein zusätzlicher
Motor, welcher das Schwungrad fortlaufend antreibt, das bei Beginn des Vorlaufen
über eine schaltbare Kupplung mit dem Schwungrad gekuppelt wird. Hierdurch sollen
die Anfangsstromspitzen, die bei Beginn des Vorlaufes oder aufgrund des Vorlaufes
im Netz auftreten, herabgesetzt werden. Der bauliche
Aufwand, der
durch den zusätzlichen, aus dem Netz Energie aufnehmenden Motor und die schaltbar
kupplung bedingt ist, ist jedoch in manchen Fällen unerwünscht.
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Man hat auch versucht (D-OS 1 513 349) den Wirkungsgrad zu verbessern
und die Einschaltströme zu erniedrigen, indem die Drehzahl des Asynchronmotors geregelt
wird, wobei s.B. eine Polumsohaltbarkeit des Asynchronmotors oder ein dem Motor
torgeschalteter Frequenzwandler vorgesehen ist. Auch diese Maßnahmen sind wegen
des baulichen Aufwandes häufig nicht befriedigend, . zumal die Polunschaltbarkeit
mit einer Vergrößerung der Eigenechwungiasse des Asynchronmotors verbunden ist.
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Bei Reibspindelpressen ist es bekannt (Zeitschrift "Blech Rohre Profile",
1971/Heft 8, S. 319, 320), eine Bremsschubeinrichtung vorzusehen, welche die Energie
des hochlaufenden Stößels aufnimmt und diese beim nachfolgenden Sohlag wieder an
den Stößel abgibt. Hierdurch entfällt eine Schlupfperiode be Anlauf, wird also das
Reibradwendegetriebe bein Anlauf entlastet. Da diese Reibradspindelpressen aber
mit einen ständig laufenden, ein Schwungrad ständig treibenden Antriebsmotor arbeiten,führt
die Bremsschubeinrichtung praktisch nicht zu einer Entlastung des Antriebsmotors,
wobei das Reibradwendegetriebe einen großen konstruktiven und baulichen Aufwand
darstellt.
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Die Erfindung sieht nun eine Spindelpresse der anfangs genannten Art
vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zuschaltung des Asynchronmotors für
den Vorlauf unter entsprechender
Ausbildung der Steuerungseinrichtung
erst erfolgt, wenn die Spindel aufgrund eines auf den Stößel wirkenden Beschleunigungsmittels
eine bestimmte Drehzahl erreicht hat, und daß das Besohleunigungsmittel eine Bremsschubeinrichtung
ist.
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Bei einer erfindungsgemäßen Spindelpresse nimmt die Bremsschubeinrichtung
die Energie dee zurücklaufenden Stößels auf, wodurch auch die Abbremsung des zurücklaufenden
Stößels erleichtert ist.
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Der zurückgelaufene Stößel wird bei in der Bremsschubeinrichtung gespeicherter
Energie mittels einer Bremseinrichtung festgehalten. Zum Auslösen eines Schlages
wird bei stillstehendem Asynchronmotor die Bremseinrichtung gelöst, wonach die Bremsschubeinrichtung
den Stößel antreibt, wobei sie die Spindel,das Schwungrad und auch den Asynchronmotor
in Drehung versetzt. Sobald die Spindel die vorbestimmte Drehzahl, die Solldrehzahl
erreicht hat, wird mittels der Steuerungseinrichtung der Asynchronmotor zugeschaltet,
der Spindel, Schwungrad und Stößel weitertreibt. Die Solldrehzahl liegt vor, wenn
Spindel und Stößel ausreichend beschleunigt sind. Vorzugsweise liegt die Solldrehsahl
dann vor, wenn die Bressschubeinriohtung die gespeicherte Energie ganz oder nahezu
gans abgegeben hat.
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Bei einer erfindungsgemäßen Spindelpresse wirken Asynchronmotor und
Bremsschubeinrichtung nicht gemeinsam gleichzeitig, was entscheidend für die nahezu
völlige Ausschaltung eines Wärmestoßes beim Stößelvorlauf ist. Da nur noch beii
Stößelrücklauf ein Wärmestoß auftritt, d.h. der Asynchronmotor voll belastet ist,
ist die Zahl der Wärmestöße um 50% reduziert, was mit einer beachtlichen
Reduzierung
des baulichen Aufwandes des Asynchronmotors und dessen Belüftungseinrichtung sowie
der Eigenschwungmasse des Äsynchronmotors verbunden ist. Auch der Energieverbrauch
der Spindelpresse ist beachtlich gesenkt. Die direkte Kupplung des Asynchronmotors
mit der Spindel erfolgt z.B. auch ohne Zwischenschaltung eines Getriebes, wodurch
baulicher Aufwand vermieden ist.
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In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
dargestellt und zeigt Fig. 1 eine Spindelpresse im Schnitt, Fig. 2 schematisch eine
Steuerungseinrichtung für die Spindelpresse gemäß Fig. 1 und Fig. 3 eine graphische
Darstellung der Energieverhältnisse der Spindelpresse gemäß Fig. 1 und 2.
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Eine Spindelpresse gemäß Zeichnung besitzt an Ständern 1 einen Tisch
2, über dem ein Stößel 3 auf- und abbewegbar ist. Der Stößel 3 besitzt auf zwei
einander gegenüberliegenden Seiten je einen Arm 4, der in dem Bereich Je eines der
Ständer ragt.
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Bei nach oben zurückgezogenen Stößel stützt sich auf dem Arm Jeweils
eine Kolbenstange 5 ab, die zu einer Bremsschubeinrichtung 6 gehört, die in dem
Bereich des Ständers angeordnet ist und am Ständer abgestützt ist. An der Oberseite
der Kolbenstange 5 befindet sich ein Kolben 7, der in einen Zylinder 8 gleitet,
der über dem Kolben einen Raum bildet, der mit komprimiertem Gas gefüllt ist.
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Der Stößel trägt an seiner Oberseite eine Mutter 9, in der das Gewinde
einer Spindel 10 drehbar ist, die in einem Querhaupt 11 drehbar und axial unverschiebbar
gelagert ist. Auf dem nach oben ragenden Stück der Spindel 11 ist ein Sohwungrad
12 angeordnet, wobei eine Rutschkupplung 13 vorgesehen ist. Das Schwungrad ist von
einer Bremseinrichtung 14 umgeben. As oberen Ende der Spindel 10 greift ein Asynchronmotor
15 an, dessen Welle mit dem oberen Ende einen Tachogenerator 16 treibt. Über dem
Tachogenerator und dem Asynchronmotor ist ein Kühlgebläse 17 angeordnet.
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Gemäß Fig. 2 läßt sioh der Asynchronmotor 15 über zwei in Serie liegende
Schalter 18', t9' an- und abschalten, die von je einem Relais 18, 19 bedient werden.
Sind beide Schalter geschlossen, so lluft der Motor, wogegen dieser nicht für Vorlauf
des Stößels läuft, wenn zumindest einer der beiden Schalter geöffnet ist. Die Spannung
des Tachogenerators 16 wird einem Vergleichsglied 20 zugeführt, das von einem Potentiometer
21 eine Sollspannung erhält. Die Vergleichsspannueg wird über einen Verstärker 22
dem Relais 18 zugeführt. Die Spannung des Tachogenerators 16 wird auch einem Vergleichsglied
23 zugeführt, das von einem Potentiometer 24 eine Sollspannung erhält. Die Vergleichsspannung
wird über einen Verstärker 25 dem Relais 19 zugeführt.
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nach Lösen der Bremseinrichtung Wenn der Stößel 3/mittels der Bremsschubeinrichtung
vorwärts getrieben wird, so dreht sich auch der Tachogenerator 16, wobei zunächst
der Schalter 18' geschlossen und der Schalter 19' geöffnet ist. Wenn die Spannungs
des Tachogenerators die (niedrige) Spannung des Potentiometers 24 erreicht, dann
spricht
das Relais 19 an und schließt den Schalter 19', so daß der
Asynchronmotor 15 im Vorlauf anspringt. Wean die Spannung des Taähogenerators die
(hohe) Spannung des Potentiometers 21 erreicht, dann spricht das Relais 18 an und
öffnet den Schalter 18', so daß der Asynchronmotor abgeschaltet wird. Sobald die
Spannung des Tachogenerators Null wird, schließt der Schalter 18' und öffnet der
Schalter 19'.
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In dem Diagramm gemäß Pig. 3 ist für den Stößelvorlauf die Zeit t
angegeben, die vergeht zwischen der Spindeldrehzabl Null und der maximalen Spindeldrehzahl.
Über der Zeit ist der Strom I aufgetragen, den der Asynchronmotor aufnehmen würde,
wenn er die Spindel von Null an beschleunigen würde. Die Kurve I entspricht der
vom Asynchronmotor abgegebenen Energie,da der Motor an konstanter Spannung liegt.
Der Verlauf der Kurve I ist auch dem Diagramm ersichtlich, wobei die Kurve von einem
hohen Spitzenwert auf einen niedrigen Wert abfällt. Da aber der Asynchronmotor erst
eingeschaltet wird, wenn die Spindel durch die Bremsschubeinrichtung beschleunigt
ist, hat die Bremsschubeinrichtung fld nicht der Asynchronmotor den in Diagramm
schraffierten "Rel. Energieanteil durch Bremsschubeinrichtung" aufgebracht. Der
Asynchronmotor bringt nur noch den im Diagramm schraffiert angedeuteten "Rel. Energieanteil
des Motors" auf.
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Das auf Berechnungen basierende Diagramm zeigt somit deutlich, daß
der Asynchronmotor bei Verwendung einer Bremeschubeiarichtung und verzögertem Zuschalten
einen wesentlich geringeren Energiebetrag abzugeben hat, als wenn er die Spindel
von Null an alleine treibt.
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Im Diagramm ist noch die Kurve n angegeben, die den Anstieg der Drehzahl
der Spindel wiedergibt. Die maximale Drehzahl ist recht gering und liegt bei ca.
200 U/min. Eine Kurve Uidr. gibt die Zahl der tatsächlich erfolgten Umdrehungen
an.