DE4042190C2 - Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben in Umformmaschinen - Google Patents
Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben in UmformmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beeinflussung
des energetischen und dynamischen Verhaltens von Antrieben
in Umformmaschinen, die einerseits auf den Anlauf- und
Bremsvorgang und andererseits auf die kurbelwinkelabhängi
gen Massenkräfte, insbesondere bei Gelenkpressen zur Blech-
und Massivumformung, wirkt.
Die Anfahr- und Bremsvorgänge von im aussetzenden Betrieb
arbeitenden Umformmaschinen werden bevorzugt mit asynchron
schaltbaren Reibungskupplungen und -bremsen realisiert. Da
bei entsteht an den Reibflächen des Angleichvorganges in
Kupplung und Bremse aufgrund des unelastischen Drehstoßes
als physikalisches Wirkprinzip unerwünscht ein irreversib
ler Energieverlust durch Wärmeentwicklung, begleitet von
einem ständigen Verschleißvorgang. Die begrenzte Wärmebe
lastbarkeit der Reibwerkstoffe einerseits und die ständige
Erhöhung ihrer Standzeit bei wesentlich gesteigerten Dauer
hub und Schaltzahlen haben u. a. zu erheblichen Material-
und Fertigungsaufwendungen beim Hersteller geführt.
Zur Reduzierung der Wärmebelastung und des Verschleißes in
Kupplung und Bremse wurde eine Vorrichtung nach dem
DD 100 063 vorgeschlagen, bei der ein ungesteuerter Ar
beitszylinder einerseits am Maschinenkörper und anderer
seits seine Kolbenstange an der Kurbelwelle exzentrisch so
angeordnet ist, daß er im oberen Totpunkt ein Beschleuni
gungsmoment erzeugen kann. Dieses äußere Moment im oberen
Totpunkt wirkt gegen das Haltemoment der Bremse, wodurch
bei ihrem Versagen der Stößel ungewollt beschleunigt wird.
Darüber hinaus verbleibt Energie in Form von Restwärme in
der Bremse und der Kupplung, abhängig vom Überlaufwinkel
aus gestreckter Lage des Arbeitszylinders.
Je größer der Überlaufwinkel ist, um so geringer ist der
Energierückgewinnungsgrad. Schließlich sind zur Realisie
rung dieser Lösung zusätzliche Material- und Fertigungsauf
wendungen erforderlich. Nach diesem DD-WP wird weiter der
Einsatz eines separaten hydraulischen Servoantriebes, be
stehend aus einer als Pumpe und Motor arbeitenden Ver
drängereinheit, einem steuerbaren Wegeventil und einem Hy
drospeicher vorgeschlagen. Die hohe Beschleunigungs- bzw.
Bremsarbeit einerseits und die kurze Beschleunigungs- bzw.
Bremszeit andererseits sowie der zeitvariante Leistungsbe
darf mit seinem Maximum erfordern bei der Geräteauswahl
(Verdrängereinheit, Ventile und Hydrospeicher) beachtliche
Baugrößen und große Nennweiten im Rohrleitungssystem. Auch
bei diesem Vorschlag sind erhebliche Material- und Ferti
gungsaufwendungen beim Hersteller und darüber hinaus Auf
wendungen für Werkzeug und Instandhaltung beim Betreiber
erforderlich.
Schließlich sind Servoantriebe mit stoßartigem Zuschalten
der Hydrospeicher durch ein Wegeventil außerordentlich
schwingungserregend, begleitet durch einen hohen Lärmpegel.
Bei einer anderen bekannten Lösung nach der SU 643 683
wird der Einsatz von Federn in einem zwischen Kupplungswel
le und Sekundärgetriebe angeordneten Planetenradgetriebe,
das mit dem Reibklotzträger der Bremse gekoppelt ist, vor
geschlagen. Auch dieser Vorschlag ist nur mit hohen Aufwen
dungen, u. a. für das zusätzliche Planetenradgetriebe, rea
lisierbar.
Darüber hinaus bestehen bei dieser Lösung auch arbeits
schutztechnische Bedenken wegen des gegen die Bremse wir
kenden Vorspannmomentes im Stillstand. Der Energierückge
winnungsgrad ist unbefriedigend. Darüber hinaus verursachen
Stoßbelastungen im Anlaufvorgang dynamische Momente und
Schwingungen, die zu erhöhtem Lärm und Verschleiß führen.
Bei Umformmaschinen und besonders bei Hebel- bzw. Gelenk
pressen können die Leerlaufhubzahlen nur begrenzt erhöht
werden, weil die dynamischen Kräfte und Momente im An
triebssystem zu gewaltigen Stößen und Rückbewegungen unter
schiedlicher Beträge führen, die zerstörerisch wirken und
sich als unruhiger Lauf und erhöhter Lärm äußern.
Haupverursacher ist der ausbalancierte Oberwerkzeugträger,
dessen Massenwirkung sich insbesondere im oberen Kurbelwin
kelbereich durch die Kinematik des Gelenksystems mit stei
gender Hubzahl deutlich dargestellt.
Es ist eine Lösung nach dem DD 147 927 bekannt, bei der
durch Einsatz von Blenden zwischen Ausbalancierungszylinder
und Druckmittelspeicher der Druck unterhalb der Ausbalan
cierungskolben beim Hochgang des Stößels teilweise redu
ziert wurde, wodurch eine Minderung der dynamischen Bela
stungen eingetreten ist. Die Wirkung ist jedoch begrenzt,
weil ein Mindestquerschnitt der Blende nicht unterschritten
werden kann. Darüber hinaus entsteht an der Blende eine er
hebliche Wärmeentwicklung durch Energievernichtung.
Bei einer anderen bekannten Lösung nach dem DD 256 288 A1
wird eine zusätzliche hydraulische Einrichtung vorgeschla
gen, die durch Erzeugung eines variablen Gegenmomentes eine
Kompensation der hydraulischen Massekräfte in den spielum
schlaggefährdeten Drehwinkelphasen bewirken soll. Zur Rea
lisierung dieser Einrichtung sind zusätzlich hydraulische
Geräte mit großen Nennweiten und Baugrößen sowie ein her
vorragendes Zeitverhalten der Ventile aufgrund der extrem
hohen Momentenänderungsgeschwindigkeit erforderlich.
Darüber hinaus entstehen während der Kompensationsphase er
hebliche irreversible Energieverluste, die sich durch die
Leerlaufverluste noch erhöhen.
Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer
funktions- und arbeitsschutzsicheren Einrichtung, die
einerseits den Brems- und den Beschleunigungsprozeß hoch
gradig realisiert und andererseits die Wirkung der Massen
kräfte des Oberwerkzeugträgers deutlich verringert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Pa
tentanspruches 1 gelöst. Detaillierte Ausgestaltungen sind
in den Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, den oberen und
unteren Raum des Ausbalancierungszylinders mit gleichem und
unterschiedlichem Druckmedium zu beaufschlagen.
Um die Lage der Kolbenstange zu beeinflussen, ist nur die
Steuerung derselben der Druckmedienart anzupassen.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, durch eine kosten
günstige sowie geräuscharme Einrichtung das energetische
und dynamische Verhalten von Antrieben zu verbessern.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei
spiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung
zeigt:
Fig. 1: Prinzipdarstellung der Einrichtung
Der Antrieb, dessen energetisches und dynamisches Verhalten
beeinflußt werden soll, besteht aus dem Schwungrad 1, der
Kupplung 2 und der Bremse 4 mit Betätigungselement 5 und
den als Drehmasse 3 dargestellten, zu beschleunigenden und
zu bremsenden Teilen des Sekundärgetriebes. Die Exzenter-
oder Kurbelwelle 6 ist über das Pleuel 7 in bekannter Weise
mit dem Oberwerkzeugträger 8 und dem daran angeordneten
Oberwerkzeug 28 verbunden. Beiderseits des Oberwerkzeugträ
gers 8 sind die Ausbalancierungszylinder 23 angeordnet, die
zusätzlich mit dem Pressengestell verbunden sind.
Die Kolbenstange 27 des Kolbens 22 ist am aus dem Aus
balancierungszylinder 23 herausragenden Ende mit einem
Anschlag 19 und einer Anschlagdämpfung 26 versehen.
Dieser Anschlag 19 steht mit einem am Oberwerkzeugträger 8
befestigten Anschlag 25 in Wirkverbindung.
Die oberen Druckmittelräume 31 der Ausbalancierungszylinder
23 sind über Leitungen mit dem Wegeventil 20 verbunden, von
dem ein Ventilausgang an einem Schalldämpfer 11 und der an
dere Ventilausgang an den Druckmittelspeicher 24 ange
schlossen ist.
Zur Steuerung der Kupplung 2 und der Bremse 4 sind minde
stens der Druckregler 12, der Druckmittelspeicher 13 und
die Pressensicherheitsventile 9 und 16 erforderlich.
An dem Ausgang des Pressensicherheitsventils 16 ist das
lagekontrollierte Wegeventil 17 mit einem Schalldämpfer
angeschlossen. Der Druckmittelspeicher 13 steht durch eine
Leitung über einen Druckregler 14 und einem Druck
mittelspeicher 15 sowie einem Wegeventil 10 und einem
Pressensicherheitsventil 9 mit dem Betätigungselement
der Kupplung 2 in Wirkverbindung. Vom zweiten Zugang des
Wegeventils 10 aus ist zu dem Druckregler 14 und dem Druck
mittelspeicher 15 zusätzlich eine Leitung parallel
angeordnet.
Der Druckmittelspeicher 24 ist durch eine Leitung mit dem
Druckübersetzer 30 verbunden. Der Druck des Druckmit
telspeichers 24 wird über den Druckregler 21 nach Erforder
nis variiert.
Das Hydraulikventil 29 ist mit dem Druckübersetzer 30 sowie
den unteren Druckmittelräumen 18 verbunden. Dem Hydraulik
ventil 29 ist ein Rückschlagventil 32 parallel zugeschal
tet. Der Druckmittelspeicher 33 ist mit Öl gefüllt und
durch Druckluft über die Drucklufteinspeisung 34 beauf
schlagt.
Nach dem Einschalten des Pressensicherheitsventils 16 wird
das Betätigungselement 5 der Bremse 4 zügig gelüftet und
die Kupplung 2 durch das Pressensicherheitsventil 9 und dem
Druckmittelspeicher 15 überschneidungsfrei, wie bekannt, in
Schließstellung gebracht. In der Kupplung 2 wirkt ein durch
den Druckregler 14 deutlich reduziertes Beschleunigungs
moment, das maximal den doppelten Betrag des im Sekundärge
triebe wirkenden Reibmomentes, z. B. in den Lagerungen, an
nimmt. Dieses niedrige Beschleunigungsmoment leitet den An
laufvorgang ein. Abhängig vom erreichten Kurbelwinkel ent
steht durch den Niedergang des Oberwerkzeugträgers 8 und
des Oberwerkzeuges 28 aus dem Bereich des oberen Totpunktes
eine unterstützende Wirkung des Beschleunigungsvorganges
über das Pleuel 7 auf die Exzenter- oder Kurbelwelle 6 und
die rotierenden Drehmassen des Sekundärgetriebes, darge
stellt als reduzierte Drehmasse 3. Die untere Seite des
Kolbens 22 im Ausbalancierungszylinders 23 ist mit Öl be
aufschlagt, die obere Seite dagegen mit Druckluft. Die Lage
des Anschlages 19 mit Anschlagdämpfung 26 kann durch das
Ein- und Abschalten des Wegeventils 20 und des Hydraulik
ventils 29 werkzeugspezifisch verändert werden zur Berück
sichtigung der drehzahlabhängigen Beschleunigungs- und
Bremsenergie und des verfahrensbedingten Drehzahlabfalls.
Das Wegeventil 20 ist als pneumatisches Pressensicherheits
ventil ausgebildet. Durch Variation des Druckes im Druck
mittelspeicher 24 mittels Druckregler 21 erfolgt der werk
zeugspezifische Massenausgleich des Oberwerkzeugträgers 8.
Der Druck wirkt auf den Druckübersetzer 30, der bewegt
wird, wenn der Anschlag 25 des Oberwerkzeugträgers 8 den
Anschlag 19 der Kolbenstange 27 mit der Anschlagdämpfung 26
erreicht hat.
Der Kolben 22 ist nun so eingestellt, daß bei Synchron
lauf in der Kupplung 2 der Anschlag 25 am Oberwerkzeug
träger 8 die Anschlagdämpfung 26 des Anschlages 19 er
reicht. Anschließend wird das erforderliche Drehmoment
der Kupplung 2 durch Zuschalten des Wegeventils 10 er
reicht. Im Hochgang des Oberwerkzeugträgers 8 bleibt ent
sprechend der Einstellung der Kolben 22 mit der Kolben
stange 27 stehen, wenn der Druckübersetzer 30 seine End
lage erreicht hat.
Zeitlich versetzt wird die Kupplung 2 vom Sekundärgetrie
be getrennt, so daß die Drehmasse des Sekundärgetriebes
durch die bremsende Wirkung des Oberwerkzeugträgers 8 und
des Oberwerkzeuges 28 im oberen Totpunkt zum Stillstand
kommen und hier die Bremse nur noch die Haltefunktion
übernimmt.
Bei Erfordernis wird durch Notstopp das Wegeventil 20 be
tätigt, so daß sich die Kolbenstange 27 mit dem Anschlag
19 nach oben bewegt und den Anschlag 25 am Oberwerkzeug
träger 8 wesentlich früher erreicht als im Normalbetrieb.
Der Notstopp durch die Bremse 4 wird durch das Entlüften
des oberen Druckmittelraumes 31 zusätzlich unterstützt.
Claims (9)
1. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und
dynamischen Verhaltens von Antrieben in Umformmaschinen
während des Beschleunigungs- und Bremsprozesses, wobei der
Antrieb aus Schwungrad, Kupplung und Bremse sowie Sekundär
getriebe besteht und die Bewegungsübertragung auf den
Oberwerkzeugträger von der Exzenter- oder Kurbelwelle aus
mittels Pleuel oder Gelenkmechanismus erfolgt und zum
Ausgleich der Masse des Oberwerkzeugträgers im unteren
Druckmittelraum mehrere mit Druckmedium beaufschlagbare
Ausbalancierungszylinder beiderseits des Oberwerkzeug
trägers angeordnet und zusätzlich mit dem Pressengestell
verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausbalancierungseffekt für den Massenausgleich des Oberwerkzeugträgers (8) und des Oberwerkzeuges (28) im obe ren Kurbelwinkelbereich aufgehoben wird,
der obere Druckmittelraum (31) des Ausbalancierungszylin ders (23) über ein Wegeventil (20) mit Druckmedium beauf schlag- oder entlastbar ist,
der untere Druckmittelraum (18) des Ausbalancierungszylin ders (23) einerseits mit dem Druckübersetzer (30) und ande rerseits über ein Hydraulikventil (29) mit einem Druckmit telspeicher (33) in Wirkverbindung steht sowie als Druckme dium vorzugsweise Öl einsetzbar ist und
die Kolbenstange (27) am aus dem Ausbalancierungszylinder (23) herausragenden Ende einen Anschlag (19) aufweist und mit einem am Oberwerkzeugträger (8) befestigten Anschlag (25) über eine Anschlagdämpfung (26) in Wirkverbindung steht.
daß der Ausbalancierungseffekt für den Massenausgleich des Oberwerkzeugträgers (8) und des Oberwerkzeuges (28) im obe ren Kurbelwinkelbereich aufgehoben wird,
der obere Druckmittelraum (31) des Ausbalancierungszylin ders (23) über ein Wegeventil (20) mit Druckmedium beauf schlag- oder entlastbar ist,
der untere Druckmittelraum (18) des Ausbalancierungszylin ders (23) einerseits mit dem Druckübersetzer (30) und ande rerseits über ein Hydraulikventil (29) mit einem Druckmit telspeicher (33) in Wirkverbindung steht sowie als Druckme dium vorzugsweise Öl einsetzbar ist und
die Kolbenstange (27) am aus dem Ausbalancierungszylinder (23) herausragenden Ende einen Anschlag (19) aufweist und mit einem am Oberwerkzeugträger (8) befestigten Anschlag (25) über eine Anschlagdämpfung (26) in Wirkverbindung steht.
2. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und
dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Wegeventil (20) vorzugsweise ein Pressensicher
heitsventil eingesetzt ist.
3. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und
dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Druckmedium für den oberen Druckmittelraum (31)
vorzugsweise Luft einsetzbar ist.
4. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und
dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckmittelspeicher (24) des Druckübersetzers (30)
mit dem Kreislauf des Druckmediums vom oberen Druckmittel
raum (31) in Wirkverbindung steht.
5. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und
dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Hydraulikventil (29) parallel ein Rückschlagventil
(32) zugeschaltet ist.
6. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und
dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Druckregler (12; 14; 21) jeweils unabhängig
voneinander eine programmierbare Druckregeleinrichtung ein
setzbar ist.
7. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und
dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschläge (25) und (19) sich stoß- und ruckfrei an
gleichen.
8. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und
dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur hochgradigen Rückgewinnung der Nenndrehzahl der
Kupplungswelle beim Beschleunigungsvorgang und zur Minimie
rung des restlichen Verschleißes in der Kupplung vor Beginn
vom Bremsvorgang des Sekundärgetriebes die Kupplung (2)
zeitversetzt erst nach dem Stillstand des Anschlages (19)
abschaltbar ist.
9. Einrichtung zur Beeinflussung des energetischen und
dynamischen Verhaltens von Antrieben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stillstandspunkt der Kolbenstange (27) werkzeug
spezifisch vorwählbar ist und die Reibung, die Variabilität
der Hubzahl und der Oberwerkzeugmasse und den verfahrensbe
dingten Drehzahlabfall berücksichtigt.
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