EP3380314A1 - Verfahren zum betrieb einer presse, insbesondere einer schmiedekurbelpresse - Google Patents

Verfahren zum betrieb einer presse, insbesondere einer schmiedekurbelpresse

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EP3380314A1
EP3380314A1 EP16801194.8A EP16801194A EP3380314A1 EP 3380314 A1 EP3380314 A1 EP 3380314A1 EP 16801194 A EP16801194 A EP 16801194A EP 3380314 A1 EP3380314 A1 EP 3380314A1
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press
servo drive
mass
mass system
nominal
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Markus Bieg
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L Schuler GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B1/00—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen
    • B30B1/26—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by cams, eccentrics, or cranks
    • B30B1/266—Drive systems for the cam, eccentric or crank axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J9/00—Forging presses
    • B21J9/10—Drives for forging presses
    • B21J9/18—Drives for forging presses operated by making use of gearing mechanisms, e.g. levers, spindles, crankshafts, eccentrics, toggle-levers, rack bars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J9/00—Forging presses
    • B21J9/10—Drives for forging presses
    • B21J9/20—Control devices specially adapted to forging presses not restricted to one of the preceding subgroups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/14—Control arrangements for mechanically-driven presses
    • B30B15/148—Electrical control arrangements

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a press according to claim 1 or 2 and a press according to claim 10.
  • a servo-press is known in which the selection or determination of a movement sequence is influenced by the ram kinematics, e.g. the downward speed of the plunger or the
  • Upward speed of the plunger is changed to facilitate a parts transport.
  • the inventive method for operating a press with at least 80% of its nominal pressing force, in particular a
  • Crank press for forming, in particular for forging workpieces such as in particular a forge-crank press, provides, the press with a servo drive and an arranged between the servo drive and a workpiece, in operation to equip the press moving mass system, wherein a mass of the mass system is formed at least by a plunger and at least by a drive shaft, wherein the mass system at least temporarily by the servo drive
  • Servo drive is accelerated before the forming process such that at least 100% of the nominal pressing force are available during the forming process. This makes it possible to dimension the servo drive in its maximum power compared to a maximum nominal press force of the press too small.
  • the mass system is at least temporarily driven by the servo drive, wherein the increased nominal pressing force is provided proportionately by the servo drive and the mass system and wherein the difference between 80% nominal force and at least 100% nominal force by increasing the speed of the mass of the mass system and / or compensated by an increase in the mass of the mass system.
  • the method provides, the mass system its output in the forming process energy up to a
  • crankshaft is driven and wherein from the servo drive to the crankshaft outside and during the forming process at most a torque is applied, which is at least 20% smaller than the torque at 100% nominal force.
  • the servo drive and its inverter can be significantly smaller
  • Servo drive and proportionally transform under release of kinetic energy of the mass system This makes it possible to dimension the servo drive in relation to the nominal power of the press small.
  • the servo drive provides a maximum of 80% of a nominal pressing force of the press for a forming process and that the
  • Servo drive at least 20% of the nominal press force of the press for the forming process provides. This makes it possible to make a undersizing of the servo drive with respect to its maximum power with respect to a nominal pressing force of the press. This will be the
  • Figure 1 a diagram in which for a press a
  • Plunger is in top dead center
  • Figure 2 a diagram in which for. the press again the speed of the servo drive is removed above the position of the plunger, wherein the press continues from a position in which - in continuation of the sequence shown in the first diagram - the plunger passes the top dead center at a speed of 10 U / min ,
  • FIG. 1 shows a diagram D1 in which for a press a speed DZ of a servo drive indicated in revolutions per minute is plotted over a position ST of a plunger, the press starting from a position I in which the plunger is at top dead center OT1 stands. From standstill, the speed DZ of the servo drive is continuously increased to 75 ü / min, in which case a kinetic energy contained in a mass system downstream of the servo drive builds up and increases. From one
  • Servo drive provided energy also in the
  • Mass system stored energy is needed. Thereafter, the speed DZ of the servo drive continues to decrease, because using the servo drive energy recovery occurs to ensure a sufficient time window for a parts transport and a caretaker of the die.
  • the servo drive is operated as a generator.
  • the mass system will depend on one Position III of the plunger - even before it reaches the top dead center OT2 - fed by increasing the speed of the servo drive energy again.
  • Diagram D2 how the ram passes top dead center 0T2 at the beginning of a second cycle at a speed of the servo drive of 10 rpm and thus already energetic.
  • the servo drive then rotates up again to a speed of 75 rpm, thereby further increasing the kinetic energy of the mass system.
  • the following, further sequence is similar to that described for the figure 1 further sequence.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Press Drives And Press Lines (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Control Of Presses (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zum Betrieb einer Presse mit wenigstens 80% ihrer Nennpresskraft, insbesondere einer Kurbelpresse zum Umformen, insbesondere zum Schmieden von Werkstücken wie insbesondere eine Schmiedekurbelpresse, wobei die Presse einen Servoantrieb und ein zwischen dem Servoantrieb und einem Werkstück angeordnetes, sich im Betrieb der Presse bewegendes Massensystem umfasst, wobei eine Masse des Massensystems wenigstens durch einen Stößel und wenigstens durch eine Antriebswelle gebildet ist, wobei das Massensystem wenigstens zeitweise von dem Servoantrieb angetrieben wird, wobei von dem Servoantrieb maximal 80% der Nennpresskraft für einen Umformvorgang zur Verfügung gestellt wird und wobei die Masse des Massensystems durch den Servoantrieb vor dem Umformvorgang derart beschleunigt wird, dass beim Umformvorgang wenigstens 80% der Nennpresskraft zur Verfügung stehen.

Description

"Verfahren zum Betrieb einer Presse, insbesondere einer
Schmiedekurbelpresse"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Presse gemäß Anspruch 1 bzw. 2 sowie eine Presse gemäß Anspruch 10.
Aus der DE 10 2009 049 146 B3 ist eine Servopresse bekannt, bei welcher zur Auswahl oder Bestimmung eines Bewegungsablaufs auf die Stößelkinematik Einfluss genommen wird, wobei z.B. die Abwärtsgeschwindigkeit des Stößels oder die
Aufwärtsgeschwindigkeit des Stößels verändert wird, um einen Teiletransport zu erleichtern.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer Presse bzw. eine Presse vorzuschlagen, welches bzw. welche es ermöglicht, den Servoantrieb und dessen Umrichter trotz vergleichsweise hoher Leistung der Presse klein und damit kostengünstig zu dimensionieren. Insbesondere ist es auch Aufgabe der Erfindung, das Verhältnis von Servoantrieb und Nennpresskraft zu optimieren.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 2 bzw. 10 gelöst. In den jeweiligen Unteransprüchen sind
vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Presse, mit wenigstens 80% ihrer Nennpresskraft, insbesondere einer
Kurbelpresse zum Umformen, insbesondere zum Schmieden von Werkstücken wie insbesondere einer Schmiedekurbelpresse, sieht vor, die Presse mit einem Servoantrieb und einem zwischen dem Servoantrieb und einem Werkstück angeordnetem, sich im Betrieb der Presse bewegendes Massensystem auszustatten, wobei eine Masse des Massensystems wenigstens durch einen Stößel und wenigstens durch eine Antriebswelle gebildet ist, wobei das Massensystem wenigstens zeitweise von dem Servoantrieb
angetrieben wird, wobei von dem Servoantrieb maximal 80% der Nennpresskraft für einen Umformvorgang zur Verfügung gestellt wird und wobei die Masse des Massensystems durch den
Servoantrieb vor dem Umformvorgang derart beschleunigt wird, dass beim Umformvorgang mindestens 100% der Nennpresskraft zur Verfügung stehen. Hierdurch ist es möglich, den Servoantrieb in seiner maximalen Leistung im Vergleich zu einer maximalen Nennpresskraft der Presse zu klein zu dimensionieren.
Hierdurch werden der Servoantrieb und ein diesem
vorgeschalteter elektrischer Umrichter gemessen an der
Nennpresskraft der Presse zu kostengünstigen Bauteilen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Presse, insbesondere einer Kurbelpresse zum Umformen, insbesondere zum Schmieden von Werkstücken wie insbesondere einer
Schmiedekurbelpresse, siehe vor, die Presse mit einem
Servoantrieb und einem zwischen dem Servoantrieb und einem Werkstück angeordnetem, sich im Betrieb der Presse bewegenden Massensystem auszustatten, wobei eine Masse des Massensystems wenigstens durch einen Stößel und wenigstens durch eine
Antriebswelle gebildet ist, wobei das Massensystem wenigstens zeitweise von dem Servoantrieb angetrieben wird, wobei die erhöhte Nennpresskraft anteilig von dem Servoantrieb und dem Massensystem bereitgestellt wird und wobei die Differenz zwischen 80% Nennpresskraft und wenigstens 100% Nennpresskraft durch eine Erhöhung der Drehzahl der Masse des Massensystems und/oder durch eine Erhöhung der Masse des Massensystems ausgeglichen wird. Hierdurch ist es möglich, den Servoantrieb in seiner maximalen Leistung im Vergleich zu einer maximalen Nennpresskraft der Presse zu klein zu dimensionieren.
Hierdurch werden der Servoantrieb und ein diesem
vorgeschalteter elektrischer Umrichter gemessen an der
Nennpresskraft der Presse zu kostengünstigen Bauteilen. Weiterhin sieht das Verfahren vor, dem Massensystem seine bei dem Umformvorgang abgegebene Energie bis zu einem
nachfolgenden Umformvorgang durch den Servoantrieb wieder zuzuführen. Hierdurch ist ein kontinuierlicher,
unterbrechungsfreier Betrieb der Presse möglich.
Weiterhin ist es vorgesehen, die Presse als kontinuierlich umlaufende Presse zu betrieben. Hierdurch kann eine dynamische Energie, welche das Massensystem am Ende eines Zyklus
aufweist, in einen nachfolgenden Zyklus übernommen werden.
Es ist auch vorgesehen, dass die Kurbelwelle von dem
Servoantrieb angetrieben wird, wobei der Stößel von der
Kurbelwelle angetrieben wird und wobei von dem Servoantrieb auf die Kurbelwelle außerhalb und während des Umformvorgangs höchstens ein Drehmoment aufgebracht wird, welches mindestens 20% kleiner als das Drehmoment bei 100% Nennpresskraft ist. Bei Anwendung eines derartigen Verfahrens lassen sich der Servoantrieb und dessen Umrichter signifikant kleiner
dimensionieren als Servoantriebe und Umrichter von Pressen mit vergleichbaren Nennpresskräften.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass eine Eigenschwungmasse der Presse durch den Stößel und insbesondere durch den Stößel und die Antriebswelle und vorzugsweise auch noch durch eine
Zusatzmasse gebildet wird. Hierdurch steht zur Speicherung von Energie eine ausreichende Masse zur Verfügung, welche bei Verwendung einer Zusatzmasse auch an bestehenden Pressen im Wege einer Nachrüstung erhöhbar ist.
Es ist weiterhin vorgesehen, für den Umformvorgang die in dem Massensystems enthaltene Bewegungsenergie zu nutzen und nicht die jeweils erforderliche, volle Umformenergie aus einem elektrischen Netz zu beziehen. Hierdurch kann das Massensystem einen erheblichen Energieanteil zur Verfügung stellen.
Weiterhin ist es vorgesehen, bei einem wenigstens 80% der Nennleistung der Presse erfordernden Umformvorgang das Werkstück anteilig durch eine Antriebsleistung des
Servoantriebs und anteilig unter Abgabe kinetischer Energie des Massensystems umzuformen. Hierdurch ist es möglich, den Servoantrieb im Verhältnis zur Nennleistung der Presse klein zu dimensionieren.
Es ist vorgesehen, dass von dem Massensystem bei der Umformung wenigstens kinetische Energie im Umfang von 20% der
Nennleistung der Presse abgegeben wird. Hierdurch trägt das Massensystem erheblich zur Umformung bei.
Bei der erfindungsgemäßen Presse ist es vorgesehen, dass der Servoantrieb maximal 80% einer Nennpresskraft der Presse für einen Umformvorgang zur Verfügung stellt und dass das
Massensystem in Folge einer Beschleunigung durch den
Servoantrieb, wenigstens 20% der Nennpresskraft der Presse für den Umformvorgang zur Verfügung stellt. Hierdurch ist es möglich, in Bezug auf eine Nennpresskraft der Presse eine Unterdimensionierung des Servoantriebs bezüglich seiner maximalen Leistung vorzunehmen. Hierdurch werden der
Servoantrieb und ein diesem vorgeschalteter elektrischer
Umrichter gemessen an der Nennpresskraft der Presse zu
kostengünstigen Bauteilen.
Schließlich ist es vorgehsehen den Servoantrieb mit der
Antriebwelle zu verbinden. Hierdurch ist dieser direkt an das Massensystem angeschlossen und kann unmittelbar auf diese einwirken .
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben .
Hierbei zeigt:
Figur 1: ein Diagramm, bei welchem für eine Presse eine
Drehzahl eines Servoantriebs über einer Stellung eines Stößels abgetragen ist, wobei die Presse aus einer Stellung anläuft, in welcher der
Stößel im oberen Totpunkt steht und
Figur 2: ein Diagramm, bei welchem für. die Presse wieder die Drehzahl des Servoantriebs über der Stellung des Stößels abgetragen ist, wobei die Presse aus einer Stellung weiterläuft, in welcher - in Fortsetzung des im dem ersten Diagramm gezeigten Ablaufs - der Stößel den oberen Totpunkt bei einer Drehzahl von 10 U/min passiert.
In der Figur 1 ist ein Diagramm Dl gezeigt, bei welchem für eine Presse eine in Umdrehungen pro Minute angegebene Drehzahl DZ eines Servoantriebs über einer Stellung ST eines Stößels abgetragen ist, wobei die Presse aus einer Stellung I anläuft, in welcher der Stößel im oberen Totpunkt OT1 steht. Aus dem Stillstand heraus wird die Drehzahl DZ des Servoantriebs kontinuierlich auf 75 ü/min erhöht, wobei sich hierbei auch eine in einem dem Servoantrieb nachgelagerten Massensystem enthaltene Bewegungsenergie aufbaut und erhöht. Ab einer
Stellung II des Stößels, welche etwa 50 mm vor dessen
Umkehrpunkt bzw. unteren Totpunkt UT1 liegt, wird die Drehzahl von 75 U/min beibehalten. Während eines Umformprozesses UFPl,welcher etwa beginnt, wenn der Stößel 1,5 mm vor seinem unteren Totpunkt UT1 steht und welcher etwa endet, wenn der Stößel etwa 2,5 mm bis 4,5 mm hinter seinem unteren Totpunkt UT1 steht, fällt die Drehzahl DZ von 75 U/min auf 60 U/min um 20% ab, da für den Umformprozess neben der von dem
Servoantrieb zur Verfügung gestellten Energie auch in dem
Massensystem gespeicherte Energie benötigt wird. Anschließend fällt die Drehzahl DZ des Servoantriebs weiter ab, da unter Verwendung des Servoantriebs eine Energierückspeisung erfolgt, um ein ausreichendes Zeitfenster für einen Teiletransport und eine Pfleger des Gesenks sicher zu stellen. Während der
Energierückspeisung wird der Servoantrieb als Generator betrieben. Sobald der Teiletransport und die Pflege des
Gesenks abgeschlossen sind, wird dem Massensystem ab einer Stellung III des Stößels - noch bevor dieser wieder den oberen Totpunkt OT2 erreicht - durch eine Erhöhung der Drehzahl des Servoantriebs wieder Energie zugeführt.
Entsprechend zeigt ein in der Figur 2 gezeigtes zweites
Diagramm D2 wie der Stößel den oberen Totpunkt 0T2 zu Beginn eines zweiten Zyklus bei einer Drehzahl des Servoantriebs von 10 ü/min und damit bereits energiegeladen passiert. In dem in der Figur 2 gezeigten zweiten Zyklus dreht der Servoantrieb dann wieder auf eine Drehzahl von 75 U/min hoch und erhöht hierbei weiter die Bewegungsenergie des Massensystems. Der nachfolgende, weitere Ablauf gleicht dem zu der Figur 1 beschrieben weiteren Ablauf. Um den unteren Totpunkt UT2 herum erfolgt wieder ein starker Drehzahlabfall, da das Massensystem Energie abgibt. Anschließend sinkt die Drehzahl durch
Energierückspeisung ebenfalls wieder weiter ab und wird dann wieder erhöht, damit der Stößel den oberen Totpunkt OT3 bei einer Drehzahl des Servoantriebs von 10 ü/min durchläuft.
Bezugs zeichenliste :
Dl erstes Diagramm
D2 zweites Diagramm
DZ Drehzahl des Servoantriebs
OT1 oberer Totpunkt im ersten Zyklus
OT2 oberer Totpunkt im zweiten Zyklus
ST Stellung des Stößels
UFP1 Umformprozess im ersten Zyklus
UFP2 Umformprozess im zweiten Zyklus
UT1 unterer Totpunkt im ersten Zyklus
UT2 unterer Totpunkt im zweiten Zyklus
I erste Stellung des Stößels im ersten Zyklus
II zweite Stellung des Stößels im ersten Zyklus
III dritte Stellung des Stößels im ersten Zyklus

Claims

Ansprüche :
1. Verfahren zum Betrieb einer Presse mit wenigstens 80% ihrer Nennpresskraft, insbesondere einer Kurbelpresse zum Umformen, insbesondere zum Schmieden von Werkstücken wie insbesondere eine Schmiedekurbelpresse,
wobei die Presse einen Servoantrieb und ein zwischen dem Servoantrieb und einem Werkstück angeordnetes, sich im Betrieb der Presse bewegendes Massensystem umfasst, wobei eine Masse des Massensystems wenigstens durch einen Stößel und wenigstens durch eine Antriebswelle gebildet ist ,
wobei das Massensystem wenigstens zeitweise von dem
Servoantrieb angetrieben wird,
wobei von dem Servoantrieb maximal 80% der Nennpresskraft für einen Umformvorgang zur Verfügung gestellt wird, wobei die Masse des Massensystems durch den Servoantrieb vor dem Umformvorgang derart beschleunigt wird, dass beim Umformvorgang wenigstens mindestens 100% der
Nennpresskraft zur Verfügung stehen.
2. Verfahren zur Erhöhung der Nennpresskraft einer Presse, insbesondere einer Kurbelpresse zum Umformen, insbesondere zum Schmieden von Werkstücken wie insbesondere eine
Schmiedekurbelpresse,
wobei die Presse einen Servoantrieb und ein zwischen dem Servoantrieb und einem Werkstück angeordnetes, sich im Betrieb der Presse bewegendes Massensystem umfasst, wobei eine Masse des Massensystems wenigstens durch einen Stößel und wenigstens durch eine Antriebswelle gebildet ist,
wobei das Massensystem wenigstens zeitweise von dem
Servoantrieb angetrieben wird,
wobei die erhöhte Nennpresskraft anteilig von dem
Servoantrieb und dem Massensystem bereitgestellt wird, wobei die Differenz zwischen 80% Nennpresskraft und wenigstens 100% Nennpresskraft durch eine Erhöhung der Drehzahl der Masse des Massensystems und/oder durch eine Erhöhung der Masse des Massensystems ausgeglichen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Massensystem seine bei dem
Umformvorgang abgegebene Energie bis zu einem nachfolgenden Umformvorgang durch den Servoantrieb wieder zugeführt wird.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Presse als kontinuierlich umlaufende Presse betrieben wird,
wobei eine Energie, welche in dem Massensystem am Ende eines Zyklus enthalten ist, durch einen kontinuierlichen Lauf der Presse in einen nachfolgenden Zyklus übernommen wird .
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle von dem Servoantrieb angetrieben wird,
dass der Stößel von der Kurbelwelle angetrieben wird und dass von dem Servoantrieb auf die Kurbelwelle außerhalb und während des Umformvorgangs höchstens ein Drehmoment aufgebracht wird, welches bei maximal 80eines
erforderlichen Drehmoments liegt.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eigenschwungmasse der Presse durch den Stößel und insbesondere durch den Stößel und die Antriebswelle und vorzugsweise eine Zusatzmasse gebildet wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem
Massensystem enthaltene Bewegungsenergie zu nutzen und nicht die jeweils erforderliche, volle Umformenergie aus einem elektrischen Netz zu beziehen.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem wenigstens 80% der Nennleistung der Presse erfordernden Umformvorgang das Werkstück anteilig durch eine Antriebsleistung des Servoantriebs und anteilig unter Abgabe kinetischer Energie des Massensystems umgeformt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch
gekennzeichnet wobei von dem Massensystem bei der Umformung wenigstens im Umfang von 20% der Nennleistung der Presse kinetische Energie abgegeben wird.
10. Presse, insbesondere Kurbelpresse zum Umformen,
insbesondere zum Schmieden von Werkstücken wie insbesondere Schmiedekurbelpresse, wobei die Presse einen Servoantrieb umfasst, wobei die Presse ein zwischen dem Servoantrieb und einem Werkstück angeordnetes, sich im Betrieb der Presse bewegendes Massensystem umfasst, wobei eine Masse des
Massensystems wenigstens durch einen Stößel und wenigstens durch eine Antriebswelle gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Servoantrieb maximal 80% einer Nennpresskraft der Presse für einen Umformvorgang zur Verfügung stellt und
dass das Massensystem in Folge einer Beschleunigung durch den Servoantrieb, wenigstens 10% der Nennpresskraft der Presse für den Umformvorgang zur Verfügung stellt.
11. Presse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Servoantrieb mit der Antriebwelle verbunden ist.
EP16801194.8A 2015-11-26 2016-11-24 Verfahren zum betrieb einer presse, insbesondere einer schmiedekurbelpresse Active EP3380314B1 (de)

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EP3380314A1 true EP3380314A1 (de) 2018-10-03
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