[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Versorgen von elektronisch gesteuerten Antrieben,
insbesondere Antrieben für Werkstückhandhabungseinrichtungen, in und an einer Presse
mit Energie, wobei die Werkstückhandhabungseinrichtungen elektromechanisch angetrieben
und elektronisch gesteuert sind, und wobei die Presse einen Pressenstößel aufweist.
[0002] Zum Bewegen von Werkstücken in Pressen sind aus der Praxis unterschiedlich ausgebildete
Werkstückhandhabungseinrichtungen bekannt.
[0003] Diese Werkstückhandhabungseinrichtungen werden elektromechanisch angetrieben und
transportieren das Werkstück in die Presse hinein, von einer Station einer Mehrstufenpresse
zu der nächsten Station, und aus der Presse wieder hinaus.
[0004] Hierbei bewegen sich die Werkstückhandhabungseinrichtungen jedoch auch durch den
Bewegungsbereich der Pressenstempel und anderer bewegter Bauteile der Presse.
[0005] Im Normalbetrieb sind die Bewegungen der einzelnen Komponenten durch geeignete Einrichtungen
aufeinander abgestimmt, d.h. synchronisiert.
[0006] Bei Ausfall der elektrischen Energie, beispielsweise bei einem Netzspannungsausfall,
funktionieren die Antriebe und die übergeordnete Steuerung der Presse jedoch nicht
mehr. Hierbei wird die elektrische Synchronisierung der einzelnen Antriebe sowohl
der Presse als auch der Werkstückhandhabungseinrichtungen aufgehoben. Die Antriebe
werden vom Netz getrennt und mechanisch, mittels mit Federdruck arbeitenden Festhaltebremsen,
bremsen die einzelnen Antriebe ungeführt auf Drehzahl Null.
[0007] Gleichzeitig wird die Kupplung für die Presse abgeschaltet und der Pressenstößel
bewegt sich, abhängig von der momentanen Hubzahl, mit einem bestimmten Nachlaufwinkel
bzw. Nachlaufweg weiter.
[0008] Je nach Stellung des Pressenstößels zum Zeitpunkt des Ausfalls der elektrischen Energie
besteht daher die Gefahr einer Kollision des Oberwerkzeugs der Presse mit den elektronisch
gesteuerten Werkstückhandhabungseinrichtungen, da sich diese ebenfalls bei einem Spannungsausfall
unkontrolliert und somit unkoordiniert bezüglich des Pressenstößels weiterbewegen.
Derartige Kollisionen können zu Beschädigungen der Presse oder einzelner Pressenteile
führen, so daß die Presse nicht mehr für die Produktion zur Verfügung steht und ein
entsprechender wirtschaftlicher Schaden entsteht.
[0009] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Versorgen
von elektronisch gesteuerten Antrieben, insbesondere Antrieben für Werkstückhandhabungseinrichtungen,
in und an einer Presse mit Energie vorzusehen, mit dem die kollisionsgefährdeten Bauteile
bzw. Baugruppen solange mit Energie versorgt werden können, bis sich diese in einem
kollisionsfreien Bereich befinden.
[0010] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 genannten Merkmale gelöst.
[0011] Dadurch, daß wenigstens die Werkstückhandhabungseinrichtungen wenigstens kurzfristig,
d.h. solange, bis sie in einen kollisionsfreien Bereich verfahren wurden, aus dem
Zwischenkreis mit Spannung versorgt werden, können Kollisionen mit dem Pressenstößel
oder anderen Bauteilen der Presse vermieden werden.
[0012] Da auch alle anderen für die Bewegung der Werkstückhandhabungseinrichtungen maßgeblichen
Einrichtungen trotz des Netzspannungsausfalles weiterhin mit Spannung versorgt werden,
können alle Einrichtungen in eine definierte Grundposition gefahren werden, wobei
aus dieser Grundposition heraus die Presse wieder problemlos angefahren werden kann.
[0013] Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch
den Unteransprüchen und den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen
Ausführungsbeispielen.
[0014] Die Figur zeigt schematisch die Komponenten des Antriebs für eine dreiachsige Werkstückhandhabungseinrichtung.
Bezugnehmend auf die Figur ist ein Netzschütz 1 dargestellt, mit dem die gesamte dargestellte
Anordnung mit Spannung versorgt wird. Dem Netzschütz 1 nachgeschaltet ist eine Versorgungs-
und Rückspeiseeinheit 2, in welcher die Wechselspannung aus dem Netz gleichgerichtet
wird.
[0015] Durch die Versorgungs- und Rückspeiseeinheit 2 kann die von der Presse erzeugte Bremsenergie
über das Netz auch an andere Verbraucher weitergeleitet werden, d.h. die Presse kann
wirtschaftlicher betrieben werden.
[0016] Im Anschluß an die Versorgungs- und Rückspeiseeinrichtung 2 sind Kondensatoren 3
angeordnet, die in einem Zwischenkreis 13 angeordnet sind und die die von der Presse
oder den Werkstückhandhabungseinrichtungen erzeugte elektrische Bremsenergie speichern.
Selbstverständlich können die Kondensatoren 3 jedoch auch durch die normale Netzspannung
aufgeladen werden. In einem geregelten DC/DC-Wandler 4, der den Kondensatoren 3 nachgeordnet
ist, wird die von der Versorgungs- und Rückspeiseeinheit 2 gleichgerichtete Spannung
in geeignete Spannungen zum Betrieb verschiedener Komponenten des dargestellten Antriebes,
beispielsweise der Steuerung 5 für die einzelnen Antriebe der nicht dargestellten
Werkstückhandhabungseinrichtungen oder für Winkelschrittgeber 6 für jede einzelne
Achse der Werkstückhandhabungseinrichtung, umgewandelt.
[0017] Da es sich, wie bereits erwähnt, bei den in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
beschriebenen Werkstückhandhabungseinrichtungen um dreiachsige Werkstückhandhabungseinrichtungen
handelt, sind insgesamt auch drei Winkelschrittgeber 6 notwendig, d.h. für jede Achse
ein separater Winkelschrittgeber 6, genauso wie jede einzelne Achse von einem separaten
Antriebsmotor 7 angetrieben wird.
[0018] Selbstverständlich kann die beschriebene Anordnung jedoch auch auf Werkstückhandhabungseinrichtungen
mit mehr oder weniger als drei Achsen angewandt werden.
[0019] Da die Antriebsmotoren 7 für die einzelnen Achsen der Werkstückhandhabungseinrichtungen
meist als pulsumrichtergespeiste Asynchronmaschinen oder bürstenlose Gleichstromantriebe
ausgeführt sind, sind parallel zu dem geregelten DC/DC-Wandler 4 Transistorpulsumrichter
8 vorgesehen, d.h. bei den in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehenen Antriebsmotoren
7 handelt es sich um pulsumrichtergespeiste Asynchronmaschinen. Gleichzeitig wird
auch der Pressenhauptantrieb 9 der Presse von der Steuerung 5 gesteuert und von den
bereits beschriebenen Einrichtungen zur Spannungsversorgung mit einer geeigneten Spannung
versorgt. Auch hier wird für den Pressenhauptantrieb 9 der Gleichstrom vom Zwischenkreis
13 von einem Transistorpulsumrichter 8 in Wechselstrom umgewandelt. Um die Stellung
des Pressenhauptantriebs 9 permanent feststellen und an die Steuerung 5 weitergeben
zu können, sind zwei Absolutwert-Winkelgeber 10, 11 vorgesehen.
[0020] Zusätzlich sind Haltemagnetbremsen 12 vorgesehen, die, falls an ihnen keine Spannung
anliegt, die Achsen der Werkstückhandhabungseinrichtungen in ihrer abgebremsten Stellung
halten.
[0021] Tritt bei einer derartigen Anordnung der einzelnen Komponenten des Antriebes unerwartet
ein Netzspannungsausfall auf, so wird der Pressenstößel über eine Kupplung von seinem
Antrieb getrennt. Der Pressenstößel bewegt sich, abhängig von der momentanen Hubzahl,
mit einem bestimmten Nachlaufweg weiter. Um die koordinierte bzw. synchronisierte
Bewegung von Pressenstößel und Werkstückhandhabungseinrichtungen aufrechtzuerhalten,
müssen die Werkstückhandhabungseinrichtungen - trotz fehlender Netzenergie - dem Nachlauf
des Pressenstößels mit den zugeordneten Positionswerten folgen.
[0022] Alle für die Bewegung der Werkstückhandhabungseinrichtungen maßgeblichen Komponenten,
also insbesondere die Steuerung 5 und die Antriebsmotoren 7 mit allen hierzu notwendigen
Einrichtungen, werden jetzt mit der gespeicherten Energie des Zwischenkreises 13,
d.h. aus den Kondensatoren 3, versorgt. Die Zwischenkreis-Gleichspannung wird in den
Transistorpulsumrichtern 8 in Wechselspannung für die Antriebsmotoren 7 der einzelnen
Achsen der Werkstückhandhabungseinrichtungen umgewandelt und in dem geregelten DC/DC-Wandler
4 auf eine für die Spannungsversorgung anderer notwendiger Komponenten geeignete Spannung,
beispielsweise die Versorgungsspannung für die Steuerung 5, umgewandelt. Somit kann
der Synchronbetrieb von Pressenstößel und Werkstückhandhabungseinrichtungen solange
aufrecht erhalten werden, bis der Pressenstößel steht und die Werkstückhandhabungseinrichtungen
sich in einem kollisionsfreien Bereich befinden.
[0023] Hierbei werden über die Absolutwert-Winkelgeber 10,11 die Stellung des Pressenstößels
und über die Winkelschrittgeber 6 die Stellungen der Antriebsmotoren 7 abgefragt und
an die Steuerung 5 übermittelt.
[0024] Aus dieser definierten, synchronen Haltestellung ist ein problemloses Wiederanfahren
der Presse möglich.
[0025] Die nunmehr entladenen Kondensatoren 3 können nach einem erneuten Anliegen der Netzspannung
wieder aufgeladen werden. Alternativ können die Kondensatoren 3 jedoch auch von bewegten
Teilen an der Presse oder den Werkstückhandhabungseinrichtungen durch Umwandlung deren
kinetischer Energie in elektrische Energie aufgeladen werden. So kann beispielsweise
die kinetische Energie des Schwungrades der Presse hierzu vorteilhaft verwendet werden.
[0026] Es kann auch vorgesehen sein, daß, falls von einer geeigneten Erkennungseinrichtung
festgestellt wird, daß ein synchrones Folgen der bewegten Bauteile bis zum Pressenstillstand
nicht möglich ist, die kollisionsgefährdeten Bauteile der Werkstückhandhabungseinrichtungen
nur aus dem Kollisionsbereich gefahren werden, während der Pressenstößel unkontrolliert
abgebremst wird, um auf diese Art und Weise eine Beschädigung der Presse oder von
Pressenbauteilen zu vermeiden, d.h. anstatt den koordinierten Betrieb der Werkstückhandhabungseinrichtungen
mit dem Pressenstößel bis zum Stillstand aufrechtzuerhalten, werden die Werkstückhandhabungseinrichtungen
möglichst schnell aus dem möglichen Kollisionsbereich herausgefahren.
[0027] Die Werkstückhandhabungseinrichtungen können beispielsweise als Transfersysteme,
welche Greiferschienen aufweisen, als Saugertraversen oder Werkstückeinlege- und/oder
-entnahmeeinrichtungen ausgeführt sein. Sollten die Kondensatoren 3 zum Zeitpunkt
des Ausfalls der Netzspannung nicht aufgeladen sein, so können die Kondensatoren 3
vorteilhaft, wie bereits erwähnt, noch über die kinetische Energie der bewegten Massen
der Presse im Generatorbetrieb der Antriebsmotoren 7 auf den Zwischenkreis 13 aufgeladen
werden. Mit dieser noch zur Verfügung stehenden Energie können dann, wie bereits erwähnt,
die notwendigen Komponenten des Antriebs noch mit Spannung versorgt werden.
[0028] Aus wirtschaftlichen Gründen sind die Zwischenkreiskondensatoren bei Antriebsverstärkern
üblicherweise nur klein dimensioniert. Für den beschriebenen Anwendungsfall müssen
normalerweise jedoch größere Zwischenkreiskondensatoren vorgesehen werden, um ausreichend
Energie für den dargestellten Antrieb der Werkstückhandhabungseinrichtungen bei einem
Netzspannungsausfall zur Verfügung zu haben. Die Auswahl geeigneter Kondensatoren
liegt hierbei im Ermessen des Fachmannes.
[0029] Im Normalbetrieb, d.h. wenn die Presse läuft und die Zwischenkreiskondensatoren bereits
aufgeladen sind, führen beispielsweise ein pulsgesteuerter Widerstand mit Energieumwandlung
in Wärme oder netzseitige Pulswechselrichter mit Energienetzrückspeisung die Bremsenergie
der Presse ab.
[0030] Anstatt aus dem Zwischenkreis 13 kann die Energie zum Bewegen aller gefährdeten Bauteile
einer Presse in einen kollisionsfreien Bereich auch aus einer unterbrechungsfreien
Stromversorgung, z.B. einer Batterie, bezogen werden, so daß auch auf diese Art und
Weise eine Kollision gefährdeter Bauteile vermieden werden kann.
1. Verfahren zum Versorgen von elektronisch gesteuerten Antrieben, insbesondere Antrieben
für Werkstückhandhabungseinrichtungen, in und an einer Presse mit Energie, wobei die
Werkstückhandhabungseinrichtungen elektromechanisch angetrieben und elektronisch gesteuert
sind, und wobei die Presse einen Pressenstößel aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei einem Netzspannungsausfall wenigstens die Werkstückhandhabungseinrichtungen wenigstens
kurzfristig von einem Zwischenkreis (13) eines Antriebsverstärkers oder einer unterbrechungsfreien
Stromversorgung mit Spannung versorgt werden, wobei alle für die Bewegung der Werkstückhandhabungseinrichtungen
maßgeblichen Einrichtungen aus dem Zwischenkreis (13) oder der unterbrechungsfreien
Stromversorgung mit Spannung versorgt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
Kondensatoren (3) in dem Zwischenkreis (13) der Antriebsverstärker durch die kinetische
Energie von bewegten Massen in und an der Presse oder durch die anliegende Netzspannung
aufgeladen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kondensatoren (3) in dem Zwischenkreis (13) des Antriebsverstärkers durch die
Energie des Schwungrades der Presse aufgeladen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Werkstückhandhabungseinrichtungen nach dem Feststellen eines Netzspannungsausfalles
aus dem Kollisionsbereich gefahren werden, wobei andere bewegte Bauteile der Presse
ungesteuert abgebremst werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
nach dem Feststellen eines Netzspannungsausfalles die synchrone Bewegung der Werkstückhandhabungseinrichtungen
und anderer maßgeblicher Teile der Presse bis zum Pressenstillstand aufrecht erhalten
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Werkstückhandhabungseinrichtungen Transfersysteme mit Greiferschienen verwendet
werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Werkstückhandhabungseinrichtungen Saugertraversen verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Werkstückhandhabungseinrichtungen Werkstückeinlege- und/oder -entnahmeeinrichtungen
verwendet werden.