[0001] Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung zur Steuerung einer Pressbearbeitung
einer Presse.
[0002] Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer Pressbearbeitung
einer Presse.
[0003] Bei handelsüblichen Pressen werden zur Überwachung der Pressbearbeitung Kraftmesseinrichtungen,
die z.B. in Form von Kraftmesssensoren oder Dehnungsmessstreifen vorliegen können,
die auftretenden Presskräfte gemessen und z.B. im Falle einer Exzenterpresse über
den sogenannten Pressenwinkel aufgetragen. Wenn die gemessenen Kräfte einen vorgegebenen
Toleranzbereich verlassen, wird die Presse gestoppt.
[0004] Bei der oben genannten Überwachung der Pressbearbeitung, d.h. genauer ausgedrückt
des Pressbearbeitungsverlaufs wird somit der Einsatz einer einzelnen oder mehrerer
Kraftmesseinrichtungen zur Messung der Presskraft oder der Presskräfte notwendig,
was zum Einen die Presse verteuert und zum Anderen, da die Kraftmesseinrichtungen
auch ausfallen können, die Verfügbar der Presse zur Produktion vermindert.
[0005] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Überwachung einer Pressbearbeitung einer Presse
zu ermöglichen, ohne dass dafür eine Kraftmesseinrichtung benötigt wird.
[0006] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebseinrichtung zur Steuerung einer Pressbearbeitung
einer Presse, wobei die Presse einen Motor zur Erzeugung einer Presskraft aufweist,
wobei die Antriebseinrichtung eine Überwachungseinheit aufweist, die einen Motorstromverlauf
des Motors überwacht und/oder aus dem Motorstromverlauf einen Presskraftverlauf ermittelt
und den Presskraftverlauf überwacht, wobei die Überwachungseinheit wenn der Motorstromverlauf
und/oder der Presskraftverlauf einen Toleranzbereich verlässt, ein Anhalten der Pressbearbeitung
bewirkt.
[0007] Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung einer Pressbearbeitung
einer Presse, die einen Motor zur Erzeugung einer Presskraft aufweist, wobei ein Motorstromverlauf
des Motors überwacht wird und/oder aus dem Motorstromverlauf ein Presskraftverlauf
ermittelt wird und der Presskraftverlauf überwacht wird, wobei wenn der Motorstromverlauf
und/oder der Presskraftverlauf einen Toleranzbereich verlässt, die Pressbearbeitung
angehalten wird.
[0008] Es ist dabei vorteilhaft, eine Presse, die die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung
aufweist, auszubilden.
[0009] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im
Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:
- FIG 1
- eine Presse
- FIG 2
- einen Motorstromverlauf mit einem zugehörigen Toleranzbereich und
- FIG 3
- ein Presskraftverlauf mit einem zugehörigen Toleranzbereich.
[0010] In FIG 1 ist in Form einer schematisierten Darstellung eine Presse 1 dargestellt,
die im Rahmen des Ausführungsbeispiels, eine Presskraft F mit Hilfe eines Linearmotors
3 erzeugt. Die Presse kann aber auch z.B. in Form einer Exzenterpresse vorliegen,
die mit Hilfe einer Exzenterwelle die Presskraft erzeugt oder aber z.B. auch in Form
einer Spindelpresse, bei der ein rotatorischer Motor eine Spindel zur Erzeugung einer
Presskraft antreibt. Selbstverständlich kann die Erfindung jedoch auch bei anderen
Typen von Pressen eingesetzt werden.
[0011] Der Linearmotor 3 ist an einem Pressenständer 2 befestigt und treibt eine Stange
4, an die ein oberes Werkzeug 5 angebracht ist, an. Weiterhin weist die Presse 1 einen
Maschinentisch 7 auf, auf dem ein unteres Werkzeug 6 angeordnet ist. Auf dem unteren
Werkzeug 6 liegt ein Werkstück 22, das z.B. in Form eines Blechs vorliegen kann, auf.
Zu Beginn der Pressbearbeitung befindet sich die Stange 4 und das obere Werkzeug 5
in einer oberen Ausgangsstellung. Der Linearmotor 3 erzeugt nun die Presskraft F,
die über die Stange 4 auf das obere Werkzeug 5 einwirkt und dieses in der Darstellung
gemäß FIG 1 senkrecht nach unten bewegt und das Werkstück 22, mittels des oberen Werkzeugs
5, in das untere Werkzeug 6 presst. Anschließend wird am Ende der Pressbearbeitung
das obere Werkzeug 5 über die Stange 4 vom Linearmotor 3 wieder senkrecht nach oben
in die Ausgangsstellung verfahren. Der Pressbearbeitungsvorgang ist somit beendet
und es kann ein neues Werkstück bearbeitet werden.
[0012] Zur Steuerung der Pressbearbeitung weist die Presse 1 eine Antriebseinrichtung 19
auf, die im Rahmen des Ausführungsbeispiels eine Steuereinrichtung 12, eine Regeleinrichtung
11 und einen Stromrichter 9 aufweist. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels sind die
Steuereinrichtung 12, die Regeleinrichtung 11 und der Stromrichter 9 baulich unterschiedliche
Einrichtungen. Dies muss jedoch nicht so sein, sondern die oben genannten Einrichtungen
können auch baulich zusammen gefasst sein, so kann z.B. die Steuereinrichtung 12 und
die Regeleinrichtung 11 baulich innerhalb z.B. einer Baugruppe verwirklicht sein.
[0013] Die Steuereinrichtung 12 weist eine Steuereinheit 13 auf, die Sollwerte zur Steuerung
der Bewegung des oberen Werkzeugs 5 an die Regeleinrichtung 11 ausgibt, was durch
einen Pfeil 23 in FIG 1 dargestellt ist. Die Regeleinrichtung 11 erhält die Lage x
des oberen Werkzeugs 5 als Regelistgröße zugeführt. Weiterhin wird die Lage x der
Steuereinrichtung 12 als Eingangsgröße zugeführt. Die Regeleinrichtung 11 steuert
einen Stromrichter 9 an, was durch einen Pfeil 10 in FIG 1 dargestellt ist, wobei
der Stromrichter 9 ausgangsseitig über Leitungen 8 mit dem Linearmotor 3 verbunden
ist und die Motorströme I
1, I
2 und I
3 erzeugt.
[0014] Die erfinderische Idee beruht nun darauf, nicht, wie bei handelsüblichen Pressen
zur Überwachung der Pressbearbeitung eine Kraftmesseinrichtung in die Presse einzubauen,
sondern hierzu den Motorstrom des die Presskraft F erzeugenden Motors 3 zu verwenden.
Die vom Motor erzeugte Presskraft F kann aus dem Motorstrom I
1 gemäß der Beziehung

ermittelt werden, wobei I
eff der Effektivwert des Motorstroms I
1 ist. Im Falle der Verwendung eines Linearmotors als Motor (wie im Ausführungsbeispiel)
oder im Falle einer Spindelpresse ist die Presskraft F, welche vom Motor erzeugt wird,
dabei proportional zum Motorstrom, so dass der Faktor A eine Konstante ist, die entweder
rechnerisch oder empirisch, z.B. mittels einer einmaligen Messung ermittelt werden
kann.
[0015] Im Falle einer Exzenterpresse ist der Faktor A nicht mehr konstant, sondern hängt
vom Pressenwinkel (Drehwinkel der Exzenterwelle) und den sonstigen kinematischen Gegebenheiten
der Presse ab.
[0016] Der Stromrichter 9 weist im Rahmen des Ausführungsbeispiels ein internes Strommesssystem
zur Messung der Motorströme I
1, I
2 und I
3 auf. Der Stromrichter 9 gibt ausgangsseitig den gemessenen Strom I
1 an eine Überwachungseinheit 14, die zur Überwachung der Pressbearbeitung der Presse
1 dient, aus. Die Überwachungseinheit 14 ist im Rahmen des Ausführungsbeispiels in
die Steuereinrichtung 12 integriert. Die Überwachungseinheit kann aber auch in die
Regeleinrichtung 11 oder, falls der Stromrichter 9 über eine entsprechende Hardware
verfügt, in den Stromrichter 9 integriert sein. Vorzugsweise ist dabei die Überwachungseinheit
14 in Form von Software, welche von einem der jeweiligen Einrichtung zugeordneten
Prozessor abgearbeitet wird, realisiert. Die Überwachungseinheit kann aber auch auf
einer von dem Stromrichter, der Regeleinrichtung und der Steuereinrichtung separaten
Hardwarekomponente realisiert sein. Weiterhin können die einzelnen Einheiten der Überwachungseinheit
auch in Form von Hardwarebausteinen realisiert sein.
[0017] Die Überwachungseinheit 14 überwacht dabei den Motorstromverlauf des Linearmotors
3 auf Verlassen eines Toleranzbereiches 22a der in FIG 2 dargestellt ist, wobei die
Überwachungseinheit 14 bei Auftreten eines Motorstromverlaufs I
eff, der nicht in dem Toleranzbereich 22a liegt, ein Anhalten der Pressbearbeitung bewirkt.
[0018] Hierzu wird zunächst mittels einer Effektivwertermittelungseinheit 15 der Effektivwert
I
eff des Motorstroms I
1 berechnet und als Eingangsgröße an eine Überwachungsfunktionseinheit 16 ausgegeben.
Aus der Lage x des oberen Werkzeugs 5 ermittelt die Überwachungsfunktionseinheit 16
den zurückgelegten Weg w des oberen Werkzeugs 5 ab Ausgangslage, d.h. ab obere Ausgangsstellung
des oberen Werkzeugs 5, für jede Pressbearbeitung.
[0019] In FIG 2 ist der Motorstromverlauf I
eff über dem zurückgelegten Weg w des oberen Werkzeugs 5 aufgetragen. Dabei ist zu Beginn
der Pressbearbeitung das obere Werkzeug 5 in Ausgangsstellung, d.h. in obenstehender
Position und die Pressbearbeitung endet, wenn das obere Werkzeug 5 nach dem Herunterverfahren
auf das Werkstück 22 wieder in Ausgangsstellung nach oben verfahren ist. Dabei wird
vom oberen Werkzeug 5 insgesamt für den gesamten Vorgang die Wegstrecke w
1 zurückgelegt. Der Motorstromverlauf I
eff braucht dabei nicht unbedingt wie im Ausführungsbeispiel über dem zurückgelegten
Weg w aufgetragen sein, sondern kann auch über der Zeit t oder z.B. im Falle einer
Exzenterpresse über den Pressenwinkel, d.h. dem Drehwinkel der Exzenterwelle aufgetragen
sein. Der Verlauf des Motorstroms I
eff ist dabei bei jedem neuen Pressbearbeitungsvorgang identisch, so dass dieser quasi
ein Fingerabdruck des Pressbearbeitungsvorgangs, d.h. des Prozessverlaufs darstellt.
[0020] Vom Bediener wird ein Toleranzbereich 22a, der eine obere Grenze 20a und eine untere
Grenze 21a aufweist, vorgegeben, wobei der Toleranzbereich 22a nicht über den gesamten
Motorstromverlauf verlaufen muss sondern auch nur, wie in FIG 2 dargestellt über ein
Teilstück, bei dem vorzugsweise der wesentliche Teil der Pressbearbeitung stattfindet,
vorgegeben sein kann. Die Überwachungsfunktionseinheit 16 überwacht nun den Motorstromverlauf
I
eff auf Verlassen des Toleranzbereichs 22a. Wenn der Motorstromverlaufs den Toleranzbereich
22a verlässt, d.h. im Falle eines Überschreitens der oberen Grenze 20a und/oder eines
Unterschreitens der unteren Grenze 21a, wird ein Anhalten der Pressbearbeitung durch
die Überwachungsfunktionseinheit 16 bewirkt, in dem die Überwachungsfunktionseinheit
16 ein Anhaltesignal S erzeugt und an die Steuereinheit 13 übermittelt. Die Steuereinheit
13, hält daraufhin die Presse an. Das Anhalten der Pressbearbeitung kann dabei z.B.
in Form eines sofortigen Stoppens der Pressbearbeitung vorliegen aber auch z.B. in
Form eines sogenannten oberen Totpunktstopps, bei dem die Presse nicht sofort gestoppt
wird, sondern das obere Werkzeug 5 noch nach oben in die Ausgangslage verfahren wird,
bevor die Presse endgültig gestoppt wird.
[0021] Ein Verlassen des Stromverlaufs des Toleranzbereichs kann z.B. auftreten, wenn das
obere Werkzeug 5 oder das untere Werkzeug 6 verschließen sind oder aber z.B. ein falsches
Werkstück 20 in die Presse eingelegt ist.
[0022] Alternativ oder zusätzlich kann die Überwachungseinheit 14 eine Presskraftermittelungseinheit
17 aufweisen, die gemäß obenstehender Beziehung aus dem Motorstromverlauf I
eff, den Presskraftverlauf F berechnet und an die Überwachungsfunktionseinheit 18 ausgibt.
Die Überwachungsfunktionseinheit 18 überwacht nun in analoger Weise wie die Überwachungsfunktionseinheit
16 den Motorstromverlauf überwacht, den Presskraftverlauf F mittels eines an den Presskraftverlauf
angepassten entsprechenden Toleranzbereichs 22b, der eine obere Grenze 20b und eine
untere Grenze 21b aufweist, was in FIG 3 dargestellt ist. Die Überwachung des Presskraftverlaufs
erfolgt wie schon gesagt in analoger Weise wie die Überwachung des Motorstromverlaufs.
Wenn der Presskraftverlauf F den zugehörigen Toleranzbereich 22b verlässt, wird von
der Überwachungsfunktionseinheit 18 ein entsprechendes Anhaltesignal S erzeugt, das
in identischer Weise wie schon oben beschrieben, ein Anhalten der Pressbearbeitung
bewirkt.
[0023] Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass anstatt des Motorstroms I
1 auch die in den anderen Phasen des Motors auftretenden Motorströme I
2 und I
3 verwendet werden können.
[0024] Weiterhin sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Effektivwertermittelungseinheit
15 nicht wie im Ausführungsbeispiel beschrieben nur betragsmäßig den Effektivwert
ausgeben kann, sondern auch mit einem entsprechenden Vorzeichen versehen, in abhängig
der Stromrichtung ausgeben kann, so dass der Motorstromverlauf auch negative Werte
annehmen kann.
[0025] Weiterhin sei an dieser Stelle angemerkt, dass der Motorstrom auch in Form eines
Betrags eines Raumzeigers vorliegen kann, der z.B. aus den drei Motorströmen I
1, I
2 und I
3 ermittelt wird.
[0026] Wenn eine Presse nicht wie im Ausführungsbeispiel nur einen einzelnen Motor zur Erzeugung
der Presskraft aufweist, sondern mehrere Motoren, so kann die jeweilige Presskraft,
die von jedem Motor erzeugt wird mittels der Erfindung getrennt voneinander überwacht
werden. Solchermaßen können die auftretenden Presskräfte überwacht werden.
[0027] Im Rahmen des Ausführungsbeispiels erfolgt die Überwachung auf Verlassen des Toleranzbereichs
indem ein Toleranzbereich direkt in Form eines Toleranzschlauches um den Motorstromverlauf
und/oder den Presskraftverlauf gelegt wird und somit der Toleranzbereich in einer
direkten Form vorliegt. Dies muss jedoch nicht unbedingt so sein. Der Toleranzbereich
kann auch im Sinne der Erfindung in indirekter und/oder impliziter Form vorliegen.
So kann z.B. zur Auswertung zunächst ein Differenzverlauf ermittelt werden, indem
die Differenz von dem Motorstromverlauf und/oder dem Presskraftverlauf zu einem festgelegten
Sollverlauf ermittelt wird und der Differenzverlauf auf Unter- und/oder Überschreitung
eines einzelnen oder mehrerer verschiedener z.B. verlaufsabschnittsweise festgelegter
Grenzwerte überwacht wird. Im Sinne der vorliegenden Erfindung stellt auch eine solche
Überwachung eine Überwachung des Motorstromverlaufs und/oder des Presskraftverlaufs
auf Verlassen eines Toleranzbereichs dar. Der Toleranzbereich ist in diesem Fall über
den Grenzwert oder die Grenzwerte und den festgelegten Sollverlauf indirekt definiert.
Wenn der Motorstromverlauf und/oder der Presskraftverlauf den Toleranzbereich verlässt,
wird ein Anhalten der Pressbearbeitung bewirkt.
[0028] Weiterhin sei an dieser Stelle angemerkt, dass in FIG 2 und FIG 3 die Skalierung
der jeweilig senkrecht verlaufenden Achse so gewählt wurde, dass der Motorstromverlauf
und der Presskraftverlauf gleich groß dargestellt sind.
1. Antriebseinrichtung zur Steuerung einer Pressbearbeitung einer Presse (1), wobei die
Presse (1) einen Motor (3) zur Erzeugung einer Presskraft aufweist, wobei die Antriebseinrichtung
(19) eine Überwachungseinheit (14) aufweist, die einen Motorstromverlauf (I1,Ieff) des Motors (3) überwacht und/oder aus dem Motorstromverlauf (I1,Ieff) einen Presskraftverlauf (F) ermittelt und den Presskraftverlauf (F) überwacht, wobei
die Überwachungseinheit (14) wenn der Motorstromverlauf (I1,Ieff) und/oder der Presskraftverlauf (F) einen Toleranzbereich (22a,22b) verlässt, ein
Anhalten der Pressbearbeitung bewirkt.
2. Presse mit einer Antriebseinrichtung (19) nach Anspruch 1
3. Verfahren zur Überwachung einer Pressbearbeitung einer Presse (1), die einen Motor
(3) zur Erzeugung einer Presskraft aufweist, wobei ein Motorstromverlauf (I1,Ieff) des Motors (3) überwacht wird und/oder aus dem Motorstromverlauf (I1,Ieff) ein Presskraftverlauf (F) ermittelt wird und der Presskraftverlauf (F) überwacht
wird, wobei wenn der Motorstromverlauf (I1,Ieff) und/oder der Presskraftverlauf (F) einen Toleranzbereich (22a,22b) verlässt, die
Pressbearbeitung angehalten wird.
Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 137(2) EPÜ.
1. Antriebseinrichtung zur Steuerung einer Pressbearbeitung einer Presse (1),
wobei die Presse (1) einen Motor (3) zur Erzeugung einer Presskraft aufweist,
wobei die Antriebseinrichtung (19) eine Überwachungseinheit (14) aufweist, die
- einen Motorstromverlauf (I1, Ieff) des Motors (3) überwacht und/oder
- aus dem Motorstromverlauf (I1,Ieff) einen Presskraftverlauf (F) ermittelt und den Presskraftverlauf (F) überwacht,
- wobei die Überwachungseinheit (14), wenn der Motorstromverlauf (I1, Ieff) und/oder der Presskraftverlauf (F) einen Toleranzbereich (22a,22b) verlässt, ein
Anhalten der Pressbearbeitung bewirkt, wobei der Toleranzbereich (22a,22b) eine obere
Grenze (20a) und eine untere Grenze (21a) aufweist.
2. Antriebseinrichtung zur Steuerung einer Pressbearbeitung einer Presse (1) nach Anspruch
1, wobei der Motor (3) ein Linearmotor ist.
3. Antriebseinrichtung zur Steuerung einer Pressbearbeitung einer Presse (1) nach Anspruch
2, wobei der Linearmotor an einem Pressenständer befestigt ist und eine Stange an
die ein oberes Werkzeug angebracht ist antreibt, wobei ein unteres Werkzeug zum Auflegen
eines Werkstücks vorgesehen ist.
4. Antriebseinrichtung zur Steuerung einer Pressbearbeitung einer Presse (1) nach Anspruch
1, wobei die Presse eine Exzenterpresse oder eine Spindelpresse ist.
5. Presse mit einer Antriebseinrichtung (19) nach Anspruch 1.
6. Verfahren zur Überwachung einer Pressbearbeitung einer Presse (1), die einen Motor
(3) zur Erzeugung einer Presskraft aufweist,
- wobei ein Motorstromverlauf (I1,Ieff) des Motors (3) überwacht wird und/oder
- aus dem Motorstromverlauf (I1, Ieff) ein Presskraftverlauf (F) ermittelt wird und der Presskraftverlauf (F) überwacht
wird,
- wobei wenn der Motorstromverlauf (I1, Ieff) und/oder
- der Presskraftverlauf (F) einen Toleranzbereich (22a,22b) verlässt, die Pressbearbeitung
angehalten wird, wobei der Toleranzbereich (22a,22b) eine obere Grenze (20a) und eine
untere Grenze (21a) aufweist.
7. Verfahren zur Überwachung einer Pressbearbeitung einer Presse (1) nach Anspruch 6,
wobei die Regeleinrichtung einen Stromrichter (9) ansteuert, wobei der Stromrichter
(9) ausgangsseitig über Leitungen (8) mit einem Linearmotor (3) verbunden ist und
die Motorströme (I1, I2 und I3) erzeugt.
8. Verfahren zur Überwachung einer Pressbearbeitung einer Presse (1) nach Anspruch 6,
wobei die vom Motor erzeugte Presskraft (F) aus dem Motorstrom (I1) gemäß der Beziehung F =A·Ieff ermittelt wird, wobei Ieff der Effektivwert des Motorstroms (I1) ist.
9. Verfahren zur Überwachung einer Pressbearbeitung einer Presse (1) nach Anspruch 8,
wobei mittels einer Effektivwertermittelungseinheit (15) der Effektivwert (Ieff) des Motorstroms (I1) berechnet wird und als Eingangsgröße an eine Überwachungsfunktionseinheit (16) ausgegeben
wird.
10. Verfahren zur Überwachung einer Pressbearbeitung einer Presse (1) nach Anspruch 6,
wobei die Presse ein obere Werkzeug und ein unteres Werkzeug aufweist, wobei aus der
Lage (x) des oberen Werkzeugs (5) der zurückgelegte Weg (w) des oberen Werkzeugs ab
einer Ausgangslage ermittelt wird.
11. Verfahren zur Überwachung einer Pressbearbeitung einer Presse (1) nach Anspruch 6,
wobei von einem Bediener der Toleranzbereich (22a) vorgebbar ist.
12. Verfahren zur Überwachung einer Pressbearbeitung einer Presse (1) nach Anspruch 11,
wobei der Toleranzbereich (22a) nicht über den gesamten Motorstromverlauf vorgegeben
wird.
13. Verfahren zur Überwachung einer Pressbearbeitung einer Presse (1) nach Anspruch 12,
wobei der Toleranzbereich in einem Teil der Pressbearbeitung vorgegeben wird.
14. Verfahren zur Überwachung einer Pressbearbeitung einer Presse (1) nach Anspruch 6,
wobei eine Überwachungsfunktionseinheit (16) den Motorstromverlauf (Ieff) auf Verlassen des Toleranzbereichs überwacht.
15. Verfahren zur Überwachung einer Pressbearbeitung einer Presse (1) nach Anspruch 6,
wobei der Motorstrom in Form eines Betrags eines Raumzeigers vorliegt.