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【発明の名称】 エネルギー管理装置を有するサーボプレス
【発明者】 【氏名】マルティン シュマインク

【要約】 【課題】過度の電力供給ピーク要件を避ける改良サーボプレス設備を提供する。

【構成】エネルギー管理装置を有するプレス設備がフライホイール蓄積装置を有する。当該蓄積装置は、一方で緊急停止の際利用されるエネルギーを収容し、他方で開始されたプレスサイクルを規則的に完了するための十分なエネルギーをいつでも有するように作動される。中央制御装置は、DC電圧中間回路に連結した全てのサーボドライブ装置とフライホイール蓄積装置の操作を監視する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プレス設備、特に大部品プレス設備であって、
整流器装置(45)を介して供給グリッド(46)から給電されるDC電圧中間回路(34)と、
少なくとも1つのプレスステージ(2)のためにDC電圧中間回路(34)からコンバーター装置(28)を介して電力を供給される少なくとも1つの電気サーボドライブ装置(8)と、
DC電圧中間回路(34)からコンバーター装置(32)を介して電力を受ける少なくとも1つのサーボドライブ装置(20)を備えた少なくとも1つの工作物把持装置を有する少なくとも1つの部品輸送装置(22)と、
DC電圧中間回路からエネルギーを取得し及びそこにエネルギーを戻すために、コンバーター(52)を介してDC電圧中間回路(34)に接続したフライホイール蓄積装置(48)と、
コンバーター装置(28,32,52)と、制御可能な場合にその制御のために整流器装置(45)とに接続した制御装置(35)とを有し、
前記プレスステージは、サーボドライブ装置(8)により駆動するプランジャー(5)と、プランジャー(5)に対して固定配置されたプレステーブル(14)とを有するプレス設備。
【請求項2】
制御装置(35)が、電圧をモニターするためにDC電圧中間回路(34)にさらに接続していることを特徴とする請求項1に記載のプレス設備。
【請求項3】
制御装置(35)が、工作物の作業工程に従いサーボドライブ装置(8,20)を制御することを特徴とする請求項1に記載のプレス設備。
【請求項4】
制御装置(35)が、プレス設備(1)の作動の間整流器装置(45)とフライホイール蓄積装置(48)を制御し、電力グリッドからの電力供給が所定の限界内に維持されることを特徴とする請求項1に記載のプレス設備。
【請求項5】
制御装置(35)が、グリッドからの電力供給及びグリッドへの電力のフィードバックのために、整流器装置(45)における電力変換の限界を維持することを特徴とする請求項1に記載のプレス設備。
【請求項6】
フライホイール蓄積装置(48)の回転速度が最大になるように、電流又は電力限界が選択されることを特徴とする請求項5に記載のプレス設備。
【請求項7】
フライホイール蓄積装置(48)の回転速度曲線が全ての次のプレスサイクルにおいて同じになるように、電力限界が選択されることを特徴とする請求項5に記載のプレス設備。
【請求項8】
グリッド負荷が最小になるように、電力限界が選択されることを特徴とする請求項5に記載のプレス設備。
【請求項9】
電力供給グリッド(46)からの電力供給が一定になるように、制御装置(35)が、プレス設備(1)の作動の間整流器装置(45)及びフライホイール蓄積装置(48)を制御することを特徴とする請求項1に記載のプレス設備。
【請求項10】
コンバーター装置(28,32,52)のそれぞれが電力感知装置(42,44,51)を具備し、当該電力感知装置が、コンバーター装置で実際に変換された電力量を表す信号をこれに送るために制御装置(35)に接続していることを特徴とする請求項1に記載のプレス設備。
【請求項11】
それぞれのプレスサイクルの間それぞれのサーボドライブ(28,32,52)で使用されるエネルギーを決定するために、制御装置(35)が、プレスサイクルの間にサーボドライブ(28,32,52)で使用される電力量を合計することを特徴とする請求項10に記載のプレス設備。
【請求項12】
制御装置が、サーボドライブ(28,32,52)で使用されるエネルギーの和を決定し、それが供給グリッド(46)から対応する量のエネルギーを得るように整流器装置(45)を制御することを特徴とする請求項11に記載のプレス設備。
【請求項13】
制御装置(35)がフライホイール蓄積装置(48)を制御し、プレス設備(1)の固定作動の間プレスサイクルの開始時にそこに蓄えられるエネルギーがプレスサイクルの終了時と同じになることを特徴とする請求項1に記載のプレス設備。
【請求項14】
プレス設備(1)の緊急シャットダウンの間サーボドライブ(28,32,52)からフィードバックされるエネルギーを収容するため、プレスサイクルの間いつでも十分な蓄積容量が利用できるように、制御装置(35)がフライホイール蓄積装置(48)を制御することを特徴とする請求項1に記載のプレス設備。
【請求項15】
制御装置(35)がフライホイール蓄積装置(48)を制御し、プレス設備(1)の緊急シャットダウンの間、制御によりグリッド負荷を作動値からゼロに減少させるため、それがグリッドエネルギーを収容することを特徴とする請求項14に記載のプレス設備。
【請求項16】
プレス設備(1)、特に大部品プレス設備を作動させる方法であって、
当該設備は、
電力が整流器装置(45)を介して電力供給グリッド(46)から供給されるDC電圧中間回路(34)と、
少なくとも1つのプレスステージ(2)のためにコンバーター装置(28)を介してDC電圧中間回路(34)から電力を受ける少なくとも1つの電気サーボドライブ装置(8)と、
DC電圧中間回路(34)からコンバーター装置(32)を介して給電される少なくとも1つの電気サーボドライブ装置(20)と結合した少なくとも1つの工作物把持手段を有する少なくとも1つの部品輸送装置(22)と、
DC電圧中間回路からエネルギーを取得し及びそこにエネルギーを戻すために、コンバーター装置(52)を介してDC電圧中間回路(34)に接続したフライホイール蓄積装置(48)と、
決定された電力に基づいて、コンバーター装置(28,32,52)、及び制御可能な場合に整流器装置(45)を制御する制御装置(35)とを有し、
電力供給グリッド(46)から得られる電力は整流器装置(45)に記録され、
前記プレスステージは、サーボドライブ装置(8)により駆動するプランジャー(5)と、プランジャー(5)に対して固定されたプレステーブル(14)とを有し、
サーボドライブ装置(8)に入る又は出る電力はコンバーター装置(29)で記録され、
サーボドライブ装置(20)に供給又はそこから得られる電力が、コンバーター装置(32)で受け取られ、
フライホイール蓄積装置(48)に供給又はそこから得られる電力が、コンバーター装置(52)で受け取られる方法。
【請求項17】
制御装置(35)が、電圧をモニターするためにDC電圧中間回路(34)にさらに接続していることを特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項18】
制御装置(35)が、工作物の作業工程に従いサーボドライブ装置(8,20)を制御することを特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項19】
制御装置(35)が、プレス設備(1)の作動の間整流器装置(45)とフライホイール蓄積装置(48)を制御し、電力グリッドからの電力供給が所定の限界内に維持されることを特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項20】
電力グリッドからの電力供給が一定になるように、制御装置(35)が、プレス設備(1)の作動の間整流器装置(45)及びフライホイール蓄積装置(48)を制御することを特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項21】
コンバーター装置(28,32,52)のそれぞれが電力感知装置(42,44,51)を具備し、当該電力感知装置が、コンバーター装置で実際に変換された電力量を表す信号をこれに送るために制御装置(35)に接続していることを特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項22】
それぞれのプレスサイクルの間それぞれのサーボドライブ(28,32,52)で使用されるエネルギーを決定するために、制御装置(35)が、プレスサイクルの間にサーボドライブ(28,32,52)で使用される電力量を合計することを特徴とする請求項21に記載の方法。
【請求項23】
制御装置が、サーボドライブ(28,32,52)で使用されるエネルギーの和を決定し、それが供給グリッド(46)から対応する量のエネルギーを得るように整流器装置(45)を制御することを特徴とする請求項22に記載の方法。
【請求項24】
制御装置(35)がフライホイール蓄積装置(48)を制御し、プレス設備(1)の固定作動の間プレスサイクルの開始時にそこに蓄えられるエネルギーがプレスサイクルの終了時と同じになることを特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項25】
プレス設備(1)の緊急シャットダウンの間サーボドライブ(28,32,52)からフィードバックされるエネルギーを収容するため、プレスサイクルの間いつでも十分な蓄積容量が利用できるように、制御装置(35)がフライホイール蓄積装置(48)を制御することを特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項26】
制御装置(35)がフライホイール蓄積装置(48)を制御し、プレス設備(1)の緊急シャットダウンの間、制御によりグリッド負荷を作動値からゼロに減少させるため、それがグリッドエネルギーを収容することを特徴とする請求項25に記載の方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、プレス設備及びこのような設備を操作する方法に関する。本発明は特に、例えばプレスラインがトランスファープレスの形式のマルチステージラージパートプレス上にある形式の、ラージパートプレス設備に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のプレスは、電気駆動モーター及びエネルギー蓄積装置として機能するフライホイール(はずみ車)を有する機械プレスドライブを有する。クランクドライブ、円形ドライブ、エルボードライブ又は同様なドライブがフライホイールの回転をプランジャーの前後運動に変換する。フライホイールは非常に大きい寸法なので、その速度変化は許容できる。結局、それは単一の変形処理に必要以上のかなり多いエネルギーを蓄える。少なくとも、フライホイールが円形ドライブにしっかりと連結されると、プレスが停止したときに壊れるのにそれに対応する大量のエネルギーが必要となる。
【0003】
最近、プランジャーを駆動させるサーボモーター及び予備的装置をも有するサーボプレスに益々多くの関心が集まっている。これらのサーボモーターは、フライホイールを使用せずプレスのそれぞれの他の装置のプランジャーを駆動させる。従って、それぞれのサーボモーターはプランジャー又は他の装置で必要とされる出力ピークを提供しなければならない。
【0004】
特許文献1は、例えば、電気ドライブを具備した引抜型を備えたプレスを開示する。電気ドライブは、少なくとも連続的に使用可能なガイドシャフトを介する、他方でエネルギー蓄積装置及び/又はエネルギー交換モジュールを介する、プランジャーのメイン運動及び/又は工作物輸送要素の予備的運動のためのドライブに連結している。
【0005】
しかしながら、メインドライブ及び予備ドライブと、ガイドシャフト及びエネルギー交換モジュールを介した引抜型との連結は非常にコストがかかる。
【0006】
さらに、特許文献2は、プランジャーがスピンドルを介してサーボモーターで駆動する深絞りプレスを開示する。引抜型もスピンドルを介してサーボモーターにより駆動する。引抜型のサーボモーターは電気シャフトによって連結している。どちらのサーボモーターもプログラムコンピューターで制御できる。
【0007】
サーボモーター制御機械は電力供給網の負荷の変化を生じさせる。これは電力供給網の負荷を生じさせる。これは、単一の機械が時々既に有する問題を生じさせるが、同時に作動する複数の機械が全て同時にピークの負荷がかかる場合に非常に問題がある。
【0008】
【特許文献1】DE102005026818A1
【特許文献2】DE19821159A
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
これを基に、本発明の目的は、過度の電力供給ピーク要件を避ける改良サーボプレス設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
この目的は、請求項1に記載のプレス設備及び請求項12に記載のプレス設備を稼動する方法により達成される。
【0011】
本発明に従うプレス設備は、制御された電力コンバーターを介して電力供給グリッド又はネットワークに接続した中間DC電力供給回路を備える。中間DC電力供給回路は、プランジャーのための全てのサーボドライブ、及び部品輸送装置、中間蓄積装置又は引抜型などの予備装置の全てのサーボドライブに電力を供給する。それぞれのサーボドライブは全て、好ましくはコンバーター装置を介して同じ中間DC電力供給回路から電力を供給される。中間DC電力供給回路はフライホイール蓄積装置を有し、当該装置は中間DC電力供給回路からエネルギーを取得し、またエネルギーを中間DC電力供給回路に戻すこともできる。監視制御装置が、電力コンバーター装置の操作を制御する。このようにして、電力供給グリッドから引き出される電力の変化は最小化され、プレス設備全体の全電力要件は本質的に一定のままである。これは、電流の二乗で増加する電流供給ラインにおける抵抗損失を実質的に減少させる。損失の減少に加えて、電力供給における負荷誘起された電圧変化が最小化されるので、電力供給グリッドクオリティが増大する。さらに、それらはプレスのピーク電力要件のために電源を断つ必要がなく、平均電力要件のためだけなので、電力供給連結のための費用はかなり減少する。プレスドライブとフライホイールの間に配置されたコンバーター及び中間DC電力供給回路によって、プレスドライブのサーボドライブとフライホイールは異なる速度で独立に作動する。コンバーターは電気無断変速トランスミッションを形成する。
【0012】
制御装置は、電力供給装置とも呼ばれる電力コンバーター装置を制御し、DCバスとも呼ばれるこの中間DC電力供給回路に電力を供給するか、そこからエネルギーを戻すかを決定する。所定の電流限界がプロセス中観察される。電流限界は動的に決定されてもよい。制御装置はさらにフライホイール蓄積装置の速度及び中間回路電圧を監督する。それは、以下の値に基づき電力供給グリッドからDCラインへのエネルギーの供給及び戻しを制御する。
−電力蓄積フライホイール速度の上限
−電力蓄積フライホイール速度の下限
−フライホイール速度の目標値
−フライホイール速度の実測値
−中間回路の電圧の目標値
−中間回路の電圧の実測値
【0013】
制御は好ましくは、電力供給ピーク負荷を最小化するために、すなわち一様な電力供給負荷を確立するために実行される。フライホイール蓄積装置を始動させるために、中間回路電圧の降下・上昇が測定される。これはエネルギー消費とグリッドからのエネルギー供給との差の結果である。グリッドからのエネルギー引出及びグリッドへのエネルギー戻しのための限界が設定されると、フライホイール蓄積装置から取られ又はそこに戻されるべきピーク負荷又はリターンピークの差の量が残る。
【0014】
中間回路電圧が下がると、フライホイール蓄積装置のスローダウンプロセスが開始される、すなわち中間回路電圧が初期値に達するまでエネルギーがフライホイール蓄積装置から取り出される。中間回路電圧が上がると、エネルギーは中間回路からそれにより加速されるフライホイール蓄積装置に供給される。中間回路電圧が初期値、すなわち目標値に下がるまでフライホイールは加速される。
【0015】
グリッドからのエネルギー供給及びグリッドへのエネルギーリターンのための電流限界のダイナミックな変動によって、供給・リターンエネルギー流れが制御できる。エネルギーの供給・リターンのための電流限界は別個のパラメータであり、外からダイナミックに制御できる。電力供給装置のリターン電流限界を変化させることで、エネルギーがフライホイール蓄積装置で吸収されるポイントが変わる。
【0016】
フライホイール速度に関して、以下の操作が可能である。サーボプレスのスイッチを入れた後、先ずフライホイール蓄積装置のフライホイールは、最大速度の約2/3である目標速度に加速される。最大速度の2/3では、フライホイール蓄積装置は、速度の減少によりエネルギーを供給し、またフライホイールを最大速度の2/3から最大速度に加速することでエネルギーを取り出すこともできる。一様なグリッド電力供給負荷を実現し又は可能にするために、フライホイール蓄積装置により電力ピークができるだけ多く生じる程度に電流限界が減少させられる。このようにして、速度変化は最大に達する。フライホイールの速度は最大速度とほとんどゼロの最小速度の間で変化する。
【0017】
エネルギープロフィール、すなわちサーボプレスの時間に依存するエネルギー必要量は、
−変形作業、
−運動プロフィール、及び
−1分当たりの周期の数
に依存する。
【0018】
ゆえに、ある部品の製造のための電流限界の最適な決定は、別な部品の製造のために必ずしも最適ではない。ソリューションとして、電力供給装置の電流限界は基本設定に基づいて繰り返し決定される。フライホイール蓄積装置が運転中に上限及び下限速度に達するまで、電流限界はこの期間の間この程度に初めに減少させられる。この点に関して、フライホイールがプレスサイクル内に所望の速度に達するかどうかモニターされる。
【0019】
特定の部品、すなわち工作物のために決定されたデータ、特にグリッドからのDCバスのエネルギー供給及びDCバスからグリッドへのエネルギーリターンのための電流限界は、具体的にそれぞれの工作物データステージ装置のために記録される。後に、このデータは利用でき、よって再決定される必要はない。
【0020】
電流限界、すなわち電流の限界値に代えて、電力限界、すなわち電力の限界値も使用できる。前記の記述は対応して当てはまる。場合によっては一定でないグリッド電圧の記録限界値の有効性と無関係なため電力限界を利用するのは有利である。
【0021】
コンバーター装置への電流又は電力供給限界とグリッドへのリターンのための電流又は電力限界により、コンバーター装置のために、プレス設備で必要なピーク電流よりかなり小さい、ある通常の電流及びピーク電流のために設計された構造要素が利用される。結局、コンバーター装置はより小さくなり、よってコストも減少する。
【0022】
フライホイール蓄積装置は、蓄積容量に関して、その最大容量の所定の部分量がプレス設備で生じる全ての負荷変化を十分緩衝するように寸法決めされる。この部分量とフライホイール蓄積装置の最大容量の差が、プレス設備の緊急シャットダウンを駆動させるフライホイール蓄積装置により取り出されるべき最大ブレーキエネルギーに対応する。このようにして、一方で、全体的に一様なグリッド電力供給負荷を生じさせるためにフライホイール蓄積装置が利用でき、他方で、プレス設備の全てのドライブは制御されて同期してシャットダウンされることが保証される。プレスの緊急シャットダウンの後、フライホイール蓄積装置は最大速度で稼動する。電力を電力供給グリッドに戻す必要はない。
【0023】
それに代えて、フライホイール蓄積装置は幾らか小さく寸法決めされてもく、それで緊急停止の間、それが緊急シャットダウンの間にプレス設備で解放されたブレーキエネルギーの少なくとも大部分を受容する一方、装置は制御によりグリッド負荷からグリッドへの電力供給に変えられる。
【0024】
制御装置は、サーボドライブで使用される電力が記録されるように調整される。これは、例えばサーボモーターに付与される時間経過の電圧・電流を測定することで行われる。さらに又はそれに代えて、電力測定装置がコンバーター装置に備えられてもよい。例えば、コンバーター装置に入るDC電流及びそれぞれの電圧が測定される場合、効率的な電力が単純かつ安全にこれから決定される。
【0025】
一方で、制御装置は、それぞれのコンバーター装置又はそれぞれのサーボモーターでプレスサイクルの間に適用される瞬間の電力を総合し、よってそれぞれのドライブで消費又はフィードバックされるエネルギーを決定することができる。ここのドライブのために測定又は計算されたエネルギー量の和は、プレスサイクルの間にグリッドから引き出される必要のあるエネルギー量を表す。このエネルギー量がプレスサイクルの持続時間で分割されると、グリッド負荷を表す中間DC電圧回路へのエネルギー入力が得られる。コンバーター装置はこの回路のために調節されなければならない。プレスサイクルでは、この文脈では、プランジャーの完全な上方・下方ストローク、すなわちプレスの1つの作動サイクルが示されている。このプレスサイクルの開始及び終了はプランジャーの終端から数える必要はないが、いずれかの方法で選択できる。作業サイクルのためのマルチステージプレス開始時点及び終了時点は全ての要素に相当し、すなわちプレス設備の全てのサーボドライブ装置にも相当する。
【0026】
従って、制御装置は、一方で1プレスサイクルで必要とされるエネルギー要件に依存するコンバーターを制御し、他方で個々のサーボドライブ装置の瞬間電力出力に依存するフライホイールエネルギー蓄積装置を制御する。コンバーター装置がエネルギーバランスに基づいて制御される場合、フライホイールエネルギー蓄積装置は電力バランスに基づいて制御される。フライホイールエネルギー蓄積装置はいつでも、プレスの実際の電力消費とグリッドからの電力引出の差を補償する。
【0027】
制御装置は中間DC電圧回路の電圧をさらにモニターしてもよい。この電圧は必ずしも一定に維持される必要はない。しかしながら、それは、一方で過度の電圧を避け、他方で電圧がコンバーターの作動のために不十分な値に下がるのを避けるために、その電圧を適切な限界内に維持するのに役立つ。
【0028】
全てのコンバーターのための制御ストラテジーを決定する際、先ず全てのサーボドライブが起こりうるピーク負荷を考慮せずに制御信号を受信する。場合によって生じるピーク負荷はフライホイール蓄積装置で受容される。従って、オペレーターは適切にプレスストロークの数、変形力、加速度などを自由に設定できる。オペレーターは、プレス設備全体の電力消費を考慮せずに全てのドライブの能力を最大に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0029】
有利な実施形態のさらなる詳細は以下の方法クレーム、図面及び本発明の実施例の説明から明らかになる。
【0030】
図1は、少なくとも1つの、だが示された例では複数の個々のプレス2,3,4を有するプレス設備1を示す。プレスは、次々にプレスで処理される、例えば車体部品などのメタルシートなどの工作物の段階的変形のために設置される。プレス2は絞りプレスであるが、プレス3,4はフォローアッププレスである。それぞれのプレス2,3,4はプランジャー5,6,7を有する。プランジャー5を駆動させるために、少なくとも1つの、だが好ましくは複数のサーボモーター8,9が設置される。同様に、プランジャー6,7はサーボモーター10,11,12,13で駆動する。サーボモーター8〜13は、スピンドルドライブなどの適切なドライブによりプランジャー5,6,7を駆動させる。また、リニアモーターや同様のドライブなどの他のドライブが使用されてもよい。プランジャー5〜7の下に、それぞれの場合にプレステーブル14,15,16がある。工作物を変形するために、工具17,18,19が使用される。それぞれの工具は、プレステーブル14,15,16に載置されたボールアームパーツ17a,18b,19bを有する。それぞれの上側工具パーツ17b、18b、19bはそれぞれのプランジャー5,6,7に設置される。工具17は絞り工具である。ボールアームパーツ17aは、1つ又は複数のサーボドライブ20,21を使用する絞り型と協働する。
【0031】
工作物の移動を生じさせるために、1つ又は複数のフィーダー23及び操縦装置24を有する工作物移動装置22が設けられる。操縦装置24は、メタルシートを工具17,18,19に、また再びこれらの工具から移動させるために複数のグリッパを具備している。プレス2,3と3,4の間に、中間蓄積装置25,26が設けられる。やはりこれらの中間蓄積装置はサーボドライブを有する装置である。
【0032】
図2は、トランスファープレスの形式のプレス設備1’を示す。このプレス設備1’は、それがプレス2,3,4の別個のプレスフレームを示していないが、プレスが組み合わさって共通のトランスファープレスラックを有する、すなわち共通のフレームを有する点で異なる。当該装置は1つ又は複数のプランジャー5,6,7を有する。前述の説明は図2に従うプレス設備1’の実施形態にも当てはまるが、中間蓄積構造体25,26は省略される。
【0033】
図3は、エネルギー管理のためのプレス設備1の電気ドライブ装置27を概略的に示す。当該ドライブ装置は、エネルギー管理コンセプトで扱われる全ての電気サーボモーターを含む。図3では、例として、絞り型のプランジャー5,6及びサーボドライブ20,21を駆動させるためのプレス2,3のサーボモーター8,9,10,11が示されている。エネルギーは、共通のDC電圧中間回路34からコネクタ装置28,29,30,31,32,33を介してこれらのサーボモーター8,9,10,11,20,21に供給される。コンバーター装置28,29,30,31,32,33は、DC電圧をサーボモーター8,9,10,11,20,21を駆動させる所望の周波数・電流の交流電圧に変換する。個々のコンバーター装置28,29,30,31,32,33を制御する制御装置35が設けられる。これは対応する制御出力36,37,38を有する。これは、サーボモーター8,9,10,11,20,21の電力消費を決定又は感知するために装置42,43,44を具備した制御入力39,40,41も有する。当該装置42,43,44は、例えば、DC電圧中間回路34によりコンバーター装置28,29,30,31,32,33に供給される電流を感知することができる手段である。
【0034】
電力は、最も単純なケースでは非制御コンバーター、しかし好ましくは制御コンバーターにより供給グリッド46からDC電圧中間回路に所与の電圧で供給される。コンバーター45からDC電圧中間回路34に送られる電力を表す信号を生成するために、電力モニタリング装置47が使用される。この信号は制御装置35に供給される。
【0035】
ドライブ装置27は、モーター49及びフライホイール50を含むフライホイール蓄積装置48をさらに有する。フライホイール蓄積装置48に供給される電力及びそれにより供給される電力は、DC電圧中間回路34とコンバーター52との連結ラインにある電力モニタリング装置51によりモニターされ、情報は制御ラインを介して制御装置35に供給される。
【0036】
図3では、それぞれのコンバーターと共に複数の選択されたサーボモーターが示されるが、ドライブ装置27は全てのサーボモーターを含むと理解されたい。サーボモーターに電力がDC電圧中間回路から供給される。
【0037】
プレス設備1,1’及びドライブ装置27は以下のように作動する。プレス設備1の作動のために、先ず中央プレス作動スケジュールに基づく個々のサーボモーター8,9,10,11,20,21の運動のスケジュール曲線が、例えばそれらをデータセット又はマニュアルプログラミングの形式で記録することで決定される。次いで、プレス設備はコンバーター45を起動させてDC電圧をDC電圧中間回路34に供給することで作動される。コンバーター52を介して、フライホイール蓄積装置48は、サーボモーター8,9,10,11,20,21で生じるピーク負荷を緩衝するのに必要な量のエネルギーであるバッファエネルギーを充電される。バッファエネルギーPは、フライホイール蓄積装置48で蓄えられる最大蓄積エネルギーMの一部として図5に示される。それは最大バッファ値Pmaxより大きくない。この値は、プレス設備1が緊急時にブレーキがかかり、最大エネルギーMと最大バッファエネルギーPの残りの差が十分あってブレーキの間に放出されるエネルギーを収容するように選択される。
【0038】
次いで、個々のコンバーター28,29,30,31,32,33は、サーボモーター8,9,10,11,20,21が所望の運動を行うように制御される。図4は、従来のプレスの偏心軸の回転に対応するプレス角度αの360°の中央プレス作動スケジュールステップに対応するプレス角度αにわたって描かれたサーボモーター8,9に供給される又はこれにより解放される電力と、その結果図1,2のプレス設備に関連してそれぞれのプランジャー5,6,7のフルパワーのストローク及びリターンストロークとを示す。
【0039】
明らかなように、プランジャードライブの電力取得又は解放は曲線Iによれば、例えばメタルシート変形の間に生じるはっきりした最大値を有する。さらに、エネルギーフィードバックを示す負の部分がある。個々のプレス2,3,4のサーボドライブは異なる電力取得曲線を有し、互いに位相がずれて作動してもよい。
【0040】
別な図は、絞り型のサーボモーター21の電力取得又は解放を表す曲線IIを示す。はっきりしたフィードバック区間は、例えば、プランジャーのサーボモーターがかなりの電力入力を必要とする領域に明確に存在する。
【0041】
別な曲線IIIは、中間蓄積装置25,26や部品輸送装置22などの他の装置の電力取得を例示的に表す。
【0042】
制御装置35は、例えば、それが曲線I,II,IIIに従う電力取得を総和し、その結果必要な平均電力取得を決定するように設計される。この総量は、図4のそれぞれの曲線I,II,IIIにおいて別個に、すなわち曲線Ia,IIa,IIIaにおいて示される。全体の和、すなわち曲線Ia,IIa,IIIaの和は、プレス角度αに基づき、電力グリッドで供給される一定の電力供給VIと考えられる、プレスサイクル間のプレス設備の電気エネルギー取得を表す。このような一定の電力供給要件を生じさせるために、フライホイール蓄積装置48が、曲線VIIに従い電力取得及びフィードバックを緩和する。言い換えれば、どの時点においても、DC電圧中間回路34で供給される電力がプレスサイクルの持続時間で分けられたプレスサイクルを稼動させる全体のエネルギー取得に対応するように、コンバーター52が制御される。
【0043】
明らかなように、フライホイール蓄積装置48はエネルギー取得の位相とエネルギーフィードバックの位相に晒される。その変化の状態は制御装置35でモニターされる。それは、蓄積装置48のフライホイールがそれぞれのプレスサイクルの始めと終わりに同じ速度で作動し、徐々に充電も放電もされないことを保証する。さらにそれは、蓄積量がいつでも値Pmaxを超えず、それでプレス設備1全体の緊急シャットダウンの間解放される全てのブレーキングエネルギーを蓄えるために電力取得容量R(図5参照)が常に利用できることを保証する。加えて、フライホイール蓄積装置48のエネルギー量がプレスサイクルの間に最小値Pmin以下に落ちないように、制御装置35によるエネルギー管理は好ましくは操作される。最小値Pminは、フライホイール蓄積装置48に蓄えられるエネルギーが常に十分で、プレスサイクルの間いつでも、電力供給グリッドが破損した場合でも開始されたプレスサイクルを完了させるように決定される。それで全てのドライブが規則的に同期して安全位置に移動し、衝突が回避される。フライホイール蓄積装置48に蓄えられる最小エネルギーは、好ましくは全プレスサイクルを実行するのに少なくとも十分大きい。実際には、それは好ましくは幾らか高めで、プレスサイクルの後もコンピューターなどの情報技術装置は依然として十分な量のエネルギーで印加される。
【0044】
エネルギー管理装置を有するプレス設備はフライホイール蓄積装置48を有する。当該装置は、一方で緊急シャットダウンの間に解放されるエネルギーを吸収するために十分な容量を有し、他方で電力供給グリッドが破損した場合でも規則的にプレスサイクルを完了できるようにいつでも十分なエネルギーを蓄える。中央制御装置は、DC電圧中間回路に連結した全てのサーボドライブ装置とフライホイール蓄積装置の操作をモニターする。DC電圧中間回路からの電気エネルギーの緩衝は高い効率で実現される。コンデンサーが古くなってもフライホイール蓄積装置は心配ない。これらの装置はさらに、高エネルギー密度とミリ秒の範囲の反応速度を実現し、充電・放電サイクルの数は制限されない。フライホイール蓄積装置はさらにモジュール化できる。フライホイール蓄積装置の平行な配置により容量増加が容易に実現される。いずれにしても、これらの装置は長い耐用寿命を有する。当該蓄積装置は、短い期間、例えば60秒の間過充電されてもよい。その通常の電力蓄積容量は160%まで超過され、これは例えば緊急シャットダウンの際に利用される。フライホイール蓄積装置が過充電される場合、DC電圧中間回路34への電力供給のために設けられるコンバーターが相応して制御可能なコンバーターであれば、そのエネルギーは電力グリッドにフィードバックされる。
【0045】
前記のように、フライホイール蓄積装置48は、個々のドライブのエネルギーバランスの決定により制御される。しかし、DC電圧中間回路34で測定された電圧に基づきフライホイール蓄積装置を作動させることも可能である。この電圧が増加すると、エネルギーは、DC電圧中間回路34からフライホイール蓄積装置48にフィードバックされる、すなわちフライホイール蓄積装置は負荷として作用する。DC電圧中間回路における電圧が下がると、制御装置はフライホイール蓄積装置48からDC電圧中間回路34にエネルギー輸送を行う。ゆえに、プレス設備1内のピーク負荷は電力グリッド46から解除される。
【0046】
好ましい実施形態では、制御装置は、「供給装置」とも呼ばれるコンバーター装置を制御する。これは、エネルギーがDCバスとも呼ばれるDC電圧中間回路に供給されるべきか、エネルギーがそこからフライホイール蓄積装置にフィードバックされるべきかを決定する。所定の電圧限界がプロセスにおいて考慮される。電力限界は動的に(dynamically)決定される。さらに、制御装置は、フライホイール蓄積装置のフライホイールの回転速度とDC電圧中間回路における電圧をモニターする。グリッドからDCラインへのエネルギーの取得及びグリッドへのエネルギーのバックフィーデングは、以下の値に基づき制御される。
−蓄積装置のフライホイール速度の上限
−蓄積装置のフライホイール速度の下限
−蓄積装置のフライホイール速度の目標値
−蓄積装置のフライホイール速度の実測値
−DC中間回路の電圧の目標値
−DC中間回路の電圧の実測値
【0047】
制御は、グリッドピーク負荷を最小化するため、すなわち一様なグリッド負荷を生じさせるために行われると好ましい。電圧はエネルギー消費と電力グリッドからのエネルギー供給の差の結果生じるので、フライホイール蓄積装置を始動させるために、中間回路電圧の降下・上昇がモニターされ、利用される。グリッドからのエネルギー取得とグリッドへのエネルギーのフィードバックのために限界が設定される場合、フライホイール蓄積装置で収容されるピーク負荷又はフィードバックピークの差が残っている。
【0048】
中間回路電圧が下がると、フライホイールのブレーキ手順が開始される。中間回路電圧が初期値に達するまで、フライホイールはスローダウンした。中間回路電圧が上昇すると、フライホイールのための加速手順が開始される。中間回路電圧が初期設定値に達するまで、フライホイールは加速される。
【0049】
エネルギーを電力グリッドに供給するための電力限界は、複数のプレスストロークにわたって平均されたフライホイールの長期間の速度が一定になるように好ましくは設定される。
【0050】
エネルギーをグリッドにフィードバックし又はグリッドから得るための電力限界の動的調節性によって、取得及びフィードバックの量が調節される。取得及びフィードバックの限界は異なるパラメータであり、外側から動的に制御可能である。供給装置の電力限界を変化させることで、フライホイール蓄積装置によるエネルギー供給サポートが開始される時点(point)が変化する。供給装置のフィードバック電力限界を変化させることで、エネルギーがフライホイール蓄積装置にフィードバックされる時点が変化する。
【0051】
フライホイール速度に関して、以下の操作が可能である。サーボモーターのスイッチが入れられると、先ずフライホイール蓄積装置のフライホイールが設定速度、例えば最大速度の3分の2まで加速される。所望の速度に到達すると、フライホイール蓄積装置は、速度を落としてエネルギーを供給し、又は所望の速度から最大速度までフライホイールを加速してエネルギーを得る準備をする。できるだけ一様なグリッド負荷を実現するために、ピーク負荷が最大フライホイール速度までフライホイール蓄積装置によりできるだけ多く創出される程度に、電力限界は減少させられる。フライホイール速度は、最大速度とゼロに近い最小速度の間で変化する。
【0052】
サーボプレスのエネルギープロフィール(エネルギー要件の時間経過)は、
−変形エネルギー、
−運動プロフィール、及び
−1分当たりの周期の数
に依存する。
【0053】
ゆえに、ある部品の製造のための電力限界の最適な決定は、別な部品の製造のために必ずしも最適ではない。よって、供給装置の電力限界は基本設定に基づいて繰り返し決定される。初めの運転中に、フライホイール蓄積装置が運転中に上限及び下限速度に達するまで、電力限界は減少させられる。同時に、これは、フライホイールがプレスサイクル内に所望の速度に達するかどうかモニターされる。
【0054】
工作物の特定の部分のために決定されたデータ、特に、グリッドからDCラインに給電し、DCラインからグリッドにエネルギーをフィードバックするための電力限界は、特に特定の工作物のために工作物データ蓄積装置に記録される。後にこのデータは検索できるので、当該工作物のために特定の操作値を再び決定する必要はない。
【0055】
電力グリッド停止の間、全てのサーボドライブは制御によりシャットダウンされる。運動する質量の力学的エネルギーは、サーボモーターのジェネレータ運転によりDC電圧中間回路34に供給され、最終的にフライホイール蓄積装置48に移される。結局、操作されたスローダウン又はシャットダウンによって、全てのサーボモーターの同期、その結果特に部品輸送とプランジャー運動の同期が維持される。プランジャーは、それらが例えばロックされる安全静止位置に移動する。データは順番に記録される。さらに、データ処理装置はフライホイール蓄積装置から得られるエネルギーで作動する。中間回路電圧の不測の増加によるコンバーター及びドライブエレクトロニクスの破壊又はダメージが、効率的に回避される。また、プレス設備の部品の衝突の可能性のある個々のドライブの非同期化は回避される。
【図面の簡単な説明】
【0056】
【図1】プランジャー及び予備装置のためのサーボドライブを備えたプレス設備の概略図である。
【図2】複数のサーボモーター作動プレスステージ及びサーボモーター作動予備装置を備えたトランスファープレスの形式のプレス設備である。
【図3】図1又は2のプレスのための電力供給装置である。
【図4】様々なサーボドライブ及びフライホイール蓄積装置の電力要件を表す図である。
【図5】フライホイール蓄積装置の容量の大きさを表す図である。
【符号の説明】
【0057】
1 プレス設備
2,3,4 プレス
5,6,7 プランジャー
8,9,10,11,12,13 サーボモーター
14,15,16 プレステーブル
17,18,19 工具
20,21 サーボドライブ
22 工作物移動装置
23 フィーダー
24 操縦装置
25,26 中間蓄積装置
27 電気ドライブ装置
28,29,30,31,32,33 コネクタ装置
34 DC電圧中間回路
35 制御装置
36,37,38 制御出力
39,40,41 制御入力
42,43,44 装置
45 コンバーター
46 供給グリッド
47 電力モニタリング装置
48 フライホイール蓄積装置
49 モーター
50 フライホイール
51 電力モニタリング装置
52 コンバーター
【出願人】 【識別番号】507242385
【氏名又は名称】シューラー プレッセン ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー
【出願日】 平成19年7月18日(2007.7.18)
【代理人】 【識別番号】100091867
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 アキラ


【公開番号】 特開2008−23599(P2008−23599A)
【公開日】 平成20年2月7日(2008.2.7)
【出願番号】 特願2007−186828(P2007−186828)