EP0849014A1 - Transfervorrichtung zum taktweisen Werkstücktransport - Google Patents

Transfervorrichtung zum taktweisen Werkstücktransport Download PDF

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EP0849014A1
EP0849014A1 EP97121900A EP97121900A EP0849014A1 EP 0849014 A1 EP0849014 A1 EP 0849014A1 EP 97121900 A EP97121900 A EP 97121900A EP 97121900 A EP97121900 A EP 97121900A EP 0849014 A1 EP0849014 A1 EP 0849014A1
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EP
European Patent Office
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transfer
drive
drives
transfer rail
direct
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Application number
EP97121900A
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English (en)
French (fr)
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EP0849014B1 (de
Inventor
Peter Dr.-Ing. Klemm
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L Schuler GmbH
Original Assignee
L Schuler GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by L Schuler GmbH filed Critical L Schuler GmbH
Publication of EP0849014A1 publication Critical patent/EP0849014A1/de
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Publication of EP0849014B1 publication Critical patent/EP0849014B1/de
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D43/00Feeding, positioning or storing devices combined with, or arranged in, or specially adapted for use in connection with, apparatus for working or processing sheet metal, metal tubes or metal profiles; Associations therewith of cutting devices
    • B21D43/02Advancing work in relation to the stroke of the die or tool
    • B21D43/04Advancing work in relation to the stroke of the die or tool by means in mechanical engagement with the work
    • B21D43/05Advancing work in relation to the stroke of the die or tool by means in mechanical engagement with the work specially adapted for multi-stage presses
    • B21D43/055Devices comprising a pair of longitudinally and laterally movable parallel transfer bars

Definitions

  • the invention relates to a transfer device the features of the preamble of claim 1.
  • multi-station presses for example body presses or the like
  • transfer devices with which workpieces are transported from stage to stage will.
  • transfer devices usually two parallel transfer rails, between which are spaced apart from each other with cross beams Holding means, such as suction spiders or the like, are held.
  • the workpiece is transported by a Combined lifting, advancing and lowering movement of the transfer rails (Two-axis transfer).
  • transfer devices are known where instead of the crossbars on the transfer rails held holding means are provided.
  • the Crossbars run here in addition to the lifting, lowering and feed movement another cross movement (triaxial transfer with vertical movement for lifting / lowering, longitudinal movement to perform a transfer step and cross movement to open and close).
  • a three-axis transfer is already known in which as drives for the movements in the three movement axes Linear motors are provided.
  • the linear motors are controlled separately, with the linear motors one Transport rail synchronous to the linear motors of the other transport rail as well as press synchronized will.
  • the transfer device according to the invention which as Can be designed as two or three-axis transfer, points at least one, preferably two to each other parallel transfer rails on at least one Axis direction, for example in the "open / close" direction, that is, towards and away from each other, by means of electric direct drives are operated. Doing so the respective transfer rail in the transverse direction of several parallel direct electric drives driven, with their respective output on the Attack transfer rail.
  • the direct drives are different from each other spaced and along the length of the transfer rail distributed. E.g. are three or more direct drives provided for each axis.
  • the control device provided for control controls the direct drives belonging to an axis coincidentally so that the transfer rail over their entire length performs the specified movement uniformly.
  • the control device preferably receives sensor signals, e.g. about the current position of the transfer rail, so that position control can be obtained can.
  • the control device has in addition to its regular Operating mode in which it causes the transfer rail (s), preferably in the specified cycle along one programmable or otherwise adjustable transfer curve to move to an emergency mode in which they at least one of the connected and to be operated synchronously
  • Direct drives are essentially force-free switches free of forces.
  • Such an error can exist, for example, if an assigned to the linear actuator in question Position sensor emits an invalid signal. Becomes recognized this, the assigned direct drive becomes very quickly switched off. This prevents that he works against the other direct drives and the Blocked or blocked movement of the transfer rail. If a single drive fails, the motion sequence can continued until a safe state is reached will.
  • the communication system (bus, star, ring) between central control and intelligent drives is designed so that if one individual fails Drive remains operational.
  • the control device controls the remaining direct drives in the Emergency mode continues, however, so that the movement of the Transfer rail is continued at least until the Holding means led out of the workstations are. Because of the quick release of power from the This can be done with the direct drive affected by the accident remaining linear motors with sufficient speed done, which are designed for this.
  • the transfer rail is in an axis of several, preferably more than three direct drives is the loss of performance in the event of failure and after activating a direct drive, low that the transfer rail is removed from the danger area can be.
  • the direct drives in the emergency operating mode also for a short time with excessive power operate. This is particularly the case if the Operation of the transfer device is not over a few cycles away but only continues until the transfer rails and / or the holding means in in a safe position.
  • the direct drives assigned to an axis point preferably uniform performance, so that emergency operation in the event of failure of any direct drive leads to tolerable conditions.
  • the direct drives are preferably efficient dimensioned so that if a direct drive fails the full required total output
  • the transfer rail of the transfer device according to the invention is preferably particularly rigid, to ensure that even if a Direct drive no elastic bends occur, leading to a collision between transfer rail and Tool.
  • the bending stiffness, for example, in Lateral direction is increased so far that the natural frequency a mounting rail section, which extends from one worker over a fancy to that next working direct drive extends, is larger than the lowest excitation frequency resulting from the lateral movement in the emergency mode results.
  • the movement of the transfer rail can be in the emergency mode deviate from the motion curve that the Transfer rail runs during normal operation. Especially can the movement curve during emergency operation be determined that the fastest possible exit from the Workstations is made possible. This may happen with a pure lateral movement of the transfer rail can be achieved. Usually, however, too attempted during emergency operation, which during regular operation passing curve at least within a predetermined Tolerance to follow.
  • the direct drives are preferably electrical Linear motors, but also hydraulic or others electrically controllable direct drives are used can.
  • the Direct drives or the control device can Monitor device for the detection of error states be provided.
  • the monitor device can be part of the Control device or formed separately from this and is used in the event of a system failure direct drive that can no longer be controlled correctly and the emergency mode with the other direct drives initiate.
  • a further increase in operational security will by using a redundant communication system between the central control and the intelligent Drives reached. Reliability is further increased through redundant execution of the central Control.
  • the control device preferably contains separate ones Control units, each assigned to a direct drive are.
  • the control units subordinate to a central unit communicate with each other and with the Central unit via a data transmission system, the one Can have ring structure or bus structure. To avoid of subsequent failures of larger system parts failed transmission sections switched to inactive will. You can also use the entire system or parts of which can be designed redundantly by stand-by units be provided, the operation in the event of a fault take over.
  • a multi-station press 1 is schematic indicated, the several in the direction of T in succession arranged press stations 2, 3, 4 and possibly has further press stations, not shown.
  • the Workstations 3, 4 assigned plungers 6, 7 only indicated in dashed lines, with tappet guides, Ram drives and press frames for simplification are omitted.
  • the press frame is just through stands 8, 9 shown by way of example and in section, 10 indicated.
  • Press station for transporting workpieces from the press station Press station in which tools 12, 13, 14 are arranged are a three-axis transfer device 15.
  • the Workpiece transport may take place between the press stations 2, 3, 4 arranged intermediate shelves 17, 18, 19.
  • the transfer device 15 has two along the Passage direction T extending, parallel to each other Transfer rails 21, 22, the holding means 23 for Carrying and storing the workpieces.
  • the transfer rails 21, 22 are with respect to a vertical longitudinal median plane the multi-station press 1 inclusive their drives are mirror-symmetrical to each other. The following description of the transfer rail 21 applies therefore correspondingly for the transfer rail 22.
  • the transfer rail 21 is in the direction of T as well as in the vertical direction V and on the center of the multi-station press 1 to and from this, that is in Transverse direction Q, movably mounted.
  • the transfer rail 21 in the longitudinal direction (clock direction T) is used for a longitudinal slide guide.
  • This will formed by a longitudinal beam 25 on which the transfer rail 21 is mounted for longitudinal displacement.
  • the transfer rail 21 in the longitudinal direction serve electrical Linear motors between the side members 25 and the transfer rail 21 act and as direct drives are trained. Over the length of the side member 25 can be distributed over several linear motors. In principle are also controlled or regulated hydraulic drives possible.
  • position control position-sensing Sensors are provided which determine the relative position of the Characteristic transfer rail 21 with respect to the longitudinal beam 25 Give signal.
  • the longitudinal beam 25 is of several, in the longitudinal direction spaced-apart cross slides 26, 27 worn, the output of linear motors 28, 29 for form the transverse direction Q.
  • the linear motors 28, 29 are provided with sensors, not shown, a Issue position signal.
  • the Linear motors 28, 29 each on lifting units 31, 32 kept, also by means of electric linear motors or other direct drives can be operated.
  • the transfer device is used to improve clarity 15 separately illustrated in FIG. 2, wherein deviating from the transfer device described above on the longitudinal member 25, which is divided several times here not a continuous transfer rail, but individual ones Carriage units 33 are mounted for longitudinal displacement, each with its own linear drive are driven. Each carriage unit 33 registers Holding means 23.
  • the linear motor 28 is illustrated. He has a primary part serving as an output 281 and a secondary part 282 formed as a stator, the in corresponding grooves of the ferromagnetic stator Short circuit conductor 283 contains. In grooves of the ferromagnetic Primary part 281 embedded windings phase-shifted (U, V, W; U ', V', W '). If necessary can instead of such a single comb motor also a double comb motor, a solenoid motor or a Synchronous motor with permanent magnetic excitation is used will.
  • the advantage of the asynchronous motor is in the fact that it is particularly easy to switch off leaves.
  • Control device 36 the press controller 37 is subordinate.
  • the control device 36 has one Central unit 38 to which via an optical fiber ring line 39 control units 41, 42, 43, 44 and 45 as well as other control units, not shown are.
  • the optical fiber ring line 39 is used for data exchange between the central unit 38 and the control units 41 to 45.
  • Each control unit 41 to 45 controls an electric linear motor 28, 29, for position feedback, each with a linear position measuring unit 46, 47 is provided.
  • a monitor unit M On the control units 41 to 45 and / or on the Central unit 38 is a monitor unit M in each case trained the correct functioning of each Unit of the connected linear drive (28, 29) and connected sensors (46, 47) are monitored.
  • the Monitor unit M can also be part of control units 41 to 45 or the central unit 38. E.g. can the Monitor function from the control unit or from one Program section to be provided, which becomes a program the control or central unit 41 to 35, 38 belongs.
  • control units 41 to 45 and the central unit 38 influence the Monitor units M the operation of the control device 36 Not.
  • the control units 41 to 45 received from the Central processing unit 38 via the optical fiber ring line 39 control signals for positioning the transfer rail 21.
  • the control units 41 to 45 set this Control commands and regulate the respectively connected Linear motors so that the specified movement is achieved becomes.
  • Figures 6 and 6A illustrate relative to FIG a press revolution angular ranges in which the transfer device 15 completed movements must and their timings. More than a half Angular range 51 taking eccentric shaft rotation indicates the downward stroke of the press ram e.g. in a drawing stage or in another press stage. The remaining angular range 52 characterizes the Return stroke of the ram. The control is on this movement the linear drives synchronized.
  • the transfer rails 21, 22 guide a feed stroke in an angular range 53 out of a workpiece in the open tool leads. The transfer rails begin before the feed stroke ends 21, 22 in the angular range 54.
  • the transfer rails 21, 22 begin in the Angular range 55 to move away from each other to release the closing tool.
  • the stamp is moved further downwards, begins during the Opening movement (angular range 55) of the transfer rails 21, 22 whose return stroke 66 at an angular position of about 110 °.
  • the return stroke 66 Tranferschienen 21, 22, these begin with themselves opening tool in an angular range 57 again close to grasp the workpiece and open Raise die in area 58 and in the next cycle continue to convey in the angular range 53.
  • the angular range proves to be particularly critical 55, in which the opening transfer rails the Must have left the working area of the ram while the tool closes. If this does not succeed, can the press ram because of the relatively large flywheels do not stop abruptly, so that there is a collision between the tool and the transfer rails 21, 22 or the holding means 23 comes.
  • the safe or collision-free position P can on the movement curve can be achieved, which otherwise also with proper Operation is going through.
  • the definition of different Curves KN for emergency operation, on which a collision-free Position P faster or with less effort is achievable is possible. With the emergency operation achieved that only a small security angle between the removal of the holding means 23 from the Tool and closing the tool required is. Then the working speed of the press increase.
  • the Transfer rail 21 has such a lateral rigidity on that they are relative at the occurring large accelerations in the direction of the Q axis deflects significantly. In addition, it has a stiffness reserve on, which prevents the transfer rail 21 in the event of failure of a linear motor, e.g. the Linear motor 29, due to the now larger distance between the active linear motors 28 and 29a at the side Accelerate bends elastically, as at 61 indicated.
  • the increased rigidity of the transfer rail 21 thus enables that in the event of a linear motor failure its driving force from the neighboring linear motors 28, 29a and the other linear motors and is introduced into the transfer rail 21.
  • the control device takes a similar emergency operation 36 in the event of failure of parts of the optical fiber ring line 39 a, with appropriate interpretation of the information transmission system only for failure one or fewer drive units.
  • the Linear motors that remain active go into emergency operation over and pose during the particularly critical opening phase (55 in Fig. 6) collision-free operation for sure.
  • Fig. 7 is a modified, as a two-axis transfer trained transfer device 15 'illustrates in which the transfer rails 21, 22 only in the direction of passage T and in the vertical direction V are movable.
  • the transfer rails 21, 22 For driving in the direction of travel T and as a lifting unit for Lifting and lowering in the vertical direction serve electrical purposes Linear drives, as in principle and as an example in Fig. 3 illustrates.
  • suction spiders 63 With such a two-axis transfer device 15 'it depends on the holding means 23 (suction spiders 63) in the event of an error when closing the To bring the tool out of it in time.
  • a controller 36 for direct electric drives 28, 29 of a transfer device 15 contains at least one Monitor device M, the malfunction of a direct drive 28, 29 the control device 36 in an emergency operating mode toggles.
  • the switches in the emergency mode Control device 36 to those affected by the error Linear drive is powerless and controls the remaining ones Direct drives preferably with full or slightly excessive Performance so that there is no collision between the forming tool and the transfer device 15 after which the press is preferably shut down becomes.

Abstract

Eine Steuerung 36 für elektrische Direktantriebe 28, 29 einer Transfervorrichtung 15 enthält wenigstens eine Monitoreinrichtung M, die bei Fehlfunktion eines Direktantriebes 28, 29 die Steuereinrichtung 36 in eine Notbetriebsart umschaltet. In der Notbetriebsart schaltet die Steuereinrichtung 36 den von dem Fehler betroffenen Linearantrieb kraftlos und steuert die verbleibenden Direktantriebe vorzugsweise mit voller oder leicht überhöhter Leistung so an, daß Kollisionsfreiheit zwischen dem Umformwerkzeug und der Transfervorrichtung 15 hergestellt wird, wonach die Presse vorzugsweise stillgesetzt wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Transfervorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Insbesondere Mehrstationenpressen, bspw. Karosseriepressen oder dergl., weisen Transfervorrichtungen auf, mit denen Werkstücke von Stufe zu Stufe weitertransportiert werden. Dazu haben solche Transfervorrichtungen meist zwei zueinander parallele Transferschienen, zwischen denen voneinander beabstandete Quertraversen mit Festhaltemitteln, wie bspw. Saugerspinnen oder dergl., gehalten sind. Der Werkstücktransport erfolgt durch eine kombinierte Hebe-, Vorschub- und Senkbewegung der Transferschienen (Zweiachstransfer).
Darüber hinaus sind Transfervorrichtungen bekannt, bei denen anstelle der Quertraversen an den Transferschienen gehaltene Festhaltemittel vorgesehen sind. Die Quertraversen führen hier neben der Hebe-Senk- und Vorschubbewegung noch eine Querbewegung aus (Dreiachstransfer mit Vertikalbewegung zum Heben/Senken, Längsbewegung zum Ausführen eines Transferschrittes und Querbewegung zum Öffnen und Schließen).
Es ist bereits ein Dreiachstransfer bekannt, bei dem als Antriebe für die Bewegungen in den drei Bewegungsachsen Linearmotoren vorgesehen sind. Die Linearmotoren werden separat angesteuert, wobei die Linearmotoren einer Transportschiene synchron zu den Linearmotoren der anderen Transportschiene sowie pressensynchron angesteuert werden.
Während der Antrieb von Transferschienen mit Linearmotoren als Direktantriebe zu kostengünstigen, baulich einfachen Transfervorrichtungen führt, die einen flexiblen Einsatz gestatten, besteht bei einem möglichen Ausfall einzelner Systemkomponenten die Gefahr, daß die Transferschiene und/oder andere Elemente der Transfervorrichtung, wie bspw. Quertraversen, nicht die gewünschte Bewegung ausführen und bspw. eine Arbeitsstation nach Aufnahme oder Ablage eines Werkstückes nicht rechtzeitig verlassen. Bei Mehrstationenpressen kann dies zu einer ernsthaften Beschädigung der Transferschiene oder sonstiger Elemente und im schlimmsten Falle der gesamten Transfervorrichtung und/oder von Werkzeugen führen.
Aus der DE 44 22 719 A1 ist eine Sicherheitseinrichtung für ein flexibles Transfersystem für Pressen bekannt geworden, bei dem die Transferschiene eines Dreiachstransfers an einem vorgespannten Federspeicher gelagert ist. Dieser ist im Ruhezustand in seiner Spannstellung arretiert und erzeugt, wenn er ausgelöst wird, eine schnelle seitliche Bewegung der Transferschiene. Zum Arretieren des Federspeichers dient ein Kniehebelsystem, das im Fehlerfalle elektromagnetisch ausgelöst wird. Die sich nun einstellende schnelle Querbewegung der Transferschiene führt diese aus dem Gefahrenbereich heraus.
Für eine einzelne Transferschiene sind in der Regel mehrere Federspeicher erforderlich, die insgesamt einen nennenswerten Aufwand und eine beachtliche zusätzliche Masse verursachen, die es beim Transfer zu beschleunigen und abzubremsen gilt.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine fehlersichere Transfervorrichtung zu schaffen, die ein gutes dynamisches Verhalten aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Transfervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Transfervorrichtung, die als Zwei- oder als Dreiachstransfer ausgebildet sein kann, weist wenigstens eine, vorzugsweise zwei zueinander parallele Transferschienen auf, die in wenigstens einer Achsrichtung, bspw. in der Richtung "Öffnen/Schließen", das heißt aufeinander zu und voneinander weg, mittels elektrischer Direktantriebe betätigt werden. Dabei wird die jeweilige Transferschiene in Querrichtung von mehreren parallel wirkenden elektrischen Direktantrieben angetrieben, die mit ihrem jeweiligen Abtrieb an der Transferschiene angreifen. Die Direktantriebe sind voneinander beabstandet und über die Länge der Transferschiene verteilt. Bspw. sind drei oder mehr Direktantriebe für jede Achse vorgesehen.
Die zur Ansteuerung vorgesehene Steuereinrichtung steuert die zu einer Achse gehörigen Direktantriebe übereinstimmend an, so daß die Transferschiene über ihre gesamte Länge die vorgegebene Bewegung einheitlich ausführt. Vorzugsweise erhält die Steuereinrichtung Sensorsignale, bspw. über die aktuelle Position der Transferschiene, so daß eine Positionsregelung erhalten werden kann.
Die Steuereinrichtung weist neben ihrer regulären Betriebsart, in der sie die Transferschiene(n) veranlaßt, sich im vorgegebenen Takt entlang einer vorzugsweise programmierbaren oder sonstwie einstellbaren Transferkurve zu bewegen, eine Notbetriebsart auf, in der sie wenigstens einen der angeschlossenen und synchron zu betätigenden Direktantriebe kräftefrei oder im wesentlichen kräftefrei schaltet. Ein solcher Fehler kann bspw. vorliegen, wenn ein dem betreffenen Linearantrieb zugeordneter Positionssensor ein ungültiges Signal abgibt. Wird dies erkannt, wird der zugeordnete Direktantrieb sehr schnell kräftefrei geschaltet. Dadurch wird verhindert, daß er gegen die anderen Direktantriebe arbeitet und die Bewegung der Transferschiene blockiert oder behindert. Bei Ausfall eines einzelnen Antriebes kann der Bewegungsablauf bis zum Erreichen eines sicheren Zustandes weitergeführt werden.
Das Kommunikationssystem (Bus, Stern, Ring) zwischen der zentralen Steuerung und den intelligenten Antrieben ist so ausgeführt, daß es bei Ausfall eines einzelnen Antriebes weiter betriebsfähig bleibt. Die Steuereinrichtung steuert die verbleibenden Direktantriebe in der Notbetriebsart jedoch weiter an, so daß die Bewegung der Transferschiene wenigstens fortgesetzt wird, bis die Festhaltemittel aus den Arbeitsstationen herausgeführt sind. Wegen der schnellen Kraftfreischaltung des von der Havarie betroffenen Direktantriebes kann dies mit den verbleibenden Linearmotoren mit ausreichender Geschwindigkeit erfolgen, wobei diese dafür ausgelegt sind. Insbesondere, wenn die Transferschiene in einer Achse von mehreren, vorzugsweise mehr als drei Direktantrieben bewegt wird, ist die Leistungseinbuße bei Ausfall und nach Kräftefreischalten eines Direktantriebes gering, so daß die Transferschiene aus dem Gefahrenbereich entfernt werden kann. Gegebenenfalls können die Direktantriebe in der Notbetriebsart auch kurzzeitig mit überhöhter Leistung betrieben werden. Dies insbesondere, wenn der Betrieb der Transfervorrichtung nicht über einige Takte hinweg sondern nur so lange fortgesetzt wird, bis sich die Transferschienen und/oder die Festhaltemittel in einer sicheren Position befinden.
Die einer Achse zugeordneten Direktantriebe weisen vorzugsweise eine einheitliche Leistungsfähigkeit auf, so daß der Notbetrieb bei Ausfall eines beliebigen Direktantriebes jeweils zu tolerierbaren Verhältnissen führt. Vorzugsweise sind die Direktantriebe in ihrer Leistungsfähigkeit so bemessen, daß sie bei Ausfall eines Direktantriebes noch die volle erforderliche Gesamtleistung
oder wenigstens eine ausreichende Leistung liefern. Die Transferschiene der erfindungsgemäßen Transfervorrichtung ist vorzugsweise besonders biegesteif ausgeführt, um sicherzustellen, daß auch bei Ausfall eines Direktantriebes keine elastischen Verbiegungen auftreten, die zu einer Kollision zwischen Transferschiene und Werkzeug führen könnten. Die Biegesteifigkeit bspw. in Seitenrichtung ist dazu so weit erhöht, daß die Eigenfrequenz eines Tragschienenabschnittes, der sich von einem arbeitenden über einen ausgefallenen bis zu dem nächsten arbeitenden Direktantrieb erstreckt, größer ist als die niedrigste Anregungsfrequenz, die sich aus der seitlichen Bewegung in der Notbetriebsart ergibt.
Die Bewegung der Transferschiene kann in der Notbetriebsart von der Bewegungskurve abweichen, die die Transferschiene bei regulärem Betrieb durchfährt. Insbesondere kann die Bewegungskurve bei Notbetrieb so festgelegt sein, daß ein schnellstmögliches Verlassen der Arbeitsstationen ermöglicht wird. Dies kann unter Umständen mit einer reinen seitlichen Bewegung der Transferschiene erreicht werden. In der Regel wird jedoch auch bei Notbetrieb versucht, der bei regulärem Betrieb zu durchfahrenden Kurve wenigstens innerhalb einer vorgegebenen Toleranz zu folgen.
Die Direktantriebe sind vorzugsweise elektrische Linearmotoren, wobei jedoch auch hydraulische oder andere elektrisch steuerbare Direktantriebe zur Anwendung kommen können.
Zur Erfassung von Ausfällen an den Sensoren, den Direktantrieben oder der Steuereinrichtung kann eine Monitoreinrichtung zur Erkennung von Fehlerzuständen vorgesehen sein. Die Monitoreinrichtung kann Teil der Steuereinrichtung oder von dieser getrennt ausgebildet sein und dient dazu, bei einem Ausfall im System den nicht mehr korrekt steuerbaren Direktantrieb zu bestimmen und die Notbetriebsart mit den übrigen Direktantrieben einzuleiten.
Eine weitere Erhöhung der Betriebssicherheit wird durch Einsatz eines redundanten Kommunikationssystems zwischen der zentralen Steuerung und den intelligenten Antrieben erreicht. Noch gesteigert wird die Ausfallsicherheit durch redundante Ausführung der zentralen Steuerung.
Die Steuereinrichtung enthält vorzugsweise separate Steuereinheiten, die jeweils einem Direktantrieb zugeordnet sind. Die einer Zentraleinheit untergeordneten Steuereinheiten kommunizieren untereinander und mit der Zentraleinheit über ein Datenübertragungssystem, das eine Ringstruktur oder Busstruktur aufweisen kann. Zur Vermeidung von Folgeausfällen größerer Systemteile können ausgefallene Übertragungsabschnitte inaktiv geschaltet werden. Außerdem können das gesamte System oder Teile davon redundant ausgebildet sein, indem Stand-By-Einheiten vorgesehen werden, die im Fehlerfall den Betrieb übernehmen.
Die Vorteile der Transfervorrichtung sowie vorteilhafter Ausführungsformen ergeben sich entsprechend für eine Mehrstationenpresse, die mit einer solchen Transfervorrichtung versehen ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1
eine Mehrstationenpresse mit Dreiachstransfer, in schematisierter, ausschnittsweiser Darstellung unter Weglassung der Stößelführungen und der Stößelantriebe,
Fig. 2
den Dreiachstransfer nach Fig. 1 mit als Direktantrieb dienenden Linearmotoren, in perspektivischer, schematisierter Darstellung,
Fig. 3
einen Asynchron-Linearmotor, wie er als Direktantrieb für den Dreiachstransfer nach Fig. 2 verwendbar ist, in schematisierter, vereinfachter Schnittdarstellung,
Fig. 4
eine Transferschiene des Dreiachstransfers mit ausgefallenem Linearantrieb, in einer Draufsicht, unter überhöhter Darstellung möglicher dynamischer Übergangsvorgänge,
Fig. 5
eine die Linearmotoren ansteuernde Steuereinrichtung mit mehreren Steuereinheiten, im Blockschaltbild,
Fig. 6
ein Polardiagramm zur Darstellung der zeitlichen bzw. phasenmäßigen Zuordnung von Bewegungen des Dreiachstransfers in Bezug auf einen Pressenumlauf,
Fig. 6A
Zeitverläufe der Bewegung der Transferschienen und des Pressenstößels, und
Fig. 7
einen mittels elektrischer Linearmotoren angetriebenen Zweiachstransfer in perspektivischer Prinzipdarstellung.
Beschreibung
In Fig. 1 ist eine Mehrstationenpresse 1 schematisch angedeutet, die mehrere in Durchlaufrichtung T hintereinander angeordnete Pressenstationen 2, 3, 4 sowie eventuell weitere, nicht dargestellte Pressenstationen aufweist. Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit sind den Arbeitsstationen 3, 4 zugeordnete Stößel 6, 7 lediglich in gestrichelten Linien angedeutet, wobei Stößelführungen, Stößelantriebe und Pressenrahmen zur Vereinfachung weggelassen sind. Der Pressenrahmen ist lediglich durch beispielhaft und geschnitten dargestellte Ständer 8, 9, 10 angedeutet.
Zum Transport von Werkstücken von Pressenstation zu Pressenstation, in denen Werkzeuge 12, 13, 14 angeordnet sind, dient eine dreiachsige Transfervorrichtung 15. Der Werkstücktransport erfolgt gegebenenfalls über zwischen den Pressenstationen 2, 3, 4 angeordnete Zwischenablagen 17, 18, 19.
Die Transfervorrichtung 15 weist zwei sich längs der Durchlaufrichtung T erstreckende, zueinander parallele Transferschienen 21, 22 auf, die Festhaltemittel 23 zur Aufnahme und Ablage der Werkstücke tragen. Die Transferschienen 21, 22 sind bezüglich einer vertikalen Längsmittelebene der Mehrstationenpresse 1 einschließlich ihrer Antriebe spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet. Die nachfolgende Beschreibung der Transferschiene 21 gilt deshalb entsprechend für die Transferschiene 22.
Die Transferschiene 21 ist in Durchlaufrichtung T sowie in Vertikalrichtung V und auf die Mitte der Mehrstationenpresse 1 hin und von dieser weg, das heißt in Querrichtung Q, bewegbar gelagert. Zur Lagerung und Führung der Transferschiene 21 in Längsrichtung (Taktrichtung T) dient eine Längsschlittenführung. Diese wird durch einen Längsträger 25 gebildet, an dem die Transferschiene 21 längsverschiebbar gelagert ist. Zum Antrieb der Transferschiene 21 in Längsrichtung dienen elektrische Linearmotoren, die zwischen dem Längsträger 25 und der Transferschiene 21 wirken und als Direktantriebe ausgebildet sind. Über die Länge des Längsträgers 25 können mehrere Linearmotoren verteilt sein. Prinzipiell sind hier auch gesteuerte oder geregelte Hydraulikantriebe möglich. Zur Lageregelung sind positionserfassende Sensoren vorgesehen, die ein die Relativposition der Transferschiene 21 in Bezug auf den Längsträger 25 kennzeichnendes Signal abgeben.
Der Längsträger 25 ist von mehreren, in Längsrichtung voneinander beabstandeten Querschlitten 26, 27 getragen, die den Abtrieb von Linearmotoren 28, 29 für die Querrichtung Q bilden. Die Linearmotoren 28, 29 sind mit nicht weiter dargestellten Sensoren versehen, die ein Positionssignal abgeben.
Zum Heben und Senken der Transferschiene 21 sind die Linearmotoren 28, 29 jeweils an Hubeinheiten 31, 32 gehalten, die ebenfalls mittels elektrischer Linearmotoren oder anderer Direktantriebe betrieben sein können. Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit ist die Transfervorrichtung 15 in Fig. 2 separat veranschaulicht, wobei abweichend von der vorstehend beschriebenen Transfervorrichtung an dem hier mehrfach unterteilten Längsträger 25 keine durchgehende Transferschiene sondern einzelne Schlitteneinheiten 33 längsverschiebbar gelagert sind, die jeweils über einen eigenen Linearantrieb direkt angetrieben sind. Jede Schlitteneinheit 33 trägt ein Festhaltemittel 23.
In Fig. 3 ist der Linearmotor 28 veranschaulicht. Er weist einen als Abtrieb dienenden Primärteil 281 und einen als Stator ausgebildeten Sekundärteil 282 auf, der in entsprechenden Nuten des ferromagnetischen Stators Kurzschlußleiter 283 enthält. In Nuten des ferromagnetischen Primärteiles 281 eingebettete Wicklungen werden phasenversetzt (U, V, W; U', V', W') angesteuert. Bedarfsweise kann anstelle eines solchen Einzelkammotors auch ein Doppelkammotor, ein Solenoidmotor oder ein Synchronmotor mit permanentmagnetischer Erregung verwendet werden. Der Vorzug des Asynchronmotors liegt darin, daß er sich besonders einfach kräftefrei schalten läßt.
Wie aus der schematisierten Ansicht aus Fig. 4 hervorgeht, greifen an der Transferschiene 21 bspw. zur Bewegung in Querrichtung Q (Öffnen und Schließen) neben den genannten Linearmotoren 28, 29 weitere Linearmotoren 28a, 29a, 29b, 29c, 29d an, die synchron angesteuert werden. Dazu dient eine aus Fig. 5 bspw. ersichtliche Steuereinrichtung 36, die einer Pressensteuerung 37 untergeordnet ist. Die Steuereinrichtung 36 weist eine Zentraleinheit 38 auf, an die über eine Lichtwellenleiter-Ringleitung 39 Steuereinheiten 41, 42, 43, 44 und 45 sowie weitere, nicht dargestellte Steuereinheiten angeschlossen sind. Die Lichtwellenleiter-Ringleitung 39 dient dem Datenaustausch zwischen der Zentraleinheit 38 und den Steuereinheiten 41 bis 45. Jede Steuereinheit 41 bis 45 steuert einen elektrischen Linearmotor 28, 29 an, der zur Lagerückmeldung jeweils mit einer linearen Wegmeßeinheit 46, 47 versehen ist.
An den Steuereinheiten 41 bis 45 und/oder an der Zentraleinheit 38 ist jeweils eine Monitoreinheit M ausgebildet, die die korrekte Funktion der jeweiligen Einheit, des angeschlossenen Linearantriebes (28, 29) sowie angeschlossener Sensoren (46, 47) überwacht. Die Monitoreinheit M kann auch Teil der Steuereinheiten 41 bis 45 oder der Zentraleinheit 38 sein. Bspw. kann die Monitorfunktion von der Steuereinheit oder von einem Programmabschnitt erbracht werden, der zu einem Programm der Steuer- oder Zentraleinheit 41 bis 35, 38 gehört.
Bei ordnungsgemäßer Funktion der Sensorik der Linearmotoren der Stromversorgung sowie der Steuereinheiten 41 bis 45 und der Zentraleinheit 38 beeinflussen die Monitoreinheiten M den Betrieb der Steuereinrichtung 36 nicht. Die Steuereinheiten 41 bis 45 erhalten von der Zentraleinheit 38 über die Lichtwellenleiter-Ringleitung 39 Steuersignale für die Positionierung der Transferschiene 21. Die Steuereinheiten 41 bis 45 setzen diese Steuerbefehle um und regeln die jeweils angeschlossenen Linearmotoren so, daß die vorgegebene Bewegung erreicht wird.
Die Figuren 6 und 6A veranschaulichen bezogen auf einen Pressenumlauf Winkelbereiche, in denen die Transfervorrichtung 15 vorgegebene Bewegungen absolviert haben muß sowie deren Zeitverläufe. Ein mehr als eine halbe Exzentervellenumdrehung einnehmender Winkelbereich 51 kennzeichnet den Abwärtshub des Pressenstößels bspw. in einer Ziehstufe oder auch in einer anderweitigen Pressenstufe. Der verbleibende Winkelbereich 52 kennzeichnet den Rückhub des Stößels. Auf diese Bewegung ist die Steuerung der Linearantriebe synchronisiert. Die Transferschienen 21, 22 führen in einem Winkelbereich 53 einen Zuführhub aus, der ein Werkstück in das offenstehende Werkzeug führt. Vor Ende des Zuführhubes beginnen sich die Tranferschienen 21, 22 in dem Winkelbereich 54 abzusenken. Sobald das Werkstück bei "S" auf dem Unterwerkzeug abgelegt ist, beginnen sich die Tranferschienen 21, 22 in dem Winkelbereich 55 voneinander weg zu bewegen, um das sich schließende Werkzeug freizugeben. Während der Stempel weiter abwärts bewegt wird, beginnt noch während der Öffnungsbewegung (Winkelbereich 55) der Transferschienen 21, 22 deren Rückhub 66 bei einer Winkelposition von ungefähr 110°. Noch während der Rückhubbewegung 66 der Tranferschienen 21, 22 beginnen diese, sich bei sich öffnendem Werkzeug in einem Winkelbereich 57 wieder zu schließen, um das Werkstück zu erfassen und bei offenem Gesenk in dem Bereich 58 anzuheben und im nächsten Zyklus in dem Winkelbereich 53 weiterzufördern.
Als besonders kritisch erweist sich der Winkelbereich 55, in dem die sich öffnenden Transferschienen den Arbeitsbereich des Stößels verlassen haben müssen, während sich das Werkzeug schließt. Gelingt dies nicht, kann der Pressenstößel wegen der in dem Antrieb enthaltenen, relativ großen Schwungmassen nicht abrupt stoppen, so daß es zur Kollision zwischen dem Werkzeug und den Transferschienen 21, 22 bzw. den Festhaltemitteln 23 kommt.
Um in solchen Fällen Beschädigungen der Werkzeuge und der Transfereinrichtung 15 zu vermeiden, überwachen die Monitoreinrichtungen M die korrekte Funktion der Transfervorrichtung 15. Wird festgestellt, daß bspw. ein einzelner Linearmotor nicht korrekt arbeitet oder korrekt angesteuert wird, so daß es zu einer Kollision kommen könnte, gibt die betreffende Monitoreinrichtung ein Fehlersignal an die betreffende Steuereinheit und/oder das Gesamtsystem ab. Ein solcher auslösender Fehler kann bspw. ein Sensorsignal bspw. von der linearen Wegmeßeinrichtung 47 sein, das bezüglich der übrigen Sensorsignale außerhalb einer vorgegebenen Toleranz liegt. In diesem Fall geht die Steuereinrichtung 36 in eine Notbetriebsart über. Diese dient dazu, insbesondere in dem Winkelbereich 55 die Transferscheinen 21, 22 und die angeschlossenen Festhaltemittel 23 aus dem sich schließenden Werkzeug herauszufahren. Dazu wird der von dem Fehler betroffene Linearantrieb (im Beispiel der Linearmotor 29) kräftefrei geschaltet, während die anderen Linearmotoren mit voller Leistung weiter betrieben werden. Die Linearmotoren sind dabei so dimensioniert, daß auch bei Ausfall eines Linearmotors die zum Beschleunigen und Abbremsen der Transferschiene 21 erforderliche Kraft von den verbleibenden Linearmotoren aufgebracht werden kann.
Im einfachsten Fall wird in der Notbetriebsart eine bezüglich der Stößelbewegung sichere, das heißt kollisionsfreie, Position P der Tranferschienen 21, 22 eingestellt, wonach die Transfervorrichtung 15 und der Pressenhauptantrieb stillgesetzt werden. Die sichere oder kollisionsfreie Position P kann auf der Bewegungskurve erreicht werden, die ansonsten auch bei ordnungsgemäßem Betrieb durchlaufen wird. Die Festlegung abweichender Kurven KN für den Notbetrieb, auf denen eine kollisionsfreie Position P schneller oder mit geringerem Kraftaufwand erreichbar ist, ist möglich. Mit dem Notbetrieb wird erreicht, daß lediglich ein kleiner Sicherheitswinkel zwischen dem Herausfahren der Festhaltemittel 23 aus dem Werkzeug und dem Schließen des Werkzeuges erforderlich ist. Dadurch dann die Arbeitsgeschwindigkeit der Presse erhöht werden.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, bilden die voneinander beabstandeten Linearmotoren 28, 28a, 29 bis 29d Krafteinleitungspunkte, die voneinander beabstandet sind. Die Transferschiene 21 weist eine solche seitliche Steifigkeit auf, daß sie sich bei den auftretenden relativ großen Beschleunigungen in Richtung der Q-Achse nicht wesentlich durchbiegt. Zusätzlich weist sie eine Steifigkeitsreserve auf, die verhindert, daß sich die Transferschiene 21 bei Ausfall eines Linearmotors, bspw. des Linearmotors 29, aufgrund des nun größeren Abstandes zwischen den aktiven Linearmotoren 28 und 29a beim seitlichen Beschleunigen elastisch verbiegt, wie bei 61 angedeutet. Die erhöhte Steifigkeit der Transferschiene 21 ermöglicht somit bei Ausfall eines Linearmotors, daß dessen Antriebskraft von den benachbarten Linearmotoren 28, 29a sowie den weiteren Linearmotoren übernommen und in die Transferschiene 21 eingeleitet wird.
Einen ähnlichen Notbetrieb nimmt die Steuereinrichtung 36 bei Ausfall von Teilen der Lichtwellenleiter-Ringleitung 39 ein, die bei entsprechender Auslegung des Informationsübertragungssystemes lediglich zum Ausfall einer oder weniger Antriebseinheiten führt. Die aktiv bleibenden Linearmotoren gehen in den Notbetrieb über und stellen während der besonders kritischen Öffnungsphase (55 in Fig. 6) den kollisionsfreien Betrieb sicher.
In Fig. 7 ist eine abgewandelte, als Zweiachstransfer ausgebildete Transfervorrichtung 15' veranschaulicht, bei der die Transferschienen 21, 22 lediglich in Durchlaufrichtung T sowie in Vertikalrichtung V bewegbar sind. Zum Antrieb in Durchlaufrichtung T und als Hubeinheit zum Heben und Senken in Vertikalrichtung dienen elektrische Linearantriebe, wie prinzipiell und beispielhaft in Fig. 3 veranschaulicht. Zwischen den Transferschienen 21, 22 sind Quertraversen 62 gehalten, die mit Saugerspinnen 63 versehen sind. Bei einer solchen zweiachsigen Transfervorrichtung 15' kommt es darauf an, die Festhaltemittel 23 (Saugerspinnen 63) im Fehlerfalle beim Schließen des Werkzeuges rechtzeitig aus diesem herauszubringen. Während dies bei dem Dreiachstransfer im wesentlichen in Richtung der Q-Achse erfolgt, wird bei der zweiachsigen Transfervorrichtung 15' im Notbetrieb mit den verbleibenden Linearantrieben ein Hub in Transferrichtung in eine sichere, kollisionsfreie Position durchgeführt, wonach die Presse stillgesetzt wird.
Eine Steuerung 36 für elektrische Direktantriebe 28, 29 einer Transfervorrichtung 15 enthält wenigstens eine Monitoreinrichtung M, die bei Fehlfunktion eines Direktantriebes 28, 29 die Steuereinrichtung 36 in eine Notbetriebsart umschaltet. In der Notbetriebsart schaltet die Steuereinrichtung 36 den von dem Fehler betroffenen Linearantrieb kraftlos und steuert die verbleibenden Direktantriebe vorzugsweise mit voller oder leicht überhöhter Leistung so an, daß Kollisionsfreiheit zwischen dem Umformwerkzeug und der Transfervorrichtung 15 hergestellt wird, wonach die Presse vorzugsweise stillgesetzt wird.

Claims (11)

  1. Transfervorrichtung (15) für den Werkstücktransport entlang mehrerer Arbeitsstationen, insbesondere Pressenstationen (2, 3, 4),
    mit wenigstens einer Transferschiene (21), deren Längserstreckung im wesentlichen mit einer Richtung (T) übereinstimmt, in der die Werkstücke taktweise zu transportieren sind, und die mit Einrichtungen (23) zur Aufnahme bzw. zum Festhalten der Werkstücke versehen ist,
    mit mehreren elektrischen Direktantrieben (28, 29), deren Abtriebe mit der Transferschiene (21) verbunden sind und die die Transferschiene (21) mit übereinstimmender Kraftrichtung antreiben, so daß die elektrischen Direktantriebe (28, 29) eine Antriebsgruppe für eine vorgegebene Achsrichtung (Q) bilden,
    mit einer Steuereinrichtung (36), die die elektrischen, zu der Antriebsgruppe gehörenden Direktantriebe (28, 29) im wesentlichen übereinstimmend ansteuert und die in einem durch Ausfall eines Direktantriebes (28, 29) oder diesem zugeordneter Teile der Steuereinrichtung (36) hervorgerufenen Gefahrenfall eine Notbetriebsart einnimmt,
       dadurch gekennzeichnet,
    daß die Steuereinrichtung (36) in der Notbetriebsart den von dem Ausfall betroffenen Direktantrieb (28, 28a, 29 bis 29d) der Antriebsgruppe im wesentlichen kräftefrei schaltet, und
    daß die Steuereinrichtung (36) in der Notbetriebsart die verbleibenden Direktantriebe (28a, 29 bis 29d) weiter ansteuert und die Transferschiene (21) und deren Festhaltemittel (23) aus den Arbeitsstationen (2, 3, 4) herausführt.
  2. Transfervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Direktantriebe (2, 3, 4) eine miteinander übereinstimmende Leistungsfähigkeit aufweisen, die jeweils gleich der erforderlichen Gesamtleistung geteilt durch die um Eins verminderte Anzahl der Direktantriebe (28, 28a, 29 bis 29d) ist.
  3. Transfervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Direktantriebe (28, 28a, 29 bis 29d) zum Antrieb der Transferschiene (21) in einer Richtung (Q) quer zu der Längsrichtung der Transferschiene (21) dienen,
    daß die Abtriebe der Direktantriebe (28, 28a, 29 bis 29d) an voneinander beabstandeten Stellen an der Transferschiene (21) angreifen und
    daß die Transferschiene (21) eine Biegesteifigkeit aufweist, die so bemessen ist, daß sichergestellt ist, daß bei Querbeschleunigung durch volle Kraftentfaltung wenigstens zweier Direktantriebe (28, 29a) und Ausfall eines zwischen diesen angeordneten benachbarten Direktantriebes (29) in dem Bereich des ausgefallenen Direktantriebes (29) eine maximale elastische Verbiegung auftritt, bei der die Transferschiene (21) bei dem ausgefallenen Direktantrieb (29) dem vorgegebenen Zeitverlauf der Querbewegung innerhalb der vorgegebenen Toleranz folgt.
  4. Transfervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Direktantriebe (28, 28a, 29 bis 29d) in der Notbetriebsart derart angesteuert werden, daß die Bewegung der Transferschiene (21) wenigstens abschnittsweise innerhalb einer vorgegebenen Toleranz einem bei regulärem Betrieb durchfahrenen Zeitverlauf folgt.
  5. Transfervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Direktantriebe (28, 28a, 29 bis 29d) elektrische Linearmotoren sind, die ohne Zwischenschaltung eines Getriebes mit der Transferschiene (21) verbunden sind.
  6. Transfervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (36) wenigstens eine Monitoreinrichtung (M) zur Funktionsüberwachung enthält.
  7. Transfervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Monitoreinrichtung (M) zur Fehlererkennung Signale überwacht, die von zu der Steuereinrichtung gehörigen Sensoren (46, 47) und/oder Geräten abgegeben worden sind.
  8. Transfervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (36) die Transferschiene (21) stillsetzt, sobald die Transferschiene (21) in der Notbetriebsart eine sichere Position erreicht hat.
  9. Transfervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (36) einzelne, jeweils den Direktantrieben (28, 28a, 29 bis 29d) zugeordnete Steuereinheiten (41 bis 45) enthält, die untereinander über ein Datenübertragungssystem kommunizieren, das als redundantes Kommunikationssystem ausgelegt ist.
  10. Transfervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (36) eine redundant ausgeführte zentrale Steuerung (37) aufweist.
  11. Mehrstationenpresse mit einer Transfervorrichtung nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 10.
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