CH621969A5 - Cutting shock dampening device for cutting presses. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine für Stanzpressen bestimmte Schnittschlagdämpfungseinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Eine derartige Presse ist beispielsweise aus der CH-PS 554 237 bekannt. Dort wird die verzögerte Entspannung des Pressengestelles durch eine einstellbare Strömungsdrossel bewirkt, durch die das Hydrauliköl nach dem Durchbruch des Stanzwerkzeuges abfliessen kann. Diese Drossel wird durch ein Ventil in Wirkung gesetzt. Die Steuerung des Ventils erfolgt durch eine Steuerkurve, z. B. eine Nocke, welche auf der Kurbelwelle der Presse sitzt.

Diese Art der Schnittschlagdämpfung hat in der Praxis verschiedene Nachteile. Die Wirkung der Strömungsdrossel ist stark viskositätsabhängig. Dadurch ist die Wirkung der Schnittschlagdämpfung nach dem Starten der Presse völlig anders als nach einer gewissen Zeit, während der sich das Hydrauliköl durch den Strömungswiderstand der Drossel erwärmt hat. Weiterhin arbeiten derartige Drosseln nicht unverzögert; es muss sich erst eine gewisse Strömungsgeschwindigkeit einstellen, damit die Drossel ihre volle Wirkung entfalten kann. Dadurch wird der schlagartigen Entspannung des Pressengestelles und seines Antriebs beim Durchbruch des Werkzeuges nicht sofort entgegengewirkt, sondern verzögert. Bei Werkstücken unterschiedlicher Dicke erfolgt das Durchbrechen an unterschiedlichen Stellen des Weges des Oberwerkzeuges. Demgemäss muss der Zeitpunkt, an dem das Ventil die Strömungsdrossel in Wirkung bringt, in Abhängigkeit von der Werkstückdicke verstellt werden, d.h. die Steuerkurve auf der Kurbelwelle der Presse muss verstellt werden. Infolge der Betätigung des Ventils durch die Steuerkurve haben auch alle Ungenauigkeiten in dem Pressenantrieb, zum Beispiel durch Abnutzung der kraftübertragenden Teile, Einfluss auf den Zeitpunkt, an dem die Strömungsdrossel in Wirkung gesetzt wird. Weil zur Steuerung des Ventils die Antriebsmechanik der Presse herangezogen wird, lässt sich die bekannte Methode der Schnittschlagdämpfung nur bei über Kurbelwelle angetriebenen Pressen verwenden. Ausserdem lässt sie sich nur sehr schwer nachträglich an vorhandenen Pressen einsetzen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Schnittschlagdämpfung der eingangs genannten Art anzugeben, welche völlig viskositätsunabhängig arbeitet, vom Prinzip her völlig unverzögert anspricht, keiner Justierung bedarf, nachträglich bei vorhandenen Pressen beliebiger Antriebsart und beliebiger Entspannungseigenschaften einsetzbar ist, hinsichtlich des Entspannungsvorganges auf einfachste Weise einstellbar ist, rein hydraulisch-elektronisch arbeitet und sich durch ausserordentlich geringen Material- und Montageaufwand auszeichnet.

Die erfindungsgemässe Schnittschlagdämpfungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gegendruckzylinder ein autonomer Druckregelkreis angeschlossen ist, bestehend aus einer an dem Druckraum des Gegendruckzylinders angeschlossenen Druckmessdose, einem von der Druckmessdose und einem Sollwertgeber beaufschlagten Soll-Istwertvergleicher, einem von diesem Soll-Istwertvergleicher angesteuerten Verstärker und einem von dem Verstärker gesteuerten, zwischen dem Druckraum des Gegendruckzylinders einerseits und einer Druckflüssigkeits-Speisequelle sowie einem Ölvorratsbehälter anderseits eingefügten Proportional-Regelventil, dass der Sollwertgeber eingestellt ist auf einen Druck der Druckflüssigkeit, welcher der zum Ausfahren der Kolbenstange des Gegendruckzylinders beim Rückhub benötigten Kraft entspricht, und dass ein Bestandteil des genannten Regelkreises ein hinsichtlich seiner Zeitkonstante derart bemessenes Integrierglied ist, dass von der Druckmessdose gelieferte langsame Änderungssignale zeitlich unbeeinflusst ausgeregelt werden, vom Werkzeugdurchbruch herrührende schnelle Änderungssignale der Druckmessdose hingegen zeitlich verzögert ausgeregelt werden, entsprechend der Einstellung des genannten Integriergliedes.

In vorteilhafter Ausgestaltung kann das Integrierglied aus einem hinsichtlich seiner Stellgeschwindigkeit aus der Palette marktgängiger Typen ausgewählten Proportional-Regelventil bestehen. Dies wird man immer dann anwenden, wenn die erfindungsgemässe Schnittschlagdämpfungseinrichtung nur bei einer Presse ganz bestimmter Art verwendet werden soll. Soll hingegen die Erfindung bei Pressen unterschiedlicher Antriebsart und/oder Entspannungseigenschaften eingesetzt werden, so wählt man, in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung, das Integrierglied aus bekannten einstellbaren elektronischen Bauteilen, die dem Regelkreis zugeordnet sind.

Die Erfindung und hernach ihre besonderen Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert, welche ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

Es zeigen:

Fig. 1 eine hydraulisch angetriebene Presse in schematisierter Darstellung zusammen mit einem Blockschaltbild des Druckregelkreises,

Fig. 2 den Druckverlauf im Gegendruckzylinder über der Zeit,

Fig. 3 das Öffnungsmass des Proportional-Regelventils über der Zeit,

Fig. 4 den Spannungs- bzw. Entspannungsweg des Pressengestells über der Zeit.

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Gemäss Fig. 1 besteht das Pressengestell aus dem Pressenfuss 1, den beiden Säulen 2 und 3 und der Kopftraverse 4. Zwischen den Säulen 2 und 3 befindet sich der Pressentisch 5. Letzterer trägt das Unterwerkzeug 6 und die beiden üblichen Führungsstangen 7 und 8. Auf dem Unterwerkzeug 6 liegt das Werkstück 9, welches ausgestanzt werden soll.

In den Säulen 2 und 3 ist in nicht näher bezeichneter Weise der Stössel 10 an Führungsstangen auf- und abbewegbar. Seine Bewegung wird bewirkt durch den hydraulischen Arbeitszylinder 11 mit der Kolbenstange 12, deren Ende im Stössel 10 befestigt ist.

Im Stössel 10 sind die beiden Gegendruckzylinder 13 und

14 mit den Kolben 15 und 16 sowie den hydraulischen Druckräumen 17 und 18 eingebaut. Die Kolbenstangen 19 und 20 der genannten Gegendruckzylinder enden in Öffnungen 21, 22. Diese fluchten mit den Führungsstangen 7 und 8 im Pressentisch 5. Die Druckräume 17 und 18 sind parallel geschaltet und an eine Leitung 23 angeschlossen. Der Stössel 10 trägt unten das Oberwerkzeug 24. Mit 25 ist eine Pumpe bezeichnet, welche aus dem Tank 26 Hydrauliköl anzusaugen vermag. Die Pumpe 25 ist über das Rückschlagventil 27 und das Proportional-Regelventil 28 mit der Leitung 23 zu den Druckräumen 17 und 18 der Gegendruckzylinder 13, 14 verbunden. Anstelle der Pumpe 25 und dem Tank 26 kann selbstverständlich auch ein zentrales hydraulisches Leitungsnetz vorgesehen sein. Das Proportional-Regelventil 28 hat die Erregerwicklung 29 sowie die Endstellungen 30 und 31. Es kann je nach Polarität und Stärke des an die Wicklung 29 angelegten Stromes beliebige Zwischenstellungen einnehmen oder auch ganz geschlossen sein. Mit 32 ist ein übliches Druckbegrenzungsventil bezeichnet. Es ist auf relativ niedrigen Wert eingestellt, zum Beispiel

15 bar. Es dient dazu, das von der Pumpe 25 geförderte Öl in den Tank 26 zu leiten, wenn das Proportional-Regelventil 28 geschlossen ist.

An die Leitung 23 ist die Druckmessdose 33 angeschlossen. Sie steht über den Widerstand 34 in Verbindung mit einem Knotenpunkt 35. An letzterem liegt weiterhin der Widerstand 36, der mit dem Schleifer des Potentiometers 37 verbunden ist. Dieses liegt über den Anschluss 38 an einem negativen Potential.

Am Knotenpunkt 35 liegt der eine Eingang 39 des Operationsverstärkers 40. Dessen anderer Eingang 41 liegt an Masse.

Der Operationsverstärker 40 wirkt hier, wie ersichtlich, als einfacher Verstärker; Sein Ausgang ist mit der Erregerwicklung 29 des Proportional-Regelventils 28 verbunden. Zwischen dem Ausgang des Verstärkers 40 und dem Eingang 39 liegt ein Gegenkopplungsglied aus dem Widerstand 42 und dem einstellbaren oder umschaltbaren Kondensator 43.

Die Druckmessdose 33, die Widerstände 34 und 36, der Verstärker 40 und das Proportional-Regelventil 28 bilden einen Regelkreis für den Druck in der Leitung 23, mit anderen Worten für den Druck in den Räumen 17 und 18 der Gegendruckzylinder 13, 14. Die Eingabe des Sollwertes für diesen Regelkreis erfolgt über das Potentiometer 37. Der Istwert wird von der Druckmessdose 33 geliefert. Der Knotenpunkt 35 ist somit der Soll-Istwertvergleicher. Der Kondensator 43 nebst Widerstand 42 ist das Integrierglied im genannten Regelkreis.

In den Fig. 2, 3 und 4 ist mit 44 der Punkt bezeichnet, wo der Durchbruch des Werkzeuges durch das Werkstück erfolgt. Diese Figuren werden nachstehend im Verlauf der Funktionsbeschreibung des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispieles erläutert.

Es wird ausgegangen von einem Zeitpunkt, an dem der Stössel 10 eine oberste Stellung einnimmt und auch die Kolben 15 und 16 ihre oberste Stellung innehaben. Gleichzeitig mit dem Pressenzylinder 11 wird von einer nicht näher erläuterten Steuervorrichtung die Pumpe 25 gestartet. Über das Rückschlagventil 27 und das Proportional-Regelventil 28 werden die Druckräume 17 und 18 der Gegendruckzylinder 13, 14 mit Hydrauliköl gefüllt. Demgemäss fahren die Kolben 19 und 20 dieser Zylinder nach unten hin aus.

Der sich dabei auf der Leitung 23 einstellende Druck wird von dem weiter oben erläuterten Regelkreis auf einem Wert gehalten, welcher gerade ausreicht, um die Reibungswiderstände in den Zylindern 13 und 14 und in dem übrigen Leitungssystem zu überwinden. Hierzu wird der Istwert des Druk-kes in der Leitung 23 von der Druckmessdose 33 in eine Spannung umgeformt und diese über den Widerstand 34 dem Soll-Istwertvergleicher zugeführt, nämlich dem Punkt 35, dem der am Potentiometer 37 eingestellte Sollwert über den Widerstand 36 zugeführt wird. Je nachdem, wie hoch die am Potentiometer eingestellte Sollwertspannung ist, entsprechend hoch ist auch der eingeregelte Druck auf der Leitung 23 und in den Zylindern 13 und 14. Dieser Druck beträgt beispielsweise 10 bar. Dies wird durch die gestrichelte Linie 45 in Fig. 2 veranschaulicht. Dort ist die dem Druck in der Leitung 23 proportionale Spannung Up der Druckmessdose 33 über der Zeit aufgetragen.

Im weiteren Verlauf der Abwärtsbewegung des Stössels 10 stossen die Führungsstangen 7 und 8 an die Kolbenstangen 19 und 20 der Gegendruckzylinder 13 und 14 an. Dadurch wird nunmehr Öl aus den Räumen 17 und 18 der Gegendruckzylinder 13 und 14 herausgedrückt. Dieses Öl fliesst über das Ventil 28 in den Tank 26 ab. Durch den weiter oben näher bezeichneten Regelkreis wird bewirkt, dass auch jetzt der Druck in den Räumen 17 und 18 nur den durch das Potentiometer 37 vorgegebenen niedrigen Wert erreichen kann, also beispielsweise die genannten 10 bar, entsprechend der Linie 45 in Fig. 2. Sobald nun das Oberwerkzeug 24 das Werkstück 9 durchbrochen hat, lastet die ganze Kraft der Presse und insbesondere die durch die Verspannung des Pressengestelles beim Arbeitshub erzeugte mechanische Spannung schlagartig auf den Gegendruckzylindern 13 und 14. Demzufolge entsteht in den Räumen 17 und 18 schlagartig ein enormer Druck, wie in Fig. 2 durch die steil ansteigende Linie 46 veranschaulicht. Dieser Druck hat beispielsweise einen Wert von 350 bar.

Die bei diesem Druck von der Druckmessdose 33 abgegebene Spannung würde normalerweise über den genannten Regelkreis das Ventil 28 schlagartig weit öffnen. Dies ist hier jedoch nicht der Fall, weil das Integrierglied 42, 43 im Regelkreis vorhanden ist. Dank der somit gegebenen Zeitkonstante dieses Regelkreises wird vielmehr das Ventil 28 erst relativ langsam nach einer e-Funktion geöffnet. Der Druck in den Gegendruckzylindern 13, 14 nimmt daher entsprechend der Linie 47 in Fig. 2 langsam ab. In Fig. 3 ist das Öffnungsmass M des Ventils 28 gegenüber der Zeit taufgetragen. Die Linie 48 zeigt dabei das prozentuale Öffnungsmass dieses Ventils bis zum Durchbruch des Werkzeuges 24 durch das Werkstück 9. Wie ersichtlich, ist am Punkt 44, an dem der Durchbruch erfolgt, die Öffnung des Ventils ausserordentlich klein und nimmt erst langsam nach der besagten e-Funktion zu. Dies veranschaulicht die Kurve 49.

Der sich über den Arbeitshub der Presse ergebende Span-nungs- bzw. Entspannungsweg W des Pressengestelles ist in Fig. 4 veranschaulicht. Die langsam ansteigende Linie 50 stellt dabei die Verbiegung des Pressengestelles bis zum Durchbruch am Punkt 44 dar. Unmittelbar nach dem Durchbruch würde sich bei Nichtvorhandensein der Erfindung ein ausserordentlich kurzer und harter Entspannungsschlag gemäss dem Kurvenzug 51 einstellen, welcher in Wirklichkeit noch viel grössere Anfangsamplituden hat als gezeichnet. Die Zeit, in der dies abläuft, ist sehr kurz und würde etwa 1-3 Millisekunden betragen. Nur der Deutlichkeit halber ist der abklingende Schwingungsverlauf des Entspannungsschlages in Fig. 4 stark auseinandergezogen dargestellt. Durch den Einsatz der Erfindung wird nun in der eben geschilderten Weise bewirkt, dass

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diese Entspannung nach einer e-Funktion langsam abklingt. Dies wird durch die Linie 52 veranschaulicht. Wie aus der vorstehenden Beschreibung des Ausführungsbeispieles ersichtlich, wird die Dämpfung des Schnittschlages bei der Erfindung auf rein hydraulisch-elektronische Weise bewirkt. Es ist keinerlei Verbindung der Einrichtung mit irgendeinem Teil des Pressenantriebes oder des Pressengestelles erforderlich. Deswegen lässt sich die Erfindung leicht auch nachträglich an vorhandenen Pressen anwenden. Denn hierzu ist es nur erforderlich, den Stössel 10 mit den Gegendruckzylindern 13, 14 auszurüsten oder gegen einen so ausgerüsteten auszuwechseln; alle anderen Teile sind unabhängig von der jeweiligen Stanzpresse. Aus den genannten Gründen lässt sich die Erfindung auch bei Pressen aller Art anwenden, zum Beispiel auch rein mechanisch über Kurbelwelle angetriebenen Typen.

Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, setzt die Dämpfung des Schnittschlages prinzipiell unmittelbar zum Zeitpunkt des Durchbruches ein, weil bis zu diesem Zeitpunkt das Proportio-nal-Regelventil 28 noch die sehr kleine, für die langsame Ab-strömung des Öls aus den Zylindern 13 und 14 vorgesehene Öffnung hat und weil diese Öffnung infolge des Integriergliedes im Regelkreis nur sehr langsam im Verhältnis zu einem normalen Schnittschlag geöffnet wird. Durch den Regelkreis wird selbsttätig auch jede Viskositätsänderung des Hydrauliköls ausgeregelt: die erfindungsgemässe Einrichtung ist daher von Haus aus völlig viskositätsunabhängig.

Bei der Erfindung ist auch keine Anpassung der Einrichtung an Pressen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit des Arbeitshubes erforderlich. Diese Anpassung wird selbsttätig durch den Regelkreis bewirkt. Bei relativ langsamem Arbeitshub ist die Öffnung im Ventil 28 entsprechend klein; bei schnelleren Arbeitshüben wird die Öffnung durch die Regelautomatik etwas grösser gestellt, damit in den Räumen 17 und 18 bzw. der Leitung 23 sich der durch das Potentiometer 37 voreingestellte niedrige Druckwert einstellt.

Mit dem umschaltbaren Kondensator 43 im Integrierglied 5 kann die Entspannungszeit auf einfachste Weise an die unterschiedlichen Entspannungsbedingungen von Pressen verschiedenster Art angepasst werden. Es sei bemerkt, dass es sich hierbei um keine irgendwie diffizile Justierung handelt, sondern im einfachsten Fall um eine einfache Einstellung nach io Gehör auf den besten akustischen Effekt. So liess sich bei einem ersten Versuchsmuster auf Anhieb eine Geräuschverminderung beim Durchbruch des Werkzeuges um 15 dba erzielen.

Dadurch, dass über den Regelkreis der Druck in der Leitung 23 nur auf den niedrigen Wert geregelt wird, der zur ls Überwindung der Reibungswiderstände im hydraulischen System erforderlich ist, wird während des Arbeitshubes auch nur eine minimale und praktisch nicht ins Gewicht fallende Gegenkraft durch die Gegendruckzylinder 13, 14 ausgeübt.

Für Schnittschlagdämpfungseinrichtungen der erfindungs-20 gemässen Art, welche nur für eine bestimmte Presse vorgesehen sind, kann die Integrierwirkung im Regelkreis auf einfachste Weise dadurch erzielt werden, dass ein Proportional-Regelventil 28 mit entsprechend grosser Trägheit aus der Palette marktgängiger Typen ausgewählt wird. Bei universell einsetz-25 baren Schnittschlagdämpfungseinrichtungen hingegen wird man die Integrierwirkung wie in Fig. 1 oder ähnlich durch elektronische Mittel erzeugen.

Wie aus Vorstehendem ersichtlich, setzt sich die Erfindung aus nur sehr wenigen, völlig handelsüblichen und billigen Tei-30 len zusammen und bedarf im Vergleich mit den Ausführungen des Standes der Technik nur eines geringen Montageaufwandes.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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1. Für Stanzpressen bestimmte Schnittschlagdämpfungsein -richtung mit mindestens einem zwischen Stössel und Pressentisch anzubringenden hydraulischen Gegendruckzylinder und mit Mitteln, welche im Augenblick des Werkzeugdurchbruches durch das Werkstück ein gedrosseltes Abfliessen der Druckflüssigkeit aus dem Gegendruckzylinder und damit eine verzögerte Entspannung des Pressengestelles bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gegendruckzylinder (13) ein autonomer Druckregelkreis angeschlossen ist, bestehend aus einer an dem Druckraum (17) des Gegendruckzylinders angeschlossenen Druckmessdose (33), einem von der Druckmessdose und einem Sollwertgeber (37) beaufschlagten Soll-Istwertver-gleicher (35), einem von diesem Soll-Ist wert vergleicher angesteuerten Verstärker (40) und einem von dem Verstärker gesteuerten, zwischen dem Druckraum (17) des Gegendruckzylinders (13) einerseits und einer Druckflüssigkeits-Speisequelle (25) sowie einem Ölvorratsbehälter (26) anderseits eingefügten Proportional-Regelventil (28), dass der Sollwertgeber (37) eingestellt ist auf einen Druck der Druckflüssigkeit, welcher der zum Ausfahren der Kolbenstange (20) des Gegendruckzylinders beim Rückhub benötigten Kraft entspricht, und dass ein Bestandteil des genannten Regelkreises ein hinsichtlich seiner Zeitkonstante derart bemessenes Integrierglied (42, 43) ist, dass von der Druckmessdose gelieferte langsame Änderungssignale zeitlich unbeeinflusst ausgeregelt werden, vom Werkzeugdurchbruch herrührende schnelle Änderungssignale der Druckmessdose hingegen zeitlich verzögert ausgeregelt werden, entsprechend der Einstellung des genannten Integriergliedes.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Integrierglied aus einem hinsichtlich seiner Stellgeschwindigkeit ausgewählten Proportional-Regelventil (28) besteht.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Integrierglied aus einstellbaren elektronischen Bauteilen (42, 43) besteht.