DE10336279A1

DE10336279A1 - Einrichtung zur Steuerung des Ziehvorgangs bei einer Transferpresse

Info

Publication number: DE10336279A1
Application number: DE10336279A
Authority: DE
Inventors: Stefan Arns; Helmut Behl
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2005-03-03
Also published as: ATE390966T1; DE502004006732D1; ES2302006T3; US7827843B2; US20060254337A1; WO2005016571A1; JP2007507349A; EP1656224A1; EP1656224B1

Abstract

Es wird eine Einrichtung zur Steuerung des Ziehvorgangs bei einer Transferpresse mit zwei gegeneinander wirkenden Werkzeugteilen, zwischen denen ein zu verformendes Werkstück gehalten ist, beschrieben. Das eine Werkzeugteil ist von einem mit konstanter Drehgeschwindigkeit angetriebenen mechanischen Kurbeltrieb zwischen zwei Umkehrpunkten verfahrbar. Das zweite Werkzeugteil ist über eine Kolbenstange mit dem Kolben eines hydraulischen Differentialzylinders verbunden. Die Bewegung des Kolbens ist durch Druckmittelzufuhr in eine erste Kammer und durch Druckmittelabfuhr aus einer zweiten Kammer des Differentialzylinders gesteuert. Während eines ersten Zeitabschnitts innerhalb eines durch den ersten und den zweiten Umkehrpunkt begrenzten Bereichs ist die stangenseitige Fläche des Kolbens mit einem Druck beaufschlagt, der ausreichend groß ist, um das zweite Werkzeugteil derart zu beschleunigen, daß sich beim Aufeinandertreffen der beiden Werkzeugteile beide Werkzeugteile praktisch mit derselben Geschwindigkeit bewegen. Zwischen einer bodenseitigen Kammer und einem Tank ist eine steuerbare Drossel angeordnet. Um beim Betrieb einer derartigen Trasnferpresse Energie einzusparen, ist in einem sich an den ersten Zeitabschnitt anschließenden zweiten Zeitabschnitt, der sich bis zum Erreichen des zweiten Umkehrpunkts erstreckt, die stangenseitige Fläche des Kolbens mit einem zweiten Druck beaufschlagt, der kleiner als der Druck während des ersten Zeitabschnitts ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung des Ziehvorgangs bei einer Transferpresse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer Presse in Form einer Transferpresse ist ein zu verformendes Werkstück zwischen zwei gegeneinander wirkenden Werkzeugteilen gehalten. Das eine der beiden Werkzeugteile, das insbesondere als Negativform ausgebildet ist, ist von einem mit konstanter Drehzahl angetriebenen mechanischen Kurbeltrieb zwischen einem oberen und einem unteren Umkehrpunkt verfahrbar. Dabei ist die Bewegung von dem oberen zum unteren Umkehrpunkt als Vorhub und die daran anschließende Bewegung von dem unteren zum oberen Umkehrpunkt als Rückhub bezeichnet. Die Bewegung des von dem Kurbeltrieb angetriebenen Werkzeugteils ist durch die konstruktive Auslegung des Kurbeltriebs und durch seine Drehgeschwindigkeit vorgegeben. Während eines aus Vorhub und Rückhub bestehenden Arbeitszyklus des Ziehvorgangs führt der Kurbeltrieb eine volle Umdrehung aus. Da die Drehgeschwindigkeit des Kurbeltriebs konstant ist, besteht zwischen dem Kurbelwinkel und der Zeit ein fester Zusammenhang. Somit ist es möglich, anstelle der jeweiligen Kurbelwinkel diesen entsprechende Zeitpunkte zu betrachten. Von diesem Zusammenhang wird auch in der folgenden Beschreibung Gebrauch gemacht. Das andere Werkzeugteil, das insbesondere als Ziehkissen ausgebildet ist, ist über eine Kolbenstange mit dem Kolben eines hydraulischen Differentialzylinders verbunden. Die Bewegung der Kolbenstange ist durch Druckmittelzufuhr in eine erste Kammer des Differentialzylinders und durch Druckmittelabfuhr aus der jeweils anderen Kammer gesteuert. Die Bewegung des an der Kolbenstange gehaltenen Werkzeugteils läßt sich durch Steuerung des Druckmittelflusses zu und von dem Differentialzylinder unabhängig von der Bewegung des Kurbeltriebs beeinflussen. Ein Arbeitszyklus des Ziehvorgangs der Presse gliedert sich in eine Reihe von aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten. Während eines ersten Zeitabschnitts, der sich in dem gewählten Beispiel innerhalb des Vorhubs erstreckt, ist die stangenseitige Fläche des Kolbens derart mit Druckmittel beaufschlagt, daß der Differentialzylinder das zweite Werkzeugteil so stark beschleunigt, daß sich beim Auftreffen des ersten Werkzeugteils auf dem zweiten Werkzeugteil beide Werkzeugteile praktisch mit derselben Geschwindigkeit bewegen. In einem zweiten Zeitabschnitt, der sich innerhalb des Vorhubs an den ersten Zeitabschnitt anschließt und der sich bis zum unteren Umkehrpunkt erstreckt, liegen die beiden Werkzeugteile von einander gegenüberliegenden Seiten an dem Werkstück an und verformen es. Während des Verformens nähern sich die beiden Werkzeugteile noch weiter aneinander an. Im unteren Umkehrpunkt erfolgt eine Dekompression des Druckmittels in dem Differentialzylinder. Mit der Umkehr der Bewegungsrichtung des Kurbeltriebs beginnt der Rückhub mit einem weiteren Zeitabschnitt, der sich maximal bis zum Erreichen des oberen Umkehrpunkts erstreckt. In diesem Zeitabschnitt kann das zweite Werkzeugteil entweder in eine besondere Entnahmeposition fahren oder sich zunächst gemeinsam mit dem Kurbeltrieb in Richtung auf den oberen Umkehrpunkt bewegen. In beiden Fällen ist die Geschwindigkeit des zweiten, von dem Differentialzylinder angetriebenen Werkzeugteils nicht größer als die Geschwindigkeit des von dem Kurbeltrieb angetriebenen Werkzeugteils. Die zur Versorgung des Differentialzylinders mit Druckmittel vorgesehene Pumpe muß so ausgelegt sein, daß sie in der Lage ist, das zweite Werkzeugteil während des ersten Zeitabschnitts wie oben beschrieben zu beschleunigen. Dieser Zeitabschnitt ist der Zeitabschnitt mit dem größten Druckmittelbedarf während eines Arbeitszyklus. Da die Pumpe für den größten Druckmittelbedarf ausgelegt sein muß, ist sie für Zeitabschnitte mit geringerem Druckmittelbedarf überdimensioniert und verbraucht in diesen Zeitabschnitten mehr Energie als erforderlich. Derartige Einrichtungen zur Steuerung des Ziehvorgangs bei einer Transferpresse sind von der Mannesmann Rexroth AG (jetzt als Bosch Rexroth AG firmierend) angeboten und vertrieben worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Einrichtung zur Steuerung des Ziehvorgangs mit dem Ziel einer Verringerung des Energiebedarfs zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Erfindung macht von der Überlegung Gebrauch, daß ein hoher Druck nur während des ersten Zeitabschnitts des Ziehvorgangs erforderlich ist und daß in mindestens einem weiteren Zeitabschnitt eines Arbeitszyklus ein gegenüber diesem Druck niedrigerer Druck für die Bewegung des zweiten Werkzeugteils ausreicht. Der hierfür erforderliche Einsatz einer Niederdruckpumpe erhöht zwar die Anschaffungskosten der Presse, diese Mehrkosten werden jedoch durch Einsparungen bei den Betriebskosten mehr als ausgeglichen, so daß über die gesamte Lebensdauer der Presse gesehen die Energieeinsparung überwiegt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Sie betreffen Maßnahmen, die zu weiterer Energieeinsparung führen, und Einzelheiten von derartigen Einrichtungen. Aufgrund dieser Maßnahmen kann u. a. ein Zylinder kleinerer Baugröße verwendet werden. Außerdem verringert sich die erforderliche Kühlleistung. Für das Druckmittel kann ein Tank mit kleineren Ausmaßen verwendet werden.

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten anhand von drei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung zur Steuerung des Ziehvorgangs bei einer Transferpresse,
2 ein Diagramm, in dem die Bewegung der beiden Werkzeugteile der in der 1 dargestellten Transferpresse während der einzelnen Zeitabschnitte eines Arbeitszyklus dargestellt sind,
3 den hydraulischen Teil einer zweiten erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung zur Steuerung des Ziehvorgangs bei einer Transferpresse,
4 den hydraulischen Teil einer dritten erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung zur Steuerung des Ziehvorgangs bei einer Transferpresse,
5 den in der 4 verwendeten Zylinder in vergrößerter Darstellung,
6 die mit Druckmittel beaufschlagte stangenseitige Ringfläche des in der 5 dargestellten Zylinders und
7 die mit Druckmittel beaufschlagten bodenseitigen Flächen des in der 5 dargestellten Zylinders.
Die 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Transferpresse sowie eine erste Einrichtung zur Steuerung des Ziehvorgangs gemäß der Erfindung. Ein zu verformendes Werkstück 10 ist zwischen zwei gegeneinander wirkenden Werkzeugteilen 11 und 12 gehalten, von denen das Werkzeugteil 11 als Negativform und das Werkzeugteil 12 als Ziehkissen ausgebildet ist. Ein von einem in der 1 nicht dargestellten Motor mit konstanter Drehgeschwindigkeit angetriebener mechanischer Kurbeltrieb 13 verfährt das Werkzeugteil 11 zwischen einem oberen Umkehrpunkt OT und einem unteren Umkehrpunkt UT, wobei die untere Begrenzung des Werkzeugteils 11 als Bezugsposition s_s bezeichnet ist. Ein hydraulischer Differentialzylinder 15 mit einem Kolben 16 und einer an dem Werkzeugteil 12 angreifenden Kolbenstange 17 verfährt das Werkzeugteil 12 innerhalb des durch die Umkehrpunkte OT und UT begrenzten Bereichs. Die obere Begrenzung des Werkzeugteils 12 ist hierbei als Bezugs position s_k bezeichnet. Ein Drehwinkelgeber 20 formt die Winkelstellung φ des Kurbeltriebs 13, die ein Maß für die Position s_s des Werkzeugteils 11 ist, in ein elektrisches Spannungssignal u_φ um. Ein durch ein Lineal symbolisiert dargestellter Weggeber 21 formt die Position s_k des Werkzeugteils 12 in ein weiteres Spannungssignal u_sk um. Die Spannungssignale u_φ und u_sk sind einer Rechenschaltung 22 als Eingangssignale zugeführt. Die Rechenschaltung 22 verknüpft die Eingangssignale nach vorgegebenen Algorithmen zu Steuersignalen u_stb und u_sts, die die Druckmittelzufuhr zu den mit den Bezugszeichen 15s und 15b versehenen Kammern des Differentialzylinders 15 steuern.
Eine erste als Konstantpumpe ausgebildete Pumpe 25 fördert Druckmittel aus einem Tank 26 und lädt einen Druckspeicher 27 auf einen Druck p_sH auf, dessen Höhe durch ein Druckabschaltventil 28 begrenzt ist. Eine weitere, ebenfalls als Konstantpumpe ausgebildete Pumpe 30 fördert Druckmittel aus dem Tank 26 und lädt einen weiteren Druckspeicher 31 auf einen Druck p_sN auf, dessen Höhe durch ein weiteres Druckabschaltventil 32 begrenzt ist. Der Druck p_sH ist so groß gewählt, daß das Werkzeugteil 12 mit der im Betrieb maximal erforderlichen Beschleunigung verfahren werden kann. Der Druck p_sN ist deutlich kleiner als der Druck p_sH. In einem Ausführungsbeispiel liegt p_sN in der Größenordnung von einem Viertel von p_sH. Ein Proportionalventil 35 und ein Schaltventil 36 steuern die Druckmittelzufuhr von den Druckspeichern 27 und 31 zu den Kammern 15s und 15b des Differentialzylinders 15 entsprechend den von der Rechenschaltung 22 abgegebenen Steuersignalen u_stb und u_sts. Der Druckspeicher 31 ist über ein Rückschlagventil 39 sowie über hydraulische Leitungen 40 und 41 mit der stangenseitigen Kammer 15s des Differentialzylinders 15 verbunden. In der in der 1 dargestellten Ruhestellung des Ventils 35, einer der beiden Endstellungen dieses Ventils, ist die Kammer 15b über eine weitere hydraulische Leitung 42 mit dem Tank 26 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Rückschlagventil 39 und der Kammer 15b ist in der Ruhestellung des Ventils 35 gesperrt. Befindet sich auch das Ventil 36 in der in der 5 dargestellten Ruhestellung, ist die Verbindung zwischen dem Druckspeicher 27 und der Leitung 41 gesperrt, die Kammer 15s ist nur mit dem Druck p_sN des Druckspeichers 31 beaufschlagt. In der anderen Endstellung des Ventils 35, die dem Maximalwert des Steuersignals u_stb entspricht, ist zusätzlich zu der Kammer 15s auch die Kammer 15b mit dem Druck p_sN beaufschlagt. Bei Werten des Steuersignals u_stb, die zwischen Null und seinem Maximalwert liegen, ist die Kammer 15b sowohl mit dem Tank 26 als auch mit der Leitung 40 verbunden, wobei die Größe der jeweiligen Durchlaßquerschnitte durch die jeweilige Größe des Steuersignals ustb bestimmt ist.
Befindet sich das Ventil 36 in der Arbeitsstellung, ist die Kammer 15s mit dem Druck p_sH beaufschlagt und auf die Fläche A_r wirkt der Druck p_sH. Das Rückschlagventil 39 sperrt, da – wie oben beschrieben – p_sH größer als p_sN ist. Befindet sich das Ventil 35 in der Ruhestellung, ist die Kammer 15b zum Tank 26 entlastet. Bei diesen Stellungen der Ventile 35 und 36 wirkt auf den Kolben 16 die größte abwärts gerichtete Kraft. Bei einer Vergrößerung des Steuersignals ustb wird die Verbindung zum Tank 26 gedrosselt. Auf die Fläche A_b des Bodens des Kolbens 16 wirkt jetzt eine durch die Größe des Steuersignals u_stb bestimmte aufwärts gerichtete Kraft, die der nach unten wirkenden Kraft entgegenwirkt und damit die resultierende, nach unten wirkende Kraft verringert.
Die Funktionsweise einer Transferpresse mit der in der 1 dargestellten Steuereinrichtung ist im Folgenden anhand der 2 beschrieben. Die 2 zeigt die Position s_s des Werkzeugteils 11 (Kurvenzug 45) und die Position s_k des Werkzeugteils 12 (Kurvenzug 46) während eines Arbeitszyklus der Transferpresse. Da die Drehgeschwindigkeit des Kurbeltriebs 13 konstant ist, besteht zwischen dem Kurbelwinkel φ, der ein Maß für die Position s_s ist, und der Zeit t ein fester Zusammenhang. Damit ist es möglich, anstelle der jeweiligen Kurbelwinkel φ_i diesen entsprechende Zeitpunkte t_i zu betrachten. Der im Folgenden beschriebene Arbeitszyklus beginnt im Zeitpunkt t₀ mit einem Vorhub, in dem sich das Werkzeugteil 11 von dem oberen Umkehrpunkt OT zu dem unteren Umkehrpunkt UT bewegt. Dieser Umkehrpunkt ist im Zeitpunkt t₃ erreicht. An den Vorhub schließt sich der Rückhub an, in dem sich das Werkzeugteil 11 von dem unteren Umkehrpunkt UT zu dem oberen Umkehrpunkt OT zurück bewegt. Dieser Umkehrpunkt ist im Zeitpunkt t₆ erreicht. Aufgrund der ständigen Drehbewegung des Kurbeltriebs beginnt im Zeitpunkt t₆ sofort ein neuer Arbeitszyklus, der in der gleichen Weise wie der Arbeitszyklus zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₆ abläuft. Im Gegensatz zu der Bewegung des Werkzeugteils 11, dessen Bewegung durch den Kurbeltrieb 13 fest vorgegeben ist, läßt sich die Bewegung des Werkzeugteils 12 durch Beaufschlagung der Kammern 15b und 15s des Differentialzylinders 15 mit hydraulischem Druckmittel steuern. Hierfür ist in der Rechenschaltung 22 ein Programm abgelegt, das aus den Signalen u_φ und u_sk Steuersignale ustb und usts für die Ventile 35 bzw. 36 derart bildet, daß die Position s_k des Werkzeugteils 12 dem Kurvenzug 46 entspricht. Im Zeitpunkt t₀ befindet sich das Ventil 36 in seiner Arbeitsstellung, d. h. die Kammer 15s ist mit dem Druck p_sH beaufschlagt. Bis zum Zeitpunkt t₁ ist das Ventil 35 so angesteuert, daß das Werkzeugteil 12 seine mit s_k0 bezeichnete Anfangsposition beibehält. In diesem Fall stellt sich in der Kammer 15b ein Druck ein, bei dem sich die von entgegengesetzten Seiten auf den Kolben 16 wirkenden Kräfte (unter Berücksichtigung des Eigengewichts des Werkzeugteils 12 und des Werkstücks 10) gerade aufheben. Aufgrund der Bewegung des Werkzeugteils 11 verringert sich in dem Zeitabschnitt Δt₁ zwischen t₀ und t₁ der Abstand zwischen den Werkzeugteilen 11 und 12. Ab dem Zeitpunkt t₁ steuert die Rechenschaltung 22 das Ventil 35 derart an, daß sich der Abstand zwischen den Werkzeugteilen 11 und 12 weiter verringert, bis im Zeitpunkt t₂ die Werkzeugteile 11 und 12 aufeinandertreffen. Im Zeitpunkt t₂ schaltet die Rechenschaltung 22 das Ventil 36 in seine Ruhestellung zurück. Damit verringert sich die Energieaufnahme der Pumpe 25, da nur noch der Druck p_sH des Druckspeichers 27 aufrechterhalten wird, ohne daß dem Druckspeicher 27 Druckmittel entnommen wird. Für die restliche Zeit des Vorhubs, d. h. in dem Zeitabschnitt Δt₃ zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃, sowie während eines ersten Teils des Rückhubs, z. B. während der Zeitabschnitte Δt₄ und Δt₅ zwischen den Zeitpunkten t3 und t5, behält das Ventil 36 seine Ruhestellung bei. In dieser Zeit werden die Kammern 15b und 15s des Differentialzylinders 15 nur mit Druckmittel aus dem Druckspeicher 31 beaufschlagt. Dabei steuert die Rechenschaltung 22 das Ventil 35 wieder so an, daß sich in der Kammer 15b ein auf die Fläche A_b des Kolbens 16 wirkender Druck einstellt, der in Verbindung mit den anderen auf den Kolben 16 wirkenden Kräften das Werkzeugteil 12 entsprechend dem Verlauf des Kurvenzugs 46 bewegt. Der Kurvenzug 46 gilt für den Fall, daß die Werkzeugteile 11 und 12 mit dem zwischen ihnen befindlichen Werkstück 10 bis zum Zeitpunkt t₄ gemeinsam nach oben fahren. In dem Zeitabschnitt Δt₅, der sich bis zum Zeitpunkt t₅ erstreckt, trennen sich die Werkzeugteile 11 und 12 voneinander und geben das Werkstück 10 zur Entnahme frei. Im Zeitpunkt t₅ hat das Werkzeugteil 12 seine Anfangsposition s_k0 erreicht, während das Werkzeugteil 11 noch bis zum oberen Umkehrpunkt OT fährt, den es im Zeitpunkt t₆ erreicht. Im Zeitpunkt t₆ schaltet die Rechenschaltung 22 das Ventil 36 wieder in seine Arbeitsstellung, in der der Druck p_sH den Kammern des Differentialzylinders 15 über die Leitungen 40 und 41 zugeführt ist. Grundsätzlich kann die Umschaltung des Ventils 36 in seine Arbeitsstellung auch noch zu einem späteren Zeitpunkt, jedoch spätestens bis zum Zeitpunkt t₁ erfolgen. Die gestrichelte Linie 47 zeigt alternativ zu dem Kurvenzug 46 den Fall, daß das Werkzeugteil 12 ab dem Zeitpunkt t₃ zunächst in eine besondere Entnahmeposition für das Werkstück 10 fährt und erst zwischen den Zeitpunkten t₅ und t₆ wieder seine Anfangsposition s_k0 erreicht.
Die 3 zeigt nur den hydraulischen Teil einer zweiten erfindungsgemäß ausgestalteten Einrichtung zur Steuerung des Ziehvorgangs bei einer Transferpresse. Diese Einrichtung stimmt in vielen Teilen mit der in der 1 dargestellten Einrichtung überein. Bauteile, die in der 1 oberhalb einer strichpunktierten Linie 50 dargestellt sind, nämlich die Werkzeugteile 11 und 12, der Kurbeltrieb 13 sowie die Rechenschaltung 22 sind auch aus Gründen der Übersichtlichkeit in der 3 nicht noch einmal dargestellt. Die in der 3 an der Linie 50 endende Kolbenstange 17 des Differentialzylinders 15 führt zu dem Werkzeugteil 12. Das Ausgangssignal u_sk des Weggebers 21 ist der Rechenschaltung 22 als Eingangssignal zugeführt. Als weiteres Eingangssignal ist der Rechenschaltung 22 das Ausgangssignal u_φ des Drehwinkelgebers 20 zugeführt. Die Rechenschaltung 22 bildet aus diesen Signalen das Steuersignal ustb für ein hydraulisches Ventil 51 und das Steuersignal usts für ein weiteres hydraulisches Ventil 52. Die Ventile 51 und 52 sind als Proportionalventile ausgebildet. Diese Maßnahme erlaubt eine feinfühlige Steuerung des Druckmittelflusses. Das Ventil 51, das über eine hydraulische Leitung 53 mit der Kammer 15b verbunden ist, steuert den Druckmittelfluß zu der bodenseitigen Kammer 15b. Das Ventil 52 steuert den Druckmittelfluß zu der stangenseitigen Kammer 15s. Wie in der 1 sind in der 3 zwei Pumpen 25 und 30, zwei Druckabschaltventile 28 und 32, zwei Druckspeicher 27 und 31 sowie ein Rückschlagventil 39 vorgesehen. Der Druckspeicher 31 ist über das Rückschlagventil 39 sowie die Leitungen 40 und 41 mit der Kammer 15s verbunden.
Das Ventil 51 ist durch das Steuersignal ustb zwischen zwei Endstellungen stufenlos steuerbar. In der in der 3 dargestellten Endstellung ist die Kammer 15b zum Tank 26 entlastet. In der anderen Endstellung des Ventils 51 ist die Kammer 15b mit dem Druck p_sH beaufschlagt. Bei Werten des Steuersignals u_stb, die zwischen Null und seinem Maximalwert liegen, nimmt das Ventil 51 eine Zwischenstellung ein, in der die Kammer 15b sowohl mit dem Tank 26 als auch mit dem Druckspeicher 27 verbunden ist, wobei die Größe der jeweiligen Durchlaßquerschnitte durch den jeweiligen Wert des Steuersignals ustb bestimmt ist. Das Ventil 52 ist durch das Steuersignal usts ebenfalls zwischen zwei Endstellungen stufenlos steuerbar. In der in der 3 dargestellten Endstellung ist die Kammer 15s mit dem Druck p_sH beaufschlagt. Da in dieser Stellung des Ventils 52 der Druck p_sH größer als der Druck p_sN ist, sperrt das Rückschlagventil 39. In seiner anderen Endstellung sperrt das Ventil 52 und die Kammer 15s ist mit dem Druck p_sN beaufschlagt. In den Zwischenstellungen des Ventils 52 stellt sich der Druck in der Kammer 15s auf einen zwischen p_sH und p_sN liegenden Wert ein, der von der Größe des Steuersignals usts abhängig ist.
Die Recheneinrichtung 22 steuert die Ventile 51 und 52 so an, daß das mit der Kolbenstange 12 verbundene Werkzeugteil 12 dem in der 2 dargestellten Kurvenzug 46 folgt. Der Arbeitszyklus beginnt im Zeitpunkt t₀ mit einem Vorhub, in dem sich das Werkzeugteil 11 von dem oberen Umkehrpunkt OT zu dem unteren Umkehrpunkt UT bewegt. In dem Zeitabschnitt Δt₂ zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ befinden sich die Ventile 51 und 52 in der in der 3 dargestellten Ruhestellung, in der die Kammer 15s mit. dem Druck p_sH beaufschlagt ist und die Kammer 15b zum Tank 26 entlastet ist. Bei dieser Ventilstellungskombination wirkt die größtmögliche Kraft auf den Kolben 16. Im Zeitpunkt t₂, in dem das Werkzeugteil 11 auf das Werk zeugteil 12 trifft, schließt das Ventil 52. Die Kammer 15s wird von dem Druckspeicher 31 über das Rückschlagventil 39 und die Leitungen 40 und 41 mit Druckmittel beaufschlagt. Das von dem Kurbeltrieb 13 angetriebenen Werkzeugteil 11 verdrängt das an der Kolbenstange 17 gehaltene Werkzeugteil 12 aktiv nach unten. Die Rechenschaltung 22 steuert das Ventil 51 dabei so an, daß sich die gewünschte Gegenhaltekraft des Werkzeugteils 12 einstellt. Hierbei gilt, daß eine Verringerung des Durchlaßquerschnitts der Verbindung zwischen der Kammer 15b und dem Tank 26 die Gegenhaltekraft des Werkzeugteils 12 erhöht. Das Ventil 51 wirkt insoweit als steuerbare Drossel, die den Druck in der bodenseitigen Kammer 15b bestimmt. Im Zeitpunkt t₃ erreicht das Werkzeugteil 12 den unteren Umkehrpunkt UT. Jetzt steuert die Rechenschaltung 22 die Ventile 51 und 52 so an, daß sowohl die Kammer 15b als auch die Kammer 15s mit dem Druck p_sH beaufschlagt ist. Dabei werden die Ventile 51 und 52 im Einzelnen so angesteuert, daß das Werkzeugteil 12 dem Kurvenzug 46 folgt. Auch hier gilt, daß der Differentialzylinder 15 in dem Zeitabschnitt Δt₂ nur aus dem auf den niedrigeren Druck p_sN aufgeladenen Druckspeicher 31 mit Druckmittel versorgt wird. Das bedeutet, daß sich auch in diesem Ausführungsbeispiel die Energieaufnahme der Pumpe 25 in dem Zeitabschnitt Δt₂ gegenüber den anderen Zeitabschnitten eines Arbeitszyklus verringert.
Eine weitere Verringerung der während eines Arbeitstaktes der Transferpresse aufgenommenen Energie ermöglicht das anhand der 4 bis 7 beschriebene Ausführungsbeispiel. Die 4 zeigt eine Steuereinrichtung in einer den 1 bzw. 3 entsprechenden Darstellung. Soweit in den 1, 3 und 4 gleiche Bauteile zum Einsatz kommen, sind sie mit denselben Bezugszeichen versehen. Zum Antrieb des Werkzeugteils 12 dient in der 4 ein Differentialzylinder 55, der einen anderen Aufbau aufweist, als der in den 1 und 3 verwendete Differentialzylinder 15. Wie bereits in der 3 sind die Werkzeugteile 11 und 12 sowie der Kurbeltrieb 13 in der 4 nicht noch einmal dargestellt. Der Differentialzylinder 55 ist in der 5 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Ein derartiger Differentialzylinder ist, z. B. in Verbindung mit einem Nutzfahrzeug, aus der US-PS 6.145.307 bekannt. Der Differentialzylinder 55 besitzt einen Kolben 56, der mit einer Bohrung 57 versehen ist. Ein gehäusefester Kolben 58, der in die Bohrung 57 eingreift, bildet zusammen mit der Bohrung 57 eine innere bodenseitige Kammer 55b_i . Die Druckmittelzufuhr zu der Kammer 55b_i erfolgt über einen Kanal 59 in dem Kolben 58. Weiterhin besitzt der Differentialzylinder 55 eine äußere bodenseitige Kammer 55b_a sowie eine stangenseitige Kammer 55s. Die Leitungen 41 (vom Ventil 52 kommend) und 53 (vom Ventil 51 kommend) sind mit den Kammern 55s bzw. 55b_a verbunden. Die druckbeaufschlagten Flächen des Kolbens 56 sind mit A_r, A_bi und A_ba bezeichnet. Die 6 zeigt die Ringfläche A_r der stangenseitigen Kammer 55s. Die 7 zeigt die Ringfläche A_ba der äußeren bodenseitigen Kammer 55b_a und die Kreisfläche A_bi der inneren bodenseitigen Kammer 55b_i , wobei die Kreisfläche A_ba größer ausgebildet ist als die Ringfläche A_bi. Ein Elektromotor 62 treibt über eine Welle 63 eine Schwungmasse 64 und eine Verstellpumpe 65 an. Das Fördervolumen der Verstellpumpe 65 ist durch ein Steuersignal u_stH zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert verstellbar. Eine zweite Welle 66 ist über eine Kupplung 67 mit der Welle 63 verbunden. Die Welle 66 treibt eine hydraulische Maschine 70 an, die in Abhängigkeit von einem Steuersignal u_stM stetig von Pumpenbetrieb auf Motorbetrieb steuerbar ist, und die als Konstantpumpe ausgebildete Pumpe 30. Die hydraulische Maschine 70 ist über eine hydraulische Leitung 73 mit dem in die Kammer 55b_i führenden Kanal 59 in dem gehäusefesten Kolben 58 des Differentialzylinders 55 verbunden. Zwischen dem Druckspeicher 31 und der Leitung 73 ist ein Rückschlagventil 75 angeordnet, das immer dann sperrt, wenn der Druck in der Leitung 73 größer als p_sN ist.
Eine Rechenschaltung 77 bildet nach vorgegebenen Algorithmen aus den Eingangssignalen u_φ und u_sk die Steuersignale ustb und usts (für die Ventile 51 bzw. 52) sowie weitere Steuersignale u_stH (für die Verstellpumpe 65) und u_stM (für die hydraulische Maschine 70). Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der 4 die einzelnen elektrischen Leitungen zwischen der Rechenschaltung 77 und den Stellorganen (Ventile 51 und 52, Verstellpumpe 65, hydraulische Maschine 70) nicht dargestellt. Die Rechenschaltung 77 steuert die Stellorgane so an, daß die Position s_k des Werkzeugteils 12 auch in diesem Ausführungsbeispiel dem in der 2 dargestellten Kurvenzug 46 entspricht. Der Arbeitszyklus beginnt wieder im Zeitpunkt t₀ mit einem Vorhub, in dem sich das Werkzeugteil 11 von dem oberen Umkehrpunkt OT zu dem unteren Umkehrpunkt UT bewegt. In dem Zeitabschnitt Δt₂ zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ befinden sich die Ventile 51 und 52 in der in der 3 dargestellten Ruhestellung, in der die Kammer 55s mit dem Druck p_sH beaufschlagt und die Kammer 55b_a zum Tank 26 entlastet ist. Die hydraulische Maschine 70 ist in diesem Zeitabschnitt auf ca. 50 % Tankförderung gestellt. Bei dieser Kombination wirkt die größtmögliche Kraft auf den Kolben 56. Im Zeitpunkt t₂, in dem das Werkzeugteil 11 auf das Werkzeugteil 12 trifft, schließt das Ventil 52. Während des Zeitabschnitts Δt₃ wird die Kammer 55s von dem Druckspeicher 31 über das Rückschlagventil 39 und die Leitungen 40 und 41 mit Druckmittel beaufschlagt. Das an dem Kolben 56 gehaltene Werkzeugteil 12 wird aktiv von dem Kurbeltrieb 13 über das Werkzeugteil 11 und das zwischen den Werkzeugteilen 11 und 12 befindliche Werkstück 10 nach unten verdrängt. In diesem Zeitabschnitt steuert die Rechenschaltung 77 das Ventil 51 so an, daß sich die gewünschte Gegenhaltekraft des Werkzeugteils 12 einstellt. Hierbei gilt, daß eine Verringerung des Durchlaßquerschnitts der Verbindung zwischen der Kammer 55b_a und dem Tank 26 die Gegenhaltekraft des Werkzeugteils 12 erhöht. Die hydraulische Maschine 70 arbeitet als Motor und gibt mechanische Energie an die Schwungmasse 64 ab. Die Verstellpumpe 65 schwenkt auf 100 % Fördervolumen. Die Druckregelung in der Kammer 55b_a erfolgt über das Ventil 51 und die hydraulische Maschine 70. Im Zeitpunkt t₃ erreicht das Werkzeugteil 12 den unteren Umkehrpunkt UT. Jetzt steuert die Rechenschaltung 77 die Ventile 51 und 52 so an, daß sowohl die Kammer 55b_a als auch die Kammer 55s mit dem Druck p_sH beaufschlagt ist. Außerdem wird die Kammer 55b_i über das Rückschlagventil 75 und die hierfür von der Rechenschaltung 77 als Pumpe betriebene hydraulische Maschine 70 gefüllt. Die Stellorgane (Ventile 51 und 52, Verstellpumpe 65, hydraulische Maschine 70) sind im Einzelnen so angesteuert, daß das Werkzeugteil 12 dem Kurvenzug 46 folgt. Auch hier gilt, daß der Differentialzylinder 55 in dem Zeitabschnitt Δt₂ nicht aus dem auf den höheren Druck p_sH aufgeladenen Druckspeicher 27 mit Druckmittel versorgt wird. Das bedeutet, daß sich auch in diesem Ausführungsbeispiel die Energieaufnahme der Pumpe 25 in dem Zeitabschnitt Δt₂ gegenüber den anderen Zeitabschnitten eines Arbeitszyklus verringert, wobei durch den Einsatz der hydraulischen Maschine 70 eine noch bessere Ausnutzung der für die Versorgung des Elektromotors 62 eingesetzten Energie gegeben ist.

Claims

Einrichtung zur Steuerung des Ziehvorgangs bei einer Transferpresse mit zwei gegeneinander wirkenden Werkzeugteilen, zwischen denen ein zu verformendes Werkstück gehalten ist, von denen das eine Werkzeugteil, insbesondere eine Negativform, von einem mit konstanter Drehgeschwindigkeit angetriebenen mechanischen Kurbeltrieb zwischen zwei Umkehrpunkten verfahrbar ist, von denen der erste dem Beginn eines Arbeitszyklus zugeordnet ist, und von denen das zweite Werkzeugteil, insbesondere ein Ziehkissen, über eine Kolbenstange mit dem Kolben eines hydraulischen Differentialzylinders verbunden ist, wobei die Bewegung des Kolbens durch Druckmittelzufuhr in eine erste Kammer und durch Druckmittelabfuhr aus einer zweiten Kammer des Differentialzylinders gesteuert ist, und bei der die stangenseitige Fläche des Kolbens während eines ersten Zeitabschnitts, der sich innerhalb eines durch den ersten und den zweiten Umkehrpunkt begrenzten Bereichs erstreckt, mit einem Druck beaufschlagt ist, der ausreichend groß ist, um das zweite Werkzeugteil derart zu beschleunigen, daß beim Aufeinandertreffen des ersten Werkzeugteils und des zweiten Werkzeugteils sich beide Werkzeugteile praktisch mit derselben Geschwindigkeit bewegen, und bei der eine zwischen einer bodenseitigen Kammer des Differentialzylinders und einem Tank angeordnete steuerbare Drossel den Druck in der bodenseitigen Kammer bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß in einem sich an den ersten Zeitabschnitt (Δt₂) anschließenden zweiten Zeitabschnitt (Δt₃), der sich bis zum Erreichen des zweiten Umkehrpunkts (UT) erstreckt, die stangen seitige Fläche (A_r) des Kolbens (16; 56) mit einem zweiten Druck (p_sN) beaufschlagt ist, der kleiner als der Druck (p_sH) während des ersten Zeitabschnitts (Δt₂) ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stangenseitige Fläche (A_r) des Kolbens (16; 56) in einem mit der Umkehr der Bewegungsrichtung des Kurbeltriebs (13) beginnenden dritten Zeitabschnitt (Δt₄ + Δt₅) des Arbeitszyklus, der spätestens in dem Zeitpunkt (t₆) beendet ist, in dem der Kurbeltrieb (13) den ersten Umkehrpunkt (OT) erreicht, wieder mit dem ersten Druck (p_sH) beaufschlagt ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stangenseitige Fläche (A_r) des Kolbens (16; 56) in einem mit der Umkehr seiner Bewegungsrichtung beginnenden dritten Zeitabschnitt (Δt₄ + Δt₅) des Arbeitszyklus, der spätestens in dem Zeitpunkt (t₆) beendet ist, in dem der Kurbeltrieb (13) den ersten Umkehrpunkt (OT) erreicht, weiterhin mit dem zweiten Druck (p_sN) beaufschlagt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Druckspeicher (27, 31) vorgesehen sind, von denen der eine (27) auf den ersten Druck (P_sH) und der zweite (31) auf den zweiten Druck (p_sN) aufgeladen ist, und daß die Beaufschlagung der stangenseitigen Kammer (15s; 55s) des Differentialzylinders (15; 55) mit Druckmittel aus demjenigen Druckspeicher (27, 31) erfolgt, der auf den für den jeweiligen Zeitabschnitt (Δt₂, Δt₃, Δt₄ + Δt₅) vorgesehenen Druck (p_sH, P_sN) aufgeladen ist.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Druckspeicher (31) über ein Rückschlagventil (39) mit der stangenseitigen Kammer (15s; 55s) des Differentialzylinders (15; 55) verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß in der zu der bodenseitigen Kammer (15b; 55b_a ) des Differentialzylinders (15; 55) führenden Leitung (42; 53) ein als steuerbare Drossel dienendes Proportionalventil (35; 51) angeordnet ist, das einerseits den Druckmittelfluß von einem der Druckspeicher (27, 31) zu der bodenseitigen Kammer (15b; 55b_a ) des Differentialzylinders (15; 55) und von dieser Kammer zum Tank (26) steuert.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Pumpe (25; 65) den Druck (p_sH) in dem ersten Druckspeicher (27) aufrecht erhält und daß eine zweite Pumpe (30) den Druck (p_sN) in dem zweiten Druckspeicher (31) aufrechterhält.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (25, 30) Konstantpumpen sind und daß jeweils zwischen einer Pumpe (25, 30) und dem entsprechenden Druckspeicher (27, 31) ein Druckabschaltventil (28, 32) angeordnet ist.
Einrichtung. nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (65) Verstellpumpen sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Druckspeicher (27) und der stangenseitigen Kammer (15s; 55s) des Differentialzylinders (15; 55) ein den Druckmittelfluß steuerndes Ventil (36; 52) angeordnet ist, dessen Ausgangsanschluß in die von dem Rückschlagventil (39) zu der stangenseitigen Kammer (15s; 55s) führende Leitung (40, 41) mündet.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem ersten Druckspeicher (27) und der stangenseitigen Kammer (15s; 55s) des Differentialzylinders (15; 55) angeordnete Ventil ein Schaltventil (36) ist.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem ersten Druckspeicher (27) und der stangenseitigen Kammer (15s; 55s) des Differentialzylinders (15; 55) angeordnete Ventil ein Proportionalventil (52) ist.
Einrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß die bodenseitige Fläche des Kolbens (56) des Differentialzylinders (55) in zwei unterschiedlich große Teilflächen (A_ba, A_bi) aufgeteilt ist, die von unterschiedlich großen Drücken (p_ba, p_bi) beaufschlagt sind, daß der Druck (p_ba) mit dem die größere Teilfläche (A_ba) beaufschlagt ist, durch das Proportionalventil (51) gesteuert ist und daß der Druck (p_bi), mit dem die kleinere Teilfläche (A_bi) beaufschlagt ist, durch eine stetig von Pumpenbetrieb auf Motorbetrieb steuerbare hydraulische Maschine (70) gesteuert ist.
Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (56) des Differentialzylinders (55) mit einer Bohrung (57) versehen ist, in die ein gehäusefester Kolben (58) eingreift, und daß die Druckmittelzufuhr zu der aus der Bohrung (57) und dem gehäusefesten Kolben (58) gebildeten inneren bodenseitigen Kammer (55b_i ) über einen Kanal (59) in dem gehäusefesten Kolben (58) erfolgt.
Einrichtung nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromotor (62) die Pumpen (30, 65) und die hydraulische Maschine (70) über eine gemeinsame Welle (63, 66) antreibt und daß eine Schwungmasse (64) mit der Welle (63) verbunden ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (p_bi), mit dem die kleinere Teilfläche (A_bi) beaufschlagt ist, so gesteuert ist, daß er in dem ersten Zeitabschnitt (Δt₂) kleiner als der erste Druck (p_sH) ist und in dem zweiten Zeitabschnitt (Δt₃) gleich dem zweiten Druck (p_sN) ist.
Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (p_bi), mit dem die kleinere Teilfläche (A_bi) beaufschlagt ist, so gesteuert ist, daß er in dem dritten Zeitabschnitt (Δt₄ + Δt₅) gleich dem ersten Druck (p_sH) ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Maschine (70) zwischen dem dem Beginn (t₀) des Arbeitszyklus zugeordneten Umkehrpunkt (OT) und dem Beginn (t₁) des ersten Zeitabschnitts (Δt₂) auf Tankförderung gesteuert ist.
Einrichtung nach Anspruch 14 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Druckspeicher (31) und der von der hydraulischen Maschine (70) zu der inneren bodenseitigen Kammer (55b_i ) des Differentialzylinders (55) führenden Leitung (73) ein weiteres Rückschlagventil (75) angeordnet ist.