DE19534210A1

DE19534210A1 - Verfahren zum Beenden eines maschinellen Arbeitsvorgangs (Kraft und Weg)

Info

Publication number: DE19534210A1
Application number: DE1995134210
Authority: DE
Inventors: Guenter Weidner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-09-15
Filing date: 1995-09-15
Publication date: 1997-03-20

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Beenden eines maschinellen Arbeitsvorgangs bzw. von einer Maschine zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung des Hauptanspruchs bzw. jener des Anspruchs 3.

Ein grundsätzliches Problem aller Verfahren zum Beenden der maschinellen Arbeitsvorgänge von Maschinen, die mit fluidischen also hydraulischen oder pneumatischen Mitteln arbeiten, d. h. deren Maschinen eine Hubbewegung oder eine Drehbewegung erzeugen, besteht darin, diese Arbeitsbewegung dann tatsächlich zu beenden, wenn die Arbeit erledigt ist. Besonders bei Maschinen, die einen Arbeitshub aufweisen, kann die Fortsetzung des Arbeitshubs nach Durchführung der vorgesehenen Arbeit zur Zerstörung des Werkstückes oder auch von Teilen der Maschine führen, wobei in jedem Fall die unnötige Fortsetzung des Arbeitsvorgangs einen zusätzlichen Energieverbrauch darstellt. Besonders kritisch ist dieses Beenden des Arbeitsvorgangs bei Drück- und Stanzverfahren, bei denen vorübergehend ein Hochdruck des fluidischen Arbeitsmittels erzeugt wird, mit der entsprechenden hohen Kraftwirkung.

Bei bekannten gattungsgemäßen Verfahren bzw. Maschinen (DE-PS 12 99 432 und DE-OS 39 07 944) wird der Arbeitsweg gemessen und es wird nach einer Sollwertvorgabe der Arbeitsvorgang beendet, wenn die Arbeit, also der Sollwertweg absolviert ist. Alle diese bekannten Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß der tatsächliche Arbeitsablauf, also der tatsächliche Bearbeitungsvorgang nicht berücksichtigt wird. Wenn beispielsweise beim Zusammenfügen von Blechen gemäß einem Clinch- oder Zug-Druck-Punktverfahren die Bleche in ihrem Verlauf, wenn auch nur geringfügig unterschiedlich sind, so ist der voreingestellte Arbeitsvorgang immer der gleiche. Bei schwächeren Blechen würde das zu einer Überdimensionierung der Arbeit führen mit der Folge, von möglicherweise wieder Lockerung der Verbindung und bei zu dicken Blechen könnte die Verbindung durch Unterdimensionierung nicht ausreichend sein.

Bereits vor längerer Zeit (CH-PS 390 565) wurde deshalb dem Arbeitskolben eines Arbeitszylinders eine Einrichtung zum Messen der Stärke des Werkstücks über einen Meßstift vorgeschlagen. Gemäß einem anderen bekannten Vorschlag (DE-OS 32 41 525) wird auch die Geschwindigkeit des Kolbens eines Arbeitszylinders gemessen über das Anordnen von unterschiedlich magnetisierbaren Abschnitten auf den Kolben eines Arbeitszylinders. Nach wieder einem bekannten Verfahren (DE-GM 90 12 280) wird der Weg über eine optoelektronische Längenmeßeinrichtung insbesondere ein Laser-Interferrometer gemessen. Alles dies sind Versuche, einer möglichst schnellen und exakten Erfassung des Ist-Weges eines Arbeitskolbens, um in Verbindung mit einem zu vergleichenden Soll-Weg eine Beendigung des maschinellen Arbeitsvorgangs bewirken zu können.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs sowie die Maschine zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 3 hat demgegenüber den Vorteil, daß das Beenden des maschinellen Arbeitsvorgangs immer dann erfolgt, wenn die tatsächlich erforderliche Arbeit beendet ist und aufgrund dieser Beendigung der Arbeitswiderstand zurückgeht. Der Arbeitswiderstand stellt für sich als unmittelbar an der Arbeit beteiligte meßbare Größe ein äußerst sensibles Mittel zur Erfassung der jeweiligen Arbeitssituation dar. Eine Änderung des Arbeitswiderstandes äußert sich als Änderung der aufzuwendenden Kraft. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß man ohne den üblichen Endschalter für die Beendigung des Arbeitsvorgangs auskommt, wie er bei Messungen von Istweg und Sollweg erforderlich ist. Eine Unsteuerung des Arbeitsvorgangs kann somit bei der Erfindung endschalterlos erfolgen. Natürlich ist die Erfindung auch anwendbar bei Einrichtungen, bei denen Wasser als Hydraulik dient.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Arbeitswiderstand über den Arbeitsdruck gemessen. Der Arbeitsdruck selbst ist nicht nur äußerst sensibel meßbar und insbesondere im Arbeitsraum an allen Stellen gleich, sondern er ist auch unproblematisch erfaßbar. Ein entsprechender Geber kann an irgendeiner Stelle des Arbeitsraums angeordnet sein. Die moderne Technik weist Druckgeber auf, die aiiergeringste Druckunterschiede erfassen und in elektrische Größen umsetzen können.

Nach einer die Maschine betreffende Ausgestaltung der Erfindung dient als solche ein hydropneumatischer Druckübersetzer, wobei der Druck der hydraulischen Hochdruckkammer als Arbeitsdruck gemessen wird. Obwohl die Beendigung des Arbeitsvorgangs durch Umsteuern des pneumatischen Drucks. erfolgt, d. h. einen Mediums, das stark elastisch ist, erfolgt auch die Beendigung des unter hydraulischen Hochdrucks erfolgenden Arbeitsvorgangs in ausreichender Schnelligkeit. Andererseits wird besonders bei diesen mit an sich drei Mitteln arbeitenden Arbeitsmaschinen, nämlich mit elektrischem Strom, mit Luft und Hydraulik die Gefahr des eingangs genannten Nachlaufens des Werkzeuges besonders groß.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient als Elektroventil ein Magnetventil. Moderne Magnetventile weisen nicht nur einen großen Steuerquerschnitt sondern auch eine äußerst kurze Schaltzeit auf.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das elektrische Steuergerät einen Baustein in Form einer entsprechend Fig. 7 ausgebildeten elektronischen Schaltung auf. Diese Schaltung enthält einen Drucksensor, der den im übrigen üblichen Steuervorgang eines Arbeitszylinders überlagert. Der Rücklauf des Arbeitskolbens wird über dem Drucksensor geschaltet. Der Rücklauf ist jedoch auch ohne Drucksensor steuerbar.

Nach einer weiteren diesbezüglichen Ausgestaltung der Erfindung entspricht der elektronischen Schaltung eine der in Fig. 3 dargestellten Platine einer gedruckten Schaltung.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen hydropneumatischen Druckübersetzer im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Hydraulikschaltplan für diesen,

Fig. 3 ein Druckwegdiagramm für jenen,

Fig. 4, 5, 6 den Druckübersetzer in verschiedenen Arbeitsstellungen,

Fig. 7 einen Elektronikschaltplan für die Erfindung und

Fig. 8 eine entsprechend gedruckte Schaltung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In den Fig. 1, 4, 5 und 6 ist ein hydropneumatischer Druckübersetzer in verschiedenen Arbeitsstellungen und im Längsschnitt gezeigt. In einem Gehäuse 1 ist ein Arbeitskolben 2 angeordnet, der für seinen Vorhub einerseits hydraulisch von einem Hochdruckraum 3 beaufschlagt ist und andererseits von einem Rückstellraum 4 beaufschlagt ist. Der Arbeitskolben 2 weist eine aus dem Gehäuse 1 herausragende Kolbenstange 5 auf, die wie nicht näher dargestellt einen maschinellen Arbeitsvorgang durchführt, in dem sie zum Antrieb irgendwelcher Werkzeuge dient.

Im Gehäuse 1 ist außerdem ein Steuerkolben 6 angeordnet mit einem Tauchkolben 7 kleineren Durchmessers, der einen mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Speicherraum 8 durchdringt und mit seinem freien Ende nach Zurücklegung eines gewissen Hubes dichtend in eine Verbindungsbohrung 9 taucht, welche den Speicherraum 8 mit dem Hochdruckraum 3 verbindet. Ab Eintauchen dieses Tauchkolbens 7 in die Verbindungsbohrung 9 sind Hochdruckraum 3 und Speicherraum 8 voneinander getrennt, so daß im Hochdruckraum 3 bei weiterer Verschiebung des Tauchkolbens 7 in die Verbindungsbohrung 9 ein dem Antrieb entsprechender Hochdruck entsteht, wobei die Druckübersetzung dem Querschnittsverhältnis Tauchkolben 7 zu Arbeitskolben 2 entspricht. Der Steuerkolben 6 ist beiderseits pneumatisch beaufschlagt und zwar in Arbeitsrichtung über einen Steuerraum 11 und in Rückstellrichtung über einen Ringraum 12.

Der Speicherraum 8 ist außerdem durch einen Ringkolben 13 begrenzt, der auf dem Tauchkolben 7 axial verschiebbar ist und einen Luft-Federraum 14 vom Speicherraum 8 trennt. Der Rückstellraum 4 und der Ringraum 12 sind über eine Luftleitung 15 miteinander verbunden, welche über einen Anschluß B mit Steuerluft versorgbar ist. Der Steuerraum 11 und der Federraum 14 sind durch eine Luftleitung 16 miteinander verbunden, die über einen Anschluß A ebenfalls mit Druckluft versorgbar ist.

In Fig. 2 ist ein hydraulischer Schaltplan einschließlich dessen Fig. 1 beschriebenen nunmehr stark vereinfacht dargestellten hydropneumatischen Druckübersetzers 17 gezeigt. Das pneumatische 5-/2-Wegeventil 18 ist durch zwei Magnete 19 und 21 angesteuert und nimmt eine Schaltstellung ein, die der Arbeitsstellung des Druckübersetzers 17 von Fig. 1 und Fig. 6 entspricht, bei welcher der Anschluß B mit der Druckluftquelle 22 verbunden ist und in der der Anschluß A mit dem Anschluß R des Wegeventils 18 verbunden, druckentlastet ist. Der Druckübersetzer nimmt seine vor Arbeitsbeginn vorgesehene Ausgangsstellung ein.

Sobald das 5-/2-Wegeventil durch Erregen des Stoßmagneten 19 und Abschalten des Magneten 21 umgesteuert wird, wird die Druckluftquelle 22 über ihren Anschluß P mit dem Anschluß A des Druckübersetzers 17 verbunden und dessen Anschluß B wird über den Anschluß 5 druckentlastet. In dieser Schaltstellung beginnt der Arbeitsvorgang des Druckübersetzers in dem wie in Fig. 4 dargestellt der Ringkolben 13 aufgrund des pneumatischen Druckes im Federraum 14 so nach rechts geschoben wird, daß die hydraulische Flüssigkeit aus dem Speicherraum 8 über die Verbindungsbohrung 9 in den Hochdruckraum 3 verdrängt wird und dabei den Arbeitskolben 2 nach rechts verschiebt. Das von der Kolbenstange 5 betätigte Werkzeug wird dabei an das Werkstück herangefahren. Dieses Heranfahren entspricht in dem Druckwegdiagramm der Linie 1. In diesem Druckwegdiagramm ist über dem Weg s (Abszisse) der Druck p (Ordinate) aufgetragen.

Sobald aufgrund des Werkstückwiderstandes am Werkzeug der Arbeitskolben 2 gestoppt wird, steigt im Federraum 14 und damit auch im Steuerraum 11 der pneumatische Druck, wodurch eine Verschiebung des Steuerkolbens 6 bzw. Tauchkolbens 7 nach rechts stattfindet, bis er in die Verbindungsbohrung 9 taucht, was der Linie II im Diagramm in Fig. 3 entspricht. Die Kolbenstange 5 erfährt hier, wie dem Druckwegdiagramm zwischen Druck im Hochdruckraum 3 und Weg des Arbeitskolbens 2 bzw. der Kolbenstange 5 entnehmbar ist, keinen Arbeitshub, verbessert jedoch den Formschluß zwischen Werkzeug und Werkstück.

Beim nunmehr Verschieben des Tauchkolbens 7 in der Verbindungsbohrung 9 wird der hydraulische Druck im Hochdruckraum 3 stark vergrößert mit entsprechender Wirkung auf den Arbeitskolben 2 und damit über die Kolbenstange 5 auf das Werkzeug. Bei dem nunmehr unter Hochdruck erfolgenden Arbeitsvorgang wird Arbeitskolben 2 und Kolbenstange 5 wie in Fig. 5 entnehmbar, nur geringfügig verschoben entsprechend dem durch den Tauchkolben 7 im Hochdruckraum 3 verdrängten Volumen. Allerdings unter entsprechend hohem Arbeitsdruck. Bei diesem der Linie III entsprechenden nur geringen Weg nimmt auch der Druck kaum mehr zu, da er durch die Obergrenze des pneumatischen Steuerdrucks begrenzt ist.

Sobald nunmehr der Arbeitswiderstand des Werkzeuges abnimmt, d. h. wenn nunmehr der maschinelle Arbeitsvorgang als solcher beendet ist, fällt der Druck im Hochdruckraum 3 wenn auch nur geringfügig, so doch über einen angeordneten Druckgeber 23 gut meßbar leicht ab, woraufhin über ein elektrisches Steuergerät (Fig. 7) das 5-/2-Wegeventil 18 umgeschaltet wird, in dem der Magnet 21 erregt und der Magnet 19 abgeschaltet wird, so daß die in Fig. 2 dargestellte Schaltstellung eingenommen wird, in der Tauchkolben 7 und Arbeitskolben 2 in ihre in Fig. 1 dargestellte Ausgangsstellung zurückgefahren werden, wie in Fig. 6 dargestellt. Dieser Rückweg entspricht der Kennlinie IV in Fig. 3. Die Kennlinie IV in Fig. 3 folgt dem geringen Weg zwischen s3 und s4, nämlich dem Weg, der bei wegen Beendigung des Arbeitsvorgangs entstehenden Druckabfalls im Hochdruckraum 3 entsteht, wobei dieser Weg gegenüber der tatsächlichen Praxis weit übergrößert dargestellt ist. Tatsächlich verläuft die Linie IV nahezu vertikal. Im Diagramm Fig. 3 entsprechen Weg s1 und Druck p1. dem Zustellhub, der Weg zwischen s1 und s2 und der Druck zwischen p1 und p2 entsprechend der Kennlinie II dem Vorarbeitshub und der Weg zwischen s2 und s3 entsprechen den Drücken p2 zu p3, also die Kennlinie III dem eigentlichen Arbeitshub. Die Kennlinien IV und V stellen dann den Rückhub in die Ausgangslage dar.

Natürlich kann statt einem hydropneumatischen Druckübersetzer auch ein pneumatisch oder hydraulisch betätigter Arbeitskolben entsprechend angesteuert werden, in dem ein im Hochdruckraum angeordneter Druckgeber bei Druckabnahme über in entsprechendes Steuergerät die Beendigung des Arbeitsvorgangs bewirkt.

In Fig. 7 ist ein elektronischer Schaltplan gezeigt, welcher das Signal des Druckgebers elektronisch verarbeitet und in einen Steuerbefehl umsetzt. Der Druckgeber 23 ist hierbei so angeordnet, daß er eine entsprechende Umschaltung eines Wegeventils 24 mit entsprechender Umsteuerung eines Arbeitszylinders 25 bewirkt.

In Fig. 8 ist eine gedruckte Schaltung dargestellt, wie sie für den in Fig. 7 dargestellten Schaltkreis verwendbar wäre.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüche und in der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Arbeitskolben
3 Hochdruckraum (hydraulisch)
4 Rückstellraum (pneumatisch)
5 Kolbenstange
6 Steuerkolben
7 Tauchkolben
8 Speicherraum
9 Verbindungsbohrung
10
11 Steuerraum
12 Ringraum
13 Ringkolben
14 Federraum
15 Luftleitung
16 Luftleitung
17 Druckübersetzer
18 5-/2-Wegeventil
19 Magnete
20
21 Magnete
22 Druckluftquelle
23 Druckgeber
24 Wegeventil
25 Arbeitszylinder
B Anschluß
A Anschluß
R Anschluß
P Anschluß
S Anschluß
I Kennlinie
II Kennlinie
III Kennlinie
IV Kennlinie
V Kennlinie

Claims

1. Verfahren zum Beenden eines maschinellen Arbeitsvorgangs (Kraft mal Weg)

- mit fluidischen, unter Arbeitsdruck gesetzten Mitteln,
- mit Messung der Arbeit und Erzeugung eines elektrischen Signals (Mittels Meßgeber und Steuergerät) und
- mit Absteuerung des Arbeitsdrucks infolge des elektrischen Signals (mittels elektronisch arbeitenden Geräten)

dadurch gekennzeichnet,

- daß der Arbeitswiderstand der Arbeit gemessen wird und
- daß bei Abnahme des Arbeitswiderstandes die Absteuerung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitswiderstand über den Arbeitsdruck gemessen wird.

3. Maschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2

- mit einem vom Fluid unter Arbeitsdruck beaufschlagten Arbeitskolben (2),
- mit einer vom Arbeitskolben (2) angetriebenen, mindestens mittelbar mit einem Werkzeug verbundenen Kolbenstange (5),
- mit einem das Fluid steuernden Elektroventil (18),
- mit einem, die Arbeit des Arbeitskolbens bzw. der Kolbenstange messenden elektrischen Meßgeber (23) und
- mit einem elektrischen Steuergerät (Fig. 7) zur Verarbeitung des Meßsignals des Meßgebers (23) zur Steuerung des Elektroventils (18)

dadurch gekennzeichnet,

- daß als Meßgeber (8) ein den Arbeitsdruck erfassender Druckgeber (23) dient und
- daß bei Abnehmen des Arbeitsdrucks das Meßsignal vom elektrischen Steuergerät verarbeitet, die Aufsteuerung des Elektroventils (18) bewirkt.

4. Maschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Ausbildung als hydropneumatischer Druckübersetzer (17), wobei der Druck des hydraulischen Hochdruckraums (3), als Arbeitsdruck gemessen wird.

5. Maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektroventil (18) ein Magnetventil dient.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Steuergerät einen Baustein in Form einer entsprechend Fig. 7 ausgebildeten elektronischen Schaltung aufweist.

7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronischen Schaltung (Fig. 7) eine in Fig. 8 dargestellte Platine als gedruckte Schaltung entspricht.