DE19652308A1

DE19652308A1 - Dynamische Iterative Stempel-Regelung des Preßvorganges beim Vielstempelpressen

Info

Publication number: DE19652308A1
Application number: DE19652308A
Authority: DE
Inventors: Marian Ivanov; Ulrich Minkner
Original assignee: Kuenkel Wagner Prozesstechnologie GmbH
Current assignee: Kuenkel Wagner Germany GmbH
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1996-12-16
Publication date: 1997-06-19
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: DE19652308B4

Description

Durch Regelung der Preßkraft wird bei einem Vielstempel-Preßvorgang versucht, eine möglichst konstante Eigenschaftsverteilung, z. B. Dichte- bzw. Härteverteilung, in der Form zu erreichen. Es werden dabei Methoden angewendet, mit denen die Preßwege und -drücke an die Modellkontur angepaßt werden.

Einen Lösungsweg zeigt EP 295 472 A1. Darin wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem für jede Modelleinrichtung die Verdichtungsstempel vor der Inbetriebnahme vorgespannt werden. Mit diesen vorgespannten Stempeln wird dann das Pressen entsprechend der Modellkontur ausgeführt. Bei diesem Verfahren wird die Modellkontur direkt abgelesen. Dies geschieht aber in einem vorherigen individuellen zusätzlichen Maschinentakt und kann nur mit relativ aufwendiger zusätzlicher Steuerungstechnik realisiert werden. Im Hauptanspruch heißt es unter anderem ". . . wobei die Verdichtung zunächst allein durch die im Verdichtungssinn durch ein Druckmittel beaufschlagten Stempel erfolgt. . .". Fachtechnisch meint dies offensichtlich: ". . . und die Verdichtung durch die zweckgemäß beaufschlagten Stempel erfolgt. . .". Dieses zweckgemäße, das heißt im Sinn von hoher bzw. tiefer Modellkontur zu beaufschlagen, wird durch das Hoch-Tief-Vorspannen der Stempel vor dem Pressen einmalig davor ausgeführt. Die aktuelle Modellkontur während des Pressens zu erfassen und darauf zu reagieren, kann gemäß beschreibender Ausführung nicht gemeint sein weil nicht beschrieben. Das individuell vorbeaufschlagte Vielstempelpreßhaupt wird hernach mit einem einheitlichen Verdichtungsdruck beaufschlagt. Die "Individualität der zweckgemäßen Beaufschlagung" ergibt sich lediglich aus den vorab erzeugten Wegdifferenzen.

Ein indirektes Ablesen der Modellkontur wird gemäß P 44 29 730 A1 während des Preßvorganges vorgenommen. Dabei wird der Hubweg der/s Preßstempel/s registriert. Auch hier wird relativ aufwendige zusätzliche Steuerungstechnik benötigt.

Die Bewegung der Preßstempel und das Volumen des verbrauchten Öl (Ölfluß) in der Hydraulik-Leitung der Maschine stehen in direktem Zusammenhang.

In DE 41 14 362 C2 wird beschrieben, daß während einer Luftbeaufschlagung die nach dem Preßbeginn ständig langsamer werdende Kolbenbewegung durch die Luftbeaufschlagungskraft erleichtert wird. Dies wurde zwar über den Gesamtölbedarf [l/s] (d. h. mittlere Ölflußgeschwindigkeit aller Stempel des Preßhauptes) nachgewiesen. Es wurden aber keine Schlußfolgerungen über die Möglichkeiten einer Regelung der Preßkraft und -hub für das gesamte Preßhaupt und/oder der einzelnen Stempel-Regelkreise abgeleitet.

In der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung 195 09 211 vom 17.03.1995 wird eine Bestimmung des Ölflußvolumens in den einzelnen Stempel-Regelkreisen beim Vielstempelpressen vorgeschlagen. Diese Ölflußvolumen-Bestimmung wird mit Hilfe einer dynamischen Massendurchflußmessung durchgeführt. Die dynamische Massendurchflußmessung in der Hydraulik-Leitung der einzelnen Stempelkreise bietet gleichzeitig auch die Möglichkeit einer technologisch vorteilhaften und kostengünstigen Bestimmung der Preßgeschwindigkeit an.

Die zeit- und hubabhängige Geschwindigkeit in Verbindung mit dem beim Pressen zurückgelegten Weg der einzelnen Stempel liefert Informationen über die Modellkontur und die Eigenschaftsverteilung in der Form.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine dynamische iterative Regelung des Preßvorganges beim Vielstempelpressens zu ermöglichen. Erfindungsgemäß wird zur Lösung durch gezielte Änderung des Druckes in den einzelnen Stempel-Regelkreisen ein optimaler oder optimierter Verdichtungszustand in der Form bei gleichzeitiger Berücksichtigung der Modellkontur für die vorgegebenen Formqualitätsparameter erreicht. Das Sandfließen zu schwierigen Modellpartien wird erleichtert und die entgegenwirkende Brückenbildung minimiert. Die Regelung wird durch Aufnahme der t_P-V-Kurven, die Bestimmung der Verdichtungsgeschwindigkeit und durch ihre definierte Variation für die einzelnen Stempel-Regelkreise realisiert (Anspruch 1).

Gemäß der Erfindung wird ein iteratives Leinverfahren (Anspruch 1, Anspruch 18), bzw. eine Vorrichtung vorgeschlagen, die mit einem iterativen Verfahren auf eine bestimmte Modellkontur einstellbar ist (Anspruch 23), wobei die Einstellung selbsttätig erfolgt und beim Abformen (Verdichten) von einem oder mehreren vorbetrieblichen Formkästen mit Formstoff-Füllung durchgeführt wird. Mit jedem einzelnen Formvorgang werden die Stempel etwas verstellt, bis eine optimierte Einstellung für die gerade in der Formung befindliche Modellkontur gefunden ist.

Die Stempel brauchen damit nicht individuell vorgespannt zu werden. Die ersten anfänglichen Formen mögen zwar nicht optimal sein, aber auch schon formgerecht. Sie dienen dazu, die auto matisch optimierte Einstellung zu verwirklichen und werden "Testformen" genannt. Sie können ohne tatsächlich abgegossen zu werden, der Sand-Wiederaufbereitung zugeführt werden, müssen es aber nicht.

Alle Formen, die nach der optimierten Einstellung geformt werden, sind "optimierte Sandformen".

Bei hohen Modellen ist der Gradient des Ölstromes (Ölvolumen pro Zeit) steil (dM/dt = dV(t)/dt), bei niedrigen Modellen ist der Gradient flach. Das System kann so erkennen, und zwar ohne optische Abtastung, wie das Modell unter den Preßstempeln oder den zu Gruppen zusammengefaßten Preßstempeln - Stempelgruppen - gestaltet ist. Das ergibt sich aus dem Abgleich der anfänglichen Gradienten.

Bei dem Verdichten der Testformen lernt das Verfahren und die es ausführende Vorrichtung eine optimierte Verteilung der Drücke über der Formkastenfläche - Druckverteilung über Formkasten - ohne daß der Benutzer spezifische Informationen über die Modellform und die Sandqualität in den automatisierten Prozeß einzugeben braucht.

Das Verfahren und die Vorrichtung können speziell bei extrem großen Formkästen eingesetzt werden, die mit 5 oder mehr Preßkreisen (Stempelgruppen) betrieben werden, wo das Luftströmen zum Verdichten keine brauchbaren Ergebnisse erbringt.

In spezieller Ausgestaltung und bei besonders langer Preßzeit kann auch bei dem Pressen eine Veränderung der Drücke erfolgen. Meist wird die Preßzeit aber so kurz sein, daß eine On-line-Adaption der Stempeldrücke beim Pressen nicht erfolgen kann, vielmehr anhand einer oder mehrerer anfänglicher Testformen eine optimierte Preßdruckverteilung über der Formkastenfläche x, y erhalten wird. Mit dieser Einstellung wird dann der Betrieb der Anlage fortgesetzt.

Die Erfindung kann für mehrkreisige Vielstempelpreßhäupter eingesetzt werden. Der Einsatz ist möglich für aktives Pressen mit Vielstempelpreßhaupt "von oben" oder von unten. Ein Einsatz beim Vielstempelpressen für Gegenpressmaschinen ist möglich: es wird von unten gepreßt, die Preßbewegung von oben wird anpassend geregelt.

Die maximale Zahl der Kreise ist gleich der Zahl der eingesetzten Vielstempel. Im Normalfall wird die Anzahl der Kreise kleiner als Stempelanzahl sein. Jeder Kreis wird mehrere Stempel als Stempelgruppe bedienen bzw. umfassen.

Unterschiedliche Modellkonfigurationen (Höhen und Tiefen) unterhalb eines Kreises werden durch die Ausgleichsbewegung innerhalb eines Kreises annähernd ausgeglichen. Es wird eine Gruppen-Information gelesen und es wird für eine Gruppe gemeinsam geregelt. Die ausgleichende Wirkung innerhalb eines Kreises verläuft unabhängig vom dynamischen Optimieren.

Ober- und Unterkasten-Abformung können im Wechsel oder in beliebiger Folge bzw. Kopplung gefahren werden. Als Regelgröße wird der Wert der zum Vergleich dienenden vorherigen gleichartigen Abformung verwendet. Die Regel und Wiederholgenauigkeit der eingesetzten Regler ist entsprechend genau gewählt.

Ausführungsbeispiele erläutern und ergänzen das Verständnis der Erfindung.

Fig. 1a veranschaulicht den Verdichtungsvorgang für ein sehr flaches Modell 10 (Modellhöhe ca. 0 mm) in der linken Ansicht und für ein sehr hohes Modell (Modellhöhe = 200 mm) in der rechten Ansicht.

Fig. 1b zeigt grafisch die Lösung des Integrals für die beiden Fälle anhand der Zahlenbeispiele von Fig. 1a.

Fig. 1c veranschaulicht den Verlauf des für den Preßvorganges verbrauchten Ölvolumens V über die Preßzeit t_P.

Fig. 1d stellt den Verlauf der Geschwindigkeit des Preßkolbens v über dem Weg s beim Verdichten des Sandes dar.

Fig. 2 ist eine Darstellung, anhand derer der Verlauf des notwendigen Preßdruckes P zum Erreichen einer vorgegebenen Dichte ρ am Modell schematisch dargestellt wird.

Fig. 3 zeigt Fig. 2 in der gespiegelten Darstellung. Die Dichtezunahme ist mit weiterer Zunahme des Preßdruckes nur noch minimal

Fig. 4 zeigt den Verlauf des Preßdruckes P über den Weg des Preßkolbens s bzw. über den geflossenen Ölvolumenstrom V.

Fig. 5 zeigt die durch den Preßvorgang erzielte Dichtezunahme am Modell über dem zurückgelegten Weg des Preßkolbens.

In Fig. 6a und 6b ist der Zusammenhang zwischen der Formdichte und der gemessenen Formhärte bzw. Brinell-Formhärte dargestellt.

Fig. 7 erläutert schematisch die Änderung der Ölflußgeschwindigkeit während der Verdichtung und die dabei entstehende t_P-V-Kurve.

Fig. 8 veranschaulicht den zeitlichen Aufbau der Sandwiderstandskraft gegenüber der Verdichtungskraft.

Fig. 9 beschreibt die Methodik zum Ausgleich der Zeitpunkte für das Auftreten von DELTA- der einzelnen Stempel-Regelkreise, umfassend - zunächst allgemeingültig - zuerst die Ermittlung der Soll-DELTA_MAX-Werte für einen anderen definierten Zeitpunkt bzw. umgekehrt.

Fig. 10 und 11 zeigen die für dieses Beispiel erforderlichen Eichkurven und Gleichungen. Die Ermittlung des optimalen Preßdrucks erfolgt nach der Regressionsbeziehung (siehe Fig. 11).

Fig. 12 ist der Zusammenhang für z. B. drei erprobte Eich-Preßdrücke.

Fig. 13 sind die abgeformten (3) Eichmodellhöhen über der angewählten Formhärte für die drei erprobten Preßstufen.

Die technische Herleitung des Beispiels der Erfindung wird am Beispiel eines Preßhauptes 40 bestehend aus einem Kompaktstempel mit einer Preßfläche verdeutlicht. In Fig. 1a ist der Verdichtungsvorgang für ein sehr flaches Modell 10 (Modellhöhe ca. 0 mm) in der linken Ansicht und für ein sehr hohes Modell (Modellhöhe = 200 mm) in der rechten Ansicht dargestellt. Es gelte die Voraussetzung, daß in beiden Fällen die gleich große Preßkraft F_PK eingesetzt werde. In beiden Fällen bewegt (nicht dargestellt) sich das Preßhaupt 40 solange in den Formsand 80 hinein, bis die aufgebrachte Preßkraft F_PK der Widerstandskraft im Formstoff 80 entspricht. Abzüglich der Verluste ist die Preßkraft des Preßhauptes dann genauso groß wie die vertikale Komponente der Widerstandskraft des Formsandes 80 unter dem Preßhaupt 40 (im Bild dargestellt als Normalkraft N). Preßstempel links legt einen vergleichsweise langen Weg s, Preßstempel rechts einen vergleichsweise kurzen Weg s zurück (nicht dargestellt).

Links ist eine hohe Sandsäule im Kasten 20, rechts ist eine niedrige Sandsäule im Kasten 20 entstanden. Die Dichte am Modell unterhalb der Sandsäule ρ_u entspricht der Dichte ρ_ob oberhalb des Modells vermindert um einen Betrag, der durch höhenabhängige Reibungsverluste (Sand-Sand- sowie Kastenwand-Sand-Reibung und -Kohäsion) in der jeweiligen Sandsäule definiert wird. Links wird damit eine Dichte am Modell ρ_u,l = ρ_M=0 = 1,5 g/cm³, rechts eine Dichte am Modell ρ_u,r = ρ_M=200 = 1,7 g/cm³ erzeugt. Die Form im Modellbereich links ist qualitativ unterverdichtet. Die Form rechts ist qualitativ überverdichtet.

Mit der folgenden formeltechnischen und grafischen Beschreibung wird der Verdichtungsvorgang erläutert: Es werden folgende Abkürzungen verwendet:
M = Höhe des Modells [mm] = H_M
H_K = Gesamthöhe Formkasten 20 (FK) und Füllrahmen (FR) 30 [mm]
H = Anfangshöhe der Formsandsäule (vor dem Pressen), H = H_K-H_M, [mm]
h = Höhe der Formsandsäule über dem Modell während des Pressens [mm]
s = Weg von Preßhaupt, Vielstempeln während der Verdichtung [mm]
m = Masse des Formstoffes im FK und FR oberhalb des Modells [kg]
ρ = Mittlere Rohdichte des Formsandes:

- Sandsäule links: ρ = ca. (ρ_u,l + ρ_ob,l)/2
- Sandsäule rechts: ρ = ca. (ρ_u,r + ρ_ob,r)/2

A = Fläche [mm²]
V = Volumen des Formstoffes [mm³]
ρ_o = Schüttdichte des Formsandes nach dem Einfüllen [kg/mm³]

Aus

ergibt sich die Darstellung der mittleren Rohdichte in Abhängigkeit vom Preßweg s und von der Modellkontur (Modellhöhe) M:

Die Änderung der mittleren Rohdichte für unterschiedliche Modellhöhen während des Preßvorganges bekommt man durch Differenzierung nach ds und dM:

Unterschiedliche Modellhöhen können, wie später gezeigt wird, bei einer vorgegebenen Eichkurve mit Hilfe der Preß- bzw. Verformungsgeschwindigkeit erkannt werden. Die durch Sandbewegungen in horizontaler Richtung und Brückenbildung verursachten Inhomogenitäten der Rohdichte können erfaßt und gezielt beeinflußt werden.

Die Lösung des Integrals:

liefert die mittlere Rohdichte zu einem beliebigen Zeitpunkt der Verdichtung. Fig. 1b zeigt grafisch die Lösung des Integrals für die beiden Fälle anhand der Zahlenbeispiele von Fig. 1a. Fig. 1c veranschaulicht den Verlauf des für den Preßvorganges verbrauchten Ölvolumens V über die Preßzeit t_P. Fig. 1d stellt den Verlauf der Geschwindigkeit des Preßkolbens v über dem Weg s beim Verdichten des Sandes dar. Der Verlauf des notwendigen Preßdruckes P zum Erreichen einer vorgegebenen Dichte ρ z. B. am Modell ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Mit einem Ansteigen des Preßdruckes ist eine Erhöhung der Dichte am Modell ρ zu verzeichnen. Dieser bekannte technische Zusammenhang sagt aber weiterhin aus, daß ab einer bestimmten erreichten Dichte eine vergleichsweise große Erhöhung des Preßdruckes notwendig ist, um eine weitere Steigerung der Dichte zu erreichen. Fig. 3 zeigt Fig. 2 in der gespiegelten Darstellung. Die Dichtezunahme ist mit weiterer Zunahme des Preßdruckes nur noch minimal.

Fig. 4 zeigt den Verlauf des Preßdruckes P über den Weg des Preßkolbens s bzw. über den geflossenen Ölvolumenstrom V. Der ansteigende Ast der Kurve verdeutlicht, daß mit zunehmendem Preßdruck, der vom Preßkolben aufgebracht wird, die zurückgelegten Wege des Preßkolbens immer geringer werden. Am Ende sind sehr große Preßdrucksteigerungen notwendig um auch nur minimale Fortbewegungen des Preßkolben zu erreichen.

Die durch den Preßvorgang erzielte Dichtezunahme am Modell über dem zurückgelegten Weg des Preßkolbens ist in Fig. 5 gezeigt. Die Formsanddichte fungiert als Qualitätsmerkmal der Form. In Fig. 6a, 6b ist der Zusammenhang zwischen der Formdichte und der gemessenen Formhärte bzw. Brinell-Formhärte dargestellt. Er soll verdeutlichen, daß diese Größen eine ähnliche Aussagekraft über die Formqualität besitzen, wie sie die Formdichte besitzt. Im Bereich niedriger Dichten kann die (Standard)-Formhärte empfindlicher als die Brinell-Formhärte sein. Im Bereich hoher Dichten kann dagegen die Brinell-Formhärte eine aussagekräftigere Größe sein.

Fig. 1 bis 5 verdeutlichen damit die Abhängigkeit der Formeigenschaften von den technologischen Parametern während des Preßvorganges und zeugen von der großen Aussagefähigkeit des (zeitlich abhängigen) Ölflußvolumens für Beschreibung der Formqualität.

Fig. 7 erläutert schematisch die Änderung der Ölflußgeschwindigkeit während der Verdichtung und die dabei entstehende t_P-V-Kurve. Weiterhin ist in Fig. 8 der zeitliche Aufbau der Sandwiderstandskraft gegenüber der Verdichtungskraft veranschaulicht. Zum Zeitpunkt t_END sind die beiden Kräfte gleich und der Stempel bleibt stehen, d. h. es fließt kein Öl in der Hydraulikleitung und V_END ist erreicht.

Die Start-Ende-Gerade von Fig. 8 verbindet den Zeitpunkt, zu dem der Stempel die Sandschicht berührt hat, Punkt (t₀, V₀), mit dem Punkt (t_END, V_END). Diese Gerade beschreibt eine Zunahme des Ölvolumenstromes konstanter Geschwindigkeit, der entstehen würde, wenn der Stempel während der Verdichtung im ständigen Gleichgewicht (Preßkraft = Sandwiderstandskraft) stünde.

DELTA_MAX stellt die maximale Abweichung der t_P-V-Kurve vom gedachten scheinbaren Gleichgewichtzustand dar. Je größer DELTA_MAX ist, desto schneller wird ein maximal möglicher Weg vom Stempel zurückgelegt, d. h. der Formsand wird schneller verdichtet. Eine Erhöhung der Verdichtungsgeschwindigkeit wird durch Erhöhung des Öldruckes und/oder durch langsameren Aufbau der Sandwiderstandskraft erzielt. Damit wird auch eine höhere Formdichte (bzw. Formhärte oder Formfestigkeit) oder Formfestigkeit an der Modelloberfläche erzielt. Langsamerer Aufbau der Sandwiderstandskraft meint Minderung der Sandmenge (Weg-Fließen) oder erhöhte Verdichtbarkeit des Sandes.

Die Abnahme von DELTA_MAX deutet auf eine langsamere Verdichtung. Dies kann durch niedrigen Öldruck (bzw. Preßkraft) und/oder durch schnelleren Aufbau der Sandwiderstandskraft (z. B. Behinderung des Sandfließen durch Brückenbildung) verursacht werden.

Technische Voraussetzungen

Die Preßkreise sind über Zuführleitungen mit einem zentralen Hydraulikölspeicher verbunden. In jede Zuführleitung ist ein Ölflußmesser eingebaut. Die Preßkraft für Preßkreise kann separat geregelt werden. In jeder Ölflußleitung ist z. B. ein Servo- oder Proportionalventil eingebaut.

U.U. können stets vergleichbare Kreise auch bedarfsweise gemeinsam geschaltet und geregelt werden. Die Formsandqualität sollte für die Anwendung des DIPA nur in tolerierbaren Bereichen schwanken.

Die Aufnahme der t_P-V-Kurve, die Bestimmung der Verdichtungsgeschwindigkeit und ihre gezielte Änderung kann nach verschiedenen Verfahren erfolgen.

Beispiel A für eine Regelung (DELTA-max-Regelung) Regelgröße

Am Beispiel einer Bestimmung der DELTA_MAX-Werte für die einzelnen Stempel-Regelkreise und eines definierten Ausgleiches der Zeitpunkte ihres Auftretens soll die dynamische iterative Vielstempel-Steuerung DIPA näher erläutert werden. Als Leitgröße können dabei fungieren:
der minimal notwendige Preßdruck zum Erreichen eines vorgegebenen Formqualitätsparameters an den höchsten Modellpartien oder
der minimal notwendige Preßdruck zum Erreichen eines vorgegebenen Formqualitätsparameters an den tiefsten Modellpartien (bzw. an der Modellplatte).

Die Methodik zum Ausgleich der Zeitpunkte für das Auftreten von DELTA- der einzelnen Stempel-Regelkreise umfaßt - zunächst allgemeingültig - zuerst die Ermittlung der Soll-DELTA_MAX-Werte für einen anderen definierten Zeitpunkt bzw. umgekehrt, siehe Fig. 9. Aus diesen Soll-DELTA_MAX-Werten lassen sich dann die Drücke für die entsprechenden Stempel-Regelkreise nach der Gleichung:

errechnen.

Bestimmung der Eichkurven

Das Vielstempelpreßhaupt 40 bestehe aus mehreren Preßkreisen. Jeder Preßkreis ist mit einem Ölflußmesser versehen. Die Preßkreise haben jeweils die gleiche Stempelzahl und in jedem Preßkreis fließt (in gleichen Querschnitten) die gleiche Ölmenge. Die Preßzeiten t_P und die Ölflußgeschwindigkeiten v sind gleich. An jedem Preßkreis ist ein Ölflußmesser angeschlossen. Beim Abformen werden die geflossenen Ölmengen und die Preßzeit für jeden Preßkreis erfaßt. Für die angewählten Preßdrücke (resp. Ventil-Reglerstellungen) wird die Formhärte FH gemessen. Gleichermaßen kann die Brinell-Formhärte HB oder die Formfestigkeit ermittelt wer den. Auch die direkte Ermittlung der Dichte oder eine Art einer relativen Festigkeit oder -Härte ist möglich (anwenderabhängig). Der höchste zu verwendende Eichdruck sollte der höchste prak tikabel zu verwendende Druck für den Maschinenbetrieb sein bzw. dem höchsten "Standard druck" entsprechen, s. u.

Die Eich-Modellhöhe sei unter allen Stempeln gleich. Für jeden Kreis wird der Ölvolumenstrom V über der Preßzeit t_P erfaßt. Die DELTA_MAX-Werte werden für jeden Preßkreis ermittelt. Wegen der symmetrischen Preßkreisgestaltung (Ölfluß, Ölverbrauch, Stempelzahl) kann hinter jedem Preßkreis in der Eichkurve ein gleicher Wert (Mittelwert aller Kreise) hinterlegt werden. (Bei asymmetrisch gestalteten Kreisen werden die preßkreisbezogenen DELTA_MAX-Werte hinterlegt.)

Regelungsablauf DELTA_max

Der nachfolgende Regelungsablauf beschreibt die einzelnen Schritte bei einer dynamischen itera tiven Vielstempel-Regelung nach der DELTA-max-Methode. Es handelt sich dabei um einen Ablauf mit Leitgröße: "minimal notwendiger Preßdruck" zum Erreichen eines vorgegebenen Formqualitätsparameters an den höchsten Modellpartien. Die für dieses Beispiel notwendigen Eichkurven und -gleichungen sind in Fig. 10 und 11 enthalten. Die dazugehörigen Eichda ten sind aus Tabelle 1 zu entnehmen.

1. Anwählen und Einstellen eines Preßdruckes P gemäß vordefinierter (z. B. drei) Standard-Preß drücken für alle Stempel-Regelkreise. Die Auswahl des Standard-Preßdruckes wird z. B. vom Bediener der Formanlage vorgenommen und richtet sich grob nach dem Schwierigkeitsgrad des Modells, der Gußstück-Genauigkeitsklasse und dem Gußwerkstoff.
2. Vorgabe eines Formqualitätsparameters (z. B. Vorgabe einer Soll-Formhärte, Soll-FH) für die höchste Modellpartie MH_MAX.
3. Abformen des erstens Formkastens 20. Während des Pressens erfolgt die Aufnahme der Kur ven Preßzeit-Ölflußstrom (t_P-V-Kurven) für jeden einzelnen Stempel-Regelkreis mit Hilfe von Sensoren für die dynamische Massedurchflußmessung. Sortieren und Speichern der Kurven nach ihrem maximalen Endwert.
4. Ermittlung des maximalen Abstandes DELTA_MAX der t_P-V-Kurve an der Start-Ende-Gerade und des dazugehörigen Zeitpunktes t₁ für den Stempel-Regelkreis mit kleinstem Ölfluß- End wert. Dabei werden alle DELTA_i-Werte nach der Gleichung (siehe Fig. 8) berechnet und der maximale ermittelt.
5. Bestimmung der maximalen Modellhöhe MH_MAX (d. h. der quasi oder meßtechnisch höchst erscheinenden Modellpartie) aus der 1. Eichkurve "Modellhöhe-DELTA_MAX" (Preßdruck = Standardpreßdruck), siehe Fig. 10.
6. Ermittlung der erreichten Formhärte Ist-FH (oder eines äquivalenten Formqualitätsparameters) für die höchste Modellpartie MH_MAX aus der 2. Eichkurve:
"Modellhöhe-Preßdruck-Formqualitätsparameter", siehe Fig. 11. Die Ermittlung erfolgt anhand der vorhandenen Eichdaten nach einer Regressionsbeziehung, Beispiel-Gleichung:
7. Vergleich Ist-FH mit Soll-FH. Beim Vergleich werden NUR Abweichungen größer +/- 2% vom Maximalwert erfaßt. (D.h. im Fall einer Bestimmung der Formhärte: +/- 2 Einheiten).
Entscheidungsmöglichkeiten:
- 1- Im Fall Ist-FH<Soll-FH: Standard-Preßdruck maschinell auf die nächst höhere Standard-Preßdruck-Stufe erhöhen. Punkte 3 bis 6 wiederholen.
- 2- Im Fall Ist-FH<=Soll-FH und einer maximalen Differenz von 3%: Abarbeiten beginnend mit Punkt 8 dieses Menüs.
- 3- Im Fall Ist-FH<Soll-FH um mehr als 3%: Überspringen der Punkte 8 bis 13.
8. Ermittlung des maximalen Abstandes Ist-DELTA_MAX,i der t_P-V-Kurve von der Start-Ende-Gerade und des dazugehörigen Zeitpunktes t_IST,i für die restlichen Stempel-Regelkreise. Die Ermittlung erfolgt nach der Gleichungen (siehe Fig. 8): wobei i der i-te Stempel-Regelkreis und j das j-te gemessene Ölflußvolumen während des Preßvorganges ist.
9. Setzen von t_MIN = t₁. Errechnen der Soll-DELTA_MAX,i-Werte für einen Soll-Zeitpunkt Soll-t_i = t_MIN. Die Berechnung erfolgt nach der Gleichung (siehe Fig. 9): wobei
10. Vergleich von Soll-DELTA_MAX,i mit Ist-DELTA_MAX,i. Falls die beiden Werte differieren, dann: Bestimmung des Soll-Preßdruckes Soll-P_i für den i-ten Stempel-Regelkreis nach der Beziehung:
11. Einstellen der neuen Preßdrücke. Falls Soll-P_i größer als der maximal erreichbare Preßdruck P_GRENZ ist, wird als Soll-P_i P_GRENZ eingesetzt.
12. Abformen des zweiten bzw. nächsten Formkastens.
13. Wiederholen der Punkte 4 und 8 bis 11 solange bis t_IST,i = t_MIN für alle Stempel-Regelkreise erreicht ist.
14. Nur im Fall Ist-FH<Soll-FH um mehr als 3%:
- 14-1 Ermittlung des optimalen Preßdruckes P_OPTI für den ersten Stempel-Regelkreis aus der 2. Eichkurve: "Modellhöhe-Preßdruck-Formqualitätsparameter" bei Vorgabe der Soll-FH und MH_MAX. Die Ermittlung des optimalen Preßdruckes erfolgt nach der Regressionsbeziehung, siehe Fig. 11. Eine Beispiel-Gleichung ist: P_OPTI = 1,97×Soll-FH + 0,0058×Soll-FH×MH_MAX - 0,602×MH_MAX - 112,28;
- 14-2 Errechnen des Soll-Abstandes DELTA_MAX,1 der t_P-V-Kurve von der Start-Ende-Gerade für den ersten Stempel-Regelkreis (d. h. der Stempel-Regelkreis mit minimalem Ölfluß-Endwert) mit Hilfe der Beziehung:
- 14-3 Ermittlung des dazugehörigen Zeitpunktes Soll-t₁= t_MIN nach der Gleichung (siehe Fig. 9):
- 14-4 Der im Punkt 14-1 ermittelte P_OPTI-Wert wird maschinentechnisch bedingt gerundet und als Preßdruck für den ersten Stempel-Regelkreis (Ist-P₁= P_OPTI) verwendet.
- 14-5 Zurück zum Punkt 8 dieses Menüs.

Zahlenbeispiel für die Delta-max-Regelung

Am Formautomaten wird ein neues Modell abgeformt. Gemäß der ungefähren Modellschwierigkeit wird ein Standardpreßdruck von P = 80 bar angewählt. Die gewünschte Formhärte wird mit 95 FH vorgegeben. Die Preßzeit beträgt zunächst 2s. Die dabei erfaßten (Ölfluß über Preßzeit) und berechneten Regelungsgrößen gemäß dem oben dargestellten Regelungsablauf sind in der Tabelle 2 dargestellt. Zusätzlich zur Praxis ist hier die gemessene Istformhärte nach dem Abformen mit aufgeführt.

1* Die Regelkreise wurden nach der Ölflußmenge sortiert.
2* Als erstes wird Ist-DELTA_MAX des ersten Kreises berechnet und der Zeitpunkt seines Auftretens t₁ gespeichert. Mit Hilfe der vorhandenen Eichkurve 1 wird die scheinbare Höhe der höchsten Modellpartie MH_MAX abgelesen.
3* Ermittlung der scheinbaren Ist-Formhärte gemäß Eichkurve 2.
4* Vergleich der ist Formhärte mit der vorgegebenen Soll-Formhärte. Die Differenz beträgt 4,6 Einheiten und weist auf einen zu hohen Preßdruck in diesem Preßkreis hin.
5* Gemäß Punkt 14-1 des Regelungsablaufes wird mit Hilfe der Eichkurve 2 der optimale Preßdruck für diese scheinbare Höhe errechnet. Er beträgt P_OPTI = 66,7 bar.
6* Mit dem Ist-DELTA_MAX-Wert und dem Druck-Quotienten (P_OPTI/P) wird gemäß 14-2 das Soll-DELTA_MAX für diesen Preßkreis festgelegt. Der Wert beträgt 5,8 l.
7* Gemäß 14-3 wird der Soll-Zeitpunkt des Auftretens von Soll-DELTA_MAX berechnet. Dieser Sollzeitpunkt wird als t_MIN für die weitere Berechnung zu Grunde gelegt.
8* Gemäß 14-4 wird P_OPTI maschinentechnisch bedingt auf 70 bar gerundet und als Preßdruck für den ersten Stempel-Regelkreis (Ist-P₁= P_OPTI) sowie für die weiteren Berechnungen verwendet.
9* Gemäß 14-5 erfolgt eine bedingte Sprunganweisung zum Punkt 8 des Regelungsmenüs.
10*** Gemäß Punkt 8 werden die Ist-DELTA_MAX-Werte der weiteren Kreise berechnet und die Zeitpunkte ihres Auftretens gelesen.
11*** Gemäß Gleichung nach Punkt 9 werden die Soll-DELTA_MAX-Werte für den oben ermittelten Zeitpunkt t_MIN berechnet.
12*** Mit den entsprechenden Ist/Soll-DELTA_MAX-Quotienten werden gemäß Gleichung nach Punkt 10 die Soll-Preßdrücke ermittelt und maschinentechnisch bedingt gerundet.
13* Gemäß Punkt 13 werden die Routinen zweimal wiederholt (zwei weitere Abformungen), bis die Zeitpunkte des Auftretens von Ist-DELTA_MAX für alle Preßkreise mit t_MIN übereinstimmen (0,1 Schritt-Toleranz).
14* Nach dieser Regelung ist die optimale Preßdruckverteilung gemäß Spalte angewählt. Die Formhärte ist auf gleiches Niveau für alle Stempel-Preßkreise gebracht.
15* Fließbedingung und die t_P-V-Kurven sind angeglichen.
16* Neue Abformung

Weitere Regelmöglichkeiten

Neben der DELTA-max-Methode existieren vielfältige weitere Methoden zur Bestimmung und Änderung der Verdichtungsgeschwindigkeit.

Methoden zur Bestimmung der den Verdichtungsvorgang charakterisierenden Geschwindigkeit v-ch

I) An einem festen Punkt der t_P-V-Kurve "Volumenstrom über Zeit" wird ein Punkt herausgegriffen. Der Punkt wird nach Erfahrungswerten frei gewählt (empirisch). Vorteilhaft ist die Auswahl im vorderen, den Verdichtungsprozeß genau charakterisierenden Abschnitt der Kurve. Ein Beispiel für v-ch sei hier genannt v1pr01s, siehe Tabelle 3. Die Gesamtgeschwindigkeit V/t_P wird durch die überlagerte den Verdichtungsprozeß detailliert charakterisierende Geschwindigkeit "v1pr01s" hinreichend genau beschrieben.
II) Mehrere Geschwindigkeiten werden registriert. Wenn die Werte sich von einem Folgewert um einen definierten Betrag unterscheiden, wird der Mittelwert der vorhergehenden drei Geschwindigkeits-Werte als repräsentativer v-ch genutzt.
III) Es werden Tangenten an die t_P-V-Kurve "Volumenstrom über Zeit" gelegt und Werte bei gleichem Anstieg als v-ch genutzt.

Weitere Regelzyklen Beispiel

Als erstes erfolgt die Eichkurvenhinterlegung. Unterschiedliche Modellhöhen werden abgeformt. Die Kombination der Werte von v1pr01s, V und t_P wird für die Modellhöhen in der Eichkurve für unterschiedliche Festigkeitsniveaus hinterlegt. Die meßtechnisch scheinbare Modellhöhe der Eichmodelle kann aus der Geschwindigkeit v-ch hier z. B. v1pr01s und der geflossenen Ölmenge V vernetzt mit der gesamten Preßzeit t_P abgelesen werden. Die Geschwindigkeit "v1pr01s" ist eine für den aussagefähigen Bereich der Kurve V über t_P genutzte Größe gemäß einer Geschwindigkeitsermittlung. In Fig. 12 ist der Zusammenhang für z. B. drei erprobte Eich-Preßdrücke dargestellt. Die Höhe eines Produktionsmodells wird aus den erfaßten Größen bestimmt. Der Ausdruck für die Modellhöhe ist die Gesamtgeschwindigkeit V/t_P vernetzt mit der Momentangeschwindigkeit "v1pr01s" im relevanten Anstiegsbereich der t_P-V-Kurve.

In Fig. 13 sind die abgeformten (3) Eichmodellhöhen über der angewählten Formhärte für die drei erprobten Preßstufen dargestellt. Bei dem extrem flachen Modell bei Preßdruck 80 bar ist die Formhärte zu groß. Für ein gutes Härteniveau von 95 FH muß der Druck bei 60 bis 70 bar liegen. Die für die Regelung benutzten Werte sind in Fig. 14 dargestellt. Wegen der Vergleichbarkeit von Mh = f[v1pr01s_*V/t_P] kann genauso wie in Fig. 13 die Formhärte für einen gefahrenen Preßdruck über [v1pr01s_*V/t_P] abgelegt werden.

Zwischen den meßtechnischen Ausdrücken für die Modellhöhen werden Zwischenwerte eingetragen: [Feinheit = Bestimmungsfeinheit für den wert (v1pr01s_*V/tp)]. Die entsprechenden vorliegenden Regressions-Zusammenhänge können direkt für die Preßdruckanwahl der Kreise genutzt werden. Es ist eine Betriebsweise gemäß Regelkurve 14 anzuwählen. Regelung: Der Anlagenbetreiber gibt das gewünschte Festigkeitsniveau ein. Soll-FH = 95 FH. Ein Modell wurde abgeformt. Die Steuerung erfaßt bei einer Preßdruckhöhe den Wertesatz für v1pr01s, V, t_P. Ist- und Soll-FH für das gelesene Höhenäquivalent (v1pr01s_*V/t_P) werden verglichen. Entsprechend der Sollgröße wird einer neuer Preßdruck eingestellt, um das gewünschte Festigkeitsniveau zu erzielen. Gemäß der gemessenen Ist-Preßzeiten werden die Preßkreise um die Differenzbeträge (t_P,i-t_P,i-1) usw. gestartet.

Weitere Bestimmungskombinationen

Weitere geeignete Kombinationen der Meßgrößen Geschwindigkeit v-ch mit dem Gesamtvolumenstrom mit oder ohne Preßzeit können einen relevanten Ausdruck der Modellkontur darstellen. Diese Kombinationen können bestimmt werden und zur Regelung (t_P, P) für DIPA zur Beeinflussung des Ölvolumenstromes genutzt werden. Beispiele sind Mh = f (v-ch);

Mh = f(v1pr01s_*V); Mh = f[v-ch_*V/(tP_*tp) usw.]

Ausgestaltungen

Wird als Formsandqualität die relative Formhärte oder Festigkeit ermittelt, so kann deren Umrechnung in die gießereiübliche Härte bzw. Festigkeit hinterlegt werden. Mit dem Wert der relativen Festigkeit kann auf die zu hinterlegende Eichkurve für eine Betriebsweise mit einem anderen Sand geschlossen werden (Inbetriebnahme in einer anderen Gießerei). Sind andere Kastengrößen (Höhe und Fläche) eingesetzt, so kann die notwendige Eichkurve entsprechend im Vorhinein festgelegt werden.

Claims

1. Verfahren zum Einstellen der Preßkraft von individuell steuerbaren Einzelstempeln einer Mehrstempel-Preß einreichtung, bei dem

(a) durch gezielte Änderung des Drucks im - jeweils einen Stempel bewegenden - Hydraulikfluid eine Anpassung des Druckprofils im Formsand über dem Modell an seine Höhenkontur (H_M) erfolgt;
(b) die Druckänderung der individuellen Stempelkreise durch Aufnahme der Funktionen Ölvolumen (V) über Preßzeit (t_p) und durch die Verdichtungs- Geschwindigkeits-Bestimmung erfolgt, insbesondere in iterativer Weise.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem aktiv von oben oder von unten gepreßt wird.

3. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die Anzahl der geregelten Stempelgruppen mit Hydraulikfluid kleiner ist als die Gesamtzahl der Einzelstempel.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei der eine oder mehrere Stempelgruppen gemeinsam im Hydraulikfluid-Druck verändert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei der eine Stempelgruppen-Information gelesen und darauf gründend für diese Gruppe gemeinsam geregelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem eine ausgleichende Wirkung innerhalb einer Gruppe von Stempeln unabhängig von der übergeordneten Regelung verläuft.

7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei der als Regelgröße der Wert der zum Vergleich dienenden vorherigen, gleichartigen Abformung dient.

8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem als Leitgröße verwendet wird:

(a) der minimal nötige Preßdruck (P) zum Erreichen eines vorgegebenen Formsand-Qualitätsparameters an den höchsten Stellen des Modells; oder
(b) der minimal nötige Preßdruck (P) zum Erreichen eines vorgegebenen Formsand-Qualitätsparameters an den tiefsten Stellen des Modells.

9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die Preßzeit (t_P) und die Ölmenge (V) für jeden Stempel oder jede Stempelgruppe eigenständig erfaßt werden, um eine Eichkurve zu bestimmen.

10. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die Aufzeichnung der Ölmenge (V) über der Preßzeit (t_p) oder umgekehrt während des Abformens eines Formkastens bzw. des Formstoff-Verdichtens im Formkasten erfolgt.

11. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem beabstandete Differenzen (Delta (i)) der Funktion Ölmenge über Preßzeit (V=f(t_p)) oder vice versa (t_p = f(V)) von einer Start-Ende-Gerade (Fig. 8) nach einem ersten Formstoffverdichten ermittelt werden, um die maximale Differenz (Delta_max) zu bestimmen, mit zugehörigem Preßzeit-Zeitpunkt (t_delta).

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Ermittlung für den Stempel oder die Stempelgruppe mit dem kleinsten Ölfluß-Endwert (V_END) erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem die maximale Modellhöhe aus der ersten Eichkurve und der gemessenen maximalen Differenz bestimmt wird.

14. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem mäßig quantisierte Abweichungen der Formqualität, ausgedrückt durch die Formhärte (FH, HB) oder Formfestigkeit, als Entscheidungsbasis verwendet werden.

15. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die maximale Differenz (Delta_max) gemäß Anspruch 11 in allen anderen Stempeln bzw. Stempelgruppen ermittelt wird.

16. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem ein Sollwert für die maximale Differenz (Soll-Delta_max) bestimmt wird (Fig. 9) und - bei Abweichen der gemessenen Differenz (Ist-Delta_max) davon - zur Erreichung einer minimalen Zeit (t_MIN) neue Preßdrücke (P_i) eingestellt werden, mit denen erneut eine Sandverdichtung ausgeführt wird, bei der gemäß einem der Ansprüche 10 ff gemessen wird.

17. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die Test- oder Probe-Verdichtungen so lange unter Änderung der Stempeldrücke (P_i; i = 1 . . . n) bzw. der Drücke der Stempelgruppen wiederholt werden (iterativ), bis in allen Stempeln bzw. Stempelgruppen die minimale Zeit (t_MIN) übereinstimmt, um danach mit dem produkterzeugenden Verdichten des Formstoffes in den Formkästen fortzufahren.

18. Verfahren zum Anpassen gesteuert einstellbarer Preßdrücke von Einzelstempeln oder Stempelgruppen in einem Vielstempel-Preßhaupt, bei dem

(a) mehrere Versuchs-Abformungen von Formkästen erfolgen, um iterativ anhand der bei jeder dieser Abformung gemessenen Funktion Ölmenge über Preßzeit (V über t_p) eine auf die Modellkontur optimierte Druckverteilung (P_i; i = 1 . . . n) über der Fläche (x, y) des Formkastens zu erhalten;
(b) jeder Stempel oder jede Stempelgruppe danach den iterativ ermittelten optimierten Druckwert eingestellt erhält.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Veränderung der Druckverteilung über der Formkastenfläche (x, y) über den Ausgleich der Zeitpunkte (t_delta,i) des Auftretens einer Maximal-Differenz (Delta_max,i) in allen Stempeln bzw. Stempelgruppen erfolgt.

20. Verfahren nach Anspruch 19 oder Anspruch 18, bei dem die Differenzen (Delta_i) die (parallelen) Abstände der Ölfluß/Preßzeit-Funktion von einer Start-Ende-Funktion sind, die entstehen würde, wenn jeder Stempel oder jede Stempelgruppe sich während der Formstoffverdichtung in einem im wesentlichen ständigen Kräftegleichgewicht befindet (Preßkraft = Sandwiderstandskraft).

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 eingesetzt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Anpassung und Einstellung der Preßdrücke in einer vorbetrieblichen Phase erfolgt, um danach mit optimiert angepaßten Parametern betrieblich fortzufahren.

23. Vorrichtung mit mehreren Einzelstempeln in einem Vielstempel-Preßhaupt, die von ihrem Hydraulikantrieb her in Gruppen und - soweit nicht gruppiert - als Einzelstempel individuell in ihrem Preßdruck anpaßbar sind, wobei

- für jeden Stempel bzw. jede Gruppe über der Fläche (x, y) des Formkastens eine Druckverteilung (P_i (x, y)) in einer Einstellphase ermittelbar und einstellbar ist;
- wozu für jeden Stempel bzw. für jede Stempelgruppe eine Meßeinrichtung vorgesehen ist, die eine diskretisierte Funktion (V über t_p) aufzeichnet und speichert.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, bei der eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die die Hydraulikdrücke (P_i) der Stempel bzw. Stempelgruppen iterativ reduziert, die im Anfangsbereich der diskretisierten Funktion die höchsten Stempelgeschwindigkeiten haben.