DE19882523B4

DE19882523B4 - Gleichlauf-Trennen von Modell und Sandballen

Info

Publication number: DE19882523B4
Application number: DE19882523T
Authority: DE
Inventors: Frank Iburg; Günter Voss
Original assignee: KUENKEL WAGNER PROZESSTECHNOLO; Kuenkel-Wagner Prozesstechnologie GmbH
Current assignee: Kuenkel Wagner Germany GmbH
Priority date: 1997-08-04
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2018-08-05
Also published as: EP1007244A2; EP1007244B1; WO1999006165A2; DE19882523D2; ES2219910T3; BR9811077A; DE19733703B4; DE59811340D1; WO1999006165A3; ATE265905T1; DE19733703A1; JP2001512048A; DK1007244T3

Abstract

Vorrichtung zum Trennen von einem Modell und einem mittels des Modells und einer Form abgeformten Sandballen (7a), wobei Modell und Form (8, 7) – bei horizontaler Ausrichtung ihrer horizontalen Teilungsflächen – in Richtung einer zu diesen Teilungsflächen Senkrechten (20) relativ auseinanderbewegbar sind, wobei zum Ausführen der Relativbewegung mehrere parallel zu der Senkrechten (20) ausgerichtete Hubachsen (15, 16) vorgesehen sind, die einzeln betreibbar sind und deren Hubhöhe (y(t)) einzeln so regelbar ist, dass ein Mittelwertbildner (90) die gemessenen Höhen-Istwerte (y(t)) der Hubachsen (15, 16) mittelt und jedem Regler (81, 82, 83, 84) jeder Hubachse (15, 16) ein Zusatzsollwert (M(t)) aufschaltbar ist oder aufgeschaltet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Modell und dem mittels des Modells in einer Form abgeformten Sandballen, bei der Modell und Form – bei horizontaler Ausrichtung ihrer horizontalen Teilungsflächen – in Richtung einer zu diesen Teilungsflächen Normalen relativ auseinanderbewegbar sind. Die hier beanspruchte Erfindung ist eine Verbesserung oder weitere Ausbildung der DE 197 33 703.1 vom 4. August 1997 (im Folgenden und in den Ansprüchen "Hauptpatent" genannt), zu dem ein Zusatzverhältnis besteht.
An die Relativbewegung zwischen Modell und im Formkasten schon verdichteter (gepresster) Sandform sind besondere Anforderungen gestellt, um beim Trennen die Sandform nicht zu beschädigen. Dazu ist es erforderlich, dass die (horizontalen) Teilungsflächen von Form und Modell während des Trennvorganges sehr genau parallel bleiben. Auch darf keinerlei Bewegung parallel zu den Teilungsflächen auftreten. Erschwerend kommt hinzu, dass die Resultierende aus der Gewichtskraft des Sandballens häufig nicht im geometrischen Mittelpunkt der Form angreift. Schließlich treten während des Trennvorganges zu überwindende Reibungskräfte auf, die weder zeitlich noch räumlich als konstant anzusehen sind. Diese Probleme treten unabhängig davon auf, ob der Trennvorgang durch Absenken des Modells bei feststehendem Sandballen, durch Anheben des Sandballens bei feststehendem Modell oder durch eine Kombination der beiden genannten Relativbewegungen vorgenommen wird.
Es sind durch Benutzung Trennvorrichtungen, sogenannte Abhebemaschinen, bekannt, die den zuvor genannten strengen Anforderungen genügen. Eine mechanische Gleichlaufeinrichtung ist dabei vorgesehen, die unterhalb des Modellträgers angeordnet ist. Dazu ist ein großzügig gestalteter Kellerraum unter der Maschine erforderlich. Der mechanisch gesteuerte Gleichlauf erfolgt über ein zentral geführtes gemeinsames Joch, welches die zum Abheben dienenden vier Führungsstangen gleichmäßig anhebt.
Ein Problem ist, dass das Joch zum Beispiel während des Pressvorganges von diesen Führungsstangen befreit oder abgekoppelt werden muß. Die Praxis zeigt, dass dadurch entstehende Verunreinigungen den Gleichlauf nachteilig beeinflussen können. Ähnlich arbeiten die DE-A 12 10 517 (Unterstützen durch Druckluft beim Abheben/Trennen), CH-A 622 724 (Gleichlauf über eine Ventilsteuerung für mehrere Zylinder), US-A 3,776,300 (vier Zylinder, die über einen Masterzylinder mit "balancing valve" gesteuert werden).
Aufgabe der Erfindung ist es, besondere Gleichlauf-Anforderungen beim Trennen von Form und Modell zu erfüllen.
Diese Aufgabe wird mit Anspruch 1, 9, 10 oder 19 gelöst, indem jede Achse individuell gesteuert/geregelt wird (separate Einzelregelung). Auf das "Hauptpatent" DE 197 33 703.1 vom 4. August 1997 kann Bezug genommen werden.
Durch Ausführen der Trennung mit Hilfe von vorzugsweise vier einzeln angetriebenen und in der Hubhöhe geregelten Achsen (Vertikalantriebe, Hubzylinder oder Elektroantriebe) lässt sich auf sehr genaue Weise erreichen, dass die horizontalen Teilungsflächen der Form und des Modells während des Trennvorganges parallel bleiben und keine Bewegungen senkrecht zur Normalen stattfinden. Durch die Einzelachsen und die gesonderte Regelung jeder "Achse" kann dieser Gleichlauf auch dann gewährleistet werden, wenn die Resultierende aus der Gewichtskraft in erheblichem Abstand vom geometrischen Mittelpunkt der abzuhebenden Einheit angreift. Im gleichen Maße lassen sich auch unterschiedliche Reibkräfte, die während des Trennvorganges auftreten, sicher und störungsfrei ausgleichen, selbst wenn diese zeitlich und räumlich variieren.
Die Regelung ist eine Regelung auf die Hubhöhe (Weg-Regelung), bevorzugt über einen PID Regler, der bei Rampenantworten (stetig steigenden Hubhöhen) keinen dynamischen Regelfehler (Gleichlauffehler) erzeugt.
Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass für die vier einzeln angetriebenen und geregelten Achsen lediglich ein flur-ebenes Fundament benötigt wird und ein großzügig gestalteter Kellerraum unter der Maschine entbehrlich ist. Auch hat sich gezeigt, daß Verunreinigungen und deren negativer Einfluss auf den Gleichlauf zuverlässig vermieden werden können.
Die Anordnung hat eine hohe Genauigkeit, weil die Hubachsen, die aus einzeln angetriebenen Vertikalantrieben, Hubzylindern, Spindelantrieben, Servoantrieben oder sonstigen Elektroantrieben mit Spindelstange ausgestaltet sein können, mit ihrem unteren Endbereich fest angeordnet sind und nur nach oben in vertikaler Richtung ausfahrbar sind, was im folgenden mit der Hubhöhe y(t) als Momentanwert der Hubhöhe über der Zeit bezeichnet wird. Statt einem mechanisch zentral aufgehängten Hubantrieb zu verwenden, geht die Erfindung den Weg, mehrere einzelne Hubantriebe einzusetzen und diese gleichzeitig randseitig angreifen zu lassen, um entweder den Formkasten selbst mit den Sandballen oder das Modell gegenüber dem Formkasten mit dem Sandballen relativ zu trennen.
Die Trennbewegung verläuft regelmäßig in der Achse, die vertikal zu der normalen Kastentransport-Verschieberichtung verläuft und die einzeln angetriebenen Hubachsen sind parallel zu dieser Vertikalen (Normalen) ausgerichtet. Das randseitige Angreifen sorgt für eine genaue Einleitung der Kraft und vermeidet mechanische Schieflagen, die beim zentralen Einleiten von Kräften und der Verteilung der Kraft auf die Randseiten über ein mechanisches, quer verlaufendes Joch entstehen. Also sind keine mechanischen Antriebsmittel unterhalb der fest angeordneten Zylinder oder sonstigen Antriebe der einzeln angetriebenen Hubachsen erforderlich, vielmehr fahren diese Hubachsen nur vertikal heraus und herein und sind an ihrem unteren Ende fest angeordnet. Die feste Anordnung kann an einem verfahrbaren Wagen vorgesehen sein, der das Verschieben nicht nur der Einheit aus Formkasten, Füllrahmen und Modell sowie Modellträger erlaubt, sondern auch gemeinsame Abstützvorrichtung ist, die gegenüber der Vertikalen genau ausgerichtet ist (Anspruch 3, Anspruch 7).
Mit der Möglichkeit, die Hubachsen an dem verfahrbaren Wagen anzuordnen, kann die gesamte Einrichtung aus Formkästen und Hubachsen gemeinsam verfahren werden und damit auf Dauer ihre relative Lage zueinander eingehalten werden (Anspruch 8).
Aufgrund der zuvor erwähnten Anbringung aller Hubachsen ohne eine untere mechanische Krafteinleitung unterhalb des verfahrbaren Wagens, kann dieser Wagen mit einer horizontal orientierten Zylinderstange verfahren werden, die unterhalb des Wagens angreift (Anspruch 9). Es wird damit diese Zugstange, die den Wagen aus der Haupt-Kastenförderrichtung heraus nimmt und zu der parallelen Station verfährt, sehr kurz gehalten. Sie greift am äußeren, unteren Ende des Wagens an, ohne daß sie von tiefer liegenden mechanischen Einrichtungen behindert wird, die gemäß der Erfindung nicht mehr erforderlich sind.
Die Regelung der einzelnen Antriebe (Anspruch 10) kann mehrere Ausgestaltungen erfahren. Ein besonders sanftes Trennen von Formstoffballen und Modell ist dann möglich, wenn die Trenngeschwindigkeit am Anfang des Trennvorganges stark herabgesetzt ist, um das Belüften zu ermöglichen. Gleichzeitig ist eine geringe Geschwindigkeit im Ansatzpunkt des mechanischen Beginns des Trennens auch von Vorteil, weil geringe Erschütterungen hervorgerufen werden, woraus sich die vorteilhaften Ergebnisse der Erfindung ergeben, die mit einer geringen Geschwindigkeit, einer sogenannten Schleichfahrt im Augenblick und kurz vor dem Trennen arbeitet, während danach, nachdem der kritische Zeitpunkt der Trennung und der Belüftung vorbei ist, die Geschwindigkeit des Trennens wieder erhöht werden kann. Hier hat des Trennen keine unmittelbaren Auswirkungen mehr auf die Oberfläche des Sandballens, sondern dient nur der größeren Beabstandung von Sandballen und Modell.
Weiter begünstigt werden kann die geringe Erschütterung und der Gleichlauffehler im Zeitpunkt des Beginns des Abhebens auch dann, wenn für diesen Zeitpunkt ein Toleranzband mit sehr kleinen (engen) Toleranzen vorgegeben wird, die am tatsächlichen System an den Achsen durch Messeinrichtungen ermittelt werden. Nachdem die Höhe zum physischen Ergreifen des Formkastens meist sehr genau festliegt, kann durch Messen der tatsächlichen Hufhöhe der einzelnen Hubachsen bestimmt werden, wann dieser Zeitpunkt erreicht wird und bis zum Erreichen dieses Zeitpunkts kann die Geschwindigkeit des Anheben der einzelnen Hubachsen so stark herabgesetzt werden, dass ein praktisch idealer Gleichlauf erreicht wird, der jedenfalls innerhalb des ersten Toleranzbandes liegt. So wird bereits das Ergreifen des Formkastens höchst genau und höchst gleichmäßig veranlasst, so dass auch das nach dem genauen Ergreifen folgende Trennen von einem horizontal sehr gleichmäßigen Zustand ausgeht (Anspruch 15). Dies entspricht einer Zielregelung des Gleichlauffehlers auf ein vorgegebenes erstes Toleranzband und der Herabsetzung der Sollwerte vor Erreichen des Angriffspunktes, der bei einem zentral geführten mechanischen Abheben nicht bestimmbar ist, da die einzelnen Angriffspunkte selbst freiliegen und keine Messmöglichkeit dort besteht, während gemäß der Erfindung die Messung genau an den Stellen erfolgt, die vertikal ausgerichtet am Formkasten angreifen (Anspruch 16).
Eine zusätzliche Sicherheit besteht dann, wenn Stellgrößen der jeweiligen individuellen Regler der einzelnen Hubachsen überwacht werden. Die Stellgrößen sind diejenigen Signale, die Ausgangsgrößen der Regler sind und die den hydraulischen oder elektrischen Aktuatoren zur Steuerung der Achse zugeführt werden. Zu große Stellhübe sind ein Zeichen dafür, dass hohe Kräfte wirken, die die einzelnen Hubachsen versuchen individuell auszuregeln, die aber gleichzeitig ein Signal dafür sein können, dass ein Fehler, der zu einer starken Unsymmetrie führt oder der von einer solchen starken Unsymmetrie ausgeht, erkannt werden kann. Zur Erfassung dieser stark abweichenden Stellhübe kann ein zweites Toleranzband dienen. Wird ein solches Toleranzband überschritten, so kann entweder der Fehler nur registriert werden oder aber die Hubgeschwindigkeit aller Achsen sofort gesenkt werden, um eine Eingriffsmöglichkeit zu geben (Anspruch 17).
Eine höhere Genauigkeit wird mit einem zusätzlichen Mittelwertbildner erreicht (Anspruch 18). Dieser Mittelwertbildner überwacht nicht nur eine Achse, sondern alle vorgesehenen Achsen und bildet einen gesamten Mittelwert aus allen Höhen-Istwerten, die an jeder Achse individuell gemessen werden. Aus diesen gesamten Höhenwerten wird ein Mittelwert gebildet, der dann jedem Regler als zusätzlicher Sollwert aufgeschaltet werden kann, so dass sich eine zusätzliche Vergleichmäßigung ergibt. Diese Zusatzaufschaltung arbeitet so, dass diejenigen Regler, die stärker in die eine oder andere Richtung ausgelenkt sind, entweder beschleunigt oder gebremst werden, so daß eine Vergleichmäßigung des Anhebevorgangs erfolgt.
Der Zusatzregelkreis kann spezifisch mit Integralanteilen versehen sein, da dieser integrale Anteil hier bei einer sehr trägen Regelstrecke wenig stört und dennoch für praktisch erhaltene geringst-mögliche Fehler sorgt. Die Zusatz-Regler arbeiten dann wie Zusatz-Aufschaltungen im Sinne einer Vorsteuerung, weil zusätzlich die anderen Regler der Hubachsen auch noch vorhanden sind, die dann aber bevorzugt mit einem P-Regelverhalten ausgestaltet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 zeigt eine Vorrichtung zum einzel-achsengeregelten Trennen von Modell und Sandballen als erstes Beispiel.
2 zeigt in ähnlicher Darstellung eine übliche Abhebevorrichtung neben einer Preßstation und unter einer Füllstation sowie den zugehörigen Kellerraum 14.
3a bis 3f zeigen eine weitere Vorrichtung zum einzel-achsengeregelten Trennen von Modell und Sandballen als zweites Beispiel.
4 ist eine Aufsicht auf die in den vorhergehenden Figuren gezeigten Vorrichtungen, bei der die Haupt-Kastenförderlinie K erkennbar ist und die Querrichtung A, in die eine Verschiebung mittels des Wagens 30 erfolgt.
5 ist ein Regelkreis, mit dem die einzelnen Achsen 15, 16, die auch an 4 ersichtlich sind, geregelt werden.
6 ist ein Diagramm, das in einer praktischen Erprobung bei einer Vorrichtung gemäß 1 und einer Regelung gemäß 5 erhalten worden ist.
In 2 ist eine übliche Preßstation 1 mit einem Mehrstempel-Preßhaupt 1a und einem Pressentisch 3 gezeigt, der über eine Einrichtung 4 in Richtung auf das Preßhaupt 1a anhebbar ist. Eine Verschiebeeinrichtung 5 für Formkästen 7 mit Modellträger 8 und Modell 8a ist zwischen der Preßstation 1 und einer zugleich zum Sandeinfüllen dienenden Station 2 angeordnet. Mit 12 ist die normale Flurebene angedeutet. Mit 8 ist der Modellträger mit Modell 8a bezeichnet.
Die Abhebemaschine weist unterhalb eines Sandbunkers 10 einen Füllrahmen 6 auf, sowie vier Führungsstangen 13, an denen die zum Abheben des den Sandballen enthaltenden Formkastens 7 dienenden Elemente angeordnet sind. Die Führungsstangen 13 werden gemeinsam von einem Joch 9 angehoben, das mit Hilfe einer in einem Kellerraum 14 angeordneten Hubeinrichtung 11 angehoben und abgesenkt werden kann.
Aus 1 wird deutlich, daß unterhalb der Flurebene 12 erhebliche kellerartige Räume 14 für die Unterbringung der Elemente der zentral geführten Abhebeeinrichtung benötigt werden.
Bei der Ausführung gemäß 1 ist die Trennvorrichtung 2 wiederum neben einer Preßstation 1 dargestellt. Gleiche Teile sind in der gleichen Weise bezeichnet, wie in 2. Mit 20 ist die zu den Trennflächen von Form und Sandballen senkrechte Normale bezeichnet. Im Unterschied zu der Abhebemaschine nach 1, sind zum Trennen bei der Anordnung nach 2 vier einzeln angetriebene und geregelte hydraulische Hubzylinder 15, 16 vorgesehen. Diese sind gemeinsam wenig oberhalb des Fundaments abgestützt, das auf der Flurebene 12 liegt. Ein großer Kellerraum wird also nicht benötigt. Wenig oberhalb des Fundaments ist der die Abstützung vorgebende Wagen 30 seitlich verfahrbar angeordnet.
Der Wagen 30 ist in 1 von links nach rechts (und vice versa) verschiebbar, über die Verschiebeeinrichtung 5. Diese Richtung ±A liegt quer zur – senkrecht zur Papierebene orientierten – Transportrichtung K der Formkästen, vgl. auch 4.
Statt der hydraulischen Hubzylinder 15, 16 können auch elektrisch betätigte Antriebe vorgesehen werden. Auch sie werden weg-geregelt in ihrer Hubhöhe y, bevorzugt über einzelne Meßfühler an jeder "Achse", die Istwerte y(t) für die Weg-Regelung der 5 bereitstellen. Eine Kreuzkopplung von einer zur anderen Achse wird vermieden; jede Achse regelt auf ihre eigenen Sollwerte – die gleich vorgegeben werden – und regelt ihre eigenen Störgrößen aus, die individuell anfallen, vgl. dazu die 6.
Die zuvor als verschiebbar in Richtung ±A bezeichnete Anordnung 5 soll in 1 näher erläutert werden. Sie besteht dort aus einem horizontal liegenden Zylinder, dessen Zylinderbereich unterhalb der Verdichtungsstation 1 und dessen Zug/Schub-Stange 5z im herübergefahrenen Zustand des Wagens 30 unterhalb der Füllstation 2 zu liegen kommt. Diese Stange 5z ist mit ihrem vorderen Ende an dem äußeren Endbereich an der Unterseite des Wagens 30 angeordnet und kann bei Auslösen des Zylinders 5 den Wagen 30 mitsamt der Einheit aus Modellträger 8, Formkasten 7, Füllrahmen 6 herüberziehen in die Verdichtungsstation 1 und nach dem dortigen Verdichten wieder zurückfahren in die Haupt-Kastenförderrichtung K, die aus 4 ersichtlich ist. Aufgrund der Anordnung des vorderen Endes 5b der Stange 5z ragt der Zylinder 5 nicht stark seitlich neben der Verdichtungsstation 1 hervor, was dadurch veranlaßt ist, daß unterhalb der Tragschiene 31, auf der der Wagen 30 mittels Rollen 32a, 32b verfahrbar ist, keine weiteren mechanischen Elemente vorgesehen sind, die in vertikaler Richtung Hübe in der Füllstation ausführen müssen, vielmehr ist hier der Bereich zwischen Unterkante der Fahrschiene 31 und Fundament 12 praktisch frei. Die Richtung, in der die Verschiebeinrichtung 5 die Bewegung durchführt, ist mit ±A bezeichnet, sie steht senkrecht auf der Kastenförderrichtung K gemäß 4.
Der Betriebsablauf des Befüllens, Verdichtens, Trennens und Herausfahrens eines Formkastens mit verdichtetem Sandballen 7a soll anhand der 3 erläutert werden, wobei die 3a gleichzeitig auch die 3f ist, also Anfangs- und Endpunkt zugleich. In der 3f (=3a) ist dieselbe Vorrichtung gezeigt, die in der 1 erläutert war, nur sind zusätzlich Stützfüße 33 auf dem Fundament 12 angeordnet, die die Führungsschiene 31 unterhalb der Füllstation 2 tragen, auf der der Wagen 30 mit seinen Rollenpaaren 32a, 32b seitlich verschiebbar ist, in Richtung A. Die Förderrichtung K der Kästen, sowohl der zugeförderten leeren Kästen, wie auch der abgeförderte, mit verdichtetem Sandballen versehen Kästen ist senkrecht zur Papierebene. In dieser Richtung wird der verdichtete Formkasten der 3a (nach vorne) herausgeschoben, während ein nicht verdichteter, noch leerer Formkasten in der 3b in die Füllstation einfährt, gehalten von Rollenbahnabschnitten 41, die an abwärtsragenden Tragarmen 40 am Oberbereich 16a der jeweiligen Hubachsen 16 angeordnet sind, vgl. hierzu im Detail die 1.
Mit dem Einschieben des leeren Formkastens 7 wird der abgeformte Formkasten aus der Füllstation 2 heraustransportiert und gleichzeitig – je nach Reihenfolge – ein Oberkasten-Modell oder ein Unterkasten-Modell mit einem Träger über Rollenbahnen mittels hier nicht näher dargestellten Zylindern in die Abhebe-Füllstation eingefahren. Zu diesem Einfahren von Modellen wird später zur 4 noch Näheres ausgeführt.
In 3b ist die Verdichtungsstation 1 mit ihrem Vielstempel-Preßhaupt 1a in Grundstellung. Auch der Hubzylinder 4 ist eingefahren. Von 3b zu 3c wird mit den Hubachsen 15, 16 nacheinander der eingefahrene (noch leere) Formkasten 7 und dann der Füllrahmen 6 auf den Modellplattenträger 8 aufgesetzt, um das Modell 8a zu umschließen. Ist diese Bewegung y(t) abgeschlossen, wird die 3c erreicht, in der zusätzlich Formstoff in die Einheit aus Formkasten, Füllrahmen und Modell eingefüllt ist. Die vorgewählte Sandmenge kann mittels eines Abzugsgurt-Förderer vorgegeben werden. Die Sandmenge kann dabei modellabhängig eingestellt sein, z. B. über die Eingabe der Anzahl der Umdrehungen einer Umlenktrommel des Abzugsgurt-Förderers, die in der zugehörigen Steuerung vorgegeben werden.
Die Verdichtungsstation befindet sich in der 3c noch immer in Grundstellung. Ausgehend von der 3c wird die mit Sand gefüllte Einheit auf dem Wagen 30 in die Verdichtungsstation herübergefahren, in Richtung A. Damit wird die 3d erreicht. Die Preßzylinder 1a führen in der 3d die Verdichtung des Formsandes oberhalb des Modells durch, nachdem mittels Hubzylinder 4 die Einheit von dem Wagen abgehoben und gegen das Preßhaupt von unten gedrückt worden ist. Nach Abformen senkt der Hubzylinder 4 die Einheit – jetzt im verdichtetem Zustand – wieder auf den Wagen 30, der in Richtung –A herüberfährt in die Füllstation, womit der Zustand der 3e erreicht wird. Die bis dahin eingefahrene Stößel 16 beginnen jetzt die Trennung des verdichteten Sandballens 7a von dem Modell 8a vorzunehmen. Die Hubachsen 15, 16 werden dabei mit höchsten Genauigkeit elektronisch geregelt und heben zunächst den Füllrahmen ab, was aus dem Übergang von der 3e zur 3f ersichtlich ist. Hier ist der nach unten greifende Träger 41 so lang, daß zunächst der Füllrahmen 6 am oberen Ende 16a der Hubachse angehoben wird, mit ihm sind keine mechanischen Erschütterungen des Modells verbunden. Erst nach einem kurzen Hubweg, in dem der Formkasten 7 noch nicht ergriffen worden ist, beginnen die Träger 40 mit ihrem unteren Ende, einem Rollenabschnitt, an den entsprechenden Gegenabschnitten des Formkastens 7 anzugreifen und ihn mechanisch in die Höhe zu heben. Dieser Hubvorgang wird später deutlicher, mit Blick auf die 6, in der die drei Zeitabschnitte des Trennhubes des Füllrahmens, der Schleichfahrt und des Resthubes genauer erläutert werden können. Grob gesprochen ist das Freiheben des Füllrahmens Ausgangspunkt und bei Beginn des Anhebens des Formkasten ist eine geringe Geschwindigkeit eingestellt, um den Formkasten weich von den Rollen zu übernehmen und der Form Zeit für den Trennvorgang zum Belüften zu geben. Die Hubachsen heben dann weiter, diesmal schneller, bis der Formkasten die Höhe der Rollbahnen erreicht hat, die in der Haupt-Kastentransportrichtung K der 4 liegen.
Damit ist der Beginnzustand der 3f praktisch erreicht, wenn ein leerer Formkasten den in der 3f (=3a) dargestellten verdichteten Formkasten 7 aus der Füllstation senkrecht zur Papierebene herausgeschoben hat. Es beginnt dann ein neuer Zyklus, der hier nicht weiter erläutert werden soll.
Die 4 veranschaulicht das zunächst zurückgestellte Einfahren eines Modells bzw. das Wechseln eines Modells für eine abwechselnde Abformung von Oberkasten und Unterkasten. Ersichtlich ist an der 4 die Anordnung der vier einzeln geregelten Hubachsen 15, 16 in den Eckbereichen des Formkastens 7, wenn er in der Füllstation eingefahren ist. Die Verdichtungsstation 1 ist parallel versetzt gegenüber der Haupt-Kastentransportrichtung K und der Wagen 30 ist in der in 4 dargestellten Position in die Füllstation 2 verschoben. Zum abwechselnden Abformen von Oberkasten und Unterkasten sind quer zur Verschieberichtung A des ersten Wagens 30 Anordnungen vorgesehen, die das Einfahren eines Modells für den Oberkasten oder eines Modells für den Unterkasten oder weiterer Modelle ermöglichen. Dazu sind Rollenbahnen (Abschnitte davon) oberhalb und unterhalb der in 4 dargestellten Füllstation 2 jeweils auf weiteren Wagen 35 montiert. Diese Wagen können zum Wechseln der Modell bzw. der Modellplattenträger unter der Form-Kastenbahn (seitlich) hervorgefahren werden, so daß die Modellplattenträger in den Bereichen 36a, 36b so gut wie möglich zugänglich sind. Nach erfolgtem Wechsel wird der Wagen wieder in die Shuttle-Position zurücktransportiert. Ein zusätzlicher (zweiter) Schubzylinder 5a steuert die Bewegung des zweiten Wagens 35, der das Modell über entsprechende Rollen und Bahnabschnitte zunächst auf den ersten Wagen 30 auffährt, wo es mit dem Formkasten 7 in Verbindung kommt. Die anschließende Verfahrbewegung des Wagens 30 in Richtung A zum Pressen verläuft senkrecht zu vorbeschriebenen Bewegung des Formkastens in Richtung B, während die zusätzlich erwähnte Verschieberichtung C in Richtung der Modellwechselplätze 36a, 36b wieder parallel zur Bewegung A des ersten Wagens 30 verläuft.
Die zwischen den 3e und 3f erfolgende Trennung von Sandballen 7a und Modell 8a wird anhand eines Diagramms deutlich. Das Diagramm ist in 6 dargestellt. Dieser Verlauf der Meßwerte und Sollwerte soll in Verbindung mit der 5 erläutert werden, die die Regelung zeigt, mit der die im Beispiel vier Hubachsen der 1 einzeln geregelt werden.
Ausgangspunkt für die Regelung der 5 ist der gemeinsam vorgegebene Sollwert y_s(t), der allen vier Achsen gemeinsam vorgegeben wird. Jeder Regler besitzt einen Soll-Istwert-Vergleich, der den tatsächlichen Hubwert y(t) der jeweiligen individuellen Achse von dem Sollwert y_s(t) abzieht und die Differenz als Regeldifferenz einem jeweiligen individuellen Regler 81, 82, 83, 84 vorgibt. Dieser Regler steuert den Antrieb für die jeweilige Achse, in der 5 mit Achse 1, Achse 2, Achse 3 und Achse 4 bezeichnet, und ergibt im regelungstechnischen Ersatzschaltbild einen Ist-Wert der Hubhöhe y(t), die jeweils individuell sich für jede Hubachse ergibt, abhängig von Störgrößen, die auf jede Achse individuell wirken. Die zusätzlich in der 5 schon eingezeichneten Zusatzregler 81a, 82a, 83a, 84a, die Gleichlaufregler für die jeweilige Achse sind und von einem Mittelwertbildner 90 gespeist werden, sollen später erläutert werden.
Ausgangspunkt war das Vorgeben eines gemeinsamen Sollwertes, der als Verlauf der Hubhöhe über der Zeit in der 6 erscheint. Zunächst schwach ansteigend und dann steiler verlaufend bis hin zum Zeitpunkt T0 ergibt sich das Trennen des Füllrahmens 6 von dem Formkasten 7. Die jeweiligen Gleichlaufabweichungen für die vier verwendeten Achsen sind mit y_f(t) in der 6 dargestellt. Sie sind nicht identisch, laufen aber in ein gemeinsam vorgegebenes Fenster zwischen den Grenzwerten y_o und y_u, das für die Schleichfahrt Bedeutung hat, in der der Formkasten 7 mit dem Sandballen 7a von dem Modell 8a abgehoben wird. Dafür relevant ist der Beginn des Abhebens, der Zeitpunkt T0, zu dem eine möglichst geringe Geschwindigkeit von dem Sollwert y_s(t) vorgegeben wird, also genügend Zeit zum Belüften und wenig Anfälligkeit für Störungen. Das von den Grenzwerten y_o und y_u eingegrenzte Toleranzband TB ist im dargestellten Beispiel auf ±0,05 mm eingestellt, tatsächlich aber sind die Gleichlaufschwankungen noch geringer, wie an der Messung im Toleranzband TB erkannt werden kann. Nach einer vorgegebenen Zeitspanne der Schleichfahrt stand genügend Belüftungszeit zur Verfügung und der Resthub der Trennbewegung kann gemäß einem steiler verlaufenden Sollwert jetzt schneller vorgenommen werden, was auch eine größere Gleichlaufabweichung zur Folge hat, die hier aber nicht mehr von so großer Bedeutung ist, weil das eigentliche Lösen des Sandballens von dem Modell bereits erfolgte.
Die 6 zeigt eine Zeitspanne von etwa 2,4 Sekunden für ein vollständiges Trennen, wobei der Verlauf des Sollwertes der Hubhöhe y_s(t) eine größere Wegdifferenz veranschaulicht, als der eingezeichnete, stark vergrößerte Maßstab zwischen –0,1 und +0,5 mm zur Darstellung der Gleichlaufabweichungen y_f(t).
Die Regelung der 5 verwendet Proportionalregler für die Regler 81, 82, 83, 84, um die Regelstrecken der Achsen, die mit einem PT2-Anteil für das Ventil bei hydraulischer Steuerung und einem IT2-Anteil für den Zylinder dargestellt werden können, zu regeln. Die zusätzlich eingezeichneten Gleichlaufregler 81a können P-Regler sein, bevorzugt aber haben sie einen zugeschalteten Integral-Anteil, um Regelfehler auch dann auszuschalten, wenn Rampen von dem Höhensollwert y_s(t) vorgegeben werden.
Der Mittelwertbildner 90 erfaßt die Summe aller Hubwerte y(t) aller Achsen und errechnet daraus einen gebildeten Mittelwert M(t) für jeweilige Vergleicherstellen 81c, die jeweils individuell den individuellen Istwert y(t) jeder Achse subtrahieren und den Zusatzreglern 81a, 82a, 83a, 84a vorgeben. Dieser als Proportional- oder PI-Regler ausgestaltete Gleichlaufregler schaltet eine Vorsteuerung auf eine Summierstelle 81b auf, um die Regelstrecke 15, 16 der jeweiligen Achse zu beeinflussen.
So kann ein Höchstmaß vom Gleichlauf erreicht werden, bei gleichzeitig schnell ansprechender Regelung im Führungsverhalten.
Alle eingesetzten Hubachsen sollten bevorzugt gleiches Verhalten und damit auch gleiche Regelstruktur besitzen.
Als Meßgeber für die Meßhöhe kann ein angepaßtes Wegmeß-System Einsatz finden, angepaßt an die Art der jeweiligen Achse, so ein Meßstab für einen Hubzylinder oder ein Drehgeber für angetriebene Spindelstangen.
Zu jedem Zeitpunkt besteht die Möglichkeit, die Sollwerte, Istwerte und Stellgrößen zu überwachen. So kann beispielsweise die Stellgröße jedes Reglers jeder Achse auf ein Toleranzband mit einem Maximalwert hin überwacht werden, so daß keine zu großen Stellgrößen bei dem Trennvorgang auftreten. Wird festgestellt, daß eine der Stellgrößen außerhalb des vorher definierten Grenzwertes liegt oder das vorgegebene Toleranzband verläßt, kann auf einen Fehler geschlossen werden. Der dazugehörige Zylinder ist dann entweder mit einer zu großen oder zu kleinen Kraft belastet. Es kann präventiv eine sich abzeichnende Funktionsstörung ausgeglichen werden, indem z. B. die Steigung des Sollwertverlaufs y_s(t) herabgesetzt wird, um den Gangunterschied herabzusetzen und die ausgerissene Stellgröße wieder in das Toleranzband zurückzuholen.
Die 6 zeigt die hohe Genauigkeit im Zeitbereich T0 bis T1, der der Schleichfahrt entspricht. Vor Erreichen des Zeitpunktes T0, also dem physischen Berühren des Formkastens 7 bei der einzuleitenden Trennung, nimmt die Geschwindigkeit, die der Ableitung des Sollwertes des Hubes y_s(t) entspricht, ab und nach Beenden der Schleichfahrt im Rahmen des Resthubes nimmt sie wieder zu, um den notwendigen Hub schnellstmöglich zu erreichen.
Das Anfahren des Zeitpunktes T0 kann auch von einer Steuerung beeinflußt sein, die so arbeitet, daß die Sollwertvorgabe des Hubes so lange reduziert wird, bis die eingezeichneten Gleichlaufabweichungen y_f(t) innerhalb des Toleranzbandes TB liegen, wenn der Zeitpunkt T0 erreicht wird.

Claims

Vorrichtung zum Trennen von einem Modell und einem mittels des Modells und einer Form abgeformten Sandballen (7a), wobei Modell und Form (8, 7) – bei horizontaler Ausrichtung ihrer horizontalen Teilungsflächen – in Richtung einer zu diesen Teilungsflächen Senkrechten (20) relativ auseinanderbewegbar sind, wobei zum Ausführen der Relativbewegung mehrere parallel zu der Senkrechten (20) ausgerichtete Hubachsen (15, 16) vorgesehen sind, die einzeln betreibbar sind und deren Hubhöhe (y(t)) einzeln so regelbar ist, dass ein Mittelwertbildner (90) die gemessenen Höhen-Istwerte (y(t)) der Hubachsen (15, 16) mittelt und jedem Regler (81, 82, 83, 84) jeder Hubachse (15, 16) ein Zusatzsollwert (M(t)) aufschaltbar ist oder aufgeschaltet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche insbesondere vier einzeln aufwärts und abwärts antreibbare und einzeln regelbare Hubachsen (15, 16) als Vertikalantriebe, Hubzylinder, Spindelantriebe, Servoantriebe oder Elektroantriebe aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hubachsen (15, 16) oberhalb eines flurebenen Fundaments (12) gemeinsam angeordnet und abgestützt sind, ohne unter ihnen eine die Hubbewegung (y(t)) ausführende mechanische Einrichtung (9) anzuordnen.
Vorrichtung nach einem der vorrigen Ansprüche, bei der die Hubachsen (15, 16) auf einem verfahrbaren Wagen (30) abgestützt sind, der etwa senkrecht zur Haupt-Kastenförderrichtung (K) bewegbar ist (A).
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die insbesondere als Verschiebung von Wagenrollen (32a, 32b) auf einer Querschiene (31) ausgestaltete Bewegung des Wagens (30) (nur) zwischen einer Füllstation und einer benachbarten Pressstation (1, 2) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der vier einzeln antreibbare und einzeln regelbare Hubachsen (15, 16) in den vier Eckbereichen des den Sandballen (7a) aufnehmenden Formkastens (7) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, bei der alle Hubachsen (15, 16) einen ausfahrenden Stößel (16) und einen fest angeordneten Zylinder oder anderen Antrieb (15) besitzen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der alle Hubachsen (15, 16) mit dem Wagen (30) in eine Pressstation (1) und zurück mit-verfahrbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 des "Hauptpatentes", wobei mit einer Verschiebeeinrichtung (5, 5z) ein Wagen (30) zwischen einer ersten Station (1) zum Verdichten von Formstoff und einer zweiten Station (2) zum Einfüllen von Formstoff in den Formkasten verfahrbar ist (A), wozu die Einrichtung unterhalb einer Führungsschiene (31) für den Wagen (30) angeordnet ist, insbesondere so angeordnet ist, dass ihr Anbringungsort (5b) am Wagen (30) der untere, äußere Endbereich ist, so dass ein Herüber-Schieben des Wagens (30) aus der Haupt-Kastenförderrichtung (K) in der zweiten Station (2) mit einer kurzen Zugstange (5z) möglich ist, die nur wenig aus der ersten Station (1) im herübergefahrenen Zustand des Wagens (30) herausragt.
Verfahren zum Trennen eines Modells und eines mittels des Modells abgeformten Sandballens (7a) in einer Formmaschine nach Anspruch 1 des Hauptpatentes, wobei Modell und Sandballen senkrecht relativ zueinander auseinander bewegt werden und die Bewegung von einzeln angetriebenen Hubachsen (15, 16) so ausgeführt wird, dass jede Hubachse (15, 16) – ihre Hubhöhe (y(t)) auf ihren eigenen Sollwert (ys(t)) regelt – die gleich vorgegeben werden – und ihre eigenen Störgrößen ausregelt, welche achsen-individuell anfallen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei jede Achse einzeln gleichlaufend hubhohen-geregelt wird (y(t), 81, 82, 83, 84).
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei vier einzeln antreibbare und einzeln regelbare Elektroantriebe oder Hydraulikantriebe (15, 16) die Trennungs-Relativbewegung erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Hubachsen (15, 16) etwas oberhalb eines flurebenen Fundaments (12) gemeinsam abgestützt werden (30, 31, 33), insbesondere vor bzw. nach dem Synchron-Abheben von Modell oder Sandballen (7, 8) seiten-verschoben (30, A, –A) werden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei zumindest ein einzelner Messfühler an jeder Hubachse angeordnet ist, um Istwerte y(t) für die Hubhöhen-Regelungen (81, 82, 83, 84) bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Hubgeschwindigkeit oder die Änderung eines Sollwertes der Hubhöhe (y_s(t)) über der Zeit (t) kurz vor dem Abheben des Sandballens (7a) von dem Modell (8, 8a) so stark gesenkt wird, dass ein gemessener Gleichlauffehler (y_f(t)) aller Hubachsen (15, 16) innerhalb eines vorgegebenen ersten Toleranzbandes (TB; y_o, y_u) liegt.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Hubhöhenänderung so lange herabgesetzt wird, bis das erste Toleranzband (TB) vor dem physischen Ergreifen des Sandballens (7a) im Formkasten (7) eingehalten ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Stellgröße jeder Hubachse gesondert überwacht wird und Stellgrößen, die außerhalb eines zweiten Toleranzbandes (TS) liegen, zur Fehlererkennung oder Senkung der Hubgeschwindigkeit der Hubachsen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem im Wege eines weiteren jeweiligen Reglers (81a, 82a, 83a, 84a), der eine Regeldifferenz aus einem Zusatzsollwert (M(t)) und dem jeweils individuellen Höhen-Istwert (y(t)) des jeweiligen Regelkreises diesem als Vorsteuerung – insbesondere integrierend – aufschaltet, der Gleichlauf verbessert wird.
Verfahren nach Anspruch 6 des Hauptpatentes, wobei die einzeln gleichlaufend angetriebenen Hubachsen (15, 16) zum sanften Trennen von Modell (8) und Formstoffballen in einer Form (7a, 7) von einer sollwertgeführten Regelung (81, 82, 83, 84) und einem über die Zeit (t) vorgegebenen Hubwert (y_s(t)) betrieben werden, und wobei die Steigung des Sollwertverlaufs (y_s(t)) der Regelung abnimmt, bevor die Hubachsen (15, 16) den Formkasten (7) ergreifen, und danach zunimmt.