DE2730301A1

DE2730301A1 - Werkstueckzaehler fuer eine presse

Info

Publication number: DE2730301A1
Application number: DE19772730301
Authority: DE
Inventors: Klaus Hermann Mette; Denis Andrew Raoul St
Original assignee: FIRAN ELECTRONICS Inc
Current assignee: FIRAN ELECTRONICS Inc
Priority date: 1976-07-07
Filing date: 1977-07-05
Publication date: 1978-01-12
Also published as: NL7707573A; AU2667077A; US4057713A; BR7704418A; IT1078998B; ZA773963B; FR2362681A1; AU514724B2; AR217437A1; FR2363145A1; JPS5328864A; GB1582888A; SE7707908L; BE856592A

Description

Die Erfindung betrifft eine überwachungseinrichtung für Pressen und vergleichbare Werkzeugmaschinen, insbesondere einen Werkstuckzähler für eine Presse mit einem Pressenbett und einem hin- und hergehenden Stempel, der über eine Kupplung und eine Kurbelwelle von einem Schwungrad beaufschlagt wird, das einem Drehantrieb unterliegt.

Eine typische Presse besteht aus einer Rahmenkonstruktion, die zwischen relativ gegeneinander bewegbaren Werkzeughaltern eine Materialzufuhr bildet, so daß auf den Werkzeughaltern sitzende Werkzeuge oder backen das Material beaufschlagen und aufgrund der Relativbewegung zwischen den Werkzeughaltern anschließend von dem Material wieder gelöst werden können. Liner der Werkzeughalter ist üblicherweise ein Stempel, der geradlinig entlang einer von Führungen definierten Führungsbahn in Richtung des von einem Pressenbett oder dergleichen gebildeten Werkzeugträger bzw. von diesem weg beweglich ist. Der Antrieb für den Stempel umfaßt

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ein Schwungrad oder ein anderes Drehspeicher teil, das über eine Kupplung mit einem Exzenter, einer Kurbel oder dergleichen In Drehverbindung steht, um die gewünschte Bewegung auf den Stempel zu übertragen. Das Schwungrad wird von einem Elektromotor angetrieben, der die Primärenergiequelle für die Presse darstellt.

Viele Pressen arbeiten mit hoher Geschwindigkeit und stellen mehrere TAuβend Werkstücke pro Tag her. Es ist daher sehr wichtig, mit Hilfe einer automatischen Einrichtung die tatsächlich hergestellte Anzahl der Werkstücke genau zu zählen, um die Maschine nach Erfüllung eines bestimmten Auftrages abstellen zu können. Unter Berücksichtigung der Art und Weise, in der die Werkstücke aus der Presse abgeführt werden, ist die Anbringung einer Zählvorrichtung schwierig, die die Werkstücke selbst erfaßt und zählt. Aufgrund dieser Schwierigkeit wird häufig ein Zähler vorgesehen, der jeden Zyklus des Stempels zählt, wobei unterstellt wird, daß pro Zyklus ein Werkstück hergestellt wird. Dabei werden jedoch nicht die zahlreichen "Luftstöße" berücksichtigt, also diejenigen Zyklen, bei denen sich zwischen den Werkzeugen kein Material befindet, so daß auch kein Werkstück hergestellt werden kann.

Bei: Pressen ist ferner eine ungenaue oder gefährliche Arbeitsweise problematisch, die sich z.B. aus Lagerfraß, Doppelschlag oder su großen Materialabmessungen ergibt. In solchen Situationen kann «in größerer Schaden an der Presse nur durch schnelles und manchmal gefährliches Handeln des Pressenpersonale vermieden werden. Es besteht daher nicht nur ein Bedürfnis, die tatsächlich hergestellten Werkstücke genau zu zählen₍ sondern nach einer generellen Überwachung und Steuerung des Pressenbetriebs.

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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Überwachungseinrichtung insbesondere für Pressen zu entwickeln, die die tatsächlich hergestellten Werkstücke genau zählt und den durch den Preßvorgang entstehenden Energieverlust sowie die auf die Presse sowie deren Werkzeuge wirkenden Kräfte überwacht.

üiese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch folgende Merkmale gelöst:

a) eine Einrichtung zur Berechnung der Energie des Schwungrades nebst angeschlossener, sich mitbewegender Elemente auf basis der Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrades für kleine Inkremen te jeder seiner Umdrehungen;

b) eine Einrichtung zur Berechnung jedes Energieverlustes des Schwungrades zwischen kleinen Inkrementen jeder Umdrehung der Kurbelwelle;

c) eine Einrichtung zur Bestimmung des maximalen Inkrementsenergieverlustes während jeder Umdrehung der Kurbelwelle;

d) eine Einrichtung zum Vergleich dieses maximalen Inkrementsenergieverlustes mit einem vorbestimmten Wert;

e) eine Zähleinrichtung, die immer dann betätigt wird, wenn dieser maximale Inkrementsenergieverlust den vorbestimmten Wert überschreitet.

Ein bei einer Umdrehung der Kurbelwelle gemessener Energieverlust des Schwungrades, der den vorgegebenen Wert überschreitet, zeigt also an, daß tatsächlich ein Werkstück hergestellt worden ist.

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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung können die Energiemessungen am Schwungrad zusammen mit Messungen der Winkelstellung der Kurbelwelle dazu verwendet werden, zu jeder Zeit die auf die Presse einwirkenden Kräfte zu überwachen. Eine Kraft, die einen vorbestimmten Sicherheitswert überschreitet, führt automatisch zum Stillstand der Presse. !

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung werden die Messungen der Winkelstellung der Kurbelwelle dazu verwendet, eine Pressenbremse sowie ein überwachungssystem zu betätigen. _:

Eine andere AusfUhrungsform der Erfindung betrifft eine Überwa- | chungseinrichtung für eine Antriebswelle von Werkzeugmaschinen oder dergleichen. Diese überwachungseinrichtung ist gemäß der Erfindung durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

a) ein Lichtgeber und ein photoelektriscner Empfänger zur Erzeu- , gung eines diskreten elektrischen Signals für jede Drehung der ^! Antriebswelle über einen ausgewählten Bruchteil einer Volldrehung der Antriebswelle;

b) eine Meßwertverarbeitungsanlage zur Aufnahme und Umwandlung dieser elektrischen Signale in Drehstellungen der Antriebswelle in Graden;

c) eine Digitalanzeige für die Ausgabe der Meßwertverarbeitungsanlage in Kreisgraden.

Diese Überwachungseinrichtung kann Verwendung finden in Verbindung mit elektronischen Schaltern, die in die Winkelstellung der Antriebswelle angebenden Graden einstellbar sind und mit dem Maschinenwerkzeug assoziierte Betriebstunktionen steuern an genauen Stellen bei jeder Umdrehung der Antriebswelle entsprechend der

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Ausgabe der Meßwertverarbeitungsanlage.

pie Erfindung basiert auf dem Prinzip, daß die exakte Trägheit des Schwungrades und zusätzlicher drehender Massen, z.B. Teile der Bremse und Kupplung einer Presse, berechnet werden kann. Die Rotationsgeschwindigkeit eines Schwungrades kann sehr genau digital gemessen werden, üie kinetische Energie einer sich linear bewegenden Masse ist somit

E = 1/2 mU²

wobei K die Energie, m die Masse und U die Geschwindigkeit sind. Für eine rotierende Masse gilt

E = 1/2 j r² din U²

wobei E Energie, Γ r din die Trägheit und U die U/min sind. Da

ü = ^ ist, gilt E = S r² dm, wobei T die Zeit für

eine Volldrehung ist. 2 T²

Beim Betrieb einer Presse, z.B. einer Stanz- oder Formpresse, dient das Schwungrad als Kotationsspeicher. Dieses Schwungrad erhält kontinuierlich Energie von einem Elektromotor und verliert ständig Energie durch Reibung sowie durch den Stanz- oder Formarbeitsgang. Natürlich ist der Arbeitsgang der Primärnutzer der Energie, wobei während eines sehr kurzen Anteils jeder Umdrehung der Kurbelwelle, über den der eigentliche Arbeitsgang durch das Pressen des Metals erfolgt, eine sehr große Energiemenge verbraucht wird. Diese Energie wird von der in dem Schwungrad gesp-eicherten Energie genommen. Während des restlichen Umdrehungsweges der Kurbelwelle wird die verbrauchte Energie des Schwungraues durch entsprechende Energiezufuhr von dem Elektromotor wieder ersetzt.

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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich dann, wenn man Energiemessungen am Schwungrad für kurze Intervalle jeder Drenung der Kurbelwelle z.b. bei jedem Winkelgrad einer Kurbelwellendrehung vornimmt und den Energieverlust zwischen den Messungen bestimmt, ein maximaler Energieverlust für jede Kurbelwellenumdrehung ergibt. Es gilt

Au - ^K

m 2 _ ,ρ 2

¹D ¹U

wobei K= ^/²J d™» ^Tn ^d*^e Schwungradgeschwindigkeit in der Abwärtsbewegung, T die Schwungradgeschwi bewegung und Δ.Ε der Energieverlust sind

Abwärtsbewegung, T die Schwungradgeschwindigkeit in der Aufwarts-

Ein maximaler Energieverlust entsteht dann , wenn der sich nach unten bewegende Stempel entweder das im Pressenbett liegende blech oder aber das Pressenbett selbst beaufschlagt. Wird also eine Presse ohne eingeführtes Preümaterial gefahren, erhält man einen maximalen Energieverlust für jede Umdrehung der Kurbelwelle, wobei es sich hier um den Energieverlust für einen sog. "Luftstoß" handelt, bei dem kein Werkstück hergestellt wird. Indem man einen Zähler anordnet, der einen "Pioduktionsstoß" bei herstellung eines Werkstücks nur dann zählt, wenn der Energleverlust bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle einen vorbestimmten Wert überschreitet, und wenn man diesen Wert grüßer einstellt als den gemessenen Maximalwert für einen "Luftstoß", dann werden von diesem Zähler nur tatsächliche Produktionsstöße gezählt.

Das Verhältnis zwischen Kraft und Energie kann ausgedrückt werden als

E = Fü

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wobei E die Energie, F die Kraft und D die Entfernung sind, über die eine Kraft wirkt. Die Kraft, die eine Presse aufbringen muß, ist somit der betrag an Energieverlust für den Stanz- oder Formgebungstakt über die Distanz, in der das Stanzen bzw. Verformen stattfindet. Ua der Pressenhub konstant ist, kann durch Messung der Winkelstellung der Kurbelwelle jederzeit die auf die Presse einwirkende Kraft überwacht werden.

Im Betrieb werden sowohl die Geschwindigkeit des Schwungrades als auch die Winkelstellung der Kurbelwelle fortlaufend gemessen, wobei diese Informationen fortlaufend in einen uigitalcomputer eingespeist werden. Die Schwungradmasse, Dimensionen usw. sind natürlich für jede Presse festgelegt; diese Information ist im Computer gespeichert.

Die Geschwindigkeit des Schwungrades kann an sich beliebig gemessen werden. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn die Messungen in Form von Impulsen erfolgen, die einem Digitalcomputer eingespeist werden. Das Sahwungrad kann auf seinem Umfang z.U. eine Reihe von im gleichen Abstand voneinander angeordneten Nasen oder Löchern aufweisen, die einen Signalerzeuger beaufschlagen. Die Signalunterbrecher können vorzugsweise vorstehende Strahlungekeulen und der Signalerzeuger ein magnetischer Annäherungsschalter sein. Bei jedem Vorbeilaufen einer Strahlungskeule an dem genannten Schalter wird an den Digitalcomputer ein Impuls abgegeben, wobei die zwischen zwei Impulsen liegende Zeitspanne digital gemessen wird. Ist der Abstand zwischen den Strahlungskeulen bekannt und wird die Zeit zwischen den Strahlungskeulen gemessen, dann erhält man eine Geschwindigkeitsmessung. Wird diese mit der im Computer gespeicherten Schwungradinformation kombiniert, kann der Computer die Energie berechnen. Er berechnet auch den Energleverlust zwischen Energieberechnungen und bestimmt den maximalen Energieverlust während der Kurbelwellenumdrehungen, wobei dies als Energieangabe angezeigt wird.

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Die Winkelstellung der Kurbelwelle kann mittels eines Winkelgebers gemessen werden, der mechanisch an die Kurbelwelle gekoppelt ist. Er kann natürlich auch mit anderen Teilen des Drehantrieb«- mechanismus der Maschine gekoppelt sein, die direkt an die Kurbelwelle gekoppelt sind, z.b. durch Getriebe. Dieser Winkelgeber kann vorzugsweise die Form eines Meßwertgebers haben, der ein leitendes Muster auf einer Scheibe aufweist und vorzugsweise so angeordnet ist, daß Impulse in einer kodierten Form erzeugt werden, wobei eine binär kodierte Form vorgezogen wird. Das Codemuster auf' der Scheibe ist vorzugsweise ein GHLY-Code, der von Festkörper- ; meßfühlerη gelesen werden kann, wie z.U. von photoelektrischen Meßfühlern, die Signale an den Computer übermitteln. ;

i Diese Signale geben eine Winkelablesung der Stellung der Kurbel- ; welle mit einer Genauigkeit von weniger als 1°. Diese Information j kann für verschiedene Zwecke verwendet werden. Zunächst kann sie ; dazu verwendet werden, eine sichtbare Anzeige der Kurbelwellen- _: stellung zu geben. Sie kann auch, wie oben erwähnt wurde, dazu verwendet werden, ständig die auf die Presse einwirkende Kraft ' zu überwachen. Die Winkel information kann auch in eine Reihe j manuell einstellbarer elektronischer Nockenschalter , z.B. Daumen-, radschalter eingespeist werden, die dann verwendet werden können, j um verschiedene Systeme an bestimmten Punkten während jeder Um- j drehung der Kurbelwelle zu aktivieren oder zu inaktivieren. Ein ( Schalter kann beispielsweise zur Beaufschlagung eines Roboters j

i dienen, um ein Werkstück in der Presse zu bewegen oder zu drehen. ; Andere Schalter können zum Stoppen oder Starten einer Zuführein- : richtung an bestimmten Stellen während eines Pressenzyklus dienen.. In einer progressiven Stanzlinie , in der mehrere Pressen hinter- ί einander in einer Reihe eingesetzt werden, können auf einen Meß- ! wertgeber ansprechende, einstellbare elektronische Schalter verwendet werden, um die Pressen in der Linie genau zu steuern. ;

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Die Überwachung der auf die Presse wirkenden Kräfte kann als Sicherheitseinrichtung verwendet werden, um eine Überlastung der Presse zu verhindern. So kann beispielsweise das Maximum der sicheren Tonnenkapazität der Presse bestimmt und im Computer gespeichert werden, überschreitet dann der Lnergieverlust des Schwungrades dieses Maximum, wird ein Warnsignal betätigt und die Presse abgestellt.

Die Messung der Kurbelwellenwinkelstellung kann auch ein Mittel zum Einsetzen und fortlaufenden Überwachung der Leistung des Pressenbremssystems liefern. Dieses System kann so ausgelegt werden, daß die Bedienungsperson einen Winkel auswählen kann, bei dem durch ein Unterbrechersignal an die Presse der Bremsvorgang ausgelöst wird und so die Presse stoppt. Line Winkelanzeige zeigt die benötigte Anzahl an Winkelgraden, um die Presse zum Halten zu bringen. Eine zweite Anzeige gibt die verstrichene Zeit an, in der die Presse zum Stillstand kommt, hierdurch erhält die Bedienungsperson eine optische und absolute Angabe über die Bremsergebnisse. Für eine fortlaufende überwachung der Bremsen kann das System so ausgelegt werden, daß es ein Warnsignal abgibt, wenn die Bremse die Presse nicht innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs der Rotation zum Stehen bringt.

Das neue System kann auch dazu verwendet werden, die Lnergieleistung des Motors zu überwachen. Wegen der ständigen festen Drehverbindung zwischen Motor und Schwungrad ist die Motorgeschwindigkeit aus den Messungen der Schwungradgeschwindigkeit bekannt. Weitere Kenndaten des Motors wie Drehmoment zu Geschwindigkeit lassen sich vom Motorhersteller erfahren. Diese Kenndaten können im Computer programmiert werden, so daß der Computer die Eneryieabgabe des Motors bei jeder Motorgeschwindigkeit anzeigt und somit die Kapazität jeder Pressen-Motor-Kombination angibt.

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In der Zeichnung sind einige als Beispiele dienende Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 in schematiseher Darstellung eine typische Presse,

die mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung ausgestattet ist;

Fig. 2 in Vorderansicht eine Fressensteuertafel; Fig. 3 in vergrößertem Maßstab ein Detail der Fig. 2, und

zwar einen Zähler der echten Arbeitszyklen sowie einen Tonnage-Moni tor;

Fig. 4 in einer Darstellung gemäß Fig. 3 eine bremsanzeige und einen Monitor;

Fig. 5 in schematischer Darstellung einen Winkelmeßumwandler in Seitenansicht;

Fig. 6 in gegenüber Fig. 5 vergrößertem Maßstab in Draufsicht einen GREY-Code zur Messung von Drehwinkeln ;

Fig. 7 in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab in Stirnansicht ein Schwungrad-Geschwindigkeits-Uberwachungssystem;

Fig. 8 in schematischer Darstellung ein blockdiagramm dee erfindungsgemäßen Systems;

Fig. 9 ein Energie- und Kraft-Überwachungssystem in einer Darstellung gemäß Fig. ti;

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Fig. 10 ein Bremssystem in einer Darstellung gemäß den Fig. ö und 9;

Fig. 11 ein Bremsüberwachungssystem in einer Darstellung gemäß den Fig. β bis 10 und

Fig. 12 in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab ein Sicherheits-Uberwachungssystem in Seitenansicht.

Fig. 1 zeigt eine typische Presse 10 mit einem Pressenbett 11, das mit einem hin- und hergehenden Stempel 12 zusammenwirkt. Dieser Stempel wird angetrieben von einer einen Exzenter 15 aufweisenden Kurbelwelle 13, die ihrerseits von einem Schwungrad 14 Über eine Kupplung und ein Bremssystem angetrieben wird. Das Schwungrad wird Über ein Getriebe von einem Elektromotor 16 angetrieben.

Daa Uberwachungssystem der Presse umfaßt in seinem physikalischen Aufbau mehrere am Schwungrad 14 befestigte Strahlungskeulen 60, einen von den Strahlungskeulen beaufschlagten magnetischen Annäherungsschalter 61 sowie einen Umwandler 49/ der unmittelbar mit dem Ende der Kurbelwelle 13 verbunden ist.

Fig. 2 zeigt eine typische Steuertafel für das erfindungsgemäße System. Vorgesehen ist ein Kasten 2O mit mehreren Linschubsektionen . Die dargestellte Linschubsektion 2λ ist ein Ablaufzeitgeber und umfaßt einen zweistelligen Daumenradschalter 22 sowie eine zweistellige Anzeige 23. Diese gibt lediglich die nach einem Pressenzyklus abgelaufene Zeit an und geht nach jeder Vollumdrehung der Kurbelwelle auf Null zurück. Bei normalem Betrieb laufen Motor und Schwungrad kontinuierlich« während der Stempel 12 lediglich zyklisch arbeitet. Der Daumenradschalter 22 kann so eingestellt werden, daß dann, wenn der Stempel über eine bestimmte

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Anzahl von Minuten nicht zyklisch arbeitet, zur Linsparung von Energie die Energiezufuhr zu dem Antriebsmotor des Schwungrades automatisch unterbrochen wird.

Die in Fig. 2 dargestellte Steuertafel umfaßt ferner eine Einschubsektion 24, die eine Kurbelweilenwinkelanzeige mit einer dreistelligen Anzeige 25 umfaßt, hier wird die von einem Umwandler gemessene Winkelstellung des Schwungrades 14 in Graden angezeigt. Eine weitere Einschubsektion 26 umfaßt ein brems- und Überwachungssystem, das in Fig. 4 in größerem Maßstab dargestellt ist. Eine weitere Einschubsektion 27, die in Fig. 3 vergrößert dargestellt ist, umfaßt einen Zähler für tatsachliche Arbeitszyklen sowie einen Tonnage-Monitor.

Die Einschubsektionen 2ö, 2dA und 2db umfassen elektronische Nockenschaltereinheiten, die zur Steuerung einer Zusatzausrüstung dienen. Jede dieser Nockenschaltereinheiten enthält zwei Schalter, vorr^en^eder eine linke dreistellige Dauiuenradeinstellung und eine rechte dreistellige Daumenradeinstellung aufweist. Diese Daumenradschalter sind auf bestimmte Stellen in jeder Umdrehung der Kurbelwelle eingestellt, an denen verschiedene Teile der Zusatzausrü-stung aktiviert oder inaktiviert werden sollen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen Einzelheiten des in Fig. 1 schematisch dargestellten Umwandlers 49. Dieser besteht aus einer Scheibe 5ü, die über eine Verbindungswelle 51 mit dem Ende der Kurbelwelle 13 verbunden ist. Die Scheibe 50 steht somit in unmittelbarer Drenverbindung mit der Kurbelwelle 13.

Die Scheibe 50 trägt auf ihrer Oberfläche einen GREY-Code 52, der so angeordnet ist, daß Impulse in binär kodierter Form erzeugt werden. Die Scheibe besteht aus einem durchsichtigen Trägermaterial mit einem Muster von neun binärkanalen 53 und einem Kanal 54, die 360 Impulse pro Umdrehung erzeugen. Auf jeder Seite jedes Kanals des Musters sind eine Leuchtdiode 55 und ein Festkörperrueßfühler57

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vorgesehen. Diese reagieren auf die wiederholten Unterbrechungen durch den GRKY-Code durch Erzeugung eines Ausgangssignals, das abwechselnd von einem Nicht-Signal-Zustand In einem Signal-Zustand wechselt und umgekehrt.

Neben dem einfachen Zählkanal 54 sind ein Paar Leuchtdioden 56 und ein entsprechendes Sensorpaar vorgesehen, die einen einfachen Zählkanal mit Richtungsmessung bilden.

Der Binär-Code teilt die Scheibe in 512 gleiche Segmente, üie Ausgangssignale der Lichtsensoren werden von einem Festwertspeicher 58 in ein direktes Lesen von Graden zwischen O und 36O° umgewandelt, was als Ausgangssignal 59 dargestellt ist. Dieser Festwertspeicher 58 kann vorzugsweise miniaturisiert sein, z.U. ein Chip und einen Teil des Umwandlers 49 bilden.

Die vorstehend erhaltene unmittelbare Winkelablesung wird eingespeist in einen Mikroprozessor 70 im Zähler für die tatsächlichen Arbeitszyklen der Presse und den Tonnage-Monitor 27 sowie in die Kurbelwellenwinkelanzeige 25. Der verwendete Mikroprozessor ist ein Motorola MC 68OO, dessen Kenndaten in der Motorola-Veröffentlichung " Benchmark Family for Microcomputer Systems M 68OO", Mal 1975, niedergelegt sind. In den Mikroprozessor 7O wird als weitere Information die Geschwindigkeit des Schwungrades eingespeist, die mit der in Fig. 7 dargestellten Einrichtung gemessen wird. Das Schwungrad 14 trägt auf seinem Umfang mehrere in gleichem Abstand voneinander angeordnete Strahlungskeulen bü , die an einem magnetischen Meßwertfünler 61 vorbeilaufen und so Ausgangsimpulse 62 erzeugen. Die Zeitdifferenz zwischen zwei Impulsen 62 wird von einem im Mikroprozessor 70 angeordneten konstanten Takt impulsgeber 71 digital gemessen, um so eine Angabe der Geschwindigkeit des Schwungrades zu liefern. Der Speicher des

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Mikroprozessors enthält Informationen über die Abmessungen, Masse usw. des Schwungrades sowie jedes anaeren beweglichen Teiles in der Presse einschließlich Kupplung, bremse usw., die das Gesamtmoment des Systems bilden. Diese Information, kombiniert mit der Schwungradgeschwindigkeit, liefert alle notwendigen Daten für den Mikroprozessor, um eine einfache berechnung für eine Energieangabe durchzuführen wie vorstehend beschrieben worden ist. Der Mikroprozessor ist ebenfalls darauf programmiert, den Energieverlust zwischen den bei jedem Grad der Umdiehung der Kurbelwelle vorgenommenen Energiemessungen zu berechnen. Er ist ferner darauf programmiert, den maximalen Lnergieverlust während jeder Umdrehung der Kurbelwelle festzustellen und diesen maximalen Energieverlust auf einer Energieanzeige 34 darzustellen.

Befindet sich in der Presse kein zu verarbeitendes blech, erscheint auf der Energieanzeige 34 ein maximaler Energieverlust, der den Energleverlust eines Leerhübes bzw. Luftschlages darstellt, bei dem kein Werkstück hergestellt wird. Es wird dann ein Daumenradschalter 33 auf einen Wert eingestellt, der etwas über dem für einen Luftschlag angezeigten , aber etwas niedriger liegt als der Wert, der sich bei in der Presse befindlichem blech ergibt. Wird die Presse dann in betrieb gesetzt, wird - wie Fig. 9 zeigt -der EnergierVerlustausgang 72 vom Mikroprozessor 70 als Höchstwert für jede Umdrehung der Kurbelwelle auf der Energieanzeige 34 angezeigt und wird außerdem in einen Vergleicher 73 eingespeist, der diesen Wert mit dem Wert vergleicht, der auf dem Energie-Daumenradschalter 33 eingestellt ist. überschreitet der von dem Mikroprozessor kommende Energieverlustwert die Energieeinstellung auf dem Uaumenradscnalter 33, dann wird ein Werkstück von einem Verstellzähler 30 und einem Produktionszähler 31 gezählt.

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Der Mikroprozessor berechnet für jede Umdrehung der Kurbelwelle auch eine Höchstkraft, die ein Ausgangssignal 7 4 bildet, das in eine Kraftanzeige 36 und in einen Vergleicher 75 eingespeist wira. Mit dem Vergleicher 75 ist auch ein Daumenradschalter 35 verbunden, der auf die höchste Sicherheitslast für die jeweilige Presse eingestellt ist. Diese Information ist vom Pressenhersteller zu erfahren. Falls die auf der Kraftanzeige 3b angezeigte höchstkraft die Einstellung auf dem Daumenradschalter 35 überschreitet, wird ein Pressenüberlastungslicht 32 sowie ein Relais 76 betätigt, das die Energie für den Pressenmotor 16 abschaltet.

Einzelheiten einer Pressenbremse und eines Überwachungssystems sind in den Fig. 4, 10 und 11 dargestellt. Auf der Steuertafel 2ü umfaßt die Linschubsektion 26 einen Daumenschalter 37, der zwischen Uberwachungs- und Einsatzstellung umgeschaltet werden kann. Lichtzeichen 38, 3y geben an, ob das uberwachungs- oder das Einsatzsystem in betrieb sind. Eine Anzeige 40 zeigt in Millisekunden die Zeitian, die nach betätigung der bremse bis zum vollständigen Stillstand der Kurbelwelle vergeht. Ls ist zweckmäßig, wenn der Stempel in einer bestimmten Stellung innerhalb jedes Zyklus anhält; ein Daumenradschalter 41 dient zur Einstellung des Drehwinkels der Kurbelwellenumdrehung, bei der die bremse betätigt werden muß.

Wird für die Presse ein Signal zum Anhalten gegeben, erhältr wie Fig. 10 zeigt - ein Vergleicher 77 die Winkelstellungsimpulse 59 von dem Umwandler 49 und vergleicht diese mit dein auf dem Daumenradschalter 41 eingestellten Stoppunkt. Lrreicht aas Eingangssignal 59 die Stoppeinstellung, gibt der Vergleicher 77 ein Signal 7d an ein Festkörperrelais 79 ab, das ein Signal dO erzeugt zur betätigung der bremse und der Kupplungssteuerung. Zu gleicher Zeit wird von dem Vergleicher 77 ein Signal Ö1 an eine Uhr ö2 abgege ben, die die verstreichende Zeit in Millisekunden zu zählen beginnt,

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Über ein Schaltschloß öi ist die Anzeige 40 für die verstrichene Zeit angeschlossen. Kommt der Stempel zu einem vollständigen Stillstand, dann werden somit auf der Anzeige 40 die bis dahin verstrichene Zeit und auf der Anzeige 25 die Winkelstellung der Kurbelwelle angezeigt. Dies gibt dem Bedienungspersonal eine optische und absolute Anzeige aller Bremsjustierungsergebnisee während einer Bremsung.

Jede Presse muß einen Notschalter für Notfälle haben. Lin derartiger Notschalter 85 ist über die Uhr 82 und das Schaltschloß 83 an die Motorsteuerung angeschlossen. Wird dieser Notschalter gedrückt, beginnt die Uhr 82 von Null an und zählt die Millisekunden, wobei die verstrichene Zeit auf der Anzeige 40 erscheint. Das Schaltschloß 83 erhält ferner von dem zehnten Kanal 54 des Umwandlers 49 Signale 84, wobei jedes Grad der Drehung der Kurbelwelle ein Signal hervorruft. Erhält das Schaltschloß 83 von dem Umwandler keine Signale mehr, so wird hierdurch angezeigt, daß die Kurbelwelle zum Stillstand gekommen ist; über das Schaltschloß werden somit keine weiteren Signale mehr an die Uhr 82 und an die Anzeige 40 übermittelt, so daß letztere die insgesamt verstrichene Zeit anzeigt, vom Drücken des Notschalters bis zum vollständigen Stillstand der Kurbelwelle.

Befindet sich der Schalter 37 in seiner Pressenüberwachungssteilung, wird das System der Fiq. 11 in betrieb gesetzt, das einen unteren Begrenzungsdaumenradschalter 43 und einen oberen Begrenzungsdaumenrad se ha It er 44 umfaßt. Diese zeigen die Winkeltoleranzen an, innerhalb derer die Presse sicher gestoppt werden kann. Diese Werte werden manuell eingestellt; ein Vergleicher 86 vergleicht diese Werte mit den Werten der Winkelanzeige 25, wenn die Presse zum vollständigen Stillstand gelangt ist. Sollte die Presse unter

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230 zum Stillstand kommen, wird der Vergleicher einem Festkörperrelais Ö7 das Signal geben, den Pressenmotor abzustellen und ein unteres Grenzlicht 4 5 zu betätigen. Sollte hingegen die Presse hinter dem oberen Totpunkt unter 140 zum Stillstand kommen, wird der Vergleicher wiederum ein Signal an das Festkörperrelais 87 senden, um den Motor abzuschalten und das obere Grenzlicht 46 zu betätigen. Sollte allerdings die Presse immer in dem Bereich von 23 5° bis 13 5° zum Stillstand kommen, werden der Alarm und die Abschalteinrichtung nicht betätigt.

Als weiteres Sicher hei tsmerkmal sollte das Pressenüberwachungssystem ein Reservesystem haben für den Fall, daß in dem Umwandler eine Störung vorliegt, z.U. bei Ausfall eines Kanals. Gemäß Fig. 12 kann dieses Reservesystem vorzugsweise eine Keihe von Strahlungskeulen 66 aufweisen, die auf dem Außenumfang der Kurbelwelle 13 sitzen und mit einem an den Umwandler 4y angeschlossenen Annäherungsschalter 67 zusammenwirken. Ua die Strahlungskeur len 66 gegenständlich mit der Kurbelwelle verbunden sind, wird der Annäherungsschalter 67 weiterhin jede Bewegung der Kurbelwelle anzeigen, und zwar auch dann, wenn der Umwandler nicht richtig funktioniert. Der Annäherungsschalter 67 ist an das System so angeschlossen, uaß dann, wenn aer Umwandler 49 unrichtige Winkelangaben oder überhaupt keine Winkelangaben abgibt, der Annäherungsschalter 67 fortlaufend richtige Bewegungsinformationen abgibt und dadurch einen Ausfall des Umwandlers anzeigt, was zu einem automatischen Stopp der Presse führt.

Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, kann der Umwandler zur Bestimmung der Winkelstellung auch zum Steuern einer iusatzausrüstung verwendet werden. Gemäß Fig. ei umfaßt die Einschubsektion 2ύ einen linken dreistelligen Uaumenradschalter 17 und einen rechten dreistelligen Uaumenradschalter 1a, die in Umurehungsgraden uer Kurbelwelle geeicht sind. Uiese Schulter sind an einen Vergleicher 19 angeschlossen, aer seiners eitsmit eiern Umwandler 49 verbunden

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ist. Somit kann der Schalter 17 die Winkelstellung anzeigen, in der eine Zusatzeinrichtung angestellt wird, während Schalter 18 die Winkelstellung zur Abschaltung dieser Zusatzeinrichtung angibt. Der Vergleicher 19 ist außerdem an ein Festkörperrelais angeschlossen, so daß dann, wenn die von dem Umwandler empfangene Winkelinformation mit den Einstellungen der Daumenradschalter übereinstimmt, das Festkörperrelais 64 beaufschlagt wird, um eine zusätzliche Preßlinieneinrichtung über eine Leitung 65 zu steuern.

Einzelheiten der Schaltungen des Datenprozessors, des Festwertspeichers, des Vergleichers und dergleichen wurden nicht dargestellt, da es sich um für einen Durchschnittsfachmann bekannte Details handelt; alle vorstehend beschriebenen Funktionen lassen sich ausführen unter Verwendung handelsüblicher Teile.

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L e e r s e i t e

Claims

Patentanwalt Dipl.-lng. Werner Gramm

Flran Electronics, Inc. 33 Braunschweig, 4 . Juli 1977

Iroquois Shore Road Theodor-Heuss-Straße 1

Telefon: 0531-80079

Oakville, Ontario, Canada

Patentansprüche: Anwaltsakte 3byi Pt.

Werkstückzähler für eine Presse mit einem Pressenbett und einem hin- und hergehenden Stempel, der über eine Kupplung und eine Kurbelwelle von einem Scnwungrad beaufschlagt wird, das einem Drehantrieb unterliegt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) eine Einrichtung zur Berechnung der Energie des Schwungrades (14) nebst angeschlossener, sich mitbewegender Elemente auf basis der Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrades für kleine Inkremente jeder seiner Umdrehungen;

b) eine Einrichtung zur Berechnung jedes Energieverlustes des Schwungrades (14) zwischen kleinen I nkr einen ten jeder Umdrehung der Kurbelwelle (13);

c) eine Einrichtung zur bestimmung des maximalen Inkrementsenergieverlustes während jeder Umdrehung der Kurbelwelle (13);

d) eine Einrichtung zum Vergleich dieses maximalen Inkrementsenergieverlustes mit einem vorbestimmten Wert;

e) eine Zähleinrichtung, die immer dann betätigt wird, wenn dieser maximale Inkrementsenergieverlust den vorbestimmten Wert überschreitet.

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ORIGINAL INSPECTED

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2. Werkstückzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß | die Energieberechnungseinrichtung Mittel zum genauen Messen der | Zeit, die das Schwungrad (14) benötigt, um über einen ausge- ; wählten Bruchteil einer Volldrehung zu drehen, sowie eine Meß- ■ wertverarbeitungsanlage aufweist, die darauf programmiert ist, '

: daraus die Energie des Schwungrades zu berechnen . j

I

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ι ;
3. Werkstückzähler nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine an j j die Kurbelwelle (13) gekoppelte Signalerzeugungseinrichtung, ', \ deren elektrische Signale genau die Winkelstellung der Kurbel- ι welle angeben und die Energieberechnungseinrichtung beaufschlar

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4. Werkstückzähler nach Anspruch 3, dadurch gekenn-zeichnet, daß | die Signalerzeugungseinrichtung einen Lichtgeber und einen : photoelektrischen Empfänger aufweist zur Erzeugung eines dis- ' kreten elektrischen Signals für jede Drehung der Kurbelwelle (13)

über einen ausgewählten Bruchteil ihrer Volldrehung. >

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5. Werkstückzähler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß j

zusammen mit der Kurbelwelle (13) eine Scheibe (50) rotiert, die

ein photo-undurchlässiges Muster (53, 54) aufweist, das die ί photoelektrische Einrichtung (55, 56,57) bei der Erzeugung elektrischer Signale (59) in binär kodierter Form unterbricht. I

6. Werkstückzähler nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Meß- ■ wertverarbeitungsanlage für die elektrischen Signale in binär kodierter Form und zur Umwandlung dieser Signale in Drehstellungen der Kurbelwelle (13) in Graden.

7. WerkstUckzähler nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine üigi-j

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talanzeige (25), die die Ausgabe der Meßwertverarbeitungsanlage j in Kreisgraden angibt. j

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8. Werkstückzähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertverarbeitungsanlage darauf programmiert ist,

a) die Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrades (14) in tnergieeinheiten umzuwandeln,

b) den maximalen Energiewert zu bestimmen, der während jeder Umdrehung der Kurbelwelle (13) berechnet ist, I

c) den maximalen Energiewert mit einem in die Meßwertverarbei- , tungsanlage mittels eines elektronischen, in den Energieeinhei- j ten einstellbaren Schalters eingespeisten Wert zu vergleichen und '

d) ein Ausgangssignal an die Zähleinrichtung abzugeben, wenn der genannte maximale Energiewert den Wert auf dem elektroni- ; sehen Schalter überschreitet. ^:

9. Werkstückzähler nach Anspruch ti, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter ein Daumenradschalter ist.

1O.Werkstückzähler nach Anspruch ti, gekennzeichnet durch eine

Digitalanzeige für die Ausgabe der Meßwertverarbeitungsanlage _{

in Energieeinheiten.

11.Werkstückzähler nach Anspruch ti, dadurch gekennzeichnet, daß ι j die Meßwertverarbeitungsanlage ferner darauf programmiert ist, j ι aus dem maximalen Energiewert den maximalen, von dem Stempel (12^ ' während jeder Umdrehung der Kurbelwelle (13) aufgebrachten ! ' Kraftwert zu bestimmen, diesen maximalen Kraftwert mit einem in

die Meßwertverarbeitungsanlage mittels eines elektronischen, , in den Krafteinheiten einstellbaren Schalters eingespeisten : Kraftwert zu vergleichen und ein Ausgangssignal abzugeben, das die Presse (10) stoppt, wenn der maximale Kraftwert den Wert auf dem elektronischen Schalter überschreitet.

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12. Werkstückzähler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß

der elektronische Schalter ein Uaurnenradsehalter ist. ,

13. Werkstückzähler nach Anspruch 12, gekennzeichnet i I durch eine Reihe physikalischer, auf dem Umfang des Schwung-

I rades (14) im gleichen Abstand voneinander angeordneter Signal-ι Unterbrecher,

durch Signalerzeuger, die jeweils beim Vorbeilaufen eines > Unterbrechers ein Signal abgeben und

durch einen Zeitmesser zum Messen der zwischen den Signalen '

vergangenen Zeit. :

14. Werkstückzähler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ! die Signalunterbrecher vorstehende Strahlungskeulen (60) und
der Signalerzeuger ein magnetischer Annäherungsschalter (61)
sind.

15. Werkstückzähler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß

j der Zeitmesser eine Uuarzuhr ist. j

16. Werkstückzähler nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein ! Pressenbremsenüberwachungssystem, bestehend

aus einein ersten elektronischen Schalter, der in Graden ein- \ stellbar ist, die die Winkelstellung der Kurbelwelle (13) :

anzeigen, und der die Bremse an einer vorbestimmten Winkel- ;

i j

j stellung betätigt,

j aus einem weiteren Paar elektronischer Schalter, die in Graden

ι einstellbar sind, die die oberen und unteren Winkelgrenzen

i angeben, zwischen denen die Kurbelwelle (13) anhalten soll,

I aus einer Signaleinrichtung, die dann betätigt wird, wenn die

J Kurbelwelle nicht zwischen den genannten Grenzen anhält und '

I aus einer Digitalanzeige, die die zwischen Betätigung der Bremse

j und dem vollständigen halt der Kurbelwelle verstrichene Zeit

; angibt.

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17. Werkstückzähler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter ein Daumenradschalter ist.

J18. überwachungseinrichtung für eine Antriebswelle von Werkzeug- > maschinen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

i a) ein Lichtgeber und ein photoelektrischer Empfänger zur Lr- ; zeugung eines diskreten elektrischen Signals für jede Drehung i der Antriebswelle über einen ausgewählten Bruchteil einer i Volldrehung der Antriebswelle;

b) eine Meßwertverarbeitungsanlage zur Aufnahme und Umwandlung ; dieser elektrischen Signale in Drehstellungen der Antriebswelle in Graden;

! c) eine Digitalanzeige für die Ausgabe der Meßwertverarbeitungs i anlage in Kreisgraden.

19. überwachungseinrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch elektronische Schalter, die in die Winkelstellung der Antriebswelle ang±>enden Graden einstellbar sind und mit dem Maschinenwerkzeug assozierte betriebsfunktionen steuern an genauen

^; Stellen bei jeder Umdrehung der Antriebswelle entsprechend der _; Ausgabe der Meßwertverarbeitungsanlage.

20. überwachungseinrichtung nach Anspruch 1ö oder 19, gekennzeichnet durch eine mit der Kurbelwelle rotierende Scheibe, die ein photo-undurchlässiges Muster aufweist, das die genannte photoelektrische Einrichtung bei der Erzeugung der genannten elektrischen Signale in binär kodierter Form unterbricht.

Werner Gramm

Patentanwalt
Gr/hö.