DE2808091A1

DE2808091A1 - Einrichtung zum daempfen des schnittschlags bei hydraulischen pressen

Info

Publication number: DE2808091A1
Application number: DE19782808091
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Kollmar
Original assignee: Moog GmbH
Current assignee: Moog GmbH
Priority date: 1978-02-24
Filing date: 1978-02-24
Publication date: 1979-08-30
Also published as: EP0003745A1; JPS54123789A; US4208935A

Description

PATENTAl·!WALTE A. GRUNECKER

• DIPL-ING.

H. KiNKELDEY - 3 ~ /.808091 W. STOCKMAlR

AeE (CALTEO*

K. SCHUMANN

DR BER NAT. · DIPL-PHYS

P. H. JAKOB

DlPL-ING.

G. BEZOLD

□R. RSlNOT- CCPL-CHBH

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

P 12 4-77-50/Le 24.Febr.1973

Moog GmbH

Hans-Elemm-Str. 28

Böblingen

Einrichtung zum Dämpfen des Schnittschlags
"bei hydraulischen Pressen

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Einrichtung zum Dämpfen des Schnittschlags "bei hydraulischen Pressen nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zum Stanzen von Werkstücken, "beispielsweise Blechen, verwendet man unter anderem hydraulische Pressen. Bei der Bewegung des Werkzeugs durch das Material treten relativ hohe Kräfte zwischen dem Stempel und der Matrize des Werkzeugs auf, die zu ganz "beträchtlichen Verformungsenergien im Werkstück und der Presse, insbesondere im Hydrauliköl des PressZylinders der Presse, führen.

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Diese Verformungsenergien werden "beim Durchtritt des Werkzeugs durch das Werkstück schlagartig dadurch freigesetzt, daß sie den Stempel ruckartig "beschleunigen, wodurch eine unangenehme Geräuschbelästigung und eine starke Beanspruchung der Presse entsteht. Zur Dämpfung des sogenannten Schnittschlags ist es "bereits bekannt, auf dem stationären Teil der Presse stoßdämpfende Elemente, beispielsweise Dämpfungszylinder, vorzusehen, die die ruckartige Bewegung des Hydraulikkolbens nach dem Durchtritt des Werkzeugs durch das Werkstück abfangen. Es ist auch bekannt, solche Dämpfungselemente am Werkzeug selbst vorzusehen. Die Verwendung solcher Dämpfungselemente ist jedoch mit . beträchtlichen Schwierigkeiten verbunden, da der Eingriffspunkt schwierig einzustellen ist, was insbesondere dann der Pail ist, wenn auf dem Pressentisch um das Werkzeug verteilt mehrere solcher Dämpfungselemente verwendet werden. In dem Werkzeug angebrachte Dämpfungs— zylinder behindern außerdem die Zugänglichkeit des Werkstücks. Sind die Dämpfungselemente unmittelbar am Werkzeug angebracht, so müssen sie sehr klein sein und werden dadurch dementsprechend aufwendig. Außerdem müssen sie in diesem !"all bei federn Werkzeugwechsel an das Werkzeug angepaßt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die einfach anwendbar ist und zu einer verbesserten Schnittschlagdämpfung führt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Herkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die meisten Materialien,insbesondere Metall, bei steigender Belastung und beginnender Verformung in einen Zustand übergehen, in dem die weitere Material verformung bei wesentlich geringerer

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Belastung erfolgt. Bei Verwendung des angegebenen Regelkreises, "bei dem der Verstellweg des Werkzeugs unter Verwendung eines sich stetig erhöhenden Sollwerts geregelt wird, wird dieser Materialcharakteristik dadurch Rechnung getragen, daß dann, wenn das Material in den leicht deformierbaren Zustand gerät, die auf das Werkzeug ausgeübte Kraft automatisch zurückgenommen wird. Dadurch werden die in der Presse, dem Werkzeug, dem Werkstück und im Öl der Hydraulik aufgespeicherten Energien bereits abgebaut, während 'sich das Werkzeug noch im Werkstück befindet. Bei bekannten Pressen wird die anfänglich erforderliche Kraft bis zum Austritt des Werkzeugs aus dem Werkstück aufrechterhalten. Wenn das Material dann in seinen fließfähigen Zustand gerät und weniger Kraft für die weitere Bewegung erforderlich macht,, wird die überschüssige Kraft in Bexvegungsenergie umgesetzt, die den Stempel der Presse stark beschleunigt, was noch wesentlich zum ohnehin aufgrund der Entspannung der komprimierten Teile auftretenden Schnittschlag beiträgt. Im Gegensatz dazu wird das Werkzeug durch die hier angewandte Regelung nach einer vorgegebenen Weg-Zeit-Funktion durch das Werkstück geführt und verläßt dieses mit relativ geringer Geschwindigkeit. Wesentlich dabei ist, daß die auf das Werkzeug am Ende der Stanzbewegung ausgeübte Kraft gegenüber der anfangs aufzubringenden Kraft automatisch wesentlich reduziert ist. Wird nämlich bei dieser Regelung der momentan eingestellte Soll\*ert für den Verstellweg des Werkzeugs kurzfristig überschritten, weil die auf das Werkzeug ausgeübte Kraft für die vorgegebene Schnittbewegung des Werkzeugs zu groß ist, setzt die Regelung ein und reduziert den Hydraulikdruck und damit die Kraft auf das Werkzeug soweit, bis 1st- und Sollwert wieder übereinstimmen. Nachdem gegen das Ende der Schnittbewegung relativ kleine Kräfte genügen, um die Schnittbewegung bei etwa konstanter Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs zu Ende zu führen, wird bereits während

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der Schnittbewegung der Druck in der Hydraulik durch die Regelung abgebaut, so daß die anfangs aufgebauten elastischen Energien in der Presse und der Hydraulik beim Austritt des Werkzeugs aus dem Werkstück praktisch nahezu völlig abgebaut sind. Diese Energien werden hier also nutzbringend für den Stanzvorgang aufgewendet und brauchen nicht nach dem Durchtritt des Werkzeugs durch das Werkstück abgedämpft zu werden, wie dies bei bekannten Pressen mit Schnittschlagdämpfung der Fall ist. Der bei herkömmlichen Pressen auftretende Schnittschlag kommt hier also garnicht zum Entstehen.

Im Anspruch 2 ist eine Ausführungsform angegeben, die zu einem sehr einfachen Regelkreis führt und bei dem die vorgegebene Funktion für den Sollwert durch Überlagerung eines konstanten Grundpegels und eines zeitlich sich ändernden Signals erzeugt wird.

Je nach Anwendungsfall kann es zweckmäßig sein, in dem Funktionsgenerator eine linear oder eine logarithmisch ansteigende Ausgangsgröße zu erzeugen. Bei einer logarithmisch ansteigenden Ausgangsgröße wird das Werkzeug am Beginn der Schnittbewegung mit einer größeren Geschwindigkeit bewegt als am Ende der Schnittbewegung, was dazu führt, daß das Werkzeug extrem langsam aus dem Werkstück austritt, wodurch eine extrem starke Geräuschdämpfung erreicht wird.

Die Verwendung eines im Anspruch 4- angegebenen Servoventils hat zu sehr guten Ergebnissen im Zusammenhang mit der hier vorliegenden Regelung geführt. Obwohl der Aufbau der Regelung deshalb: relativ unkritisch ist, weil üblicherweise die Bewegung des Werkzeugs durch das Werkstück

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nicht extrem schnell erfolgt, ist es doch günstig, ein Servoventil möglichst hoher Ansprechempfindlichkeit zu verwenden.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs beispiels der Erfindung xiird diese im folgenden näher. erläutert. Es zeigen:

Ig. 1 eine schematische Darstellung einer üblichen C-Presse mit einem beidseitig arbeitenden Preßzylinder und einem daran angeschlossenen Regelkreis;

Fig. 2 ein Blockschaltbild des verwendeten Regelkreises; Fig. 3 ein Schaltbeispiel des Regelkreises nach Fig., 2 und

Fig. 4- ein Weg-Zeit-Diagramm eines typischen Bewegungsablaufs des Werkzeugs der Pres3e.

Fig. 1 zeigt eine typische Presse, wie sie zum Stanzen von Materialien, beispielsxveise Blechen, verwendet wird. Sie weist einen Pressenrahmen 1 auf, an dessen C-förmigem Arm ein Hubkolben 2 in einem beidseitig wirkenden Zylinder in vertikaler Richtung beweglich gelagert ist. An der unteren Hubkolbenstange 3 des Hubkolbens ist ein Stempel 4a eines Werkzeugs befestigt, dessen zugehörige Matrize A-b auf dem unteren ■Teil des Rahmens 1 ruht. An die beiden Kammern des Eubkolbens 2 ist ein Mengenservoventil 5 angeschlossen, das durch eine Regelelektronik 6 gesteuert wird. Auf dem unteren Teil des Rahmens 1 der Presse ist ein Weggeber 7 angeordnet, dessen Ausgangssignal der. Regelelektronik 6 zugeführt wird. Mit dem Bezugszeichen 8 ist ein Sollwertgeber bezeichnet, dessen Ausgangssignal ebenfalls der Regelelektronik 6 zugeführt wird»

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In I¹Ig. 2 ist der gesamte Regelkreis, der auch, die Presse selbst mit einschließt, in einem Blockschaltbild näher dargestellt. Die Regelstrecke dieses Regelkreises enthält einen LageregelTerstarker 6a, das Mengenservoventil 5 uncl den Preßzylinder 2. Im Rückkoppelzweig liegt der Weggeber 7, dessen Ausgangssignal einem Summationspunkt 9 mit negativem Vorzeichen zugeführt xfird. Diesem Summationspunkt werden außerdem das Ausgangssignal des Sollwertgebers 8 und das Ausgangssignal des Sollwertgebers 8 und das Ausgangssignal eines Funktionsgenerators 10 zugeführt. Der Eingang dieses Funktionsgeneraotrs 10 ist mit dem Weggeber verbunden. Mit dem Bezugszeichen 11 'sind alle diejenigen Teile des Regelkreises bezeichnet, die Störgrößen liefern, beispielsweise das sich während des Stanzvorgangs verbiegende Werkstück und die Teile der Presse, die sich, verformen. Diese Größen werden in dem Regelkreis vor dem Hubkolben 2 wirksam. Der Störgrößenblock 11 ist deshalb an den Eingang des Hubkolbens 2 angekoppelt. Für das Verständnis des Regelkreises ist dieser:Störgrößenblock ohne Bedeutung.

Im folgenden wird die Funktion des in Fig. 2 gezeichneten Regelkreises näher erläutert. Es sei angenommen, daß sich auf der Matrize 4b-der Presse 1 ein zu stanzendes Werkstück 12 befindet. Der Stempel 4-a des Werkzeugs befindet sich in einer Ausgangsposition, \j±e sie Fig. 1 etwa zeigt. Aus dieser Ausgangsstellung wird der Stempel 4a relativ schnell dadurch nach unten gefahren, daß über die an die Hydraulik 5 angeschlossene Pumpe Hydrauliköl in die obere Kammer des Hublcolbens 2 gepumpt 7rird. Dies erfolgt auf übliche Weise. Wenn der Stempel 4-a das Werkstück 12 gerade, berührt, oder auch eine kurze Wegstrecke davor, wird der Weggeber 7 durch ein geeignetes mit dem Kolben verbundenes Teil betätigt.

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Die xieitere Bewegung des Kolbens erfolgt nun über den Regelkreis, wie er in Fig. 2 dargestellt ist. Die nun folgende, durch den Regelkreis "bewirkte Bewegung des Stempels 4-a liegt in dem Zeitdiagramm nach Fig. 4· zwischen den Zeitpunkten t_& und t^. Der Sollwertgeber 8 gibt ein konstantes Grundausgangssignal ab. Mit dem Betätigen des Weggebers 7 durch den Hubkolben 2 wird der Funktionsgenerator 10 getriggert, der nun ein zeitlich ansteigendes Signal abgibt, das dem Signal aus dem Sollwertgeber 8 im Summenpunkt 9 überlagert wird. Man kann diesen Regelkreis so betrachten, daß er durch einen Sollwert gesteuert wird, der sich aus dem Sumaensignal aus den Signalen -vom Sollwertgeber 8 und dem Funktionsgenerator 10 zusammensetzt. Die tatsächliche Ist-Größe wird am Weggeber 7 festgestellt und dem Summenpunkt 9 mit negativem Vorzeichen zugeführt. Da das Signal aus dem Funktionsgenerator 10 zeitlich ansteigt, wird die Ist-Größe, also die Verstellung des Stempels 4a der Soll-Größe ständig nachgeführt. Dies geschieht dadurch, daß das Servoventil 5 über den Lageregelverstärker 6a ein elektrisches Ausgangssignal erhält, das bewirkt, daß die an das Servoventil 5 angeschlossene Pumpe Hydrauliköl in die obere Kammer des Hubkolbens 2 pumpt. Elektrisches gesteuerte:Servoventile, die sich für diesen Zweck eignen, sind bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden. Berührt der Stempel 4-a das Werkstück 12.,. bewirkt der Regelkreis, daß :in der oberen Kammer des Hubkolbens der Hydraulikdruck betrachtlich erhöht wird, damit der tatsächliche Verstellweg des Kolbens dem vorgegebenen Sollwert nachgeführt wird. Während der Bewegung des Stempels 4-a durch das Werkstück 12 tritt ein Zustand auf, bei dem die weitere Bewegung des Stempels 4-a durch das Werkstück mit geringerem Druck erfolgen kann, als er vorher notwendig war, weil das Werkstück seine "Fließgrenze" erreicht hat. Der Ist-Wert wird kurzzeitig etwas größer werden als der vorgegebene Soll-Wert, was aber durch den Regelkreis sofort

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wieder korrigiert wird, indem das Servoventil 5 so "betätigt wird, daß der auf den Hubkolben 2 v/irkende Druck verringert wird. Je nach Eegelcharakteristik dieses Regelkreises wird der Yerstellweg des Stempels 4a, also die Ist-Größe des Regelkreises mehr oder weniger starr dem vorgegebenen sich ständig erhöhenden Soll-Wert folgen, im Ende des Weges des Stempels 4a durch das Werkstück 12 wird ein Zustand erreicht sein, "bei dem ein nur noch relativ geringer Druck in der öfteren Kammer des Hubkorbens 2 herrscht, so daß die auf den Pressenarm, das Werkstück 12 und das Hydrauliköl wirkenden Kräfte dementsprechend gering sind. Der Stempel 4a wird deshalb aus dem Werkstück 12 praktisch ohne Schnittschlag austreten. Sinnvollerweise wird man die Regelung der Bewegung des Stempels 4a bereits einsetzen lassen, "bevor der Stempel 4a das Werkstück 12 erreicht hat und noch etxvas aufrechterhalten, nachdem der Stempel 4a das Werkstück 12 verlassen hat, um etwaige Bewegungstoleranzen auszugleichen. In I"ig. 4 ist mit den waagrecht verlaufenden unterbrochenen Linien die Dicke des Werkstücks 12 angedeutet. Das Ende der Regelung kann, wie auch das Einsetzen der Regelung, wieder durch den Sollwertgeber 7i getriggert werden, der in einer vorgegebenen Endstellung die Regelung .-außer Kraft setzt und über eine hier nicht näher dargestellte Schaltung das Servoventil wieder an den üblichen Servokreis anschließt, der für eine schnelle Rückbewegung des Stempels 4a sorgt, indem die untere Kammer des Hubkolbens 2 druckbeaufschlagt wird. Diese Endbewegung ist in Fig. 4 nach dem Zeitpunkt t, dargestellt.

Der Funlctionsgenerator 10 muß in Prinzip nur ein stetig ansteigendes Ausgangssignal liefern, das dem konstanten Signal des Sollwertgebers 8 überlagert wird. Beispielsweise kann ein linear ansteigendes Ausgangssignal zu sehr brauchbaren Ergebnissen führen. Die Austrittsgeschwindigkeit des Stempels 4a

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aus dem Werkstück 12 kann noch dadurch, verringert werden, daß man statt eines linear ansteigenden Signals im !funktionsgenerator 10 ein logarithmisches Signal erzeugt, das zum

Zeitpunkt t zum Beginn der Eegelung wesentlich stärker an— a ·

steigt als zum Zeitpunkt t, am Ende der Regelung. Die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t und t-, wird vorteilhafterweise hei 1-2 see. gewählt.

Die günstigste Einstellung des Sollwertgebers 8 kann in der Praxis leicht, gefunden werden. Es xiird zuerst ein Wert eingestellt, "bei dem der Stempel 4a das Werkstück 12 durchschlägt, wo"bei natürlich ein Schnittschlag auftritt. Bei den darauffolgenden Stanzvorgängen wird der Sollwert schrittweise reduziert, "bis die Presse ohne Schnittschlag arbeitet»

In Pig. 3 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel,des Regelkreises, wie er in Pig= 2 schematisch dargestellt ist, gezeigt. Ils Sollwertgeber 8 dient ein Potentiometer, das mit seinen Endanschlüssen an fester Spannung liegt. Der konstante Grundsollwert, der dem Summationspunkt 9 in Pig» 2 zugeführt wird, wird über den Mittelabgriff dieses Potentiometers abgenommen. Der in Pig. 2 dargestellte Summati onspunkt 9 wird gebildet durch den negativen Anschluß eines Operationsverstärkers 13, der im Lageregelverstärker 6a enthalten ist. Diesem negativen Anschluß wird auch das Ist-Signal vom Ist-Wertgeber 7 zugeführt. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers 13 steht in Verbindung mit dem elektrisch steuerbaren Servoventil 5, von dem in Pig. 3 lediglich die Steuerspule dargestellt ist. Der Punktionsgenerator 10 enthält ein.en Kondensator 14, der als Ladekondensator wirkt und eine linear ansteigende Spannung am Ausgang des Punktionsgenerators 10 liefert. Dem Signal vom Ist-Wertgeber 7 wird eine Konstantspannung eines Korrekturpotentiometers I5 überlagert, wodurch sich der Einsatzpunkt t der Regelung ein-

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stellen läßt. Es liegt im Rahmen fachmännischen Könnens, den Funktionsgenerator so abzuwandeln, daß er "beispielsweise eine logarithm sehe Funktion liefert, wie sie in unterbrochener Linie als zweite Alternative zwischen den Zeitpunkten t und t-, in Fig. 4 gegeben ist.

Als Weggeber 7 kann beispielsweise ein Schiebepotentiometer dienen, dessen Endanschlüsse an konstanter Spannung liegen. Es können auch andere übliche Fühl elemente verwendet ",-erden, die dazu geeignet sind, die Position eines mechanischen Elements, hier der Matrize 4b oder der Hubkolbenstange 3» in analoger Form wiederzugeben. Beispielsweise erscheinen hier auch photoelektrische Fühlelemente als sehr geeignet.

Die angegebene Regelung hat den Yorteil, daß mit ihr auch solche Pressen ohne x-reiteres nachrüstbar sind, die bisher eine Schnittschlagdämpfung noch nicht aufwiesen. Die Regelung braucht lediglich an die ohnehin bei solchen Pressen mit doppelt wirkenden Zugwinden schon vorhandene Hydraulik angeschlossen werden, ohne daß irgendwelche konstruktiven Umbauten erforderlich wären.

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Claims

pateintanwäu/te: a. grunecker

DlPU-ING.

W. STOCKMAIR

DR-ING- ■ AeE tCALTECH)

K. SCHUMANN

DR RER NAT. ■ OtPL-PHYSL

P. H. JAKOB

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G. BEZOLD

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8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

P 12

Patentansp r ü ehe

Einrichtung zum Dämpfen des Schnittschlags "bei hydraulischen Pressen, mit einem durch einen "beidseitig arbeitenden Preßzylinder angetriebenen, das Schnittwerkzeug tragenden Hubkolben und einer daran angeschlossenen Servoventilsteuerung, gekennzeichnet durch einenden Eubkolbenverstellweg abtastenden Weggeber (7) und einen elektrischen Regelkreis (6) für die Bewegung des Hubkolbens (2), bei dem der Hubkolbenverstellweg als Ist-Größe verwendet wird und der Soll-Wert nach einer vorgegebenen stetigen Funktion während der Schnittbewegung des Werkzeugs (4a,^b) erhöht wird.

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CRiGlMAL IMSPECTED

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TELBFON (οββ) aaaaea telex öo-aeaeo Telegramme monapat telekopierer
2. Einrichtung nach Anspruch 1 ,dadurch gekennzeichnet , daß zum Erhöhsn des Sollwerts nach der vorgegebenen Punktion ein Funktionsgenerator (10) -vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal zu einem konstanten Sollwertsignal addiert wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennz eic-hnet , daß der Punktxonsgenerator (10) ein lineares oder ein logarithmisch ansteigendes Ausgangssignal erzeugt.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 3 > g e kennzeichnet durch ein elektrisch steuerbares Servoventil 5 mit einer Zeitkonstante für

• den Ausgangsdurchfluß 0 % bis 90 % bei 100 % Sprungeingang des Steuerstromes kleiner als 20 msec,vorzugsweise kleiner als 10 msec.

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