DE3438600C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Einstellung und Überwachung der Position eines Maschinenelements, z. B. des Werkzeugträgers einer Bearbeitungsmaschine, das im Verlauf der Bearbeitung eines Werkstücks zu diesem hin und von diesem weg gerichtete Vorschub- und Rückzugsbewegungen ausführt, zu deren Verlaufs-Steuerung eine elektrohydraulische Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, die ein mit elektrischer Soll-Wert-Vorgabe und mechanischer Ist-Wert-Rückmeldung arbeitendes Nachlauf-Regelventil umfaßt und die mit den weiteren, im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten, gattungsbestimmenden Merkmalen versehen ist.

Mit diesem Oberbegriff wird an den aus der DE-OS 25 01 761 bekannten Stand der Technik angeknüpft. Bei hydraulisch angetriebenen Maschinen, bei denen die Arbeitsbewegungen des Werkzeugs nachlaufgesteuert sind, das heißt ein z. B. mechanisch überwachter Ist-Wert der Werkzeugposition gegenüber einem elektronisch vorgegebenen Soll-Wert der Werkzeugposition bezüglich des zu bearbeitenden Werkstücks, bedingt durch die Art der Steuerung des Bewegungsablaufs, um einen Schleppfehler Δs verzögert ist, ist es in der Regel erforderlich, eine Überwachungseinrichtung vorzusehen, mittels derer feststellbar ist, ob und/oder wann das Werkzeug eine bestimmte Position erreicht hat, sei es um feststellen zu können, ob das Werkzeug überhaupt seinen Arbeitshub ausgeführt hat, sei es um genau den Endpunkt seines Arbeitshubes erfassen zu können, wenn das Arbeitsergebnis davon abhängig ist, daß eine definierte Endposition tatsächlich erreicht wird, wie es z. B. bei einer Presse oder Prägemaschine der Fall ist. Bei periodisch arbeitenden Stanz- oder Nippelmaschinen hingegen, deren Arbeitszyklen mit möglichst hoher Wiederholungsfrequenz durchführbar sein sollen, wird es in aller Regel genügen, eine Position des Werkzeugs zu überwachen, nach deren Erreichen es als sicher angesehen werden kann, daß das Werkzeug auch tatsächlich seinen Arbeitshub vollständig ausführt.

Zum Zweck einer derartigen Überwachung ist es allgemein bekannt, Endschalter einzusetzen, die durch ein sich mit dem Werkzeug bewegendes Betätigungselement umschaltbar sind. Die Überwachung mit Endschaltern ist jedoch schwierig, da solche Schalter sehr genau justiert werden müssen und, je nach der Beschaffenheit des Werkstücks und des Werkzeugs selbst, auf verschiedene Hubwege sehr genau einstellbar sein müssen. Es kommt hinzu, daß sich bei Endschaltern nach längerem Gebrauch das Ansprechverhalten ändern kann, so daß Nachjustierungen auch dann erforderlich werden können, wenn eine Maschine stets mit einem bestimmten Werkzeugtyp und lediglich zur Bearbeitung ein und derselben Art von Werkstücken benutzt wird. Es kommt weiter hinzu, daß oftmals, wenn mit niedrigen Werten der Kreisverstärkung des Nachlaufregelkreises gearbeitet werden muß, unerwünscht lange Zykluszeiten in Kauf zu nehmen sind, da abgewartet werden muß, bis das Werkzeug nach einer durch die niedrige Kreisverstärkung bedingten langen Einregelzeit den für eine Erfassung mittels eines Endschalters am besten geeigneten Totpunkt seiner Arbeitsbewegung erreicht hat.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine einfache und präzise Einstellung und Überwachung der Werkzeugposition gewährleistet und in Fällen, in denen das Werkzeug in periodisch ablaufenden Arbeitszyklen seine Vorschub- und Rückzugsbewegungen mit hoher Wiederholungsfrequenz ausführt, eine deutliche Verringerung der Zykluszeiten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Hiernach wird im Ergebnis die Überwachung einer bestimmten Position des Werkzeugs in der Nähe eines durch die Soll-Wert- Vorgabe markierten End- bzw. Totpunktes der Werkzeugbewegung dadurch erzielt, daß der Abstand des Regelventil-Betätigungsglieds bzw. -Stellglieds von dessen Grundstellung überwacht wird, und daß dann, wenn dieser Abstand einen vorgebbaren, definierten Mindestwert unterschreitet, was gleichbedeutend damit ist, daß sich das Werkzeug dem Totpunkt nähert, das positionscharakteristische Überwachungssignal eines Näherungsschalters ausgelöst wird.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß die Überwachungseinrichtung durch elektronische Vorgabe geeigneter End-Positions-Sollwerte sehr genau und ohne aufwendige Einstell- oder Justierarbeiten an die vom Werkzeug auszuführenden Hubstrecken angepaßt werden kann. Zum Einstellen der Einrichtung auf eine bestimmte Hubhöhe des Werkzeugs und eine bestimmte Materialdicke des Werkstücks bzw. Verformungstiefe desselben bedarf es lediglich einer zweckgerechten Programmierung der Sollwert-Vorgabe- Einrichtung, wobei im Verlauf einiger weniger Lastarbeitshübe die zweckmäßigste Sollwert-Vorgabe rasch und mühelos ermittelt werden kann. Durch Wahl eines genügend großen Übersetzungsverhältnisses, mit dem Auslenkungen des Ventil-Betätigungsglieds in, z. B. rotatorische, Auslenkungen des Betätigungsglieds des Näherungsschalters umgesetzt werden, ist auf einfache Weise eine hohe Empfindlichkeit der Überwachungseinrichtung gegenüber Änderungen der Position des Ventil-Betätigungsglieds und damit auch eine hohe Präzision der Positions-Istwert-Überwachung erreichbar.

Wird die Sollwert-Vorgabe so gesteuert, daß eine Endposition vorgegeben wird, die jenseits der Endposition liegt, die vom Werkzeug erreicht werden muß, und wird weiter der Näherungsschalter so eingestellt, daß das Ist- Positions-Anzeigesignal eintritt, kurz bevor das Werkzeug seinen notwendigen Arbeitshub ausgeführt hat, und daß weiter das Anzeigesignal des Näherungsschalters dann die Sollwert-Vorgabe für die Rückzugsbewegung auslöst, so können ansonsten abzuwartende Einregelzeiten, die verstreichen würden, bis das Werkzeug seine Soll-Endposition erreicht hätte, gleichsam "abgeschnitten" werden. Dies ist insbesondere für periodisch arbeitende Maschinen von großem Vorteil, da die Zykluszeiten drastisch herabgesetzt werden können, wodurch eine erhöhte Wirtschaftlichkeit einer mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgerüsteten Maschine erzielt wird. Eine erfindungsgemäße Einrichtung, die, wie es z. B. bei einer Formpresse oder einer Prägemaschine erforderlich ist, das Einlaufen des Werkzeugs in eine genau zu erreichende Endposition überwachen soll, kann bezüglich der Sollwert-Vorgabe auch dahingehend gesteuert werden, daß eine einem größeren als dem tatsächlich zu durchlaufenden Hubweg entsprechende Sollwert-Vorgabe vorgenommen wird und, sobald das Ist- Positions-Anzeigesignal des Näherungsschalters anzeigt, daß sich das Werkzeug in unmittelbarer Nähe seiner mit der erwünschten Werkstückverformung verknüpften Position befindet, die Sollwert-Vorgabe auf diese Position zurückgenommen wird. Auch hierdurch können im Ergebnis Verkürzungen der erforderlichen Vorschub-Zeiten erzielt werden.

Durch die Merkmale des Anspruchs 2 ist dem grundsätzlichen Aufbau nach ein im Rahmen der erfindungsgemäßen Einrichtung einsetzbarer Näherungsschalter umrissen, der mehr im einzelnen, wie durch die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 angegeben, mit Hilfe eines Hall- Generators als Schaltelement, alternativ, wie durch die Merkmale des Anspruchs 5 angegeben, mit Hilfe von einer oder mehreren Lichtschranken realisiert sein kann.

Die Gestaltung des Näherungsschalters gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 hat den Vorteil, daß der Näherungsschalter an die Durchfluß- Charakteristiken verschiedener Nachlauf-Regelventile auf einfache Weise angepaßt werden kann.

Im Anspruch 7 sind Verwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Einrichtung angegeben, für die deren Einsatz unter Gesichtspunkten der Zykluszeitverkürzung besonders vorteilhaft ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1a und 1b ein Blockschaltbild einer nachlaufgesteuerten elektrohydraulischen Antriebsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Überwachung der Position des Ventil-Betätigungsglieds eines im Rahmen des Nachlauf-Regelkreises vorgesehenen Nachlauf-Regelventils sowie den Aufbau dieses Nachlauf-Regelventils,

Fig. 2 eine vereinfachte schematisch Ansicht der im Rahmen der Antriebsvorrichtung gemäß den Fig. 1a und 1b vorgesehenen erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung,

Fig. 3 die Überwachungseinrichtung gemäß Fig. 2, teilweise im Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 2 sowie

Fig. 4 und 5 je ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Überwachungseinrichtung.

Zur Erläuterung der im einzelnen in den Fig. 2 und 3 dargestellten erfindungsgemäßen Einrichtung zur Positions- Ist-Wert-Überwachung eines mittels einer hydraulischen Antriebsvorrichtung antreibbaren bzw. einstellbaren Werkzeugs, z. B. eines Stanz-Werkzeugs oder eines Pressenbärs, wird zunächst auf die Fig. 1a und 1b verwiesen, anhand derer der Einsatzzweck der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 vorab erläutert wird:

Im Rahmen einer lediglich schematisch durch einen doppelt wirkenden hydraulischen Zylinder 11 und ein durch diesen angetriebenes Stanz-Werkzeug 12 repräsentierten Stanz-Maschine, z. B. einer sogenannten Nippel- Maschine, die mit periodisch wiederholten Stanzzyklen arbeitet, ist zur Steuerung der Eil-Vorschub-, Last- Vorschub- und Eil-Rückzugsbewegungen ein insgesamt mit 13 bezeichnetes elektrohydraulisches Nachlauf-Regelventil an sich bekannten Aufbaus vorgesehen, das mit elektrischer Soll-Wert-Vorgabe und mechanischer Ist-Wert-Rückmeldung arbeitet.

Der prinzipielle Aufbau dieses Nachlauf-Regelventils 13 ist, soweit für die Erläuterung der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 erforderlich, der Fig. 1b, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, entnehmbar. Das Nachlauf-Regelventil ist als 4/3-Wege-Ventil ausgebildet mit insgesamt vier Ventil-Einsätzen, die unabhängig voneinander einstellbare Steuerkanten haben. Diese Ventil-Einsätze sind beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel als Kegelsitzventile 16, 17, 18 und 19 ausgebildet; diese Ventile sind paarweise durch axiale Verschiebung eines Ventil-Betätigungsglieds bzw. Ventilstellglieds 14 in eine Offen- bzw. Durchflußstellung steuerbar, wobei die Auf-Steuerung gegen die Wirkung von Rückstellfedern 21 erfolgt. Es versteht sich, daß anstelle von Kegel-Sitzventilen auch Kolben-Ventile vorgesehen sein könnten. In den alternativen Durchfluß-Stellungen I und II dieses Nachlauf-Regelventils 13 sind die beiden Arbeitsräume 22 und 23 des Antriebszylinders 11 alternativ an den P-Hochdruck-Ausgang der hydraulischen Druckversorgungsquelle bzw. den Tank T derselben angeschlossen.

In der Darstellung der Fig. 1a ist die Durchflußstellung I des Nachlauf-Regelventils 13 den Eil- und Last-Vorschubbewegungen des Stanz-Werkzeugs 12 zugeordnet und die Durchflußstellung II den Eil- Rückzugsbewegungen des Stanz-Werkzeugs 12 bzw. des Kolbens 24 des Antriebszylinders 11.

Die Positions-Soll-Wert-Vorgabe, durch deren zeitliche Folge im Ergebnis auch eine Werkzeug-Geschwindigkeits-Vorgabe erfolgt, geschieht durch eine mittels Schrittmotors gesteuerte Rotation einer Spindelmutter 26, die drehbar in einer Hülse 27 gelagert ist, die in Richtung der Längsachse 28 des Ventilgehäuses 29 in diesem in axialer Richtung hin- und herverschiebbar angeordnet, jedoch gegenüber dem Gehäuse nicht verdrehbar ist. Mit dieser Hülse 27 ist das deren axiale Bewegungen mit ausführende Ventil-Betätigungsglied 14 verbunden. In der dargestellten Grundstellung des Nachlauf- Regelventils 13 sind sämtliche 4 Kegel-Sitzventile 16 bis 19 gesperrt. Durch eine Verdrehung der Spindelmutter 26, in Richtung des Pfeils 31 gesehen, im Uhrzeigersinn erfährt das Ventil-Betätigungsglied 14 eine Auslenkung ε1 gemäß Fig. 1b nach links, wodurch die beiden Kegelsitzventile 16 und 17 aufgesteuert werden und dadurch der obere Arbeitsraum 22 des Antriebszylinders 11 an den P-Druckausgang und der untere Arbeitsraum 23 des Antriebszylinders 11 an den Tank der - nicht dargestellten - hydraulischen Versorgungs-Druckquelle angeschlossen sind. Dies entspricht der Durchflußstellung I, in der sich der Kolben 24 "nach unten" bewegt. Bei einer Drehung der Spindelmutter 26 gegen den Uhrzeigersinn erfährt das Ventilbetätigungsglied 14 eine Auslenkung ε2 gemäß Fig. 1b nach rechts, und das Nachlauf-Regelventil 13 wird dadurch in seine den Rückzugsbewegungen des Hydraulikzylinders 11 zugeordnete Durchflußstellung II gesteuert.

Die Ist-Wert-Rückmeldung der Position des Kolbens 24 des Antriebszylinders 11 bzw. des von diesem angetriebenen Stanz-Werkzeugs 12 erfolgt über einen insgesamt mit 32 bezeichneten Zahnstangentrieb, dessen Zahnstange 33 die Bewegungen des Kolbens 24 mit ausführt und dessen Ritzel 34 mit einer Rückmeldespindel 36 drehfest verbunden ist, die ihrerseits in dem Gehäuse 29 des Nachlauf- Regelventils 13 in axialer Richtung nicht verschiebbar gelagert ist. Diese Rückmeldespindel 36 kämmt, beim dargestellten speziellen Ausführungsbeispiel über Gewindekugeln 37, mit einem Innengewinde der Spindelmutter 26. Die Funktion des insoweit seinem Aufbau nach erläuterten Nachlauf-Regelventils 13 besteht darin, daß die durch den Zahnstangentrieb 32 vermittelten Rotationsbewegungen der Rückmeldespindel 36 Auslenkungen des Ventilbetätigungsglieds 14 bewirken, welche den durch die Positions-Sollwert- Vorgabebewegungen der Spindelmutter 26 entgegengesetzt gerichtet sind, mit der Folge, daß bei Gleichheit von Positions-Ist-Wert und Positions-Soll-Wert das Ventilbetätigungsglied 14 sich in seiner in der Fig. 1b dargestellten Grundstellung 0 befindet.

Die erfindungsgemäße Einrichtung 10 zur Soll/Ist-Wert- Überwachung der Position des Werkzeugs 12 ist dahingehend ausgebildet, daß sie diese Grundstellung des Ventilbetätigungsglieds 14 erfaßt bzw. auf Positionen des Ventilbetätigungsglieds 14 anspricht, die dieses einnimmt, wenn sich das Werkzeug 12 noch in einem definierten Abstand z. B. von seiner für den Abschluß eines Arbeitszyklus charakteristischen Endstellung befindet.

Zur Erläuterung des Aufbaus der Soll/Ist-Wert-Überwachungseinrichtung 10 wird nunmehr auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen und auf deren Einzelheiten wiederum ausdrücklich verwiesen:

Die erfindungsgemäße Soll/Ist-Wert-Überwachungseinrichtung 10 ist ihrem grundsätzlichen Aufbau nach ein Näherungsschalter, der ein charakteristisches Signal erzeugt, wenn das Ventilbetätigungsglied 14, nachdem es durch die Positions-Soll-Wert-Vorgabe um eine mit einem bestimmten Schleppfehler Δs verknüpfte Strecke ε₁ bzw. ε₂ aus seiner Grundstellung ausgelenkt war, wieder in seine Grundstellung zurückkehrt, was z. B. in der Abschlußphase der Arbeits- Vorschubbewegung der Fall ist, wenn die im Sinne des Werkzeug-Vorschubs erfolgende Soll-Wert-Vorgabe beendet ist. In dieser Betriebsphase läuft der Kolben 24 des Antriebszylinders 11 mit einer durch die Kreisverstärkung des Regelkreises bestimmten Einregelzeit T, die durch die Beziehung

gegeben ist, allmählich in die durch den Endwert der Sollwert-Vorgabe bestimmte Stellung ein, wobei in der vorstehenden Beziehung mit K_v die Kreisverstärkung des Nachlauf-Regelkreises und mit Δx der zulässige Positionsfehler bezeichnet sind, der nach Ablauf der Einregelzeitspanne noch besteht bzw. hingenommen werden kann, wobei dieser Positionsfehler kleiner ist als die Schrittweite der Sollwert-Vorgabe.

Diese Einregelzeit kann in praktischen Fällen wegen der z. B. mit einer Umschaltung von Eil- auf Last-Betrieb verknüpften Reduzierung der Kreisverstärkung sehr groß sein und in Extremfällen ein Mehrfaches der Zeitspanne betragen, die für den Eil-Vorschub und den Last-Vorschub des Stanzwerkzeugs 12 benötigt wird. Um diese Einregelzeit nicht abwarten zu müssen, nachdem das Werkzeug 12 seinen Arbeitshub durchgeführt hat, d. h. z. B. ein Werkstück 38 (vgl. Fig. 1a) durchstoßen hat, ist die erfindungsgemäße Soll/Ist-Wert-Überwachungseinrichtung weiter so ausgebildet, daß der insgesamt mit 40 bezeichnete Näherungsschalter ein Ausgangssignal, das die Umschaltung der Antriebsvorrichtung 11, 13 von Last-Vorschub- auf Eil-Rückzugs-Betrieb umschaltet, schon dann erzeugt, wenn das Ventil-Betätigungsglied 14 seine Grundstellung, die für Gleichheit von Positions- Ist-Wert und Positions-Soll-Wert charakteristisch wäre, noch nicht erreicht hat, sondern sich noch in einem kleinen, einem Bruchteil seiner maximalen Auslenkung entsprechenden, definierten Abstand von dieser Grundstellung befindet.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2 und 3 ist als Betätigungsglied für den Näherungsschalter 40 eine kreisrunde Scheibe 41 vorgesehen, die an dem Gehäuse 29 des Nachlauf-Regelventils 13 um eine Achse 42 drehbar ist, welche rechtwinklig zur Längsachse 28 des Nachlauf-Regelventils 13 verläuft, entlang derer die Verschiebebewegungen des Ventil-Betätigungsglieds 14 erfolgen. In der Darstellung der Fig. 2 verläuft diese Längsachse 28 des Nachlauf- Regelventils 13 senkrecht zur Zeichenebene. Das Ventil- Betätigungsglied 14 ist über eine Fingerkupplung 43, deren Kupplungsfinger 44 in seitlichem Abstand von der Drehachse 42 des Betätigungsglieds 41 des Näherungsschalters 40 verläuft, mit dem Betätigungsglied 41 antriebsgekoppelt, derart, daß Auslenkungen des Ventil- Betätigungsglieds 14 in Drehungen der Scheibe 41 umgesetzt werden, die in Richtung des Pfeils 46 der Fig. 3 erfolgen. Das scheibenseitige Kupplungselement 47 der Fingerkupplung 43 ist als U-förmiger Federstahlbügel ausgebildet, dessen einer Schenkel in eine radiale Bohrung der Drehwelle 48 der Scheibe 41 eingesteckt ist und in spielfreiem Eingriff mit dem Kupplungsfinger 44 der Fingerkupplung 43 steht, wobei dieser Bügel ein Langloch 49 begrenzt, das die bei einer Rotation der Scheibe 41 erforderlichen Ausgleichsbewegungen zwischen dieser und dem Kupplungsfinger 44 ermöglicht.

Die Scheibe 44 hat einen Radius R, der in typischer Auslenkung etwa fünfmal größer ist als der Abstand der Achse 42 der Lagerwelle 48 von der zentralen Achse 51 des Kupplungsfingers 44. Dies bedeutet, daß die entlang des Umfangs der Scheibe 41 gemessene Auslenkung der Ränder 52 und 53 einer randoffenen Ausnehmung 54 der Scheibe 41 fünfmal größer als die axialen Auslenkungen ε₁ und ε₂ des Ventil-Betätigungsglieds 14 ist. Bei dieser Übersetzung kann die Position des Ventil-Betätigungsglieds 14 mittels des Näherungsschalters 40, der innerhalb eines Bereichs von 0,5 mm auf Winkelbewegungen der Ränder 52 und 53 der Ausnehmung 54 anspricht, auf 1/10 mm genau gemessen werden.

In spezieller Gestaltung des Näherungsschalters 40 umfaßt dieser einen Hall-Generator 56, in dessen Arbeits-Magnetfeld H, das, wie durch den Pfeil 57 angedeutet, transversal zur Scheibe 41 gerichtet ist, der äußere Rand 58 der Scheibe hineinragt, wobei angenommen sei, daß das Ausgangssignal des Hall-Generators 56 ein Hoch-Pegelsignal ist, wenn sich der Scheibenrand 58 im Bereich des Magnetfelds 57 befindet, und ein Niedrig-Pegel-Ausgangssignal, wenn die Randausnehmung 54 der Scheibe 41 in das Magnetfeld 57 gelangt. Die Ränder 52 und 53 der U-förmigen Randausnehmung 54 sind bezüglich der radialen Mittelebene der Randausnehmung 54 so angeordnet, daß der Wechsel des Ausgangssignalpegels des Hall-Generators 56 in beiden möglichen Drehrichtungen 46 der Scheibe jeweils dann eintritt, wenn sich das Ventil-Betätigungsglied 14, in den beiden alternativen Verschieberichtungen gesehen, jeweils in demselben Abstand von seiner Grundstellung befindet.

Es versteht sich, daß, je nach Zweck der Überwachungs- Einrichtung, die Ausnehmung 54 so gestaltet sein kann, daß der Näherungsschalter 40, wenn sich das Ventil- Betätigungsglied 14 in alternativen Richtungen auf seine Grundstellung zu bewegt, in verschiedenen Abständen desselben von der Grundstellung anspricht.

Alternativ zu einer Scheibe 41 mit einer randoffenen Ausnehmung 54 kann auch eine Scheibe mit einem radial vorspringenden Flügel benutzt werden. Des weiteren ist es auch möglich, anstelle eines Hall-Generators eine Lichtschranke vorzusehen, deren Lichtstrom entweder durch den Scheibenrand 58, 52, 53 oder durch einen anstelle einer Ausnehmung 54 vorgesehenen radialen Flügel unterbrechbar ist. Auch induktive oder kapazitive Näherungsschalter können im Rahmen einer erfindungsgemäßen Soll/Ist-Wert-Überwachungseinrichtung zum Einsatz kommen.

Im folgenden wird anhand des Diagramms der Fig. 4 am Beispiel einer Stanzmaschine, die mit periodisch wiederholten Arbeitszyklen arbeitet, die typische Funktion einer erfindungsgemäßen Einrichtung 10 erläutert.

In der Darstellung der Fig. 4 ist davon ausgegangen, daß die zum Werkstück 38 hin gerichtete Abwärtsbewegung des Werkzeugs 12, die zunächst als Eilbewegung abläuft, schon vor dem Zeitpunkt t₀ in eine Last- Bewegungsphase übergegangen sei, in der sich das Werkzeug 12 langsamer bewegt, die Antriebsvorrichtung dafür aber eine größere Vorschubkraft entfaltet, die für das Durchstanzen des Werkstücks 38 erforderlich ist. Die Ist-Position des Werkzeugs 12, deren zeitliche Entwicklung durch die in ausgezogenen Linien dargestellte Verlaufskurve 62 der Fig. 4 wiedergegeben ist, und die Soll-Wert-Vorgabe, deren zeitliche Entwicklung durch die insgesamt mit 61 bezeichnete, strich-punktiert gezeichnete Verlaufskurve der Fig. 4 wiedergegeben ist, unterscheiden sich dann um ein Δs, das durch die Beziehung Δs=V/K_v gegeben ist, wobei v die Vorschubgeschwindigkeit und K_v die sogenannte Kreisverstärkung des Nachlauf-Regelkreises bezeichnen. Es sei ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen, daß dieser Schleppfehler Δs etwa gleich der Dicke des Werkstücks 38 sei.

Das Stanzwerkzeug 12 bewegt sich zunächst mit konstanter Geschwindigkeit auf das Werkstück 38 zu, wobei es im Zeitpunkt t₁ die Oberseite des Werkstücks 38 berührt. Zu diesem Zeitpunkt entspricht die Soll-Wert-Vorgabe schon dem Arbeitshub, d. h., falls die Ist-Position der Soll-Wert-Vorgabe entspräche, das Werkzeug 12 das Werkstück 38 schon durchstoßen hätte und seine Stanzkante in Höhe der unteren Begrenzungsfläche des Werkstücks 38 verliefe. Durch die Soll-Wert-Vorgabe wird aber weiterhin ein Abwärtshub des Werkzeugs 12 vorgegeben, der einer Endposition 63 unterhalb des Werkstücks 38 entspricht. Durch diese Art der Soll-Wert- Vorgabe wird gleichsam ein Ziel "unterhalb" des Werkstücks 38 anvisiert, damit die Antriebsvorrichtung das Werkzeug 12 mit voller Kraft in das Werkstück 38 hineintreibt. Vom Zeitpunkt t₂ an wird die Soll-Wert-Vorgabe auf einem konstanten Wert gehalten, der einer Endposition des Werkzeugs 12 unterhalb des Werkstücks 38 entspricht, somit einer Position, die das Werkzeug erst nach einer relativ langen Einregelzeitspanne, d. h. etwa im Zeitpunkt t₅ erreichen würde, da vom Zeitpunkt t₂ an die Geschwindigkeit des Werkzeugs 12, mit der es sich der durch die Soll-Wert-Vorgabe bestimmten Position nähert, exponentiell abnimmt. Die Überwachungseinrichtung 10 ist nun so eingestellt, daß sie ihren Ausgangssignalpegel wechselt, wenn das Werkzeug 12 das Werkstück 38 durchstoßen hat, was im Zeitpunkt t₃ der Fall ist. Von diesem Zeitpunkt an wird durch die Soll-Wert-Vorgabe-Einrichtung eine Rückzugsbewegung des Werkzeugs 12 vorgegeben, wie durch den aufsteigenden Ast 64 der Soll-Wert-Verlaufskurve 61 veranschaulicht ist, wobei im Zeitpunkt t₄ Gleichheit von Soll-Wert und Ist-Wert erreicht wird.

Aufgrund der mittels der Überwachungseinrichtung 10 erzielten Positions-Ist-Wert-Meldung, durch die erkannt wird, daß das Werkstück 38 durchgestanzt ist, d. h., daß Werkzeug 12 seinen Arbeitshub ausgeführt hat, kann unmittelbar im Anschluß hieran die Rückzugsbewegung des Werkzeugs 12 eingeleitet werden. Es wird nicht abgewartet, bis das Werkzeug 12 in eine durch die Soll-Wert- Vorgabe markierte Position eingelaufen ist, sondern es wird die Einregelzeit gleichsam "abgeschnitten" und dadurch erreicht, daß das Werkstück schon zu einem Zeitpunkt, z. B. dem Zeitpunkt t₅, in seine Ausgangsstellung für den nächsten Arbeitszyklus gelangt sein kann, zu dem es ansonsten erst seine vom Zeitpunkt t₂ an vorgegebene Soll-Position erreicht hätte.

Die insoweit erläuterte und erfindungsgemäß ausgenutzte Art der Soll-Wert-Vorgabe und Positions-Ist-Wert-Rückmeldung ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Arbeitsbewegungen, die das Werkzeug 12 auszuführen hat, periodisch in möglichst kurzen Zykluszeiten auszuführen sind, wie es z. B. bei einer Nippel-Maschine der Fall ist. Bei einer solchen Anwendung kommt es nicht darauf an zu wissen, wann genau die für die Erzielung des Arbeitsergebnisses - des Durchstanzens des Werkstücks 38 - erforderliche Position erreicht ist, sondern nur darauf, daß diese Position erreicht worden ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung 10 kann aber auch zur Anzeige dafür eingesetzt werden, wann eine für die Erzielung des Arbeitsergebnisses erforderliche Position des Werkzeugs 12 erreicht ist, d. h. z. B., wann der für die Erzielung einer bestimmten Werkstücksverformung bei einer Präge-Presse erforderliche Hub vollzogen ist, über den hinaus das Werkzeug 12 nicht weiterbewegt werden soll. Für einen solchen Einsatzfall wird die erfindungsgemäße Einrichtung 10 so eingestellt, daß das positionscharakteristische Ausgangssignal der Überwachungseinrichtung 10 dann ausgelöst wird, wenn das Werkzeug den größten Teil seines für die erwünschte Werkstückverformung erforderlichen Hubes ausgeführt hat und somit davon ausgegangen werden kann, daß es im Verlauf der durch die Kreisverstärkung des Nachlauf-Regelkreises bestimmten Einregelzeit auch seine der Soll-Wert-Vorgabe entsprechende Endposition sicher erreichen wird. In einem solchen Einsatzfall wird daher die Überwachungseinrichtung 10 so eingestellt, daß der Wechsel ihres Ausgangssignalpegels in der Darstellung der Fig. 4 in einem Zeitpunkt t₅′ eintritt, in dem das Werkzeug eine Position erreicht hat, die praktisch der Soll-Endposition entspricht.

Abschließend sei anhand der Fig. 5 noch auf eine Einsatzmöglichkeit bzw. Betriebsart der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 eingegangen, die auch bei Bearbeitungsvorgängen, wie Präge- oder Preßvorgängen, eine deutliche Verkürzung der Zeitspanne ermöglicht, die bis zur Beendigung des eine erwünschte Verformung vermittelnden Arbeitshubs des Preßwerkzeugs verstreicht.

Als Erläuterungsbeispiel für diese Betriebsart sei ein Preßvorgang angenommen, bei dem z. B. ein Karosserieblech in eine vorgegebene Form gepreßt werden soll.

Die Fig. 5 zeigt in einer zur Fig. 4 analogen Verlaufskurven- Darstellung in strich-punktierten Linien die zeitliche Entwicklung der Soll-Wert-Vorgabe und in ausgezogenen Linien die zeitliche Entwicklung der Ist-Position des Preßwerkzeugs.

In der Fig. 5 ist durch die parallel zur Zeit-Achse - der Abszisse des Diagramms - verlaufende Gerade 66 die Position des Preßwerkzeugs markiert, in der dieses das Werkstück, im Lastbetrieb von oben her kommend, berührt, was im Zeitpunkt t₂ der Fall sei. Durch die parallel zur Abszisse verlaufende Gerade 67 ist die zu erreichende Endposition des Werkzeugs repräsentiert, die dieses zur Erzielung der erwünschten bleibenden Verformung des Werkstücks erreichen muß. Im Zeitpunkt t₁ entspricht die Soll-Wert-Vorgabe, repräsentiert durch die Verlaufskurve 61′ erstmalig dieser Position. Die Soll-Wert-Vorgabe wird, wie schon anhand der Fig. 4 erläutert, über diesen Zeitpunkt t₁ und den Zeitpunkt t₂ hinaus weiterhin zu größeren Werten hin fortgesetzt, bis zum Zeitpunkt t₃ die Soll-Wert-Vorgabe einen Hub des Werkzeugs "unterhalb" der zu erreichenden Position erreicht. Das Werkzeug hat zu diesem Zeitpunkt t₃ - wie durch die Ist-Wert-Verlaufskurve 62′ wiedergegeben - diese End-Position mit Sicherheit noch nicht erreicht. Vom Zeitpunkt t₃ an wird die Soll-Wert-Vorgabe auf dem durch den Kurvenabschnitt 61′′ repräsentierten, konstanten Wert gehalten. Im Zeitpunkt t₄, zu dem sich das Werkzeug nur noch in einem sehr geringen Abstand von seiner End-Position befindet, spricht der Näherungsschalter 40 an und löst dadurch ein Zurücksetzen des Positions-Sollwerts auf den der End-Position des Werkzeugs entsprechenden, durch die Gerade 67 repräsentierten Wert aus, wobei die Soll-Wert-Vorgabe im Zeitpunkt t₅ auf diesen Wert gesetzt ist. Im Zeitpunkt t₅ stimmen dann Soll-Wert-Vorgabe und Ist-Position des Werkzeugs praktisch überein, wobei von diesem Zeitpunkt an die Soll-Wert-Vorgabe auf dem der End-Position entsprechenden Wert gehalten wird. Nach einer Zeitspanne Δt, die wesentlich kürzer ist als die abzuwartende Einregelzeit, die sich ergäbe, wenn die Soll- Wert-Vorgabe schon im Zeitpunkt t₁ auf dem der End-Position des Werkstücks entsprechenden Wert gehalten würde, wobei das Werkzeug gemäß der Darstellung der Fig. 5 etwa im Zeitpunkt t₇ erst seine End-Position erreicht hätte, kann dann schon im Zeitpunkt t₆ der Bearbeitungsvorgang als abgeschlossen vorausgesetzt werden und die Rückzugsbewegung des Preßwerkzeugs eingeleitet werden.

Auch bei dieser Betriebsart der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 kann eine erhebliche Verkürzung eines Preß- oder Prägevorgangs erzielt werden.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Einstellung und Überwachung der Position eines Maschinenelements, z. B. des Werkzeugträgers einer Bearbeitungsmaschine, das im Verlauf der Bearbeitung eines Werkstücks zu diesem hin und von diesem weg gerichtete Vorschub- und Rückzugsbewegungen ausführt, zu deren Verlaufs-Steuerung eine elektrohydraulische Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, die ein mit elektrischer Soll-Wert-Vorgabe und mechanischer Ist-Wert-Rückmeldung arbeitendes Nachlauf-Regelventil umfaßt, das ein Ventilstellglied aufweist, das durch die Sollwertvorgabe aus einer Grundstellung, in der es sich bei Gleichheit von Soll- und Ist-Wert befindet, auslenkbar ist und dadurch Ventile aufsteuert, über die zur Auslenkung proportionale Arbeitsmedium-Ströme fließen, durch die die Antriebsvorrichtung im Sinne einer Angleichung des Ist-Werts an den Soll-Wert beaufschlagt ist, wobei Auslenkungen des Ventilstellglieds in alternative Richtungen bezüglich der Grundstellung auch alternative Bewegungsrichtungen des Maschinenelements entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Übersetzungseinrichtung (43, 48, 41) vorgesehen ist, die Auslenkungen des Stellglieds (14) des Nachlauf- Regelventils (13) in damit korrelierte - größere - Auslenkungen des mechanischen Betätigungsglieds (41, 54) eines Näherungsschalter (40) umsetzt, der, in Auslenkungsrichtung seines Betätigungsglieds (41, 54) gesehen, in einem definierten Abstand vor derjenigen Position angeordnet ist, die das Betätigungsglied (41, 54) einnimmt, wenn das Ventilstellglied (14) sich in seiner Grundstellung befindet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Betätigungsglied (41) für den Näherungsschalter (40) eine durch die Auslenkungs-Bewegungen des Ventilstellglieds (14) rotatorisch antreibbare Scheibe (41) vorgesehen ist, die an ihrem Rand (58) eine Aussparung (54) oder einen Vorsprung aufweist, durch deren bzw. dessen Eintreten in das ortsfest angeordnete Funktionselement des Näherungsschalters (40) dessen positions-charakteristisches Ausgangssignal auslösbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (14) des Nachlauf- Regelventils (13) als entlang dessen Achse hin- und herverschiebbares Ventilbetätigungsglied ausgebildet ist, das über eine Fingerkupplung (43) mit einer Welle (48) antriebsgekoppelt ist, die im Ventilgehäuse (29) um eine rechtwinklig zur Verschieberichtung des Ventilstellglieds (14) verlaufende Achse (42) drehbar gelagert ist, und daß an einem aus dem Ventilgehäuse (29) herausragenden Abschnitt dieser Welle (48) als Schalterbetätigungsglied die aus ferro-magnetischem Material bestehende Scheibe (41, 54) befestigt ist, die in das Betriebs-Magnetfeld (57) eines als Näherungsschalter (40) eingesetzten Hall-Generators einschwenkbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied des Näherungsschalters (40) als kreisrunde Scheibe (41) oder als Sektor-Scheibe ausgebildet ist, deren Rand (58) in einen Spaltbereich hineinragt, der von dem Betriebsmagnetfeld (57) des Hall-Generators in transversaler Richtung durchsetzt ist, und daß der Rand dieser Scheibe (41) mit einer Ausnehmung (54) versehen ist, die bei einer Annäherung des Ventil-Stellglieds (14) des Nachlauf-Regelventils (13) an seine Grundstellung in den Spaltbereich eintritt.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ortsfest angeordnete Funktionselement des Näherungsschalters (40) eine Lichtschranke umfaßt, deren aus einer Auslenkung des Schalter-Betätigungsglieds (Scheibe 41) resultierende Lichtstrom-Unterbrechung bzw. -Freigabe das positions-charakteristische Schalter- Ausgangssignal auslöst.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Näherungsschalters (40), in der dieser sein mit der Annäherung des Ventilstellglieds (14) des Nachlauf-Regelventils (13) an die Grundstellung verknüpftes Positions-Anzeigesignal erzeugt, einstellbar ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung bei Pressen-Antrieben zur Überwachung des Erreichens einer vorgegebenen Endstellung des Werkzeugs oder bei Antrieben von Maschinen wie Stanzmaschinen, die mit häufiger Wiederholung von Arbeitszyklen arbeiten, zur Überwachung, daß im Verlauf der Arbeitszyklen jeweils eine bestimmte Werkzeugposition durchlaufen worden ist.