DE3521699C2 - Anordnung zum Regeln für steuerbare Pneumatikkissen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Regeln für steuerbare Pneumatikkissen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie findet Anwendung in mechanischen Pressen, insbesondere beim Ziehen von Blechteilen.

Es ist nach DD 1 59 245 eine Einrichtung der genannten Art bekannt, bei der der Drosselventilstößel über eine Verlängerung mittels eines mechanischen Reglers durch den Kissenplattenweg und eines weiteren mechanischen Reglers durch den geregelten Kissendruck gestellt wird. Während der gedämpften Aufwärtsbewegung wird die kinetische Energie des Kissens in Wärme umgewandelt, welche die Hydraulikflüssigkeit aufnimmt. Dies führt bei hohen Kissenkräften und Hubzahlen in nachteiliger Weise zu einer starken Erwärmung der Hydraulikflüssigkeit, welches wiederum schädliche Wirkungen wie Verdampfen und Kavitation zur Folge hat. Dieser Nachteil wird durch ein bekanntes Hydrauliksystem für die Ziehkissenbetätigung nach DE 21 16 018 B2 beseitigt, bei dem bei jedem Kissenhub ein vollständiger Durchlauf der Hydraulikflüssigkeit durch ein Kühlkreislaufsystem stattfindet. Von Nachteil ist der hohe Material- und Montageaufwand für dieses System, sowie deren hohe Anfälligkeit gegen Störungen. Eine gegenständliche Weiterentwicklung der Lösung nach DD 1 59 245 beseitigt den Nachteil der starken Erwärmung der Hydraulikflüssigkeit unter Umgehung eines aufwendigen und anfälligen Kühlkreislaufsystems. Hierbei wird durch ein zusätzliches pneumatisches Drossel-Rückschlagventil zwischen Kissendruckbehälter und Druckzylindern des Pneumatikkissens ein hoher Anteil der kinetischen Energie über die Druckluft in Wärme umgewandelt, welche problemloser im Kissendruckbehälter abgebaut werden kann. Von Nachteil bei dieser Lösung ist die zeitaufwendige Korrektur der Stellung des hydraulischen Drosselventils entsprechend der Stellung des pneumatischen Drossel-Rückschlagventils über einen zusätzlichen Pneumatikzylinder des auf den Kissendruck ansprechenden mechanischen Reglers, was durch die manuelle Regulierung eines zusätzlichen Pneumatikdruckversorgers erfolgt. Der hohe Zeitaufwand beim Umrüsten der Presse für die abgestimmte Einregulierung beider Ventile gemäß der einzustellenden werkzeugabhängigen Kissenparameter resultiert aus der langen (oft mehrstündigen) Einlaufzeit, bis sich ein annähernd optimaler Temperaturausgleich zwischen hydraulischem und pneumatischem Medium eingestellt hat und die erforderlichen Kissenparameter erreicht worden sind, wobei bei letzteren Einschränkungen in der Einstellgenauigkeit in Kauf genommen werden müssen, da Änderungen verschiedener Einflußgrößen in den beiden Medien und Ventilen während des Betriebes nicht erfaßbar sind. Nachteilig ist noch, daß beim Entsperren des Kissens hydraulische Stöße auftreten, die zur vorzeitigen Ermüdung der belasteten Teile - insbesondere des hydraulischen Drosselventils - führen, daß die zeitaufwendigen Einstellarbeiten nicht für den automatisierten Betrieb von Pressenlinien geeignet sind und daß der Synchronlauf mehrerer getrennter Kissen in einer Maschine, beispielsweise Transferpresse, sowie eine Veränderung des Dämpfungsweges nicht möglich sind. Weiterhin ist nach EP 00 76 050 A2 eine regelbare Druckquelle bekannt, bei welcher der Ist-Druckwert in ein digitales elektrisches Signal umgewandelt wird, das mit einem digitalen Soll-Druckwert in einem digitalen Vergleicher, beispielsweise auf der Basis eines Mikroprozessors, zu Steuerimpulsen für einen Schrittmotor verarbeitet wird, der schließlich auf den Kolben eines Druckzylinders wirkt. Diese Anordnung ist für steuerbare Kissen wegen des notwendigerweise großen Druckbehälters und der Vielzahl der Steuerfunktionen unzureichend.

Nach der DE 32 09 313 A1 ist eine Programmsteuerung für hydraulische Antriebe mit Proportionalventil und einem Volumensensor bekannt. Von dem Volumensensor werden für diskrete Teilmengen des Hydraulikmediums elektrische Impulse abgegeben. Die Steuerung weist ein Impulszählwerk auf, dem ein D/A-Wandler nachgeschaltet ist, dessen Analog-Spannungsausgang auf einen Vergleicher geschaltet ist. Es ist eine Mehrzahl einstellbarer analoger Weg- Sollwertgeber vorgesehen, die wahlweise auf den Vergleicher schaltbar sind. Der Ausgang des Vergleichers ist auf ein elektronisches Schrittschaltwerk geschaltet, über dessen Ausgänge jeweils ein Weg-Sollwertgeber oder ein Stillstand einschaltbar ist. Jedem Weg-Sollwertgeber ist ein Geschwindigkeits-Sollwertgeber zugeordnet, dessen Ausgang über einen Richtungsschalter auf die Steuerung für das Proportionalventil schaltbar ist.

Nach der DE-OS 23 14 111 ist eine Nachführsteuerung zum Steuern der Bewegung einer hin- und hergehenden Übergabevorrichtung bekannt, deren Antrieb aus einem pneumatischen Zylinder besteht. Dieser Zylinder wirkt mit einer Geschwindigkeits-Steueranordnung zum Begrenzen der Bewegungsgeschwindigkeit der Übergabevorrichtung in wenigstens einer Richtung und einem hydraulilschen Zylinder zusammen. Durch eine bewegungsübertragende Verbindung zwischen den Kolbenstangen des pneumatischen und des hydraulischen Zylinders wird eine Synchronbewegung derselben herbeigeführt. Weiterhin ist eine Kolbenstange mit der Übergabevorrichtung starr verbunden. Dem hydraulischen Zylinder ist ein Strömungskreis für die Strömung einer Hydraulikflüssigkeit von der einen Zylinderseite zur anderen in Abhängigkeit von der Bewegung des darin geführten Kolbens zugeordnet. Zum Begrenzen der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit von der einen zur anderen Seite des Zylinders ist eine einen verengten Strömungsdurchlaß aufweisende Drosseleinrichtung eingesetzt. Damit wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens im hydraulischen Zylinder begrenzt, wodurch die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens des pneumatischen Zylinders ebenfalls begrenzt ist.

Die beiden letztgenannten Offenlegungsschriften haben den Nachteil, daß jeweils proportionalventilgeregelte hydraulische Kolbensysteme eingesetzt sind, die nur über eine indirekte Wegmessung zur Geschwindigkeitssteuerung verfügen. Außerdem wird kein Einfluß auf das Energieniveau der Hydraulikflüssigkeit, bei der DE-OS 23 14 111 ebenfalls auf die Pneumatik, genommen.

Daraus ergibt sich als technische Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mit der unter Vermeidung mechanischer Regler eine Selbstregulierung zum Regeln für steuerbare Pneumatikkissen möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Das Einregeln des erforderlichen Kissendruckes geschieht in an sich bekannter Weise durch Vergleich des Istwertes mit dem vorgegebenen Sollwert. Das Einregeln der erforderlichen Werte des Kissenhubes, der Auswerfgeschwindigkeit, des Dämpfungsgrades und im Bedarfsfalle des Dämpfungsweges erfolgt durch Erfassen der Istwerte für die momentanen Stellungen der Kissenplatte und der Drosselventilkolben sowie für die Temperaturen beider Druckmedien und deren programmgemäße Verarbeitung mit den vorgegebenen Sollwerten im Vergleicher. Die Sollwerte und ein zugehöriges Steuerprogramm werden entsprechend den werkzeugabhängigen Parametern, vorzugsweise in gespeicherter Form (beispielsweise EPROM oder Magnetkarte), zusammen mit anderen Bedien- und/oder Maschinenzustandssignalen - bei automatisiertem Linienbetrieb zweckmäßigerweise mit einem Digitalsignal für die Hubzahl - in die Eingabeeinheit bzw. den Vergleicher eingegeben. Soll- und Istwerte werden nach einer kombinierten Ablauf-/ Folge-/Zeitplansteuerung zu den Stellgrößen verarbeitet, welche über die Servoventile zu den programm- und sollwertgemäßen Einstellungen der Drosselventile führen, wobei ein optimaler Temperaturausgleich zwischen beiden Druckmedien stattfindet. Dabei ist i.a. ein und dasselbe Steuerprogramm für mehrere Werkzeuge verwendbar. Bei Vorhandensein eines Synchronlaufsignals wird der geregelte Synchronlauf mehrerer getrennter Kissen in einer Presse, beispielsweise Transferpresse, durch den Vergleich der Momentanstellungen der einzelnen Kissenplatten bewirkt. Durch die vorgeschlagene programmgesteuerte Digitalregelung auf Mikrorechnerbasis und das Einstellen der Drosselventile über stetig regelbare Servoventile wird ohne manuellen Aufwand eine kurzfristige Umstellung auf veränderte technologische Gegebenheiten und ein schnelles und genaues Einregeln auf die entsprechenden Kissenparameter erreicht, die während des Kissenbetriebes trotz sich ändernder Einflußgrößen und selbst bei hohen Hubzahlen und Kissenkräften konstant gehalten werden. Dabei werden keine manuell einzuregulierenden mechanischen Regler verwendet und durch die programmierbare stetige Änderung der Kolbenstellung des hydraulischen Drosselventils hydraulische Stöße vermieden. Der vorgesehene Vergleicher läßt sich auch vorteilhaft zur Selbstüberwachung der Regelanordnung, wie Bildschirmdarstellung und Auswertung fehlerhafter Zustände nutzen. Die erfindungsgemäße Regelanordnung ist also gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik schneller umzurüsten, genauer, für automatisierte Pressenlinien geeignet und besitzt ein erweitertes Einsatzgebiet, wobei in modernen Pressen für den Vergleicher und die Eingabeeinheit in der Regel ein bereits vorhandenes Mikrorechnersystem verwendbar ist.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Regelanordnung für ein steuerbares Pneumatikkissen einer mechanischen Presse dargestellt. Ein im Pressentisch befindliches Kissen 10 besteht aus einer Kissenplatte 11, zwei einfachwirkenden Druckzylindern 12 mit je einem Druckkolben 13, einem von einer Druckluftspeisung 48 beaufschlagten Hydraulikflüssigkeit enthaltenden Ölvorratsbehälter 14 und einem einfachwirkenden Sperrzylinder 15, der über ein hydraulisches Rückschlagventil 17 vom Ölvorratsbehälter 14 beim Ausfahren eines Sperrkolbens 16 gefüllt wird. Kissenplatte 11, Druckkolben 13 und Sperrkolben 16 sind über eine Kolbenstange 18 verbunden, an deren unterem Ende sich ein verstellbarer Anschlag 19 für die oberste Arbeitslage befindet. Die Druckzylinder 12 sind über ein pneumatisches 3/2-Wegeventil 46 (in Schaltstellung b) über ein pneumatisches Drosselventil 22 und über ein diesen parallelgeschaltetes pneumatisches Rückschlagventil 23 mit einem Kissendruckbehälter 24 verbunden. Die anfänglich gesperrte und danach gebremste bzw. gedämpfte Aufwärtsbewegung der Kissenplatte 11 wird durch ein über einen doppeltwirkenden hydraulischen Stellzylinder dynamisch geregeltes, hydraulisches Drosselventil 21 zwischen Sperrzylinder 15 und Ölvorratsbehälter 14 und das über einen doppeltwirkenden hydraulischen Stellzylinder statisch geregelte, pneumatische Drosselventil 22 gesteuert, wobei der Ventilkolben des hydraulischen Drosselventils 21 durch eine Schließfeder im unbelasteten Zustand des Stellzylinders sperrt. Die momentanen Ist- Stellungen der Kissenplatte 11 und der Ventilkolben der Drosselventile 21, 22 sowie die Ist-Temperaturen im Ölvorratsbehälter 14 und im Kissendruckbehälter 24 sowie der Ist-Druck im Kissendruckbehälter 24 werden durch je einen elektrischen Weg-Meßwertaufnehmer 31 bzw. 32 bzw. 33 bzw. Temperatur-Meßwertaufnehmer 34 bzw. 35 bzw. Druck-Meßwertaufnehmer 36 erfaßt, deren analoge Ausgangsspannungen X1, X2, X3, X4, X5 bzw. X6 durch einen Analog-Digital-Umsetzer 37 digitalisiert und einem digitalen Vergleicher 38 als Regelgrößen X zugeführt werden. Es können auch Meßwertumsetzer 31 . . . 36 mit Digitalausgängen verwendet werden, wobei natürlich der Analog-Digital-Umsetzer 37 entfällt. Als digitale Führungsgrößen W werden dem Vergleicher 38 über eine digitale Eingabeeinheit 39 Sollwerte für den Kissenhub W1, die Auswerfgeschwindigkeit W2, den Kissendruck W3, den Dämpfungsgrad W4 und den Dämpfungsweg W5 zugeführt. Der Vergleicher 38 ist auf der Basis eines Mikrorechners aufgebaut und verarbeitet die Regelgrößen X und die Führungsgrößen W nach einem Rechenprogramm P′, welches über die Eingabeeinheit 39 als Kombination eines Steuerprogramms P und zusätzlicher Bedien- und/oder Maschinenzustandssignale B, einschließlich eines Signals für die Hubzahl, eingelesen wird, zu Stellgrößen S1, S2 und S3, S4 für je ein elektrohydraulisches, zweistufiges, stetig regelbares Servoventil 42 bzw. 43 sowie zu einer Stellgröße S5 für eine pneumatische Druckregeleinrichtung 25. Letztere liefert aus der Druckluftspeisung 48 einen jeweils konstanten Kissendruck entsprechend dem Soll-Kissendruck W3. Sollen mehrere mechanisch getrennte Kissen in einer Presse (Stufen- oder Transferpresse) synchron gesteuert werden, wird über die Eingabeeinheit 39 ein zusätzliches Synchronlaufsignal W6 eingegeben. Die Sollwerte W1, W2, . . . W6 repräsentieren jeweils die technologischen Parameter für eine bestimmte Werkzeug-Werkstück-Kombination. Der Soll-Kissenhub W1 wird automatisch von der elektronischen Kissenhubverstellanzeige übernommen, und die übrigen Sollwerte W2 . . . W6 werden zusammen mit dem zugehörigen Steuerprogramm P über ein Speichermedium 41, beispielsweise eine Magnetkarte, beim Umrüsten der Presse eingegeben; sie können aber auch über die Bedientafel eingegeben werden. Das Servoventil 42 verbindet entsprechend den Stellgrößen S1, S2 über ein hydraulisches 3/2-Wegeventil 45 (in Schaltstellung b) den Stellzylinder des hydraulischen Drosselventils 21 und das Servoventil 43 entsprechend den Stellgrößen S3, S4 den Stellzylinder des pneumatischen Drosselventils 22 mit einem vorzugsweise eine Nullhub-Pumpe enthaltenden Hydraulikdruckversorger 44, so daß durch entsprechende Beaufschlagung seines Stellkolbens das hydraulische Drosselventil 21 schließt oder mehr oder weniger weit öffnet bzw. seines Stellkolbens das pneumatische Drosselventil 22 mehr oder weniger weit öffnet, wodurch gemäß den jeweils eingegebenen Sollwerten W1, W2, . . . W6 und dem Steuerprogramm P zeitlich genau definierte und i.a. optimierte Aufwärtsbewegungen der Kissenplatte 11 stattfinden. Zu Betriebsbeginn ist das pneumatische Drosselventil 22 noch voll geöffnet. Nach einer gewissen Betriebsdauer steigt die mittels des Temperatur-Meßwertgebers 34 erfaßte Temperatur der Hydraulikflüssigkeit. Entsprechend einer vorgegebenen unteren Grenztemperatur wird das pneumatische Drosselventil 22 ebenfalls geregelt, so daß die Temperatur der Hydraulikflüssigkeit nicht eine obere Grenztemperatur erreicht. Die mittels des Temperatur-Meßwertgebers 35 erfaßte Drucklufttemperatur darf so weit ansteigen, daß kein Funktionselement Schaden nimmt. Sollte eines der beiden Medien ihre vorgegebene Grenztemperatur überschreiten, wird die Presse blockiert. Das hydraulische Drosselventil 21 ist als Kegelsitzventil und das pneumatische Drosselventil 22 zur Niedrighaltung der Strömungskräfte in Kolbenlängsschieberbauart ausgeführt, wobei wegen des Querschnittsunterschiedes zwischen dem hydraulischen bzw. pneumatischen Rückschlagventil 17 bzw. 23 und dem hydraulischen bzw. pneumatischen Drosselventil 21 bzw. 22 die Hydraulikflüssigkeit bzw. die Druckluft bei der Kissenabwärtsbewegung (Gegenhalten) selbst bei vollständig geöffnetem Drosselventil 21 bzw. 22 im wesentlichen über das Rückschlagventil 17 bzw. 23 fließt. Erscheint ein "Not-Aus"-Signal, d. h. =0 V, dann schalten die Wegeventile 45, 46 in die Schaltstellung a. Durch das Schalten des hydraulischen Wegeventils 45 wird durch die Druckentlastung des Stellzylinders des hydraulischen Drosselventils 21 dieses in wenigen Millisekunden geschlossen; die Kissenplatte 11 bleibt stehen. Durch das Schalten des pneumatischen Wegeventils 46 werden die Druckzylinder 12 über einen Schalldämpfer 47 entlüftet; die Kissenplatte 11 senkt sich.

Claims (4)

1. Anordnung zum Regeln für steuerbare Pneumatikkissen mit einer Kissenplatte, deren anfänglich gesperrte und dann gedämpfte Aufwärtsbewegung durch ein in Sperrichtung federbelastetes hydraulisches Drosselventil zwischen einem Ölvorratsbehälter und einem Sperrzylinder und durch ein parallel mit einem pneumatischen Rückschlagventil zwischen einem Kissendruckbehälter und Druckzylindern angeordnetes pneumatisches Drosselventil steuerbar, deren Kissendruck durch eine pneumatische Druckregeleinrichtung einstellbar und deren Dämpfungsgrad durch das hydraulische Drosselventil vorgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kissenplatte (11), der Ventilkolben des hydraulischen Drosselventils (21) und der des pneumatischen Drosselventils (22) mit je einem elektrischen Weg-Meßwertaufnehmer (31; 32; 33), der Ölvorratsbehälter (14) und der Kissendruckbehälter (24) mit je einem elektrischen Temperatur-Meßwertaufnehmer (34; 35) und der Kissendruckbehälter (24) ferner mit einem Druck-Meßwertaufnehmer (36) verbunden sind, daß an einen programmgesteuerten Vergleicher (38) auf Mikrorechnerbasis eingangsseitig einerseits digitalisierte Ausgangssignale (X1 . . . X6) der Meßwertaufnehmer (31 . . . 36) als Ist-Werte und andererseits digitale Ausgangssignale (W) einer digitalen Eingabeeinheit (39) für Kissenhub (W1), Auswerfgeschwindigkeit (W2), Kissendruck (W3), Dämpfungsgrad (W4) und bedarfsweise für Dämpfungsweg (W5) und/oder ein Synchronlaufsignal (W6) als Soll-Werte geführt sind und daß entsprechende Stellausgänge des Vergleichers (38) an zugehörige Stelleingänge der Druckregeleinrichtung (25) und zweier hydraulischer, stetig regelbarer Servoventile (42; 43) geführt sind, welche ausgangsseitig jeweils mit einem Stellzylinder des hydraulischen und des pneumatischen Drosselventils (21; 22) verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinheit (39) Eingänge für zusätzliche Bedien- und/oder Maschinenzustandssignale (B), einschließlich eines digitalen Hubzahl-Signals, hat.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Eingabeeinheit (39) eingangsseitig ein Speichermedium (41) in Form eines EPROM's oder einer Magnetkarte zur Speicherung eines Steuerprogramms (P) und der Sollwerte (W1 . . . W6) oder eines Teils derselben vorgesehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (38) mit einer Bildschirmeinheit zur Darstellung von Fehlerzuständen oder überschrittenen vorgebbaren Grenzwerten verbunden ist.