DE4114496A1 - Steuerungssystem fuer die zieheinrichtung einer zur blechumformung dienenden tiefziehpresse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerungssystem für die ein Ziehwerkzeug (Stempel, Matrize) enthaltende Zieheinrichtung einer zur Blechumformung dienenden Tiefziehpresse, bei der das Blech in der Umgebung der Matrize zwischen dieser und einem von ihr mitgenommenen Blechhalter mittels axial verschiebbarer Druckstifte eingeklemmt wird, die sich gegen einen oder mehrere Hydraulikzylinder mit geregeltem Druckverlauf längs des Ziehwegs abstützen, wobei der geregelte Druckverlauf durch einen Vergleich zwischen einer den Sollwert darstellenden Druckverlaufsgröße und einem Istwert mittels eines Reglers als Reglerausgangssignal bestimmt wird.

Eine zur Blechumformung dienende Tiefziehpresse ist in der europäischen Patentschrift 00 74 421 dargestellt. Bei dieser bekannten Tiefziehpresse werden die die Druckstifte bewegenden Hydraulikzylinder während des Einklemmens des Blechs mit konstantem Druck beaufschlagt, wodurch sich über den gesamten Ziehvorgang eine konstante Klemmkraft zwischen dem Blechhalter und der Matrize ergibt.

Beim Tiefziehen gleitet das eingeklemmte Blech mehr oder minder schnell zwischen Blechhalter und Matrize hindurch, wobei ein Streckziehen des Blechs, also eine Längenausdehnung, durch Erhöhung der Klemmkraft erzielbar ist. Um dies zu erreichen, muß die Klemmkraft und damit der auf die Hydraulikzylinder wirkende Druck einen mit dem Ziehvorgang abgestimmten Druckverlauf aufweisen. Gemäß einem Prospekt "Presswerk-Ausrüstungen für die Automobil-Industrie" der Firma L. Schuler GmbH, Göppingen, geschieht dies dadurch, daß dem Druckver­ lauf eine festgelegte Kurvenform als Druckverlaufsgröße gegeben wird und dieser Druckverlauf in Abhängigkeit von der Bewegung der Zieheinrichtung der Tiefziehpresse gemessen wird, wobei dieser gemessene Istwert mit dem Sollwert (Druckverlaufsgröße) verglichen und entsprechend eingeregelt wird.

Die Kurvenform für einen zu guten Ziehergebnissen führenden Druckverlauf wird aufgrund von Erfahrungen ermittelt. Die Kurvenform kann dann noch anhand praktischer Versuche an die betreffenden Materialverhältnisse angepaßt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich in der Praxis immer wieder mangelhafte Ziehteile ergaben.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß weitere Parameter den Ziehvorgang im Betrieb beeinflussen. Es ist daher Aufgabe der Erfindung den Ziehvorgang weiterhin zu optimieren. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß von der Geschwindigkeit des Blechhalters während des Ziehvorgangs ein Ziehge­ schwindigkeitswert abgeleitet wird und die Druckverlaufsgröße sowohl dem Regler als auch einem Rechner zugeführt wird, der den Ziehgeschwindigkeitswert und die Druckverlaufsgröße verknüpft und als Beeinflussungsgröße dem Reglerausgangssignal überlagert.

Es hat sich gezeigt, daß die Geschwindigkeit des Ziehvorganges, also die Relativgeschwindigkeit des Ziehwerkzeugs, einen erheblichen Einfluß auf die Qualität des fertigen Ziehteils hat. Dies ist offenbar darauf zurückzuführen, daß der Ziehvorgang üblicherweise von einem Kurbeltrieb gesteuert wird, bei dem die Relativgeschwindigkeit des Ziehwerkzeugs ähnlich derjenigen einer Sinuskurve abläuft. Hinzu kommt, daß sich mit dem Beginn der Klemmung des Blechs in dem bzw. den Hydraulikzylindern ein Druckstoß ergibt, der sich in einer Druck­ überhöhung gegenüber dem gewünschten Druckverlauf äußert und bis in den eigentlichen Ziehvorgang hinein dauern kann, womit das Tiefziehen des Blechs entsprechend negativ beeinflußt wird. Durch die Berücksichtigung der Relativge­ schwindigkeit des Ziehwerkzeugs während des Ziehvorgangs läßt sich nun das Reglerausgangssignal gewissermaßen vorab ändern, da der Regelvorgang zwecks Vermeidung einer Instabilität im Regelsystem gedämpft ablaufen muß und infolgedessen erst verzögert wirkt. Dagegen läßt sich die jeweilige Relativge­ schwindigkeit des Ziehwerkzeugs direkt messen und mit kleiner Zeitkonstante in eine Beeinflussungsgröße umwandeln, die dann unverzögert dem Reglerausgangs­ signal überlagert werden kann und damit im Sinne einer Vorwärtssteuerung wirkt. Da nun mit Beginn der Einklemmung des Blechs die Geschwindigkeit des Blechhalters schlagartig ansteigt, ergibt sich in den Hydraulikzylindern ein plötzlicher Druckanstieg, der über den relativ trägen Regelvorgang nicht ausgeregelt werden kann. Die gemessene Geschwindigkeitserhöhung kann aber als Ziehge­ schwindigkeitswert über den Rechner mit der Druckverlaufsgröße verknüpft werden und letztere schnell korrigieren, so daß die sich sonst nach dem Auftreffen in der Matrize auf dem Blechhalter einstellende Drucküberhöhung minimiert werden kann. Diese Drucküberhöhung ist übrigens in dem vorstehend genannten Prospekt der Firma L. Schuler GmbH in einem Diagramm auf S. 9 deutlich abgebildet.

Die Verwendung eines Rechners zur Verknüpfung von gemessenen, sich ändernden Größen ist bekannt. In diesem Falle wird dem Rechner eine empirisch ermittelte Kurvenform eingespeichert, die jeder Lage des Blechhalters im Verlauf des Ziehvorgangs und jedem Ziehgeschwindigkeitswert eine Beeinflussungsgröße zuordnet, mit der dann das zu der jeweiligen Lage des Blechhalters ermittelte Reglerausgangssignal korrigiert wird.

Es hat sich weiterhin gezeigt, daß der von einer Hydraulikpumpe erzeugte Versorgungsdruck, insbesondere aufgrund schnell ändernden Bedarfs an Hydraulik­ flüssigkeit gewissen Änderungen unterworfen ist, die zu Abweichungen des Istwerts von der Druckverlaufsgröße führen können, die wegen der Trägheit des Regelvor­ gangs meist nicht schnell genug ausgeregelt werden können. Um auch dies zu berücksichtigen, wird eine Abweichung des Versorgungsdrucks der Hydraulik von einem vorbestimmten Wert als Druckschwankung zusätzlich dem Rechner zur Verknüpfung mit der Druckverlaufsgröße und dem Ziehgeschwindigkeitswert zugeführt. Mit der gemessenen Druckschwankung wird ähnlich wie mit dem Ziehgeschwindigkeitswert im Sinne einer Vorwärtssteuerung das Reglerausgangssignal entsprechend korrigiert.

Ein weiterer Parameter stellt die sogenannte Überdeckung in einem Servo-Wege- Ventil dar, bei dem sein Steuerkolben in seiner Mittelstellung zwischen zwei benachbarten Außenstellungen zwei Anschlüsse mehr oder minder abdeckt, wobei der Grad dieser Abdeckung als sogenannte Überdeckung eine individuelle Kenngröße des jeweiligen Ventils ist. Ein derartiges Ventil läßt sich vorteilhaft zur Steuerung des Druckverlaufs für die Hydraulikzylinder zur Betätigung der Druckstifte verwenden. Die genannte Überdeckung wird vom Hersteller des Servo- Wege-Ventils üblicherweise als Kenngröße des betreffenden Ventils angegeben. Die bei einem verwendeten Servo-Wege-Ventil gegebene Überdeckung kann man als feste individuelle Kenngröße dem Rechner eingeben, der dann für alle gemessenen Ziehgeschwindigkeitswerte und Druckschwankungen unabhängig von der jeweiligen Lage des Blechhalters einen aus der Kenngröße abgeleiteten Korrekturwert dem Reglerausgangssignal überlagert.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Tiefziehpresse mit dem Steuerungssystem;

Fig. 2 in schematischer Darstellung ein Servo-Wege-Ventil in drei voneinander abweichenden Gestaltungen hinsichtlich der Überdeckung.

Die in der Fig. 1 in schematischer Darstellung gezeigte Tiefziehpresse enthält das Pressengestell 1, daß den axialbeweglichen Pressenstößel 2 trägt, an dem die Matrize 3 angebracht ist. Das Pressengestell 1 trägt weiterhin den fest an ihm angebrachten Pressentisch 8, der den Stempel 4 trägt. Matrize 3 und Stempel 4 bilden das eigentliche Ziehwerkzeug.

Innerhalb des Pressengestells 1 ist weiterhin der Blechhalter 5 angeordnet, auf dem das der Umformung zu unterziehende Blech 6 aufliegt. Der Blechhalter 5 ist über axial verschiebbare Druckstifte 7 gegenüber dem Hydraulikzylinder 9 abgestützt. In den Hydraulikzylinder 9 ragt der Kolben 18 hinein, dessen Führung gegenüber dem Hydraulikzylinder 9 nur schematisch angedeutet ist, da es sich hierbei um die bekannte Gestaltung einer Kolben-Zylinderanordnung handelt.

Dem Hydraulikzylinder 9 wird unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit über das Servo-Wege-Ventil 13 zugeführt bzw. abgeführt, das je nach seiner Stellung die Zuleitung 10 entweder an die Druckquelle Po oder an den Tank T anschließt, wodurch der Zuleitung 10 entweder unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit zugeführt wird oder von der Zuleitung 10 die Hydraulikflüssigkeit abgeleitet werden kann.

Der in der Zuleitung 10 herrschende Druck wird von dem Druckaufnehmer 11 gemessen und als Istwert Pi mit einem Sollwert Ps verglichen. Dieser Vergleich und daraus die Ermittlung des Reglerausgangssignals Ra wird in bekannter Weise mittels des Reglers 12 vorgenommen. Das Regelausgangssignal Ra steuert dann das Servo-Wege-Ventil 13, das in der vorstehend erwähnten Weise den Druck in der Zuleitung 10 einstellt, womit der Regelkreis geschlossen ist.

Das Reglerausgangssignal Ra wird nun durch die nachstehend beschriebenen Signale bzw. Meßergebnisse weiterhin im Sinne einer Optimierung des Ziehvorgangs beeinflußt, und zwar mittels des Rechners C. Der Rechner C erhält von dem Ziehgeschwindigkeitsmesser 15 einen Ziehgeschwindigkeitswert Zg, der die momentane Ziehgeschwindigkeit angibt. Diese Ziehgeschwindigkeit ergibt sich aus der Geschwindigkeit des Zurückweichens des Blechhalters 5 aufgrund der Abwärtsbewegung der Matrize 3. Diese Ziehgeschwindigkeit kann in bekannter Weise z. B. digital durch ein Impulse abgebendes Stellglied ermittelt werden, wobei sich aus der Impulszahl pro Zeiteinheit die Ziehgeschwindigkeit ergibt. Der Ziehgeschwindigkeitswert Zg wird dem Rechner C zugeführt, der aus dem Ziehgeschwindigkeitswert Zg in Bezug auf den momentanen Sollwert Ps eine Beeinflussungsgröße B ermittelt, die in der Verknüpfungsschaltung 16 dem Regelausgangssignal Ra überlagert wird. Das sich aus dieser Überlagerung ergebende Signal dient dann zur Steuerung des Servo-Wege-Ventils 13. Um die Beziehung des momentanen Ziehgeschwindigkeitswertes Zg mit der jeweiligen Lage der Matrize 3 herstellen zu können, wird dem Rechner C auch der Sollwert Ps für den Verlauf des Drucks im Hydraulikzylinder 9 zugeführt. Dieser von der jeweiligen Lage des Blechhalters 5 abhängige Sollwert ist als beispielsweises Diagramm links unten in Fig. 1 dargestellt.

Eine weitere Optimierung des Ziehvorganges durch entsprechende Einstellung der Beeinflussungsgröße B ergibt sich dadurch, daß der Druck der Druckquelle Po, die über den Motor M und die Pumpe 17 versorgt wird, ebenfalls dem Rechner C als Drucksignal zugeführt wird, wodurch mögliche Druckschwankungen dieses von der Pumpe 17 erzeugten Versorgungsdrucks schnell berücksichtigt werden können. Diese Druckschwankungen gehen aufgrund der Verknüpfung im Rechner C ebenfalls in die Beeinflussungsgröße B ein.

Das in der Fig. 1 dargestellte Steuerungssystem läßt darüber hinaus eine Berücksich­ tigung der oben erwähnten sog. Überdeckung des Servo-Wege-Ventils 13 zu, die als individuelle Kenngröße des Servo-Wege-Ventils 13 vom Hersteller solcher Ventile angegeben wird. Diese Überdeckung wird als Kenngröße K ebenfalls dem Rechner C eingegeben, der daraus mit einem entsprechenden Korrekturwert die Beeinflussungsgröße B verändert, so daß auch die Überdeckung in die Steuerung des Servo-Wege-Ventils 13 eingeht.

Um die vorstehend erwähnte Überdeckung zu erläutern, ist in der Fig. 2 in schematischer Weise das Servo-Wege-Ventil gemäß Fig. 1 in drei verschiedenen Ausführungsformen dargestellt, nämlich in Fig. 2a mit sog. Nullüberdeckung, in Fig. 2b mit negativer Überdeckung und in Fig. 2c mit positiver Überdeckung. Dabei stellt der jeweils schraffierte Teil der Fig. 2 das Ventilgehäuse 23 dar, in dem der Ventilsteuerkolben 22 das Steuerglied 19 hin- u. herschiebt. Mit Hilfe des Steuergliedes 19 wird eine Verbindung des Innenraumes 21 des Servo-Wege-Ventils mit seinem zum Auslaß führendem Ringraum 20 mit mehr oder minder großem Querschnitt eingestellt. An den Ringraum 20 ist die aus Fig. 1 ersichtliche Zuleitung 10 und über diese der Hydraulikzylinder 9 angeschlossen. Der Innenraum 21 des Servo-Wege-Ventils wird einerseits von der Pumpe 17 her gespeist, außerdem ist der Innenraum 21 zwecks Ableitung der in ihm enthaltenen Hydraulikflüssigkeit an den Tank T angeschlossen (s. Fig. 1).

In seiner in den Fig. 2a, b und c dargestellten Mittelstellung des Servo-Wege- Ventils soll dieses derart wirken, daß es weder die Zuführung von Hydraulik­ flüssigkeit zum Hydraulikzylinder 9 noch eine Ableitung von Hydraulikflüssigkeit zum Tank T zuläßt. Dies geschieht in dem in Fig. 2a dargestellten Idealfall, in dem das Steuerglied 19 exakt den Ringraum 20 gegenüber dem Innenraum 21 abschließt (Nullüberdeckung). Im Falle der in Fig. 2b dargestellten negativen Überdeckung wird aufgrund der Unterlänge y₁ dem Ringraum Hydraulikflüssigkeit zugeführt und auch aus diesem abgeleitet, womit sich am Hydraulikzylinder 9 ein fehlerhafter Druck einstellt. Im Falle der in Fig. 2c dargestellten positiven Überdeckung wird wegen der dabei vorhandenen Überlänge y₂ für einen entsprechenden Einstellbereich des Steuerkolbens 22 keinerlei Ventilflüssigkeit zu- bzw. abgeleitet, so daß über den Bereich der Überlänge y₂ das Servo-Wege- Ventil überhaupt keine Steuerungsfunktion ausüben kann. Auch dabei ergibt sich natürlich für den am Hydraulikzylinder 9 herrschenden Druck eine entsprechende Fehleinstellung.

Mit Hilfe der jedem Servo-Wege-Ventil gegebenen Kenngröße läßt sich die individuelle Fehleinstellung des Servo-Wege-Ventils berücksichtigen, was, wie oben in Zusammenhang mit der Fig. 1 dargelegt, durch Zuführung der Kenngröße K zum Rechner C erfolgt.

Claims (3)

1. Steuerungssystem für die ein Ziehwerkzeug (Stempel 4, Matrize 3) enthaltende Zieheinrichtung einer zur Blechumformung dienenden Tiefziehpresse, bei der das Blech (6) in der Umgebung der Matrize (3) zwischen dieser und einem von ihr mitgenommenen Blechhalter (5) mittels axial verschiebbarer Druckstifte (7) eingeklemmt wird, die sich gegen einen oder mehrere Hydraulikzylinder (9) mit geregeltem Druckverlauf längs des Ziehwegs abstützen, wobei der geregelte Druckverlauf durch einen Vergleich zwischen einer den Sollwert (Ps) darstellenden Druckverlaufsgröße und einem Istwert (Pi) mittels eines Reglers (R) als Reglerausgangssignal (Ra) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß von der Geschwindigkeit des Blechhalters (5) während des Ziehvorgangs ein Ziehgeschwindigkeitswert (Zg) abgeleitet wird und die Druckverlaufsgröße (Ps) sowohl dem Regler (R) als auch einem Rechner (C) zugeführt wird, der den Ziehgeschwindigkeitswert (Zg) und die Druckverlaufsgröße (Ps) verknüpft und als Beeinflussungsgröße (B) dem Reglerausgangssignal (Ra) überlagert.

2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abweichung des Versorgungsdrucks (Po) der Hydraulik von einem vorbestimm­ ten Wert als Druckschwankung zusätzlich dem Rechner (C) zur Verknüpfung mit der Druckverlaufsgröße (Ps) und dem Ziehgeschwindigkeitswert (Zg) zugeführt wird.

3. Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Servo-Wege-Ventil (13) zur Steuerung des Druckverlaufs für die Betätigung der Druckstifte (7), bei dem sein Steuerkolben (22) in seiner Mittelstellung zwischen zwei benach­ barten Außenstellungen zwei Anschlüsse mehr oder minder abdeckt, wobei der Grad dieser Abdeckung (Überdeckung) eine individuelle Kenngröße (K) des jeweiligen Ventils ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenngröße (K) dem Rechner (C) eingegeben wird, der aus der Kenngröße (K) einen Korrekturwert ableitet und dem Reglerausgangssignal (Ra) überlagert.