DE4132011C2 - Vorrichtung zur Steuerung einer schlagenden Umformmaschine bezüglich Werkstück-Dicke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer schla­ genden Gesenk-Umformmaschine bezüglich der durch eine Folge von Schlägen erreichten Enddicke eines fertig­ gestellten Werkstückes, bei der ein Bär mit einem Obergesenk re­ lativ zu einem Untergesenk an einem Gestell bezüglich eines un­ teren Umkehrpunktes hin- und herbewegbar ist, bei der dem Bär und dem Gestell eine Wegmeßeinrichtung zugeordnet ist, die als Istwertgeber ebenso wie ein Sollwertgeber an einen Vergleich an­ geschlossen ist, und bei der eine verstellbare Schlagkraft-Do­ siereinrichtung der Umformmaschine vorgesehen ist.

Unter schlagender Umformmaschine wird hier der Schmiedehammer als Fallhammer und Oberdruckhammer und die Spindelschlagpresse verstanden. Wenn man das Werkstück auf ein genaues Endmaß schmie­ den will, ist es nötig, den unteren Umkehrpunkt des Bären bzw. Stößels genau zu erfassen. Dabei ist zu beachten, daß der auf­ schlagende Bär sehr rasch zurückprellt; die Zeit, in der der Bär im oder beim unteren Umkehrpunkt verharrt, ist sehr kurz. Die gesamte Umformmaschine ist heftigen Erschütterungen ausgesetzt, welche die Meßergebnisse verfälschen können. Die Temperaturen im Arbeitsraum sind sehr hoch, zumal das Obergesenk und das Unter­ gesenk mittels Gasflamme auf 200-300°C geheizt werden. Wenn die Werkzeuge, d. h. das Obergesenk und das Untergesenk nachgeschlif­ fen werden, dann wandert der untere Umkehrpunkt des Bären ent­ sprechend nach unten. Die Einhaltung und Überwachung von engen Dickentoleranzen beim Gesenkschmieden von Werkstücken auf schla­ genden Umformmaschinen ist ein Problem. Es ist dabei auch eine sogenannte kontrollierte und dokumentierte Fertigung erwünscht, bei der für jedes Werkstück beim letzten Umformschlag die Werk­ stückdicke gemessen und gespeichert wird. Es ist also eine auto­ matische Dickenmessung während des Schmiedens erwünscht. Dies sind Schwierigkeiten, die zu beachten sind, wenn man mit einer schlagenden Um­ formmaschine Werkstücke mit erhöhter Genauigkeit schmieden will.

Bei einer bekannten (DE-AS 12 99 205) Vorrichtung zur Steuerung einer schlagenden Umformmaschine bezüglich Werkstück-Dicke der eingangs ge­ nannten Art arbeitet die Wegmeßeinrichtung kapazitiv mit einer Kapazität zwischen Gestell und Bär. Im Hinblick auf die erwünschte Enddicke des Werkstückes wird an einem Kondensator ein Dicke-Sollwert eingestellt. Wenn die Wegmeßeinrichtung einen gleichen Istwert angibt, wird der Bär stillgesetzt. Es handelt sich hier um einen kontaktlosen, verstellbaren "Endschalter". Die Vielzahl der für ein Werkstück nötigen Schläge wird mit einer zusätzlichen Einrichtung gesteuert. Der Bedienungsmann betätigt die Dosiereinrichtung aufgrund seiner Erfahrung von Hand, wenn er die jeweilige Schlagenergie von Schlag zu Schlag an den jeweiligen Zustand des Werk­ stückes anpassen will. Dies bedeutet z. B., daß am Schluß einer Werkstück­ bearbeitung zwei oder mehr energiearme Schläge durchgeführt werden statt eines energiereicheren Schlages.

Es ist auch eine Vorrichtung zur Steuerung einer Schmiedepresse bekannt (DE-OS 25 36 532), bei der eine Folge gleicher pressender Schmiedehübe über die Länge des Schmiedestückes verteilt durchgeführt wird. Die Steue­ rung ist so vorgesehen, daß bei jedem pressenden Schmiedehub das er­ wünschte Schmiedemaß erreicht wird. Die Vorrichtung zum Steuern soll überwachen, daß der jeweils pressende Schmiedehub in einer erwünsch­ ten, vorgegebenen Weise abläuft. Bei dieser bekannten Schmiedepresse-Vor­ richtung ist vorgesehen, daß eine Wegmeßeinrichtung an eine elektronische Steuereinrichtung angeschlossen ist, die den unteren Umkehrpunkt des Oberwerkzeugs und die zugeordnete Werkstück-Dicke ermittelt und ebenso wie ein Sollwertgeber an eine elektronische Vergleich-Steuereinheit ange­ schlossen ist, die ein differenzbildendes Glied enthält und die auf die Schlag­ kraft-Dosiereinrichtung einwirkt.

Bei der bekannten (DE-OS 25 36 532) Vorrichtung ermittelt die Steuereinrich­ tung den unteren Umkehrpunkt und die zugehörige Werkstück-Dicke am Ende des pressenden Schmiedehubes und veranlaßt dann, daß der gleiche Schmiedehub an einer anderen Seite des Schmiedestückes durchgeführt wird. Die Wegmeßeinrichtung ist als Zahnstange, Ritzel und Impulsgeber ausgebildet. Die bekannte Vorrichtung ist für die relativ langsamen Bewegun­ gen des Oberwerkzeugs einer pressenden Umformmaschine ausgelegt. Es ist nicht erkennbar, wie mit der bekannten Vorrichtung bei einer schlagenden Umformmaschine die durch eine Folge von Schlägen erreichte Enddicke des Werkstückes genauer und mit verbesserter Dosierung der Schlagenergie der einzelnen Schläge der Folge erzeugt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei der in vollautomatisierter Weise die Enddicke der Werk­ stücke genauer und mit verbesserter Dosierung der Schlagenergie der Schläge der Folge erzeugt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmeßeinrichtung an eine elektronische Steuereinrichtung angeschlossen ist, die den unteren Um­ kehrpunkt des Obergesenks und die zugeordnete Werkstück-Dicke ermittelt und ebenso wie ein Sollwertgeber an eine elektronische Vergleich- Steuereinheit angeschlossen ist, die ein differenzbildendes Glied enthält und auf die Schlagkraft-Dosiereinrichtung einwirkt, daß die Steuereinrichtung den unteren Umkehrpunkt und die zugeordnete Werkstück-Dicke für jeden Schlag der Folge ermittelt und das differenzbildende Glied die jeweilige Einstellung der Schlagkraft-Dosiereinrichtung für den nächsten Schlag aus einem Programmspeicher abruft, daß die Wegmeßeinrichtung vorgesehen ist, indem der Bär an einer Seite mit einer Schräge versehen ist, auf welche ein ortsfest angebrachter Abstandssensor ausgerichtet ist, wobei der vom Abstandssensor ermittelte Abstand Sensor-Schräge beim unteren Umkehrpunkt der jeweiligen Werkstück-Dicke entspricht, und daß die Steuereinrichtung auf den Wechsel des Vorzeichens der Änderung des Abstandes Sensor-Schräge anspricht.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird jeder untere Umkehr­ punkt unter Berücksichtigung der Betriebsverhältnisse einer schla­ genden Umformmaschine meßtechnisch mit erhöhter Genauigkeit er­ faßt und wird daraus auf die Ist-Dicke des Werkstückes geschlos­ sen. Die von der Schäge und dem Abstandssensor gebildete Weg­ meßeinrichtung gewährleistet die erforderliche Genauigkeit der Dickenmessung. Bei jedem Schlag der Folge wird die jeweilige Dicke des Werk­ stückes gemessen sowie der Steuereinrichtung und ggf. einer Spei­ chereinrichtung zugeführt und von dieser aufgenommen. In dem Pro­ grammspeicher ist angegeben, mit welcher Schlagenergie bei der gemessenen Dicke der nächste Schlag der Folge durchzuführen ist, um mit möglichst wenig weiteren Schlägen am schnellsten und am genauesten an die gewünschte Enddicke heranzukommen. Mit Hilfe der sehr ge­ nauen Dickenmessung pro Schlag wird jeweils selbsttätig über die Steuereinrichtung und die Steuereinheit der nachfolgende Schlag in der Kraft bzw. der Energie so eingestellt, wie es im Hinblick auf die wachsende Annäherung an die Enddicke bzw. den Sollwert im Programmspeicher vorgesehen ist. Diese Gestaltung ist möglich, weil bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei jedem Umformschlag die jeweilige Dicke des Werkstückes gemessen wird und in der Steuereinrichtung sowie in der Speichereinrichtung aufgenommen wird.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn die Schräge im Bär untergebracht und dem Gestell zugewendet ist und dieses den Abstandssensor trägt. Es liegt eine in verbesserter Weise geschützte Anordnung der vom Abstandssensor und der Schräge ge­ bildeten Wegmeßeinrichtung vor. Die Schwierigkeit, eine Schräge dauerhaft am Bär zu befestigen, ist entfallen.

Der Abstandssensor arbeitet z. B. kapazitiv oder mit Ultraschall. Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Ab­ standssensor ein Wirbelstrom-Wegeaufnehmer ist. Dieser ist be­ sonders störsicher und besonders genau. Es wird ein Wechselmagnetfeld mit einer Frequenz von z. B. 1 MHz erzeugt, das in der Schräge einen Wirbelstrom induziert.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der Bär an zwei einander gegenüberliegenden Seiten am Gestell geführt ist, wenn die Wegmeßeinrichtung an den beiden geführten Seiten je einen Abstandssensor und eine Schräge bildet und wenn der Anschluß der beiden Abstandssensoren an die Steuereinrichtung über ein Additionsglied vorgesehen ist. Durch den Einsatz und die Anordnung der beiden Abstandssensor-Wegmeßeinrichtungen wird das Spiel des Bären relativ zum Gestell ausgeglichen. Wenn durch Spiel auf einer Seite ein größerer Abstand gegeben ist, dann ist der Abstand auf der anderen Seite des Bären im gleichen Ausmaß kleiner.

Die Umformmaschine weist die Schlagkraft-Dosiereinrichtung auf. Das ist bei einem Fallhammer die Einrichtung, die einstellt, wie hoch der Bär für einen Schlag gehoben wird. Bei einem Oberdruck­ hammer ist es die Einrichtung, die einstellt, wie lange der Ober­ druck für einen Schlag wirkt. Und bei einer Spindelschlagpresse koppelt die Schlagkraft-Dosiereinrichtung z. B. das dauernd um­ laufende Schwungrad von der Spindel ab. Bei einer solchen Umform­ maschine läßt sich die Schlagkraft für jeden Schlag in Anpassung an die jeweilige Dicke des Werkstückes einstellen.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn der Abstandssensor und die Steuereinrichtung an eine elektronische Bemusterungseinrichtung angeschlossen sind, welche eine Speicher­ einheit zur Speicherung der Dicke-Wert bei jedem Schlag der Um­ formung eines Muster-Werkstückes und eine Wahleinheit zur Aus­ wahl und zum Festhalten eines dieser gespeicherten Dicke-Werte als Sollwert-Enddicke aufweist. Das Muster-Werkstück wird geschmie­ det, wobei es irgendwann die gewünschte Sollwert-Enddicke hat. Dieser ausgewählte Sollwert wird von der Elektronik gelernt. Durch die elektronische Speicherung des unteren Umkehrpunktes bzw. der zugehörigen Werkstück-Dicke läßt sich sehr einfach der erwünschte Sollwert festlegen. Dieses Vorgehen berücksichtigt, daß die Um­ formmaschine sich beim Schlagen staucht und dieses Stauchen das Meßergebnis nicht beeinflussen darf. Der Sollwert der Werkstück- Dicke wird festgelegt durch den Bärstand, bei dem die erwünschte Dicke des Muster-Werkstückes angefallen ist.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es sodann, wenn der Ab­ standssensor und die elektronische Steuereinrichtung an eine elek­ tronische Speichereinrichtung angeschlossen sind, welche die dem Sollwert entsprechende Enddicke aufgrund des zugeordneten unteren Umkehrpunktes des Bären festhält. Der untere Umkehrpunkt wird als Minimalwert der kontinuierlichen Wegmessung ermittelt. Die unmittelbar auf das Gesenk bezogene Dickenmessung erhöhter Ge­ nauigkeit macht es sinnvoll, das Meßergebnis der Enddicke selbst­ tätig, d. h. elektronisch zu speichern und zwar festzuhalten bzw. zu notieren. Für jedes fertiggestellte Werkstück ist zum Zeit­ punkt des Entfernens aus dem Gesenk die Enddicke bereits genau gemessen und selbsttätig gespeichert bzw. festgehalten.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfin­ dung dargestellt und zeigt

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Steuerung einer schla­ genden Umformmaschine bezüglich Werkstück-Dicke und

Fig. 2 schematisch eine Vervollständigung der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Die Vorrichtung gemäß Zeichnung ist an einer als Fallhammer aus­ gebildeten Umformmaschine 1 vorgesehen, die ein mit zwei Ständern versehenes Gestell 2 umfaßt, das oben ein Querhaupt aufweist und unten einen Amboß 3 aufnimmt. An dem Gestell 2 ist ein Bär 4 auf- und abbewegbar geführt, der über eine Stange mittels einer Kol­ ben-Zylinder-Einrichtung 5 betätigbar ist, die auf dem Querhaupt des Gestelles 2 steht. Der Kolben-Zylinder-Einrichtung 5 wird Druckflüssigkeit über eine Leitung zugeführt, in der eine Schlag­ kraft-Dosiereinrichtung 6 angeordnet ist, die als Magnetventil ausgebildet ist. Der Bär 4 trägt ein Obergesenk 7 und der Amboß trägt ein Untergesenk 8.

Am Bär 4 und am Gestell 2 ist eine Wegmeßeinrichtung 9 vorgese­ hen, indem der Bär 4 selbst mit einer Schräge 10 versehen ist, die am Bär nach oben hin und dem einen Ständer zugewendet ange­ ordnet ist. Auf die Schräge 10 ist ein am Gestell 2 bzw. dessen einen Ständer angebrachter Abstandssensor 11 gerichtet, der als Wirbelstrom-Wegaufnehmer ausgebildet ist, dessen Signal ein Maß für den Abstand zur Schräge 10 ist. Die Wegmeßeinrich­ tung 9 wirkt auf eine Steuerelektronik 12, die ein Wechsel­ glied 13 umfaßt, das feststellt, wenn der Bär 4 den unteren Tot­ punkt durchfährt, und daraufhin einen Istwertgeber 14 veranlaßt, die der Lage des ermittelten Totpunktes entsprechende Werkstück­ dicke abzugeben. Diese wird einem differenzbildenden Glied bzw. Vergleichsglied 15 zugeführt, das an einen Sollwertgeber 16 angeschlossen ist. Die jeweils ermittelte Dickedifferenz wird einem Kontrollglied 17 zugeführt, das aus einem Programmspeicher 18 einen Schlagbefehl abruft und diesen an die Schlagkraft-Do­ siereinrichtung 6 abgibt.

Die vollständigere Darstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 2 deutet ein Spiel 19 an, das der Bär 4 auf beiden Seiten gegenüber dem führenden Gestell 2 hat. Das Spiel 19 ist berücksichtigt, indem die Wegmeßeinrichtung 9 auf beiden Ständerseiten des Bären 4 jeweils mit einem Abstandssensor 11 und einer Bär-Schräge 10 versehen ist und die Signale der beiden Abstandssensoren auf ein Addierglied 20 einwirken. Das die unteren Totpunkte feststellende Wechselglied 13 und der Istwertgeber 14 wirken auch auf eine elektronische Speichereinrichtung 21 ein, welche die Enddicken sämtlicher gefer­ tigter Werkstücke festhält und den jeweiligen Werkstücken zuge­ ordnet abgeben kann. Das die unteren Totpunkte bzw. Umkehrpunkte feststellende Wechselglied 13 und der Istwertgeber 14 wirken weiter­ hin auf eine Speichereinheit 22 ein, welche auf Wunsch eine Vielzahl von Dickewerten speichert und mittels einer Wahleinheit 23 einen bestimmten Dickewert als Sollwert an den Sollwertgeber 16 abgibt.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Steuerung einer schlagenden Gesenk-Umformmaschine bezüglich der durch eine Folge von Schlägen erreichten Enddicke eines fertiggestellten Werkstückes,
bei der ein Bär mit einem Obergesenk relativ zu einem Untergesenk an einem Gestell bezüglich eines unteren Umkehrpunktes hin- und herbe­ wegbar ist,
bei der dem Bär und dem Gestell eine Wegmeßeinrichtung zugeordnet ist, die als Istwertgeber ebenso wie ein Sollwertgeber an einen Vergleich angeschlossen ist, und
bei der eine verstellbare Schlagkaft-Dosiereinrichtung der Umformma­ schine vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wegmeßeinrichtung (9) an eine elektronische Steuereinrichtung angeschlossen ist, die den unteren Umkehrpunkt des Obergesenks (7) und die zugeordnete Werkstück-Dicke ermittelt und ebenso wie ein Sollwertgeber an eine elektronische Vergleich-Steuereinheit angeschlos­ sen ist, die ein differenzbildendes Glied (15) enthält und auf die Schlag­ kraft-Dosiereinrichtung einwirkt,
daß die Steuereinrichtung (13, 14) den unteren Umkehrpunkt und die zugeordnete Werkstück-Dicke für jeden Schlag der Folge ermittelt und das differenzbildende Glied (15) die jeweilige Einstellung der Schlag­ kraft-Dosiereinrichtung für den nächsten Schlag aus einem Programm­ speicher (18) abruft,
daß die Wegmeßeinrichtung (9) vorgesehen ist, indem der Bär (4) an einer Seite mit einer Schräge (10) versehen ist, auf welche ein ortsfest angebrachter Abstandssensor (11) ausgerichtet ist,
wobei der vom Abstandssensor (11) ermittelte Abstand Sensor-Schräge beim unteren Umkehrpunkt der jeweiligen Werkstück-Dicke entspricht, und
daß die Steuereinrichtung (13, 14) auf den Wechsel des Vorzeichens der Änderung des Abstandes Sensor-Schräge anspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schräge (10) im Bär (4) untergebracht und dem Gestell (2) zu­ gewendet ist und dieses den Abstandssensor (11) trägt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandssensor (11) ein Wirbelstrom-Wegaufnehmer ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Bär an zwei einander gegenüberliegenden Seiten am Gestell geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmeßeinrichtung (9) an den beiden geführten Seiten je einen Abstandssensor (11) und eine Schräge (10) bildet und der Anschluß der beiden Ab­ standssensoren (11) an die Steuereinrichtung (13, 14) über ein Additionsglied (20) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandssensor (11) und die Steuer­ einrichtung (13, 14) an eine elektronische Bemusterungsein­ richtung angeschlossen sind, welche eine Speichereinheit (22) zur Speicherung der Dicke-Werte bei jedem Schlag der Umformung eines Muster-Werkstückes und eine Wahleinheit (23) zur Auswahl und zum Festhalten eines dieser gespeicherten Dicke-Werte als Sollwert-Enddicke aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandssensor (11) und die Steuerein­ richtung (13, 14) an eine elektronische Speichereinrichtung (21) angeschlossen sind, welche die dem Sollwert entsprechen­ de Enddicke aufgrund des zugeordneten unteren Umkehrpunktes des Bären (4) festhält.