DE69016650T2

DE69016650T2 - Regelungsanordnung und verfahren für das progressive brechen von zu behandelnden stücken.

Info

Publication number: DE69016650T2
Application number: DE69016650T
Authority: DE
Inventors: David F Capps
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2010-03-01
Also published as: DE69016650D1; EP0461184A4; US5042336A; JPH04505284A; CA2045637C; CA2045637A1; EP0461184B1; EP0461184A1; WO1990009882A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Pressen und spezifisch auf Hydraulikpressen für Stanz- oder Schervorgänge und spezifischer auf Steuerungsvorrichtungen an Hydraulikpressen.
Werkstücke werden normalerweise in hydraulisch betriebenen oder Hydraulikpressen gestanzt oder geprägt. Derartige Pressen bestehen aus einem Rahmen mit einem Bett, auf dem sich ein Unterstempel befindet. Ein hydraulisch bedienter Zylinder ist z.B. ein Hydraulikzylinder mit einem beweglichen Kolben auf dem oberen Rahmenteil, der einen Kolben, auf dem sich ein Oberstempel befindet, in ein Metallblech treibt, das sich zwischen den Stempeln befindet, um ein Werkstück aus dem Metallblech zu stanzen oder zu scheren.
Wenn der Stempel oder Oberstempel einrückt und sich durch das Metallblech bewegt, wird eine Kraft von mehreren Tonnen auf die Stempel und den diese umgebenden Pressenrahmen ausgeübt, die sich allmählich auf eine Höchstkraft steigert. An diesem Punkt dringt der Oberstempel durch das Metallblech. Die Kräfte werden während des Scher- oder Prägevorgangs gedämpft und als Verzerrung oder Durchbiegung im Pressenrahmen und in den Stempeln gespeichert.
Diese Kräfte werden plötzlich freigesetzt, wenn der Oberstempel durch das Metallblech bricht und führen zu unannehmbaren Stößen, Geräuschen und Schwingungen. Diese Belastungen erhöhen sich entsprechend mit der beim Stanz- oder Schervorgang angewandten Kraft.
Die Stöße, Geräusche und Schwingungen wirken sich nachteilig auf die Presse, Anlagen in der Umgebung und Personen in Pressennähe aus. Ferner entsteht dieser unannehmbare Zustand bei jedem Arbeitsvorgang der Presse und erhöht sich mit der Kraft und Größe der Presse.
Wegen der Geräusche und Stöße, die von Pressen bei Stanz- und Schervorgängen verursacht werden, wurden Pressen in Räumen aufgestellt, die von anderen Herstellvorgängen getrennt sind wie in einem getrennten Gebäude oder einem Teil eines großen Gebäudes, das von anderen Herstellvorgängen isoliert ist. Dabei werden Transport, Lagerung und zusätzliche Handhabung der gestanzten Teile erforderlich, so daß sich ihre Kosten erhöhen, wobei dies zu möglicher Beschädigung der Teile führt.
Um die unannehmbaren Merkmale von Stanzpressen zu mildern oder auf ein Mindestmaß zu beschränken, wurden Versuche gemacht, um die von einer Presse verursachten Geräusche und Schwingungen zu mindern. Derartige Versuche erstrecken sich auf Stoßdämpfersysteme in der Presse, die die Freigabe der gespeicherten Kräfte über einen Hydraulikzylinder dämpfen sowie einen beschränkenden Öldurchsatzweg usw. in der Hydraulik der Presse. Weitere Systeme regulieren die Geschwindigkeit der Presse während des Vorlaufs, um die Presse zu bremsen, wenn der Stempel das Werkstück durchbricht, um die Stoßkraft des Oberstempels auf Bett und Rahmen der Presse auf ein Mindestmaß zu beschränken.
In GB-A-2186394 zum Beispiel hat der Erfinder mehrere Geräuschquellen festgestellt, zum Beispiel die Geräusche, die durch den anfänglichen Metallkontakt und solche, die bei Durchbruch durch das Metall entstehen. Zur Kontrolle derartiger Geräusche wurde in GB-A-2186394 vorgeschlagen, die Geschwindigkeit der Presse zu regulieren, besonders am Scherpunkt, um zu versuchen, die verursachten Geräusche zu kontrollieren. Die im Pressenrahmen gespeicherten Kraft werden nicht während des Metallstanzvorganges freigegeben, jedoch wird ein Versuch gemacht, den endgültigen Bruch des Werkstückes so zu kontrollieren, daß der letztendliche Bruch des Metalls bei einer niedrigeren Geschwindigkeit auftritt, mit der Absicht, die verursachten Geräusche zu reduzieren. In DE-A-3230930 wird auf das Werkstück eine variable Kraft ausgeübt. Dieses Patent bezieht sich jedoch auf eine Kaltverformungspresse und nicht auf eine Metallblech-Stanze. Die Bewegung des Kolbens wird während der Verformungsvorgangs so in Stufen gedämpft, daß im Verformstempel ein gleichmäßiger Metallfluß entsteht, um ein Teil mit strengeren Toleranzen herzustellen. Die Verformpresse bewegt sich und hält dann in vorgelaufener Stellung längere Zeit an, damit das Material des Werkstückes fließen und sich auf den Druck einstellen kann, bevor sich die Presse weiter bewegt.
Versuche, die Geräusche und Schwingungen zu mindern, die bei einem Stanz- und Scherpressen- Vorgang entstehen, waren jedoch von beschränktem Erfolg. Ferner benötigt man für derartige Versuche Elemente und Bedienungselemente, die die Pressenkosten erhöhen.
Es wäre daher wünschenswert, wenn eine Steuerungsvorrichtung und ein Verfahren für eine Stanz- oder Scherpresse verfügbar wäre, die die mit dem Betrieb von Stanz- oder Scherpressen verbundenen Geräusche und Schwingungen mindern. Ferner wäre es wünschenswert, wenn eine Steuerungsvorrichtung und es ein Verfahren zum Reduzieren von Geräuschen und Schwingungen in einer Stanzpresse gäbe, die ohne weiteres konventionellen Pressenausführungen angepaßt werden könnten.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Steuerungsvorrichtung und ein Verfahren zum progressiven Brechen eines Werkstückes aus Metallblech in einer Presse zu bieten, die aus einem beaufschlagbaren, hydraulisch betriebenen Zylinder besteht, der einen Stempel durch das Metallblech hin- und herbewegt.
Aus einem Aspekt gesehen bietet die Erfindung ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes in einer Presse mit einem beweglichen Kolben, dessen Hin- und Herbewegung von einem hydraulisch betriebenen, beaufschlagbaren Zylinder gesteuert wird, bestehend aus folgenden Schritten:
Vorlauf des Kolbens von einer normalerweise geöffneten, eingezogenen Position auf das Werkstück zu; Messen der vom Kolben zurückgelegten Entfernung;
Abschalten des Kolbenvorlaufs nach Zurücklegen einer zuvor bestimmten Entfernung;
Abblasen des Drucks auf die Presse, bedingt durch den beaufschlagten Kolbenvorlauf;
weiterer Vorlauf des Kolben von der ersten vorbestimmten zurückgelegten Entfernung;
und Rücklauf des Kolbens auf geöffnete zurückgelaufene Position;
dadurch gekennzeichnet, daß
das Verfahren ein Verfahren zum Scheren des Werkstückes aus einem Metallblech ist;
wobei die erste zurückgelegte vorbestimmte Entfernung dem Anfang des Metallblech-Bruches entspricht und die zweite Entfernung kleiner als die Gesamtstärke des Metallbleches ist;
und der weitere Kolbenvorlauf von der ersten vorbestimmten Entfernung den Kolben durch die ganze Materialstärke führt, um das Werkstück aus dem Metallblech zu trennen.
Aus einem weiteren Aspekt gesehen bietet die Erfindung eine Steuerungsvorrichtung zum Steuern eines hydraulisch betätigten Zylinders, der mit einem Öl aus einer Ölquelle beaufschlagbar ist, um einen Kolben in einer Presse zu bewegen, bestehend aus:
einer Ventilvorrichtung zum Steuern der Richtung des Ölstroms in den Zylindern, um den Kolben im Verhältnis zum Zylinder aus- und einzufahren;
einer Vorrichtung zum Messen der zurückgelegten Kolbenentfernung, wobei die Entfernungsmeßvorrichtung ein Ausgangssignal abgibt, das eine derartige zurückgelegte Entfernung anzeigt;
und einer Steuerungsvorrichtung, die ein gespeichertes Steuerungsvorrichtungsprogramm als Reaktion auf das Ausgangssignal der Entfernungsmeßvorrichtung ausführt, um das Ventil zu steuern, um den Kolben in bestimmten Schritten vorlaufen zu lassen,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorrichtung eine Scherpresse für Metallblech-Werkstücke ist und jeder stufenweise Vorlauf einer zunehmenden Entfernung durch die Gesamtstärke des Metallbleches entspricht;
die Steuerungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Vorlaufen des Kolbens über eine erste vorbestimmte Entfernung durch das Metallblech einschließt, wobei die erste Entfernung kleiner als die Gesamtstärke des Metallbleches ist und dem Bruch-Ausgangspunkt des Metallbleches entspricht;
einer Vorrichtung, die den Vorlauf des Kolben an der ersten vorbestimmten Entfernung im Metallblech anhält;
und einer Vorrichtung zum Vorlaufen des Kolbens über eine zweite Entfernung, die sich ganz durch das Metallblech erstreckt, um das Werkstück vom Metallblech zu trennen.
Die Kontrollvorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung mindern auf spezifische Weise die Geräusche und Schwingungen, die mit einer Scher- oder Stanzpresse einhergehen, in der ein Werkstück aus Metallblech gestanzt wird. Durch Mindern der Geräusche und Schwingungen kann die Stanz- oder Scherpresse neben anderen Herstellvorgängen aufgestellt werden, anstatt sie in einem getrennten Gebäude oder in bestimmter Entfernung von anderen Herstellvorgängen aufstellen zu müssen, wie dies zur Zeit der Fall ist. Damit wird die Notwendigkeit ausgeschlossen, daß die gestanzten Teile zwischen Stanz- und Scher-Vorgängen und weiteren Herstellvorgängen getrennt behandelt, transportiert und gelagert werden müssen.
Die geminderten Geräusche und Schwingungen, die durch die Steuerungsvorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung bedingt sind, werden durch eine einfache Steuerungsvorrichtung und ein Verfahren erzielt, die die Verarbeitungszeit einer Stanzpresse nicht bedeutend verlängern.
Die verschiedenen Merkmale, Vorteile und anderen Einsatzmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und Zeichnung offensichtlicher, wobei:
Abbildung 1 ein Blockdiagramm der Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist, die zum Betrieb einer Hydraulikpresse eingesetzt wird;
Abbildung 2A und 2B detaillierte Blockdiagramme der Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung sind;
Abbildung 3 eine Schemazeichnung der Hydraulikschaltung der Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist;
Abbildung 4 ein Diagramm ist, das den Druck oder die Pressenkraft im Vergleich zur Zeit während eines Pressenvorgangs darstellt;
Abbildung 5 ein Diagramm ist, das die Kolbenposition im Vergleich zur Zeit während eines Pressenvorgangs darstellt;
Abbildung 6 ein Ablaufdiagramm ist, das die Betriebsart "Selbstlehren" des Steuerungsprogramms darstellt, das von der Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, um die Sollwerte festzulegen; und
Abbildung 7 ein Ablaufdiagramm ist, das die automatische Betriebsart des Steuerungsvorrichtungsprogramms darstellt, das von der Steuerungsvorrichtung ausgeführt wird.
In der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung werden die gleichen Bezugsnummern für die gleichen Teile benutzt, die in den verschiedenen Abbildungen der Zeichnung dargestellt sind.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerungsvorrichtungsvorrrichtung und ein Verfahren zum Mindern der Geräusche und Schwingungen, die durch die in einer Hydraulikpresse gespeicherte Energie bei einem Stanz- oder Schervorgang entstehen.
Wie in Abbildung 1, 2 und 3 dargestellt, besteht die vorliegende Erfindung aus einer Steuerungsvorrichtung, allgemein mit 10 bezeichnet, die den Betrieb einer Hydraulikpresse 12 steuert. Wie in größerem Detail nachstehend beschrieben, enthält die Presse 12 einen Hydraulikzylinder 14.
Obgleich die Steuerungsvorrichtung 10 mit jeder konventionellen Hydraulikpresse eingesetzt werden kann, die aus einem oder mehreren Hydraulikzylindern besteht, wie in Abbildung 3 in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, besteht die Presse 12 vorzugsweise aus einem allgemein C-förmigen Rahmen 18 mit im Abstand voneinander angeordneten oberen und unteren Teilen 20 bzw. 22. Ein Einzelzylinder 14, der sich hin- und herbewegt, ist im oberen Teil 20 des Rahmens 18 angeordnet.
Der Zylinder 14 enthält einen beweglichen Kolben 24, an den sich eine bewegliche Kolbenstange 26 anschließt. Die Stange 26 hat einen Kolben oder einen Stempel 28 an der Außenseite, der einen ersten oder Oberstempel 30 aufnimmt. Ein entsprechend geformter Unterstempel 32 befindet sich im unteren Teil oder Bett 22 des Rahmens 18 der Presse 12.
Wie nachstehend beschrieben, steuert die Steuerungsvorrichtung 10 den Betrieb der Presse 12 durch Aus- und Einfahren des Kolbens 24 und der Kolbenstange 26. Die mit der Presse 12 insgesamt verbundenen Maschinenfunktionen werden von einer Maschinensteuerung 34 gesteuert, die die Stromversorgung der Presse 12 reguliert, das Ein- und Ausschalten des Hydraulikaggregats, wie nachstehend beschrieben und der Förderer oder anderer Transportvorrichtungen, die zum Transport eines Metallbleches 16 durch die Presse 12 eingesetzt werden. Vorzugsweise besteht die Maschinen- Steuerungsvorrichtung 34, jedoch nur anhand eines Beispiels, aus einer programmierbaren Steuerungsvorrichtung wie einer Allen-Bradley PLC2/30. Die Maschinensteuerung 34 ist mit einer Steuerungsvorrichtung 10 über eine Standardschnittstelle RS-232-C 36 mit einer Sende- Geschwindigkeit von 9600 Baud verbunden. Die über die Schnittstelle 36 gesandten Signale liefern Befehle zum Schließen und Öffnen des Stempels 30 in der Presse 12 und senden verschiedene Zustandsdaten an die Maschinensteuerung 34, die dem Betriebszustand der Presse 12 entsprechen.
Wie in Abbildung 1, 2A, 2B und 3 dargestellt, besteht die Steuerungsvorrichtung 10 aus einer Steuerungsvorrichtung oder einer Zentraleinheit 40, vorzugsweise einem auf einem Mikroprozessor beruhenden Computer, der ein Steuerungsvorrichtungsprogramm ausführen kann, das in einem Speicher 42 gespeichert ist. Entsprechend einem Beispiel besteht die Zentraleinheit 40 aus einem Intel 8088 SBC-88/25 Einzelplattencomputer, beruhend auf einem Intel 8088 Mikroprozessor, der auf 5 MHz getaktet ist. Der Speicher 42 ist über Kabel an die Zentraleinheit 40 angeschlossen, um Daten und Signale zwischen diesen zu übertragen. Die Eingaben in die Zentraleinheit 40 schließen die Schnittstelle RS-232-C 36 von der Maschinensteuerung 34, das Ausgangssignal 44 eines Entfernungsmessers oder des Meßwandlers 48 und das Ausgangssignal 46 eines Druckmeßwandlers 50 ein.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Entfernungsmesser oder Meßwandler 48 aus einem Gerät, das ein Ausgangssignal abgeben kann, das die Laufentfernung oder Position des Kolbens 24 oder der Kolbenstange 26 des Zylinders 14 an der Presse 12 anzeigt. Vorzugsweise wird in der vorliegenden Erfindung ein Temposonics Meßwandler Modell 011003050208 verwendet. Der Meßwandler 48 befindet sich am Ende des Zylinders 14 und schließt einen länglichen Draht 49 ein, der sich durch eine Bohrung erstreckt, die im Kolben 24 und in der Kolbenstange 26 gebildet wird. Ein Dauermagnet 51 ist in oder auf den Kolben 24 montiert und umgibt den Innendurchmesser und den Draht 49. Der Draht 49 wird aus einem magnetstriktiven Werkstoff gebildet und verzerrt oder verdreht sich durch das Magnetfeld des Magneten 51. Der Meßwandler 48 sendet über den Draht 49 Impulse, und das Zeitintervall des Rücksignals, das von der Lage der Verzerrung oder der Verdrehung im Draht 49 beeinflußt wird, ermöglicht die Anzeige der Position oder der Laufentfernung in Tausendstel Zoll- Inkrementen für den Kolben 24 und die Kolbenstange 26 und den daran befindlichen Kolben 28 und den Oberstempel 30.
Das Ausgangssignal 44 vom Meßwandler 48, Abbildung 2A wird von einer digitalen Temposonics Schnittstellenschaltung 45 Modell 0110030540103 und einer Temposonics Zählerschaltung 47 Modell 0110030591005 konditioniert, bevor es über eine digitale Intel Schnittstellenschaltung 53 Modell SBC- 519 an die Zentraleinheit gesandt wird.
Der Druckmeßwandler 50 kann ein Druckmeßwandler beliebiger Art sein, der ein Ausgangssignal abgeben kann, das den Öldruck in der Hydraulikschaltung anzeigt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Meßwandler 50 um einen Ashcroft Meßwandler Modell H-K5-5-050-D-5-MRW-15-CL. Wie in Abbildung 3 dargestellt, ist der Druckmeßwandler 50 an die Ansaugung der Hydraulikschaltung zum Zylinder 14 angeschlossen, wie nachstehend beschrieben. Das Ausgangssignal vom Druckmeßwandler 50 ist ein analoges Signal, das zwischen 1 und 5 Volt Gleichstrom schwankt. Eine geeignete Signal- Konditionierschaltung 52 wird mit dem Druckmeßwandler 50 eingesetzt, um das Ausgangssignal vom Druckmeßwandler 50 auf die von der Zentraleinheit 40 benötigten Spannungswerte zu wandeln.
Mehrere digitale Ausgangssignale werden von der Zentraleinheit 40 über die E/A-Module 55 abgegeben. Die E/A-Module 55 nehmen die Signalkonditionierung vor, und es entstehen kompatible Spannungswerte, die von Opto-22 oder Dritten angebotene E/A-Module sein können.
Die Zentraleinheit 40 erzeugt Ausgangssignale zu den E/A-Modulen 55, die entsprechende Ausgangssignale 68 bzw. 70 erzeugen, die an die Sperrventile 72 bzw. 74 gesandt werden, die mit einem Proportionalventil 57 und einem Servoventil 62 verbunden sind.
Der Pumpendruck entsteht durch die Zentraleinheit 40 über Ausgangssignale zu einer Pumpen- Regelventilschaltung, die mehrere digitale Drucksignale abgibt, die mit 76, 78 und 80 bezeichnet werden. Diese sind an die Pumpen-Regelventile 82, 84, bzw. 86 angeschlossen, wie in Abbildung 3 dargestellt und wie im Einzelnen nachstehend beschrieben. Die Ausgangssignale 76, 78 und 80 sind digitale Signale und schwanken zwischen null und +24 V Gleichstrom.
Die Zentraleinheit 40 erzeugt ferner ein Ausgangssignal 88 durch ein E/A-Modul 55 zur Steuerungsvorrichtung eines kombinierten Pumpen-Durchsatzventils 92, dessen Zweck später genauer beschrieben wird. Das Signal 88 schwankt zwischen null und +24 Volt Gleichstrom.
Abschließend werden die Speicherfüll- und -entleerventile 94 und 96 von den Steuersignalen 98 bzw. 100 gesteuert, die von den E-/A-Modulen 55 erzeugt werden, gesteuert durch Ausgangssignale von der Zentraleinheit 40. Die Ausgangssignale 98 und 100 sind digitale Signale, deren Spannung zwischen null und +24 V Gleichstrom liegt. Sie werden zum Füllen und Entleeren eines Speichers benutzt, wie nachstehend beschrieben. Analoge Ausgangssignale werden von der Zentraleinheit 40 zum Ansteuern des Proportionalventils 57 und des Servoventils 62 abgegeben, um unterschiedliche Öldurchsätze zum Zylinder 14 zu erzeugen. Wie in Abbildung 2B dargestellt, erzeugt die Zentraleinheit 40 Signale zu einem Multiplexor 200 mit einem Verhältnis von 3:8. Der Multiplexor 200 gibt Ausgangssignale ab und wählt einen von zwei D/A-Wandlern. Ein Ausgangssignal vom Multiplexor 200 wird daher an eine erste Oktal-Kippschaltung gesandt, während ein zweites Ausgangssignal vom Multiplexor 200 an eine zweite Oktal-Kippschaltung 204 angeschlossen ist. Digitale Daten in Form eines Wortes von 8 Bit werden von der Zentraleinheit 40 an den ISBX Kanal des SPC88/25 Computers abgegeben und in die Kippschaltungen 202 oder 204 verklinkt, wie von "Daten wählen" vom Multiplexor 200 gewählt. Die Daten in der Kippschaltung 202 werden in einen D/A-Wandler 206 getaktet. Das Ausgangssignal des D/A-Wandlers 206 ist ein Gleichstromsignal von +/-10 Volt Gleichstrom, das von einem Verstärker 208 verstärkt und an eine Treiberschaltung 210 gesandt wird, z.B. eine Treiberschaltung, die von Ventil-Treiberschaltungen von Bosch, Modell 0811405026 und 0811405027 gebildet wird. Derartige Treiberschaltungen sind in erster Linie Strom-Treiberschaltungen, die dem Proportionalventil angepaßt sind.
Eine ähnliche Schaltung ist für das Servoventil 62 vorgesehen, bei dem das Ausgangssignal der Kippschaltung 204 an einen D/A-Wandler 212 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal des D/A- Wandlers 212 wird von einem Verstärker 214 verstärkt, und ein Eingangssignal wird an eine Treiberschaltung 216 wie eine Stromtreiberschaltung gesandt, die dem Servoventil 62 angepaßt ist. Die Treiberschaltung 216 kann jede geeignete Stromtreiberschaltung wie die von Dyval, Modell 23-5030 angebotene sein.
Unter Bezugnahme auf Abbildung 3 wird in dieser eine Hydraulikschaltung dargestellt, die Elemente enthält, die von der Steuerungsvorrichtung 10 gesteuert werden, um das Aus- und Einfahren des Kolbens 24 und der Kolbenstange 26 an der Presse 12 zu steuern. Eine Ölquelle 102, z. B. für Hydrauliköl, versorgt die Hydraulikschaltung mit Öl. Die Quelle 102 befindet sich über dem Motor 106 und den Pumpen 108 und 110, um das Aggregat durch Schwerkraft vorzufüllen und den Durchfluß zu bewirken. Die Pumpen 104 sind zur Versorgung der Zylinder 14 an der Presse 102 mit Flüssigkeit aus der Quelle 12 vorgesehen. Vorzugsweise besteht die Pumpe 104 aus einer Motorpumpe mit einem Motor 106, der eine erste Pumpe 108 und eine zweite Pumpe 110 antreibt. Beide Pumpen 108 und 110 sind über Filter 112 an die Quelle 102 angeschlossen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Motor 106 um einen Drehstrommotor von 40 PS, 1200 U/min. Die erste Pumpe 108 ist eine Hochvolumenpumpe mit einer Förderleistung von 40 Gallonen/min., die zum schnellen Vor- und Rücklauf des Kolbens 24 eingesetzt wird. Die zweite Pumpe 110 ist eine Hochdruckpumpe mit einer Förderleistung von 10 Gallonen/min.
Die Ventile 82, 84 und 86 bestehen aus einer Vorrichtung zum Beaufschlagen der Pumpen 108 und 110. Vorzugsweise werden drei Ventile 82, 84 und 86 in Form von Patronen-Magnetventilen von 24 V Gleichstrom eingesetzt, um drei spezifische Druckwerte zu erzielen. Von Hydra-Force hergestellte Patronenventile Modell SV-16-22-0-N-24DG können z.B. eingesetzt werden.
Vorgesteuerte Druckventile 114, 116 und 118 werden zwischen die Quelle 102 über die Ventile 82 und 84 und den Regleranschluß der zweiten Pumpe 110 angeschlossen. Jedes der Druckregelventile 114, 116 und 118 wird auf einen anderen vorbestimmten Druck, z.B. 600 PSI für das erste Druckregelventil 114, 200 PSI für das zweite Regelventil 116 und 2800 PSI für das dritte Regelventil 118 eingestellt.
Eine ähnliche Druckregelschaltung, die aus den Druckregelventilen 120 und 122 besteht, ist über das Pumpen-Regelventil 86 angeschlossen, das an den Regleranschluß der ersten Pumpe 108 angeschlossen ist. Die Ventile 120 und 122 erzeugen zwei spezifische voreingestellte Drücke von 600 PSI bzw. 2000 PSI für die erste Pumpe 108. Die Förderseiten der Pumpen 108 und 110 sind über die Rückschlagventile 124 bzw. 126 an die Druckansaugung oder die Ansaugung des Proportionalventils 57 bzw. des Servoventils 62 angeschlossen. Ein zweites Rückschlagventil 128 ist mit dem Rückschlagventil 124 in Serie geschaltet.
Ein kombiniertes Pumpenventil 92 in Form eines vorgesteuerten 2-Wege-Patronenmagnetventils von 24 V Gleichstrom ist unter Kontrolle der Steuerungsvorrichtung 10 zwischen den Rückschlagventilen 124 und 126 angeschlossen, wie in Abb. 3 dargestellt. Der Zweck des kombinierten Pumpenventils 92 besteht daraus, den Förderstrom der Pumpen 108 und 110 so zu kombinieren, daß mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagtes Öl entweder zum Proportionalventil 57 oder Servoventil 62 geliefert wird. Der Druck wird abhängig davon gewählt, welches der Druckregelventile 82, 84 und 86 eingeschaltet ist.
Der Förderstrom des kombinierten Pumpenventils 92 wird ferner an einen Speicher 130 über ein Speicher-Füllventil 94 angeschlossen. Der Speicher 130 liefert zusätzliches Ölvolumen zum schnellen Vor- und Rücklauf des Kolbens 24 zum Zylinder 14. Der Speicher 130 wird auf der Gasseite mit Stickstoff mit einem Druck von 1200 PSI vorgefüllt.
Das Speicher-Füllventil 94 ist ein 2-Wege-Magnetpatronenventil von 24 V Gleichstrom, das an den Speicher 130 angeschlossen ist, um den Speicher 130 mit dem von der ersten Pumpe 106 gelieferten voreingestellten Druck zu füllen. Ein ähnliches Ventil wird als Speicher-Entleerventil 96 verwendet, das ebenfalls an den Speicher 130 angeschlossen ist. Die Absaugung des Entleerventils 96 ist parallel an die Absaugung des kombinierten Pnmpenventils 92 an die Druckansaugung des Proportionalventils 57 angeschlossen.
Ein Sicherheitsdruckbegrenzungsventil 103 ist ein 2-Wege-Magnetpatronenventil von 24 V Gleichstrom, das zwischen dem Füllventil 94 und der Absaugung des Speichers 130 angeschlossen ist, so daß der Speicher 130 aus Sicherheitsgründen geleert werden kann, wenn der Netzstrom zur Presse 12 abgeschaltet wird. Bei normalem Betrieb wird das Sicherheitsentleerventil 103 über ein Steuersignal von der Maschinensteuerung 34 bedient, um den Zustrom vom Speicher 130 zum Tank 102 zu blockieren.
Die Steuerungsvorrichtung 10 enthält ferner ein Ventil zum Steuern der Öl-Durchsatzrichtung zu den Zylindern 14, damit der Kolben 28 aus- und einfahren kann. Obgleich ein Einzelventil mit konstantem Volumen eingesetzt werden kann, wird bevorzugt, daß ein Proportionalventil in der vorliegenden Erfindung Verwendung findet, um unterschiedliche Öl-Durchsatzgeschwindigkeiten zum Zylinder 14 zu erzielen. Damit entsteht die regulierte Beschleunigung und Verlangsamung des Kolbens 28 als Reaktion auf die Steuerungsvorrichtungssignale von der Steuerungsvorrichtung 40.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Ventilvorrichtung das doppelseitige Proportionalventil 57 für einen höheren Volumendurchsatz bei schnellem Aus- und Einfahren des Kolbens 28 zum und vom Metallblech 16 und ein zweiseitiges Servoventil 62 zur Feinregulierung bei Vorlauf des Kolbens 28 durch das Metallblech 16.
Das Proportionalventil 57 ist ein magnetgesteuertes 4-Wege-Ventil mit blockierter Mitte, das beaufschlagtes Öl in unterschiedlichen Mengen zum Zylinder 14 der Presse 12 leitet. Zum Beispiel kann das Proportionalventil 57 ein Bosch Ventil Modell 0811404401 sein. Die Druckansaugung des Proportionalventils 57 ist an die parallele Kombination der Druckseite des Speichers 130 angeschlossen und an die Druckseite des kombinierten Pumpenventils 92 über Rückschlagventile, wie in Abbildung 3 dargestellt. Die Absaugung A des Proportionalventils 57 ist an einen Anschluß 135 am Zylinder 14 angeschlossen, der mit der Ausfahrkammer 136 des Zylinders 14 verbunden ist. Die Absauganschluß B des Ventils 57 ist über ein Blockierventil 72 an einen anderen Anschluß 137 am Zylinder 14 angeschlossen, der mit der Rücklaufkammer 138 des Zylinders 14 in Verbindung steht.
Eine ähnliche Hydraulikschaltung ist für das Servoventil 62 vorgesehen, das auch aus einem 4-Wege- Magnetventil mit blockierter Mitte besteht. Zum Beispiel ist das Servoventil 62 ein von Dyval als Modell 15 angebotenes. Die Druckansaugung des Servoventils 62 ist an das kombinierte Pumpenventil 92 angeschlossen und die Tankansaugung über ein Rückschlagventil 132 und einen Filter 134 an den Tank oder die Ölquelle 102. Ein Blockierventil 74 ist zwischen der Absaugung B des Servoventils 62 und dem Anschluß 137 des Zylinders 14 angeschlossen. Die Absaugung A des Servoventils 62 ist parallel mit der Absaugung A des Proportionalventils 57 an den Anschluß 135 des Zylinders 14 angeschlossen.
Wie in Abb. 3 dargestellt, ist der Druckmeßwandler an den Gemeinschaftsanschluß der Absaugungen A der Ventile 57 und 62 und den Anschluß 135 des Zylinders 14 angeschlossen.
Die Blockierventile 72 und 74 sind 2-Wege-Magnetpatronenventile von 24 V Gleichstrom und werden eingesetzt um zu verhindert, daß der Stempel 30 abwärts wegläuft, wenn die Pumpe 104 ausgeschaltet wird. Die Blockierventile 72 und 74 werden ferner eingesetzt, um die Abwärtsbewegung des Kolbens 28 und des Stempels 30 bei Nothalt zu vermeiden oder anzuhalten oder wenn die Steuerungsvorrichtung nicht auf manuelle oder automatische Betriebsart geschaltet ist.
Ein Sicherheitsdruckbegrenzungsventil 139 ist an die Absaugung des Blockventils 72 angeschlossen und bei einem vorbestimmten Druck wie 3000 PSI auf Öffnen eingestellt, um Druckstöße in der Hydraulikschaltung zu vermeiden.
Es ist verständlich, daß die vorliegende Steuerungsvorrichtung und das Verfahren als Beispiel so beschrieben werden, daß sie einen Zylinder in einer Presse steuern. In diesem Beispiel werden das Proportionalventil 57, das Servoventil 62, die Blockierventile 72 und 74, der Druckmeßwandler 50, der Meßwandler zum Messen der Entfernung 48 und das Speicher-Entleerventil 96 spezifisch dem Zylinder 14 zugeordnet. Diese Elemente sind für jeden Zylinder in einer Presse, der von der Steuerungsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung gesteuert wird, zu duplizieren, wie zum Beispiel in einer mehrstufigen Stufenpresse, die mehrere Zylinder, Kolben und Stempel enthält. Der Speicher 130, die Pumpe 104 und die Druckregelventile 82, 84 und 86 gelten für alle derartigen Zylinder in einer mehrstufigen Presse.
Vor Beschreibung des detaillierten Betriebs der Steuerungsvorrichtung und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung werden zuerst in Verbindung mit Abbildung 4 und 5 die Drücke oder Kräfte und die Betriebsfolge beim Scheren oder Stanzen eines Werkstückes aus Metallblech beschrieben. Abb. 4 ist eine Kurve des Druckes im Vergleich zur Zeit bei einem Schervorgang. Der Druck ist die auf die Presse und die Stempel während des Schervorgangs ausgeübte Kraft, die sich ab Beginn des Vorgangs bis zu Punkt 150 linear erhöht. An diesem Punkt beginnt das Metallblech 16 nachzugeben. Der angesammelte Druck setzt sich ab Punkt 150 fort, steigt jedoch nicht so stark an, bis der Materialdurchbruch erfolgt, wie von Punkt 152 dargestellt. Nach dem Durchbruch wird die gespeicherte Energie schnell freigegeben, und der Druck fällt, wie bei Punkt 154 dargestellt. Diese schnelle Energiefreigabe während eines kurzen Zeitintervalls führt zu den mit einem Stanz- oder Schervorgang verbundenen starken Geräuschen und Schwingungen.
Die Steuerungsvorrichtung 10 und das Verfahren der vorliegenden Erfindung reduzieren derartige Geräusche und Schwingungen durch progressive Freigabe der gespeicherten Energie in mehreren Schritten in einem einzigen Pressenvorgang, so daß sich auf jeder Stufe niedrigere Geräuschpegel ergeben und ein Gesamt-Geräuschpegel, der unter dem einer einzelnen Stufe beim Stanzen oder Scheren eines Metallbleches entstehenden liegt.
Abb. 5 ist ein Diagramm mit der Darstellung der Position des Stempels 28 im Vergleich zur Zeit während eines Pressenvorgangs. In Abbildung 5 stellen die verschiedenen Nummern in Kreisen die Stellung des Kolbens 28 und des Oberstempels 30 in jeder Stufe während eines Pressenvorgangs dar. Diese Kreise sind die sogenannten "Sollwerte". Die mit 156 und 176 bezeichneten Sollwerte sind Null- Sollwerte, die anzeigen, daß die Stempel 30 und 32 geöffnet sind, wobei der Kolben 24 im Zylinder 14 ganz zurückgelaufen ist.
In Betrieb führt die Steuerungsvorrichtung 40 ein Steuerungsvorrichtungsprogramm aus, das im Speicher 42 gespeichert ist. Die Steuerungsvorrichtung 40 führt anfänglich eine "Selbstlehr"- oder Einrichtfolge aus, um die Sollwerte zu finden, die im stufenweisen Vorlauf des Kolbens 28 durch das Metallblech 16 zu verwenden sind. Das "Selbstlehr"-Ablaufdiagramm ist in Abbildung 6 dargestellt. Nach Beglnn und Initialisieren von Schritt 230 wird auf manuelle Betriebsart geschaltet. In dieser Betriebsart läuft der Kolben 28 in Schritt 232 manuell zur Oberfläche des Metallbleches 16 vor. Wenn der Kolben 28 die Oberfläche des Metallbleches 16 berührt, wird Schritt 234, der erste Sollwert, der in Abbildung 5 mit 158 bezeichnet ist, in Schritt 236 von der Steuerungsvorrichtung 40 berechnet. Ein Punkt bis zu 0,050" über der Oberfläche des Metallbleches 16 wird für den ersten Sollwert 158 gewählt.
Der Kolben 28 läuft durch das Metallblech 16 vor, um ein Ende der Bewegungsposition, Schritt 238 zu finden. Das Ende der Bewegungsposition wird gefunden, indem das vom Druckmeßwandler 50 abgegebene Druckausgangssignal und die Entfernung kontrolliert wird, z.B. wenn der Druck einen zweiten voreingestellten Wert übersteigt, und dieser verweilt dort zehn Sekunden lang, mit Stufen von unter 0,002" in der Entfernung. Ein Punkt, der sich 0,01" vor diesem Punkt befindet, wird berechnet und im Speicher 42 als der letzte Sollwert gespeichert, der in Abbildung 5 mit 172 bezeichnet ist. Dieser tritt in Schritt 240 auf, wie in Abbildung 6 dargestellt. Schritt 242 verursacht den Rücklauf des Kolbens 28 auf normale, ganz geöffnete, zurückgelaufene Position.
Nachdem die ersten und letzten Sollwerte 158 und 172 berechnet wurden, beginnt die Steuerungsvorrichtung 10 eine automatische "Selbstlehr-" oder Einrichtbetriebsart, um die restlichen Sollwerte zu bestimmen und zu berechnen. In Schritt 244 läuft der Kolben 28 schnell in Richtung auf das Metallblech 16 vor. Die Steuerungsvorrichtung 40 kontrolliert das Ausgangssignal des Entfernungsmeßwandlers 48 um zu bestimmen, wann der Kolben 28 den ersten Sollwert erreicht hat, wie in Schritt 246 dargestellt und wie von Sollwert 158 in Abbildung 5 bewiesen. An dieser Stelle zeichnet die Steuerungsvorrichtung 40 das Ausgangssignal des Druckmeßwandlers 50 auf und speichert das Druckausgangssignal im Speicher 42 für jedes Inkrement von 0,002" der Bewegungsentfernung des Kolbens 28 in Schritt 248.
Damit entsteht ein Druck-/Entfernungsdiagramm im Speicher 42, bei dem es sich um mehrere Druckwerte handelt, die in Folge im Speicher 42 für jede inkrementale Vorlaufentfernung gespeichert und benutzt werden, um die Maschinenleistung während eines normalen Arbeitsvorgangs zu kontrollieren.
Nachdem der Kolben 28 weiter durch das Metallblech 16 vorgelaufen ist, kontrolliert die Steuerungsvorrichtung 40 ständig das Druckausgangssignal vom Meßwandler 50, um das "Knie" der Druckkurve oder Punkt 140 in Abbildung 4 zu finden, wie in Schritt 250 im Ablaufdiagramm von Abbildung 6 dargestellt. Nachdem Punkt 150 gefunden wurde, speichert die Steuerungsvorrichtung 40 die Entfernungsmessung als den zweiten Sollwert, der in Abbildung 5 mit 160 bezeichnet ist. Dieser entspricht dem Übergang von der Scher- zur Bruchzone im Metallblech 16.
Die Steuerungsvorrichtung 40 kontrolliert das Ausgangssignal des Druckmeßwandlers 50 weiter, um den Knickpunkt 152 zu finden, wie in Abbildung 4 dargestellt. Dieser Punkt 152 entspricht dem endgültigen Bruch des Metallbleches, wie in Schritt 254 dargestellt. Wenn man Punkt 152, wie dargestellt, durch eine starke Steigerung in den Druckwerten vom Meßwandler 50 findet, speichert die Steuerungsvorrichtung 40 die entsprechende Entfernung als Sollwert, wie von 168 in Abbildung 5 dargestellt.
Die Entfernung zwischen dem "Kniepunkt" 150 und dem "Knickpunkt" 152 in der Druck-/Zeitkurve von Abbildung 4 wird durch eine vorbestimmte Anzahl Schritte geteilt, um die restlichen Sollwerte zu berechnen wie zum Beispiel Sollwert 164, wie in Abbildung 5 dargestellt und wie in Schritt 258 in Abbildung 6 erläutert. Abschließend wird der Kolben 28, nachdem er das Ende seiner Bewegung, Sollwert 172 erreicht hat, auf ganz geöffnete Stellung zurückgezogen.
Die restlichen zurückgestellten Sollwerte 162, 166 und 170 in Abbildung 5 werden berechnet, indem eine vorbestimmte Rückstellentfernung benutzt wird, die vom nächsten vorgelaufenen Sollwert subtrahiert wird, z.B. Sollwert 164 für den Rückstellsollwert 162, Sollwert 168 für den Rückstellsollwert 166 und Sollwert 172 für den Rückstellsollwert 170. Dies bestimmt die Rückwärts- oder Rücklaufbewegung des Kolbens 28 zwischen aufeinanderfolgenden Vorlaufbewegungen, die nachstehend in größerem Detail beschrieben. Die vorbestimmte Rückstellentfernung wird durch Überprüfung der Maschinen- und Stempelverzerrung berechnet, um die Entfernung zu bestimmen, die erforderlich ist, um die gesamte, in der Presse 12 gespeicherte Energie abzublasen, verursacht durch den beaufschlagten Vorlauf des Kolbens 28 durch das Metallblech 16.
In Betriebsart Automatik führt die Kontrollvorrichtung 40 eine automatische Folge aus, wie allgemein in Abbildung 7 dargestellt. Nach Initialisieren der Hydraulikschaltung in Schritt 280 befindet sich die Presse in ganz geöffneter, eingefahrener Stellung.
Beginnend mit dem ersten Sollwert 156 ist der Kolben ganz eingefahren, und die Pumpe 104 ist bei niedrigem Druck (600 PSI) eingeschaltet, Schritt 282, um das Einschaltdrehmoment und den Stromstoß des Motors 106 zu begrenzen.
Die Steuerungsvorrichtung 10 beginnt dann den Preßvorgang, Schritt 284 und erzeugt Steuerungsvorrichtungssignale zu den verschiedenen Ventilen, um die Pumpen 108 und 110 bei mittlerem Druck (2000 PSI) einzuschalten, Schritt 286, durch Einschalten der Regelventile 82 und 86. Das kombinierte Pumpenventil 92 ist geschlossen (aus), und das Speicher-Füllventil 92 ist geöffnet, um den Speicher 130 zu füllen. Das Speicher-Entleerventil 96 ist geschlossen oder ausgeschaltet, ebenfalls die Proportional- und Servoventile 57 und 62.
Zum schnellen Vorlauf des Kolbens 28 zum Metallblech 16, Schritt 288, hält die Steuerungsvorrichtung 40 das Servoventil 62 und das Speicher-Füllventil 94 im ausgeschalteten Zustand. Das Speicher- Entleerventil 96 und das kombinierte Pumpenventil 92 sind geöffnet, um das Proportionalventil 57 über die Pumpen 108 und 110 mit einem Druck von 2000 PSI zu versorgen.
Die Steuerungsvorrichtung 10 erzeugt ein Signal 56 zum Proportionalventil 57, das das Proportionalventil 57 in zehn imkrementalen Stufen von je 10 Millisekunden Länge ganz öffnet. Damit entsteht eine Beschleunigungskurve, Schritt 290, um Stöße und Geräusche auf ein Mindestmaß zu beschränken und gleichzeitig Geschwindigkeit und Leistung zu optimieren. Wenn sich der Kolben 28 dem ersten Sollwert 158 nähert, kontrolliert die Steuerungsvorrichtung 40 ständig das Ausgangssignal des Entfernungsmeßwandlers 48 und berechnet die Entfernungsdifferenz in Schritt 292 zwischen der jeweiligen Position des Kolbens 28 und dem nächsten Sollwert wie Sollwert 158 in Abbildung 5. Wie vorstehend erwähnt, wird die Entfernungsdifferenz als Hinweis auf das Druck-/Entfernungsdiagramm verwendet, das im Speicher 42 der Steuerungsvorrichtung gespeichert ist und das während des "Selbstlehr"-Vorgangs berechnet wurde. Die Entfernungsdifferenz ist die Differenz zwischen einem Maß im Druck-/Entfernungsdiagramm-Bereich und dem nächsten Sollwert wie Sollwert 158. Das tatsächliche Maß besteht aus Stufen von je 0,0005". Die Nachschlagtabelle für den ersten Sollwert 158 enthält 32 getrennte Druck-/Entfernungsmeßwerte oder Werte für das Proportionalventil 57. Das Ergebnis des Abzugs der tatsächlichen Entfernung von der Entfernung des ersten Sollwertes 158 wird berechnet und durch vier geteilt. Dieser Wert wird in der Nachschlagtabelle benutzt, Schritt 294, um den richtigen entsprechenden Druckwert anhand des im Speicher 42 gespeicherten Druck- /Entfernungsdiagramms zu berechnen. Dieser Wert wird von der Steuerungsvorrichtung 40 benutzt, um ein Ausgangssignal zum Porportionalventil 57 zu erzeugen, um die durch das Durchsatzventil 57 zum Zylinder 14 durchgesetzte Ölmenge zu regulieren und progressiv zu mindern, um das Ausfahren des Kolbens 28 reibungslos zu verlangsamen. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis der erste Sollwert 158 in Schritt 298 erreicht ist. Die Verlangsamung des Zylinders 14, die durch das Proportionalventil 57 verursacht wird, schaltet die Vorwärtsbewegung des Kolbens 28 nicht ab, sondern verlangsamt im Gegenteil die Vorwärtsbewegung des Kolbens 28 auf die eines vollen Servo-Ausgangssignals, das 1/8 bis 1/10 des vollen Proportionalventil-Ausgangssignals entspricht.
Nach Erreichen von Sollwert 158 wird auf das Servoventil 62 umgeschaltet, Schritt 300, und das Servoventil 62 wird auf ganz geöffnete Stellung in drei inkrementalen Schritten von je 10 Millisekunden eingeschaltet, jeweils durch aufeinanderfolgende Steuersignale 60 von der Steuerungsvorrichtung 10. Gleichzeitig wird das Proportionalventil 57 geschlossen. Der Rest in den drei inkrementalen Stufen bietet daher einen reibungslosen Übergang von schnellem Vorlauf bis auf Vorlauf unter starker Druckregulierung. Die Steuerungsvorrichtung 40 schaltet ferner die Pumpe 104 auf hohen Druck (2800 PSI) in Schritt 302.
Bei Vorlauf von Sollwert 158 zum nächsten Sollwert 160 passiert der erste Stempel 30 den Scherbereich 159 für die Stärke des Metallbleches 16, wie in Abb. 5 dargestellt zum Bruchbereich, wie von 161 angegeben. In diesem Teil des Arbeitsvorgangs schaltet die Steuerungsvorrichtung 40 das kombinierte Pumpenventil 92 aus, schaltet das Speicher-Füllventil 94 ein und öffnet es und schließt das Speicher-Entleerventil 96. Die erste Pumpe 108 wird auf mittlerem Druck (2000 PSI) gehalten, um den Speicher 130 zu füllen.
Die Steuerungsvorrichtung 40 erzeugt ferner Signale zum Schließen der Ventile 82 und 84 und zum Einstellen der Pumpe 110 auf einen hohen Druck von 2800 PSI. Ferner wird das Proportionalventil 57 in einer Zeitfolge geschlossen, und das Servoventil 62 wird benutzt, um das Aus- und Einfahren des Kolbens 24 und des Kolbens 28 zu regulieren. In Schritt 304 wird das Servoventil 62 von der Steuerungsvorrichtung 40 auf ganz geöffnete Stellung in drei inkrementalen Stufen von je 10 Millisekunden eingeschaltet, um den Kolben 28 zwischen Sollwert 158 und 160 zu beschleunigen. Ein Verlangsamungsvorgang, beruhend auf der Entfernung von Sollwert 160, wie vom Meßwandler 48 gemessen, wird benutzt, um Vor- und Rücklauf zu jedem Sollwert zu steuern. Der Verlangsamungsvorgang ist ähnlich wie der vorstehend beschriebene und schließt die Berechnung der Differenz zwischen der tatsächlichen Position des Kolbens 28 und den nächsten Sollwert 160 ein, Schritt 306, unter Verwendung der Differenz als Hinweis in einer Nachschlagtabelle, Schritt 308, ähnlich wie die vorstehend beschriebene Nachschlagtabelle, jedoch mit nur acht Ventilen für das Servoventil 62, um Ausgangssignale zum Servoventil 62 zu erzeugen, um den Kolben 28 reibungslos zu verlangsamen, so daß er am nächsten Sollwert anhält, Schritt 312. Nach Erreichen von Sollwert 160 schaltet ein Steuersignal 60 von der Zentraleinheit 40 das Servoventil 62 um, Schritt 316, so daß der Kolben um eine vorbestimmte Entfernung von Sollwert 160 bis Sollwert 162 zurückläuft. Während einer solchen Bewegung läuft das Servoventil 62 auf offene und geschlossene Position hoch, um den Kolben 28 durch Schritt 304, 306, 308, 310 und 312 reibungslos zu beschleunigen und zu verlangsamen. Diese Schritte werden bei Sollwert 164, 166, 168, 170 wiederholt, bis der Stempel 30 durch das Metallblech 16 bricht und den letzten Sollwert 172 in Schritt 314 erreicht.
Bei jedem Rücklaufschritt wird die Kraft, die von dem beaufschlagten Zylinder 14 und dem Stempel 28 auf den Rahmen 18 der Presse 12 übertragen wird, gemindert, wodurch die von der Presse 12 während des Betriebs abgegebenen Gesamtgeräusche und -schwingungen auf ein Mindestmaß beschränkt werden. Die Steuerungsvorrichtung 40 schließt eine Vorrichtung zum Abblasen des Druckes oder zum Mindern der Kraft ein, die sich in der Presse 12 durch den beaufschlagten Vorlauf des Kolbens 28 durch das Metallblech 16 ansammeln. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die druckmindernde Vorrichtung durch Rücklauf des Kolbens 28 von jedem Vorlauf-Sollwert implementiert. Es ist jedoch zu verstehen, daß die Druckminderungsvorrichtung auch ohne einen solchen Rücklauf implementiert werden könnte, indem der Druck auf den Zylinder 13 gemindert wird, der den Kolben 28 ausfahren läßt, wenn er den jeweiligen Vorlauf-Sollwert erreicht.
Es wird ferner darauf hingewiesen, daß das in Abbildung 5 dargestellte Beispiel vier progressive Schritte zur Erhöhung der Entfernung durch die Stärke des Metallbleches 16 darstellt und Rückläufe auf einen Zwischensollwert zwischen jedem progressiven Vorlauf. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und die zum wirklichen Scheren oder Stanzen eines Werkstückes aus dem Metallblech 16 erforderlichen Schritte werden entsprechend der Stärke des Bleches 16 und seiner Festigkeit gewählt, entsprechend der Legierung oder der Werkstoff-Zusammensetzung sowie der gewünschten Verarbeitungszeit und der akzeptablen Geräuschpegel der Presse 12. Für das progressive Bruchverfahren der vorliegenden Erfindung können nach Bedarf mehr oder weniger Schritte verwendet werden.
Bei Erreichen des Durchbruch-Sollwertes 172 schaltet die Presse 12 auf Verweilzeit, während der der erste Stempel 30 im zweiten Stempel 32 in ganz gesenkter Stellung gehalten wird. Die Verweilzeit kann beliebig lang sein, z.B. 0,5 Sekunden bei einem hohen Druck von 2800 PSI betragen. Während dieser Verweilzeit wird das Servoventil 62 von geeigneten Steuerungsvorrichtungssignalen 60 von der Zentraleinheit 40 in halb geöffneter Stellung gehalten. Das Ventil 62 wird am Ende der Verweilzeit ganz geschlossen, wie von Sollwert 174 angezeigt.
Zum Rücklauf auf ganz geöffnete Stellung, Sollwert 176, gibt die Zentraleinheit 40 ein Steuerungsvorrichtungssignal 56 an das Proportionalventil 57 ab, um das Proportionalventil 57 ganz zu öffnen, während das Servoventil 62 geschlossen wird, um den Kolben 28 schnell auf Sollwert 176, Schritt 318, zurücklaufen zu lassen. In einer vorbestimmten Entfernung vor Erreichen von Sollwert 176 gibt die Steuerungsvorrichtung ein Signal 56 zum Proportionalventil 57 ab und mindert damit allmählich den Durchsatz durch das Proportionalventil 57, um den Kolben 28 auf Sollwert null zu verlangsamen, wie von 176 dargestellt. Der Druck während des schnellen oder normalen Rücklaufs ist der gleiche wie beim schnellen Vorlauf.
Zusammenfassend wurde eine spezifische Steuerungsvorrichtung und ein Verfahren zum progressiven Brechen von Werkstücken aus Metallblechen beschrieben, bei denen die typischen, während eines solchen Vorgangs entstehenden Geräusche und Schwingungen bedeutend gemindert werden. Die Steuerungsvorrichtung und das Verfahren lassen den Kolben der Presse in aufeinanderfolgenden Schrittserien progressiv vorlaufen, von denen jeder Schritt die Entfernung durch die Stärke des Metallbleches erhöht und den Druck oder die Kraft, die sich in der Presse angesammelt haben, verursacht durch den beaufschlagten Vorlauf des Kolbens durch das Metallblech in jedem Schritt, abblasen bzw. entlasten. Der Druck, der sich daher in der Presse während eines jeden Vorgangs angesammelt hat, wird damit mit niedrigen Werten während eines jeden Arbeitsvorgangs progressiv abgeblasen.

Claims

1. Verfahren zur Einwirkung auf ein Werkstück (16) in einer Presse (12), die einen beweglichen Kolben (28) hat, der hin- und hergehend durch einen hydraulisch betätigten, unter Druck zu setzenden Zylinder (14) gesteuert wird, welches folgende Schritte aufweist:

Vorwärtsbewegen des Kolbens (28) aus einer normalerweise offenen, zurückgezogenen Position hin zum Werkstück (16);

Messen der Entfernung, die durch den Kolben (28) zurückgelegt wurde;

Stoppen der Vorwärtsbewegung des Kolbens (28) bei einer ersten festgelegten Entfernung (160);

Entlasten des Drucks an der Presse (12) auf Grund der unter Druck ausgeführten Bewegung des Kolbens (28);

weiteres Vorwärtsbewegen des Kolbens (28) aus der ersten festgelegten Entfernung (160);

und Zurückziehen des Kolbens in eine offene, zurückgezogene Position, dadurch gekennzeichnet,

daß das Verfahren ein Verfahren zum Scheren des Werkstücks aus einem Blechmaterial (16) ist;

daß die erste festgelegte Entfernung (160) dem Beginn des Bruchs des Blechmaterials (16) entspricht, wobei die erste Entfernung (160) geringer als die Gesamtstärke des Blechmaterials (16) ist;

und daß das weitere Vorwärtsbewegen des Kolbens (28) aus der ersten festgelegten Entfernung (160) diesen durch die Gesamtstärke des Materials bewegt, um das Werkstück von dem Blechmaterial (16) zu trennen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte des Vorwärtsbewegens des Kolbens (28) über mehr als zwei progressiv zunehmende Entfernungen durch die Stärke des Blechmaterials (16), des Stoppens der Vorwärtsbewegung des Kolbens (28) bei jeder festgelegten Entfernung und des Entlastens des Drucks an der Presse (12) bei jeder Stopp-Entfernung einschließt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte aufweist:

Unter-Druck-Setzen des Zylinders (14) mit einem ersten Druck zum Vorwärtsbewegen des Kolbens (28) hin zum Blechmaterial des Werkstücks (16) aus der normalerweise offenen, zurückgezogenen Position hin zum Werkstück;

Unter-Druck-Setzen des Zylinders (14) mit einem höheren Druck, um den Kolben (28) durch das Blechmaterial (16) vorwärts zu bewegen, und Stoppen der Vorwärtsbewegung des Kolbens bei der ersten festgelegten Entfernung;

Unter-Druck-Setzen des Zylinders (14) mit dem ersten Druck;

und Zurückziehen des Kolbens (28) in die offene, zurückgezogene Position.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schritt der Vorwärtsbewegung des Kolbens (28) folgende Schritte einschließt:

zuerst Beschleunigen des Kolbens (28) hin zu der oder zu jeder festgelegten Stopp-Entfernungen; und

dann Verlangsamen der Vorwärtsbewegung des Kolbens (28), bis der Kolben diese festgelegte Stopp-Entfernungen erreicht hat.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Entlastens des Drucks an der Presse (12) das Zurückziehen des Kolbens (28) um eine festgelegte Rückzugsentfernung aus der festgelegten Stopp-Entfernung umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die festgelegte Rückzugsentfernung kleiner als die erste festgelegte Entfernung der vorausgehenden Vorwärtsbewegung des Kolbens in das Blechmaterial (16) ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte aufweist:

Unter-Druck-Setzen des Zylinders (14) auf einen ersten Druck, wenn sich der Kolben (28) in der normalen, offenen Position, vom Blechmaterial (16) zurückgezogen, befindet;

Unter-Druck-Setzen des Zylinders (14) auf einen zweiten, höheren Druck, bevor der Zylinder (14) betätigt wird, um den Kolben (28) zum Blechmaterial (16) hin zu beschleunigen;

Verlangsamen des Kolbens (28), bevor der Kolben (28) das Blechmaterial (16) kontaktiert;

Unter-Druck-Setzen des Zylinders (14) auf einen dritten, höheren Druck; Vorwärtsbewegen des Kolbens (28) durch das Blechmaterial (16) bis zu einer ersten festgelegten Entfernung innerhalb der Stärke des Teils des Blechmaterials (16), die geringer als die Gesamtstärke des Blechmaterials (16) ist;

Zurückziehen des Kolbens (28) aus der ersten festgelegten Entfernung um eine festgelegte Rückzugsentfernung;

Vorwärtsbewegen des Kolbens (28) um eine zweite festgelegte Entfernung, die vollständig durch die Stärke des Blechmaterials (16) führt;

Verweilen in der zweiten festgelegten Entfernung über eine festgelegte Zeitspanne; und

Unter-Druck-Setzen des Zylinders (14) auf den zweiten Druck; und

Zurückziehen des Kolbens (28) aus dem Blechmaterial (28) in die normalerweise offene, zurückgezogene Position.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das außerdem den Schritt einschließt, festzustellen, wann das Blechmaterial (16) unter der Vorwärtsbewegung des Kolbens (28) durch das Blechmaterial (16) zu brechen beginnt.

9. Steuervorrichtung zur Steuerung eines Hydraulikzylinders (14), der mit einer Flüssigkeit von einer Flüssigkeitsquelle (102) unter Druck gesetzt werden kann, um einen Kolben (28) in einer Presse (12) zu bewegen, die folgende Elemente aufweist:

Ventilmittel (57, 62) zur Steuerung der Richtung des Flüssigkeitsstroms in den Zylinder (14), um den Kolben (28) im Verhältnis zum Zylinder (14) auszufahren oder zurückzuziehen;

Mittel (48) zur Messung der Bewegungsentfernung des Kolbens (28), wobei das Entfernungsmeßmittel (48) einen Ausgang (44) erzeugt, der diese Bewegungsentfernung angibt;

und Steuermittel (40), die in Reaktion auf den Ausgang des Entfernungsmeßmittels (48) ein gespeichertes Steuerungsprogramm ausführen, um die Ventilmittel (57, 62) zu steuern, damit diese den Kolben (28) progressiv in diskreten Schritten vorwärts bewegen, dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorrichtung eine Scherpresse für Werkstücke aus Blechmaterial ist und jede schrittweise Vorwärtsbewegung um eine zunehmende Entfernung durch die Gesamtstärke des Blechmaterials (16) ausgeführt wird;

daß das Steuermittel (40) Mittel zur Vorwärtsbewegung des Kolbens (28) um eine erste festgelegte Entfernung (160) durch das Blechmaterial (16) einschließt, wobei die erste Entfernung (160) geringer als die Gesamtstärke des Blechmaterials (16) ist und dem Beginn des Bruchs des Blechmaterials entspricht;

daß Mittel zum Stoppen der Vorwärtsbewegung des Kolbens (28) bei der ersten festgelegten Entfernung (160) im Blechmaterial (16) vorhanden sind;

und daß Mittel zur Vorwärtsbewegung des Kolbens (28) um eine zweite Entfernung, vollständig durch das Blechmaterial (16) hindurch, vorhanden sind, um das Werkstück vom Blechmaterial (16) zu trennen.

10. Steuervorrichtung nach Anspruch 9, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Stoppen des Kolbens (28) Mittel zum Verlangsamen des Kolbens (28) bis zu einem vollständigen Stoppen bei der ersten festgelegten Entfernung (160) einschließt.

11. Steuervorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Beschleunigung und Verlangsamung des Kolbens (28) während jedes Vorgangs des Ausfahrens und Zurückziehens des Kolbens (28) einschließt.

12. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zum Entlasten des Drucks an der Presse (12) auf Grund der unter Druck erfolgten Vorwärtsbewegung des Kolbens (28) durch das Blechmaterial (16) einschließt.

13. Steuervorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher das Entlastungsmittel Steuermittel (40) aufweist, welche die Ventilmittel (57, 62) so steuern, daß dem Zylinder (14) Flüssigkeit zugeführt wird, um den Kolben (28) um eine festgelegte Rückzugsentfernung aus jeder festgelegten Vorwärtsstopp- Entfernung des Kolbens (28) durch das Blechmaterial (16) zurückzuziehen.

14. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, die außerdem Mittel (82, 84, 86) einschließt, um die Flüssigkeit, die dem Zylinder (14) zugeführt wird, mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Drücken unter Druck zu setzen.

15. Steuervorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher die Zuführmittel (82, 84, 86) drei unterschiedliche Drücke zuführen.

16. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, bei welcher die Mittel (48) zum Messen der Bewegungsentfernung einen Wandler aufweisen, der mit dem Zylinder (14) verbunden ist, um die Position der Bewegung des Kolbens (28) zu messen, und der am Zylinder (14) angebracht ist.

17. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilmittel in zwei Richtungen wirkende Proportional-Steuerventilmittel (57, 62) einschließt, die zwischen die Flüssigkeitsquelle (102) und den Zylinder (14) eingefügt sind und die Rate und Richtung des Flüssigkeitsstromes zum Zylinder (14) steuern, um den Kolben (28) auszufahren und zurückzuziehen und um den Kolben (28) während des Ausfahrens und Zurückziehens zu beschleunigen und zu verlangsamen.

18. Steuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die außerdem Mittel (50) einschließt, um festzustellen, wann das Blechmaterial (16) unter der Vorwärtsbewegung des Kolbens (28) durch das Blechmaterial (16) zu brechen beginnt.