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Verfahren zur Verhinderung der Uberlastung von Maschinen und anderer
starker, sich ändernder Beanspruchung unterworfener Einrichtungen
Den Gegenstand
der Erfindung bildet ein Verfahren zur Verhinderung der Überlastung von Maschinen
und anderen starken, sich ändernden Beanspruchungen unterworfenen Einrichtungen
unter Verwendung von Kraftmeßdosen. Als Beispiel einer Maschine oder Einrichtung
sei an eine Presse für die spanlose Formung gedacht. Um große und schwere Pressen
vor Überlzastung zu sichern, ist es bekannt, durch Meßuhren die Längenänderung von
Pressenteilen zu messen, um über die erfolgte Längenänderung auf die Beanspruchung
schließen zu können. Auch hat man Kraftmeßdosen, die auf hydraulischer, mechanischer
oderelektrischer Grundlage beruhen, in den Kraftfluß einer Presse eingeschaltet,
um beispielsweise im Fall einer elektrischen Kraftmeßdose durch Schließung eines
auf die höchst zulässige Belastung eingestellten Kontaktes den Pressenantrieh stilllzusetzen.
Eine derartige Überlastungssicherung erfüllt jedoch nur dann ihren Zweck, wenn es
gelingt, die Presse nach dem Schließen des betreffenden Kontaktes schlagartig stillzusetzen.
Das aber ist in der Praxis nicht möglich, denn die bei Pressen vorhandenen schweren
sich bewegenden Massen haben ein derart großes Beharrungsvermögen, daß sie nicht
schlagartig zur Ruhe gebracht werden können. Es dauert beispielsweise der Nachlauf
einer größeren Presse nach erfolgter Ausschaltung g immerhin ungefähr 0,2 Sekunden,
was einem Stößelweg von einigen IO mm entspricht. Dieser Nachlauf läßt sich nicht
beherrschen, die Kräfte können unmittelbar nach erfolgter Schaltung noch derart
anwachsen, daß der Bruch irgendeines Pressenteils die Folge ist.
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Die Erfindung beschreitet einen neuen Weg zur Überlastungs sicherung,
indem zum Abschalten oder Stillsetzen der Presse bei Gefahr nicht mehr wie
bisher
der erreichte Höchstdruck benutzt-wird.
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Das neue Verfahren ist vielmehr dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftanstiegscharakteristik
durch Messung festgestellt, mit einer vorgegebenen Charakteristik verglichen und
eine Abweichung im Kraftanstieg zur Stillsetzung des Maschinenantriebs oder zur
sonstigen Entlastung der Maschine verwendet wird. Mit anderen Worten, es wird zur
Abschaltung der Presse die Ableitung des Kraftanstiegs nach der Zeit, d. h. die
Kraftanstiegsgeschwindigkeit benutzt. wenn ein Werkstück in eine Presse eingelegt
wird, dann wird beim Niedergehen des Stößels vor beginnender Verformung des Werkstücks
die Kraft auf eine zu dieser Verformung nötigen Höhle ansteigen. Die Presse wird
sich zunächst elastisch dehnen, und das Werkstück wird sich zunächst ebenfalls nur
elastisch verformen. Die bleibende Verformung beginnt in einem Zeitpunkt, in welchem
die Kraft eine entsprechende Höhe erreicht hat, und es ist dann Sache des Arbeitsganges,
des Werkzeugs od. dgl., wie der Druckverlauf während der restlichen Zeit erfolgt.
Der für die erfindung allein wesentliche Druckanstieg setzt sich aus dem elastischen
Verhalten der Presse und des Werkstiid(s zusammen. Dieser Druckanstieg wird ein
anderer sein, wenn versehentlich statt eines Werkstücks zwei Werkstücke in die Presse
eingelegt worden sind, wenn ein Werkzeug etwas verrutscht oder beschädigt ist oder
wenn irgendein Stück, beispielsweise ein Hammer, aus Versehen im Werkzeug zurückgeblieben
ist. Erfindungsgemäß erfolgt die Abschaltung, wenn die gemessene Kraftanstiegsgeschwindigkeit
vermuten läßt, daß beim Weiterlauf der Presse die zulässige Belastung überschritten
wird. Die Abschaltung erfolgt also vor Erreichung der höchsten Kraft, so daß diese
Kraft nie eine gefährliche Höhe erreichen kann, selbst dann, wenn die Presse erst
einige Zehntelsekunden nach Erteilung des Abschaltimpuises zur Ruhe kommt.
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Die Messung des Kraftanstiegs kann kontinuierlich oder in einzelnen
Zeitpunkten erfolgen. Der letzte Meßzeitpunkt liegt vor der eintretenden I löchsthelastung.
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Handelt es sich um eine elektrische Kraftmeßdose, so ist sie mit
zwei oder mehr Kontakten versehen, die bei dem Kraftanstieg nacheinander geschlossen
werden. Es kann sich aber auch um eine kontinuierliche Anzeige durch Stromänderung
in geeigneten Stromkreisen handeln. Die Zeitdauer, die im zuerst genannten Fall
zwischen dem Schließen der beiden Kontakte liegt, gibt dann unmittelbar in Verbindung
mit den an den Kontakten eingestellten Kräften ein Maß fiir die Kraftanstiegsgeschwindigkeit.
Ein Beispiel möge das klarmachen.
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Es sei angenommen, der erste Kontakt schließt bei 100 t, der zweite
Kontakt schließt bei 200 t und die Zwischenzeit zwischen dem Schließen der beiden
Kontakte betrage 1/100 Sekunde, dann ergibt sich eine Kraftanstiegsgeschwindiglteit
200t - 100t 100t V= = = 10 000 t pro Sekunde.
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0,01 Sekunde 0,01 Sekunde Diese Kraftanstiegsgeschwindigkeit wird
erfindungsgemäß verglichen mit der zeitlichen Änderung eines hydraulischen, mechanischen
oder vorzugsweise elektrischen Vorganges. Bei dem elektrischen Vorgang möge es sich
um die Aufladung oder Entladung eines Kondensators über einen Widerstand handeln.
Liegen Abweichungen zwischen der Kraftanstiegsgeschwindigkeit und dem Vergleichsvorgang
vor, dann erfolgt durch geeignete Maßnamen das Stillsetzen des Pressenantriebs.
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Beispielsweise Vorrichtungen zur Ausübung des neuen Verfahrens sind
in der Zeichnung schematisch dargestellt.
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Fig. I zeigt eine mit z,vei Kontakten ausgerüstete Kraftmeßdose dose;
Fig. 2 zeigt das Schaltungsschema eines elektrischen Vergleichsvorganges; Fig. 3
zeigt ein Diagramm.
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In den Kraftfluß einer Presse ist eine Kraftmeßdose eingeschaltet,
die in Fig. I in einfachster Form schematisch dargestellt ist. Die Meßdose besteht
aus einem Stahlzylinder 1, der sich unter Einwirkung einer starken Kraft P verkürzt.
In einem am oberen Ende des Blocks 1 befestigten Arm 2 sind unter Zwischenschaltung
von Isolierbuchsen 3 im gezeichneten Beispiel zwei Kontaktschrauben 4, 5 einstellbar
gelagert. Mit dem unteren Ende des Stahlblocks ist eine Gegenkontaktbrücke 6 verbunden,
die im Stromkreis einer Stromquelle liegt. Wie Fig. 1 zeigt, weisen die Kontaktschraubetl4,
5 einen verschieden großen Abstand vom Gegenkontakt 6 auf, so daß bei der Zusammendrückung
des Stazhlblocks I zuerst die Kontaktsohraube 4 und bei weiterem Kraftantieg dieKontaktschraube
5 den Gegenkontakt berühren. Die Teile 4, 5, 6 stellen Schalter dar, die in dem
in Fig. 2 gezeigten Schaltschema übereinstimmend mit 4 und 5 bezeichnet sind.
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In Fig. 2 ist eine rein elektrische Lösung zum Vergleich der Kraftanstiegsgeschwindigkeit
mit einem elektrischen Vergleichsvorgang dargestellt.
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Dler eine Pol einer Stromquelle 7 ist durch eine Leitung 8 fiber den
Schalter 4 mit einem Wilderstand g und einem Kondensator 10 verbunden. Eine parallel
geschaltete Leitung 11 führt über das andere Ende des Widerstands 9 und über den
Schalter 5 zu einer Klemme 12. Der andere Pol der Stromquelle 7 ist durch eine Leitung
I3 unter Einschaltung eines veränderlichen Widerstands 14 mit der anderen Seite
des Kondensators 10 und einer Klemme 15 verbunden. Die Leitung I3 führt gleichzeitig
zu einem Widerstand I6, dessen anderes Ende bei Punkt I7 mit der Leitung II verbunden
ist.
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Während der Arbeit der Presse wird beim Erreichen einer bestimmten
Kraft zuerst der Schalter 4 geschlossen, von welchem Augenblick an die Aufladung
des Kondensators 10 über den Widerstand 14 erfolgt. Infolgedessen steigt die Spannung
zwischen
der Klemme 15 und einer in der Leitung 8 liegenden Klemme I8 gemäß der Aufladungskurve
des Kondensators 10 mit der Zeit an, die in dem Koordinatensystem der Fig. 3 mit
19 bezeichnet ist. Auf den Koordinaten sind die Zeiten t und die Spannungen u abgetragen.
Gleichzeitig stellt sich im Punkt I7 (Fig. 2) eine durch das Verhältnis der Widerstände
9, 16 bestimmte konstante Spannung u1 ein, die in Fig. 3 durch die waagerechte gerade
Linie 20 dargestellt ist. In Fig. 3 ist der Schnittpunkt der Aufladungsfunktion
19 mit der konstanten Spannungslinie 20 mit 21 bezeichnet.
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Beim weiteren Kraftanstieg in der Presse schließt der Schalter 5,
so daß die Klemme 12 die gleiche konstante Spannung u1 wie der Punkt 17 aufweist.
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Schließt nun der Schalter 5 genau in dem Zeitpunkt t1 (Fig. 3), in
welchem die Kondensatorspannung u den gleichen Wert wie die konstante Spannung u1
besitzt, dann besteht in diesem Zeitpunkt keine Potentialdifferenz zwischen den
Klemmen 12 und 15, und es tritt durch hier nicht gezeichnete, an sich bekannte geeignete
elektrische Einrichtungen, die an die Klemmen I2, I5, I8 angeschlossen sind, keine
Rückwirkung auf den Pressenantrieb ein. Findet aber das Schließen des Schalters
5 früher oder später als in dem oben erwähnten richtigen Zeitpunkt t1 bzw. 21 (Fig.
3) statt, dann ist zwischen den Klemmen 12, 15 eine Potentialdifferenz vorhanden,
die über die erwähnten, an die Klemmen I2, I5, I8 angeschlossenen weiteren elektrischen
Einrichtungen eine Rückwirkung, insbesondere ein Abschalten des Pressenantriebs,
zur Folge hat. Dlie Anpassung des Vergleichsvorganges, im beschriebenen Beispiel
die Aufladung des Kondensators I0, an die jeweiligen Verhältnisse der Presse oder
sonstigen Einrichtungen kann einerseits durch die Einstellung der Schalter bzw.
der Kontaktschrauben 4, 5 und andererseits durch die Regelung des Widerstands 14
erfolgen.
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Da die Kondensatorspannung auch nach dein Schließen des Schalters
5 weiter ansteigt, so ist durch eine nicht dargestellte Anordnung dafür Sorge getragen,
daß beim Schließen des Schalters 5 die Stromquelle 7 über ein Relais von der Gesamtschaltung
abgeschaltet wird Es können also Kraftschwankungen im Verlauf des weiteren Arbeitsganges,
die unter Umstä.tiden wiederum zum Ansprechen der Schaltung führen könnten, keine
Abschaltung herbeiführen.
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Die beispielsweise beschriebene Schaltung läßt sich sinngemäß auf
mehr als zwei Kontakte oder Schalter erweitern. Es kann auch mit Meßdosen gearbeitet
werden, die kontinuierliche Änderungen in geeigneten Stromkreisen hervorrufen. An
die Stelle der beschriebenen elektrischen Schaltung kann auch eine hydraulische
oder pneumatische oder eine kombinierte Schaltung treten. In dieser Hinsicht sind
die verschiedensten Ausführungen möglich. Wie schon eingangs erwähnt, ist eine Presse
lediglich als Beschreibungsbeispiel gewählt worden; das neue Überlastungssicherungsverfahren
ist genau so wie bei anderen Maschinen und anderen technischen Einrichtungen auch
bei Hebezeugen aller Art verwendbar.