EP0284903A2 - Piston press - Google Patents

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EP0284903A2
EP0284903A2 EP88104222A EP88104222A EP0284903A2 EP 0284903 A2 EP0284903 A2 EP 0284903A2 EP 88104222 A EP88104222 A EP 88104222A EP 88104222 A EP88104222 A EP 88104222A EP 0284903 A2 EP0284903 A2 EP 0284903A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
controller
piston
cylinder
piston press
plunger
Prior art date
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EP88104222A
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German (de)
French (fr)
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EP0284903B1 (en
EP0284903A3 (en
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Rolf Schmidt
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Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG
Original Assignee
Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP0284903A2 publication Critical patent/EP0284903A2/en
Publication of EP0284903A3 publication Critical patent/EP0284903A3/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/16—Control arrangements for fluid-driven presses
    • B30B15/18—Control arrangements for fluid-driven presses controlling the reciprocating motion of the ram
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/26—Programme control arrangements

Definitions

  • the invention relates to a piston press with a plunger which is connected to a piston running in a cylinder, the cylinder being pressurized with compressed air via valves.
  • Piston presses of the type mentioned above are generally known.
  • the compressed air is supplied to the piston via switching valves, which moves the plunger until it hits the workpiece.
  • the plunger is either placed on the workpiece with full force, which corresponds to the preset pressure of the compressed air, or else limit switches are provided which, when a predetermined end position of the tappet is reached, close the valves again or bring the tappet back.
  • the known piston presses with pneumatic drive thus have the disadvantage that sensitive control, in particular a displacement / time control, is not possible because the plunger of known pneumatic piston presses rests on the workpiece with full force and at most decreases in the actuating pressure when a limit switch is reached .
  • the invention is based on the object of developing a piston press of the type mentioned in such a way that the ram can be deflected precisely in a positionally controlled manner.
  • the plunger interacts with a displacement measuring system, that an output signal of the displacement measuring system is compared in a controller with predetermined setpoints and that the controller controls electro-pneumatic servo valves for pressurizing the cylinder according to a predetermined displacement / time curve.
  • the object on which the invention is based is completely achieved in this way because the pressing process can be adapted to a wide variety of pressing tasks by means of the controllable path / time profile.
  • particularly sensitive pressing tasks can be solved, and the paths to be measured and the speeds at which the paths are measured can be adapted to the respective pressing task.
  • the path / time curve is divided into discrete areas of different gradients, the plunger being moved from a rest position to a final position at a gradually decreasing speed.
  • the controller is a state controller with adjustable controller parameters, which forms control signals as a function of the travel signal, a speed signal and an acceleration signal, and the controller parameters can be switched over automatically when changing from a first area to a second area.
  • This measure has the advantage that the control can be optimally controlled in the different areas of different gradients of the path / time curve, because the parameters of the controller that determine the control process can be adapted to the respective gradients and thus the respective workpiece.
  • a pressure sensor detects the pressure acting on the cylinder or the pressing force exerted by the ram, compares these values with a predetermined target value range and actuates a display element if the range is not complied with.
  • servo valves are 3/2-servo valves with pilot valve. This combination of a directional servo valve with a pressure servo valve enables both sensitive pressure control and exact positioning of the press ram.
  • FIG. 1 10 designates an embodiment of a piston press according to the invention.
  • a machine table 11 stands on a solid surface.
  • a workpiece 12 can be seen on the machine table 11, which is to be pressed, for example, with a bolt 13.
  • a piston 16 runs in the cylinder 15 and is firmly connected to a tappet 17.
  • the plunger 17 is connected to a position measuring system 18 at a suitable point.
  • a rod 19 extends from the upper end face of the plunger 17 and carries an inductive element 20.
  • the element 20 interacts with a coil 21.
  • any other suitable displacement measuring system for example a capacitive or an optical or some other displacement measuring system, can be used.
  • an electrical line 30 leads once directly, once via a differentiating stage 31 and again via a double differentiating stage 33 to a control unit 34. If the path signal detected by the measuring system 18 is denoted by s, then the signals s, ⁇ and on the control unit 34.
  • Setpoints s0, s1, s2, s3 ... of the travel path 17 of the plunger 17 can be specified to the control unit 34 via a first keyboard 35.
  • Additional setpoints can be entered into the control unit 34 via a second keyboard 36, for example an upper and a lower limit value p0, p u of an operating pressure p of the piston press 10.
  • the control device 34 comprises a controller 37, which is preferably a state controller of a type known per se.
  • the controller characteristic can be defined in a manner known per se via controller parameters.
  • the controller 37 is provided with adjustable controller parameters, as will be explained further below.
  • control unit 34 comprises, in addition to comparators (not shown) for comparing the actual path s with the target values s0, s1 ... a comparator 38 for comparing pressure values p, as will be explained further below.
  • an upper space 40 extends in the cylinder 15. This is connected with a pneumatic line 41 to an electropneumatic 3/2-servo valve which is internally provided with a pilot valve, as described in detail for example in DIN ISO 1219 under 7.2 .
  • a lower space 43 of the cylinder 15 below the piston 16 is connected to a further electropneumatic 3/2 servo valve 45 by a pneumatic line 44.
  • the servo valves 42, 45 are controlled separately by the controller 37.
  • a pressure sensor 50 detects, for example, the differential pressure between the spaces 40 and 43 and supplies a corresponding signal p to the comparator 38 in the control unit 34, the further input of which is connected to the limit values p0, p u specified by the second keyboard 36.
  • a force sensor 70 for example a piezoelectric sensor, can be arranged on the plunger 17 in order to detect the pressing force F which the plunger 17 exerts on the workpiece 12/13. Limit values F0, F u can then be specified in another operating mode by means of the second keyboard 36.
  • the output of the comparator 38 controls a display element 51.
  • the operation of the piston press 10 according to FIG. 1 is as follows: Depending on the workpiece 12, 13 to be machined, the user of the piston press 10 first enters 35 paths using the first keyboard, s0 being the rest position of the ram 17 when the piston 16 has reached its upper end position in FIG. 1. Between the value s0 and a further value s1, the plunger 17 measures the empty space until it is placed on the workpiece 12, 13. From the value s1 to a value s2, there is now a working stroke in which the essential pressing work, for example the pressing in of the bolt 13 into the workpiece 12. Finally, there is a small path from the value s2 to a further value s3, in which, for example, the bolt 13 is positioned exactly on the final value. The user also specifies travel speeds for the plunger 17 in the various stroke ranges.
  • the user also uses the second keyboard 36 to enter a pressure range between a lower value p u and an upper value p0 or a pressing force range F0 - F u , it being checked whether the pressure p or the force required to deflect the plunger 17 is to be checked Press force F lies within this range of values p0 - p u or F0 - F u .
  • the piston press 10 is now switched on by means of a switch (not shown in FIG. 1).
  • the first servo valve 42 is switched from the position shown in FIG. 1 so that compressed air flows from a reservoir via the pneumatic line 41 into the upper space 40.
  • the piston 16 now moves downward, the instantaneous position of the piston 16 or the plunger 17 being detected by means of the displacement measuring system 18 and readjusted if necessary by actuating the valves 42, 45 in accordance with the specified displacement / time dependence.
  • the Controller 37 is consequently fed a path signal s, a speed signal s and an acceleration signal s, and the controller 37 generates the analog control signal for depending on predetermined controller parameters, which were determined from the predetermined values s0, s1, s2 and s3 and the travel speeds the servo valves 42 and 45.
  • the associated path / time diagram is plotted in FIG. 2.
  • the piston press 10 was turned on at time t0 and up to time t1 the idle stroke between the upper starting position s0 and touchdown s1 measured on the bolt 13. As can be seen from the relatively steep course in the interval t0 to t1, this idle stroke happens with a relatively high travel speed.
  • the measuring system 18 recognizes that the predetermined value s 1 has been reached.
  • the controller parameters are now switched in the controller 37, as can be seen from the short overshoot in FIG. 2.
  • the piston 16 with plunger 17 continues its path somewhat more slowly until the working stroke has ended t2 and the bolt 13 is almost in its end position.
  • a short holding phase then preferably follows until the piston 16 returns to its upper starting position by corresponding actuation of the servo valves 42, 45.
  • the control unit 34 has compared the pressure applied with the pressure interval p u - p u by means of the comparator 38.
  • the corresponding characteristic of the comparator 38 is shown in FIG. 3. It can be seen that a quality signal Q is derived which assumes the value 1 in the interval p0 - p u and the value 0 outside this interval.
  • a display element 51 is therefore only (or with appropriate logic only then not) controlled if a pressure had to be used to measure the path up to the value s3, which was in the interval p0 - p u .
  • the same applies in the case of the monitoring of the pressing force if it is determined whether the pressing force F is in the interval F u - F0.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Presses (AREA)

Abstract

A piston press (10) comprises a ram (17), which is connected to a piston (16) running in a cylinder (15). Compressed air can be admitted to the cylinder (15) via valves (42, 45). In order to be able to carry out pressing operations with a controlled displacement/time characteristic and to provide an operational piston press which does not require a high outlay in terms of installation, the ram (17) interacts with a displacement-measuring system (18). An output signal (s) of the displacement-measuring system (18) is compared with predetermined set point values (S0, S1, S2, S3) in a controller (37). The controller (37) controls electropneumatic servo valves (42, 45) for admitting pressure to the cylinder (15) according to a predetermined displacement/time characteristic (s(t)) (Fig.1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpresse mit einem Stößel, der mit einem in einem Zylinder laufendem Kolben verbunden ist, wobei der Zylinder über Ventile mit Druckluft beaufschlagbar ist.The invention relates to a piston press with a plunger which is connected to a piston running in a cylinder, the cylinder being pressurized with compressed air via valves.

Kolbenpressen der vorstehend genannten Art sind allgemein be­kannt. Zum Auslenken des Stößels wird die Druckluft über Schalt­ventile dem Kolben zugeführt, der den Stößel so lange bewegt, bis dieser auf das Werkstück auftrifft. Der Stößel wird dabei entweder mit voller Kraft auf das Werkstück aufgesetzt, die dem voreingestellten Druck der Druckluft entspricht, oder aber es sind Endlagenschalter vorgesehen, die bei Erreichen einer vorbestimmten Endstellung des Stößels die Ventile wieder schließen bzw. eine Rückholung des Stößels bewirken.Piston presses of the type mentioned above are generally known. To deflect the plunger, the compressed air is supplied to the piston via switching valves, which moves the plunger until it hits the workpiece. The plunger is either placed on the workpiece with full force, which corresponds to the preset pressure of the compressed air, or else limit switches are provided which, when a predetermined end position of the tappet is reached, close the valves again or bring the tappet back.

Die bekannten Kolbenpressen mit pneumatischem Antrieb haben damit den Nachteil, daß eine feinfühlige Regelung, insbesondere eine Weg/Zeit-Regelung, nicht möglich ist, weil der Stößel bekannter pneumatischer Kolbenpressen mit voller Kraft auf das Werkstück aufsetzt und allenfalls bei Erreichen eines Endschal­ters im Betätigungsdruck nachläßt.The known piston presses with pneumatic drive thus have the disadvantage that sensitive control, in particular a displacement / time control, is not possible because the plunger of known pneumatic piston presses rests on the workpiece with full force and at most decreases in the actuating pressure when a limit switch is reached .

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpresse der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubil­den, daß der Stößel präzise lagegeregelt ausgelenkt werden kann.The invention is based on the object of developing a piston press of the type mentioned in such a way that the ram can be deflected precisely in a positionally controlled manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stößel mit einem Wegmeßsystem zusammenwirkt, daß ein Ausgangs­signal des Wegmeßsystems in einem Regler mit vorgegebenen Soll­werten verglichen wird und daß der Regler elektropneumatische Servoventile zur Druckbeaufschlagung des Zylinders nach einem vorgegebenen Weg/Zeit-Verlauf ansteuert.This object is achieved in that the plunger interacts with a displacement measuring system, that an output signal of the displacement measuring system is compared in a controller with predetermined setpoints and that the controller controls electro-pneumatic servo valves for pressurizing the cylinder according to a predetermined displacement / time curve.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst, weil durch den regelbaren Weg/Zeit-Verlauf der Preßvorgang an unterschiedlichste Preßaufgaben angepaßt werden kann. Es können insbesondere besonders feinfühlige Preß­aufgaben gelöst werden, wobei die zu durchmessenden Wege und die Geschwindigkeiten, mit denen die Wege durchmessen werden, an die jeweilige Preßaufgabe angepaßt werden können.The object on which the invention is based is completely achieved in this way because the pressing process can be adapted to a wide variety of pressing tasks by means of the controllable path / time profile. In particular, particularly sensitive pressing tasks can be solved, and the paths to be measured and the speeds at which the paths are measured can be adapted to the respective pressing task.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Weg/Zeit-Verlauf in diskrete Bereiche unterschiedlicher Steigung aufgeteilt, wobei der Stößel aus einer Ruhestellung mit stufen­weise abnehmender Geschwindigkeit in eine Endstellung verfahren wird.In a preferred embodiment of the invention, the path / time curve is divided into discrete areas of different gradients, the plunger being moved from a rest position to a final position at a gradually decreasing speed.

Diese Merkmale haben den Vorteil, daß zunächst mit relativ hoher Verfahrgeschwindigkeit, d.h. im Schnellgang, das Werkstück angefahren, dann in einem Arbeitshub der Großteil der Preßauf­gabe ausgeführt und schließlich in einem Positionierhub die Feineinstellung für das Erreichen der vorgegebenen Endlage vorgenommen werden kann.These features have the advantage that initially with a relatively high travel speed, i.e. in rapid motion, the workpiece is approached, then the majority of the pressing task is carried out in one working stroke and finally the fine adjustment for reaching the predetermined end position can be carried out in one positioning stroke.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieser Variante ist der Regler ein Zustandsregler mit einstellbaren Reglerparametern, der Stellsignale in Abhängigkeit vom Wegsignal, eines Geschwin­digkeitssignals sowie eines Beschleunigungssignals bildet und die Reglerparameter beim Übergang von einem ersten Bereich zu einem zweiten Bereich selbsttätig umschaltbar sind.In a preferred development of this variant, the controller is a state controller with adjustable controller parameters, which forms control signals as a function of the travel signal, a speed signal and an acceleration signal, and the controller parameters can be switched over automatically when changing from a first area to a second area.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Regelung in den ver­schiedenen Bereichen unterschiedlicher Steigung des Weg/Zeit-­Verlaufs jeweils optimal geregelt werden können, weil die den Regelvorgang bestimmenden Parameter des Reglers auf die jewei­lige Steigung und damit das jeweilige Werkstück angepaßt werden können.This measure has the advantage that the control can be optimally controlled in the different areas of different gradients of the path / time curve, because the parameters of the controller that determine the control process can be adapted to the respective gradients and thus the respective workpiece.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfaßt ein Drucksensor den auf den Zylinder wirkenden Druck oder die vom Stößel ausgeübte Preßkraft, vergleicht diese Werte mit einem vorgegebenen Soll-Wertebereich und betätigt bei Nichteinhaltung des Bereichs ein Anzeigeelement.In a further embodiment of the invention, a pressure sensor detects the pressure acting on the cylinder or the pressing force exerted by the ram, compares these values with a predetermined target value range and actuates a display element if the range is not complied with.

Diese Maßnahmen haben den besonderen Vorteil, daß zusätzlich überprüft werden kann, ob zum Durchmessen des vorgegebenen Weges, insbesondere zum Erreichen der vorgegebenen Endstellung des Stößels ein bestimmter Druck bzw. eine bestimmte Preßkraft aufgewendet oder dieser Druck bzw. diese Preßkraft unter Berück­sichtigung eines bestimmten Toleranzbereichs über-oder unter­schritten wurde. Auf diese Weise können Rückschlüsse auf die angelierferten Werkstücke gezogen werden. Wurde beispielsweise der vorgegebene Weg des Stößels mit einem zu geringen Druck bzw. einer zu geringen Preßkraft durchmessen, so kann dies darauf hindeuten, daß ein zu verformendes Werkstück aus einem zu weichen Ausgangsmaterial bestand oder daß bei miteinander zu verpressenden Werkstücken das Rohmaß eine zu lose Passung aufwies, während bei Überschreiten des vorgegebenen Druck-­bzw. Preßkraftbereichs entweder ein zu hartes Werkstück vorlag oder die Passung der miteinander zu verpressenden Werkstücke zu eng bemessen war. Da in beiden Fällen ein für die spezielle Anwendung nicht taugliches Werkstück vorliegen kann, kann auf diese Weise eine Unterscheidung zwischen einem Qualitätswerk­stück und einem Ausschußwerkstück vorgenommen werden.These measures have the particular advantage that it can also be checked whether a certain pressure or a certain pressing force has been used to measure the predetermined path, in particular to achieve the predetermined end position of the ram, or whether this pressure or this pressing force has a certain tolerance range -or was below. In this way, conclusions can be drawn about the gelled workpieces. If, for example, the specified stroke of the ram was measured with too little pressure or too little pressing force, this can indicate that a workpiece to be deformed consisted of a material that was too soft or that the raw dimensions of the workpiece were too loose exhibited, while when the predetermined pressure or. Press force range was either too hard a workpiece or the fit of the workpieces to be pressed together was too narrow. In both cases, since there may be a workpiece that is not suitable for the specific application, a distinction can be made between a quality workpiece and a reject workpiece.

Schließlich ist eine Ausführungsform der Erfindung besonders bevorzugt, bei der die Servoventile 3/2-Servoventile mit Vor­steuerventil sind. Durch diese Kombination eines Wege-Servo-­ventils mit einem Druck-Servoventil kann sowohl eine feinfühlige Drucksteuerung als auch eine exakte Positionierung des Presse­stößels erreicht werden.Finally, an embodiment of the invention is particularly preferred in which the servo valves are 3/2-servo valves with pilot valve. This combination of a directional servo valve with a pressure servo valve enables both sensitive pressure control and exact positioning of the press ram.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages result from the description and the attached drawing.

Es versteht sich, daß die vorstehend geschilderten und die nachstehend noch erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features described above and those yet to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

  • Fig. 1 eine schematisierte Gesamtansicht einer erfindungsge­mäßen Kolbenpresse mit zugehöriger elektronischer und pneumatischer Steuerung;
  • Fig. 2 ein Weg/Zeit-Diagramm zur Erläuterung des geregelten Verfahrens des Pressenstößels bei der Presse gemäß Fig. 1;
  • Fig. 3 eine Kennlinie eines erfindungsgemäß verwendeten Komparators zum Erkennen von Ausschuß.
An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description. Show it:
  • Figure 1 is a schematic overall view of a piston press according to the invention with associated electronic and pneumatic control.
  • FIG. 2 shows a path / time diagram to explain the regulated method of the press ram in the press according to FIG. 1;
  • Fig. 3 is a characteristic curve of a comparator used in accordance with the invention for detecting rejects.

In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kolbenpresse. Ein Maschinentisch 11 steht auf festem Untergrund auf. Auf dem Maschinentisch 11 ist ein Werkstück 12 zu erkennen, das beispielsweise mit einem Bolzen 13 verpreßt werden soll. Vom Maschinentisch 11 erstreckt sich ein Ständer 14 nach oben, der seitlich einen Zylinder 15 hält. Im Zylinder 15 läuft ein Kolben 16, der fest mit einem Stößel 17 verbunden ist.In Fig. 1, 10 designates an embodiment of a piston press according to the invention. A machine table 11 stands on a solid surface. A workpiece 12 can be seen on the machine table 11, which is to be pressed, for example, with a bolt 13. A stand 14, which holds a cylinder 15 laterally, extends upward from the machine table 11. A piston 16 runs in the cylinder 15 and is firmly connected to a tappet 17.

Der Stößel 17 steht an einer geeigneten Stelle mit einem Wegmeß­system 18 in Verbindung. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich von der oberen Stirnfläche des Stößels 17 ein Stab 19, der ein induktives Element 20 trägt. Das Element 20 steht mit einer Spule 21 in Wechselwirkung. Es versteht sich jedoch, daß statt eines induktiven Wegmeßsystems 18 auch jedes andere geeignete Wegmeßsystem, beispielsweise ein kapazitives oder ein optisches oder ein sonstiges Wegmeßsystem Verwendung finden kann.The plunger 17 is connected to a position measuring system 18 at a suitable point. In the illustrated embodiment a rod 19 extends from the upper end face of the plunger 17 and carries an inductive element 20. The element 20 interacts with a coil 21. However, it goes without saying that, instead of an inductive displacement measuring system 18, any other suitable displacement measuring system, for example a capacitive or an optical or some other displacement measuring system, can be used.

Vom Wegmeßsystem 18 führt eine elektrische Leitung 30 einmal direkt, einmal über eine Differenzierstufe 31 und ein weiteres Mal über eine Doppeldifferenzierstufe 33 zu einem Steuerge­rät 34. Bezeichnet man das vom Wegmeßsystem 18 erfaßte Wegsignal mit s, so liegen also die Signale s, ṡ und

Figure imgb0001
am Steuergerät 34 an.From the measuring system 18, an electrical line 30 leads once directly, once via a differentiating stage 31 and again via a double differentiating stage 33 to a control unit 34. If the path signal detected by the measuring system 18 is denoted by s, then the signals s, ṡ and
Figure imgb0001
on the control unit 34.

Über eine erste Tastatur 35 können dem Steuergerät 34 Soll­werte s₀, s₁, s₂, s₃ ... des Verfahrweges 17 des Stößels 17 vorgegeben werden.Setpoints s₀, s₁, s₂, s₃ ... of the travel path 17 of the plunger 17 can be specified to the control unit 34 via a first keyboard 35.

Über eine zweite Tastatur 36 können weitere Sollwerte in das Steuergerät 34 eingegeben werden, z.B. ein oberer und ein unte­rer Grenzwert p₀, pu eines Betreibsdrucks p der Kolbenpresse 10.Additional setpoints can be entered into the control unit 34 via a second keyboard 36, for example an upper and a lower limit value p₀, p u of an operating pressure p of the piston press 10.

Das Steuergerät 34 umfaßt einen Regler 37, der vorzugsweise ein Zustandsregler an sich bekannter Bauart ist. Die Reglerkenn­linie ist über Reglerparameter in ebenfalls an sich bekannter Weise definierbar. Der Regler 37 ist bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit einstellbaren Reglerparametern versehen, wie dies weiter unten noch erläutert werden wird.The control device 34 comprises a controller 37, which is preferably a state controller of a type known per se. The controller characteristic can be defined in a manner known per se via controller parameters. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the controller 37 is provided with adjustable controller parameters, as will be explained further below.

Weiterhin umfaßt das Steuergerät 34 neben nicht dargestellten Komparatoren zum Vergleich des Ist-Weges s mit den Sollwerten s₀, s₁ ... noch einen Komparator 38 zum Vergleichen von Druck­werten p, wie dies weiter unten noch erläutert werden wird.Furthermore, the control unit 34 comprises, in addition to comparators (not shown) for comparing the actual path s with the target values s₀, s₁ ... a comparator 38 for comparing pressure values p, as will be explained further below.

Oberhalb des Kolbens 16 erstreckt sich im Zylinder 15 ein oberer Raum 40. Dieser ist mit einer Pneumatikleitung 41 an ein elek­tropneumatisches 3/2-Servoventil angeschlossen, das intern mit einem Vorsteuerventil versehen ist, wie dies beispielsweise in DIN ISO 1219 unter 7.2 ausführlich dargestellt ist.Above the piston 16, an upper space 40 extends in the cylinder 15. This is connected with a pneumatic line 41 to an electropneumatic 3/2-servo valve which is internally provided with a pilot valve, as described in detail for example in DIN ISO 1219 under 7.2 .

Ein unterer Raum 43 des Zylinders 15 unterhalb des Kolbens 16 ist mit einer Pneumatikleitung 44 an ein weiteres elektropneu­matisches 3/2-Servoventil 45 angeschlossen. Die Servoventile 42, 45 werden separat vom Regler 37 angesteuert.A lower space 43 of the cylinder 15 below the piston 16 is connected to a further electropneumatic 3/2 servo valve 45 by a pneumatic line 44. The servo valves 42, 45 are controlled separately by the controller 37.

Ein Drucksensor 50 erfaßt z.B. den Differenzdruck zwischen den Räumen 40 und 43 und liefert ein entsprechendes Signal p an den Komparator 38 im Steuergerät 34, dessen weiterer Eingang mit den mittels der zweiten Tastatur 36 vorgegebenen Grenzwer­ten p₀, pu beschaltet ist. Alternativ oder zusätzlich kann am Stößel 17 ein Kraftsensor 70 angeordnet sein, z.B. ein piezo­elektrischer Sensor, um die Preßkraft F zu erfassen, die der Stößel 17 auf das Werkstück 12/13 ausübt. Mittels der zweiten Tastatur 36 können dann in einer anderen Betriebsart Grenzwerte F₀, Fu vorgegeben werden.A pressure sensor 50 detects, for example, the differential pressure between the spaces 40 and 43 and supplies a corresponding signal p to the comparator 38 in the control unit 34, the further input of which is connected to the limit values p₀, p u specified by the second keyboard 36. Alternatively or additionally, a force sensor 70, for example a piezoelectric sensor, can be arranged on the plunger 17 in order to detect the pressing force F which the plunger 17 exerts on the workpiece 12/13. Limit values F₀, F u can then be specified in another operating mode by means of the second keyboard 36.

Der Ausgang des Komparators 38 steuert ein Anzeigeelement 51.The output of the comparator 38 controls a display element 51.

Die Wirkungsweise der Kolbenpresse 10 gemäß Fig. 1 ist wie folgt:
Der Benutzer der Kolbenpresse 10 gibt zunächst in Abhängigkeit vom jeweils zu bearbeitenden Werkstück 12, 13 mittels der ersten Tastatur 35 Wege ein, wobei s₀ die Ruheposition des Stößels 17 ist, wenn der Kolben 16 seine obere Endlage in Fig. 1 eingenom­men hat. Zwischen dem Wert s₀ und einem weiteren Wert s₁ durch­mißt der Stößel 17 den Leerraum bis hin zum Aufsetzen auf das Werkstück 12, 13. Vom Wert s₁ bis zu einem Wert s₂ erfolgt nun ein Arbeitshub, in dem die wesentliche Preßarbeit, beispiels­weise das Einpressen des Bolzens 13 in das Werkstück 12, voll­zogen wird. Schließlich ist noch ein kleiner Weg von dem Wert s₂ zu einem weiteren Wert s₃, in dem z.B. der Bolzen 13 exakt auf den Endwert positioniert wird. Der Benutzer gibt ferner Verfahrgeschwindigkeiten für den Stößel 17 in den verschiedenen Hubbereichen vor.The operation of the piston press 10 according to FIG. 1 is as follows:
Depending on the workpiece 12, 13 to be machined, the user of the piston press 10 first enters 35 paths using the first keyboard, s₀ being the rest position of the ram 17 when the piston 16 has reached its upper end position in FIG. 1. Between the value s₀ and a further value s₁, the plunger 17 measures the empty space until it is placed on the workpiece 12, 13. From the value s₁ to a value s₂, there is now a working stroke in which the essential pressing work, for example the pressing in of the bolt 13 into the workpiece 12. Finally, there is a small path from the value s₂ to a further value s₃, in which, for example, the bolt 13 is positioned exactly on the final value. The user also specifies travel speeds for the plunger 17 in the various stroke ranges.

Der Benutzer gibt ferner mittels der zweiten Tastatur 36 einen Druckbereich zwischen einem unteren Wert pu und einem oberen Wert p₀ oder einen Preßkraftbereich F₀ - Fu ein, wobei geprüft werden soll, ob der zum Auslenken des Stößels 17 erforderliche Druck p bzw. die aufgewendete Preßkraft F innerhalb dieses Wertebereichs p₀ - pu bzw. F₀ - Fu liegt.The user also uses the second keyboard 36 to enter a pressure range between a lower value p u and an upper value p₀ or a pressing force range F₀ - F u , it being checked whether the pressure p or the force required to deflect the plunger 17 is to be checked Press force F lies within this range of values p₀ - p u or F₀ - F u .

Mittels eines in Fig. 1 nicht dargestellten Schalters wird nun die Kolbenpresse 10 eingeschaltet. Das erste Servoventil 42 wird aus der in Fig. 1 eingezeichneten Stellung umgeschaltet, so daß Druckluft aus einem Reservoir über die Pneumatiklei­tung 41 in den oberen Raum 40 strömt. Der Kolben 16 bewegt sich nun nach unten, wobei mittels des Wegmeßsystems 18 die jeweilige Augenblickslage des Kolbens 16 bzw. des Stößels 17 erfaßt und entsprechend der vorgegebenen Weg/Zeit-Abhängigkeit durch Betätigen der Ventile 42, 45 ggf. nachgeregelt wird. Dem Regler 37 wird infolgedessen ein Wegsignal s, ein Geschwindig­keitssignal s sowie ein Beschleunigungssignal s zugeführt, und der Regler 37 erzeugt in Abhängigkeit von vorgegebenen Regler­parametern, die aus den vorgegebenen Werten s₀, s₁, s₂ und s₃ und den Verfahrgeschwindigkeiten bestimmt wurden, das analoge Steuersignal für die Servoventile 42 und 45.The piston press 10 is now switched on by means of a switch (not shown in FIG. 1). The first servo valve 42 is switched from the position shown in FIG. 1 so that compressed air flows from a reservoir via the pneumatic line 41 into the upper space 40. The piston 16 now moves downward, the instantaneous position of the piston 16 or the plunger 17 being detected by means of the displacement measuring system 18 and readjusted if necessary by actuating the valves 42, 45 in accordance with the specified displacement / time dependence. The Controller 37 is consequently fed a path signal s, a speed signal s and an acceleration signal s, and the controller 37 generates the analog control signal for depending on predetermined controller parameters, which were determined from the predetermined values s₀, s₁, s₂ and s₃ and the travel speeds the servo valves 42 and 45.

In Fig. 2 ist das zugehörige Weg/Zeit-Diagramm aufgetragen. Die Kolbenpresse 10 wurde zum Zeitpunkt t₀ eingeschaltet und hat bis zum Zeitpunkt t₁ den Leerhub zwischen der oberen Aus­gangsposition s₀ und dem Aufsetzen s₁ auf dem Bolzen 13 durch­messen. Wie sich aus dem relativ steilen Verlauf im Intervall t₀ bis t₁ ergibt, geschieht dieser Leerhub mit relativ hoher Verfahrgeschwindigkeit. Zum Zeitpunkt t₁ erkennt das Wegmeß­system 18, daß der vorgegebene Wert s₁ erreicht worden ist. Im Regler 37 werden nun die Reglerparameter umgeschaltet, wie aus dem kurzen Überschwinger in Fig. 2 zu erkennen ist. Durch ent­sprechendes Betätigen der Servoventile 42 und 45 setzt nun der Kolben 16 mit Stößel 17 seinen Weg etwas langsamer fort, bis zum Zeitpunkt t₂ der Arbeitshub beendet ist und sich der Bol­zen 13 bereits nahezu in seiner Endposition befindet. Zum Zeit­punkt t₂ wird erkannt, daß der nächste vorgegebene Grenzwert s₂ erreicht wurde, und der Regler 37 wird nochmals in seinen Reglerparametern umgeschaltet, so daß nun in einem Positionier­hub die Endposition des Bolzens 13 relativ langsam angefahren werden kann, bis schließlich der Endwert s₃ zum Zeitpunkt t₃ erreicht wurde.The associated path / time diagram is plotted in FIG. 2. The piston press 10 was turned on at time t₀ and up to time t₁ the idle stroke between the upper starting position s₀ and touchdown s₁ measured on the bolt 13. As can be seen from the relatively steep course in the interval t₀ to t₁, this idle stroke happens with a relatively high travel speed. At time t 1, the measuring system 18 recognizes that the predetermined value s 1 has been reached. The controller parameters are now switched in the controller 37, as can be seen from the short overshoot in FIG. 2. By corresponding actuation of the servo valves 42 and 45, the piston 16 with plunger 17 continues its path somewhat more slowly until the working stroke has ended t₂ and the bolt 13 is almost in its end position. At the time t₂ it is recognized that the next predetermined limit value s₂ has been reached, and the controller 37 is switched again in its controller parameters, so that the end position of the bolt 13 can now be approached relatively slowly in a positioning stroke, until finally the final value s₃ at the time t₃ was reached.

Es schließt sich nun bevorzugt eine kurze Haltephase an, bis der Kolben 16 durch entsprechendes Betätigen der Servoventile 42, 45 wieder in seine obere Ausgangslage zurück­fährt.A short holding phase then preferably follows until the piston 16 returns to its upper starting position by corresponding actuation of the servo valves 42, 45.

Während des Arbeitshubs und des Positionierhubs, d.h. zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₃, hat das Steuergerät 34 mittels des Komparators 38 den jeweils aufgewendeten Druck mit dem Druck­intervall pu - p₀ verglichen. Die entsprechende Kennlinie des Komparators 38 ist in Fig. 3 dargestellt. Man erkennt, daß ein Qualitätssignal Q abgeleitet wird, das im Intervall p₀ - pu den Wert 1 und außerhalb dieses Intervalls den Wert 0 annimmt. Ein Anzeigeelement 51 wird deswegen nur dann (oder bei entspre­chender Logik nur dann nicht) angesteuert, wenn zum Durchmessen des Weges bis zum Wert s₃ ein Druck aufgewendet werden mußte, der im Intervall p₀ - pu lag. Entsprechendes gilt im Falle der Preßkraftüberwachung, wenn festgestellt wird, ob die ausgeübte Preßkraft F im Intervall Fu - F₀ liegt.During the working stroke and the positioning stroke, ie between the times t 1 and t 3, the control unit 34 has compared the pressure applied with the pressure interval p u - p u by means of the comparator 38. The corresponding characteristic of the comparator 38 is shown in FIG. 3. It can be seen that a quality signal Q is derived which assumes the value 1 in the interval p₀ - p u and the value 0 outside this interval. A display element 51 is therefore only (or with appropriate logic only then not) controlled if a pressure had to be used to measure the path up to the value s₃, which was in the interval p₀ - p u . The same applies in the case of the monitoring of the pressing force if it is determined whether the pressing force F is in the interval F u - F₀.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenpresse 10 wurden im Regler 37 Verstärkungsfaktoren zwi­schen 100 und 1000 eingestellt. Hierdurch ergab sich eine Ein­preßgenauigkeit des Weges s von ± 0,01 mm. Bei einer Zeitkon­stante des Antriebssystems zwischen 10 und 50 ms war zum Errei­chen dieser Einpreßgenauigkeit ein Bewegungsgeschwindigkeit in der Positionierphase, d.h. zwischen t₂ und t₃ etwa 1 mm/s erforderlich.In a practical exemplary embodiment of the piston press 10 according to the invention, 37 gain factors between 100 and 1000 were set in the controller. This resulted in a press-in accuracy of the path s of ± 0.01 mm. With a time constant of the drive system between 10 and 50 ms, a movement speed was in the positioning phase to achieve this press-in accuracy, i.e. between t₂ and t₃ about 1 mm / s required.

Claims (6)

1. Kolbenpresse (10) mit einem Stößel (17), der mit einem in einem Zylinder (15) laufenden Kolben (16) verbunden ist, wobei der Zylinder (15) über Ventile (42, 45) mit Druck­luft beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (17) mit einem Wegmeßsystem (18) zusammenwirkt, daß ein Ausgangssignal (s) des Wegmeßsystems (18) in einem Regler (37) mir vorgegebenen Sollwerten (s₀, s₁, s₂, s₃) verglichen wird und daß der Regler (37) elektropneumatische Servoventile (42, 45) zur Durckbeaufschlagung des Zylinders (15) nach einem vorgegebenen Weg/Zeit-Verlauf (s(t)) an­steuert.1. Piston press (10) with a plunger (17) which is connected to a piston (16) running in a cylinder (15), the cylinder (15) being pressurized with compressed air via valves (42, 45), characterized in that that the plunger (17) interacts with a displacement measuring system (18), that an output signal (s) of the displacement measuring system (18) in a controller (37) me predetermined setpoints (s₀, s₁, s₂, s₃) is compared and that the controller (37) controls electro-pneumatic servo valves (42, 45) for pressurizing the cylinder (15) according to a predetermined path / time profile (s (t) ). 2. Kolbenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg/Zeit-Verlauf (s(t)) in diskrete Bereiche unter­schiedlicher Steigung aufgeteilt ist, wobei der Stößel (17) aus einer Ruhestellung (s₀) mit stufenweise abnehmen­der Geschwindigkeit in eine Endstellung (s₃) verfahren wird.2. Piston press according to claim 1, characterized in that the path / time curve (s (t) ) is divided into discrete areas of different incline, the plunger (17) from a rest position (s₀) with gradually decreasing speed to an end position (s₃) is moved. 3. Kolbenpresse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (37) ein Zustandsregler mit einstellbaren Reg­lerparametern ist, der Stellsignale in Abhängigkeit vom Wegsignal (s) eines Geschwindigkeitssignals (ṡ) sowie eines Beschleunigungssignals (
Figure imgb0002
) bildet und daß die Reg­lerparameter beim Übergang von einem ersten Bereich zu einem zweiten Bereich selbsttätig umschaltbar sind.3. Piston press according to claim 2, characterized in that the controller (37) is a state controller with adjustable controller parameters, the control signals as a function of the travel signal (s), a speed signal (ṡ) and an acceleration signal (
Figure imgb0002
) forms and that the controller parameters are automatically switchable during the transition from a first area to a second area. 4. Kolbenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor (50) den auf den Zy­linder (15) wirkenden Druck (p) erfaßt, mit einem vorgege­benen Soll-Wertebereich (p₀ - pu) vergleicht und bei Nicht­einhaltung des Bereichs (p₀ - pu) ein Anzeigeelement (51) betätigt.4. Piston press according to one of claims 1 to 3, characterized in that a pressure sensor (50) detects the pressure acting on the cylinder (15) (p), compares it with a predetermined target value range (p₀ - p u ) and in the event of non-compliance the area (p₀ - p u ) actuates a display element (51). 5. Kolbenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftsensor (70) die vom Stößel (17) ausgeübte Preßkraft (F) erfaßt, mit einem vorgegebenen Sollwertbereich (F₀ - Fu) vergleicht und bei Nichteinhal­tung des Bereichs (F₀ - Fu) ein Anzeigeelement (51) betä­tigt.5. Piston press according to one of claims 1 to 3, characterized in that a force sensor (70) detects the pressing force (F) exerted by the tappet (17), compares it with a predetermined target value range (F₀ - F u ) and, if the range ( F₀ - F u ) actuated a display element (51). 6. Kolbenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Servoventile 3/2-Servoventile (42, 45) mit Vorsteuerventil sind.6. Piston press according to one of claims 1 to 5, characterized in that the servo valves 3/2-servo valves (42, 45) with pilot valve.
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