EP0284903B1 - Kolbenpresse - Google Patents

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EP0284903B1
EP0284903B1 EP88104222A EP88104222A EP0284903B1 EP 0284903 B1 EP0284903 B1 EP 0284903B1 EP 88104222 A EP88104222 A EP 88104222A EP 88104222 A EP88104222 A EP 88104222A EP 0284903 B1 EP0284903 B1 EP 0284903B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
controller
plunger
path
piston
piston press
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP88104222A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0284903A2 (de
EP0284903A3 (en
Inventor
Rolf Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG
Original Assignee
Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG filed Critical Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG
Priority to AT88104222T priority Critical patent/ATE90024T1/de
Publication of EP0284903A2 publication Critical patent/EP0284903A2/de
Publication of EP0284903A3 publication Critical patent/EP0284903A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0284903B1 publication Critical patent/EP0284903B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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 can be pressurized with compressed air via electrically actuated valves, the plunger interacts with a displacement measuring system, an output signal of the displacement measuring system is compared in a controller with predefined setpoints is and the controller controls the valves for pressurizing the cylinder according to a predetermined path / time curve.
  • the compressed air is supplied via switching valves to the piston in generally known piston presses, 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 limit switches are provided which close the valves again when the plunger reaches a predetermined end position or cause the plunger to be retrieved.
  • the known piston presses with pneumatic drive thus have the disadvantage that sensitive control, in particular displacement / time control, is not possible because of the ram
  • a displacement measuring system is assigned to the plunger, which transmits information about the state of movement of the plunger to a computer.
  • This computer acts as a controller and controls the electrically actuated switching valves.
  • a first switching valve is opened and the piston is moved downward by means of a first pressurization.
  • the piston no longer moves due to the high back pressure, which is registered by the position measuring system.
  • a second switching valve is opened so that the working stroke can now be carried out because of the higher pressure.
  • the computer switches the switching valves in such a way that the piston carries out its return stroke to the starting position.
  • the switching times of the individual switching valves are set by the computer in such a way that the dwell time of the tool on the workpiece (between the delivery stroke and the working stroke) and after the working stroke is as short as possible.
  • the combination of computer and position measuring system serves here to replace the limit switches from the prior art described above.
  • This piston press is, so to speak, "self-learning" because it recognizes because of the position measuring system the computer automatically, when the work stroke has to start and when it has ended. It is therefore no longer necessary to adjust the limit switches.
  • 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 electrically actuated valves are electropneumatic servo valves and that the path / time curve is divided into discrete areas of different gradients, the plunger being moved from its rest position to an end position with gradually decreasing speed.
  • 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 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 F o , F u can then be specified using 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: The user of the piston press 10 first enters 35 paths using the first keyboard, depending on the workpiece 12, 13 to be machined, s0 being the rest position of the ram 17 when the piston 16 has assumed 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 way 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 p o or a pressing force range F o - F u , it being checked whether the pressure p or the pressure required to deflect the plunger 17 the applied pressing force F lies within this range of values p o - p u or F o - 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.
  • controller 37 becomes a displacement signal s, a speed signal ⁇ and an acceleration signal fed, and the controller 37 generates depending on predetermined controller parameters, which were determined from the predetermined values s o , s1, s2 and s3 and the travel speeds, the analog control signal for 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 the plunger 17 continues its path somewhat more slowly until the working stroke has ended t 2 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 in each case with the pressure interval p u - p o 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 p o - p u and the value 0 outside this interval.
  • a display element 51 is therefore only (or with appropriate logic only then not) driven if a pressure had to be applied to measure the path up to the value s 3, which was in the interval p o - 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 - F o .

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kolbenpresse mit einem Stößel, der mit einem in einem Zylinder laufendem Kolben verbunden ist, wobei der Zylinder über elektrisch betätigbare Ventile mit Druckluft beaufschlagbar ist, der Stößel mit einem Wegmeßsystem zusammenwirkt, ein Ausgangssignal des Wegmeßsystems in einem Regler mit vorgegebenen Sollwerten verglichen wird und der Regler die Ventile zur Druckbeaufschlagung des Zylinders nach einem vorgegebenen Weg/Zeit-Verlauf ansteuert.
  • Eine derartige Kolbenpresse ist aus der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 025 987 bekannt.
  • Zum Auslenken des Stößels wird bei allgemein bekannten Kolbenpressen 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.
  • 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.
  • Bei der aus der eingangs genannten EP-A-0 025 987 bekannten Kolbenpresse ist dem Stößel ein Wegmeßsystem zugeordnet, welches Informationen über den Bewegungszustand des Stößels an einen Computer weitergibt. Dieser Computer wirkt als Regler und steuert die elektrisch betätigbaren Schaltventile an. Während des Zustellhubes wird ein erstes Schaltventil geöffnet und der Kolben mittels einer ersten Druckbeaufschlagung nach unten bewegt. Sobald das Werkzeug auf das zu bearbeitende Werkstück auftrifft, bewegt sich der Kolben wegen des hohen Gegendruckes nicht mehr weiter, was von dem Wegmeßsystem registriert wird. Jetzt wird ein zweites Schaltventil geöffnet, so daß wegen des höheren Druckes jetzt der Arbeitshub durchgeführt werden kann.
  • Am Ende des Arbeitshubes, was wieder von dem Wegmeßsystem registriert wird, schaltet der Rechner die Schaltventile derart um, daß der Kolben seinen Rückhub in die Ausgangsstellung durchführt.
  • Bei der bekannten Kolbenpresse werden die Schaltzeiten der einzelnen Schaltventile von dem Rechner derart gelegt, daß die Verweilzeit des Werkzeuges auf dem Werkstück (zwischen Zustellhub und Arbeitshub) und nach dem Arbeitshub möglichst kurz sind. Mit anderen Worten dient die Kombination aus Rechner und Wegmeßsystem hier dazu, die Endschalter aus dem oben beschriebenen Stand der Technik zu ersetzen. Diese Kolbenpresse ist also sozusagen "selbstlernend", denn wegen des Wegmeßsystemes erkennt der Rechner automatisch, wann der Arbeitshub zu beginnen hat und wann er beendet ist. Es ist also keine Justierung der Endschalter mehr erforderlich.
  • Eine feinfühlige Regelung ist jedoch auch hier nicht möglich, weil der Stößel zunächst mit voller Kraft auf das Werkstück aufsetzen muß, bevor der Rechner von dem Wegmeßsystem die Information erhält, daß der Arbeitshub beginnen kann.
  • Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpresse der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß der Stößel präzise lagegeregelt ausgelenkt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrisch betätigbaren Ventile elektropneumatische Servoventile sind und daß der Weg/Zeit-Verlauf in diskrete Bereiche unterschiedlicher Steigung aufgeteilt ist, wobei der Stößel aus seiner Ruhelage mit stufenweise abnehmender Geschwindigkeit in eine Endstellung verfahren wird.
  • 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.
  • Es ergibt sich der weitere 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Über eine erste Tastatur 35 können dem Steuergerät 34 Sollwerte s₀, s₁, s₂, s₃ ... des Verfahrweges 17 des Stößels 17 vorgegeben werden.
  • 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 Betriebsdrucks p der Kolbenpresse 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 Fo, Fu vorgegeben werden.
  • Der Ausgang des Komparators 38 steuert ein Anzeigeelement 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.
  • Der Benutzer gibt ferner mittels der zweiten Tastatur 36 einen Druckbereich zwischen einem unteren Wert pu und einem oberen Wert po oder einen Preßkraftbereich Fo - Fu ein, wobei geprüft werden soll, ob der zum Auslenken des Stößels 17 erforderliche Druck p bzw. die aufgewendete Preßkraft F innerhalb dieses Wertebereichs po - pu bzw. Fo - Fu liegt.
  • 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 ṡ sowie ein Beschleunigungssignal
    Figure imgb0002
    zugeführt, und der Regler 37 erzeugt in Abhängigkeit von vorgegebenen Reglerparametern, die aus den vorgegebenen Werten so, s₁, s₂ und s₃ und den Verfahrgeschwindigkeiten bestimmt wurden, das analoge Steuersignal für die Servoventile 42 und 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.
  • 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.
  • 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 - po verglichen. Die entsprechende Kennlinie des Komparators 38 ist in Fig. 3 dargestellt. Man erkennt, daß ein Qualitätssignal Q abgeleitet wird, das im Intervall po - 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 po - pu lag. Entsprechendes gilt im Falle der Preßkraftüberwachung, wenn festgestellt wird, ob die ausgeübte Preßkraft F im Intervall Fu - Fo liegt.
  • 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.

Claims (5)

  1. Kolbenpresse (10) mit einem Stößel (17), der mit einem in einem Zylinder (15) laufenden Kolben (16) verbunden ist, wobei der Zylinder (15) über elektrisch betätigbare Ventile (42, 45) mit Druckluft beaufschlagbar ist, der Stößel (17) mit einem Wegmeßsystem (18) zusammenwirkt, ein Ausgangssignal (s) des Wegmeßsystems (18) in einem Regler (37) mit vorgegebenen Sollwerten (S₀, S₁, S₂, S₃) verglichen wird und der Regler die Ventile (42, 45) zur Druckbeaufschlagung des Zylinders (15) nach einem vorgegebenen Weg/Zeit-Verlauf (S(t)) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch betätigbaren Ventile (42, 45) elektropneumatische Servoventile (42, 45) sind und daß der Weg/Zeit-Verlauf (S(t)) in diskrete Bereiche unterschiedlicher Steigung aufgeteilt ist, wobei der Stößel (17) aus einer Ruhelage (S₀) mit stufenweise abnehmender Geschwindigkeit in eine Endstellung (S₃) verfahren wird.
  2. Kolbenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regel (37) ein Zustandsregler mit einstellbaren Reglerparametern ist, der Stellsignale in Abhängigkeit vom Wegsignal (s), eines Geschwindigkeitssignals (s) sowie eines Beschleunigungssignals (s) bildet und daß die Reglerparameter beim Übergang von einem ersten Bereich zu eiem zweiten Bereich selbsttätig umschaltbar sind.
  3. Kolbenpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor (50) den auf den Zylinder (15) wirkenden Druck (p) erfaßt, mit einem vorgegebenen Soll-Wertbereich (po - pu) vergleicht und bei Nichteinhaltung des Bereichs (po - pu) ein Anzeigeelement (51) betätigt.
  4. Kolbenpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftsensor (70) die vom Stößel (17) ausgeübte Preßkraft (F) erfaßt, mit einem vorgegebenen Sollwertbereich (Fo - Fu) vergleicht und bei Nichteinhaltung des Bereichs (Fo - Fu) ein Anzeigeelement (51) betätigt.
  5. Kolbenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Servoventile 3/2-Servoventile (42, 45) mit Vorsteuerventil sind.
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