EP0741001B1 - Präge-Druck- und Stanzmaschine - Google Patents

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EP0741001B1
EP0741001B1 EP96105837A EP96105837A EP0741001B1 EP 0741001 B1 EP0741001 B1 EP 0741001B1 EP 96105837 A EP96105837 A EP 96105837A EP 96105837 A EP96105837 A EP 96105837A EP 0741001 B1 EP0741001 B1 EP 0741001B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
machine according
press
control
control program
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
EP96105837A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0741001A2 (de
EP0741001A3 (de
Inventor
Hanspeter Gietz
Manfred Rösli
Heinz Bänziger
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.)
Gietz AG
Original Assignee
Gietz AG
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gietz AG filed Critical Gietz AG
Publication of EP0741001A2 publication Critical patent/EP0741001A2/de
Publication of EP0741001A3 publication Critical patent/EP0741001A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0741001B1 publication Critical patent/EP0741001B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • B30B15/0029—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing means for adjusting the space between the press slide and the press table, i.e. the shut height
    • B30B15/0041—Control arrangements therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/0094—Press load monitoring means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/14—Control arrangements for mechanically-driven presses

Definitions

  • the invention relates to an embossing printing and punching machine according to the preamble of independent claim.
  • EP 596 697 is a hydraulic Sheet metal press with automatic hydraulic pressure control for the deformation of Body panels known.
  • the press pressure is controlled by four hydraulic cylinders in the four corners of the press, the pressure values using four sensors can be controlled automatically independently of each other.
  • Such slow hydraulic presses with relatively rough hydraulic pressure control However, the requirements of faster, more precise embossing presses can absolutely not meet.
  • embossing presses with precise mechanical presses are known, which, however, do not have an automatic pressure force control.
  • Embossing presses are usually only at one point of the pressure force measurements Machine and outside of the embossing printing area known.
  • this requires elaborate conversions depending on the location of the clichés to estimate the Compressive forces on the embossed image surface.
  • these force measurements are inaccurate and unreliable. Influences that change the working pressure and thus the Print quality deteriorate, and therefore cannot be recorded well Changes in the course of a work process can be compensated even less. Uneven pressure distributions on the embossed printing area cannot be recorded become.
  • embossing-printing and Punching machine according to claim 1.
  • the arrangement of several pressure sensors around Embossed printing area around enables precise pressure force determination and Monitoring.
  • the combination of mechanical precision press with the mechanical positioning device with controlled sliding drive with which Pressure control program and with pressure force control through mechanical displacement the positioning device in very small steps in the Y direction enables set optimal working pressures and these also under negative influences of the operation to be kept constant and optimal, so that constant highest embossing quality is achieved.
  • the dependent claims relate to advantageous developments of the invention, which further automate, improve and simplify their functions make more reliable.
  • the automatic execution of Operations such as touching, keeping working pressure constant and almost any to be able to drive programmable pressure setpoint curves.
  • the inventive The machine enables compliance with safety and limit values as well as Detection of uneven, eccentric pressure distribution on the Embossing surface.
  • the various variable influences on the Working pressure which deteriorate the quality e.g. due to thermal influences or increasing, permanent deformation or change in thickness of the dressing and due to fluctuations in paper thickness, largely compensated. So that is highest possible and constant embossing quality with minimal operating effort and accessible with the greatest possible security.
  • FIG. 1 a shows a side view of an embossing printing and punching machine 1 according to the invention with an upper press part 3 which is held by side supports 6, with an upper support 5, a positioning or displacement device 10 and a press head 9.
  • This head 9 carries a tool - Or Clichéplatte 4 with a heater 7, which includes, for example, several individually adjustable heating zones.
  • a lower press part 19 here has a toggle lever mechanism with four toggle lever pairs 17, which move a press table 13 up and down by a stroke H of, for example, 80 mm.
  • a counterpressure or dressing plate 14 is attached to the table 13, the surface of which forms the embossing printing surface F (ie the maximum usable embossing surface).
  • Clichés 8 are attached to the tool plate 4, the surfaces of which define the embossed image area FC (see FIGS. 1b and 2).
  • a dressing 15 adapted to the clichés 8 is inserted on the dressing plate 14, which consists, for example, of a 1-2 mm thick, fabric-reinforced plastic plate, of hard laminate, for example Pertinax, or of less hard material such as pressboard or unreinforced plastic.
  • the material and layer thickness are adapted to the clichés and the embossed goods.
  • the preparation is adjusted in a known manner to optimal embossing quality.
  • the optimal embossing pressure or the embossing pressure force X is determined by displacement of the positioning device 10 in the Y direction.
  • a drive 20 is a controlled adjustment motor, e.g. a servo motor with incremental encoder and an assigned motor control 21.
  • the shift Y takes place via a transmission 16 to a spindle 12, which has a sliding wedge 11 moves.
  • the maximum possible displacement range of Y is e.g. 4 mm, which enables different layer thicknesses of dressing and compensate for embossed goods.
  • FIG. 1b As shown in Figure 1b as a partial representation of the machine 1 seen from above is, several compressive force sensors S1 to S4 or S5 to S8 around the Center Z of the embossing printing surface F of the plate 14 is arranged around.
  • the Compression force measurement takes place e.g. through strain gauges such as strain gauges (DMS) or piezo elements, which are on suitable, under load the chassis elements of the machine that experience significant stretching are attached are.
  • strain gauges S1 to S4 on the side beams 6 attached. These could also be attached to the press head 9.
  • the pressure forces can also be measured with pressure cells S5 to S8 which e.g. arranged in the four corners under a toggle 17 are as shown in Fig. 1a.
  • FIG. 2 shows a further example with a triangular arrangement sensors S9 to S11 and an eccentric arrangement of the clichés or of the embossed image areas FC1 and FC2, which put a higher load on the Side of sensor S9.
  • each individual sensor can be considered the maximum allowable Value assigned a safety value XMi and its compliance monitored become.
  • X XS1 + XS2 + XS3 + XS4.
  • Figure 3 shows a circuit diagram of the machine according to the invention with pressure transducers S1 to S4, which with the pressure control 30 or the machine control 2 are connected.
  • the positioning servomotor 20 with motor control 21 is also with the machine control 2 and the pressure control 30 connected.
  • To the operating and display device 40 which e.g. as Is designed touch screen, there is a bidirectional communication with the controls 30 and 2.
  • a further output 35 can additionally be provided be for bidirectional connection to an external computer, e.g. with a PC, to output operating data and to enter additional data Functions.
  • FIG. 4 shows a characteristic that is valid for a specific dressing X1 (Y), i.e. that in function of the displacement Y by the press on the embossing generated compressive force X1.
  • This characteristic can be driven automatically and be included if e.g. in the control program following function is entered:
  • This characteristic X (Y) is of course dependent on the clichés and the finish (type of material, thickness and size), ie it characterizes this finish and this specific embossing process.
  • this characteristic X (Y) of a given dressing changes gradually, for example from curve X1 (Y) in the initial state to curve X2 (Y) after a certain runtime, because the dressing wears out or is compressed more and more over the course of time an embossing.
  • the head 9 must therefore be readjusted around the area Y12.
  • FIG. 5 shows the course of pressure measurement signals as a function of time t: X1 (t).
  • the pressure curve has a broad maximum at top dead center OT.
  • the displacement in Y by the adjusting device 10 always takes place without Pressure (i.e. in the area of impression).
  • too Zero points of the sensor values adjusted adjusted (adjustment of a zero point drift of the Measurement signals, e.g.
  • X1 corresponds to the work value XA, at which the optimal embossing quality is achieved.
  • An adjustable and selectable tolerance + XT, -XT is assigned to this work value XA.
  • the curve with compressive force value X2 is below the tolerance range XA - XT, the value X3 lies above the tolerance range XA + XT and the curve with pressure force value X4 corresponds to the safety value XM, ie the maximum permissible press pressure.
  • FIG. 6 illustrates various influences which change over time Characteristic Y (X) (FIG. 4), or changes in threshold values Y0 (t) and work values YA (t) for given constant compressive force values X0 and XA effect: This is shown with the curves Ytemp, Yzu and Ypap.
  • the most varied of operating modes are possible possible. These are stored as functions in the print control program 30 and can be selected via the control and display device 40, or also can be entered externally via output 35. So that can various operating parameters regarding an embossing print job as well Limit values, tolerances, switching values and programmed setpoint curves (see Fig. 8) entered or reprogrammed.
  • the press is in the brought top dead center and stopped.
  • the pressure measurement takes place here continuously and no longer cyclically as during normal operation the machine in "RUN” mode (see Fig. 5).
  • OT is now the adjusting device 10 is automatically shifted, i.e. Y is increased until a Pressure rise is measured.
  • a minimum adjustable pressure threshold X0 is reached, the shift Y is stopped and the corresponding one Value Y0, i.e. this position, saved. This is in Fig. 4 shown.
  • the actual value of the regulation is preferably determined continuously as the mean value Xm from the n-last pressure force measurements.
  • the control difference DX is e.g. 5 - 10 kN and the regulation adjustment step DY e.g. 1 - 2 u.
  • a readjustment area YN selected and entered by e.g. YN 0.1 mm.
  • YN 0.1 mm.
  • a signal is output and the machine is stopped if necessary. Then can the operator decides whether he goes beyond this adjustment range YN should continue - by specifying a new second adjustment range from e.g. 0.05 to 0.1 mm - or whether the dressing changed and restarted shall be.
  • Fig. 7 further illustrates which different temporal pressure force profiles X (t) shows.
  • the curve X5 (t) runs according to the "REG" mode in a narrow control range between an upper limit XA + DX and a lower limit XA - DX.
  • XA + DX a lower limit XA + DX
  • XA - DX a lower limit XA - DX
  • curve X6 (t) shows the pressure force curve if the displacement Y is kept constant.
  • these influences had to be continuously monitored and monitored by the machine operator periodically be compensated by hand by tracking the displacement Y, which corresponds to the curve X7 (t). This was very complex and moreover inaccurate, so that practically only an effectively driven curve X7 (t) with significantly fluctuating pressure force values was achieved.
  • the resulting embossed print quality is of course much better in accordance with the new curve X5 (t) with automatic constant control than in the curve X7 (t) that was previously achievable.
  • operating errors can also be avoided with the automatic functions and controls of the machine according to the invention.
  • the pressure force curve X (t) driven can not only be automatic are kept constant according to curve "REG", but in principle it can also according to any given setpoint curve for the pressure force XX (t) be regulated by corresponding adjustment of the shift Y.
  • curve XX1 shows a rapid Increase followed by a slow decrease and finally ending in constant pressure force according to. Operating mode "REG”.
  • stamping orders can be determined automatically, more precisely and more comprehensively.

Description

Die Erfindung betrifft eine Präge-Druck- und Stanzmaschine gemäss Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs. Aus der EP 596 697 ist eine hydraulische Blechpresse mit automatischer hydraulischer Drucksteuerung zur Verformung von Karosserieblechen bekannt. Hier erfolgt die Steuerung des Pressendrucks durch vier hydraulische Zylinder in den vier Ecken der Presse, wobei die Druckwerte mittels vier Sensoren unabhängig voneinander automatisch gesteuert werden können. Solche langsame hydraulische Pressen mit relativ grober hydraulischer Drucksteuerung können jedoch die Anforderungen schneller hochpräziser Prägedruckmaschinen absolut nicht erfüllen.
Andererseits sind Prägedruckmaschinen mit präzisen mechanischen Pressen bekannt, welche jedoch keine automatische Druckkraft-steuerung aufweisen. Bei derartigen Prägedruckmaschinen sind Druckkraftmessungen meist nur an einer Stelle der Maschine und ausserhalb der Prägedruckfläche bekannt. Dies erfordert einerseits aufwendige Umrechnungen je nach Lage der Clichés zur Abschätzung der Druckkräfte auf der Prägebildfläche. Überdies sind diese Kraftmessungen ungenau und unzuverlässig. Einflüsse, welche den Arbeitsdruck verändern und damit die Druckqualität verschlechtern, können deshalb nicht gut erfasst und deren Veränderung im Laufe eines Arbeitsvorgangs noch weniger kompensiert werden. Ungleichmässige Druckverteilungen auf der Prägedruckfläche können nicht erfasst werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Präge-Druck- und Stanzmaschine zu schaffen, welche eine genaue Erfassung der Druckkräfte und damit auch die Einstellung einer optimalen Prägequalität ermöglicht und welche vor allem die negativen Einflüsse und Veränderungen während des Betriebs automatisch möglichst weitgehend kompensieren kann, so dass konstante höchste Qualität erreicht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemässe Präge-Druck- und Stanzmaschine nach Anspruch 1. Die Anordnung mehrerer Drucksensoren um die Präge-Druckfläche herum ermöglicht eine genaue Druckkraftbestimmung und Überwachung. Die Kombination von mechanischer Präzisionspresse mit der mechanischen Positioniervorrichtung mit gesteuertem Verschiebeantrieb, mit dem Drucksteuerprogramm und mit Druckkraftsteuerung durch mechanische Verschiebung der Positioniervorrichtung in sehr kleinen Schritten in Y Richtung ermöglicht es, optimale Arbeitsdrücke einzustellen und diese auch unter negativen Einflüssen während des Betriebs konstant und optimal einzuhalten, so dass konstante höchste Prägequalität erreicht wird.
Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, welche deren Funktion weiter automatisieren, verbessern sowie einfacher und zuverlässiger machen. Besondere Vorteile liegen in der automatischen Ausführung von Arbeitsgängen wie Touchieren, Arbeitsdruck konstant halten und fast beliebige programmierbare Drucksollwertverläufe fahren zu können. Die erfindungsgemässe Maschine ermöglicht das Einhalten von Sicherheits- und Grenzwerten wie auch die Erfassung von ungleichmässiger, exzentrischer Druckverteilung auf der Prägedruckfläche. Vor allem aber können die verschiedenen variablen Einflüsse auf den Arbeitsdruck, welche die Qualität verschlechtern, z.B. infolge thermischer Einflüsse oder zunehmender, bleibender Verformung bzw. Dickenänderung der Zurichtung und infolge Schwankungen der Papierdicke, weitgehend kompensiert werden. Damit ist höchstmögliche und konstante Prägequalität mit minimalem Bedienungsaufwand und bei grösstmöglicher Sicherheit erreichbar.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Figuren weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a
eine erfindungsgemässe Maschine
Fig. 1b, 2
Anordnungen von Druckkraft-Sensoren und exzentrische Belastungen
Fig. 3
ein Schaltschema der Maschine
Fig. 4
Druckkraft-Verschiebungs-Charakteristiken X(Y)
Fig. 5
Beispiele verschiedener Druckkraftwerte
Fig. 6
verschiedene Einflüsse auf die Druckkraft-Verschiebungs-Charakteristiken
Fig. 7
Beispiele zeitlicher Druckkraftverläufe X(t)
Fig. 8
programmierbare Sollwertverläufe der Druckkraft XX(t)
Fig. 1a zeigt in Seitenansicht eine erfindungsgemässe Präge-Druck- und Stanzmaschine 1 mit einem Pressenoberteil 3, welcher von Seitenträgern 6 gehalten ist, mit einem oberen Träger 5, einer Positionier- oder Verschiebevorrichtung 10 und einem Pressenkopf 9. Dieser Kopf 9 trägt eine Werkzeug- oder Clichéplatte 4 mit einer Heizung 7, welche z.B. mehrere, einzeln regulierbare Heizzonen umfasst.
Ein Pressenunterteil 19 weist hier einen Kniehebel-Mechanismus mit vier Kniehebelpaaren 17 auf, welche einen Pressentisch 13 um einen Hub H von z.B. 80 mm auf und ab bewegen. Auf dem Tisch 13 ist eine Gegendruck- oder Zurichtplatte 14 angebracht, deren Fläche die Prägedruckfläche F bildet (d.h. die maximal nutzbare Prägefläche). Auf der Werkzeugplatte 4 sind Clichés 8 angebracht, deren Flächen die Prägebildfläche FC definieren (siehe Fig. 1b und 2). Auf der Zurichtplatte 14 wird eine den Clichés 8 angepasste Zurichtung 15 eingelegt, welche z.B. aus einer 1 - 2 mm dicken gewebeverstärkten Kunststoff-Platte, aus Hartschichtstoff, z.B. Pertinax, oder auch aus weniger hartem Material wie Presspan oder unverstärktem Kunststoff besteht. Dabei werden Material und Schichtstärke den Clichés und dem Prägegut angepasst. Durch lokales Unterlegen dünner Papierschichten, von z.B. 20 um Stärke, wird die Zurichtung in bekannter Art auf optimale Prägequalität eingestellt.
Der optimale Prägedruck, bzw. die Prägedruckkraft X wird durch Verschiebung der Positionierungsvorrichtung 10 in Y-Richtung eingestellt. Als Antrieb 20 dient ein geregelter Verstellmotor, z.B. ein Servomotor mit Inkrementalgeber und eine zugeordnete Motorsteuerung 21. Die Verschiebung Y erfolgt über eine Transmission 16 auf eine Spindel 12, welche einen Verschiebekeil 11 bewegt. Der maximal mögliche Verschiebebereich von Y beträgt z.B. 4 mm, welcher es ermöglicht, unterschiedliche Schichtdicken von Zurichtung und Prägegut auszugleichen.
Wie in Figur 1b als Teildarstellung der Maschine 1 von oben gesehen dargestellt ist, werden mehrere Druckkraftsensoren S1 bis S4 oder S5 bis S8 um das Zentrum Z der Prägedruckfläche F der Platte 14 herum angeordnet. Die Druckkraftmessung erfolgt z.B. durch Dehnungsmesselemente wie Dehnungsmessstreifen (DMS) oder Piezoelemente, welche auf geeigneten, unter Last deutliche Dehnungen erfahrenden Chassiselementen der Maschine angebracht sind. Als Beispiel sind hier Dehnungsmessstreifen S1 bis S4 an den Seitenträgern 6 angebracht. Diese könnten auch am Pressenkopf 9 angebracht sein. Die Druckkräfte können aber auch mit Druckmessdosen S5 bis S8 erfasst werden, welche z.B. in den vier Ecken je unter einem Kniehebel 17 angeordnet sind, wie in Fig. 1a gezeigt ist. Durch diese rechteckförmige Anordnung der Kraftmesssensoren S1 bis S4 oder S5 bis S8 um das Zentrum Z der Präge-druckfläche F herum ist es möglich, exzentrische Belastungen durch die Prägebildfläche FC, d.h. durch die Lage der Clichés 8, gut zu erfassen und zu überwachen.
Figur 2 zeigt dazu ein weiteres Beispiel mit einer dreieckförmigen Anordnung der Sensoren S9 bis S11 und einer exzentrischen Anordnung der Clichés bzw. der Prägebildflächen FC1 und FC2, welche eine stärkere Belastung auf der Seite des Sensors S9 ergeben. Durch Erfassung und Überwachung von ungleichmässigen Belastungen können vor allem auch Beschädigungen der Presse vermieden werden. So kann jedem einzelnen Sensor als maximal zulässiger Wert ein Sicherheitswert XMi zugeordnet und dessen Einhaltung überwacht werden. Aus den Messwerten der Sensoren S1 bis S4, d.h. aus den Teildruckkräften XSi, (z.B. nach Fig. 1a) wird durch Superposition die Gesamtdruckkraft X bestimmt: X = XS1 + XS2 + XS3 + XS4. Als maximal zulässige Werte für eine gegebene Maschine wird z.B. ein Sicherheitswert XM = 1500 kN fest eingestellt, sowie für jeden Einzelsensor ein Sicherheitswert XMi = 450 kN. Im Betrieb müssen immer alle Sicherheitswerte XM und XMi eingehalten werden.
Figur 3 zeigt ein Schaltschema der erfindungsgemässen Maschine mit Druckkraftaufnehmern S1 bis S4, welche mit der Drucksteuerung 30 bzw. der Maschinensteuerung 2 verbunden sind. Der Positionier-Servomotor 20 mit Motorsteuerung 21 ist ebenfalls mit der Maschinensteuerung 2 und der Drucksteuerung 30 verbunden. Zum Bedienungs- und Anzeigegerät 40, welches z.B. als Touch Screen ausgebildet ist, erfolgt eine bidirektionale Kommunikation mit den Steuerungen 30 und 2 . Ein weiterer Ausgang 35 kann zusätzlich vorgesehen sein zur bidirektionalen Verbindung mit einem externen Rechner, z.B. mit einem PC, zur Ausgabe von Betriebsdaten und zur Eingabe zusätzlicher Funktionen.
Figur 4 zeigt eine für eine bestimmte Zurichtung gültige Charakteristik X1(Y), d.h. die in Funktion der Verschiebung Y durch die Presse am Prägegut erzeugte Druckkraft X1. Diese Charakteristik kann automatisch gefahren und aufgenommen werden, wenn im Steuerprogramm z.B. folgende Funktion eingegeben ist:
Verschiebung Y in Funktion der Zeit linear erhöhen bis der Druckkraftwert X1 einen gegebenen Wert Xmax erreicht hat.
Diese Charakteristik X(Y) ist natürlich von den Clichés und der Zurichtung (Materialart, Dicke und Grösse) abhängig, d.h. sie charakterisiert diese Zurichtung und diesen bestimmten Prägevorgang. Im Laufe des Betriebs verändert sich diese Charakteristik X(Y) einer gegebenen Zurichtung allmählich z.B. von der Kurve X1(Y) im Anfangszustand zu der Kurve X2(Y) nach einer bestimmten Laufzeit, weil die Zurichtung abgenützt bzw. immer mehr zusammengedrückt wird im Laufe einer Prägearbeit. Dies muss durch eine entsprechend grössere Verschiebung Y kompensiert werden, um wieder den gleichen Druckkraftwert X, z.B. den Arbeitswert XA zu erreichen: von YA1 nach YA2 mit YA2 = YA1 + Y12
Es muss also der Kopf 9 um den Bereich Y12 nachgestellt werden.
Weitere Einflüsse, welche eine Veränderung oder eine Verschiebung der Charakteristiken X(Y) bewirken, werden anhand von Fig. 6 diskutiert.
Figur 5 zeigt den Verlauf von Druckmesssignalen in Funktion der Zeit t: X1(t). Über einen Maschinenzyklus von 360°, bei dem die Kniehebelpresse einen Hub H ausführt, steht die Presse nur während ca. 20° - 25° unter Druck (Bereich Auf-Druck, on-press). Während der ganzen restlichen Zeit von 335°-340° übt die Presse keinen Druck aus (X = 0, Bereich Ab-Druck, off-press). Der Druckverlauf weist ein breites Maximum im oberen Totpunkt OT auf. Die Verschiebung in Y durch die Verstellvorrichtung 10 erfolgt immer ohne Druck (d.h. im Bereich Ab-Druck). Während dieser Zeit werden auch die Nullpunkte der Sensorwerte nachgestellt (Abgleich einer Nullpunktdrift der Messsignale, z.B. infolge thermischer Einflüsse auf die Sensoren). Bei jedem Pressenhub wird so die effektiv ausgeübte Druckkraft X als Differenz der Messwerte zwischen oberem Totpunkt OT und dem Ab-Druck-Bereich bestimmt. Auch für diese Abgleichung der Nullpunktdrift der Sensormesssignale kann ein bestimmter Toleranzbereich vorgesehen und überwacht werden: Systemgrenzwerte des Nullpunkts, bei deren Überschreitung Fehlermeldungen erfolgen.
Die als Beispiele gezeigten Druckkraftverläufe X1, X2, X3, X4(t) - entsprechend unterschiedlichen Verschiebewerten Y1, Y2, Y3, Y4 - illustrieren verschiedene Prägezyklen.
Hier entspricht X1 dem Arbeitswert XA, bei welchem die optimale Prägequalität erreicht wird. Diesem Arbeitswert XA ist eine einstellbare und wählbare Toleranz +XT, -XT zugeordnet.
Die Kurve mit Druckkraftwert X2 liegt hier unterhalb des Toleranzbereichs XA - XT,
der Wert X3 liegt über dem Toleranzbereich XA + XT
und die Kurve mit Druckkraftwert X4 entspricht dem Sicherheitswert XM, d.h. dem maximal zulässigen Pressendruck.
Der Toleranzwert XT ist z.B. zwischen 10 - 100 kN einstellbar. Dieser Toleranzbereich kommt jedoch nur zur Anwendung, wenn nicht im Betriebsmodus - "REG" = Arbeitswert automatisch konstant halten - gefahren wird; denn dort wird weit innerhalb dieses Toleranzbereichs XT mit einer viel kleineren Regeldifferenz DX geregelt (siehe Fig. 7).
Figur 6 illustriert verschiedene Einflüsse, welche zeitliche Veränderungen der Charakteristik Y(X) (Fig. 4), bzw. Veränderungen von Schwellwerten Y0(t) und Arbeitswerten YA(t) für gegebene konstante Druckkraftwerte X0 und XA bewirken: Dies wird mit den Kurven Ytemp, Yzu und Ypap dargestellt.
Beim Aufheizen der Maschine treten unterschiedliche thermische Dehnungen auf, welche entsprechende Veränderungen des Abstands zwischen Werkzeugplatte 4 und Zurichtplatte 14 ergeben. Dies zeigt die Kurve Ytemp.
Kontinuierlich fortschreitende Abnützung und bleibendes Zusammendrücken der Zurichtung 15 bewirkt z.B. einen Verlauf gemäss Kurve Yzu. Wenn die Zurichtung verändert wird (der Y-Wert nachgestellt wird), resultiert eine verschobene Kurve Yzu2.
Einen weiteren Einfluss auf die Verschiebewerte Y0 bzw. YA(t) ergeben Schwankungen der Papierdicke, wie dies die Kurve Ypap illustriert. Die Superposition all dieser Einflüsse Ytemp, Yzu, Ypap usw. ergibt letztlich die resultierende zeitliche Gesamtänderung der Charakteristik X(Y). Dies entspricht z.B. der Kurve X6(t) in Fig. 7.
Mit der erfindungsgemässen Maschine sind die verschiedensten Betriebsarten möglich. Diese sind als Funktionen im Drucksteuerprogramm 30 gespeichert und können über das Bedienungs- und Anzeigegerät 40 angewählt, oder auch über den Ausgang 35 extern eingegeben werden. Damit können auch die verschiedensten Betriebsparameter bezüglich eines Prägedruckauftrags sowie Grenzwerte, Toleranzen, Schaltwerte und programmierte Sollwertverläufe (siehe Fig. 8) eingegeben, bzw. neu programmiert werden.
Ein praktisch wichtiges Beispiel ist die automatische Ausführung einer Betriebsart bzw. -funktion "TOUCH" = touchieren: Die Presse wird dazu in den oberen Totpunkt OT gebracht und angehalten. Die Druckmessung erfolgt hier kontinuierlich und nicht mehr zyklisch wie während dem normalen Betrieb der Maschine im Modus "RUN" (siehe Fig. 5). In dieser Lage OT wird nun die Verstellvorrichtung 10 automatisch verschoben, d.h. Y wird erhöht, bis ein Druckanstieg gemessen wird. Wenn ein minimaler einstellbarer DruckSchwellwert X0 erreicht ist, wird die Verschiebung Y gestoppt und der entsprechende Wert Y0, d.h. diese Position, abgespeichert. Dies ist in Fig. 4 gezeigt. Der Druckschwellwert beträgt z.B. X0 = 5 - 10 kN, d.h. rund 1% des Arbeitswerts XA.
Eine besonders wichtige Funktion "REG" besteht darin, den Arbeitswert XA, d.h. die optimale Druckkraft für höchste Qualität eines gegebenen Druckauftrags automatisch und genau konstant zu halten. Dazu wird durch Variation der Druckkraft X zuerst der Arbeitswert bestimmt, welcher ein optimales Prägebild ergibt. Dieser Wert wird als Arbeitswert X = XA definiert und fixiert. Dann wird die Funktion "REG" angewählt, womit dieser Arbeitswert XA im folgenden automatisch konstant, d.h. innerhalb einer engen Regeldifferenz DX, gehalten wird.
Dieser Ablauf erfolgt z.B. nach folgendem Schema "REG":
Wenn die Druckmessung auf "RUN" Betrieb gestellt
und die Taste "REG" gedrückt
und die Y-Verstellung freigegeben ist,
dann wird der Sollwert Xsoll = XA mit dem Istwert = Mittelwert Xm verglichen:
  • Wenn die Abweichung Xm - XA grösser ist als die Regeldifferenz DX, dann erfolgt eine Nachstellung von Y um einen Nachstellschritt DY.
  • Zusätzlich wird geprüft, ob der Nachstellbereich YN überschritten ist, worauf allfällig ein Signal ausgegeben und die Maschine gestoppt wird.
  • Anschliessend erfolgt eine neue Mittelwertbildung Xm.
    • Um ein unnötiges ständiges Hin- und Her-Regeln zu vermeiden, wird der Istwert der Regelung vorzugsweise laufend als Mittelwert Xm aus den n-letzten Druckkraftmessungen bestimmt. Es ist z.B. n = 5 gewählt, womit der Mittelwert
    Xm = 1/5 der Summe der letzten fünf Messwerte X beträgt.
    Die Regeldifferenz DX beträgt z.B. 5 - 10 kN und der Reglungs-Nachstellschritt DY z.B. 1 - 2 u.
    Zur weiteren Überwachung eines Prägeauftrags kann ein Nachstellbereich YN gewählt und eingegeben werden von z.B. YN = 0.1 mm. Sobald die automatische Nachführung von Y diesen Wert erreicht (d.h. z.B. YA1 + YN in Fig. 4), so wird ein Signal ausgegeben und die Maschine allfällig gestoppt. Dann kann der Bediener entscheiden, ob er über diesen Nachstellbereich YN hinaus weiterfahren soll - durch Vorgabe eines neuen zweiten Nachstellbereichs von z.B. 0.05 bis 0.1 mm - oder ob die Zurichtung geändert und neu gestartet werden soll.
    Eine weitere wichtige Sicherheitsfunktion wird mit der Betriebsart "automatisches Ab-Druck fahren" erreicht. Dabei wird der Bogeneinlauf in die Presse überwacht. Wenn kein einlaufender Bogen festgestellt wird, so wird die Verschiebevorrichtung 10 sofort in Richtung -Y, um z.B. 1 mm, zurückgefahren (gemäss Pfeil R in Fig. 4), bevor der nächste Hub der Kniehebelpresse erfolgt. Damit wird vermieden, dass die Zurichtung 15 verprägt wird, wenn kein Bogen einläuft.
    Die Vorteile dieser automatischen Regelung des Arbeitswerts werden mit Fig. 7 weiter illustriert, welche verschiedene zeitliche Druckkraftverläufe X(t) zeigt. Wie oben erläutert, verläuft die Kurve X5(t) nach Modus "REG" in einem engen Regelbereich zwischen einem oberen Grenzwert XA + DX und einem unteren Grenzwert XA - DX. Hier wird auf konstanten Druck geregelt.
    Demgegenüber zeigt die Kurve X6(t) den Druckkraftverlauf, wenn die Verschiebung Y konstant gehalten wird. Die zu Fig. 6 erläuterten Einflüsse, bzw. Änderungen von Y durch Temperatur, Zurichtung und Papierdicke, ergeben eine entsprechende, deutliche Veränderung der resultierenden Druckkraft X6(t) bei konstant gehaltener Verschiebung Y. Diese Einflüsse mussten bisher vom Bediener der Maschine laufend überwacht und periodisch von Hand durch Nachführung der Verschiebung Y kompensiert werden, was der Kurve X7(t) entspricht. Dies war sehr aufwendig und überdies ungenau, so dass praktisch eben nur eine effektiv gefahrene Kurve X7(t) mit deutlich schwankenden Druckkraft-Werten erreicht wurde.
    Die resultierende Prägedruckqualität wird natürlich gemäss der neuen Kurve X5(t) mit automatischer Konstantregelung wesentlich besser als gemäss bisheriger erreichbarer Kurve X7(t). Überdies können mit den automatischen Funktionen und Kontrollen der erfindungsgemässen Maschine auch noch Bedienungsfehler vermieden werden.
    Der gefahrene Druckkraftverlauf X(t) kann jedoch nicht nur automatisch konstant gehalten werden gemäss Kurve "REG", sondern er kann im Prinzip auch nach beliebigen vorgebbaren Sollwertverläufen der Druckkraft XX(t) durch entsprechende Nachführung der Verschiebung Y geregelt werden. Dazu illustriert die Figur 8 zwei Beispiele. Die Kurve XX1 zeigt einen raschen Anstieg, gefolgt von einer langsamen Abnahme und schliesslich mündend in konstante Druckkraft gemäss. Betriebsart "REG". Gemäss Kurve XX2 wird die Druckkraft stufenweise erhöht, z.B. ab X = 600 kN je um 20 kN bis 700 kN erreicht ist. Damit können z.B. für jede Stufe 20 gleiche Probedrucke mit der Maschine automatisch erzeugt werden. Daraus kann die beste Druckqualität optisch bestimmt und der entsprechende Druckwert als Arbeitswert XA gewählt werden.
    Durch geeignete Sollwertvorgaben XX(t) oder durch gesteuerte Verschiebefunktionen Y(t) können z.B. optimale Parameter zur Charakterisierung von Prägeaufträgen automatisch, genauer und umfassender ermittelt werden.

    Claims (13)

    1. Präge-Druck- und Stanzmaschine mit einer Maschinensteuerung (2), einem Pressenoberteil (3) und einer gesteuerten Einstellvorrichtung, sowie mit einem Pressenunterteil (19) mit mehreren Drucksensoren (S1 - S4) zur Messung von Druckkräften X, welche um das Zentrum Z der Druckfläche F herum angeordnet sind, mit einem Drucksteuerprogramm mit Funktionen zur Druckkraftsteuerung und mit einem zugeordneten Bedienungs- und Anzeigegerät (40), gekennzeichnet durch einen Pressenoberteil mit einer Heizung (7), einer Werkzeugplatte (4) zum Befestigen von Clichés (8)
      und eine mechanische Positioniervorrichtung (10), welche einen mechanischen Verschiebeantrieb (20) mit zugeordneter Motorsteuerung (21) zum vertikalen Verschieben der Werkzeugplatte in Y-Richtung aufweist,
      durch einen Pressenunterteil mit einer mechanischen Kniehebelpresse (17) mit genau definiertem Hub (H)
      und einer Gegendruckplatte (14) mit einer Zurichtung (15) als Unterlage von zu beprägenden Druckbogen,
      wobei das Drucksteuerprogramm (30) vorgebbare Druckdifferenzwerte (DX) und/oder Nachstellschritte (DY) für die Regelung des Druckkraftwertes X aufweist
      und wobei die Druckkraftsteuerung durch mechanische Verschiebung der Positioniervorrichtung (10) in Y-Richtung erfolgt.
    2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vier Drucksensoren (S1 - S4), je einer Ecke der Präge-Druckfläche F zugeordnet, an der Maschine angeordnet sind.
    3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Drucksensoren Dehnungsmessstreifen (DMS) auf tragenden Teilen (6) des Pressenoberteils (3) angebracht sind.
    4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung einen Verschiebekeil (11) und einen geregelten Verstellmotor oder Servomotor (20) aufweist.
    5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerprogramm (30) verschiedene am Bedienungsgerät (40) wählbare Betriebsarten (REG, TOUCH) aufweist.
    6. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerprogramm (30) eine Funktion "Touchieren" (TOUCH) aufweist.
    7. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerprogramm (30) eine Funktion "Arbeitswert konstant halten" (REG) aufweist.
    8. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerprogramm (30) eine Funktion "Druck-Sollwertverläufe (XX1, XX2) ansteuern" aufweist.
    9. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerprogramm feste oder vorgebbare Sicherheitswerte (XM, XMi), Grenzwerte und/oder Toleranzbereiche (XT) enthält.
    10. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerprogramm vorgebbare Schaltwerte (XT, DY) enthält, bei denen Sekundärfunktionen wie Maschinenstopp oder Warnsignale ausgelöst werden.
    11. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuerung eine Dreipunktregelung aufweist, mit einer Regeldifferenz DX und einem Verschiebungs-Nachstellschritt DY, wobei der Ist-Wert laufend als Mittelwert Xm aus den letzten n Druck-Messungen gebildet wird.
    12. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein wählbarer Nachstellbereich YN einstellbar ist, dessen Erreichung ein Signal auslöst.
    13. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuerung einen bidirektionalen Ausgang (35) für einen externen Rechner aufweist.
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