EP0773076B1 - Apparatus for controlling the pressure in hydraulic cushion devices of presses - Google Patents

Apparatus for controlling the pressure in hydraulic cushion devices of presses Download PDF

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EP0773076B1
EP0773076B1 EP96117676A EP96117676A EP0773076B1 EP 0773076 B1 EP0773076 B1 EP 0773076B1 EP 96117676 A EP96117676 A EP 96117676A EP 96117676 A EP96117676 A EP 96117676A EP 0773076 B1 EP0773076 B1 EP 0773076B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
die cushion
control
cylinder
valve
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96117676A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0773076A1 (en
Inventor
Markus Dr. Müller
Axel Stange
Andreas Schlag
Eckhardt Menger
Gregor Geist
Steffen Schmidt
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Umformtechnik Erfurt GmbH
Original Assignee
Umformtechnik Erfurt GmbH
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Publication date
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Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D24/00Special deep-drawing arrangements in, or in connection with, presses
    • B21D24/10Devices controlling or operating blank holders independently, or in conjunction with dies
    • B21D24/14Devices controlling or operating blank holders independently, or in conjunction with dies pneumatically or hydraulically

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling and regulating the pressure in hydraulic die cushions of presses according to the preamble of patent claim 1.
  • the displacement principle In hydraulic die cushions in presses, the displacement principle often occurs, in which the press ram drives the pistons of the die cushion cylinders and displaces the oil from the cylinder chambers.
  • a proportional valve arranged in the discharge line influences the discharge cross-section in such a way that the desired pressure profiles in the cylinder are established during the drawing process.
  • the current pressure in the die cushion cylinder is recorded by means of a pressure sensor and fed to a controller as an actual signal.
  • the controller forms a corresponding correction signal for controlling the proportional valve from the comparison of the nominal and actual signals.
  • the impact of the tappet on the extended pistons of the die cushion cylinders is regarded as a critical moment during the regulation, since the discharge volume flow suddenly changes from zero to its maximum value.
  • the main control piston of the proportional valve has to be moved into the open position at high speed in order to avoid undesirable pressure peaks.
  • the disturbing influences on the regulation of the die cushion pressure are comparatively low, so that generally simple control concepts (PI controllers) already ensure good results.
  • the ram speed is gradually reduced to zero.
  • the die cushion pressure should correspond to the specified courses.
  • a circuit arrangement for regulating the holding force is known from EP 0 330 718 (closest prior art), which a suitable way Proportional valve actuated.
  • a number of coordinated control measures result in a reduction in the pressure peaks when the tappet hits the piston rods of the die cushion cylinders.
  • This circuit arrangement requires proportional valves with high control speeds.
  • Another assessment criterion is the effort required to commission the control loop and the options for influencing its behavior by the maintenance staff. In this case, special knowledge of maintenance personnel is required.
  • the pressure reducing valve is located in the inlet line and the pressure relief valve is located in the outlet line. Both valves are controlled by a controller using a specific procedure.
  • the object of the invention is therefore to design a device for controlling and regulating the pressure in such a way that the overshoot of the pressure when the ram strikes is reduced with robust methods that can be understood by the operating personnel, and the pressure build-up path of the die cushion is also minimized.
  • the object is achieved by the features of claim 1 and claim 3.
  • the advantages of the invention are that the proportional valve for regulating the die cushion pressure is acted upon by a defined back pressure at its tank connection. This back pressure is chosen so large that the mass forces acting on the cylinder pistons are compensated, even if the proportional valve completely releases the drain.
  • Another feature of the invention consists in the now possible way of controlling the proportional valve. In principle, it is assumed that the proportional valve is preferably controlled in the first phase of the drawing process (pressure build-up in the cylinder) and the control of the proportional valve starts in the second phase (after pressure build-up has taken place). The first, controlled mode of operation is the "pre-opening" of the proportional valve.
  • the main control piston Before the plunger hits the displacement piston, the main control piston is positioned on a predefined, defined opening gap.
  • the size of the pre-opening results from the speed of impact of the tappet on the die cushion and the specified pressure setpoint for the start of control.
  • This pre-opening value is determined once empirically or simulatively and stored, for example, in a table within a controller. With the help of this valve pre-opening it is achieved that the main piston of the proportional valve has already covered a certain distance in the opening direction and when the plunger hits, only the difference to the maximum value has to be overcome.
  • the pre-opening value is generally smaller than the maximum required valve opening, which is necessary for setting the desired pressure in the volume flow caused by the impact speed, in order to enable the pressure in the cylinder to build up in a short time.
  • the rate of pressure rise is therefore dependent on the selected pre-opening value and the pressure setpoint.
  • a compromise between the shortest possible pressure build-up path and the maximum permissible overshoot can be regarded as the optimum.
  • the transition from the controlled mode of operation to the regulated mode takes place towards the end of the build-up of pressure.
  • the criterion for the switchover is derived from the process itself if no path measuring system is available for the detection of the die cushion path.
  • the switchover takes place when the difference between the pressure setpoint and actual pressure value falls below a predetermined amount. This ensures that the excitation of the control loop is reduced when switching.
  • Another method for the combination of control and regulation is described in the embodiment. After the tappet has hit the die cushion, the expected disturbances are relatively small, so that a generally known PID control algorithm is sufficient for pressure control. It is also recommended to make the D component of the controller switchable. An additional minimization of the pressure build-up path can be achieved while maintaining the valve pre-opening in that the die cushion cylinder is acted upon by a further pressure oil source.
  • the press ram 1 strikes with the upper part 2 of the die 3, which rests on the sheet metal holder 4 of the lower part 5 of the tool.
  • the sheet metal holder 4 holds the circuit board 3 at a distance " ⁇ s", which corresponds to the pressure build-up path, above the lower part 5 of the die.
  • the die cushion force required for the forming process is applied to the die plate by pressure-actuated die cushion cylinder 11 via its piston rod on the cushion plate 8 and via pressure bolts 7 4 applied and counteracts this in the downward movement of the plunger 1.
  • the die cushion cylinders 11 provided for the generation of force and a central cylinder 9 for controlling the position of the die cushion for its upward motion are fastened in the press table 6.
  • the hydraulic control 10 for generating pressure is each assigned to a die cushion cylinder 11 in the form of a control block.
  • a die cushion cylinder 11 For external prestressing of the die cushion cylinder 11, its piston rod must be fixed in its upper working position by a stop 29, which is fixed or adjustable.
  • one or more drawing cushion cylinders 11 are respectively connected on the discharge side, in special cases not shown together, via a line 28 to a proportional valve 12.
  • the respective actual value of the die cushion pressure is recorded via pressure transducer 17 and fed to the cushion force regulator 23.
  • the proportional valve 12 is connected on the discharge side via the continued line 28 to the prestressed tank 13 which is pressurized with compressed air from the pressure source 14.
  • the hydraulic oil flows only then from the die cushion cylinder 11 via the opened proportional valve 12 into the prestressed tank 13 when the press ram 1 moves the pistons of the die cushion cylinder 11 downward.
  • the hydraulic oil flows back into the die cushion cylinder 11 via the check valve 15.
  • Another check valve 18 separates the die cushion cylinder 11 from a switchable pressure source 20 in such a way that when the switching valve 19 is activated, hydraulic oil flows from the pressure source 20 into the die cushion cylinder 11 as long as there is a pressure difference.
  • the pressure in the pressure source 20 is adjusted by means of a pressure-controlled pump 22 to the target pressure of the die cushion in such a way that the storage pressure is slightly lower.
  • a higher-level controller 24 transfers the current actual values with respect to the cushion travel "s K ", the number of press strokes “n” and the crank angle “ ⁇ ” to the cushion force controller 23.
  • the cushion force controller 23 of the set pressure “p to” transmits a threshold pressure “p SW” the drawing depth "s Z” and.
  • the cushion force controller 23 contains a generally known PID controller with switchable I and D components and a resettable I component. The PID controller itself can also be switched. All switching functions of the cushion force controller 23 are triggered by an internal control unit 25 as a function of the cushion travel "s K ".
  • the cushion force controller 23 receives the actual pressure value "p ist " directly from a pressure sensor 17.
  • the pressure setpoint "p soll” is fed to the PID controller via a reference variable generator 26 to form the control deviation "x d ".
  • the command variable generator 26 changes the pressure value "p set” depending on the Kissenweg “s K” such that it is increased in the “passive” pressure build-up phase of a reduced proportion of more than a defined distance up to its original value.
  • the controller output is the Vorö réelleswert summed “to p” which in a module 27 in response to the Kissenweg “s K", the pad speed “ds K (t) / dt", the draw depth “s Z”, the pressure command value, the number of press “n” and the crank angle " ⁇ ” calculated the pre-opening value and activated during the pressure build-up.
  • a pressure threshold value "p SW” is transmitted to the module 27, which is used when the die cushion does not have its own measuring system.
  • the pre-opening value is then deactivated as a function of the pressure threshold "p SW ".
  • the command variable "w” and the pre-opening value are determined as a function of the number of press strokes.
  • the cushion force controller 23 delivers the switching signal to a valve 19 by comparing a reference angle " ⁇ ref " transferred by the control 24 with the current value of the crank angle " ⁇ ".

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung des Druckes in hydraulischen Ziehkissen von Pressen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for controlling and regulating the pressure in hydraulic die cushions of presses according to the preamble of patent claim 1.

Bei hydraulischen Ziehkissen in Pressen kommt häufig das Verdrängerprinzip vor, bei dem der Pressenstößel die Kolben der Ziehkissenzylinder antreibt und das Öl aus den Zylinderkammern verdrängt. Ein in der Abflußleitung angeordnetes Proportionalventil beeinflußt den Abflußquerschnitt derart, daß sich die gewünschten Druckverläufe im Zylinder während des Ziehprozesses einstellen. Der aktuelle Druck im Ziehkissenzylinder wird mittels eines Druckaufnehmers erfaßt und als Ist-Signal einem Regler zugeführt. Der Regler bildet aus dem Vergleich von Soll- und Ist-Signal ein entsprechendes Korrektursignal zur Ansteuerung des Proportionalventils. Als ein kritisches Moment während der Regelung wird das Auftreffen des Stößels auf die ausgefahrenen Kolben der Ziehkissenzylinder angesehen, da sich sprunghaft der Abflußvolumenstrom von Null auf seinen Maximalwert ändert. Das hat zur Folge, daß der Hauptsteuerkolben des Proportionalventils mit hoher Geschwindigkeit in die geöffnete Stellung bewegt werden muß, um unerwünschte Druckspitzen zu vermeiden.
Nach dem Auftreffen des Stößels auf das Ziehkissen sind die Störeinflüsse auf die Regelung des Ziehkissendruckes vergleichsweise gering, so daß im allgemeinen einfache Regelungskonzepte (PI-Regler) schon für gute Ergebnisse sorgen. Aus der Bewegungscharakteristik des Stößels im Ziehbereich bis zum unteren Totpunkt bei mechanisch angetriebenen Pressen ergibt sich dabei eine allmähliche Reduzierung der Stößelgeschwindigkeit bis Null. Während dieser Zeit soll der Ziehkissendruck den vorgegebenen Verläufen entsprechen. Aus EP 0 330 718 (nächstliegender Stand der Technik) ist eine Schaltungsanordnung zum Regeln der Haltekraft bekannt, die in geeigneter Weise ein Proportionalventil ansteuert. Eine Reihe aufeinander abgestimmter steuer- und regelungstechnischer Maßnahmen bewirken eine Reduzierung der Druckspitzen beim Auftreffen des Stößels auf die Kolbenstangen der Ziehkissenzylinder.
Diese Schaltungsanordnung erfordert Proportionalventile mit hohen Stellgeschwindigkeiten. Ein weiteres Beurteilungskriterium sind die Aufwände zur Inbetriebnahme des Regelkreises und die Möglichkeiten zur Einflußnahme auf dessen Verhalten durch das Wartungspersonal. In diesem Fall sind Spezialkenntnisse beim Wartungspersonal erforderlich.
Es ist weiterhin aus DE A1 38 00 527 eine Schaltung zur Druckregelung bekannt, die den Druck in einem Zylinder mittels eines Druckminder- und eines Druckbegrenzungsventils ändert. Dabei sind beide Ventile als Proportionalventile ausgebildet. Das Druckminderventil befindet sich in der Zulaufleitung und das Druckbegrenzungsventil ist in der Abflußleitung angeordnet.
Beide Ventile werden über jeweils einen Regler nach einem bestimmten Verfahren angesteuert. Nachteilig an dieser Druckregelung ist, daß einer Druckquelle ständig ein gewisser, zur Regelung notwendiger Volumenstrom entnommen wird und daß spezielle Kenntnisse für die Optimierung der Regelkreise erforderlich sind.
Weiterhin ist aus DE A1 40 31 645 eine Steuerung für eine hydroelastische Tiefzieheinrichtung bekannt, der die Aufgabe zugrunde liegt, den Masseauftreffstoß zu reduzieren. Dabei wird die auf Führungszylinder ruhende Blechhalteplatte über einen definierten Weg bis auf Stößelgeschwindigkeit vorbeschleunigt und mittels eines federelastisch aufgehängten Wegmeßsensorsystems werden die auf die Arbeitszylinder wirkenden Servoventile vorangesteuert. Die Voransteuerung erfolgt über einen Weg, der im Bereich des Vorbeschleunigungsweges liegt und abhängig von der Auftreffgeschwindigkeit des Stößels ist.
Diese Art der Voransteuerung soll die hydraulischen Auftreffstoß-Überschwinger abbauen. Bei dieser Verfahrensweise ist jedoch nicht berücksichtigt, daß für einen optimalen Druckaufbau im Ziehkissenzylinder die Voransteuerung auch vom Drucksollwert abhängig ist.
In hydraulic die cushions in presses, the displacement principle often occurs, in which the press ram drives the pistons of the die cushion cylinders and displaces the oil from the cylinder chambers. A proportional valve arranged in the discharge line influences the discharge cross-section in such a way that the desired pressure profiles in the cylinder are established during the drawing process. The current pressure in the die cushion cylinder is recorded by means of a pressure sensor and fed to a controller as an actual signal. The controller forms a corresponding correction signal for controlling the proportional valve from the comparison of the nominal and actual signals. The impact of the tappet on the extended pistons of the die cushion cylinders is regarded as a critical moment during the regulation, since the discharge volume flow suddenly changes from zero to its maximum value. As a result, the main control piston of the proportional valve has to be moved into the open position at high speed in order to avoid undesirable pressure peaks.
After the plunger hits the die cushion, the disturbing influences on the regulation of the die cushion pressure are comparatively low, so that generally simple control concepts (PI controllers) already ensure good results. From the movement characteristics of the ram in the drawing area to the bottom dead center in mechanically driven presses, the ram speed is gradually reduced to zero. During this time, the die cushion pressure should correspond to the specified courses. A circuit arrangement for regulating the holding force is known from EP 0 330 718 (closest prior art), which a suitable way Proportional valve actuated. A number of coordinated control measures result in a reduction in the pressure peaks when the tappet hits the piston rods of the die cushion cylinders.
This circuit arrangement requires proportional valves with high control speeds. Another assessment criterion is the effort required to commission the control loop and the options for influencing its behavior by the maintenance staff. In this case, special knowledge of maintenance personnel is required.
It is also known from DE A1 38 00 527 a circuit for pressure control that changes the pressure in a cylinder by means of a pressure reducing and a pressure limiting valve. Both valves are designed as proportional valves. The pressure reducing valve is located in the inlet line and the pressure relief valve is located in the outlet line.
Both valves are controlled by a controller using a specific procedure. The disadvantage of this pressure control is that a certain volume flow required for control is constantly withdrawn from a pressure source and that special knowledge is required to optimize the control loops.
Furthermore, a control for a hydroelastic deep-drawing device is known from DE A1 40 31 645, which is based on the task of reducing the impact of the mass. The sheet metal holding plate resting on the guide cylinder is preaccelerated over a defined path up to the ram speed and the servo valves acting on the working cylinders are controlled by means of a spring-elastic suspended measuring sensor system. The pre-control takes place via a path that lies in the area of the pre-acceleration path and is dependent on the impact speed of the plunger.
This type of pre-control is to reduce the hydraulic impact shock overshoot. This procedure does not take into account that for optimal pressure build-up in the die cushion cylinder, the pre-control also depends on the pressure setpoint.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung des Drucks so zu gestalten, daß das Überschwingen des Drucks beim Auftreffen des Stößels mit robusten und vom Bedienpersonal ggf. nachvollziehbaren Methoden reduziert wird und zusätzlich der Druckaufbauweg des Ziehkissens minimiert wird.The object of the invention is therefore to design a device for controlling and regulating the pressure in such a way that the overshoot of the pressure when the ram strikes is reduced with robust methods that can be understood by the operating personnel, and the pressure build-up path of the die cushion is also minimized.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und des Patentanspruches 3 erreicht.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß das Proportionalventil zur Regelung des Ziehkissendruckes an seinem Tankanschluß mit einem definierten Gegendruck beaufschlagt wird. Dieser Gegendruck wird so groß gewählt, daß die Massenkräfte, die auf die Zylinderkolben wirken, kompensiert werden, auch wenn das Proportionalventil den Abfluß vollständig freigibt. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der jetzt möglichen Art der Ansteuerung des Proportionalventils. Dabei geht man im Prinzip davon aus, daß in der ersten Phase des Ziehprozesses (Druckaufbau im Zylinder) das Proportionalventil vorzugsweise gesteuert wird und in der zweiten Phase (nach erfolgtem Druckaufbau) die Regelung des Proportionalventils einsetzt. Inhalt der ersten, gesteuerten Betriebsweise ist die "Voröffnung" des Proportionalventils. Bevor der Stößel auf die Verdrängerkolben trifft, wird der Hauptsteuerkolben auf einen vorgegebenen, definierten Öffnungsspalt positioniert. Das Maß der Voröffnung ergibt sich aus der Auftreffgeschwindigkeit des Stößels auf das Ziehkissen und dem vorgegebenen Drucksollwert für den Beginn der Regelung. Dieser Voröffnungswert wird einmalig empirisch oder simulativ ermittelt und z.B. in einer Tabelle innerhalb einer Steuerung abgelegt. Mit Hilfe dieser Ventilvoröffnung wird erreicht, daß der Hauptkolben des Proportionalventils schon einen gewissen Weg in Öffnungsrichtung zurückgelegt hat und beim Auftreffen des Stößels nur noch die Differenz zum Maximalwert überwunden werden muß. Der Voröffnungswert ist im allgemeinen kleiner als die maximale erforderliche Ventilöffnung, die bei dem durch die Auftreffgeschwindigkeit hervorgerufenen Volumenstrom zur Einstellung des gewünschten Druckes notwendig ist, um den Druckaufbau im Zylinder in kurzer Zeit zu ermöglichen. Die Druckanstiegsgeschwindigkeit ist daher von dem gewählten Voröffnungswert und vom Drucksollwert abhängig.
Prinzipiell ist es möglich, den Druckaufbau im Ziehkissenzylinder überschwingfrei zu gestalten, auch wenn die Auftreffgeschwindigkeit des Stößels relativ groß und der Drucksollwert relativ gering ist. Es kann jedoch in vielen Fällen ein Kompromiß zwischen kürzestmöglichem Druckaufbauweg und maximal zulässigem Überschwingen als Optimum angesehen werden. Der Übergang von der gesteuerten Betriebsweise in die geregelte erfolgt gegen Ende des Druckaufbaus. Das Kriterium für die Umschaltung wird, falls für die Erfassung des Ziehkissenweges kein Wegmeßsystem zur Verfügung steht, aus dem Prozeß selbst abgeleitet. Die Umschaltung erfolgt, wenn die Differenz zwischen Drucksoll- und Druckistwert einen vorgegebenen Betrag unterschreitet. Damit wird erreicht, daß die Anregung des Regelkreises beim Umschalten reduziert ist. Eine weitere Methode für die Kombination von Steuerung und Regelung wird im Ausführungsbeispiel beschrieben. Nach erfolgtem Auftreffen des Stößels auf das Ziehkissen sind die zu erwartenden Störungen relativ klein, so daß ein allgemein bekannter PID-Regelalgorithmus für die Druckregelung ausreicht. Es empfiehlt sich weiterhin, den D-Anteil des Reglers schaltbar zu gestalten.
Eine zusätzliche Minimierung des Druckaufbauweges läßt sich bei Beibehaltung der Ventilvoröffnung dadurch erreichen, daß der Ziehkissenzylinder durch eine weitere Druckölquelle beaufschlagt wird. Aus energetischen Gründen ist es sinnvoll, die Druckölquelle erst kurz vor dem Aufsetzen des Stößels auf das Ziehkissen mit dem Ziehkissenzylinder zu verbinden. Bei schon vorgeöffnetem Proportionalventil wird sich dabei ein Entnahmevolumenstrom einstellen, der abhängig vom Öffnungsquerschnitt des Proportionalventils, von den Strömungswiderständen, von der Kapazität der Druckquelle und vom Druckwert ist. Bei dieser externen Vorspannung des Ziehkissenzylinders muß dessen Kolbenstange durch einen Anschlag, der fest oder verstellbar ist, in ihrer oberen Arbeitslage fixiert sein. Der maximale Druck der Druckquelle wird jeweils dem Solldruck der Verdrängerdruckregelung derart angepaßt, daß er kleiner oder gleichgroß ist. Damit wird erreicht, daß ein zwischen Ziehkissenzylinder und Druckquelle angeordnetes Rückschlagventil den Abfluß aus der Druckquelle sperrt, sobald der Stößel die Funktion der Druckerzeugung übernommen hat. Es kann auf die Druckbeaufschlagung der Abflußseite vom Stetigventil verzichtet werden, wenn die Ventilvoröffnung in Verbindung mit dem Druckaufbau aus der zusätzlichen Druckquelle vor Auftreffen des Stößels erfolgt. Die auf die Kolbenstangen der Ziehkissenzylinder wirkenden Massenkräfte sind dann durch den Druck der externen Druckölquelle kompensiert.
According to the invention the object is achieved by the features of claim 1 and claim 3.
The advantages of the invention are that the proportional valve for regulating the die cushion pressure is acted upon by a defined back pressure at its tank connection. This back pressure is chosen so large that the mass forces acting on the cylinder pistons are compensated, even if the proportional valve completely releases the drain. Another feature of the invention consists in the now possible way of controlling the proportional valve. In principle, it is assumed that the proportional valve is preferably controlled in the first phase of the drawing process (pressure build-up in the cylinder) and the control of the proportional valve starts in the second phase (after pressure build-up has taken place). The first, controlled mode of operation is the "pre-opening" of the proportional valve. Before the plunger hits the displacement piston, the main control piston is positioned on a predefined, defined opening gap. The size of the pre-opening results from the speed of impact of the tappet on the die cushion and the specified pressure setpoint for the start of control. This pre-opening value is determined once empirically or simulatively and stored, for example, in a table within a controller. With the help of this valve pre-opening it is achieved that the main piston of the proportional valve has already covered a certain distance in the opening direction and when the plunger hits, only the difference to the maximum value has to be overcome. The pre-opening value is generally smaller than the maximum required valve opening, which is necessary for setting the desired pressure in the volume flow caused by the impact speed, in order to enable the pressure in the cylinder to build up in a short time. The rate of pressure rise is therefore dependent on the selected pre-opening value and the pressure setpoint.
In principle, it is possible to design the pressure build-up in the die cushion cylinder without overshoot, even if the impact speed of the ram is relatively high and the pressure setpoint is relatively low. In many cases, however, a compromise between the shortest possible pressure build-up path and the maximum permissible overshoot can be regarded as the optimum. The transition from the controlled mode of operation to the regulated mode takes place towards the end of the build-up of pressure. The criterion for the switchover is derived from the process itself if no path measuring system is available for the detection of the die cushion path. The switchover takes place when the difference between the pressure setpoint and actual pressure value falls below a predetermined amount. This ensures that the excitation of the control loop is reduced when switching. Another method for the combination of control and regulation is described in the embodiment. After the tappet has hit the die cushion, the expected disturbances are relatively small, so that a generally known PID control algorithm is sufficient for pressure control. It is also recommended to make the D component of the controller switchable.
An additional minimization of the pressure build-up path can be achieved while maintaining the valve pre-opening in that the die cushion cylinder is acted upon by a further pressure oil source. For energy reasons, it makes sense to connect the pressure oil source to the die cushion cylinder shortly before the ram is placed on the die cushion. If the proportional valve is already open, an extraction volume flow is set which is dependent on the opening cross section of the proportional valve, on the flow resistances, on the capacity of the pressure source and on the pressure value. With this external prestressing of the die cushion cylinder, its piston rod must be fixed in its upper working position by a stop that is fixed or adjustable. The maximum pressure of the pressure source is adjusted to the set pressure of the positive pressure control in such a way that it is smaller or the same size. This ensures that a check valve arranged between the die cushion cylinder and the pressure source blocks the outflow from the pressure source as soon as the tappet has taken over the function of generating pressure. There is no need to pressurize the outflow side of the continuous valve if the valve is opened in connection with the pressure build-up from the additional pressure source before the plunger hits. The mass forces acting on the piston rods of the die cushion cylinders are then compensated for by the pressure of the external pressure oil source.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1:
Weg-Zeit-Verlauf des Pressenstößels und des Ziehkissens, Verläufe des Ziehkissendruckes über dem Ziehweg "sZ" bei maximalem und minimalem "Ventilvoröffnung" mit dem aktiven Druckaufbau kombiniert wird
Fig. 2:
eine schematische Darstellung der Zieheinrichtung
Fig. 3:
Schaltungsanordnung zur Steuerung und Regelung des Ziehkissendruckes
Fig. 4:
Struktur der Verdrängerdruckregelung mit Ventilvoröffnung
Advantageous embodiments of the invention are explained in more detail below using exemplary embodiments. The associated drawings show:
Fig. 1:
Path-time profile of the press ram and the die cushion, profiles of the die cushion pressure over the die path "s Z " at maximum and minimum "Valve opening" is combined with the active pressure build-up
Fig. 2:
a schematic representation of the pulling device
Fig. 3:
Circuit arrangement for controlling and regulating the die cushion pressure
Fig. 4:
Structure of the positive pressure control with valve opening

Der Pressenstößel 1 trifft in diesem, in Figur 2 dargestellten Abschnitt des Hubzyklus mit dem Werkzeug-Oberteil 2 auf die Platine 3 auf, die auf dem Blechhalter 4 des Werkzeug-Unterteils 5 ruht. Der Blechhalter 4 hält die Platine 3 in einem Abstand "Δs", der dem Druckaufbauweg entspricht, über dem Werkzeug-Unterteil 5. Die zum Umformprozeß erforderliche Ziehkissenkraft wird durch druckbeaufschlagte Ziehkissenzylinder 11 über dessen Kolbenstange auf die Kissenplatte 8 und über Druckbolzen 7 auf den Blechhalter 4 aufgebracht und wirkt beim Abwärtsgang des Stößels 1 diesem entgegen. Die zur Krafterzeugung vorgesehenen Ziehkissenzylinder 11 und ein Zentralzylinder 9 zur Wegsteuerung des Ziehkissens für dessen Hochgang sind im Pressentisch 6 befestigt. Die hydraulische Steuerung 10 zur Druckerzeugung ist in Form eines Steuerblockes jeweils einem Ziehkissenzylinder 11 zugeordnet. Zur externen Vorspannung des Ziehkissenzylinders 11 muß dessen Kolbenstange durch einen Anschlag 29, der fest oder verstellbar ist, in ihrer oberen Arbeitslage fixiert sein. Nach Fig. 3 sind ein oder mehrere Ziehkissenzylinder 11 abflußseitig jeweils, in besonderen nicht dargestellten Fällen auch gemeinsam, über eine Leitung 28 mit einem Proportionalventil 12 direkt verbunden. Der jeweilige Ist-Wert des Ziehkissendruckes wird über Druckaufnehmer 17 erfaßt und dem Kissenkraft-Regler 23 zugeführt. Das Proportionalventil 12 ist abflußseitig über die weitergeführte Leitung 28 mit dem vorgespannten Tank 13 verbunden, welcher mit Druckluft aus der Druckquelle 14 beaufschlagt ist. Das Hydrauliköl strömt erst dann aus dem Ziehkissenzylinder 11 über das geöffnete Proportionalventil 12 in den vorgespannten Tank 13, wenn der Pressenstößel 1 die Kolben der Ziehkissenzylinder 11 abwärts bewegt. Bei der Aufwärtsbewegung des Ziehkissenzylinders 11, die durch den Zentralzylinder 9 eingeleitet wird, strömt das Hydrauliköl über das Rückschlagventil 15 in den Ziehkissenzylinder 11 zurück. Ein weiteres Rückschlagventil 18 trennt den Ziehkissenzylinder 11 von einer schaltbaren Druckquelle 20 derart, daß bei Aktivierung des Schaltventils 19 Hydrauliköl aus der Druckquelle 20 in den Ziehkissenzylinder 11 strömt, solange eine Druckdifferenz besteht. Der Druck in der Druckquelle 20 wird mittels einer druckgeregelten Pumpe 22 derart dem Solldruck des Ziehkissens angepaßt, daß der Speicherdruck geringfügig kleiner ist. Dann führt der durch das Auftreffen des Pressenstößels bedingte Druckanstieg zum Schließen des Rückschlagventils 18. Das Schaltventil 19 wird in Abhängigkeit vom Pressenstößel-Weg so geschaltet, daß vor dem Auftreffen des Pressenstößels der "aktive Druckaufbau" im Ziehkissenzylinder beginnt und der Scheitelpunkt der Druckaufbaukurve im Auftreffpunkt des Stößels liegt. Diese Zusammenhänge sind in Fig. 1 dargestellt. Im oberen Diagramm sind die Weg-Zeit-Verläufe des Pressenstößels und des Ziehkissens zu sehen. Im Punkt "A", dem Auftreffpunkt des Stößels 1 auf das Ziehkissen, sind beide Verläufe über den Ziehbereich identisch. Im mittleren Diagramm sind die Verläufe des Ziehkissendruckes über dem Ziehweg "sz" bei maximalem und minimalen Drucksollwert dargestellt. Deutlich ausgeprägt ist bei kleinem Drucksollwert das Überschwingen des Ist-Druckes bei bisherigen Regelungskonzepten. Dieses Überschwingen läßt sich mit dem Prinzip der "Ventilvoröffnung" (gestrichelt dargestellt) reduzieren.
Der Weg "Δs", der vom Pressenstößel nach dem Auftreffen "A" noch zurückgelegt werden muß, bis der jeweilige Solldruck erreicht ist, läßt sich stark reduzieren, wenn das Prinzip der "Ventilvoröffnung" mit dem "aktiven Druckaufbau" kombiniert wird, wie im unteren Diagramm der Figur 1 dargestellt. Die Startpunkte s1 und s2 für den "aktiven Druckaufbau" sind abhängig vom gewählten Drucksollwert und, in Fig. 1 nicht dargestellt, ebenfalls abhängig von der Pressenhubzahl. Der Druckaufbauweg ist minimal, wenn das Auftreffen des Stößels im Scheitelpunkt der Druckkurve erfolgt. Eine übergeordnete Steuerung 24 übergibt dem Kissenkraftregler 23 die aktuellen Ist-Werte bezüglich des Kissenweges "sK" der Pressenhubzahl "n" und des Kurbelwinkels "α". Ebenso werden dem Kissenkraftregler 23 der Solldruck "psoll", die Ziehtiefe "sZ" und ein Druckschwellwert "pSW" übermittelt. Der Kissenkraftregler 23 beinhaltet einen allgemein bekannten PID-Regler mit schaltbaren I- und D-Anteilen sowie einem rücksetzbarem I-Anteil. Der PID-Regler selbst ist ebenfalls schaltbar. Sämtliche Schaltfunktionen des Kissenkraftreglers 23 werden aus einem internen Steuerwerk 25 in Abhängigkeit vom Kissenweg "sK" ausgelöst.
Den Druckistwert "pist" erhält der Kissenkraftregler 23 direkt von einem Druckaufnehmer 17. Der Drucksollwert "psoll" wird über einen Führungsgrößengenerator 26 dem PID-Regler zur Bildung der Regelabweichung "xd" zugeführt. Der Führungsgrößengenerator 26 ändert den Drucksollwert "psoll" in Abhängigkeit vom Kissenweg "sK" derart, daß dieser in der "passiven" Druckaufbauphase von einem reduzierten Anteil aus über einen definierten Weg bis auf seinen ursprünglichen Wert erhöht wird. Dem Reglerausgang wird der Voröffnungswert aufsummiert, welcher in einem Modul 27 in Abhängigkeit von dem Kissenweg "sK", der Kissengeschwindigkeit "dsK(t)/dt", der Ziehtiefe "sZ", dem Drucksollwert "psoll", der Pressenhubzahl "n" und dem Kurbelwinkel "α" den Voröffnungswert errechnet und während des Druckaufbaues aktiviert. Als Option wird dem Modul 27 ein Druckschwellwert "pSW" übermittelt, welcher genutzt wird, wenn das Ziehkissen kein eigenes Wegmeßsystem besitzt. Dann wird der Voröffnungswert in Abhängigkeit von dem Druckschwellwert "pSW" deaktiviert. Ebenso erfolgt dann, in Fig. 4 nicht dargestellt, ein Ersatz des fehlenden Kissenweges "sK" durch eine fiktive Funktion F=f(n,t). Mit ihrer Hilfe werden die Führungsgröße "w" und der Voröffnungswert in Abhängigkeit von der Pressenhubzahl zeitbezogen ermittelt. Für die Realisierung des "aktiven Druckaufbaus" liefert der Kissenkraftregler 23 das Schaltsignal an ein Ventil 19, indem ein von der Steuerung 24 übergebener Referenzwinkel "αref" mit dem aktuellen Wert des Kurbelwinkels "α" verglichen wird.
In this section of the lifting cycle shown in FIG. 2, the press ram 1 strikes with the upper part 2 of the die 3, which rests on the sheet metal holder 4 of the lower part 5 of the tool. The sheet metal holder 4 holds the circuit board 3 at a distance "Δs", which corresponds to the pressure build-up path, above the lower part 5 of the die. The die cushion force required for the forming process is applied to the die plate by pressure-actuated die cushion cylinder 11 via its piston rod on the cushion plate 8 and via pressure bolts 7 4 applied and counteracts this in the downward movement of the plunger 1. The die cushion cylinders 11 provided for the generation of force and a central cylinder 9 for controlling the position of the die cushion for its upward motion are fastened in the press table 6. The hydraulic control 10 for generating pressure is each assigned to a die cushion cylinder 11 in the form of a control block. For external prestressing of the die cushion cylinder 11, its piston rod must be fixed in its upper working position by a stop 29, which is fixed or adjustable. According to FIG. 3, one or more drawing cushion cylinders 11 are respectively connected on the discharge side, in special cases not shown together, via a line 28 to a proportional valve 12. The respective actual value of the die cushion pressure is recorded via pressure transducer 17 and fed to the cushion force regulator 23. The proportional valve 12 is connected on the discharge side via the continued line 28 to the prestressed tank 13 which is pressurized with compressed air from the pressure source 14. The hydraulic oil flows only then from the die cushion cylinder 11 via the opened proportional valve 12 into the prestressed tank 13 when the press ram 1 moves the pistons of the die cushion cylinder 11 downward. During the upward movement of the die cushion cylinder 11, which is initiated by the central cylinder 9, the hydraulic oil flows back into the die cushion cylinder 11 via the check valve 15. Another check valve 18 separates the die cushion cylinder 11 from a switchable pressure source 20 in such a way that when the switching valve 19 is activated, hydraulic oil flows from the pressure source 20 into the die cushion cylinder 11 as long as there is a pressure difference. The pressure in the pressure source 20 is adjusted by means of a pressure-controlled pump 22 to the target pressure of the die cushion in such a way that the storage pressure is slightly lower. Then the pressure rise caused by the impact of the press ram leads to the closing of the check valve 18. The switching valve 19 is switched depending on the press ram path so that before the impact of the press ram the "active pressure build-up" begins in the die cushion cylinder and the apex of the pressure build-up curve at the point of impact of the pestle. These relationships are shown in FIG. 1. The path-time profiles of the press ram and the die cushion can be seen in the diagram above. At point "A", the point of impact of the ram 1 on the die cushion, both courses over the die area are identical. The middle diagram shows the curves of the die cushion pressure over the drawing path "s z " at the maximum and minimum pressure setpoint. With a small pressure setpoint, the overshoot of the actual pressure is clearly pronounced in previous control concepts. This overshoot can be reduced with the principle of "valve opening" (shown in dashed lines).
The distance "Δs", which has to be covered by the press ram after it hits "A" until the respective target pressure is reached, can be greatly reduced if the principle of "valve opening" is combined with the "active pressure build-up", as in lower diagram of FIG. 1 shown. The starting points s 1 and s 2 for the "active pressure build-up" are dependent on the selected pressure setpoint and, not shown in FIG. 1, are also dependent on the number of press strokes. The pressure build-up path is minimal if the tappet hits the apex of the pressure curve. A higher-level controller 24 transfers the current actual values with respect to the cushion travel "s K ", the number of press strokes "n" and the crank angle "α" to the cushion force controller 23. Similarly, the cushion force controller 23 of the set pressure "p to" transmits a threshold pressure "p SW" the drawing depth "s Z" and. The cushion force controller 23 contains a generally known PID controller with switchable I and D components and a resettable I component. The PID controller itself can also be switched. All switching functions of the cushion force controller 23 are triggered by an internal control unit 25 as a function of the cushion travel "s K ".
The cushion force controller 23 receives the actual pressure value "p ist " directly from a pressure sensor 17. The pressure setpoint "p soll " is fed to the PID controller via a reference variable generator 26 to form the control deviation "x d ". The command variable generator 26 changes the pressure value "p set" depending on the Kissenweg "s K" such that it is increased in the "passive" pressure build-up phase of a reduced proportion of more than a defined distance up to its original value. The controller output is the Voröffnungswert summed "to p" which in a module 27 in response to the Kissenweg "s K", the pad speed "ds K (t) / dt", the draw depth "s Z", the pressure command value, the number of press "n" and the crank angle "α" calculated the pre-opening value and activated during the pressure build-up. As an option, a pressure threshold value "p SW " is transmitted to the module 27, which is used when the die cushion does not have its own measuring system. The pre-opening value is then deactivated as a function of the pressure threshold "p SW ". Likewise, not shown in FIG. 4, the missing cushion path "s K " is then replaced by a fictitious function F = f (n, t). With With their help, the command variable "w" and the pre-opening value are determined as a function of the number of press strokes. For the realization of the "active pressure build-up", the cushion force controller 23 delivers the switching signal to a valve 19 by comparing a reference angle "α ref " transferred by the control 24 with the current value of the crank angle "α".

Claims (3)

  1. Device for the control and closed-loop control of pressure in hydraulic die cushions of presses for drawing sheet-metal shaped parts, in which the cushion plate (8) guided in the bedplate (6) is on the one hand operationally connected by the thrust bolt (7) disposed thereon to the hold-down device (4) and on the other hand is operationally connected underneath to at least one die cushion cylinder (11) or the piston rod of the die cushion cylinder (11) is operationally connected directly to the hold-down device,
    wherein the oil situated in the cylinder chamber of the die cushion cylinder (11) corresponds via a line (28) and a proportional valve (12) with the tank (13) and a pressure pick-up (17) is disposed in the line (28) between proportional valve (12) and die cushion cylinder (11),
    characterized in
    that disposed in the line (28) between proportional valve (12) and die cushion cylinder (11) is a non-return valve (18), to which an operating valve (19) controllable in dependence upon the ram motion, a pressure source (20), a non-return valve (21) and a pump (22) are successively connected in series,
    that the piston rod of the die cushion cylinder (11) is limited in its top end position by means of a fixed or adjustable stop (29),
    that the inertial forces acting upon the piston rod of the die cushion cylinder (11) are compensated by the counterpressure of the preloaded tank (13),
    that the proportional valve (12) is operationally connected to the cushion force loop controller (23) so as to be switchable between control and closed-loop control and
    the switchover is effected by the control unit (25) in dependence upon the cushion displacement sK or in dependence upon the signal of the pressure pick-up (17),
    and that for the purpose of pressurizing the die cushion cylinder (11) by means of the pressure source (20) the operating valve (19) is controllable by the die cushion loop controller (23) and the controller (24).
  2. Device for the control and closed-loop control of pressure according to claim 1, characterized in that the value for the opening gap is determined from the velocity of impact of the press ram upon the die cushion and the preset pressure setpoint value for the start of the drawing operation.
  3. Device for the control and closed-loop control of pressure according to claims 1 and 2, characterized in that the inertial forces acting upon the pistons of the die cushion cylinders (11) are compensated in that the pressurization of the die cushion cylinder (11) by means of the operating valve (19) and the pressure source (20) is effected at the same time as or in advance of the positioning of the main control piston of the proportional valve (12) and so the tank-side preloading lapses.
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