EP1861214B1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung und regelung von servo-elektrischen ziehkissen - Google Patents

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EP1861214B1
EP1861214B1 EP06722642A EP06722642A EP1861214B1 EP 1861214 B1 EP1861214 B1 EP 1861214B1 EP 06722642 A EP06722642 A EP 06722642A EP 06722642 A EP06722642 A EP 06722642A EP 1861214 B1 EP1861214 B1 EP 1861214B1
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EP
European Patent Office
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control
cushion
force
ram
loop
Prior art date
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Revoked
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EP06722642A
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English (en)
French (fr)
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EP1861214A1 (de
Inventor
Uwe Darr
Rainer Hedler
Steffen 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.)
L Schuler GmbH
Original Assignee
Mueller Weingarten AG
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Publication date
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Application filed by Mueller Weingarten AG filed Critical Mueller Weingarten AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D24/00—Special deep-drawing arrangements in, or in connection with, presses
    • B21D24/10—Devices controlling or operating blank holders independently, or in conjunction with dies

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling and regulating servo-electric die cushion to forming presses according to the preamble of patent claim 1 and an apparatus for performing the method according to the preamble of claim 8.
  • the JP 10202327 describes such a method and such a device.
  • FIG. 10 is one which discloses cushioning force by servo-drive pulling means in the table of a press, wherein the servo-drive is connected to the cushion plate via a gear and rack.
  • the servo-drive is connected to the cushion plate via a gear and rack.
  • mechanically coupled servo drives act on a common pressure cheek or a servo drive acts independently of others on each a pressure cheek element of a multi-part pressure cheek.
  • the servomotors are controlled by a numerical control with the required for the generation of the pulling force position and torque signals, wherein, if necessary, within a control loop feedback of the actual values of Servomotor or belonging to the drawing device cushion plate can be done.
  • JP 04172200 A a control for the pre-acceleration of hydraulic die cushion is described in which the pre-acceleration is started at a certain press angle and the target position is specified by an arithmetic unit.
  • a further device for a combined pneumatic and hydraulic die cushion is known in which between the phase of the pre-acceleration and the drawing process, a change from position to pressure control by means of a position-dependent switching signal. Apart from the pre-acceleration phase, no further closed-loop phases are disclosed with attitude control. Since the position control loop for the phase of the pre-acceleration is closed only via the feedback of the actual path, the control quality of the adjustment of the speed of the die cushion is limited to the speed of the plunger. Due to the position-dependent switching signal for switching from position to force control process-dependent fluctuations can affect the reproducibility of the pressure build-up at the start of drawing.
  • each separate control devices for the servo-valves assigned to the separate hydraulic actuators are necessary for the phase of pre-acceleration and the drawing process. Furthermore, the control of force setpoint profiles for does not disclose the possibility of varying forces during the drawing process.
  • the individual pressure points on the one hand allow a mutually differentiated force setting during the drawing process and on the other hand to avoid tilting of the pressure cheek due to off-center loading, known from the prior art synchronous coupling of the pressure points with each other is unsuitable ,
  • the movement of the pulling device is synchronized by means of electrical waves on the one hand between the plunger and the pulling device and on the other hand between a plurality of servomotors belonging to the pulling device.
  • the required pulling force can be adjusted by changing the engine torque during the deep-drawing process.
  • the device required for this purpose and the process steps required for the control are not disclosed.
  • the DE 4218818 A1 the task is to substitute in a transfer press the mechanical cams for positively controlled drive of the parts transport device.
  • a regulation of the movement of the parts transport means by means of guide shaft for a complete electronic synchronization with the main movement of the plunger is described, which is the principle of electronic cam control is based.
  • the movement of the press ram is detected as a guide shaft by one or two position sensors and controlled the axes of movement of the parts transport device in dependence on the Leitwellenposition for precalculated motion functions.
  • a similar principle is used in the DE 19642962 A1 for a hydraulic press in which a clock is used as a virtual guide shaft and controls both the plunger movement and the movement axes of the parts transport device in dependence on the virtual guide shaft position.
  • the advantage of this principle is the possibility of position synchronization on the one hand between the press ram and part transport device and on the other hand between the individual axes of movement within the multi-axis part transport device. Since the two last-mentioned applications do not include any force regulation in part-conveying devices, their use for force-controlled drawing cushions is unsuitable.
  • the JP-A-10202327 describes a control for servoelectric die cushion in presses, in their movement when hitting the plunger on the die cushion is a change from position to force control by a control deviation. Since the exceeding of a current threshold value during the impact process is used as a switching criterion, the sudden increase in force occurring as a result of the time-delayed effect and unwanted for a high quality of drawn parts can not be avoided.
  • the invention has for its object to provide a method and apparatus for controlling and regulating servo-electric die cushion on presses, in which by means of a simple structure of the control and regulation and a small number of steps in the control or regulation flow a stable and precise sequence with high control quality and high reproducibility on the one hand in the phase of the force-controlled drawing process and on the other hand in all phases of the position-controlled movement of the pad is made possible.
  • the object is achieved by a method for controlling and regulating servo-electric die cushion with the features of claim 1. Further detailed embodiments of the method are described in claims 2 to 7.
  • the implementation of the method according to claims 1 to 7 is carried out with a device having the features according to claim 8.
  • the claims 9 to 12 contain further advantageous embodiments of the device.
  • the method and the device aim in addition to servo-electric drives as well as servo-hydraulic drives for die cushions in forming presses, the die cushion on the one hand as acting on the lower die die cushion in the table and on the other hand as acting on the upper die die cushion in the plunger application.
  • the die cushions can be designed as single-point or multi-point drawing cushions.
  • the essence of the invention is that the control and regulation of the die cushion, the principle of guage-controlled electronic cam control is combined with the force control so that all movement phases of the die cushion, which run without mechanical contact with the press ram, are controlled by electronic position cam, while the movements made with contact to the press ram via a force control with a path-controlled force setpoint profile.
  • An advantage of this principle is the complete synchronicity of the movement of the die cushion to the plunger movement, which is maintained even with speed changes and emergency stops of the plunger movement, without the need for special control functions are necessary.
  • Essential is the possibility that. Switchover between position control and force control with simple control engineering means. The switching can be done on the one hand via a limit value switch, which evaluates a control deviation, for example, when placing the plunger on the die cushion and activates a switching device to force control.
  • the change of position and force control can be determined only by the course of the position cam relative to the position of the plunger.
  • the pad position is enforced by the movement of the plunger.
  • the excessive output signals from the position and speed controller cause a dynamic force limitation, whereby a switch to force control takes place.
  • the simple structure and mode of operation of the controller result in addition to the effort reduction during commissioning and maintenance improved conditions for a precise and reproducible sequence of the drawing process.
  • FIG. 1 shows the structure of a running as a multi-point cushion servo-electric die cushion 8 in an embodiment with acting on the pressure cheek 2 electric cylinders 21.
  • the electric cylinder 21 are arranged in the interior of the pressure cheek 2 and are based in the press table 20 from.
  • a system spindle / spindle nut 3, 23 are used.
  • the connected to the pressure cheek 2 spindle nut 23 is rotationally fixed, and axially synchronous with the pressure cheek 2 movable.
  • the associated spindle 3 is axially fixed in the press table 20 rotatably mounted.
  • the remote from the spindle nut 23 end of the spindle 3 is connected via a coupling 24 with a servo motor 5 in operative connection.
  • the power is transmitted from the electric cylinders 21 via the pressure cheek 2 and pull pins 25 on the blank holder 22 in the press tool.
  • the die cushion 8 may also be equipped instead of electric cylinders 21 with hydraulic cylinders 3a as a servo-hydraulic die cushion 9. Also advantageous is an embodiment with a combination of hydraulic cylinders 3a and electric cylinders 21, wherein the hydraulic cylinder 3a, the force generation and one or more electric cylinder 21, the movement functions such as pre-acceleration, blocking in a defined position, if necessary retreat, lifting and run-up of the die cushion 8 take over.
  • Fig. 2a shows the basic structure of the device with a schematically illustrated and in Fig. 1 described servo-electric die cushion 8, with which the process is feasible.
  • the servomotors 5 are each equipped with an encoder 6, via which the position and speed detection takes place.
  • the cushion force is detected by a respective force transducer 4 for each pressure point.
  • the force transducers 4 may be, for example, piezoelectric or resistive strain transducers.
  • the cushion force can be detected indirectly via the motor current of the servo motors 5.
  • the NC control device 59 includes for each pressure point of the die cushion 8, an axis control device 58, which takes over the position, speed and force control of the pressure point and generates the power for driving the servomotor 5 or hydraulic cylinder 3a. Both devices are controlled by a Leitwelle, the Leitwelle either by real position encoder on the press ram, press drive or the drive of a parts transport system within the press or by a " virtual "Leitwellensignal example from the control of a servo press can be displayed.
  • the cam disk control device 56 generates reference position values for the axis control devices 58 depending on the control shaft.
  • the principle of the electronic cam is used, with each pad position being assigned a pad position by a control table or a mathematical function.
  • the force setpoint control device 57 generates force setpoint profiles for the force control in the axis control devices 58. Depending on the application or part-specific requirement, this may be a constant value or a position-dependent controlled force profile for the drawing area and, if necessary, additional values for the cushion run-up in the operating mode "without blocking" act.
  • FIG. 2b can be seen how the method, a servo-hydraulic die cushion 9 is controlled.
  • the movable pressure cheek 2 is driven by two hydraulic cylinders 3a.
  • the pressure in the hydraulic cylinders 3a is controlled by servo or proportional valves 5a.
  • the position detection is carried out by linear displacement sensor 6a on the pressure cheek 2 and the force measurement is realized by pressure sensor 4a on the hydraulic cylinders 3a.
  • From the arrangement of the signal interfaces (dotted lines) can be seen how the servo-hydraulic die cushion 9 with the in Fig. 2a represented NC control device 59 can be combined.
  • the possibility of this combination also applies to the in the Figures 5 . 6 and 7 described embodiments of the die cushion control.
  • the operation of the axis control devices 58 and the power amplifier is adapted in this case to the requirements of the hydraulic system.
  • Fig. 3 the proposed method is shown in the form of a sequence of steps.
  • the controller calculates a so-called electronic position cam 12, which includes the desired course of the pad position 13 in dependence on the plunger position 11.
  • the second preparation phase 32 the specification of the desired force curve of the die cushion 8, 9 takes place during the drawing process.
  • the controller calculates a Force setpoint profile that includes the force curve as a function of the plunger and / or cushion position 11, 13.
  • the position cam 12 and the force command value profile are stored in the form of a table, a mathematical function or a combination of both in the controller.
  • the pad position 13 is influenced by a position control, which receives its desired value from the position corresponding to the current plunger position 11 position cam 12. Due to the course of the position cam 12, the die cushion 8, 9 is initially held in its upper position and thensuingvantt shortly before the impingement of the plunger.
  • the second method step 34 when the ram is placed on the die cushion 8, 9, it switches over to force or torque control with a first switchover condition 38.
  • the first switching condition 38 can be achieved by reaching a certain plunger position 11, a defined control deviation or by a defined course of the position cam 12 can be met in conjunction with a force limiting control.
  • the associated embodiments are in Figures 5 and 7 described.
  • the third method step 35 takes place from placing the plunger on the die cushion 8, 9 until the end of the joint movement of plunger and die 8, 9 a force or torque control, the setpoint read from the corresponding to the current pillow or plunger position 13, 11 Force setpoint profile receives.
  • a switch to position control with position cam 12 takes place.
  • the second changeover condition 39 can be effected either by the Reaching a certain plunger or cushion position 11, 13 of a defined control deviation or be met by a certain course of the position cam 12 in conjunction with a force limiting control.
  • the cyclic motion sequence is continued with the first method step 33. Due to the course of the position cam 12 depending on the selected operating mode of the die cushion 8, 9, the movement functions locks or retreat in the lower position, lifting the part, cushion run-up and cushioning 19 executed with subsequent rest in the upper position.
  • FIG. 4a illustrates a typical sequence of movement of the die cushion 8, 9 in the "with blocking" mode in connection with the proposed method.
  • the cushion run-up does not take place immediately after passing the lower reversal point of the plunger, but the movement of the die cushion 8, 9 is first locked and the startup is delayed in time relative to the plunger movement.
  • a first phase 14 the position control takes place with electronic position cam 12, wherein the pad position 13 of the position cam 12 follows and the rest in the upper position and the pre-acceleration of the die cushion 8, 9 controls. This corresponds to the first method step 33 according to FIG Fig. 3 ,
  • the switchover to force regulation takes place in accordance with the second method step 34 Fig. 3
  • the force control takes place with a defined force setpoint profile in accordance with the third method step 35 Fig. 3
  • the position cam 12 may be ineffective.
  • the course of the position cam is effective in this phase only if the switch to force control after the in Fig. 7 illustrated embodiment is realized with force limitation.
  • the course must be the position cam 12 are above the enforced by the plunger position 11 pad position 13.
  • the subsequent third phase 16 includes the movement functions cushion retraction and locking in the lower position, lifting the part, cushion run-up, cushioning and rest in the upper position.
  • the sequence is repeated cyclically with the first phase 14 described above.
  • the said movement functions are contained in the course of the position cam 12 and are performed by the position control in dependence on the serving as a guide shaft tappet position 11.
  • Fig. 4b a typical movement of the die cushion 8, 9 in the mode "without blocking" in connection with the proposed control method is apparent. Shown are analogous to Fig. 4a the plunger position 11, the cushion position 13 and a position cam 12 as a time or crank angle-dependent course.
  • the cushion run-up takes place immediately after the lower reversal point 18, wherein the die cushion 8, 9 follows the ram movement without delay.
  • the force control is continued.
  • the force setpoint profile contains one or more additional values, which are dimensioned such that the die cushion 8, 9 follows the upward movement of the plunger and lifts the formed part.
  • the Figures 5 . 6 and 7 show application examples and advantageous embodiments of the proposed die cushion control with electronic cam and partial switching to force control in the form of block diagrams.
  • the first embodiment after Fig. 5 includes a cam control function 41 for calculating, storing and tracking shaft-dependent read-out of position cam 12, a force command value control function 42 for calculating, storing and position-dependent readout of force command value profiles and an axis controller 58 consisting of the three control loops 43, speed controller 44 and force controller 45 and the switching device for controller setpoint 49 and the power amplifier 46. All three control loops are closed by returning the corresponding actual values.
  • the actual position value is supplied by the encoder 6.
  • the actual speed value is generated by a differentiator 47 from the actual position value and the actual force value is detected by the force transducer 4.
  • the functional sequence is controlled by the guide shaft, which here corresponds to the crank angle of the press, as follows:
  • the press ram moves from its upper reversal point to the impact point 17 on the die cushion 8, 9, position setpoint values are continuously transferred to the position controller 43 by the cam control function 41.
  • the position controller 43 is followed by the speed controller 44, which in turn controls the force controller 45 via the switching device 49.
  • the three cascaded controllers work as a position control, so that via a power amplifier 46 controlled servomotor 5 and the operatively connected pressure cheek 2 of the position cam 12 follows. In this way, the first movement phase of the die cushion 8, 9, consisting of locking in the upper layer and pre-acceleration is controlled.
  • the functional unit for controller switching 55 When placing the plunger on the die cushion 8, 9, the functional unit for controller switching 55 is effective, which consists in this embodiment of limit value switch 48 and switching means for controller setpoint 49.
  • the limit value switch 48 which evaluates a deviation in the impact point 17, switched by means of switching means 49 to force control.
  • position and speed controller 43, 44 are ineffective and the force controller 45 receives its setpoint values from the force setpoint control function 42.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of the die cushion control, which uses a linear displacement sensor 7 on the press ram as a guide shaft.
  • a distinction between downward and upward movement is no longer possible directly by the guide wave signal.
  • two cams are used, each with a position cam 50 for the control function down and a position cam 51 for the control function up.
  • Switching is effected by a switching device 53, which is controlled via a switching cam 52 generated by the rotary position sensor 1.
  • the switching can also take place by means of a virtual guide shaft, a device for direction detection or a control signal from the sequence control for the slide movement.
  • the further operation corresponds to the first embodiment according to Fig. 5 ,
  • a device for dynamic force limitation 54 limits the output signal of the speed controller 44 to a dynamically predefinable maximum value, which is generated by the force setpoint control function 42. In this way, the change between position control and force control is determined only by the course of the position cam 12 relative to the plunger position 11.
  • the force limitation is not effective and the system is in position control, so that the die cushion 8, 9 follows the cam. If, on the other hand, the position cam 12 runs above the tappet position 11, the cushion position 13 is forced by the movement of the press tappet. In this case, the output signals of the position and speed controller become so large that the force limitation is effective. Thus, the system is in force control and the force setpoint profile is effective. Compared to the first and second embodiment advantageously no controlled with additional elements controller switching is required.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
  • Die JP-A-10202327 beschreibt ein solches Verfahren sowie eine solche Vorrichtung.
    • Stand der Technik
  • In der US 5 435 166 A ist eine, die Kissenkraft durch Servoantriebe erzeugende Zieheinrichtung im Tisch einer Presse offenbart, wobei der Servoantrieb über ein Getriebe und Zahnstange mit der Kissenplatte verbunden ist. Dabei können entweder mehrere, jeweils untereinander mechanische gekoppelte Servoantriebe auf eine gemeinsame Druckwange wirken oder ein Servoantrieb wirkt unabhängig von anderen auf je ein Druckwangenelement einer mehrteiligen Druckwange. Die Servomotoren werden von einer numerischen Steuerung mit den für die Erzeugung der Ziehkraft erforderlichen Positions- und Momentensignalen angesteuert, wobei bedarfsweise innerhalb eines Regelkreises eine Rückmeldung der Istwerte des Servomotors oder der zur Zieheinrichtung gehörigen Kissenplatte erfolgen kann.
  • In der JP 04172200 A wird eine Steuerung für die Vorbeschleunigung von hydraulischen Ziehkissen beschrieben, bei der die Vorbeschleunigung bei einem bestimmten Pressenwinkel gestartet und die Zielposition von einer Arithmetikeinheit vorgegeben wird.
  • Die Art der Vorgabe, Berechnung, Regelung und insbesondere die Synchronisation der Bewegungs- und Kraftverläufe der Zieheinrichtung in allen Bewegungsphasen mit der Hauptbewegung des Stößels und den Nebenbewegungen, wie beispielsweise der Handlingbewegung, sind in diesen beiden Druckschriften nicht beschrieben.
  • Aus der EP 0 556 390 B1 ist eine weitere Vorrichtung für ein kombiniertes pneumatisches und hydraulischen Ziehkissen bekannt, bei der zwischen der Phase der Vorbeschleunigung und dem Ziehvorgang eine Umschaltung von Lage- auf Druckregelung mittels eines positionsabhängigen Schaltsignals erfolgt. Außer der Phase der Vorbeschleunigung sind keine weiteren für einen geschlossenen Bewegungszyklus erforderlichen Phasen mit Lageregelung offenbart. Da der Lageregelkreis für die Phase der Vorbeschleunigung nur über die Rückführung des Ist-Weges geschlossen wird, ist die Regelgüte der Angleichung der Geschwindigkeit des Ziehkissens an die Geschwindigkeit des Stößels begrenzt. Durch das positionsabhängige Schaltsignal zur Umschaltung von Lage- auf Kraftregelung können prozessabhängige Schwankungen die Reproduzierbarkeit des Druckaufbaus bei Ziehbeginn beeinträchtigen. Bedingt durch den Aufbau des pneumo-hydraulischen Ziehkissens sind für die Phase der Vorbeschleunigung und des Ziehvorganges jeweils separate Regeleinrichtungen für die den getrennten Hydraulikaktoren zugeordneten Servoventile notwendig. Weiterhin ist die Ansteuerung von Kraftsollwertprofilen für die Möglichkeit von während des Ziehvorganges variierenden Kräften nicht offenbart.
  • Aus der DE 198 21 159 A1 ist eine Vorrichtung im Tisch einer Probierpresse bekannt, deren Druckwange mit Motoren über ein System Spindel -Spindelmutter so wirkverbunden ist, dass der an der Kissenplatte gegen die Abwärtsbewegung des Stößels erzeugte Widerstand durch die Motoren steuerbar ist. Mit den elektrischen oder mechanischen schlupffrei gekoppelten Anund Abtriebsmotoren soll die Kippungsbewegung der Druckwange verhindert werden.
    Für eine Anwendung, insbesondere in Großpressen mit Mehrpunktzieheinrichtungen und einteiliger Druckwange, deren einzelne Druckpunkte einerseits eine untereinander differenzierte Krafteinstellung während des Ziehvorganges ermöglichen und andererseits eine Kippung der Druckwange infolge außermittiger Belastung vermeiden sollen, ist die aus dem Stand der Technik bekannte Synchronkopplung der Druckpunkte untereinander ungeeignet.
    Ferner wird offenbart, dass die Bewegung der Zieheinrichtung über elektrische Wellen einerseits zwischen dem Stößel und der Zieheinrichtung und andererseits zwischen mehreren zur Zieheinrichtung gehörenden Servomotoren synchronisiert wird. Dabei kann die erforderliche Ziehkraft durch Änderung des Motormomentes während des Tiefziehvorganges angepasst werden. Die hierzu erforderliche Vorrichtung und die zur Steuerung erforderlichen Verfahrensschritte sind nicht offenbart.
  • Die DE 4218818 A1 stellt sich die Aufgabe, in einer Transferpresse die mechanischen Kurvenscheiben zum zwangsgesteuerten Antrieb der Teiletransporteinrichtung zu substituieren. Dazu wird eine Regelung der Bewegung der Teiletransporteinrichtung mittels Leitwelle für eine vollständige elektronische Synchronisation mit der Hauptbewegung des Stößels beschrieben, der das Prinzip der elektronischen Kurvenscheibenregelung zugrunde liegt. Die Bewegung des Pressenstößels wird als Leitwelle durch einen oder zwei Positionsgeber erfasst und die Bewegungsachsen der Teiletransporteinrichtung in Abhängigkeit von der Leitwellenposition nach vorberechneten Bewegungsfunktionen gesteuert.
    Ein ähnliches Prinzip wird in der DE 19642962 A1 für eine hydraulische Presse beschrieben, bei der ein Taktgeber als virtuelle Leitwelle verwendet wird und sowohl die Stößelbewegung als auch die Bewegungsachsen der Teiletransporteinrichtung in Abhängigkeit von der virtuellen Leitwellenposition steuert.
    Der Vorteil dieses Prinzips ist die Möglichkeit zur Lagesynchronisation einerseits zwischen Pressenstößel und Teiletransporteinrichtung und andererseits zwischen den einzelnen Bewegungsachsen innerhalb der mehrachsigen Teiletransporteinrichtung.
    Da die beiden letztgenannten Anwendungen in Teiletransporteinrichtungen funktionsbedingt keine Kraftregelung beinhalten, ist deren Einsatz für kraftgeregelte Ziehkissen ungeeignet.
    Die JP-A-10202327 beschreibt eine Steuerung für servoelektrische Ziehkissen in Pressen, in deren Bewegungsablauf beim Auftreffen des Stößels auf das Ziehkissen eine Umschaltung von Lage- auf Kraftregelung durch eine Regelabweichung erfolgt. Da als Umschaltkriterium die Überschreitung eines Strom-Schwellwertes während des Auftreffvorgangs genutzt wird, kann der infolge der zeitverzögerten Wirkung eintretende und für eine hohe Ziehteilqualität unerwünschte schlagartige Kraftanstieg nicht vermieden werden.
    • Aufgabenstellung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen an Pressen zu schaffen, bei dem mittels einer einfachen Struktur der Steuerung und Regelung sowie einer geringen Zahl von Schritten im Steuerungs- bzw. Regelungsablauf ein stabiler und präziser Ablauf mit hoher Regelgüte und hoher Reproduzierbarkeit einerseits in der Phase des kraftgeregelten Ziehvorganges und andererseits in allen Phasen der lagegeregelten Bewegung des Kissens ermöglicht wird.
    Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere detaillierte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 7 beschrieben. Die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7 erfolgt mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8. Die Ansprüche 9 bis 12 enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung.
  • Das Verfahren und die Vorrichtung zielen neben servo-elektrischen Antrieben ebenso auf servo-hydraulische Antriebe für Ziehkissen in Umformpressen, wobei die Ziehkissen einerseits als die auf das Unterwerkzeug wirkende Ziehkissen im Tisch und andererseits als die auf das Oberwerkzeug wirkende Ziehkissen im Stößel Anwendung finden. Die Ziehkissen können als Einpunkt- oder als Mehrpunkt-Ziehkissen ausgeführt werden.
    Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, dass zur Steuerung und Regelung des Ziehkissens das Prinzip der leitwellengesteuerten elektronischen Kurvenscheibenregelung mit der Kraftregelung so kombiniert wird, dass alle Bewegungsphasen des Ziehkissens, die ohne mechanischen Kontakt zum Pressenstößel ablaufen, über elektronische Positions-Kurvenscheiben gesteuert werden, während die Bewegungen mit Kontakt zum Pressenstößel über eine Kraftregelung mit einem wegabhängig gesteuerten Kraftsollwertprofil erfolgen.
    Ein Vorteil dieses Prinzips ist die vollständige Synchronität der Bewegung des Ziehkissens zur Stößelbewegung, die auch bei Geschwindigkeitsänderungen und Not-Stopps der Stößelbewegung eingehalten wird, ohne dass hierfür spezielle Steuerfunktionen notwendig sind. Gleiches gilt für die Synchronität der Druckpunkte von Mehrpunkt-Ziehkissen untereinander und für die Synchronität der Ziehkissenbewegung zu einer bedarfsweise vorhandenen Teiletransporteinrichtung.
    Wesentlich ist die Möglichkeit, die. Umschaltung zwischen Lageregelung und Kraftregelung mit einfachen steuerungstechnischen Mitteln auszuführen. Die Umschaltung kann einerseits über einen Grenzwertschalter erfolgen, der beispielsweise beim Aufsetzen des Stößels auf das Ziehkissen eine Regelabweichung auswertet und eine Umschalteinrichtung auf Kraftregelung aktiviert. Andererseits kann der Wechsel von Lage- und Kraftregelung lediglich durch den Verlauf der Positions-Kurvenscheibe relativ zur Position des Stößels bestimmt werden. Verläuft beispielsweise die Kurvenscheibe oberhalb der Stößelposition, wird die Kissenposition durch die Bewegung des Pressenstößels erzwungen. In diesem Fall bewirken die überhöhten Ausgangssignale von Lage- und Geschwindigkeitsregler eine dynamische Kraftbegrenzung, wodurch eine Umschaltung auf Kraftregelung erfolgt.
    Aus der einfachen Struktur und Funktionsweise der Steuerung ergeben sich neben der Aufwandsreduzierung bei Inbetriebnahme und Instandhaltung verbesserte Voraussetzungen für einen präzisen und reproduzierbaren Ablauf des Ziehvorganges.
    • Ausführungsbeispiele
  • Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt:
    • Fig. 1
    Aufbau eines Mehrpunkt-Ziehkissens
    Fig. 2a
    Vorrichtung in einer ersten Ausgestaltung zur Steuerung von servo-elektrischen Ziehkissen
    Fig. 2b
    Vorrichtung in einer zweiten Ausgestaltung zur Steuerung von servo-hydraulischen Ziehkissen
    Fig. 3
    Schrittfolge des Verfahrens zur Steuerung servo-geregelter Ziehkissen
    Fig. 4a
    beispielhafter Bewegungsablauf eines Ziehkissens in der Betriebsart "mit Sperrung" in der unteren Lage
    Fig. 4b
    beispielhafter Bewegungsablauf eines Ziehkissens in der Betriebsart "ohne Sperrung"
    Fig. 5
    Blockschaltbild für die Ziehkissenregelung mit elektronischer Kurvenscheibe und partieller Umschaltung auf Kraftregelung in einer ersten Ausgestaltung mit rotatorischer Leitwelle
    Fig. 6
    Blockschaltbild für die Ziehkissenregelung mit elektronischer Kurvenscheibe und partieller Umschaltung auf Kraftregelung in einer zweiten Ausgestaltung mit Lineargeber am Stößel und zwei Kurvenscheiben
    Fig. 7
    Blockschaltbild für die Ziehkissenregelung mit elektronischer Kurvenscheibe in einer dritten Ausgestaltung mit Kraftbegrenzungsregelung
  • Die Figur 1 zeigt den Aufbau eines als Mehrpunktkissen ausgeführten servo-elektrischen Ziehkissens 8 in einer Ausgestaltung mit auf die Druckwange 2 wirkenden Elektrozylindern 21. Die Elektrozylinder 21 sind im Innenbereich der Druckwange 2 angeordnet und stützen sich im Pressentisch 20 ab. Als Linearwandler kommt in dieser Ausgestaltung ein System Spindel/Spindelmutter 3, 23 zum Einsatz. Die mit der Druckwange 2 verbundene Spindelmutter 23 ist drehfest, und axial synchron mit der Druckwange 2 beweglich. Die zugehörige Spindel 3 ist axialfest im Pressentisch 20 drehbar gelagert. Das von der Spindelmutter 23 abgewandte Ende der Spindel 3 steht über eine Kupplung 24 mit einem Servomotor 5 in Wirkverbindung. Die Kraftübertragung erfolgt von den Elektrozylindern 21 über die Druckwange 2 und Ziehstifte 25 auf den Blechhalter 22 im Pressenwerkzeug.
  • Das Ziehkissen 8 kann ebenso anstelle von Elektrozylindern 21 mit Hydraulikzylindern 3a als servo-hydraulisches Ziehkissen 9 ausgerüstet sein. Vorteilhaft ist auch eine Ausgestaltung mit einer Kombination von Hydraulikzylindern 3a und Elektrozylindern 21, wobei die Hydraulikzylinder 3a die Krafterzeugung und ein oder mehrere Elektrozylinder 21 die Bewegungsfunktionen wie Vorbeschleunigung, Sperrung in einer definierten Lage, bedarfsweise Rückzug, Ausheben und Hochlauf des Ziehkissens 8 übernehmen.
  • Fig. 2a zeigt den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung mit einem schematisch dargestellten und in Fig. 1 beschriebenen servo-elektrischen Ziehkissen 8, mit der das Verfahren umsetzbar ist. Die Servomotoren 5 sind jeweils mit einem Encoder 6 ausgerüstet, über den die Positions- und Geschwindigkeitserfassung erfolgt. Die Kissenkraft wird durch je einen Kraftaufnehmer 4 für jeden Druckpunkt erfasst. Die Kraftaufnehmer 4 können beispielsweise piezoelektrische oder resistive Dehnungsaufnehmer sein. Alternativ kann die Kissenkraft indirekt über den Motorstrom der Servomotore 5 erfasst werden.
  • Die NC-Steuereinrichtung 59 beinhaltet für jeden Druckpunkt des Ziehkissens 8 eine Achsregeleinrichtung 58, die die Lage-, Geschwindigkeits- und Kraftregelung des Druckpunktes übernimmt und die Leistung zur Ansteuerung des Servomotors 5 oder Hydraulikzylinders 3a erzeugt. Die Achsregeleinrichtungen 58 erhalten ihre Führungsgrößen von einer Kurvenscheiben-Steuereinrichtung 56 und einer Kraftsollwert-Steuereinrichtung 57. Beide Einrichtungen werden über eine Leitwelle gesteuert, wobei die Leitwelle entweder durch reale Positionsgeber am Pressenstößel, Pressenantrieb oder am Antrieb eines Teiletransportsystems innerhalb der Presse oder durch ein "virtuelles" Leitwellensignal beispielsweise aus der Steuerung einer Servopresse darstellbar ist.
  • Die Kurvenscheiben-Steuereinrichtung 56 erzeugt leitwellenabhängig Lagesollwerte für die Achsregeleinrichtungen 58. Dabei wird das Prinzip der elektronischen Kurvenscheibe verwendet, wobei jeder Leitwellenposition durch eine Steuerungstabelle oder eine mathematische Funktion eine Kissenposition zugeordnet wird. Die Kraftsollwert-Steuereinrichtung 57 erzeugt Kraftsollwertprofile für die Kraftregelung in den Achsregeleinrichtungen 58. Je nach Anwendung oder teilespezifischer Anforderung kann es sich dabei um einen konstanten Wert oder ein positionsabhängig gesteuertes Kraftprofil für den Ziehbereich und bedarfsweise um zusätzliche Werte für den Kissenhochlauf in der Betriebsart "Ohne Sperrung" handeln.
  • Aus Figur 2b ist ersichtlich, wie mit dem Verfahren ein servo-hydraulisches Ziehkissen 9 ansteuerbar ist. Die bewegliche Druckwange 2 wird durch zwei Hydraulikzylinder 3a angetrieben. Der Druck in den Hydraulikzylindern 3a wird durch Servo- oder Proportionalventile 5a gesteuert. Die Positionserfassung erfolgt durch lineare Wegaufnehmer 6a an der Druckwange 2 und die Kraftmessung wird durch Druckaufnehmer 4a an den Hydraulikzylindern 3a realisiert.
    Aus der Anordnung der Signalschnittstellen (punktierte Linien) ist ersichtlich, wie das servo-hydraulische Ziehkissen 9 mit der in Fig. 2a dargestellten NC-Steuereinrichtung 59 kombinierbar sind. Die Möglichkeit dieser Kombination gilt ebenso für die in den Figuren 5, 6 und 7 beschriebenen Ausgestaltungen der Ziehkissenregelung. Die Funktionsweise der Achsregeleinrichtungen 58 und der Leistungsverstärker ist in diesem Fall auf die Anforderungen des hydraulischen Systems angepasst.
  • In Fig. 3 ist das vorgeschlagene Verfahren in Form einer Schrittfolge dargestellt.
    In der ersten Vorbereitungsphase 31 wird der gewünschte teile- und betriebsartenspezifische Bewegungsablauf des Ziehkissens 8, 9 vorgegeben. Dabei berechnet die Steuerung eine so genannte elektronische Positions-Kurvenscheibe 12, die den Soll-Verlauf der Kissenposition 13 in Abhängigkeit von der Stößelposition 11 beinhaltet.
    In zweiter Vorbereitungsphase 32 erfolgt die Vorgabe des gewünschten Kraftverlaufs des Ziehkissens 8, 9 während des Ziehvorganges. Die Steuerung berechnet dabei ein Kraftsollwertprofil, dass den Kraftverlauf in Abhängigkeit von der Stößel- und / oder Kissenposition 11, 13 beinhaltet.
    Die Positions-Kurvenscheibe 12 und das Kraftsollwertprofil werden in Form einer Tabelle, einer mathematischen Funktion oder einer Kombination aus beiden in der Steuerung gespeichert.
  • Diese beiden Vorbereitungsphasen 31, 32, deren Reihenfolge als Vorbereitung für den eigentliche Zyklus beliebig wählbar ist, können entweder manuell über eine entsprechende Bedienoberfläche eingegeben oder aus einem Speicher abgerufen werden. Es ist ebenso denkbar, diese beiden Schritte für ein neues Teil schon auszuführen, während der Bewegungszyklus für das vorherige Teil noch ausgeführt wird.
  • Nach dem Startsignal 37 beginnt mit dem ersten Verfahrensschritt 33 der zyklische Ablauf der Funktionen des Ziehkissens 8, 9, die je nach Betriebsart auch aus den Figuren 4a und 4b ersichtlich sind. Bis zur Phase des Aufsetzens des Stößels auf das Ziehkissen wird die Kissenposition 13 durch eine Lageregelung beeinflusst, die ihren Sollwert aus der entsprechend der aktuellen Stößelposition 11 ausgelesenen Positions-Kurvenscheibe 12 erhält. Durch den Verlauf der Positions-Kurvenscheibe 12 wird das Ziehkissen 8, 9 zunächst in seiner oberen Lage gehalten und anschließend kurz vor dem Auftreffen des Stößels vorbeschleunigt.
  • Im zweiten Verfahrensschritt 34 wird beim Aufsetzen des Stößels auf das Ziehkissen 8, 9 auf Kraft- oder Drehmomentenregelung mit einer ersten Umschaltbedingung 38 umgeschaltet. Die erste Umschaltbedingung 38 kann durch das Erreichen einer bestimmten Stößelposition 11, einer definierten Regelabweichung oder durch einen definierten Verlauf der Positions-Kurvenscheibe 12 in Verbindung mit einer Kraftbegrenzungsregelung erfüllt werden. Die zugehörigen Ausgestaltungen sind in Figuren 5 und 7 beschrieben.
    Im dritten Verfahrensschritt 35 erfolgt vom Aufsetzen des Stößels auf das Ziehkissen 8, 9 bis zum Ende der gemeinsamen Bewegung von Stößel und Ziehkissen 8, 9 eine Kraft- oder Drehmomentenregelung, die ihren Sollwert aus dem entsprechend der aktuellen Kissen- oder Stößelposition 13, 11 ausgelesenen Kraftsollwertprofil erhält.
  • Im vierten Verfahrensschritt 36 erfolgt je nach vorgewählter Betriebsart des Ziehkissens 8, 9 entweder in der unteren Lage oder zu Beginn der Endlagendämpfung des Kissenhochlaufes nach einer zweiten Umschaltbedingung 39 wieder ein Umschalten auf Lageregelung mit Positions-Kurvenscheibe 12. Die zweite Umschaltbedingung 39 kann entweder durch das Erreichen einer bestimmten Stößel- bzw. Kissenposition 11, 13 einer definierten Regelabweichung oder durch einen bestimmten Verlauf der Positions-Kurvenscheibe 12 in Verbindung mit einer Kraftbegrenzungsregelung erfüllt werden.
  • Anschließend wird der zyklische Bewegungsablauf mit dem ersten Verfahrensschritt 33 fortgesetzt. Durch den Verlauf der Positions-Kurvenscheibe 12 werden je nach gewählter Betriebsart des Ziehkissens 8, 9 die Bewegungsfunktionen Sperren beziehungsweise Rückzug in der unteren Lage, Ausheben des Teils, Kissenhochlauf und Endlagendämpfung 19 mit anschließender Rast in der oberen Lage ausgeführt.
  • Die in Fig.3 dargestellte Schrittfolge des Ablaufes der Funktionen des Ziehkissens 8, 9 ist aus den Figuren 4a und 4b grafisch ersichtlich.
  • Die Figur 4a stellt einen typischen Bewegungsablauf des Ziehkissens 8, 9 in der Betriebsart "Mit Sperrung" in Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren dar. In dieser Betriebsart erfolgt der Kissenhochlauf nicht unmittelbar nach Durchlauf des unteren Umkehrpunktes des Stößels, sondern die Bewegung des Ziehkissens 8, 9 wird zunächst gesperrt und der Hochlauf erfolgt zeitlich gegenüber der Stößelbewegung verzögert. Dargestellt sind die Stößelposition 11, die Kissenposition 13 und eine Positions-Kurvenscheibe 12 als zeit- oder kurbelwinkelabhängiger Verlauf.
  • In einer ersten Phase 14 erfolgt die Lageregelung mit elektronischer Positions-Kurvenscheibe 12, wobei die Kissenposition 13 der Positions-Kurvenscheibe 12 folgt und die Rast in der oberen Lage und die Vorbeschleunigung des Ziehkissens 8, 9 steuert. Dies entspricht dem ersten Verfahrensschritt 33 nach Fig. 3.
  • Im Auftreffpunkt 17 erfolgt die Umschaltung auf Kraftregelung entsprechend dem zweiten Verfahrensschritt 34 aus Fig. 3. In der sich anschließenden zweiten Phase 15 erfolgt die Kraftregelung mit definiertem Kraftsollwertprofil entsprechend dem dritten Verfahrensschritt 35 aus Fig. 3. In dieser Phase kann die Positions-Kurvenscheibe 12 unwirksam sein. Der Verlauf der Positions-Kurvenscheibe ist in dieser Phase nur dann wirksam, wenn die Umschaltung auf Kraftregelung nach der in Fig. 7 dargestellten Ausgestaltung mit Kraftbegrenzung realisiert wird. Dabei muss der Verlauf der Positions-Kurvenscheibe 12 oberhalb der durch die Stößelposition 11 erzwungenen Kissenposition 13 liegen.
  • Im unteren Umkehrpunkt 18 erfolgt in Analogie zum vierten Verfahrensschritt 36 nach Fig. 3 das Umschalten auf Lageregelung mit elektronischer Positions-Kurvenscheibe 12. Die sich anschließende dritte Phase 16 beinhaltet die Bewegungsfunktionen Kissenrückzug und Sperrung in der unteren Lage, Ausheben des Teils, Kissenhochlauf, Endlagendämpfung und Rast in der oberen Lage. Der Ablauf wiederholt sich zyklisch mit der eingangs beschriebenen ersten Phase 14. Die genannten Bewegungsfunktionen sind im Verlauf der Positions-Kurvenscheibe 12 enthalten und werden durch die Lageregelung in Abhängigkeit von der als Leitwelle dienenden Stößelposition 11 ausgeführt.
  • Aus Fig. 4b ist ein typischer Bewegungsablauf des Ziehkissens 8, 9 in der Betriebsart "Ohne Sperrung" im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Steuerungsverfahren ersichtlich. Dargestellt sind analog zur Fig. 4a die Stößelposition 11, die Kissenposition 13 und eine Positions-Kurvenscheibe 12 als zeit- oder kurbelwinkelabhängiger Verlauf.
  • Nach der ersten und zweiten Phase 14, 15 mit jeweils analogem Ablauf nach Fig. 4 erfolgt der Kissenhochlauf unmittelbar nach dem unteren Umkehrpunkt 18, wobei das Ziehkissen 8, 9 unverzögert der Stößelbewegung folgt. Im unteren Umkehrpunkt 18 wird die Kraftregelung fortgesetzt. Dazu enthält das Kraftsollwertprofil einen oder mehrere zusätzliche Werte, die so bemessen sind, dass das Ziehkissen 8, 9 der Aufwärtsbewegung des Stößels folgt und das umgeformte Teil aushebt. Zu Beginn der Endlagendämpfung 19 erfolgt das Umschalten auf Lageregelung, so dass die Endlagendämpfung und die Rast in der oberen Lage durch die Positions-Kurvenscheibe 12 vorgegeben werden und der Ablauf sich zyklisch wiederholt.
  • Die Figuren 5, 6 und 7 zeigen Anwendungsbeispiele und vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Ziehkissenregelung mit elektronischer Kurvenscheibe und partieller Umschaltung auf Kraftregelung in Form von Blockschaltbildern. Die erste Ausgestaltung nach Fig. 5 beinhaltet eine Kurvenscheibensteuerfunktion 41 zum Berechnen, Speichern und leitwellenabhängigen Auslesen von Positions-Kurvenscheiben 12, eine Kraftsollwertsteuerfunktion 42 zum Berechnen, Speichern und positionsabhängigen Auslesen von Kraftsollwertprofilen und eine Achsregeleinrichtung 58, die aus den drei Regelkreisen Lageregler 43, Geschwindigkeitsregler 44 und Kraftregler 45 sowie der Umschalteinrichtung für Reglersollwerte 49 und dem Leistungsverstärker 46 besteht. Alle drei Regelkreise werden durch Rückführung der entsprechenden Istwerte geschlossen. Der Lage-Istwert wird vom Encoder 6 geliefert. Der Geschwindigkeits-Istwert wird durch ein Differenzierglied 47 aus dem Lage-Istwert erzeugt und der Kraft-Istwert wird durch den Kraftaufnehmer 4 erfasst.
  • Der Funktionsablauf wird durch die Leitwelle, die hier dem Kurbelwinkel der Presse entspricht, folgendermaßen gesteuert:
    Wenn sich der Pressenstößel von seinem oberen Umkehrpunkt bis zum Auftreffpunkt 17 auf das Ziehkissen 8, 9 bewegt, werden durch die Kurvenscheibensteuerfunktion 41 fortlaufend LageSollwerte an den Lageregler 43 übergeben. Dem Lageregler 43 ist der Geschwindigkeitsregler 44 nachgeordnet, der wiederum über die Umschalteinrichtung 49 den Kraftregler 45 ansteuert. In dieser Konstellation arbeiten die drei kaskadierten Regler als Lageregelung, so dass der über einen Leistungsverstärker 46 angesteuerte Servomotor 5 und die wirkverbundene Druckwange 2 der Positions-Kurvenscheibe 12 folgt. Auf diese Weise wird die erste Bewegungsphase des Ziehkissens 8, 9, bestehend aus Rast in der oberen Lage und Vorbeschleunigung gesteuert.
    Beim Aufsetzen des Stößels auf das Ziehkissen 8, 9 wird die Funktionseinheit zur Reglerumschaltung 55 wirksam, die in dieser Ausgestaltung aus Grenzwertschalter 48 und Umschalteinrichtung für Reglersollwerte 49 besteht. Dabei wird durch den Grenzwertschalter 48, der im Auftreffpunkt 17 eine Regelabweichung auswertet, mittels Umschalteinrichtung 49 auf Kraftregelung umgeschaltet. Damit sind Lage- und Geschwindigkeitsregler 43, 44 wirkungslos und der Kraftregler 45 erhält seine Sollwerte von der Kraftsollwertsteuerfunktion 42. Diese erzeugt fortlaufend Sollwerte durch stößel- oder kissenpositionsabhängiges Auslesen des gespeicherten Kraftsollwertprofils. Auf diese Weise wird die zweite Phase 15 des Ziehkissens 8, 9 ab Auftreffpunkt 17 bis zum Ende der gemeinsamen Bewegung von Stößel und Ziehkissen 8, 9 gesteuert.
  • Anschließend wird mittels Umschalteinrichtung 49 entweder bei der Funktion "Mit Sperrung" in der unteren Lage des Ziehkissens 8, 9 oder bei der Funktion "Ohne Sperrung" zu Beginn der Endlagendämpfung 19 des Kissenhochlaufes wieder auf Lageregelung mit Positions-Kurvenscheibe 12 umgeschaltet. Die Lageregelung bleibt bis zum nächsten Aufsetzen des Stößels auf das Ziehkissen 8, 9 aktiv, so dass sich der Bewegungszyklus wie oben beschrieben fortsetzt.
  • Bei bestimmten Anwendungen oder bei hydraulischen Pressen kann es erforderlich sein, die Stößelposition 11 direkt mit linearen Wegaufnehmern 7 zu erfassen.
  • Die Figur 6 zeigt eine zweite Ausgestaltung der Ziehkissenregelung, die einen linearen Wegaufnehmer 7 am Pressenstößel als Leitwelle verwendet. Im Gegensatz zum rotatorischen Positionsgeber 1 ist eine Unterscheidung zwischen Abwärts- und Aufwärtsbewegung nicht mehr direkt durch das Leitwellensignal möglich. Dazu werden zwei Kurvenscheiben mit jeweils einer Positions-Kurvenscheibe 50 für die Steuerfunktion Abwärts und einer Positions-Kurvenscheibe 51 für die Steuerfunktion Aufwärts verwendet. Die Umschaltung erfolgt durch eine Umschalteinrichtung 53, die über einen von dem rotatorischen Positionsgeber 1 erzeugten Schaltnocken 52 gesteuert wird. Die Umschaltung kann alternativ auch durch eine virtuelle Leitwelle, eine Einrichtung zur Richtungserkennung oder ein Steuersignal aus der Ablaufsteuerung für die Stößelbewegung erfolgen. Die weitere Funktionsweise entspricht der ersten Ausgestaltung nach Fig. 5.
  • Es ist ebenso denkbar, nur eine Kurvenscheibe zu verwenden und das zugehörige Positionssignal des linearen Wegaufnehmers 7 umzuschalten oder rechnerisch anzupassen.
  • In der dritten Ausgestaltung nach Fig. 7 wird als Funktionseinheit zur Reglerumschaltung 55 eine Einrichtung zur dynamischen Kraftbegrenzung 54 verwendet. Diese Einrichtung begrenzt das Ausgangssignal des Geschwindigkeitsreglers 44 auf einen dynamisch vorgebbaren Maximalwert, der von der Kraftsollwertsteuerfunktion 42 erzeugt wird. Auf diese Weise wird der Wechsel zwischen Lageregelung und Kraftregelung lediglich durch den Verlauf der Positions-Kurvenscheibe 12 relativ zur Stößelposition 11 bestimmt.
  • Verläuft die Positions-Kurvenscheibe 12 unterhalb der Stößelposition 11, ist die Kraftbegrenzung nicht wirksam und das System befindet sich in Lageregelung, so dass das Ziehkissen 8, 9 der Kurvenscheibe folgt. Verläuft dagegen die Positions-Kurvenscheibe 12 oberhalb der Stößelposition 11, wird die Kissenposition 13 durch die Bewegung des Pressenstößels erzwungen. In diesem Fall werden die Ausgangssignale von Lage- und Geschwindigkeitsregler so groß, dass die Kraftbegrenzung wirkt. Damit befindet sich das System in Kraftregelung und das Kraftsollwertprofil wird wirksam.
    Gegenüber der ersten und zweiten Ausgestaltung ist vorteilhaft keine mit zusätzlichen Elementen gesteuerte Reglerumschaltung erforderlich.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    rotatorische Positionsgeber als Leitwelle
    2
    Druckwange
    3
    Spindel
    3a
    Hydraulikzylinder
    4
    Kraftaufnehmer
    4a
    Druckaufnehmer
    5
    Servomotor
    5a
    Servo- oder Proportionalventil
    6
    Encoder
    6a
    linearer Wegaufnehmer am Kissen
    7
    linearer Wegaufnehmer am Stößel ais Leitwelle
    8
    servo-elektrisches Ziehkissen
    9
    servo-hydraulisches Ziehkissen
    11
    Stößelposition
    12
    Positions-Kurvenscheibe
    13
    Kissenposition
    14
    erste Phase
    15
    zweite Phase
    16
    dritte Phase
    17
    Auftreffpunkt
    18
    unterer Umkehrpunkt
    19
    Beginn der Endlagendämpfung
    20
    Pressentisch
    21
    Elektrozylinder
    22
    Blechhalter
    23
    Spindelmutter
    24
    Kupplung
    25
    Ziehstifte
    31
    erste Vorbereitungsphase
    32
    zweite Vorbereitungsphase
    33
    erster Verfahrensschritt
    34
    zweiter Verfahrensschritt
    35
    dritter Verfahrensschritt
    36
    vierter Verfahrensschritt
    37
    Startsignal
    38
    erste Umschaltbedingung
    39
    zweite Umschaltbedingung
    41
    Kurvenscheibensteuerfunktion
    42
    Kraftsollwertsteuerfunktion
    43
    Lageregler
    44
    Geschwindigkeitsregler
    45
    Kraft- oder Drehmomentenregler
    46
    Leistungsverstärker
    47
    Differenzierglied
    48
    Grenzwertschalter
    49
    Umschalteinrichtung für Reglersollwerte
    50
    Positions-Kurvenscheibe für die Steuerfunktion Abwärts
    51
    Positions-Kurvenscheibe für die Steuerfunktion Aufwärts
    52
    Schaltnocken
    53
    Umschalteinrichtung für Kurvenscheiben
    54
    Dynamische Kraftbegrenzung
    55
    Funktionseinheit zur Reglerumschaltung
    56
    Kurvenscheiben-Steuereinrichtung
    57
    Kraftsollwert-Steuereinrichtung
    58
    Achsregeleinrichtung
    59
    NC-Steuereinrichtung

Claims (12)

  1. Verfahren zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen an Umformpressen mit einer NC-Steuereinrichtung (59), die die Positionen, Geschwindigkeiten und Kräfte der als Aktoren ausgebildeten Servomotore (5) oder Hydraulikzylinder (3a) so regelt, dass während der Stößelbewegung bis zum Auftreffpunkt (17) des Stößels auf das Ziehkissen (8, 9) die Kissenposition (13) durch eine Lageregelung beeinflusst wird, die ihren Sollwert aus einer entsprechend der aktuellen Leitwellenposition ausgelesenen Positions-Kurvenscheibe (12) erhält, dass im Auftreffpunkt (17) des Stößels auf das Ziehkissen (8, 9) durch Auswertung einer maximalen Regelabweichung auf Kraftregelung umgeschaltet wird, dass ab Auftreffpunkt (17) des Stößels auf das Ziehkissen (8, 9) bis zum unteren Umkehrpunkt eine Kraftregelung mit aus der Leitwellenposition ausgelesenen Kraftsollwert erfolgt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass während der Stößelbewegung bis zum Auftreffpunkt (17) des Stößels auf das Ziehkissen (8, 9) die Kissenposition (13) zusätzlich zur Lageregelung durch eine Geschwindigkeitsregelung beeinflusst wird, die ihren Istwert durch Differenzierung aus dem Lageistwert vom Encoder (6) erhält,
    dass im Auftreffpunkt (17) des Stößels auf das Ziehkissen (8, 9) die Umschaltung zwischen Lage- und Kraft- oder Drehmomentenregelung entweder durch Auswertung der maximalen Regelabweichung des Lage- (43) oder Geschwindigkeitsreglers (44) erfolgt
    oder
    durch eine permanent wirksame dynamische Kraftbegrenzung (54) in Verbindung mit dem Verlauf der Positions-Kurvenscheibe (12) erfolgt, wobei sich der Verlauf im Bereich vom Aufsetzen des Stößels auf das Ziehkissen (8, 9) bis zum Ende der gemeinsamen Bewegung mit dem Stößel oberhalb der vom Stößel erzwungenen Kissenposition (13) befindet,
    dass ab Auftreffpunkt (17) des Stößels auf das Ziehkissen (8, 9) bis zum Ende der gemeinsamen Bewegung mit dem Stößel, betriebsartenabhängig auch über den unteren Umkehrpunkt hinaus eine Kraft- oder Drehmomentenregelung erfolgt, die ihren Sollwert aus einem entsprechend der aktuellen Kissen- (13), Stößel- (11) oder Leitwellenposition ausgelesenen Kraftsollwertprofil erhält, und
    dass je nach vorgewählter Betriebsart des Ziehkissens (8, 9) entweder im unteren Umkehrpunkt (18) oder zu Beginn der Endlagendämpfung (19) des Kissenhochlaufes ein Umschalten auf Lageregelung mit Positions-Kurvenscheibe (12) erfolgt und der Bewegungsablauf zyklisch fortgesetzt wird.
  2. Verfahren zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn des Verfahrensablaufes der Bewegungsablauf des Ziehkissens (8, 9) neben der Vorbeschleunigungsphase je nach gewählter Betriebsart des Ziehkissens (8, 9) die Phasen ohne Sperrung und mit Sperrung beziehungsweise Rückzug in der unteren Lage, Ausheben des Teils, Kissenhochlauf und Endlagendämpfung 19 mit anschließender Rast in der oberen Lage in Abhängigkeit von der Stößel- (11) oder Leitwellenposition eingegeben, berechnet und als elektronische Positions-Kurvenscheibe (12,) in der NC-Steuereinrichtung (59) gespeichert wird sowie der gewünschte Kraftverlauf im Ziehbereich in Abhängigkeit von der Kissen- (13), Stößel- (11) oder Leitwellenposition eingegeben, berechnet und als Kraftsollwertprofil in der NC-Steuereinrichtung (59) gespeichert wird,
  3. Verfahren zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein positionsabhängiges Kraftprofil für den Kissenhochlauf in der Betriebsart "ohne Sperrung" in Abhängigkeit von der Kissen- (13), Stößel- (11) oder Leitwellenposition eingegeben, berechnet und als Kraftsollwertprofil in der NC-Steuereinrichtung (59) speicherbar ist.
  4. Verfahren zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Phase der Kraftregelung der Verlauf der Positionskurvenscheibe (12) oberhalb der durch die Stößelposition (11) erzwungenen Kissenposition (13) in der NC-Steuereinrichtung (59) gespeichert wird.
  5. Verfahren zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheiben-Steuereinrichtung (56) Sollwerte für Positions-Kurvenscheiben (12) berechnet, speichert und in Abhängigkeit von einer Leitwelle ausliest.
  6. Verfahren zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftsollwert-Steuereinrichtung (57) Sollwerte für Kraftsollwertprofile (42) berechnet, speichert und in Abhängigkeit von einer Leitwelle oder Kissenposition (13) ausliest.
  7. Verfahren zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positions-Kurvenscheibe (12) und das Kraftsollwertprofil in Form einer Tabelle, einer mathematischen Funktion oder einer Kombination aus beiden in der Steuerung speicherbar sind.
  8. Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen an Umformpressen mit einer NC-Steuereinrichtung (59), die die Positionen, Geschwindigkeiten und Kräfte der als Aktoren ausgebildeten Servomotore (5) oder Hydraulikzylinder (3a) regelt, wobei eine Kurvenscheiben-Steuereinrichtung (56) und eine Kraftsollwert-Steuereinrichtung (57) mit mindestens einer Achsregeleinrichtung (58) wirkverbunden sind, die eine Funktionseinheit zur Reglerumschaltung (55) zwischen Lage- und Kraftregelung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheit zur Reglerumschaltung (55) entweder einen Grenzwertschalter (48) zur Auswertung der maximalen Regelabweichung des Lage- (43) oder Geschwindigkeitsreglers (44) oder eine Einrichtung zur dynamischen Kraftbegrenzung (54) aufweist.
  9. Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwelle zum Auslesen der Positions-Kurvenscheibe (12) durch einen realen Positionsgeber (1) am Antrieb eines Teiletransportsystems dargestellt wird.
  10. Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwelle zum Auslesen der Positions-Kurvenscheibe (12) durch ein rotatorisches virtuelles Leitwellensignal dargestellt wird.
  11. Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwelle durch einen realen linearen Wegaufnehmer (7) am Pressenstößel dargestellt wird, mit dem zwei unabhängige, jeweils entsprechend der Bewegungsphase des Stößels umschaltbare Positions-Kurvenscheiben (50, 51) für die Steuerfunktion Abwärts und Aufwärts auslesbar sind.
  12. Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwelle zum Auslesen der Positions-Kurvenscheibe (12) durch einen realen linearen Wegaufnehmer (7) am Stößel dargestellt wird, wobei dessen Ausgangssignal durch Umschaltung oder Umrechnung in einen Bereich für die Abwärts- und einen Bereich für die Aufwärtsbewegung getrennt wird.
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