EP2903811B1 - Verfahren zum steuern einer keramik- oder metallpulver-presse bzw. keramik- oder metallpulver-presse - Google Patents
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- EP2903811B1 EP2903811B1 EP13798548.7A EP13798548A EP2903811B1 EP 2903811 B1 EP2903811 B1 EP 2903811B1 EP 13798548 A EP13798548 A EP 13798548A EP 2903811 B1 EP2903811 B1 EP 2903811B1
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Definitions
- the invention relates to a method with the features of claim 1 for controlling a ceramic and / or metal powder press for pressing a material to be pressed.
- the invention also relates to a ceramic and / or metal powder press controlled in this way for pressing a pressed material according to claim 7.
- float can therefore also be described as floating, controlled yielding or controlled readjusted.
- the tolerance for the synchronous deviations is in particular less than 0.01 mm.
- Servo controllers that can be used in such screw presses consist of current, speed and position controllers. In principle, force control is not possible with these controllers.
- the object of the invention is to improve a ceramic and / or metal powder press and a method for controlling a ceramic and / or metal powder press for pressing a material to be pressed using at least one electromotive drive so that more reliable operation is made possible , in particular a force control with at least one floating axis or a floating press ram is made possible.
- the process should be applicable to such a press, which is equipped with a servo spindle drive.
- a particularly preferred embodiment consists in a method for controlling a ceramic and / or metal powder press for pressing a pressed material, in which at least one electromotive drive, which adjusts at least one pressing die along a pressing direction, is controlled in such a way that the drive drives the pressing die along a target position path in particular to a respectively current target position of the press ram and the drive is readjusted in the event of a deviation from the position target path, with a measured force acting on the material to be pressed, the press ram or components carrying it as at least one manipulated variable for the readjustment , is used.
- target positions of at least one press ram are regulated via its at least one electromotive drive as a function of a measured force. Regulation can also be implemented by readjustment using various control and regulating devices which are interconnected.
- the force of the tool axis is measured in the sensor using suitable sensors or a suitable force measuring device Translational movement measured during an ongoing press cycle.
- Such a regulation can be implemented for only one press ram of a multiplicity of press rams of such a press or of a tool correspondingly used in such a press. However, such a regulation can also be implemented for several or all press rams of such a press or of such a tool.
- a further embodiment consists in that the position target path is readjusted as a function of the at least one measured force, the position target path being predefined as a function of a target force according to a further development.
- each axis can evaluate the respective force independently and regardless of the overall network and can initiate a readjustment.
- One embodiment consists in that target positions of at least one press ram are calculated and / or regulated as a function of at least one such measured force.
- the nominal position path is calculated, in particular for one servo axis or several servo axes, in particular calculated such that a tool axis or, in particular, its press stamp follows the programmed force.
- the position is thus not directly controlled via a direct manipulated variable of a drive, for example a voltage applied to the drive, an applied current or an oil pressure applied to the hydraulic cylinder.
- a direct manipulated variable of a drive for example a voltage applied to the drive, an applied current or an oil pressure applied to the hydraulic cylinder.
- the setpoint position itself is changed so that a controlled setpoint or setpoint position is applied to a drive control and then the drive control in turn carries out a control or preferably regulation of the actuating variables of the drive depending on the applied regulated setpoint position. It is therefore preferably a double control chain with two controls connected in series or, in particular, controls.
- the deviation is a force-control deviation between the measured force and the target force is converted into a target position control variable that can be implemented for a position controller of the control device of at least one drive.
- a force control deviation is determined and from this a target position control variable is determined, which is used to control the electromotive drive.
- a spindle pitch of the drive and / or a machine-specific modulus of elasticity is additionally converted into the desired position control variable that can be implemented for the position controller of the at least one drive.
- the machine-specific modulus of elasticity can refer to individual or all components in the force flow between the side of the press die facing the material to be pressed and the drive or the frame element carrying the drive. Can also be used for different axes or force flows of different modulus of elasticity can be provided.
- the at least one press ram is adjusted as part of a floating, that is to say in particular floating or controlled, yielding or readjusted axis.
- a particularly preferred embodiment consists in a ceramic and / or metal powder press for pressing a material to be pressed with at least one electromotive drive which adjusts at least one pressing die along a pressing direction, a control device which is designed to control the drive in such a way that the drive drives the Press ram is moved along a nominal position path to a respective current nominal position of the press ram and the drive adjusts if there is a deviation from the nominal position path, with at least one force measuring device in the press which is used to measure a pressing force that is applied to the material to be pressed, the press stamp or this Components acts, is arranged and wherein the pressing force thus measured forms at least one manipulated variable for the readjustment for the control device.
- the control device can be an independent component or a control device integrated in the respective drive or its motor, in whole or in part, as in e.g. a servo drive.
- the one or more drives and force measuring devices can be assigned to one or more press rams or axes which are arranged on a side of the die opening opposite the main pressing force acting on them.
- a main pressing force can be achieved by an electric motor drive, but optionally also by mechanical, pneumatic or hydraulic drives can be applied.
- the main pressing force acts in particular via one or more rams, which are arranged on the side of the material to be pressed that is opposite the press ram thus regulated and act on the material to be pressed.
- a press ram that is entirely or partially subordinate to the main press force, or together with other press rams, can also be regulated in this way, in particular if a plurality of press rams that are adjustable relative to one another by means of electromotive drives are arranged on the side of such a main press force.
- This also includes the fact that, in the case of an electromotive main pressing force, the axis transmitting this force is also designed as a servo motor and with a spindle drive and can be regulated in such a way that it floats.
- the press ram is part of a floating axis.
- the drive moves a press ram relative to at least one press ram arranged at least laterally in the press position.
- a plurality of press rams are arranged on one side of the die opening, these plurality of press rams being adjustable independently of one another along the pressing direction.
- only one, several or all of the press rams can be regulated in such an arrangement.
- a single press stamp of this type is arranged so that it can be adjusted by two or more drives at the same time, a correction value determined, in particular, from the measured force being applied to the drives.
- such a press stamp is arranged on a so-called plate as a stamp carrier, the plate being adjustable within the framework or tool by means of two or more drives along the pressing direction.
- a control deviation determined from one or more measured force values can be used to determine a common target position control variable for all affected drives.
- the drives can also be regulated independently of one another, in particular depending on individually determined measured forces, in order to prevent the plate or the stamp carrier from tilting by means of suitable regulation.
- An embodiment consists in such a press, in which the control device is designed to control at least one drive by means of a method described in this way.
- a press equipped with corresponding components is operated using the method for regulating the target positions of at least one press ram depending on at least one measured force.
- the drive is designed as a servo-motor drive and / or drives a spindle upstream of the press ram.
- press rams which are adjustable depending on the position, can also be regulated, in particular with electromotive servo spindle drives.
- a nominal position path of one or more servo axes is calculated based on a measured force such that the tool axis or in particular the press stamp of which follows the programmed force.
- a ceramic and / or metal powder press 1 comprises a frame 2, in which various other components are accommodated.
- the further components are connected to the frame 2 in a stationary manner, in some cases they can be adjusted relative to this and relative to one another, in particular along a pressing direction.
- the central component is a die 3, in the die opening of which one or more plungers 4, 5 are immersed, in particular from below.
- a material to be pressed 6 can be filled into the die opening in particular above the press punches 4, 5.
- One or more further press punches 7 can be inserted from above into the die opening filled with pressed material 6 in order to deform the pressed material 6 into a pressed body.
- the pressed material 6 is in particular a metallic and / or ceramic powdery and / or granular material.
- the exemplary only one punch 7 is on the underside of an in particular plate-shaped punch holder 8.
- an electric motor drive 10 which in particular has a servo motor and a spindle rod 9, the punch holder 8 and the press punch 7 can be adjusted back and forth in the pressing direction.
- a force measuring device 11 is arranged in the area of the illustrated upper frame 2, on which the drive 10 is fastened or arranged, and the press ram 7.
- the force measuring device 11 can sit, for example, as a load cell on the route between the frame 2 and the press ram 7 between two of the components.
- the force measuring device 11 is used to measure a pressure force acting between these components and / or a pressing force acting on the pressed material 6 via the press ram 7 and to output it as a measured force F3.
- a central press ram 5 and a press ram 4 surrounding it in an annular manner are shown by way of example, which enable a contoured press body to be pressed.
- the central second press stamp 5 is arranged on a plate carrier 12, which is in particular plate-shaped.
- the stamp carrier 12 is adjustable relative to a lower section of the frame 2 by means of two electromotive drives 15, 16, for example, along the pressing direction.
- the two drives 15, 16 each have a motor and a spindle rod 13, 14 driven thereby.
- Force measuring devices 24, 25 are arranged in the area from the frame 2 to the press ram 5 in order to measure an instantaneous pressing force acting via the drives 15, 16 and to output corresponding measured values as the respectively measured force F21 or F22.
- the central lower, first press ram 4 is arranged on a plate carrier 17, which is in particular plate-shaped.
- the stamp carrier 17 is adjustable relative to a lower section of the frame 2 by means of two electromotive drives 20, 21, for example, along the pressing direction.
- the two drives 20, 21 each have a motor and a spindle rod 18, 19 driven thereby.
- Force measuring devices 22, 23 are arranged in the area from the frame 2 to the press ram 4 in order to measure an instantaneous pressing force acting via the drives 20, 21 and to output corresponding measured values as the respectively measured force F11 or F12.
- a control device C serves to control and monitor functions of the press 1.
- the control device C serves, among other things, to control the drives 10, 15, 16, 20, 21.
- the control device C serves to supply the servo drives or their control loops with control signals for desired movements to be driven.
- the control device C provides control signals s3, s11, s12, s21 and S22 in particular as control signals for the drives 10, 15, 16, 20, 21.
- the target position control variables s3, s11, s12, s21 and S22 can be, for example, continuously applied signals or, in particular, temporary difference or control values.
- the measured forces F3, F11, F12, F21, F22 are applied to the control device C to be taken into account when the pressing method is running.
- the control device C takes into account a predetermined pressing sequence.
- the pressing process is based on pressing forces which are to act on the pressing material 6 from the pressing dies 4, 5, 7 during a time course of the pressing process.
- the current position a can be an actual position of a surface of one of the punches 4, 5, 7 touching the material to be pressed.
- any other position a in particular, which can be measured or determined in a sufficiently precise manner, can in principle also be used along the distance from the press rams 4, 5, 7 to their drives 13, 16, 20, 21, 10, in particular also one position determined by the drive itself.
- the nominal position paths as1, as3 are determined as a function of the press forces required for the respective press rams 4, 5, 7 over the course of time t.
- the first lower press ram 5 is initially moved upwards and is moved somewhat downwards again from a predetermined position.
- a so-called floating movement is to be carried out by the lower press ram 5, in which the latter gives downwards when the pressing force acting on the material to be pressed 6 from above is too great. It can also be provided that if the level is too low from above Pressing force 6 acting press force readjustment of the lower ram 5 upwards.
- the control device C determines a control deviation ⁇ K (21) if, for example, the measured force F21 of one of the force measuring devices 25 has a desired force Fs for in particular the measured force value of this force measuring device 25 deviates.
- a control signal or a target position control variable s21 is applied to the assigned drive 16, which controls readjustment as a function of the control deviation ⁇ K (21).
- control deviation ⁇ K (21) and thus the target position control variable s21 are thus force-dependent control variables which depend directly on one or possibly more of the measured forces F21.
- the variables influencing the respective current position a of the corresponding press punches 4, 5, 7 also preferably become additional variables variables influencing the pressing process, such as, in particular, a machine-specific modulus of elasticity E, a spindle pitch and, if appropriate, also current positions of other press punches 4, 5, 7 are taken into account.
- the respective control deviations ⁇ K (21) and / or the current target position control variables s3, s11, s12, s21, s22 can be determined in different ways during an ongoing pressing process. In principle, a table comparison or a calculation are possible.
- the knowledge of the specialist or system operator about, for example, a rigidity of the structure, contours and material properties of the tester could also be taken into account in a table with target positions to be moved over time depending on target forces.
- a calculation is preferred.
- a simplified model can be used as the basis for a calculation. The deviations of the real object from the model are coupled into the calculation via the target / actual force difference.
- a target path over the force is calculated in the control device C, which is in particular superimposed on servo controllers. If the setpoint force is set in relation to the actual force during operation, the control deviation ⁇ K of the measured force considered in each case is obtained. Together with the spindle pitch and a machine-specific modulus of elasticity, this control deviation is converted into a target position that can be controlled by the position controller of the servo axis or the drive. If the tool axis or its drive control follows the calculated path, the intended force profile is automatically realized on the axis.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 zum Steuern einer Keramik- und/oder Metallpulver-Presse zum Pressen eines Pressguts. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine derart gesteuerte Keramik- und/oder Metallpulver-Presse zum Pressen eines Pressguts gemäß Anspruch 7. Es gibt Keramik- und/oder Metallpulver-Pressen, bei denen während eines Pressverfahrens ein sogenanntes Floaten einzelner Achsen, d.h. insbesondere von Pressstempel und diese(n) tragende Komponenten, während des Formgebungsprozesses gefordert ist. Floaten bedeutet, dass sich die Achse von zumindest einer anderen, insbesondere gegenüberliegenden Achse aus ihrer Position drängen lässt. Sie hält dabei jedoch mit der im Werkzeugprogramm für die Achse programmierten Kraft gegen die diese verdrängende Achse gegen, was anschaulicher z.B. einer Federwirkung vergleichbar ist. Ein weiterer Anwendungsfall ist ein kraftgeregelter Abbau der Presskraft an insbesondere der oberen, kraftführenden Achse. Der Begriff Floaten lässt sich daher auch als schwimmend, kontrolliert nachgebend oder kontrolliert nachgeregelt bezeichnen.
- Insbesondere bei servomotorischen Pulverpressen, insbesondere Mehrplattenpressen, besteht gegenüber beispielsweise hydraulischen Pulverpressen eine besondere Problematik im Fall von Spindelpressen, welche einen Spindelantrieb aufweisen. Eine bei diesen durch eine Antriebssteuerung bzw. Antriebsregelung vorgesehene klassische Drehmomentbegrenzung ist als eine Funktion des Servoreglers nicht in der Lage, die Kraft an solchen Achsen absolut-genau zu begrenzen. Der Grund liegt darin, dass die rotatorische Bewegung des Servomotors mit Hilfe einer Spindel in eine translatorische Bewegung umgewandelt wird. Der Wirkungsgrad dieser Spindel hängt von mehreren physikalischen Größen ab, unter anderem der Temperatur, und ist deshalb als quasi unbekannte Größe einzuordnen. Wird für eine solche Werkzeugachse ein Doppelantrieb verwendet, ist die Drehmomentbegrenzung unbrauchbar. Bei einem Doppelantrieb treiben zwei Servomotoren mit je einer Spindel eine Werkzeugachse an. Durch die Wirkungsgrad-Problematik der Spindeln kann kein synchroner Betrieb der beiden Servoachsen gewährleistet werden. Aus verfahrenstechnischer Sicht liegt die Toleranz für die Synchronabweichungen bei insbesondere kleiner 0,01 mm.
- In solchen Spindelpressen einsetzbare Servoregler bestehen aus Strom-, Drehzahl- und Lageregler. Mit diesen Reglern ist prinzipiell keine Kraftregelung möglich.
- Beispielhaft ist aus
US 6 074 584 A eine Keramikpulver und/oder Metallpulver-Presse bekannt. - Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Keramik- und/oder Metallpulver-Presse und ein Verfahren zum Steuern einer Keramik- und/oder Metallpulver-Presse zum Pressen eines Pressguts unter Einsatz zumindest eines elektromotorischen Antriebs so zu verbessern, dass ein zuverlässigerer Betrieb ermöglicht wird, insbesondere eine Kraftregelung bei zumindest einer floatenden Achse bzw. einem floatenden Pressstempel ermöglicht wird. Insbesondere soll das Verfahren bei einer solchen Presse anwendbar sein, die mit einem Servo-Spindelantrieb ausgestattet ist.
- Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. die Keramik- und/oder Metallpulver-Presse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
- Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung besteht in einem Verfahren zum Steuern einer Keramik- und/oder Metallpulver-Presse zum Pressen eines Pressguts, bei dem zumindest ein elektromotorischer Antrieb, welcher zumindest einen Presstempel längs einer Pressrichtung verstellt, derart angesteuert wird, dass der Antrieb den Pressstempel längs einer Positions-Sollbahn insbesondere zu einer jeweils momentanen Sollposition des Pressstempels bewegt und der Antrieb bei Abweichung von der Positions-Sollbahn nachgeregelt wird, wobei als zumindest eine Stellgröße für das Nachregeln eine gemessene Kraft, die auf das Pressgut, den Pressstempel oder diesen tragende Komponenten einwirkt, verwendet wird.
- Mit anderen Worten erfolgt eine Regelung von Sollpositionen zumindest des einen Pressstempels über dessen zumindest einen elektromotorischen Antrieb abhängig von einer gemessenen Kraft. Eine Regelung kann auch durch eine Nachsteuerung mittels verschiedener untereinander verschalteter Steuer- und Regeleinrichtungen realisiert werden.
- Die Kraft der Werkzeugachse, das heißt insbesondere die gemessene Kraft auf eine der Komponenten vom Pressstempel bis zu dessen Fixpunkt relativ zu einem Rahmen und gegebenenfalls relativ zu weiteren Werkzeugsachsen wird mit geeigneten Sensoren bzw. einer geeigneten Kraftmesseinrichtung in der translatorischen Bewegung während eines laufenden Presszyklus gemessen.
- Eine solche Regelung ist umsetzbar für nur einen Pressstempel einer Vielzahl von Pressstempeln einer solchen Presse bzw. eines entsprechend in einer solchen Presse eingesetzten Werkzeugs. Umsetzbar ist eine solche Regelung aber auch für mehrere oder alle Pressstempel einer solchen Presse bzw. eines solchen Werkzeugs.
- Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass zu der Positions-Sollbahn abhängig von der zumindest einen gemessenen Kraft nachgeregelt wird, wobei gemäß einer Weiterbildung die Positions-Sollbahn abhängig von einer Sollkraft vorgegeben ist.
- Auch dabei werden somit Kraftwerte in Positionswerte übertragen. Eine Weiterbildung ist, dass jede Achse für sich und unabhängig von Gesamtverbund die jeweilige Kraft bewertet und eine Nachregelung veranlassen kann.
- Eine Ausgestaltung besteht darin, dass Sollpositionen zumindest eines Pressstempels abhängig von zumindest einer solchen gemessenen Kraft berechnet und/oder geregelt werden.
- Auch eine Ausgestaltung ist, dass anhand der gemessenen Kraft die Positions-Sollbahn insbesondere für eine Servoachse oder mehrere Servoachsen berechnet wird, insbesondere so berechnet wird, dass eine Werkzeugachse bzw. insbesondere deren Pressstempel der programmierten Kraft folgt.
- Insbesondere wird somit nicht unmittelbar die Position über eine direkte Stellgröße eines Antriebs, z.B. eine am Antrieb anliegende Spannung, ein anliegender Strom oder ein am hydraulischen Zylinder anliegender Öldruck geregelt. Anstelle dessen wird die Sollposition selber verändert, so dass einer Antriebssteuerung eine geregelte Sollgröße bzw. Sollposition angelegt wird und daraufhin die Antriebssteuerung ihrerseits eine Steuerung oder bevorzugt Regelung der Stellgrößen des Antriebs abhängig von der anliegenden geregelten Sollposition durchführt. Es handelt sich somit bevorzugt um eine doppelte Regelkette mit zwei hintereinandergeschalteten Steuerungen bzw. insbesondere Regelungen.
- Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass als die Abweichung eine Kraft-Regelabweichung zwischen der gemessenen Kraft und der Sollkraft in eine für einen Lageregler der Steuereinrichtung zumindest des einen Antriebs umsetzbare Sollpositions-Steuergröße umgesetzt wird.
- Mit anderen Worten wird eine Kraft-Regelabweichung ermittelt und daraus eine Sollpositions-Steuergröße bestimmt, welche zur Regelung des elektromotorischen Antriebs verwendet wird. Eine Ausgestaltung dazu besteht darin, dass zusätzlich eine Spindelsteigung des Antriebs und/oder eine maschinenspezifische E-Modul-Konstante in die für den Lageregler des zumindest einen Antriebs umsetzbare Sollpositions-Steuergröße umgesetzt wird.
- Es können auch weitere Größen berücksichtigt werden, welche abhängig sind von herrschenden Temperaturen oder variablen oder modellspezifischen geometrischen sowie konstruktiveren oder materialabhängigen Größen insbesondere der Presse und in deren Umfeld. Insbesondere kann sich die maschinenspezifische E-Modul-Konstante auf einzelne oder alle Komponenten in dem Kraftfluss zwischen der dem Pressgut zugewandten Seite des Pressstempels und dem Antrieb oder dem den Antrieb tragenden Rahmenelement beziehen. Auch können für verschiedene Achsen bzw. Kraftflüsse unterschiedliche E-Modul-Konstanten bereitgestellt sein.
- Insbesondere ist es eine Ausgestaltung, dass der zumindest eine Pressstempel als Bestandteil einer floatenden, das heißt insbesondere schwimmenden bzw. kontrolliert nachgebenden oder nachgeregelten Achse verstellt wird.
- Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung besteht in einer Keramik- und/oder Metallpulver-Presse zum Pressen eines Pressguts mit zumindest einem elektromotorischen Antrieb, welcher zumindest einen Presstempel längs einer Pressrichtung verstellt, einer Steuereinrichtung, welche ausgelegt ist, den Antrieb derart anzusteuern, dass der Antrieb den Pressstempel längs einer Positions-Sollbahn zu einer jeweils momentanen Sollposition des Pressstempels bewegt und der Antrieb bei Abweichung von der Positions-Sollbahn nachregelt, wobei in der Presse zumindest eine Kraftmesseinrichtung, welche zum Messen einer Presskraft, die auf das Pressgut, den Pressstempel oder diesen tragende Komponenten einwirkt, angeordnet ist und wobei für die Steuereinrichtung die damit gemessene Presskraft zumindest eine Stellgröße für die Nachregelung bildet.
- Die Steuereinrichtung kann eine eigenständige Komponente sein oder ganz oder teilweise eine im jeweiligen Antrieb bzw. dessen Motor integrierte Steuereinrichtung sein, wie bei z.B. einem Servoantrieb.
- Der oder die Antriebe und Kraftmesseinrichtungen können einem oder mehreren Pressstempeln bzw. Achsen zugeordnet sein, welcher auf einer der einwirkenden Hauptpresskraft gegenüberliegenden Seite der Matrizenöffnung angeordnet sind. Eine Hauptpresskraft kann durch einen elektromotorischen Antrieb, optional aber auch durch mechanische, pneumatische oder hydraulische Antriebe aufgebracht werden. Die Hauptpresskraft wirkt dabei insbesondere über einen oder mehrere Pressstempel ein, welche auf der zu dem so geregelten Pressstempel gegenüberliegenden Seite des Pressguts angeordnet sind und auf das Pressgut einwirken. Aber auch ein der Hauptpresskraft alleinig oder zusammen mit anderen Pressstempeln ganz oder teilweise unterliegender Pressstempel kann so geregelt sein, insbesondere wenn auf Seiten einer solchen Hauptpresskraft mehrere mittels elektromotorischen Antrieben relativ zueinander verstellbare Pressstempel angeordnet sind. Dies schließt weiterhin mit ein, dass im Fall einer elektromotorischen Hauptpresskraft auch die diese Kraft übertragende Achse servomotorisch und mit Spindelantrieb ausgestaltet ist und derart floatend regelbar ist.
- Eine Ausgestaltung der Presse besteht darin, dass der Pressstempel Bestandteil einer floatenden Achse ist.
Noch eine Ausgestaltung der Presse besteht darin, dass der Antrieb einen Presstempel relativ zu zumindest einem zumindest in Pressstellung seitlich dazu angeordneten Pressstempel bewegt.
Mit anderen Worten sind auf einer Seite der Matrizenöffnung mehrere Pressstempel angeordnet, wobei diese mehreren Pressstempel längs der Pressrichtung unabhängig voneinander verstellbar sind. Insbesondere können bei solch einer Anordnung nur einer, mehrere oder alle der Pressstempel derart regelbar sein. - Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein einzelner solcher Presstempel durch gleichzeitig zwei oder mehr Antriebe verstellbar angeordnet ist, wobei ein aus der gemessenen Kraft bestimmter, insbesondere einziger Korrekturwert den Antrieben angelegt ist.
- Beispielsweise ist ein solcher Pressstempel auf einer so genannten Platte als Stempelträger angeordnet, wobei die Platte innerhalb des Rahmenwerks oder Werkzeugs mittels zwei oder mehr Antrieben längs der Pressrichtung verstellbar ist. Eine aus einem oder mehreren gemessenen Kraftwerten bestimmte Regelabweichung kann zur Bestimmung einer gemeinsamen Sollpositions-Steuergröße für alle betroffenen Antriebe verwendet werden. Gemäß einer Weiterbildung sind die Antriebe auch unabhängig voneinander regelbar, insbesondere von individuell bestimmten gemessenen Kräften abhängig regelbar, um ein Verkippen der Platte bzw. des Stempelträgers durch geeignete Regelung zu verhindern.
- Eine Ausgestaltung besteht in einer solchen Presse, bei welcher die Steuereinrichtung ausgelegt ist, zumindest den einen Antrieb mittels eines derart beschriebenen Verfahrens anzusteuern. Mit anderen Worten wird eine mit entsprechenden Komponenten ausgestattete Presse unter Anwendung des Verfahrens zum Regeln der Sollpositionen zumindest eines Pressstempels abhängig von zumindest einer gemessenen Kraft betrieben.
- Auch ist es eine Ausgestaltung einer solchen Presse bzw. eines solchen Verfahrens, das der Antrieb als servomotorischer Antrieb ausgestaltet ist und/oder eine dem Pressstempel vorgeschaltete Spindel antreibt.
- Regelbar sind so abhängig von gemessenen Kraftwerten auch mit insbesondere elektromotorischen Servo-Spindelantrieben positionsabhängig verstellbare Pressstempel.
- Gemäß einer Weiterbildung wird anhand einer gemessenen Kraft eine Positions-Sollbahn von einer Servoachse oder mehreren Servoachsen so berechnet, dass die Werkzeugachse bzw. insbesondere deren Pressstempel der programmierten Kraft folgt.
- Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
- Fig. 1
- einzelne Komponenten einer Keramik- und/oder Metallpulver-Presse und ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Pressablaufs.
- Wie aus
Fig. 1 ersichtlich, umfasst eine Keramik- und/oder Metallpulver-Presse 1 einen Rahmen 2, in welchem verschiedene weitere Komponenten aufgenommen sind. Teilweise sind die weiteren Komponenten ortsfest mit dem Rahmen 2 verbunden, teilweise relativ zu diesem und relativ untereinander insbesondere längs einer Pressrichtung verstellbar. - Zentraler Bestandteil ist eine Matrize 3, in deren Matrizenöffnung von insbesondere unten her einer oder mehrere Pressstempel 4, 5 eintauchen. Insbesondere oberhalb der Pressstempel 4, 5 ist ein Pressgut 6 in die Matrizenöffnung einfüllbar. Einer oder mehrere weitere Pressstempel 7 sind von oben her in die mit Pressgut 6 befüllte Matrizenöffnung einführbar, um das Pressgut 6 zu einem Presskörper zu verformen. Bei dem Pressgut 6 handelt es sich insbesondere um ein metallisches und/oder keramisches pulverförmiges und/oder granulatförmiges Material.
- Der beispielhaft nur eine oberseitige Pressstempel 7 sitzt unterseitig an einem insbesondere plattenförmigen Stempelträger 8. Mittels eines elektromotorischen Antriebs 10, welcher insbesondere einen Servomotor und eine Spindelstange 9 aufweist, sind der Stempelträger 8 und der Pressstempel 7 in Pressrichtung vor und zurück verstellbar.
- In dem Bereich von dem dargestellten oberen Rahmen 2, an welchem der Antrieb 10 befestigt bzw. angeordnet ist, und dem Pressstempel 7 ist eine Kraftmesseinrichtung 11 angeordnet. Die Kraftmesseinrichtung 11 kann beispielsweise als Kraftmessdose auf der Strecke zwischen dem Rahmen 2 und dem Pressstempel 7 zwischen zwei der Komponenten sitzen. Die Kraftmesseinrichtung 11 dient dazu, eine zwischen diesen Komponenten und/oder eine über den Pressstempel 7 auf das Pressgut 6 einwirkende Presskraft zu messen und als eine gemessene Kraft F3 auszugeben.
- Unterseitig der Matrize 3 sind beispielhaft ein zentraler Pressstempel 5 und ein diesen ringförmig umgebender Pressstempel 4 dargestellt, welche ein Pressen eines konturierten Presskörpers ermöglichen.
- Der zentrale zweite Pressstempel 5 ist auf einem insbesondere plattenförmigen Stempelträger 12 angeordnet. Der Stempelträger 12 ist relativ zu einem unteren Abschnitt des Rahmens 2 mittels beispielhaft zwei elektromotorischen Antrieben 15, 16 längs der Pressrichtung verstellbar. Die beiden Antriebe 15, 16 weisen wiederum jeweils einen Motor und eine durch diesen angetriebene Spindelstange 13, 14 auf. In dem Bereich von dem Rahmen 2 zum Pressstempel 5 hin sind Kraftmesseinrichtungen 24, 25 angeordnet, um jeweils eine über die Antriebe 15, 16 wirkende momentane Presskraft zu messen und entsprechende Messwerte als jeweils gemessene Kraft F21 bzw. F22 auszugeben.
- Der zentrale untere, erste Pressstempel 4 ist auf einem insbesondere plattenförmigen Stempelträger 17 angeordnet. Der Stempelträger 17 ist relativ zu einem unteren Abschnitt des Rahmens 2 mittels beispielhaft zwei elektromotorischen Antrieben 20, 21 längs der Pressrichtung verstellbar. Die beiden Antriebe 20, 21 weisen wiederum jeweils einen Motor und eine durch diesen angetriebene Spindelstange 18, 19 auf. In dem Bereich von dem Rahmen 2 zum Pressstempel 4 hin sind Kraftmesseinrichtungen 22, 23 angeordnet, um jeweils eine über die Antriebe 20, 21 wirkende momentane Presskraft zu messen und entsprechende Messwerte als jeweils gemessene Kraft F11 bzw. F12 auszugeben.
- Eine Steuereinrichtung C dient zum Steuern und überwachen von Funktionen der Presse 1. Insbesondere dient die Steuereinrichtung C unter anderem dazu, die Antriebe 10, 15, 16, 20, 21 anzusteuern. Insbesondere im Fall von Servomotoren bzw. Servoantrieben mit eigenen Regelkreisen dient die Steuereinrichtung C dazu, die Servoantriebe bzw. deren Regelkreise mit Steuersignalen für zu fahrende Soll-Bewegungen zu versorgen. Die Steuereinrichtung C stellt dazu als Steuersignale für die Antriebe 10, 15, 16, 20, 21 insbesondere Sollpositions-Steuergrößen s3, s11, s12, s21 bzw. S22 bereit. Bei den Sollpositions-Steuergrößen s3, s11, s12, s21 bzw. S22 kann es sich beispielsweise um kontinuierlich anliegende Signale oder um insbesondere temporäre Differenz- oder Steuerwerte handeln.
- Entsprechend werden die gemessenen Kräfte F3, F11, F12, F21, F22 zur Berücksichtigung bei einem laufenden Pressverfahren der Steuereinrichtung C angelegt.
- Für die Durchführung eines bevorzugten Pressverfahrens berücksichtigt die Steuereinrichtung C einen vorgegebenen Pressablauf. Der Pressablauf beruht auf Presskräften, welche von den Pressstempel 4, 5, 7 während eines zeitlichen Verlaufs des Pressvorgangs auf das Pressgut 6 einwirken sollen.
- Dargestellt ist dies in einem Positions-Zeit-Diagramm unterhalb der skizzierten Komponenten. Über dem zeitlichen Verlauf t sind jeweils Kurven abgebildet, welche eine momentane Position a darstellen. Bei der momentanen Position a kann es sich um eine tatsächliche Position einer das Pressguts berührenden Fläche eines der Stempel 4, 5, 7 handeln. Aus Gründen der einfacheren Handhabbarkeit kann aber prinzipiell auch eine beliebige andere insbesondere ausreichend genau messbare oder bestimmbare Position a längs der Strecke von den Pressstempel 4, 5, 7 bis zu deren Antrieben 13, 16, 20, 21, 10 eingesetzt sein, insbesondere auch eine durch den Antrieb selber bestimmbare Position.
- Dargestellt sind zur Vereinfachung beispielsweise nur eine Positions-Sollbahn as3 des oberen Pressstempels 7 und eine Positions-Sollbahn as1 des ersten, unteren Pressstempels 5. Bei einer Presse mit einer größeren Anzahl von Pressstempeln oberhalb und/oder unterhalb der Matrizenöffnung werden zweckmäßig entsprechend mehr solcher Positions-Sollbahnen verwendet. Insbesondere hängt die Anzahl solcher Positions-Sollbahnen von der Anzahl von Achsen bzw. Pressstempeln 4, 5, 7 ab, welche zu regeln sind.
- Die Positions-Sollbahnen as1, as3 sind abhängig von für die jeweiligen Pressstempel 4, 5, 7 über den zeitlichen Verlauf t erforderlichen Presskräften bestimmt.
- Dargestellt ist beispielhaft, dass während eines kontinuierlichen Absenkens des oberen Pressstempels 7 der erste untere Pressstempel 5 anfänglich nach oben bewegt und ab einer vorgegebenen Position wieder etwas nach unten bewegt wird. Insbesondere soll eine so genannte floatende Bewegung durch den unteren Pressstempel 5 ausgeführt werden, bei welcher dieser bei zu großer von oben her auf das Pressgut 6 einwirkender Presskraft nach unten hin nach gibt. Vorgesehen sein kann auch, dass bei zu geringer von oben her auf das Pressgut 6 einwirkender Presskraft eine Nachregelung des unteren Pressstempels 5 nach oben hin erfolgt.
- Bei dem dargestellten Zyklus des Pressverfahrens wird angenommen, dass zwischenzeitlich die momentane Position a1m des unteren Pressstempels 5 von der zu diesem Zeitpunkt vorgesehenen momentanen Sollposition as1m nach oben hin abweicht. Aufgrund der gemessenen Kräfte F21, F22 der entsprechend diesem unteren Pressstempel 5 zugeordneten Kraftmesseinrichtungen 24, 25 ermittelt die Steuereinrichtung C eine Regelabweichung εK(21), wenn beispielsweise die gemessene Kraft F21 einer der Kraftmesseinrichtung 25 von einer Sollkraft Fs für insbesondere den gemessenen Kraftwert dieser Kraftmesseinrichtung 25 abweicht. Entsprechend wird dem zugeordneten Antrieb 16 ein Steuersignal bzw. eine Sollposition-Steuergröße s21 angelegt, welche eine Nachregelung abhängig von der Regelabweichung εK(21) ansteuert.
- Die Regelabweichung εK(21) und damit die Sollposition-Steuergröße s21 sind somit kraftabhängige Steuer- bzw. Regelgrößen, welche direkt von einer oder gegebenenfalls auch mehreren der gemessenen Kräfte F21 abhängen.
- Vorzugsweise werden bei der Bestimmung der Positions-Sollbahnen as1, as3 und entsprechend bei der Bestimmung der Sollpositions-Steuergrößen s3, s11, s12, s21, s22 zu der die jeweils momentane Position a der entsprechenden Pressstempel 4, 5, 7 beeinflussende Größen zusätzlich auch weitere den Pressvorgang beeinflussende Größen wie insbesondere eine maschinenspezifische E-Modul-Konstante E, eine Spindelsteigung und gegebenenfalls auch momentane Positionen weiterer der Pressstempel 4, 5, 7 berücksichtigt.
- Die jeweiligen Regelabweichungen εK(21) und/oder die momentanen Sollposition-Steuergrößen s3, s11, s12, s21, s22 während eines laufenden Pressverfahrens können auf unterschiedliche Art und Weise bestimmt werden. Prinzipiell möglich sind insbesondere ein Tabellenvergleich oder eine Berechnung.
- Im Fall eines Tabellenvergleichs könnte in einer Tabelle mit abhängig von Sollkräften über die Zeit hinweg anzufahrenden Sollpositionen auch das Wissen des Fachmanns bzw. Anlagenbetreibers über beispielsweise eine Steifigkeit des Gebildes, Konturen und Materialeigenschaften des Prüfers berücksichtigt sein.
- Da es sehr aufwändig ist, alle Bauteile im Kraftfluss der jeweiligen Achsen zu modellieren, um ein möglichst perfektes Modell als Grundlage zur Ermittlung korrekter Daten für die Tabelle zu erstellen, wird eine Berechnung bevorzugt. Insbesondere kann bei einer Berechnung ein vereinfachtes Modell zu Grunde gelegt werden. Die Abweichungen des realen Objektes vom Modell werden über die Soll-Ist-Kraftdifferenz in die Berechnung ein gekoppelt.
- Dazu wird, in der insbesondere Servoreglern überlagerten Steuereinrichtung C im Reglertakt eine Sollbahn über die Kraft berechnet. Wird nun im Betrieb die Sollkraft in Relation zur Istkraft gesetzt, wird daraus die Regelabweichung εK der jeweils betrachteten gemessenen Kraft erhalten. Diese Regelabweichung wird zusammen mit der Spindelsteigung und einer maschinenspezifischen E-Modul-Konstante in eine für den Lageregler der Servoachse bzw. des Antriebs beherrschbare Sollposition umgerechnet. Folgt nun die Werkzeugachse bzw. deren Antriebsregelung der berechneten Bahn, wird automatisch das vorgesehene Kraftprofil an der Achse realisiert.
-
- 1
- Keramik- und/oder Metallpulver-Presse
- 2
- Rahmen
- 3
- Matrize
- 4
- Pressstempel
- 5
- Pressstempel
- 6
- Pressgut
- 7
- Pressstempel
- 8
- insbesondere plattenförmiger Stempelträger
- 9
- Spindelstange
- 10
- elektromotorischer Antrieb
- 11
- Kraftmesseinrichtung
- 12
- insbesondere plattenförmiger Stempelträger
- 13
- Spindelstange
- 14
- Spindelstange
- 15
- elektromotorischer Antrieb
- 16
- elektromotorischer Antrieb
- 17
- insbesondere plattenförmiger Stempelträger
- 18
- Spindelstange
- 19
- Spindelstange
- 20
- elektromotorischer Antrieb
- 21
- elektromotorischer Antrieb
- 22
- Kraftmesseinrichtung
- 23
- Kraftmesseinrichtung
- 24
- Kraftmesseinrichtung
- 25
- Kraftmesseinrichtung
- a
- Position längs Pressrichtung
- as3
- Positions-Sollbahn dritter, oberer Stempel
- a1m
- momentane Position erster, unterer Stempel
- as1
- Positions-Sollbahn erster, unterer Stempel
- as1m
- momentane Sollposition erster, unterer Stempel
- C
- Steuereinrichtung
- E
- maschinenspezifische E-Modul-Konstante
- εK(21)
- Regelabweichung
- F3
- gemessene Kraft als Messgröße
- F11
- gemessene Kraft als Messgröße
- F12
- gemessene Kraft als Messgröße
- F21
- gemessene Kraft als Messgröße
- F22
- gemessene Kraft als Messgröße
- Fs
- Sollkraft
- s3
- Sollpositions-Steuergröße
- s11
- Sollpositions-Steuergröße
- s12
- Sollpositions-Steuergröße
- s21
- Sollpositions-Steuergröße
- s22
- Sollpositions-Steuergröße
- t
- zeitlicher Verlauf eines Pressverfahrens
Claims (11)
- Verfahren zum Steuern einer Keramik- und/oder Metallpulver-Presse (1) zum Pressen eines Pressguts (6), bei dem- zumindest ein elektromotorischer Antrieb (15, 16; 20, 21), welcher zumindest einen Presstempel (5; 4) längs einer Pressrichtung verstellt und welcher als servomotorischer Antrieb ausgestaltet ist und/oder eine dem Pressstempel (5; 4) vorgeschaltete Spindel (13, 14; 18, 19) antreibt, derart angesteuert wird, dass- der Antrieb (15, 16; 20, 21) den Pressstempel (5; 4) längs einer Positions-Sollbahn (asl) bewegt und- der Antrieb bei Abweichung von der Positions-Sollbahn (asl) nachgeregelt wird,- wobei als zumindest eine Stellgröße für das Nachregeln eine gemessene Presskraft (F11, F12), die auf das Pressgut (6), den Pressstempel (4) oder diesen tragende Komponenten (17 - 19) einwirkt, verwendet wird,- mindestens ein Pressstempel (5; 4) mittels mindestens zwei Antrieben (15, 16; 20, 21) längs der Pressrichtung verstellt wird,- jeweils eine über die Antriebe (15, 16) wirkende momentane Presskraft (F21, F22; F11, F12) gemessen wird und entsprechende Messwerte als jeweils gemessene Presskräfte (F21, F22; F11, F12) ausgegeben werden, und dass- als die Abweichung eine Kraft-Regelabweichung (2K(21)) zwischen der gemessenen Presskraft (F11, F12) und der Sollkraft (Fs) in eine für einen Lageregler der Steuereinrichtung (C) zumindest des einen Antriebs (20, 21) umsetzbare Sollpositions-Steuergröße (sll, s12) umgesetzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zu der Positions-Sollbahn (asl) abhängig von der zumindest einen gemessenen Kraft (F11, F12) nachgeregelt wird, wobei insbesondere die Positions-Sollbahn (asl) abhängig von einer Sollkraft (Fs) vorgegeben ist.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Sollpositionen zumindest eines Pressstempels abhängig von zumindest einer solchen gemessenen Kraft (F11, F12) berechnet und/oder geregelt werden.
- Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem anhand der gemessenen Kraft (F11, F12) die Positions-Sollbahn (asl) für eine Servoachse oder mehrere Servoachsen berechnet wird, dass eine Werkzeugachse bzw. deren Pressstempel der programmierten Kraft folgt.
- Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem zusätzlich eine Spindelsteigung des Antriebs (18 - 21) und/oder eine maschinenspezifische E-Modul-Konstante (E2) in die für den Lageregler umsetzbare Sollpositions-Steuergröße (sll, s12) umgesetzt wird.
- Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem der Pressstempel (4; 5) als Bestandteil einer floatenden Achse verstellt wird.
- Keramik- und/oder Metallpulver-Presse (1) zum Pressen eines Pressguts (6) mit- zumindest einem elektromotorischen Antrieb (15, 16; 20, 21), welcher zumindest einen Presstempel (5; 4) längs einer Pressrichtung verstellt) und welcher als servomotorischer Antrieb ausgestaltet ist und/oder eine dem Pressstempel (5; 4) vorgeschaltete Spindel (13, 14; 18, 19) antreibt,- einer Steuereinrichtung (C), welche ausgelegt ist, den Antrieb (15, 16; 20, 21) derart anzusteuern, dass- der Antrieb (15, 16; 20, 21) den Pressstempel (5; 4) längs einer Positions-Sollbahn (asl) des Pressstempels (5; 4) bewegt und- der Antrieb bei Abweichung von der Positions-Sollbahn (asl) nachregelt,
gekennzeichnet durch- zumindest eine Kraftmesseinrichtung (22, 23; 24, 25; 11), welche zum Messen einer Presskraft (F11, F12), die auf das Pressgut (6), den Pressstempel (4) oder diesen tragende Komponenten (17 - 19) einwirkt, angeordnet ist,- wobei für die Steuereinrichtung (C) die gemessene Presskraft (F11, F12) zumindest eine Stellgröße für die Nachregelung bildet, wobei- als die Abweichung eine Kraft-Regelabweichung (2K(21)) zwischen der gemessenen Kraft (F11, F12) und der Sollkraft (Fs) in eine für einen Lageregler der Steuereinrichtung (C) zumindest des einen Antriebs (20, 21) umsetzbare Sollpositions-Steuergröße (sll, s12) umsetzbar ist und wobei- ein einzelner solcher Presstempel (5; 4) durch gleichzeitig zwei oder mehr Antriebe (15, 16; 20; 21) verstellbar angeordnet ist, wobei ein aus der gemessenen Kraft (F11, F12) bestimmter Korrekturwert den Antrieben (15, 16; 20; 21) angelegt ist. - Presse (1) nach Anspruch 7, bei welcher der Pressstempel (4; 5) Bestandteil einer floatenden Achse ist.
- Presse (1) nach Anspruch 7 oder 8, bei welcher der Antrieb (15, 16; 20; 21) einen Presstempel (4; 5) relativ zu zumindest einem zumindest in Pressstellung seitlich dazu angeordneten Pressstempel (5; 4) bewegt.
- Presse nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei ein aus der gemessenen Kraft (F11, F12) einziger Korrekturwert den Antrieben (15, 16; 20; 21) angelegt ist.
- Presse nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei welcher die Steuereinrichtung (C) ausgelegt ist, den Antrieb (15, 16; 20, 21) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 anzusteuern.
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