WO1990007406A1 - Steuervorrichtung zur zeitlichen steuerung des fülldruckes beim füllen eines presswerkzeugs - Google Patents

Steuervorrichtung zur zeitlichen steuerung des fülldruckes beim füllen eines presswerkzeugs Download PDF

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Definitions

  • Control device for timing the filling pressure when filling a press "tool
  • the invention relates to a control device for temporally controlling the filling pressure when filling a pressing tool with a pasty or slip-like mass, in particular for producing oxide magnets , according to the type of main approach.
  • the control device with the characterizing features of the main claim has the advantage that the filling pressure time 1 can be kept very precisely, the filling pressure itself being specifiable by the maximum pump pressure, so that a complex hydraulic regulation can be dispensed with. As a result of the exact adjustability of the filling pressure holding time, this can be minimized, so that the pressing cycle time can also be shortened. Changes in the mass viscosity of the flow mass, flow resistances and pump wear have no influence on the holding time of the maximum filling pressure. This not only results in a reduction in the filling pressure holding time to be set, but also a reduction in rejects by avoiding filling errors.
  • a piezo or strain gauge probe is preferably used to measure the pressure during the pressing process, preferably at the die entrance. Together with a downstream voltage amplifier, these probes produce an electrical signal ver 1 that is strictly proportional to the pressure curve.
  • the voltage amplifier is designed as an integrating amplifier element, whereas in the other case integrating properties are not required.
  • the first threshold value can be chosen between the flow pressure and the filling pressure, it is possible that it can also be set relatively far below the filling pressure, so that a reliable triggering of the timing element is possible in any case. Nevertheless, this triggering takes place exactly when the filling pressure is reached.
  • the second threshold value also does not need to be defined exactly and is only smaller than the time differential quotient of the pressure increase between flow pressure and filling pressure / 07406 - -
  • Fig. 1 is a block diagram as an embodiment of the control device
  • a paste-like or slurry-like mass composed accordingly is fed from a mass pump, not shown, via a filling line 10 to a pressing tool 11. This is done via a mass check valve 12 in the filling line 10, from which a mass filler 1 provided with a pressure sensor 14 runs 13 to the pressing tool 11.
  • This consists of an essentially cylder-shaped die 15, which is closed at one end by a piston-like movable lower punch 16 and at the other end by an upper punch 17.
  • the press space determining the shape of the product to be manufactured is formed.
  • the mass fill 1 anal 13 runs radially through the die 15, but can of course also be guided through another wall boundary of the press space.
  • the signal from the pressure sensor 14 is fed to an amplifier element 18 which, in the case of the pressure sensor 14 being designed as a piezo sensor, as an integrating amplifier. member and, for example in the case of a strain gauge probe, can be designed as a simple voltage amplifier, in each case a signal ver1 is reached which is strictly proportional to the pressure profile in the molding compound.
  • the output of the amplifier element 18 is connected both to the input of a first threshold value stage 19 and to the input of a differentiating element 20, the output of which is connected to the input of a second threshold value stage 21.
  • a non-inverting output of the first threshold stage 19 and an inverting output of the second threshold stage 21 are linked together via an AND gate 22, the output of which is connected to a timing element 23.
  • the AND gate 22 generates a 1 signal at its output when a threshold value S, the first threshold 1 value level 19 is exceeded and a second threshold value S ? the second threshold 1 level 21 is undershot.
  • the AND gate 22 depending on the inversion or non-inversion of the outputs of the two threshold 1 value stages 19, 21 and the required trigger signal for the timer 23, can also be replaced by another logic gate which is dependent on the required input and output signals does the same logical operation.
  • the hydraulic circuit of the mass pump is controlled via an amplifier 24, that is, the filling pressure is controlled by a valve or the like after this time. switched off. This could also be done, for example, by the mass check valve 12.
  • the pressed part can now be removed, or there is an additional compression by means of the lower punch 16, as described in the prior art specified above.
  • the mass pump is switched on at a time T n as shown in FIG. 2 or the mass lock valve 1 12 is opened.
  • the mass begins to flow into the press chamber via the mass fill 1 channel 13.
  • a corresponding voltage U- is generated at the output of the amplifier element 18. The flow takes place during the time t f and is complete when the baling chamber is completely filled with the mass to be filled.
  • the lower diagram of FIG. 2 shows the time differential quotient of the voltage corresponding to the pressure according to the upper diagram of FIG. 2.
  • the two pressure increase phases at the beginning of the flow time and at the end of the flow time thus generate high peaks in the lower diagram.
  • the differential quotient becomes very small and falls below the threshold value S 2 - if one therefore exceeds the first threshold value S- lying between the voltage levels U- and U by the upper voltage curve and falling below the threshold value S logically linked by the differential quotient by means of an AND operation by means of the AND gate 22, a trigger signal is obtained for the timing element 23 at the time T, which exactly when the filling pressure P ? coincides.
  • the timer 23 has a holding time t, which the optimized filling 1 maintains pressure holding time corresponds and can be up to 1 sec. During this time, the required compaction of the mass takes place in the pressing tool 11. After this holding time has elapsed, either the product produced, for example an oxide magnet, is removed from the pressing tool, or previously it is compressed again by means of the lower punch 16.
  • mass fill 1 channel 13 can lead to several pressing tools, which are filled together in one work cycle.
  • Schmitt triggers or comparators can be used as threshold 1 value levels, of which an input is supplied with the respective threshold value.

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Abstract

Es wird eine Steuervorrichtung zur zeitlichen Steuerung des Fülldruckes beim Füllen eines Preßwerkzeugs (11) mit einer pastösen oder schlickerartigen Masse vorgeschlagen, insbesondere zur Herstellung von Oxidmagneten. Hierzu ist ein den Druck im Preßwerkzeug (11) erfassender Druckmeßfühler (14) vorgesehen, der ein entsprechendes Drucksignal einer ersten Schwellwertstufe (19) und über ein Differenzierglied einer zweiten Schwellwertstufe (21) zuführt. Die Ausgänge der beiden Schwellwertstufen (19, 21) sind mit einem logischen Gatter (22) verbunden, das bei gleichzeitigem Überschreiten eines ersten Schwellwerts der ersten Schwellwertstufe (19) und Unterschreiten eines zweiten Schwellwerts der zweiten Schwellwertstufe (21) ein Trigger-Signal für ein nachgeschaltetes Zeitglied (23) erzeugt. Dieses Zeitglied gibt durch seine Haltezeit den Fülldruck vor, so daß durch die genaue Erfassung des Erreichens des Fülldrucks dieser optimiert vorgegeben werden kann, so daß kurze Taktzeiten, eine einfache Druckvorgabe und eine deutliche Ausschußreduzierung am Produkt möglich sind.

Description

Steuervorrichtung zur zeitlichen Steuerung des Fülldruckes beim Fül len eines Preß"werkzeugs
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur zeitl i¬ chen Steuerung des Fülldruckes beim Füllen eines Preßwerk¬ zeugs mit einer pastösen oder schlickerartigen Masse, insbesondere zur Herstellung von Oxidmagneten, nach der Gattung des Hauptansp uc s .
Bei derartigen Herstellungsvorgängen ist es ein wichtiges Ziel , zur fehlerfreien Fertigung die Preßdicke und Pre߬ dichte der Magnetrohl inge in engen Toleranzgrenzen zu halten, wobei ein möglichst schneller Fertigungstakt ange¬ strebt werden sollte. Hierzu ist es erforderlich, nach Erreichen des maximalen Fül ldrucks diesen für eine feste, vorgebbare Zeit aufrechtzuerhalten. Ist diese Zeit zu kurz, so besteht die Gefahr einer Verminderung der Her¬ stellungsqualität, und ist sie zu lang, so ergibt sich eine unnötige Verlängerung des Fül 1 Vorgangs .
Aus der DE-OS 33 47 035 ist eine Steuervorrichtung der vorstehend genannten Gattung bekannt. Hierbei wird ange¬ strebt, bei Erreichen des maximalen Fülldruckes ein Zeit- 0/07406 - . -
glied anzuschalten, das während seiner Haltezeit den Fülldruck aufrechterhält. Dies erfolgt dadurch, daß bei Erreichen eines Drucksollwerts während dieser Haltezeit der Fülldruck auf den Sollwert eingeregelt wird. Hierzu ist jedoch eine aufwendige hydraulische Regel Vorr chtung erforderlich. Würde man dagegen auf eine Regel Vorrichtung verzichten und den Pumpendruck als maximalen Fülldruck vorgeben, so ist die Auslösung der Haltezeit durch Sollwert- vergleich zu unsicher/ da infolge Druckschwankungen mög¬ licherweise der Sollwert für den maximalen Fülldruck nicht erreicht wird. Um dennoch einen Füllvorgang ohne Druckregel¬ kreis durchzuführen, gibt man daher in ebenfalls bekannter Weise für den gesamten Fülldruck eine Haltezeit über ein Zeitglied vor. Dies hat jedoch den Nachteil, daß sich Fließzeit und Fül 1 druckhal tezeit zur Gesamthai tezeit addie¬ ren, so daß sich die Fül 1 druckhal tezeit bei einer Verlänge¬ rung der Fl eßdruckzeit infolge von Schwankungen der Strö¬ mungsverhältnisse und der Konsistenz der Fließmasse in unzulässiger Weise verkürzen könnte. Der umgekehrte Fall, eine Verlängerung der Fü Idruckhal tezeit infolge einer Verkürzung der Fließzeit, führt wiederum zu einer unnötigen Verlängerung des Fertigungstaktes. Auf Grund dieser Schwan¬ kungen ist es auch erforderl ch, die Gesamthai tezeit mit einer Sicherheitsreserve auszustatten, was wiederum zu' einer unnötigen Verlängerung des Fertigungstaktes führt.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Steuervor ichtung mit den kennzeich¬ nenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Fül 1 druckhal tezeit sehr exakt eingehalten werden kann, wobei der Fülldruck selbst durch den maximalen Pumpendruck vorgebbar ist, so daß auf eine aufwendige hydraul ische Regelung verzichtet werden kann. Infolge der exakten Einstellbarkeit der Fülldruckhaltezeit kann diese minimiert werden, so daß auch die Preßtaktzeit ver¬ kürzt werden kann. Änderungen der Masseviskosi ät der Fließmasse, von Fließwiderständen und Pumpenverschleiß haben keinen Einfluß auf die Haltezeit des maximalen Füll- druckes. Hierdurch ergibt sich nicht nur eine Senkung der einzustellenden Fülldruckhaltezeit, sondern auch eine Ausschußsenkung durch- Vermeidung von Füllfehlern.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Steuervorrichtung möglich.
Zur Messung des Drucks beim Preßvorgang wird vorzugsweise eine Piezo- oder DMS-Sonde verwendet, vorzugsweise am Matrizeneingang. Diese Sonden ergeben zusammen mit einem nachgeschalteten SpannungsVerstärker einen elektrischen S i gnal ver 1 auf , der streng proportional zum Druckverlauf ist. Im Falle einer Piezo-Sonde ist der Spannungsverst rker als integrierendes Verst rkerglied ausgebildet, wä rend im anderen Falle integ ierende Eigenschaften nicht erforder¬ lic sind.
Da der erste Schwellwert zwischen dem Fließdruck und dem Fülldruck gew hlt werden kann, ist es möglich, daß er auch relativ weit unterhalb des Fülldrucks festgelegt werden kann, so daß in jedem Falle eine sichere Auslösung des Zeitgl ieds mögl ich ist. Dennoch erfolgt diese Auslösung dann exakt bei Erreichen des Fülldrucks. Auch der zweite Schwellwert braucht nicht exakt festgelegt werden und wird lediglich kleiner als der zeitliche Differential¬ quotient des Druckanstiegs zwischen Fließdruck und Fülldruck /07406 - -
gewählt. Auf diese Weise erhält man eine sehr exakte Er¬ kennung des Erreichens des maximalen Fülldrucks, ohne daß die beiden beteiligten Schwellwerte selbst exakt sein müssen .
Zei chnung
Ein Ausführungsbeipiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild als Ausführungsbeispiel der Steuervorrichtung und
Fig. 2 ein Signal d iagramm zur Erläuterung der Wirkungs¬ weise.
Zur Herstellung eines Oxidmagneten od.dgl. wird eine ent¬ sprechend zusammengesetzte pastöse oder schlickerartige Masse von einer nicht dargestellten Massepumpe aus über eine Fülleitung 10 einem Preßwerkzeug 11 zugeführt. Dies erfolgt über eine Massesperrventil 12 in der Fülleitung 10, von dem aus ein mit einem Druckmeßfühler 14 versehener Massefül 1 kanal 13 zum Preßwerkzeug 11 verläuft. Dieses besteht aus einer im wesentlichen zyl nderförmigen Matrize 15, die am einen Ende von einem kolbenartig bewegbaren Unterstempel 16 und am anderen Ende von einem Oberstempel 17 verschlossen ist. Dazwischen wird der die Form des herzustellenden Produkts bestimmende Preßraum gebildet. Der Massefül 1 anal 13 verläuft radial durch die Matrize 15, kann jedoch selbstverständlich auch durch eine andere Wandbegrenzung des Preßraums geführt sein.
Das Signal des Druckmeßfühlers 14 wird einem Verstärker¬ glied 18 zugeführt, das im Falle der Ausbildung des Druckme߬ fühlers 14 als Piezo-Sonde als integrierendes Verstärker- glied und beispielsweise im Falle einer DMS-Sonde als einfacher Spannungsverstärker ausgebildet sein kann, wobei in jedem Falle ein Si gnal ver1 auf erreicht wird, der streng proportional zum Druckverlauf in der Preßmasse ist. Der Ausgang des Verstärkerglieds 18 ist sowohl mit dem Eingang einer ersten Schwel 1 wertstufe 19 als auch mit dem Eingang eines Diffenziergl ieds 20 verbunden, dessen Ausgang an den Eingang einer zweiten Schwel 1 wertstufe 21 angeschlossen ist. Ein nicht i nvert i-erender Ausgang der ersten Schwellwert¬ stufe 19 sowie ein invertierender Ausgang der zweiten Schwellwertstufe 21 sind über ein UND-Gatter 22 mitein¬ ander verknüpft, dessen Ausgang mit einem Zeitglied 23 verbunden ist. Dies bedeutet, daß das UND-Gatter 22 ein 1-Signal an seinem Ausgang erzeugt, wenn ein Schwellwert S, der ersten Schwel 1 wertstufe 19 überschritten und ein zweiter Schwellwert S? der zweiten Schwel 1 wertstufe 21 unterschri ten wird. Selbstverständlich kann das UND-Gatter 22 in Abhängigkeit der Invertierung oder Nichtinvertierung der Ausgänge der beiden Schwel 1 wertstufen 19, 21 und des erforderlichen Triggersignals für das Zeitgl ied 23 auch durch ein anderes logisches Gatter ersetzt werden, das in Abhängigkeit der erforderlichen Ein- und Ausgangssignale die gleiche logische Verknüpfung bewirkt.
Über den Ausgang des Zeitglieds 23 wird über einen Ver¬ stärker 24 der Hydraulikkreis der Massepumpe gesteuert, das heißt, der Fülldruck wird nach dieser Zeit durch ein Ventil od.dgl. abgeschaltet. Dies könnte beispielsweise auch durch das Massesperrventil 12 erfolgen. Das gepreßte Teil kann nun herausgenommen werden, oder es folgt eine zusätzl iche Verdichtung mittels des Unterstempels 16, wie dies im eingangs angegebenen Stand der Technik n her beschrieben ist. Zum Füllen des Preßwerkzeugs 11 wird zu einem Zeitpunkt Tn gemäß Fig. 2 die Massepumpe eingeschaltet bzw. das Massesperrventi 1 12 geöffnet- Hierdurch beginnt die Masse in den Preßraum über den Massefül 1 kanal 13 einzuströmen. Es erfolgt zunächst ein Druckanstieg, bis eine stationäre Strömung bei einem Fließdruck P, erreicht ist. Am Ausgang des Verstärkerglieds 18 wird eine entsprechende Spannung U-, erzeugt. Der Fließvorgang findet während der Zeit tf statt und ist abgeschlossen, wenn der Preßraum vollständig mit der zu befüllenden Masse gefüllt ist.
Nun erfolgt während einer Fül Idruckanstiegszeit t ein steiler Druckanstieg unter Verdichtung der Masse im Pre߬ raum, bis der durch, den Pumpendruck bestimmte maximale Fülldruck P? erreicht ist. Ein weiterer Druckanstieg kann nicht mehr erfolgen.
Im unteren Diagramm von Fig. 2 ist der zeitliche Differential quotient der dem Druck entsprechenden Spannung gemäß dem oberen Diagramm von Fig. 2 dargestellt. Die beiden Druck¬ erhöhungsphasen zu Beginn der Fließzeit und am Ende der Fließzeit erzeugen somit im unteren Diagramm hohe Spitzen. Am Ende der Fül 1 druckanstiegszeit t wird der Differential - quotient sehr klein und unterschreitet den Schwellwert S2- Wenn man daher das Überschreiten des zwischen den Spannungspegeln U-, und U liegenden ersten Schwellwerts S-, durch den oberen Spannungsverlauf und die Unterschreitung des Schwellwerts S durch den Differentialquotienten logisch durch eine UND-Verknüpfung mittels des UND-Gatters 22 verknüpft, so erhält man ein Triggersignal für das Zeit¬ glied 23 zum Zeitpunkt T, , der exakt mit dem Erreichen des Fülldrucks P? zusammenf llt. Das Zeitglied 23 weist eine Haltezeit t, auf, die der optimierten Fül 1 druckhalte- haltezeit entspricht und bis zu 1 sec. betragen kann. Während dieser Zeit erfolgt die erforderliche Verdichtung der Masse im Preßwerkzeug 11. Nach Ablauf dieser Haltezeit wird entweder das erzeugte Produkt, z.B. ein Oxidmagnet, aus dem Preßwerkzeug herausgenommen oder zuvor nochmals zusätzl ich mittels des Unterstempels 16 verdichtet.
Selbstverständlich kann der Massefül 1 kanal 13 zu mehreren Preßwerkzeugen führen, die gemeinsam in einem Arbeitstakt gefül 1 t werden .
Als Schwel 1 wertstufen können Schmitt-Trigger oder Kompara- toren eingesetzt werden, von denen ein Eingang mit dem jeweiligen Schwellwert beaufschlagt ist.

Claims

An s prüche
1. Steuervorrichtung zur zeitlichen Steuerung des Füll¬ druckes beim Füllen eines Preßwerkzeugs mit einer pastösen oder schl ickerartigen Masse, insbesondere zur Herstellung von Oxidmagneten, mit einem den Druck im Preßwerkzeug erfassenden und ein entsprechendes Drucksignal einer Schwell¬ wertstufe zuführenden Druckmeßfühler, wobei die Schwellwert¬ stufe auf ein den Fülldruck während einer festlegbaren Haltezeit auf einem vorgesehenen Wert haltendes Zeitglied einwirkt, d.adurch gekennzeichnet, daß das Drucksignal über ein Differenzierglied (20) einer zweiten Schwellwert¬ stufe (21) zuführbar ist und daß die Ausgänge der beiden Schwellwertstufen (19,21) mit einem logischen Gatter (22) verbunden sind, das bei gleichzeitigem Überschreiten eines ersten Schwellwerts (S, ) der ersten Schwel 1wertstufe (19) und Unterschreiten eines zweiten Schwellwerts (S?) der zweiten Schwel 1wertstufe (21) ein Triggersignal für das Zeitglied (23) erzeugt.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß dem Druckmeßfühler (14) ein Verstärkerglied (18) nachgeschaltet ist.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Druckmeßfühler (14) als Piezo- oder DMS-Sonde ausgebildet ist.
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß das mit dem als Piezo-Sonde ausgebildeten Druckme߬ fühler (14) verbundene Verst rkerglied (18) ein integrieren¬ des Verstärkerglied ist.
5. Steuer orrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwellwert (S-, ) zwischen dem Fl ießdruck (P, ) und dem Fülldruck (P?)
1 i egt .
6. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwellwert
( S ) kleiner als der zeitliche Differentialquotient des Druckans iegs zwischen Fließdruck (P, ) und Fülldruck (P?) ist.
7. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (23) über ein Verstärkerglied (24) auf den Hydraulikkreis einer Massepumpe und/oder auf die Massepumpe selbst einwirkt.
8. Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich¬ net, daß das Zeitgl ied auf ein Ventil (12) in einer Füll¬ leitung (10) zum Preßwerkzeug (11) einwirkt.
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