-
Als Ausführungsbeispiel wird für die nachfolgende Beschreibung anhand
der Zeichnung eine hydraulische Presse dargestellt, bei der der Stößel über zwei
ver-
-
schiedene Antriebe verfügt, nämlich einen über die größere Strecke
wirkenden Schnellantrieb und einen durch die genannten kurzhubigen Pressenzylinder
bewirkten Feinantrieb. Im allgemeinen sind wenigstens drei Pressenzylinder erforderlich,
um die genannten Pressenteile in alle Richtungen bewegen zu können. Es können jedoch
auch vier oder mehr derartiger Zylinder eingesetzt werden, die in ähnlicher Weise
zu steuern sind. Die Figuren zeigen F i g. 1 in schematisierter Darstellung eine
hydraulische Presse zur Verdeutlichung des Regelungsprinzipes; Fig 2 einen Steuer-
und Regelkreis zur Steuerung der Presse.
-
In der Fig. list eine hydraulische Presse 1 dargestellt, deren Pressengerüst
2 eine feste Pressentraverse 3, zwei Seitenteile 4 und Querriegel 6 enthält. Die
Seitenteile 4 sind mit der festen Pressentraverse 3 und Querriegeln 6 verbunden.
Die Seitenteile 4 weisen je zwei senkrechte Führungen 10 zum Führen eines verschiebbaren
Stößels 14 auf. Zum Antrieb des verschiebbaren Stößels 14 ist ein Verstellzylinder
15 mit einer dem Arbeitshub 16 entsprechenden Hublänge eingesetzt. Der Stößel 14
kann in jeder Position an den senkrechten Führungen 10 mit Hilfe eines Klemmzylinders
11 an der senkrechten Führung 10 festgelegt werden.
-
Unterhalb der vier Führungen 10 ist jeweils ein ankuppelbarer Preßzylinder
18 mit kurzem Preßhub vorgesehen. Die Preßzylinder sind im Bereiche der vier Ecken
des Pressentisches 7 vorgesehen. Die weiteren Preßzylinder 19, 20, 21 sind in der
Zeichnung nicht dargestellt, jedoch ohne weiteres zu ergänzen.
-
Der Verstellzylinder 15 ist mit seinem oberen Ende 23 an einem auf
den Querriegeln 6 ruhenden Auflager 24 gelenkig aufgehängt. Sein unteres Ende 25
ist gelenkig an den Stößel 14 angeschlossen.
-
Die vier kurzhubigen Preßzylinder 18, 19, 20 und 21 sind symmetrisch
zu der Pressenmitte angeordnet. Vier Gelenke 28 stellen die Verbindung zwischen
den Preßzylindern 18-21 und der festen Pressentraverse 3 her.
-
Jeder Preßzylinder 18-21 enthält eine Kolbenstange 32, die über ein
auslösbare Verbindungsmuffe 36 an die senkrechte Führung 10 angeschlossen ist.
-
Wenn der Stößel 14 in einer bestimmten, weiter unten definierten
Stellung angekommen ist, kann er fest mit der Kolbenstange 32 verbunden werden.
Durch entsprechende Servoventile 109 kann der Pressenzylinder 18 so betätigt werden,
daß kurzhubige Auf- und Abbewegungen des Stößels 14 unabhängig von den Bewegungen
der anderen Pressenzylinder möglich sind.
-
Die Funktion der vorbeschriebenen Presse ist wie folgt: In den Zwischenraum
zwischen angehobenem Stößel 14 und dem Pressentisch 7 wird ein verformbares Kunststoff-Halbzeug,
beispielsweise Mattenpakete aus glasfaserverstärkten Duroplasten, eingelegt. Anschließend
wird mit Hilfe des Verstellzylinders 15 der Stößel 14 im Eilgang nach unten gefahren.
Vor Kontakt mit dem Material wird der Stößel 14 aufgrund eines Positionssignals
abgebremst. Anschließend wird eine Verbindung mit der Kolbenstange 32 über die vorgenannten
Teile hergestellt. Im weiteren Verlauf des Preßvorganges wird die Preßgeschwindigkeit
mit Hilfe des nachfolgend beschriebenen Steuer- und Regelkreises bestimmt.
-
In der ersten Phase des nachfolgenden eigentlichen Preßvorganges
muß der Kunststoff des Mattenpakets in die Werkzeugoberflächenstruktur (Kavitäten)
einflie-
ßen und diese vollständig ausfüllen. Dies soll zur Erzielung einer kurzen
Zykluszeit möglichst schnell, jedoch unter hinreichender Schonung des Halbzeugmaterials
erfolgen, damit eine Schädigung des Fasermaterials, ungewollte Faserausrichtungen
und andere negative Folgen für die mechanischen Eigenschaften und die Oberfläche
des Preßteiles vermieden werden.
-
Als Kriterium gilt die Schergeschwindigkeit im Preßgut, die auf einem
material- und werkzeugabhängigen, konstanten Wert gehalten werden soll, d. h. trotz
der sich verändernden Fließquerschnitte soll die Schergeschwindigkeit im Preßgut
konstant bleiben.
-
Bei weiterem Zusammenfahren von Stößel 14 und Pressentisch 7 wird
der Zustand vollständiger Füllung der Preßform angenähert. Hierdurch steigt die
Kraft an, die durch die Summenbildung der Preßdrücke in den Preßzylindern 18-21
gemessen wird. Pressentisch 7 angeordneten Druckaufnehmer 100 gemessen wird. Bei
Erreichen einer bestimmten, definierten Kraft wird die Preßkraft zurückgenommen,
das Preßgut steht mit minimaler Viskosität im Tauchkanten-Spalt an, so daß durch
die Druckreduzierung des Menge des austretenden Materials und damit die Gratbildung
reduziert wird.
-
Nach der Aushärtung des Preßmaterials im Bereich der Tauchkante wird
das Druckniveau wieder erhöht.
-
um durch einen hohen inneren Druck insbesondere Blasenbildung zu unterdrücken.
Die Führung des Druckes erfolgt durch ein zeitabhängiges Druckprogramm F = f2(t),
wobei damit gesagt sein soll, daß ein bestimmtes Druckprogramm zeitabhängig als
Funktion von t abläuft. Beispielsweise bei Preßteilen mit starken Querschnittsänderungen
und damit verbundenen unterschiedlichen Schwindungen kann ein kritisches Anwachsen
der Flächenpressung und damit das Auftreten plastischer Verformung an gefährdeten
Werkzeugbereichen verhindert werden.
-
Die Steuerung durch die beiden Phasen der kurzhubigen Pressenzylinder
wird durch einen Regelschaltkreis bewirkt, der in F i g. 2 dargestellt ist.
-
Die Entfernung zwischen Preßzylinder 18 und Stößel 14 wird durch
einen Wegaufnehmer 101 gemessen, der nach Koppelung der Kolbenstange 32 mit dem
beweglichen Stößel 14 den zurückgelegten Hubweg des Stößels aufnimmt. Dabei kann
die Wegaufnahme über den gesamten Hubweg erfolgen oder auf den Kurzhub beschränkt
werden. Der Meßwert des Wegaufnehmers 101 wird über ein digitales Meßsystem 102
einem Zähler 103 übermittelt, wobei der Zähler einen positiven Istwert, ausgehend
von einer definierten Null-Position des StöBelsfeststellt.
-
Dieser positive Istwert, bezogen auf den Zylinder 18, wird einem
Regler 104 zugeführt, der einen Vergleich zwischen einer aufgeschalteten Führungsgröße
(SOLL) und dem Meßwert (Istwert) vornimmt. Über eine Leitung 105 wird das Stellsignal
vom Regler 104 in digitaler Form, beispielsweise als Differenz zwischen dem Ist-und
dem Sollwert, einem Digital-Analog-Wandler 106 zugeführt. Das dem Stellsignal entsprechende
Analogsignal, das positiv oder negativ sein kann, wird in einem Positionsregler
107 gegeben, der das Zeitverhalten und die Charakteristik des darauffolgenden Stellgliedes
108 beeinflußt, im wesentlichen aber ein direkt proportionales Signal an ein darauffolgendes
Stellglied 108 abgibt.
-
Die Einzelteile des mit einem Servoventil 109 zusammenarbeitenden
Stellgliedes 108 sind so konzipiert, daß
eine hohe Genauigkeit unter
ständiger Rückkopplungskontrolle über den Zweig 108' mit Wegaufnehmerkolben 110
und weiterem Regler 111 erfolgt. Die zu dem Stellglied 108 gehörenden Teile beeinflussen
einen Steuerblock 112, der noch zwei Druckfühler 113 und 114 enthält, deren Differenzdruck
jeweils den am Pressenzylinder 18 vorhandenen Druck Pi wiedergibt. Der Steuerblock
112 ist an den Zylinderr 18 angebaut.
-
Das Servoventil 109 steuert den Druckölfluß und damit die Bewegung
der Kolbenstange 32 in sehr kleinen positiven oder negativen Schritten.
-
Für die weiteren Zylinder 19, 20 und 21 sind identische Steuerkreise
vorgesehen. Für alle diese Regelkreise erfolgt die Regelung mit derselben Sollvergabe.
-
Die Soll-Positionsvorgabe erfolgt über einen binärcodierten digitalen
Zähler 116, der mit einer Preset-Einstellmöglichkeit versehen ist. Die Zählrichtung
und damit die Bewegungsrichtung der Kolbenstange 32 wird über einen Logik-Schaltkreis
117 bestimmt, der abgeleitet von einer Vorzeichen-Erkennung ein Signal zur Unterscheidung
von vorwärts (V) oder rückwärts (R) an den digitalen Zähler gibt. Der Schaltkreis
117 kann ferner ein Start-Stop-Signal geben, das, wie weiter unten erläutert wird,
aufgrund eines bestimmten Druckniveaus erforderlich sein kann.
-
Das Aussteuerungssignal wird grundsätzlich, wie eingangs erläutert,
entsprechend dem Vorschreiten der Stößelbewegung und des Druckanstieges in zweifacher
Weise generiert: 1. Aus einer Geschwindigkeitsvorgabe v = f1(h), wobei die Geschwindigkeit
des Stößels v von der Position h über seiner Endlage (Nullage) maßgebend ist, 2.
aus einer vorgegebenen, zeitabhängigen Druckfunktion F = f2(t), wobei t die Zeit
und F den vorgegebenen Druck darstellt.
-
Zunächst sei die Steuerung aufgrund der Geschwindigkeitsfunktion
v = fi (h) erläutert. Ein Funktionsgenerator 119 erzeugt ein bestimmtes Geschwindigkeitsprofil,
wobei ein bestimmter Anfangs- oder Endwert über eine Potentiometerschaltung 120
eingegeben werden kann. Der Wert v wird, ebenso wie der Wert der Potentiometerschaltung
120, einer Kanalauswahlschaltung 121 eingegeben. Das entsprechend generierte v-Signal
gelangt zu einer weiteren Kanalauswahl-Schaltung 118, bei der entsprechend einem
Druckwert am Druckwert-Summierer 131 jeweils eine v- oder eine F-Regelung vorgesehen
werden kann. Im allgemeinen wird zunächst die v- und dann die F-Regelung vorgenommen.
-
Entsprechend dem angewählten Kanal gelangt jetzt die Funktion v in
einem Gleichrichter mit Vorzeichenerkenner 122 und von dort in einen Spannungs-Frequenz-Wandler
123, der ebenfalls entsprechend der vorzunehmenden Regelung von v- auf F-Regelung
umgeschaltet werden kann. Das Vorzeichen-Signal gelangt an den bereits genannten
Schaltkreis 117. Das Signal des Frequenzgenerators wird dem Digitalzähler aufgegeben.
-
der praktisch eine Integration des Frequenzsignals durchführt und
den betreffenden Wert als Sollwert dem
Regler 104 aufgibt.
-
Wird von der v- auf die F-Regelung übergegangen, was im allgemeinen
dann der Fall ist, wenn ein bestimmter Druckwert am Druckwert-Summierer 131 überschritten
wird, so tritt der in der Zeichnung links unten dargestellte Regelkreis in Aktion.
Ein Funktionsgenerator 124 erzeugt eine Funktion F = f2(t), wobei über eine Potentiometerschaltung
124' ein Anfangs- oder Endwert eingegeben werden kann. Eine Kanalauswahlschaltung
125 berücksichtigt entsprechend dem Programm die entsprechenden Werte, wobei noch
von Automatik auf Hand umgeschaltet werden kann.
-
Der generierte Kraftwert wird einem Regler 126 aufgeschaltet. Der
Meßwert, der gleichzeitig dem Regler 126 aufgeschaltet wird, wird über eine Leitung
130 zugeführt. Die Leitung 130 ist an den Ausgang einer Summierschaltung 131 gesetzt,
in die die vier Differenzdrukke von den Kraftaufnehmern 113/114 der Pressenzylinder
eingegeben werden. Durch die entsprechenden Bezugszahlen ist angedeutet, daß von
den entsprechenden Elementen ein Signal in Spannungsform abgegeben wird, das in
der Summierschaltung 131 addiert wird.
-
Die Summierschaltung 131 ist gleichzeitig als Maximum-Überwachung
eingerichtet. Wird ein eingestelltes Druckmaximum Pmax erreicht, so wird über die
Leitung 132 an die Logikschaltung 117 ein Signal gegeben, das ein Stop-Signal auslöst
und damit auf jedenfall den Pressenhub begrenzt. Der Ausgang der Summierschaltung
131 kann ferner dazu dienen, eine Anzeige 133 zu betätigen, an der der jeweilige
Druckzustand in Mp (Drucksumme) abzulesen ist.
-
Die Summe der auftretenden Kräfte 2 Pj wird damit als Ist-Wert von
einem Zeitpunkt oder Positionspunkt des Stößels gegenüber dem Pressentisch eingesetzt
und ist maßgebend für die weitere Regelung durch die Regelkreise der Zylinder. Der
Funktionsgenerator 124 gibt dazu die Funktion F = f2 (t). Sobald die Geschwindigkeitsvorgabe
v = 0 ist oder sonst die Kanalauswahl anspricht, kann eine weitere Betätigung der
Pressenzylinder 18-22 nur über die Kraftfunktion F= f2 (t) erfolgen. Durch die Funktionsvorgabe
wird dem Zähler 116 ein neuer Wert eingeschrieben, der einer tieferen Position des
Stößels 14 und für alle Preßzylinder dem neuen Sollwert entspricht. Druch den Soll-Ist-Vergleich
des Reglers 104 wird der Zählerkreis soweit verändert, daß er einer anderen Position
des Wegaufnehmers entspricht, und zwar in der für die Regelung erforderlichen Richtung.
-
Entsprechend dem Steuersignal an den Servoventilen 109 fährt der
Stößel 14 weiter auf den Pressentisch zu, bis er eine willkürlich eingestellte Position
erreicht hat.
-
Gleichzeitig wird eine Krafterhöhung wirksam, die wiederum zu einer
Änderung der Kraftregelung am Regler 126 führt. Durch diese indirekte Kraftregelung
werden alle vier Pressenzylinder an der Steuerung beteiligt.
-
Dem Regelkreis wird demnach eine Parallelauf-Regelung für vier gleiche
Lageregelkreise unterlagert, wobei für alle vier Lageregelkreise der Parallellauf
sowohl während der Geschwindigkeits-Weg- als auch bei der Kraft-Zeit-Regelung gewährleistet
ist Hierdurch ist der sonst schwierig zu beherrschende Parallellauf in besonders
einfacher und in für die Erfindung wesentlicher
Weise mit Unter-
und Überlagerung der Regelkreise und sollwerterzeugenden Funktionen sichergestellt
Es ist ersichtlich, daß anstelle der Bewegung des Stößels 14 auch eine entsprechende
Bewegung des Pressentisches gesteuert werden kann.
-
- Leerseite -