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Anordnung zum Regeln für steuerbare Pneumatikkissen
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Regeln für steuerbare Pneumatikkissen
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie findet Anwendung in mechanischen Pressen,
insbesondere beim Ziehen von Blechteilen.
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Es ist nach DD-PS 159 245 eine Einrichtung der genannten Art bekannt,
bei der der Drosselventilstößel über eine Verlängerung mittels eines mechanischen
Reglers durch den Kissenplattenweg und eines weiteren mechanischen Reglers durch
den geregelten Kissendruck gestellt wird.
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Während der gedämpften Aufwärtsbewegung wird die kinetische Energie
des Kissens in Warme umgewandelt, welche die Eydraulikflüssigkeit aufnimmt. ~ Dies
führt bei hohen Kissenkräften und Hubzahlen in nachteiliger Weise zu einer starken
Erwärmung der Hydraulikflüssigkeit, welrohes wiederum schädliche Wirkungen wie Verdampfen
und Kavitation zur Folge hat. Dieser Nachteil wird durch ein bekanntes Hydrauliksystem
für die Ziehkissenbetätigung nach DE-AS 21 16 018 beseitigt, bei dem bei Jedem Kissenhub
ein vollständiger Durchlauf der Hydraulikflüssigkeit durch ein Kuh#lkreislaufsystem
stattfindet.
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Von Nachteil ist der hohe Material- und Montageaufwand für dieses
System, sowie deren hohe Anfälligkeit gegen Störungen. Eine gegenständliche Weiterentwicklung
der Lösung nach DD-PS 159 245 beseitigt den Nachteil der starken Erwärmung der Hydraulikflüssigkeit
unter Umgehung eines aufwendigen und anfälligen Kühikreislaufsystems. Hierbei wird
durch ein zusätzliches pneumatisches Drossel-Rückschlagventii zwischen Kissendruckbehälter
und Druck#ylindern des Pneumatikkissens ein hoher Anteil der kinetischen Energie
über die Druckluft in Wärme umgewandelt, welche problemloser im Kissendruckbehälter
abgebaut werden kann. Von Nachteil
bei dieser Lösung ist die zeitaufwendige
Korrektur der Stellung des hydraulischen Drosselventils entsprechend der Stellung
des pneumatischen Drossel-Rückschlagventils über einen zusätzlichen Pneumatikzylinder
des auf den Kissendruck ansprechenden mechanischen Reglers, was durch die manuelle
Regulierung eines zusätzlichen Pneumatikdruckversorgers erfolgt. Der hohe Zeitaufwand
beim Umrüsten der Presse für die abgestimmte Einregulierung beider Ventile gemäß
der einzustellenden werkzeugabhängigen Kissenparameter resultiert aus der langen
(oft mehrstündigen) Einlaufzeit, bis sich ein annähernd optimaler Temperaturausgleich
zwischen hydraulischem und pneumatischem Medium eingestellt hat und die erforderhohen
Kissenparameter erreicht worden sind, wobei bei letzteren Einschränkungen in der
Einstellgenauigkeit in Kauf genommen werden müssen, da Änderungen verschiedener
Einflußgrößen in den beiden Medien und VentiLen während des Betriebes nicht erfaßbar
sind. Nachteilig ist noch, daß beim Entsperren des Kissens hydraulische Stöße auftreten,
die zur vorzeitigen Ermüdung der belasteten Teile - insbesondere des hydraulischen
Drosselventils -führen, daß die zeitaufwendigen Einstellarbeiten nicht für den automatisierten
Betrieb von Pressenlinien geeignet sind und daß der Synchronlauf mehrerer getrennter
Kissen in einer Maschine, beispielsweise Transferpresse, sowie eine Veränderung
des Dämpfungsweges nicht möglich sind. Weiterhin ist nach EP-PA 76 050 eine regelbare
Druckquelle bekannt, bei welcher der Ist-Druckwert in ein digitales elektrisches
Signal umgewandelt wird, das mit einem digitalen Soll-Druckwert in einem digitalen
Vergleicher, beispielsweise auf der Basis eines Mikroprozessors, zu Steuerimpulsen
für einen Schrittmotor verarbeitet wird, der schließlich auf den Kolben eines Druckzz
ders wirkt. Diese Anordnung ist für steuerbare Kissen wegen des notwendigerweise
großen
Druckbehälters und der Vielzahl der Steuerfunktionen unzureichend.
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Daraus ergibt sich als technische Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung
mechanischer Regler eine selbstregulierende Anordnung zum Regeln für steuerbare
Pneumatikkissen zu schaffen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprühen dargelegt.
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Das Einregeln des erforderlichen Kissendruckes geschieht in an sich
bekannter Weise durch Vergleich des Istwertes mit dem vorgegebenen Sollwert. Das
Einregeln der erforderlichen Werte des Kissenhubes, der Auswerfgeschwindigkeit,
des Dämpfungsgrades und im Bedarfsfalle des Dämpfungsweges erfolgt durch Erfassen
der Istwerte für die momentanen Stellungen der Kissenplatte und der Drosselventilkolben
sowie für die Temperaturen beider Druckmedien und deren programmgemäße Verarbeitung
mit den vorgegebenen Sollwerten im Vergleicher. Die Sollwerte und ein zugehöriges
Steuerprogramm werden entsprechend den werkzeugabhängigen Parametern, vorzugsweise
in gespeicherter Form (beispielsweise EPROM oder Magnetkarte), zusammen mit anderen
Bedien- und/oder Maschinenzustandssignalen - bei automatisiertem Linienbetrieb zweckmäßigerweise
mit einem Digitalsignal für die Hubzahl -in die Eingabeeinheit bzw. den Vergleicher
eingegeben.
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Soll- und Istwerte werden nach einer kombinierten Ablauf-/ Folge-/Zeitplansteuerung
zu den Stellgrößen verarbeitet, welche über die Servoventile zu den programm-und
sollwertgemäßen Einstellungen der Drosselventile führen, wobei ein optimaler Temperaturausgleich
zwischen
beiden Druckmedien stattfindet. Dabei ist i.a. ein und
dasselbe Steuerprogramm für mehrere Werkzeuge veruendbar. Bei Vorhandensein eines
Synchronlaufsignals wird der geregelte Synchronlauf mehrerer getrennter Kissen in
einer Presse, beispielsweise Transferpresse, durch den Vergleich der Momentanstellungen
der einzelnen Kissenplatten bewirkt. Durch die vorgeschlagene programmgesteuerte
Digitalregelung auf Mikrorechnerbasis und das Einstellen der Drosselventile über
stetig regelbare Servoventile wird ohne manuellen Aufwand eine kurzfristige Umstellung
auf veränderte technologische Gegebenheiten und ein schnelles und genaues Einregeln
auf die entsprechenden Kissenparameter erreicht, die während des Kissenbetriebes
trotz sich ändernder Einflußgrößen und selbst bei hohen Hubzahlen und Kissenkräften
konstant gehalten werden. Dabei werden keine manuell einzuregulierenden mechanischen
Regler verwendet und durch die programmierbare stetige Änderung der Kolbenstellung
des hydraulischen Drosselventils hydraulische Stöße vermieden.
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Der vorgesehene Vergleicher läßt sich auch vorteilhaft zur Selbstüberwachung
der Regelanordnung, wie Bildschirmdarstellung und Auswertung fehlerhafter Zustände
nutzen.
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Die erfindungsgemäße Regelanordnung ist also gegenüber dem vorbekannten
Stand der Technik schneller umzurüsten, genauer, für automatisierte Pressenlinien
geeignet und besitzt ein erweitertes Einsatzgebiet, wobei in modernen Pressen für
den Vergleicher und die Eingabeeinheit in der Regel ein bereits vorhandenes Mikrorechnersystem
verwendbar ist.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem #usführungsbeispiel näher
erläutert werden. In der Zeichnung ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Regelanordnung
für ein steuerbares Pneumatikkissen einer mechanischen Presse dargestellt. Ein im
Pressentisch befindliches Kissen 10
besteht aus einer Kissenpiatte
11, zwei einfachwirkenden Druckzylindern 12 mit je einem Druckkolben 13, einem von
einer Druckluft speisung 48 beaufschlagten Hydraulikflüssigkeit enthaltenden Ölvorratsbehälter
14 und einem einfachwirkenden Sperrzylinder 15, der über ein hydraulisches Rückschlagventil
17 vom Ölvorratsbehälter 14 beim Ausfahren eines Sperrkolbens 16 gefüllt wird. Kissenplatte
11, Druckkolben 13 und Sperrkolben 16 sind über eine Kolbenstange 18 verbunden,
an deren unterem Ende sich ein verstellbarer Anschlag 19 für die oberste Arbeitslage
befindet. Die Druckzylinder 12 sind über ein pneumatisches 3/2-Wegeventil 46 (in
Schaltstellung b) über ein pneumatisches Drosselventil 22 und über ein diesen parallelgeschaltetes
pneumatisches Rückschlagventil 23 mit einem Kissendruckbehälter 24 verbunden. Die
anfänglich gesperrte und danach gebremste bzw. gedämpfte Aufwärtsbewegung der Kissenplatte
11 wird durch ein über einen doppeltwirkenden hydraulischen Stellzylinder dynamisch
geregeltes, hydraulisches Drosselventil 21 zwischen Sperrzylinder 15 und Ölvorratsbehälter
14 und das über einen doppeltwirkenden hydraulischen Stellzylinder statisch geregelte,
pneumatische Drosselventil 22 gesteuert, wobei der Ventilkolben des hydraulischen
Drosselventils 21 durch eine Schließfeder im unbelasteten Zustand des Stellzylinders
sperrt. Die momentanen Ist-Stellungen der Kissenplatte 11 und der Ventilkolben der
Drosselventile 21, 22 sowie die Ist-Temperaturen im O1-vorrat sbehält er 14 und
im Kissendruckbehälter 24 sowie der Ist-Druck im Kissendruckbehälter 24 werden durch
je einen elektrischen Weg-Meßwert aufnehmer 31 bzw. 32 bzw.
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33 bzw. Temperatur-Meßwertaufnehmer 34 bzw. 35 bzw.
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Druck-Meßwertaufnehmer 36 erfaßt, deren analoge Ausgangsspannungen
11, X2, X3, X4, 15 bzw. X6 durch einen Analog-Digital-Umsetzer 37 digitalisiert
und einem digitalen Vergleicher 38 als Regelgrößen X zugeführt
werden.
Es können auch Meßuertumsetzer 31...36 mit Digitalausgängen verwendet werden, wobei
natürlich der Analog-Digital-Umsetzer 37 entfällt. Als digitale Führungsgrößen W
werden dem Vergleicher 38 über eine digitale Eingabeeinheit 39 Sollwerte für den
Kissenhub W1, die Auswerfgeschwindigkeit W2, den Kissendruck W3, den Dämpfungagrad
W4 und den Dämpfungsweg W5 zugeführt. Der Vergleicher 38 ist auf der Basis eines
Mikrorechners aufgebaut und verarbeitet die Regelgrößen X und die Führungsgrößen
W nach einem Rechenprogramm P', welches über die Eingabeeinheit 39 als Kombination
eines Steuerprogramms P und zusätzlicher Bedien- und/oder Maschinenzustandssignale
3, einschließlich eines Signals für die Hubzahl, eingelesen wird, zu Stellgrößen
S1, S2 und S3, S4 für je ein elektrohydraulisches, zweistufiges, stetig regelbares
Servoventil 42 bzw. 43 sowie zu einer Stellgröße S5 für eine pneumatische Druckregeleinrichtung
25. Letztere liefert aus der Druckluft speisung 48 einen Jeweils konstanten Kissendruck
entsprechend dem Soll-Kissendruck W3.
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Sollen mehrere mechanisch getrennte Kissen in einer Presse (Stufen-
oder Transferpresse) synchron gesteuert werden, wird über die Eingabeeinheit 39
ein zusätzliches Synohronlaufsignal W6 eingegeben. Die Sollwerte W1, W2,...W6 repräsentieren
jeweils die technologischen Parameter für eine bestimmte Werkzeug-Werkstück-Kombination.
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Der Soll-Kissenhub W1 wird automatisch von der elektronischen Kissenhubverstellanzeige
übernommen, und die übrigen Sollwerte W2sW6 werden zusammen mit dem zugehörigen
Steuerprogramm P über ein Speichermedium 41, beispielsweise eine Magnetkarte, beim
Umrüsten der Presse eingegeben; sie können aber auch über die Bedientafel eingegeben
werden. Das Servoventil 42 verbindet entsprechend den Stellgrößen S1, S2 über ein
hydraulisches 3/2-Wegeventil 45 (in Schaltstellung b) den Stellzylinder des hydraulischen
Drosselventils 21 und das Servoventil 43
entsprechend den Stellgrößen
S3, S4 den Stellzylinder des pneumatischen Drosselventils 22 mit einem vorzugsweise
eine Nullhub-Pumpe enthaltenden Hydraulikdruckversorger 44, so daß durch entsprechende
Beaufschlagung seines Stellkolbens das hydraulische Drosselventil 21 schließt oder
mehr oder weniger weit öffnet bzw seines Stellkolbens das pneumatische Drosselventil
22 mehr oder weniger weit öffnet, wodurch gemäß den Jeweils eingegebenen Sollwerten
W1, W2,...W6 und dem Steuerprogramm P zeitlich genau definierte und i.a. optimierte
Aufwärtsbewegungen der Kissenplatte 11 stattfinden. Zu Betriebsbeginn ist das pneumatische
Drosselventil 22 noch voll geöffnet. Nach einer gewissen Betriebsdauer steigt die
mittels des Temperatur-Meßwertgebers 34 erfaßte Temperatur der Hydraulikflüssigkeit.
Entsprechend einer vorgegebenen unteren Grenztemperatur wird das pneumatische Drosselventil
22 ebenfalls geregelt, so daß die Temperatur der EydraulikSlüssigkeit nicht eine
obere Grenztemperatur erreicht. Die mittels des Temperatur-Meßwertgeber 35 erfaßte
Drucklufttemperatur darf soweit ansteigen, daß kein Funktionselement Schaden nimmt.
Sollte eines der beiden Medien ihre vorgegebene Grenztemperatur überschreiten, wird
die Presse blockiert. Das hydraulische Drosselventil 21 ist als Kegelsitzventil
und das pneumatische Drosselventil 22 zur Niedrighaltung der Strömungskräfte in
Kolbenlängsschieberbauart ausgeführt, wobei wegen des Querschnittsunterschiedes
zwischen dem hydraulischen bzw. pneumatischen Rückschlagventil 17 bzw. 23 und dem
hydraulischen bzw. pneumatischen Drosselventil 21 bzw. 22 die Hydraulikflüssigkeit
bzw. bzw. die Druckluft bei der Kissenabwärtsbewegung (Gegenhalten) selbst bei vollständig
geöffnetem Drosselventil 21 bzw.
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22 im wesentlichen über das Rückschlagventil 17 bzw. 23 fließt. Erscheint
ein "Not-Aus"-Signal, d.h. s = O V, dann schalten die Wegeventile 45, 46 in die
Schalt-
stellung a. Durch das Schalten des hydraulischen Wegeventils
45 wird durch die Druckentlastung des Stellzylinders des hydraulischen Drosselventils
21 dieses in wenigen Millisekunden geschlossen; die Kissenplatte 11 bleibt stehen.
Durch das Schalten des pneumatischen Wegeventils 46 werden die Druckzylinder 12
über einen Schalldämpfer 47 entlüftet; die Kissenplatte 11 senkt sich.