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EP0288719B1 - Steuereinrichtung für einen pneumo-hydraulischen Kraftantrieb - Google Patents

Steuereinrichtung für einen pneumo-hydraulischen Kraftantrieb Download PDF

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EP0288719B1
EP0288719B1 EP88104223A EP88104223A EP0288719B1 EP 0288719 B1 EP0288719 B1 EP 0288719B1 EP 88104223 A EP88104223 A EP 88104223A EP 88104223 A EP88104223 A EP 88104223A EP 0288719 B1 EP0288719 B1 EP 0288719B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
piston
actuation
steering device
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP88104223A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0288719A3 (en
EP0288719A2 (de
Inventor
Wolf Dieter Prof. Dr. Goedecke
Rolf Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vodafone GmbH
Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG
Original Assignee
Mannesmann AG
Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mannesmann AG, Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG filed Critical Mannesmann AG
Priority to AT88104223T priority Critical patent/ATE88794T1/de
Publication of EP0288719A2 publication Critical patent/EP0288719A2/de
Publication of EP0288719A3 publication Critical patent/EP0288719A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0288719B1 publication Critical patent/EP0288719B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F15B2211/7053—Double-acting output members
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    • F15B2211/775—Combined control, e.g. control of speed and force for providing a high speed approach stroke with low force followed by a low speed working stroke with high force, e.g. for a hydraulic press

Definitions

  • the invention relates to a control device for a pneumo-hydraulic power drive with an actuating rod, which can be actuated pneumatically with low force over long distances by means of a working piston in rapid traverse, and hydraulically in short speed with large force can be actuated over short distances with large force by means of a displacement piston, the displacement piston in turn via a Air piston can be actuated pneumatically and together with it forms a pressure intensifier and a first valve arrangement is provided to act on the working piston and a second valve arrangement is provided to act on the air piston.
  • Such a control device is known from DE-B-2818 337.
  • the power drive has a front, double-acting and pneumatically actuated working piston which runs in a cylinder bore with a relatively large diameter and can be pressurized with compressed air from both sides.
  • the working piston carries an actuating rod, which can be used for riveting, for example. If compressed air is applied to the back of the working piston, it travels forward in rapid motion with relatively little force. When an end position is reached, the pressure on the back of the working piston increases. The compressed air now flows onto the back of an air piston of approximately the same cross-section, which in turn carries the displacement piston with a substantially smaller cross-sectional area.
  • the displacer plunges into an oil reservoir which is arranged in the area of the rear of the actuating rod.
  • the switch from rapid traverse with low force to slow speed (power stroke) with high force takes place automatically because, as mentioned, the compressed air from the rear of the working piston automatically reaches the rear of the air piston when a certain value is reached and the power stroke automatically starts.
  • switching valves can also be provided in the known device, the compressed air being passed on to the air piston by a pressure directional control valve, which is then switched over when the pressure at the inlet (rear side of the working piston) exceeds a predetermined amount.
  • a pressure directional control valve which is then switched over when the pressure at the inlet (rear side of the working piston) exceeds a predetermined amount.
  • a path-dependent control in which a limit switch is provided in the movement path of the actuating rod, which switches over from rapid traverse to slow speed (power stroke) when actuated.
  • switching valves are used in all of these controls, and the actuation of the air piston takes place via a forced sequence control depending on the actuation of the working piston.
  • the known device thus has the disadvantage that the transition from rapid to slow speed is always abrupt and the slow speed is uncontrolled, so that the known device cannot be used for a large number of applications when it comes down to the actuating force as a function of predetermined parameters meter or regulate depending on the respective application.
  • the invention is therefore based on the object of developing a device of the type mentioned at the outset such that the operating parameters of the device can be freely specified and in particular can be set in a controlled manner.
  • the rapid traverse can be freely programmed in contrast to the known limit switch.
  • the slow gear power stroke
  • any force / displacement dependencies being specifiable.
  • control device according to the invention can be used for a variety of tasks, not only for relatively rough power work, such as the riveting mentioned above, but also for precise power work, for example when operating a hand of a handling device and the like more.
  • the working piston is double-acting and the actuating pressure of the working piston is set by means of electro-pneumatic 2/2 servo valves.
  • This measure has the advantage that the overdrive of the working piston can be adjusted particularly precisely from the starting position to the end position, because the use of electropneumatic servo valves allows an analog input variable to be converted precisely into a pneumatic output variable.
  • the air piston of the pressure booster is single-acting, and the actuation pressure of the pressure booster is set by means of an electropneumatic 2/2 switching valve with a pilot valve.
  • This measure has the advantage that the high force of the actuating rod can be adjusted precisely.
  • the second signal supplied to the controller is a second output signal from the displacement measuring unit.
  • the actuation pressure of the pressure intensifier is measured by means of a pressure sensor and compared with a predetermined actuation pressure interval.
  • This measure has the advantage that it can be monitored whether an actuation pressure had to be applied in order to measure the aforementioned distance in the power stroke, which pressure was within one specified tolerance range. If, for example, a part is to be pressed into another part in the course of joining work, falling below the interval would mean that the parts to be joined were imprecise in the sense that they fit into each other too loosely and consequently only a slight actuation pressure was required, to measure the given distance, while exceeding the interval indicates that the parts were made too tight and therefore too high an actuation pressure was required to achieve the desired joining. In both cases, this may be unacceptable for the intended use of the parts being joined, so that if the interval is exceeded or fallen short of, the parts joined can be declared as rejects.
  • the second signal is an output signal from a pressure sensor that detects the actuation pressure of the pressure booster.
  • a pressure value to be achieved is specified if, for example, the joining force is specified in the course of joining work.
  • the output signal of the displacement measuring unit can be compared with a predetermined displacement interval.
  • a criterion for a reject part is thus formed by checking whether there is a path within a permissible range until the predetermined pressure value is reached Tolerance range was measured.
  • a too large path would be measured, while conversely only a small path could be measured in the case of parts that were manufactured too tightly.
  • Fig. 1 designates a force unit as a whole, such as e.g. for pressing, embossing and Like. Can be used.
  • a U-shaped portal 11 is placed on a work table 12 which carries a workpiece 13 to be joined.
  • a power drive 14, the details of which will be explained further below in relation to FIG. 2, is provided with valve packs 15 and 16 attached to the side.
  • An actuating rod 17 protrudes from the bottom of the power drive 14 and can be moved vertically depending on the actuation of the valve packages 15, 16.
  • the actuating rod 17 can carry a tool 18, for example an embossing stamp or the like, at its lower axial end.
  • the actuating rod 17 is laterally coupled to an arm 19 which interacts with a displacement measuring unit 20 for the vertical deflection of the actuating rod 17.
  • the distance measuring unit 20 and the valve packages 15, 16 are connected to a control unit 25 via connecting cables 21, 22, 23, 24.
  • the control unit 25 has, for example, a first keyboard 26 for specifying one or more extension paths of the actuating rod 17 and a second keyboard 27, which can be used, for example, for specifying certain actuating forces or path / force curves.
  • a schematically indicated display unit 28 serves to display operating states, operating parameters and. the like
  • the force unit shown in Fig. 1 one wants e.g. can specify that the actuating rod 17 first traverses a large distance in rapid traverse by which it was previously lifted from the workpiece 13 in order to be able to handle it in the region of the work table 12.
  • the actuating rod 17, possibly with a tool 18, is then to travel a certain distance under low force at high speed (typically in the range between 10 and 500 kN).
  • the power unit 10 should be able to be controlled so that the actuating rod 17 either measures a predetermined power stroke, i.e. without influencing the actuating force, provided it does not, of course, exceed a certain limit value, or a certain final force value is to be achieved, without taking into account the stroke required for this.
  • FIG 2 shows further details of the power drive 14 including the associated control.
  • the known power drive 14 has a working piston 40 in the front part, which runs in a first cylinder bore 41 of relatively large diameter. Means a front channel 42 and a rear channel 43, the working piston 40 can be acted upon from both sides with compressed air.
  • a first line 44 is used, which is connected to the front channel 42 and leads to a first electropneumatic 2/2-servo valve 45.
  • a second pneumatic line 46 is connected to the rear channel 43 and leads to a second electro-pneumatic 2/2-servo valve 47.
  • the servo valves 45, 47 are connected via a third line 48 and a fourth line 49 to a common compressed air connection 50, which is typically is supplied with a supply pressure of 5 bar.
  • the actuating rod 17, which is connected to the working piston 40, is provided with a second cylindrical bore 56.
  • a third cylindrical bore 57 the diameter of which corresponds approximately to that of the first cylindrical bore 41, an oil piston 58 runs, which defines in front of it an oil space (storage space) 60 which extends into the second cylindrical bore 56.
  • the oil piston 58 which runs freely in the third cylindrical bore 57, is connected via a helical spring 61 to an air piston 62 which also runs freely in the third cylindrical bore 57.
  • the air piston 62 runs forward into a displacement piston 63, the cross-sectional area of which is substantially smaller than the cross-sectional area of the air piston 62, the oil piston 58 and the working piston 40.
  • the diameter of the displacement piston 63 is slightly smaller than the diameter of the second cylindrical bore 56.
  • the rear side of the air piston 62 can be acted upon by compressed air via a fifth line 65 by means of a channel 64.
  • the fifth line 65 leads to a 2/2 switching valve 66 which is provided with a pilot valve in the illustrated embodiment.
  • a sixth line 67 is connected to the rear channel 43 and is used to supply compressed air to the 2/2-way switching valve 66.
  • a seventh line is indicated, which opens into the space between the oil piston 58 and air piston 62.
  • the seventh line 68 is intended to indicate that the air piston 62 can of course also be double-acting and can be pressurized with compressed air from both sides if this should be cheaper in individual cases.
  • An eighth line 70 leads as a branch line from the sixth line 67 to a pressure sensor 71.
  • the pressure sensor 71 is in turn connected to a controller 72 which receives a further input signal via a signal line 73 from the displacement measuring unit 20.
  • the controller 72 is connected to the keyboards 26, 27 and it has output terminals 74 which lead via the connecting cables 22, 23 to the valve packages 15, 16 or the servo valves 45, 47 and the switching valve 66 contained therein.
  • the user of the force unit 10 prescribes a first path s a , which the actuating rod 17 is to traverse at high speed. After measuring this path s a , a second, smaller path s e should be measured in the power stroke.
  • the pressure p which acts on the air piston 62 and above the pressure intensifier 62/63 can be converted into the force of the actuating rod 17, determined, and a statement is to be made as to whether the pressure p required for measuring the power stroke s e is within a predetermined tolerance between a lower pressure value p u and a upper pressure value p o .
  • the values s a , S e , p u and p o are first entered into the control unit 25 using the keyboards 26, 27.
  • a start signal is first given to a flip-flop 76 via a terminal 75 and the flip-flop 76 is thus set.
  • the flip-flop 76 in turn actuates the second electropneumatic 2/2-servo valve 47, so that compressed air can reach the working piston 40, namely from the right in FIG. 2.
  • the displacement measuring unit 20 is connected to a first comparator 81, the output of which is connected to a first zero detector 82.
  • the zero detector 82 in turn controls the set input of a second flip-flop 83, the output of which in turn actuates the 2/2 switching valve 66.
  • a second comparator 84 is connected on the output side to a second zero detector 85, the output of which is connected to the reset input of the second flip-flop 83.
  • the further inputs of the comparators 81, 82 are formed by terminals 86, 87, to which setpoints, namely a value s a for the end of the rapid traverse and a value s e for the end of the slow traverse, are applied.
  • the pressure sensor 71 is connected to a third comparator 88, the output of which is connected to a first threshold value stage 89.
  • the output of the threshold stage 89 is in turn at the input of an AND gate 90.
  • the pressure sensor 71 is also connected to an input of a fourth comparator 91, the output of which is connected to a second threshold value stage 92. Its output is in turn connected to a second input of the AND gate 90.
  • the further inputs of the comparators 88, 91 are connected to terminals 93, 94 to which setpoints can be applied, namely the lower threshold value P u and the upper threshold value p u of the pressure p.
  • the threshold values of the threshold value stages 89, 92 define a printing interval 95.
  • the output of the AND gate 90 is led to a display 96.
  • the mechanism works as follows: As soon as the working piston 40 moves to the left by setting the first flip-flop 76 in FIG. 2, the arm 19 emits a signal s with the displacement measuring unit 20, which is fed to the controller 72 via the signal line 73. In the controller 72, the signal s is compared in the comparators 81 and 84 with the kort predetermined target values s a and s e . As soon as the target value s a has been reached, ie at the end of the overdrive range, the zero detector 82 responds and sets the second flip-flop 83, which in turn actuates the 2/2 switching valve 66.
  • the second flip-flop 83 is reset via the zero detector 85 and the switching valve 66 is switched over again.
  • the working piston 40 By venting the right side of the working piston 40 while simultaneously applying compressed air via the left channel 42, the working piston 40 can now be moved back to the starting position at high speed.
  • the pressure p on the rear of the air piston 62 was monitored via the pressure sensor 71. If the pressure in this range lies within the interval 95, the display 96 responds because only in this interval the outputs of both threshold value stages 89 and 92 show a positive logic signal, while outside of the interval 95 one of the two threshold value stages shows a negative logic signal leads. This means that when the display 96 was actuated, a workpiece was machined in the target area, while when the display 96 went out, a scrap part was produced.
  • circuit diagram recognizable in FIG. 4 largely corresponds to the circuit diagram of FIG. 3, and corresponding elements are provided with the same reference symbols. Only by adding an "a" are comparable components designated in their function.
  • the driving through the quick passage through the element 81 to 83 by reaching the final value S A is monitored in the manner already described.
  • the reaching of the final value of the power stroke is not monitored via the path but rather via the pressure, specifically in the second comparator 84a, which is connected to a corresponding target value p a .
  • the 2/2 switching valve 66 switches over and the slow power stroke is ended.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für einen pneumo-hydraulischen Kraftantrieb mit einer Betätigungsstange, die mittels eines Arbeitskolbens im Eilgang pneumatisch mit geringer Kraft über große Wege sowie mittels eines Verdrängerkolbens hydraulisch im Langsamgang mit großer Kraft über kleine Wege betätigbar ist, wobei der Verdrängerkolben seinerseits über einen Luftkolben pneumatisch betätigbar ist und mit diesem zusammen einen Druckübersetzer bildet und wobei zur Beaufschlagung des Arbeitskolbens eine erste Ventilanordnung und zur Beaufschlagung des Luftkolbens eine zweite Ventilanordnung vorgesehen ist.
  • Eine derartige Steuereinrichtung ist aus der DE-B-2818 337 bekannt.
  • Bei der bekanten Steuereinrichtung weist der Kraftantrieb einen vorderen, doppelt wirkenden und pneumatisch betätigbaren Arbeitskolben auf, der in einer Zylinderbohrung mit verhältnismäßig großem Durchmesser läuft und von beiden Seiten mit Druckluft beaufschlagbar ist. Der Arbeitskolben trägt eine Betätigungsstange, die beispielsweise zum Vernieten eingesetzt werden kann. Wird der Arbeitskolben auf seiner Rückseite mit Druckluft beaufschlagt, fährt, er im Eilgang mit verhältnismäßig geringer Kraft nach vorne aus. Bei Erreichen einer Endstellung erhöht sich der Druck auf der Rückseite des Arbeitskolbens. Die Druckluft strömt nun auf die Rückseite eines Luftkolbens etwa gleichen Querschnitts, der seinerseits den Verdrängerkolben wesentlich geringerer Querschnittsfläche trägt. Der Verdrängerkolben taucht in einen Ölspeicher ein, der im Bereich der Rückseite der Betätigungsstange angeordnet ist. Infolge des Durchmesserverhältnisses von Luftkolben und Verdrängerkolben ergibt sich bei pneumatischer Betätigung des Verdrängerkolbens eine Kraftverstärkung im Bereich des Ölspeichers und damit eine hohe Betätigungskraft für die Betätigungsstange bei geringer Auslenkung.
  • Bei der bekannten Einrichtung erfolgt die Umschaltung vom Eilgang mit geringer Kraft auf den Langsamgang (Krafthub) mit hoher Kraft selbsttätig, weil, wie erwähnt, die Druckluft von der Rückseite des Arbeitskolbens bei Erreichen eines bestimmten Werts selbsttätig auf die Rückseite des Luftkolbens gelangt und der Krafthub automatisch einsetzt.
  • Zur Steuerung können können bei der bekannten Einrichtung auch Schaltventile vorgesehen werden, wobei die Weiterleitung der Druckluft auf den Luftkolben durch ein Druckwegeventil erfolgte, das dann umgeschaltet wird, wenn der Druck am Eingang (Rückseite des Arbeitskolbens) einen vorgegebenen Betrag übersteigt. Bei der bekannten Einrichtung ist auch die Möglichkeit vorgesehen, eine wegabhängige Steuerung einzusetzen, bei der ein Endschalter in der Bewegungsbahn der Betätigungsstange vorgesehen ist, der bei Betätigung vom Eilgang auf den Langsamgang (Krafthub) umschaltet. Es werden jedoch bei all diesen Steuerungen ausschließlich Schaltventile eingesetzt, und die Betätigung des Luftkolbens erfolgt über eine Zwangs-Folgesteuerung in Abhängigkeit von der Betätigung des Arbeitskolbens.
  • Die bekannte Einrichtung hat somit den Nachteil , daß der übergang vom Eilgang zum Langsamgang stets schlagartig erfolgt und der Langsamgang ungeregelt verläuft, so daß die bekannte Einrichtung für eine Vielzahl von Anwendungen nicht einsetzbar ist, wenn es darauf ankommt, die Betätigungskraft in Abhängigkeit vorgegebener Parameter zu dosieren oder auch in Abhängigkeit vom jeweiligen Einsatzfall zu regeln.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Betriebsparameter der Einrichtung frei vorgebbar und insbesondere geregelt einstellbar sind.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Augestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
  • Durch die über einen längeren Weg kontinuierlich einsetzbare Wegmeßeinheit kann - im Gegensatz zu dem bekannten Endlagenschalter - der Eilgang in seinem Verfahrweg frei programmiert werden. Durch die Abtrennung der Betätigung des Druckübersetzers von der Betätigung des Arbeitskolbens kann nach dem Durchlaufen des Eilganges der Langsamgang (Krafthub) ebenfalls frei programmiert vorgegeben werden, wobei beliebige Kraft/Weg-Abhängigkeiten vorgebbar sind.
  • Diese Maßnahmen haben damit den Vorteil, daß die erfindungsgemäße Steuereinrichtung für eine Vielzahl von Aufgaben einsetzbar ist, und zwar nicht nur für verhältnismäßig grobe Kraftarbeiten, wie das eingangs erwähnte Vernieten, sondern auch für präzise Kraftarbeiten, beispielsweise bei der Betätigung einer Hand eines Handhabungsgeräts und dergleichen mehr.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Arbeitskolben doppelt wirkend, und der Betätigungsdruck des Arbeitskolbens wird mittels elektropneumatischer 2/2-Servoventile eingestellt.
  • Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Schnellgang des Arbeitskolbens von der Anfangsstellung bis zur Endstellung besonders präzise eingestellt werden kann, weil die Verwendung elektropneumatischer Servoventile eine genaue Umsetzung einer analogen Eingangsgröße in eine pneumatische Ausgangsgröße gestattet.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Luftkolben des Druckübersetzers einfachwirkend, und der Betätigungsdruck des Druckübersetzers wird mittels eines elektropneumatischen 2/2-Schaltventils mit Vorsteuerventil eingestellt.
  • Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die hohe Kraft der Betätigungsstange präzise dosiert eingestellt werden kann.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist das zweite dem Regler zugeführte Signal ein zweites Ausgangssignal der Wegmeßeinheit. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß Aufgaben ausgeführt werden können, bei denen die Betätigungsstange eine vorbestimmte Wegstrecke mit hoher Kraft durchfahren muß, ohne daß es dabei auf den Betätigungsdruck ankommt, wie dies z. B. bei Fügearbeiten der Fall ist.
  • Bevorzugt ist bei dieser Variante, wenn bei Erreichen des zweiten Signals der Betätigungsdruck des Druckübersetzers mittels eines Drucksensors gemessen und mit einem vorgegebenen Betätigungsdruck-Intervall verglichen wird.
  • Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß überwacht werden kann, ob zum Durchmessen der vorgenannten Wegstrecke im Krafthub ein Betätigungsdruck aufgewendet werden mußte, der innerhalb einer vorgegebenen Toleranzbreite lag. Soll z.B. im Rahmen einer Fügearbeit ein Teil in ein anderes Teil eingepreßt werden, so würde ein Unterschreiten des Intervalls bedeuten, daß die zu fügenden Teile in dem Sinne unpräzise gefertigt waren, daß sie zu lose ineinander paßten und demzufolge nur ein geringer Betätigungsdruck erforderlich war, um die vorgegebene Wegstrecke zu durchmessen, während ein Überschreiten des Intervalls andeutet, daß die Teile zu eng gefertigt waren und daher ein zu hoher Betätigungsdruck erforderlich war, um die gewünschte Fügung zu erreicen. In beiden Fällen kann dies für den beabsichtigten Einsatzzweck der gefügten Teile unakzeptabel sein, so daß bei Über- oder Unterschreiten des Intervalls die gefügten Teile als Ausschuß deklariert werden können.
  • Bei einer anderen Variante des Ausführungsbeispiels ist das zweite Signal ein Ausgangssignal eines den Betätigungsdruck des Druckübersetzers erfassenden Drucksensors.
  • Bei dieser Variante wird statt einer zu durchmessenden Wegstrecke im Krafthub ein zu erreichender Druckwert vorgegeben, wenn beispielsweise im Rahmen von Fügearbeiten die Fügekraft vorgegeben ist.
  • Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann man entsprechend bei Erreichen des zweiten Signals das Ausgangssignal der Wegmeßeinheit mit einem vorgegebenen Weg-Intervall vergleichen.
  • Bei dieser Variante wird somit ein Kriterium für ein Ausschußteil dadurch gebildet, daß man überprüft, ob bis zum Erreichen des vorgegebenen Druckwerts ein Weg innerhalb einer zulässigen Toleranzbreite durchmessen wurde. Bei zu lose ineinander passenden Teilen würde z.B. bei Aufbringen des vorgegebenen Drucks (Betätigungskraft) ein zu großer Weg durchmessen, während umgekehrt bei zu eng gefertigten Teilen nur ein geringer Weg durchmessen werden könnte.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
  • Es versteht sich, das die vorstehend ganannten und die nachstehend noch erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Dies betrifft insbesondere die nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläuterte Verschaltung mittels elektropneumatischer Ventile, die im Rahmen fachmännischen Handelns auch auf andere, an sich bekannte Weise realisiert werden kann.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematisierte Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung für den Einsatzfall eines Fügegerätes;
    Fig. 2
    einen Hydraulik- und Stromlaufplan zur Erläuterung der Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung;
    Fig. 3
    einen weiter detaillierten Stromlaufplan zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemaßen Steuereinrichtung;
    Fig. 4
    eine Stromlaufplan, ähnlich Fig. 3, jedoch für ein anderes Ausführungsbeispiel.
  • In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt eine Krafteinheit, wie sie z.B. zum Pressen, Prägen u. dgl. engesetzt werden kann. Ein U-förmiges Portal 11 ist auf einen Arbeitstisch 12 aufgesetzt, der ein zu fügendes Werkstück 13 trägt. Ein Kraftantrieb 14, dessen Einzelheiten weiter unten zu Fig. 2 noch erläutert werden, ist mit seitlich angesetzten Ventilpaketen 15 und 16 versehen. Unten aus dem Kraftantrieb 14 ragt eine Betätigungsstange 17 heraus, die vertikal in Abhängigkeit von der Betätigung der Ventilpakete 15, 16 verfahrbar ist. Die Betätigungsstange 17 kann an ihrem unteren axialen Ende ein Werkzeug 18, beispielsweise einen Prägestempel o. dgl. tragen.
  • Die Betätigunsstange 17 ist seitlich an einen Arm 19 angekoppelt, der mit einer Wegmeßeinheit 20 für die vertikale Auslenkung der Betätigungsstange 17 zusammenwirkt.
  • Über Anschlußkabel 21, 22, 23, 24 sind die Wegmeßeinheit 20 sowie die Ventilpakete 15, 16 an ein Steuergerät 25 angeschlossen.
  • Das Steuergerät 25 verfügt z.B. über eine erste Tastatur 26 zur Vorgabe eines oder mehrerer Ausfahrwege der Betätigungsstange 17 sowie über eine zweite Tastatur 27, die z.B. zur Vorgabe bestimmter Betätigungskräfte oder Weg/Kraft-Verläufe dienen kann. Eine schematisiert angedeutete Anzeigeeinheit 28 dient zur Anzeige von Betriebszuständen, Betriebsparametern u. dgl.
  • Mit der in Fig. 1 dargestellten Krafteinheit will man z.B. vorgeben können, daß die Betätigungsstange 17 zunächst im Eilgang einen großen Weg durchmißt, um den sie zuvor vom Werkstück 13 abgehoben war, um dieses im Bereich des Arbeitstischs 12 handhaben zu können. Die Betätigungsstange 17, ggf. mit Werkzeug 18, soll alsdann mit geringer Geschwindigkeit einen bestimmten Restweg unter hoher Krafteinwirkung (typischerweise im Bereich zwischen 10 und 500 kN) durchfahren. Dabei soll die Krafteinheit 10 so gesteuert werden können, daß die Betätigungsstange 17 entweder einen vorgegebenen Krafthub durchmißt, d.h. ohne Einflußnahme auf die Betätigungskraft, sofern diese natürlich einen bestimmten Grenzwert nicht überschreitet, oder aber es soll ein bestimmter Kraft-Endwert erreicht werden, ohne Berücksichtigung des hierfür erforderlichen Hubes.
  • Im Falle des vorgegebenen Hubes will man jedoch ermitteln können, ob die hierzu erforderliche Kraft innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs liegt, und umgekehrt möchte man bei vorgegebener Betätigungskraft wissen, ob der hierzu durchmessene Hub innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs liegt, um bei Überschreiten des Toleranzbereichs jeweils ein Ausschußteil definieren zu können.
  • In Fig. 2 erkennt man weitere Einzelheiten des Kraftantriebs 14 samt der zugehörigen Steuerung.
  • Der an sich bekannte Kraftantrieb 14 weist im vorderen Teil einen Arbeitskolben 40 auf, der in einer ersten Zylinderbohrung 41 verhältnismäßig großen Durchmessers läuft. Mittels eines vorderen Kanals 42 und eines hinteren Kanals 43 ist der Arbeitskolben 40 von beiden Seiten mit Druckluft beaufschlagbar. Hierzu dient eine erste Leitung 44, die an den vorderen Kanal 42 angeschlossen ist und zu einem ersten elektropneumatischen 2/2-Servoventil 45 führt. Eine zweite Pneumatikleitung 46 ist an den hinteren Kanal 43 angeschlossen und führt zu einem zweiten elektropneumatischen 2/2-Servoventil 47. Die Servoventile 45, 47 sind über eine dritte Leitung 48 bzw. eine vierte Leitung 49 an eine gemeinsamen Druckluftanschluß 50 angeschlossen, der typischerweise mit einem Versorgungsdruck von 5 bar beaufschlagt ist.
  • Die Betätigungsstange 17, die mit dem Arbeitskolben 40 verbunden ist, ist mit einer zweiten zylindrischen Bohrung 56 versehen. In einer dritten zylindrischen Bohrung 57, deren Durchmesser etwa dem der ersten zylindrischen Bohrung 41 entspricht, läuft ein Ölkolben 58, der vor sich einen Ölraum (Speicherraum) 60 definiert, der bis in die zweite zylindrische Bohrung 56 reicht. Der Ölkolben 58, der frei in der dritten zylindrischen Bohrung 57 läuft, ist über eine Wendelfeder 61 mit einem ebenfalls in der dritten zylindrischen Bohrung 57 frei laufenden Luftkolben 62 verbunden. Der Luftkolben 62 läuft nach vorne in einen Verdrängerkolben 63 aus, dessen Querschnittsfläche wesentlich geringer als die Querschnittsfläche des Luftkolbens 62, des Ölkolbens 58 und des Arbeitskolbens 40 ist. Der Durchmesser des Verdrängerkolbens 63 ist etwas geringer als der Durchmesser der zweiten zylindrischen Bohrung 56.
  • Mittels eines Kanals 64 kann die Rückseite des Luftkolbens 62 über eine fünfte Leitung 65 mit Druckluft beaufschlagt werden. Die fünfte Leitung 65 führt zu einem 2/2-Schaltventil 66, das beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Vorsteuerventil versehen ist.
  • Eine sechste Leitung 67 ist an den hinteren Kanal 43 angeschlossen und dient zur Druckluftversorgung des 2/2-Schaltventils 66.
  • Mit 68 ist eine siebte Leitung angedeutet, die in den Raum zwischen Ölkolben 58 und Luftkolben 62 mündet. Mit der siebten Leitung 68 soll angedeutet werden, daß der Luftkolben 62 selbstverständlich auch doppelt wirkend ausgebildet und von beiden Seiten mit Druckluft beaufschlagt werden kann, wenn dies im Einzelfall günstiger sein sollte.
  • Eine achte Leitung 70 führt als Stichleitung von der sechsten Leitung 67 weg zu einem Drucksensor 71. Der Drucksensor 71 ist seinerseits an einen Regler 72 angeschlossen, der ein weiteres Eingangssignal übe eine Signalleitung 73 von der Wegmeßeinheit 20 empfängt. Außerdem ist der Regler 72 an die Tastaturen 26, 27 angechlossen, und er verfügt über Ausgangsklemmen 74, die über die Anschlußkabel 22, 23 zu den Ventilpaketen 15, 16 bzw. den darin enthaltenen Servoventilen 45, 47 und dem Schaltventil 66 führen.
  • Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 2 soll nun anhand des Stromlaufplans der Fig. 3 näher erläutert werden.
  • Bei der nachstehend geschilderten Variante wird vom Benutzer der Krafteinheit 10 ein erster Weg sa vorgegeben, der von der Betätigungsstange 17 im Schnellgang durchfahren werden soll. Nach Durchmessen dieses Weges sa soll im Krafthub ein zweiter, kleinerer Weg se durchmessen werden. Während des Krafthubs soll der Druck p, der auf den Luftkolben 62 wirkt und der über den Druckübersetzers 62/63 in die Kraft der Betätigungsstange 17 umgerechnet werden kann, ermittelt werden, und es soll eine Aussage darüber herbeigeführt werden, ob der zum Durchmessen des Krafthubes se erforderliche Druck p innerhalb einer vorbestimmten Toleranz zwischen einem unteren Druckwert pu und einem oberen Druckwert po liegt.
  • Um dies zu erreichen, werden die Werte sa, Se, pu und po zunächst mittels der Tastaturen 26, 27 in das Steuergerät 25 eingegeben.
  • Um die Krafteinheit 10 in Betrieb zu setzen, wird zunächst über eine Klemme 75 ein Startsignal auf ein Flip-Flop 76 gegeben und dieses damit gesetzt. Das Flip-Flop 76 betätigt seinerseits das zweite elektropneumatische 2/2-Servoventil 47, so daß Druckluft auf den Arbeitskolben 40, une zwar von rechts in Fig. 2, gelangen kann.
  • Die Wegmeßeinheit 20 ist an einen ersten Komparator 81 angeschlossen, dessen Ausgang mit einem ersten Null-Detektor 82 verbunden ist. Der Null-Detektor 82 steuert seinerseits den Setzeingang eines zweiten Flip-Flop 83, dessen Ausgang wiederum das 2/2-Schaltventil 66 betätigt. Ein zweiter Komparator 84 ist ausgangsseitig an einen zweiten Null-Detektor 85 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Rücksetzeingang des zweiten Flip-Flop 83 verbunden ist.
  • Die weiteren Eingänge der Komparatoren 81, 82 werden durch Klemmen 86, 87 gebildet, an denen Sollwerte, nämlich ein Wert sa für das Ende des Eilganges und ein Wert se für das Ende des Langsamganges angelegt sind.
  • Der Drucksensor 71 ist an einen dritten Komparator 88 angeschlossen, dessen Ausgang mit einer ersten Schwellwertstufe 89 verbunden ist. Der Ausgang der Schwellwertstufe 89 liegt wiederum am Eingang eines UND-Gatters 90.
  • Der Drucksensor 71 ist ferner mit einem Eingang eines vierten Komparators 91 verbunden, dessen Ausgang mit einer zweiten Schwellwertstufe 92 verbunden ist. Deren Ausgang ist wiederum mit einem zweiten Eingang des UND-Gatters 90 verbunden. Die weiteren Eingänge der Komparatoren 88, 91 sind auf Klemmen 93, 94 geführt, an die Sollwerte anlegbar sind, nämlich der untere Schwellwert Pu sowie der obere Schwellwert pu des Drucks p. Die Schwellwerte der Schwellwertstufen 89, 92 definieren ein Druckintervall 95. Der Ausgang des UND-Gatters 90 ist auf eine Anzeige 96 geführt.
  • Die Wirkungsweise der Einrichtung ist wie folgt:
    Sobald sich der Arbeitskolben 40 durch Setzen des ersten Flip-Flops 76 in Fig. 2 nach links bewegt, gibt der Arm 19 mit der Wegmeßeinheit 20 ein Signal s ab, das über die Signalleitung 73 dem Regler 72 zugeführt wird. Im Regler 72 wird das Signal s in den Komparatoren 81 und 84 mit den kort vorgegebenen Sollwerten sa und se verglichen. Sobald der Sollwert sa erreicht ist, d.h. am Ende des Schnellgang-Bereichs, spricht der Null-Detektor 82 an und setzt das zweite Flip-Flop 83, das wiederum das 2/2-Schaltventil 66 betätigt. Da das zweite elektropneumatische 2/2-Servoventil 47 noch eingeschaltet bleibt, kann über die sechste Leitung 67 Luftdruck aus dem rechten Kanal 43 übernommen und mittels des 2/2-Schaltventils 66 über die Leitungen 67, 65 in den Kanal 64 geleitet werden, so daß der Luftkolben 62 sich nach links bewegt und der Verdrängerkolben 63 mit entsprechender Kraftverstärkung für einen Druckaufbau im Ölraum 60 sorgt. Die Betätigungsstange 17 setzt auf diese Weise ihren Weg nach links in Fig. 2 fort, wobei durch Umschalten des ersten elektropneumatischen 2/2-Servoventils 45 auf beiden Seiten des Arbeitskolbens 40 derselbe Druck eingestellt werden kann, um die weitere Bewegung der Betätigungsstange 17 ausschließlich von der Auslenkung des Verdrängerkolbens 63 abhängig zu machen.
  • Wenn schließlich über den zweiten Komparator 84 erkannt wird, daß die Betätigungsstange 17 den Endwert se des langsamen Krafthubes erreicht hat, wird über den Null-Detektor 85 das zweite Flip-Flop 83 zurückgesetzt und das Schaltventil 66 wieder umgeschaltet.
  • Durch Entlüften der rechten Seite des Arbeitskolbens 40 bei gleichzeitiger Druckluftbeaufschlagung über den linken Kanal 42 kann nun der Arbeitskolben 40 mit hoher Geschwindigkeit wieder in die Ausgangsposition zurückgefahren werden.
  • Während der vorstehend beschriebenen Operation, insbesondere während des Langsam-Krafthubes wurde über den Drucksensor 71 der Druck p an der Rückseite des Luftkolbens 62 überwacht. Wenn der Druck in diesem Bereich innerhalb des Intervals 95 liegt, so spricht die Anzeige 96 an, weil nur in diesem Interval die Ausgänge beider Schwellwertstufen 89 und 92 ein positives logisches Signal zeigen, während außerhalb des Intervalls 95 eine der beiden Schwellwertstufen ein negatives logisches Signal führt. Dies bedeutet, daß bei betätigter Anzeige 96 ein Werkstück im Sollbereich bearbeitet wurde, während bei Verlöschen der Anzeige 96 ein Ausschußteil produziert wurde.
  • Der in Fig. 4 erkennbare Stromlaufplan entspricht weitgehend dem Stromlauf der Fig. 3, und es sind entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Lediglich durch Hinzufügen eines "a" sind in ihrer Funktion vergleichbare Bauelemente bezeichnet.
  • Bei der in Fig. 4 gezeigten Variante wird das Durchfahren des Schnellganges über die Element 81 bis 83 durch Erreichen des Endwertes sa in der bereits beschriebenen Weise überwacht. Im langsamen Krafthub wird allerdings das Erreichen des Endwerts des Krafthubs nicht über den Weg, sondern über den Druck überwacht, und zwar im zweiten Komparator 84a, der mit einem entsprechenden Sollwert pa beschaltet ist. Wenn dieser Endwert erreicht wird, schaltet das 2/2-Schaltventil 66 um, und der Langsam-Krafthub ist beendet.
  • Um auch in diesem Fall eine Aussage über ein korrekt gefertigtes Teil oder ein Ausschußteil zu treffen, wird mit Komparatoren 88a, 91a und Schwellwertstufen 89a, 92a ein Intervall 95a definiert, in diesem fall allerdings ein Intervall des Weges, das zwischen einem unteren Grenzwert su und einem oberen Grenzwert so liegt. Im übrigen entspricht die Logik den Elementen der unteren Hälfte der Fig. 3.
  • Während also bei der Variante gemäß Fig. 3 erkannt wurde, ob zum Durchmessen eines vorgegebenen Weges im Langsam-Krafthub mehr oder weniger als ein vorbestimmter Druckbereich benötigt wurde, ist es bei der Variante gemäß Fig. 4 umgekehrt, weil dort im Langsam-Krafthub auf das Erreichen eines End-Druckwerts abgestellt wird und erst dann geprüft wird, ob zum Erreichen dieses Druckwerts ein Weg durchmessen wurde, der innerhalb einer bestimmten Toleranz liegt.

Claims (7)

  1. Steuereinrichtung für einen pneumo-hydraulischen Kraftantrieb (14) mit einer Betätigungsstange (17), die mittels eines damit verbundenen Arbeitskolbens (40) pneumatisch im Eilgang mit geringer Kraft über große Wege sowie mittels eines Verdrängerkolbens (63) hydraulisch im Langsamgang mit großer Kraft über kleine Wege betätigbar ist, wobei der Verdrängerkolben (63) seinerseits über einen Luftkolben (62) pneumatisch betätigbar ist und mit diesem zusammen einen Druckübersetzer (62,63) bildet und wobei zur Beaufschlagung des Arbeitskolbens (40) eine erste Ventilanordnung (15,45,47) und zur Beaufschlagung des Luftkolbens (62) eine zweite Ventilanordnung (16,66) vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die ersten und zweiten Ventilanordnungen (15,45,47; 16,66) elektrisch ansteuerbar sind,
    daß ein Regler (72) zur Ansteuerung der ersten und zweiten Ventilanordnungen (15,45,47; 16,66) vorgesehen ist,
    daß dem Regler (72) ein Gerät (26) zur Vorgabe eines Ausfahrweges (sa) der Betätigungsstange (17) im Eilgang und des Endes des Längsamganges mittels eines zweiten Sollwertes (se, pa) zugeordnet ist und daß die Betätigungsstange (17) mit einer Wegmeßeinheit (20) und die Wegmeßeinheit (20) mit dem Regler (72) funktionell derart gekoppelt sind, daß bis zum Erreichen eines ersten Ausgangssignal es (sa) der Wegmeßeinheit (20) die Betätigungsstange (17) mittels des von der ersten Ventilanordnung (15,45,47) beaufschlagten Arbeitskolbens (40) im Eilgang und anschließend bis zum Erreichen eines zweiten Signals (se, pa) mittels des von der zweiten Ventilanordnung (16,66) beaufschlagten Druckübersetzers (62,63) im Langsamgang ausfahrbar ist, wobei die Umschaltung vom Eilgang auf Langsamgang unabhängig vom Betätigungsdruck des Arbeitskolbens (40) erfolgt.
  2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Arbeitskolben (40) doppelt wirkend ist und daß die erste Ventilanordnung (45,47) aus elektro-pneumatischen 2/2-Servoventilen besteht, über die der Betätigungsdruck des Arbeitskolbens (40) einstellbar ist.
  3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Luftkolben (62) des Druckübersetzers (62,63) einfach wirkend ist und daß die zweite Ventilanordnung (16) aus einem elektro-pneumatischen 2/2-Schaltventil (66) mit Vorsteuerventil besteht, über welches der Betätigungsdruck des Luftkolbens (62) einstellbar ist.
  4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das zweite dem Regler (72) zugeführte Signal ein zweites Ausgangssignal (se) der Wegmeßeinheit (20) ist.
  5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Drucksensor (71), der mit dem Druckübersetzer (62,63) druckschlüssig verschaltet ist, vorgesehen ist, über den der Betätigungsdruck (p) des Druckübersetzers (62,63) elektrisch permanent meßbar und mit einem vorgegebenen Betätigungsdruckintervall (95) innerhalb des Reglers (72) vergleichbar ist.
  6. Steuereinrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das zweite Signal ein Ausgangssignal (pa) eines den Betätigungsdruck (p) des Druckübersetzers (62,63) erfassenden Drucksensors (71) ist.
  7. Steuereinrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Ausgangssignal (sa) der Wegmeßeinheit (20) mit einem vorgegebenen Wegintervall (95a), welches durch den maximal zulässigen Weg der Betätigungsstange (17) definiert ist, vergleichbar ist.
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