Einrichtung zum Dämpfen des Schnittschlags bei hydraulischen Pressen

Abstract

 Bei hydraulischen Pressen wird ein ein Schnittwerlaeug (4a, 4b) tragender Hubkolben (2) durch einen beidseitig arbeitenden Preßzylinder angetrieben. Zum Steuern der Hubkolbenbewegung ist der Preßzylinder mit einer Servoventilsteuerung ausgestattet. Zur Dämpfung des sogenannten Schnittschlags beim Durchtritt des Werkzeugs durch das WerkstÜcks ist eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen. Sie besitzt einen Weggeber (7) der den Hubkolbenverstellweg abtastet. Das Ausgangssignal des weggebers wird als lst-Große auf einen elektrischen Regelkreis (6) gegeben; als Sollwert wird dem Regelkreis (6) ein einer vorgegebenen stetigen Funktion entsprechendes Signal während der Schnittbewegung des Werkzeugs zugeführt. Hierdurch folgt das Werkzeug einer vorgegebenen Weg-Zeit-Funktion, und der Durchtritt durch das Werkstück erfolgt mit relativ geringer Geschwindigkeit.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Dämpfen des Schnittschlags bei hydraulischen Pressen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Zum Stanzen von Werkstücken, beispielsweise Blechen, verwendet man unter anderen hydraulische Pressen. Bei der Bewegung des Werkzeugs durch das Material treten relativ hohe Kräfte zwischen dem Stempel und der Matrize des Werkzeugs auf, die zu ganz beträchtlichen Verformungsenergien im Werkstück und der Presse, insbesondere im Hydrauliköl des Pressezylinders der Presse, führen.

[0003] Diese Verformungsenergien werden beim Durchtritt des Werkzeugs durch das Werkstück schlagartig dadurch freigesetzt, daß sie den Stempel ruchartig beschleunigen, wodurch eine unangenehme Geräuschbelästigung und eine starke Beanspruchung der Presse entsteht. Zur Dämpfung des sogenannten Schnittschlags ist es bereits bekannt, auf dem stationären Teil der Presse stoßdämpfende Elemente, beispielsweise Dämpfungszylinder, vorzusehen, die die ruchartige Bewegang des Hydraulikkolbens nach dem Durchtritt des Werkzeugs durch das Werkstück abfangen. Es ist auch bekannt, solche Dämpfungselemente am Werkzeug selbst vorzusehen. Die Verwendnng solcher Dämpfungselemente ist jedoch mit beträchtlichen Schwierigkeiten verbunden, da der Eingriffspunkt schwierig einzustellen ist, was insbesondere dann der Fall ist, wenn auf dem Pressentisch um das Werkzeug verteilt mehrere solcher Dämpfungselemente verwendet werden. An dem Werkzeug angebrachte Dämpfungszylinder behindern außerdem die Zugänglichkeit des Werkstücks. Sind die Dämpfungselemente unmittelbar am Werkzeug angebracht, so müssen sie sehr klein sein und werden dadurch dementsprechend aufwendig. Außerdem müssen sie in diesem Fall bei jedem Werkzeugwechsel an das Werkzeug angepaßt werden.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die einfach anwendbar ist und zu einer verbesserten Schnittschlagdämpfung führt.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0006] Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die meisten Materialien, insbesondere Metall, bei steigender Belastung und beginnender Verformung in einen Zustand übergehen, in dem die weitere Materialverformung bei wesentlich geringerer Belastung erfolgt. Bei Verwendung des angegebenen Regelkreises, bei dem der Verstellweg des Werkzeugs unter Verwendung eines sich stetig erhöhenden Sollwerts geregelt wird, wird dieser Materialcharakteristik dadurch Rechnung getragen, daß dann, wenn das Material in den leicht deformierbaren Zustand gerät, die auf das Werkzeug asugeübte Kraft automatisch zurückgenommen wird. Dadurch werden die in der Presse, dem Werkzeug, dem Werkstück und im Öl der Hydraulik aufgespeicherten Energien bereits abgebaut, während sich das Werkzeug noch im Werkstück befindet. Bei bekannten Pressen wird die anfänglich erforderliche Kraft bis zum Austritt des Werkzeugs aus dem Werkstück aufrechterhalten. Wenn das Material dann in seinen fließfähigen Zustand gerät und weniger Kraft für die weitere Bewegung erforderlich macht, wird die überschüssige Kraft in Bewegangsenergie umgesetzt, die den Stempel der Presse stark beschleunigt, was noch wesentlich zum ohnehin aufgrund der Entspannung der komprimierten Teile auftretenden Schnittschlag beiträgt. Im Gegensatz dazu wird das Werkzeug durch die hier augewandte Regelung nach einer vorgegebenen Weg-Zeit-Funktion durch das Werkstück geführt und verläßt diesesmit relativ geringer Geschwindigkeit. Wesentlich dabei ist, daß die auf das Werkzeug am Ende der Stanzbewegung ausgeübte Kraft gegenüber der anfangs aufzubringenden Kraft automatisch wesentlich reduziert ist. Wird nämlich bei dieser Regelung der momentan eingestellte Sollwert für den Verstellweg des Werkzeugs kurzfristig überschritten, weil die auf das Werkzeug ausgeübte Kraft für die vorgegebene Schnittbewegung des Werkzeugs zu groß ist, setzt die Regelung ein und reduziert den Hydraulikdruck und damit die Kraft auf das Werkzeug soweit, bis Ist-und Sollwert wieder übereinstimmen. Nachdem gegen das Ende der Schnittbewegung relativ kleine Kräfte genügen, um die Schnittbewegung bei etwa konstanter Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs zu Ende zu führen, wird bereits während der Schnittbewegung der Druck in der Hydraulik durch die Regslung abgebaut, so daß die anfangs aufgebauten elastischen Energien in der Presse und der Hydraulik beim Austritt des Werkzeugs aus dem Werkstück praktisch nahezu völlig abgebaut sind. Diese Energien werden hier also nutzbringend für den Stanzvorgang aufgewendet und brauchen nicht nach dem Durchtritt des Werkzeugs durch das Werkstück abgedämpft zu werden, wie dies bei bekannten Pressen mit Schnittschlagdämpfung der Fall ist. Der bei herkömmlichen Pressen auftretende Schnittschlag kommt hier also gar nicht zum Entstehen.

[0007] Im Anspruch 2 ist eine Ausführungsform angegeben, die zu einem sehr einfachen Regelkreis führt und bei dem die vorgegebene Funktion für den Sollwert durch Überlagerung eines konstanten Grundpegels und eines zeitlich sich ändernden Signals erzeugt wird.

[0008] Je nach Anwendungsfall kann es zweckmäßig sein, in dem Funktionsgenerator eine linear oder eine logarithmisch ansteigende Ausgangsgröße zu erzeugen. Bei einer logarithmisch ansteigenden Ausgangsgröße wird das Werkzeug am Beginn der Schnittbewegung mit einer größeren Geschwindigkeit bewegt als am Ende der Schnittbewegung, was dazu führt, daß das Werkzeug extrem langsam aus dem Werkstück austritt, wodurch eine extrem starke Geräuschdämpfung erreicht wird.

[0009] Die Verwendung eines im Anspruch 4 angegebenen Servoventils hat zu sehr guten Ergebnissen im Zusammenhang mit der hier vorliegenden Regelung geführt. Obwohl der Aufbau der Regelung deshalb relativ unkritisch ist, weil üblicherweise die Bewegung des Werkzeugs durch das Werkstück nicht extrem schnell erfolgt, ist es doch günstig, ein Servoventil möglichst hoher Ansprechempfindlichkeit zu verwenden.

[0010] Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird diese im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer üblichen C-Presse mit einem beidseitig arbeitenden Preßzylinder und einem daran angeschlossenen Regelkreis;

Fig. 2 ein Blockschaltbild des verwendeten Regelkreises;

Fig. 3 ein Schaltbeispiel des Regelkreises nach Fig. 2 und

Fig. 4 ein Weg-Zeit-Diagramm eines typischen Bewegungsablaufs des Werkzeugs der Presse.

[0011] Fig. 1 zeigt eine typische Presse, wie sie zum Stanzen von Materialien, beispielsweise Blechen, verwendet wird. Sie weist einen Pressenrahmen 1 auf, an dessen C-förmigem Arm ein Hubkolben 2 in einem beidseitig wirkenden Zylinder in vertikaler Richtung beweglich gelagert ist. An der unteren Hubkolbenstange 3 des Hubkolbens ist ein Stempel 4a eines Werkzeugs befestigt, dessen zugehörige Matrize 4b auf dem unteren Teil des Rahmens 1 ruht. An die beiden Kammern des Hubkolbens 2 ist ein Mengenservoventil 5 angeschlossen, das durch eine Regelelektronik 6 gesteuert wird. Auf dem unteren Teil des Rahmens 1 der Presse ist ein Weggeber 7 angeordnet, dessen Ausgangssignal der Regelelektronik 6 zugeführt wird. Mit dem Bezugszeichen 8 ist ein Sollwertgeber bezeichnet, dessen Ausgangssignal ebenfalls der Regelelektronik 6 zugeführt wird.

[0012] In Fig. 2 ist der gesamte Regelkreis, der auch die Presse selbst mit einschließt, in einem Blockschaltbild näher dargestellt. Die Regelstrecke dieses Regelkreises enthält einen Lageregelverstärker 6a, das Mengenservoventil 5 und den Preßzylinder 2. Im Rückkoppelzweig liegt der Weggeber 7, dessen Ausgangssigual einem Summationspunkt 9 mit negativen Vorzeichen zugeführt wird. Diesem Summationspunkt werden außerdem das Ausgangssignal des Sollwertgebers 8 und das Ausgangssignal des Sollwertgebers 8 und das Ausgangssignal eines Funktionsgenerators 10 zugeführt. Der Eingang dieses Funktionsgenerators 10 ist mit dem Weggeber 7 verbunden. Mit dem Bezugszeichen 11 sind alle diejenigen Teile des Regelkreises bezeichnet, die Störgrößen liefern, beispielsweise das sich während des Stanzvorgangs verbiegende Werkstück und die Teile der Presse, die sich verformen. Diese Größen werden in dem Regelkreis vor dem Hubkolben 2 wirksam. Der Störgrößenblock 11 ist deshalb an den Eingang des Hubkolbens 2 angekoppelt. Für das Verständnis des Regelkreises ist dieser Störgrößenblock ohne Bedeutung.

[0013] Im folgenden wird die Funktion des in Fig. 2 gezeichneten Regelkreises näher erläutert. Es sei angenommen, daß sich auf der Matrize 4b der Presse 1 ein zu stanzen des Werkstück 12 befindet. Der Stempel 4a des Werkzeugs befindet sich in einer Ausgangsposition, wie sie Fig. 1 etwa zeigt. Aus dieser Ausgangsstellung wird der Stempel 4a relativ schnell dadurch nach unten gefahren, daß über die an die Hydraulik 5 angeschlossene Pumpe Hydrauliköl in die obere Kammer des Hubkolbens 2 gepumpt wird. Dies erfolgt auf übliche Weise. Wenn der Stempel 4a das Werkstück 12 gerade berührt, oder auch eine kurze Wegstrecke davor, wird der Weggeber 7 durch ein geeignetes mit dem Kolben verbundenes Teil betätigt. Die weitere Bewegung des Kolbens erfolgt nun über dem Regelkreis, wie er in Fig. 2 dargestellt ist. Die nun folgende, durch den Regelkreis bewirkte Bewegung des Stempels 4a liegt in dem Zeitdiagramm nach Fig. 4 zwischen den Zeitpunkten t_a und t_b. Der Sollwertgeber 8 gibt ein konstantes Grundausgangssignal ab. Mit dem Betätigen des Weggebers 7 durch den Hubkolben 2 wird der Funktionsgenerator 10 getriggert, der nun ein zeitlich ansteigendes Signal abgibt, das dem Signal aus dem Sollwertgeber 8 im Summenpunkt 9 überlagert wird. Man kann diesen Regelkreis so betrachten, daß er durch einen Sollwert gesteuert wird, der sich aus dem Summensignal aus den Signalen vom Sollwertgeber 8 und dem Funktionsgenerator 10 zusammensetzt. Die tatsächliche Ist-Größe wird am Weggeber 7 festgestellt und dem Summenpunkt 9 mit negativem Vorzeichen zugeführt. Da das Signal aus dem Funktionsgenerator 10 zeitlich ansteigt, wird die Ist-Große, also die Verstellung des Stempels 4a der Soll-Größe ständig nachgeführt. Dies geschieht dadurch, daß das Servoventil 5 über den Lagerregelverstärker 6a ein elektrisches Ausgangssignal erhält, das bewirkt, daß die an das Servoventil 5 angeschlossene Pumpe Hydrauliköl in die obere Kammer des Hubkolbens 2 pumpt. Elektrische gesteuerte Servoventile, die sich für diesen Zweck eignen, sind bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden. Berührt der Stempel 4a das Werkstück 12, bewirkt der Regelkreis, daß in der oberen Kammer des Hubkolbens 2 der Hydraulikdruck beträchtlich erhöht wird, damit der tatsächliche Verstellweg des Kolbens dem vorgegebenen Sollwert nachgeführt wird. Während der Bewegung des Stempels 4a durch das Werkstück 12 tritt ein Zustand auf, bei dem die weitere Bewegung des Stempels 4a durch das Werkstück mit geringerem Druck erfolgen kann, als er vorher notwendig war, weil das Werkstück seine "Fließgrenze" erreicht hat. Der IstWert wird kurzzeitig etwas größer werden als der vorgegebene Sollwert, was aber durch den Regelkreis sofort wieder korrigiert wird, indem das Servoventil 5 so betätigt wird, daß der auf den Hubkolben 2 wirkende Druck verringert wird. Je nach Regelcharakteristik dieses Regelkreises wird der Verstellweg des Stempels 4a, also die Ist-Größe des Regelkreises mehr oder weniger starr dem vorgegebenen sich ständig erhöhenden Soll-Wert folgen. Am Eade des Weges des Stempels 4a durch das Werkstück 12 wird ein Zustand erreicht sein, bei dem ein nur noch relativ geringer Druck in der oberen Kammer des Hubkolbens 2 herrscht, so daß die auf den Pressenarm, das Werkstück 12 und das Hydrauliköl wirkenden Kräfte dementsprechend gering sind. Der Stempel 4a wird deshalb aus dem Werkstück 12 praktisch ohne Schnittschlag austreten. Sinnvollerweise wird man die Regelung der Bewegung des Stempels 4a bereits einsetzen lassen, bevor der Stempel 4a das Werkstück 12 erreicht hat und noch etwas aufrechterhalten, nachdem der Stempel 4a das Werkstück 12 verlassen hat, um etwaige Bewegungstoleranzen auszugleichen. In Fig. 4 ist mit den waagrecht verlaufenden unterbrochenen Linien die Dicke des Verkstücks 12 angedeutet. Das Ende der Regelung kann, wie auch das Einsetzen der Regelung, wieder durch den Soliwertgeber 7, getriggert werden, der in einer vorgegebenen Endstellung die Regelung außer Kraft setzt und über eine hier nicht näher dargestellte Schaltung das Servoventil wieder an den üblichen Servokreis anschließt, der für eine schnelle Rückbewegung des Stempels 4a sorgt, indem die untere Kammer des Hubkolbens 2 druckbeaufschlagt wird. Diese Eadbewegung ist in Fig. 4 nach dem Zeitpunkt t_b dargestellt.

[0014] Der Funktionsgenerator 10 muß im Prinzip nur ein stetig ansteigendes Ausgangsignal liefern, das dem konstanten Signal des Sollwertgebers 8 überlagert wird. Beispielsweise kann ein linear ansteigendes Ausgangssignal zu sehr brauchbaren Ergebnissen führen. Die Austrittsgeschwindigkeit des Stempels 4a aus dem Wekrstück 12 kann noch dadurch verringert werden, daß man statt eines linear ansteigenden Signals im Funktionsgenerator 10 ein logarithmisches Signal erzeugt, das zum Zeitpunkt t_a zum Beginn der Regelung wesentlich stärker ansteigt als zum Zeitpunkt t_b am Ende der Regelung. Die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t_a und t_b wird vorteilhafterweise bei 1 - 2 sec. gewählt.

[0015] Die günstigste Einstellung des Sollwertgebers 8 kann in der Praxis leicht gefunden werden. Es wird zuerst ein Wert eingestellt, bei dem der Stempel 4a das Werkstück 12 durchschlägt, wobinatürlich ein Schnittschlag auftritt. Bei den darauffolgenden Stanzvorgängen wird der Sollwert schrittweise reduziert, bis die Presse ohne Schnittschlag arbeitet.

[0016] In Fig. 3 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel des Regelkreises, wie er in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, gezeigt. Als Sollwertgeber 8 dient ein Potentiometer, das mit seinen Endanschlüssen an fester Spannung liegt. Der konstante Grundsollwert, der dem Summationspunkt 9 in Fig. 2 zugeführt wird, wird über den Mittelabgriff dieses Potentiometers abgenommen. Der in Fig. 2 dargestellte Summationspunkt 9 wird gebildet durch den negativen Anschluß eines Operationsverstärkers 13, der im Lageregelverstärker 6a enthalten ist. Diesem negativen Anschluß wird auch das Ist-Signal vom Ist-Wertgeber 7 zugeführt. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers 13 steht in Verbindung mit dem elektrisch steuerbaren Servoventil 5, von dem in Fig. 3 lediglich die Steuerspule dargestellt ist. Der Funktionsgenerator 10 enthält einen Kondensator 14, der als Ladekondensator wirkt und eine linear ansteigende Spannung am Ausgang des Funktionsgenerators 10 liefert. Dem Signal vom Ist-Wertgeber 7 wird eine gonstantspannung eines Korrekturpotentiometers 15 überlagert, wodurch sich der Einsatzpunkt t_a der Regelung einstellen läßt. Es liegt im Rahmen fachmännischen Könnens, den Funktionsgenerator so abzuwandeln, daß er beispielsweise eine logarithmische Funktion liefert, wie sie in unterbrochener Linie als zweite Alternative zwischen den Zeitpunkten t_a und t_b in Fig. 4 gegeben ist.

[0017] Als Weggeber 7 kann beispielsweise ein Schiebepotentiometer dienen, dessen Endanschlüsse an konstanter Spannung liegen. Es können auch andere übliche Fühlelemente verwendet werden, die _.dazu geeignet sind, die Position eines mechanischen Elements, hier der Matrize 4b oder der Hubkolbenstange 3, in analoger Form wiederzugeben. Beispielsweise erscheinen hier auch photoelektrische Fühlelemente als sehr geeignet.

[0018] Die angegebene Regelung hat den Vorteil, daß mit ihr auch solche Pressen ohne weiteres nachrüstbar sind, die bisher eine Schnittschlagdämpfung noch nicht aufwiesen. Die Regelung braucht lediglich an die ohnehin bei solchen Pressen mit doppelt wirkenden Zugwinden schon vorhandene Hydraulik angeschlossen werden, ohne daß irgendwelche konstruktiven Umbauten erforderlich wären.

Ansprüche

1. Einrichtung zum Dämpfen des Schnittschlags bei hydraulischen Pressen, mit einem durch einen beidseitig arbeitenden Preßzylinder angetriebenen, das Schnittwerkzeug tragenden Hubkolben und einer daran angeschlossenen Servoventilsteuerung, gekennzeichnet durch einen den Hubkolbenverstellweg abtastenden Weggeber (7) und einen elektrischen Regelkreis (6) für die Bewegung des Hubkolbens (2), bei dem der Hubkolbenverstellweg als Ist-Größe verwendet wird und der Soll-Wert nach einer vorgegebenen stetigen Funktion während der Schnittbemegung des Werkzeugs (4a, 4b) erhöht wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zum Erhöhen des Sollwerts nach der vorgegebenen Funktion ein Fnnktionsgenerator (10) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal zu einem konstanten Sollwertsignal addiert wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Funktionsgenerator (10) ein lineares oder ein logarithmisch ansteigendes Ausgangssignal erzeugt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein elektrisch steuerbares Servoventil 5 mit einer Zeitkonstante für den Ausgangsdurchfluß 0 % bis 90 % bei 100 % . Sprungeingang des Steuerstromes kleiner als 20 msec., vorzugsweise kleiner als 10 msec.

Zeichnung