DE102005012876A1

DE102005012876A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen

Info

Publication number: DE102005012876A1
Application number: DE102005012876A
Authority: DE
Inventors: Uwe Darr; Steffen Schmidt; Rainer Hedler
Original assignee: Mueller Weingarten AG
Current assignee: Mueller Weingarten AG
Priority date: 2005-03-19
Filing date: 2005-03-19
Publication date: 2006-09-21
Also published as: DE502006002334D1; CN101146630B; JP2008532777A; CN101146630A; WO2006099845A1; ES2317509T3; EP1861214B1; ATE416859T1; EP1861214A1; JP5185809B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen an Umformpressen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Dabei soll mittels einer einfachen Struktur der Steuerung und Regelung sowie einer geringen Zahl von Schritten im Steuerungs- bzw. Regelungsablauf ein stabiler und präziser Ablauf einerseits in der Phase des kraftgeregelten Ziehvorganges und andererseits in allen Phasen der lagegeregelten Bewegung des Kissens ermöglicht werden. DOLLAR A Zur Steuerung und Regelung des Ziehkissens wird das Prinzip der leitwellengesteuerten elektronischen Kurvenscheibenregelung mit der Kraftregelung so kombiniert, dass alle Bewegungsphasen des Ziehkissens, die ohne mechanischen Kontakt zum Pressenstößel ablaufen, über elektronische Positions-Kurvenscheiben gesteuert werden, während die Bewegungen mit Kontakt zum Pressenstößel über eine Kraftregelung mit einem wegabhängig gesteuerten Kraftsollwertprofil erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.

In der US 5 435 166 A ist eine, die Kissenkraft durch Servoantriebe erzeugende Zieheinrichtung im Tisch einer Presse offenbart, wobei der Servoantrieb über ein Getriebe und Zahnstange mit der Kissenplatte verbunden ist. Dabei können entweder mehrere, jeweils untereinander mechanische gekoppelte Servoantriebe auf eine gemeinsame Druckwange wirken oder ein Servoantrieb wirkt unabhängig von anderen auf je ein Druckwangenelement einer mehrteiligen Druckwange. Die Servomotoren werden von einer numerischen Steuerung mit den für die Erzeugung der Ziehkraft erforderlichen Positions- und Momentensignalen angesteuert, wobei bedarfsweise innerhalb eines Regelkreises eine Rückmeldung der Istwerte des Servomotors oder der zur Zieheinrichtung gehörigen Kissenplatte erfolgen kann.

In der JP 04172200 A wird eine Steuerung für die Vorbeschleunigung von hydraulischen Ziehkissen beschrieben, bei der die Vorbeschleunigung bei einem bestimmten Pressenwinkel gestartet und die Zielposition von einer Arithmetikeinheit vorgegeben wird.

Die Art der Vorgabe, Berechnung, Regelung und insbesondere die Synchronisation der Bewegungs- und Kraftverläufe der Zieheinrichtung in allen Bewegungsphasen mit der Hauptbewegung des Stößels und den Nebenbewegungen, wie beispielsweise der Handlingbewegung, sind in diesen beiden Druckschriften nicht beschrieben.

Aus der DE 198 21 159 A1 ist eine Vorrichtung im Tisch einer Probierpresse bekannt, deren Druckwange mit Motoren über ein System Spindel -Spindelmutter so wirkverbunden ist, dass der an der Kissenplatte gegen die Abwärtsbewegung des Stößels erzeugte Widerstand durch die Motoren steuerbar ist. Mit den elektrischen oder mechanischen schlupffrei gekoppelten An- und Abtriebsmotoren soll die Kippungsbewegung der Druckwange verhindert werden.

Für eine Anwendung, insbesondere in Großpressen mit Mehrpunktzieheinrichtungen und einteiliger Druckwange, deren einzelne Druckpunkte einerseits eine untereinander differenzierte Krafteinstellung während des Ziehvorganges ermöglichen und andererseits eine Kippung der Druckwange infolge außermittiger Belastung vermeiden sollen, ist die aus dem Stand der Technik bekannte Synchronkopplung der Druckpunkte untereinander ungeeignet.

Ferner wird offenbart, dass die Bewegung der Zieheinrichtung über elektrische Wellen einerseits zwischen dem Stößel und der Zieheinrichtung und andererseits zwischen mehreren zur Zieheinrichtung gehörenden Servomotoren synchronisiert wird.

Dabei kann die erforderliche Ziehkraft durch Änderung des Motormomentes während des Tiefziehvorganges angepasst werden. Die hierzu erforderliche Vorrichtung und die zur Steuerung erforderlichen Verfahrensschritte sind nicht offenbart.

Die DE 4218818 A1 stellt sich die Aufgabe, in einer Transferpresse die mechanischen Kurvenscheiben zum zwangsgesteuerten Antrieb der Teiletransporteinrichtung zu substituieren. Dazu wird eine Regelung der Bewegung der Teiletransporteinrichtung mittels Leitwelle für eine vollständige elektronische Synchronisation mit der Hauptbewegung des Stößels beschrieben, der das Prinzip der elektronischen Kurvenscheibenregelung zugrunde liegt. Die Bewegung des Pressenstößels wird als Leitwelle durch einen oder zwei Positionsgeber erfasst und die Bewegungsachsen der Teiletransporteinrichtung in Abhängigkeit von der Leitwellenposition nach vorberechneten Bewegungsfunktionen gesteuert.

Ein ähnliches Prinzip wird in der DE 19642962 A1 für eine hydraulische Presse beschrieben, bei der ein Taktgeber als virtuelle Leitwelle verwendet wird und sowohl die Stößelbewegung als auch die Bewegungsachsen der Teiletransporteinrichtung in Abhängigkeit von der virtuellen Leitwellenposition steuert.

Der Vorteil dieses Prinzips ist die Möglichkeit zur Lagesynchronisation einerseits zwischen Pressenstößel und Teiletransporteinrichtung und andererseits zwischen den einzelnen Bewegungsachsen innerhalb der mehrachsigen Teiletransporteinrichtung.

Da die beiden letztgenannten Anwendungen in Teiletransporteinrichtungen funktionsbedingt keine Kraftregelung beinhalten, ist deren Einsatz für kraftgeregelte Ziehkissen ungeeignet.

Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Pressen zu schaffen, bei dem mittels einer einfachen Struktur der Steuerung und Regelung sowie einer geringen Zahl von Schritten im Steuerungs- bzw. Regelungsablauf ein stabiler und präziser Ablauf einerseits in der Phase des kraftgeregelten Ziehvorganges und andererseits in allen Phasen der lagegeregelten Bewegung des Kissens ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung und Regelung von servo-elektrischen Ziehkissen mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere detaillierte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 5 beschrieben. Die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 erfolgt mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 6. Die Ansprüche 7 bis 16 enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung.

Das Verfahren und die Vorrichtung zielen neben servoelektrischen Antrieben ebenso auf servo-hydraulische Antriebe für Ziehkissen in Umformpressen, wobei die Ziehkissen einerseits als die auf das Unterwerkzeug wirkende Ziehkissen im Tisch und andererseits als die auf das Oberwerkzeug wirkende Ziehkissen im Stößel Anwendung finden. Die Ziehkissen können als Einpunkt- oder als Mehrpunkt-Ziehkissen ausgeführt werden.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, dass zur Steuerung und Regelung des Ziehkissens das Prinzip der leitwellengesteuerten elektronischen Kurvenscheibenregelung mit der Kraftregelung so kombiniert wird, dass alle Bewegungsphasen des Ziehkissens, die ohne mechanischen Kontakt zum Pressenstößel ablaufen, über elektronische Positions-Kurvenscheiben gesteuert werden, während die Bewegungen mit Kontakt zum Pressenstößel über eine Kraftregelung mit einem wegabhängig gesteuerten Kraftsollwertprofil erfolgen.

Ein Vorteil dieses Prinzips ist die vollständige Synchronität der Bewegung des Ziehkissens zur Stößelbewegung, die auch bei Geschwindigkeitsänderungen und Not-Stopps der Stößelbewegung eingehalten wird, ohne dass hierfür spezielle Steuerfunktionen notwendig sind. Gleiches gilt für die Synchronität der Druckpunkte von Mehrpunkt-Ziehkissen untereinander und für die Synchronität der Ziehkissenbewegung zu einer bedarfsweise vorhandenen Teiletransporteinrichtung.

Wesentlich ist die Möglichkeit, die Umschaltung zwischen Lageregelung und Kraftregelung mit einfachen steuerungstechnischen Mitteln auszuführen. Die Umschaltung kann einerseits über einen Grenzwertschalter erfolgen, der beispielsweise beim Aufsetzen des Stößels auf das Ziehkissen eine Regelabweichung auswertet und eine Umschalteinrichtung auf Kraftregelung aktiviert. Andererseits kann der Wechsel von Lage- und Kraftregelung lediglich durch den Verlauf der Positions-Kurvenscheibe relativ zur Position des Stößels bestimmt werden. Verläuft beispielsweise die Kurvenscheibe oberhalb der Stößelposition, wird die Kissenposition durch die Bewegung des Pressenstößels erzwungen. In diesem Fall bewirken die überhöhten Ausgangssignale von Lage- und Geschwindigkeitsregler eine dynamische Kraftbegrenzung, wodurch eine Umschaltung auf Kraftregelung erfolgt.

Aus der einfachen Struktur und Funktionsweise der Steuerung ergeben sich neben der Aufwandsreduzierung bei Inbetriebnahme und Instandhaltung verbesserte Voraussetzungen für einen präzisen und reproduzierbaren Ablauf des Ziehvorganges.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt:
1 Aufbau eines Mehrpunkt-Ziehkissens
2a Vorrichtung in einer ersten Ausgestaltung zur Steuerung von servo-elektrischen Ziehkissen
2b Vorrichtung in einer zweiten Ausgestaltung zur Steuerung von servo-hydraulischen Ziehkissen
3 Schrittfolge des Verfahrens zur Steuerung servo-geregelter Ziehkissen
4a beispielhafter Bewegungsablauf eines Ziehkissens in der Betriebsart „mit Sperrung" in der unteren Lage
4b beispielhafter Bewegungsablauf eines Ziehkissens in der Betriebsart „ohne Sperrung"
5 Blockschaltbild für die Ziehkissenregelung mit elektronischer Kurvenscheibe und partieller Umschaltung auf Kraftregelung in einer ersten Ausgestaltung mit rotatorischer Leitwelle
6 Blockschaltbild für die Ziehkissenregelung mit elektronischer Kurvenscheibe und partieller Umschaltung auf Kraftregelung in einer zweiten Ausgestaltung mit Lineargeber am Stößel und zwei Kurvenscheiben
7 Blockschaltbild für die Ziehkissenregelung mit elektronischer Kurvenscheibe in einer dritten Ausgestaltung mit Kraftbegrenzungsregelung
Die 1 zeigt den Aufbau eines als Mehrpunktkissen ausgeführten servo-elektrischen Ziehkissens 8 in einer Ausgestaltung mit auf die Druckwange 2 wirkenden Elektrozylindern 21. Die Elektrozylinder 21 sind im Innenbereich der Druckwange 2 angeordnet und stützen sich im Pressentisch 20 ab. Als Linearwandler kommt in dieser Ausgestaltung ein System Spindel/Spindelmutter 3, 23 zum Einsatz. Die mit der Druckwange 2 verbundene Spindelmutter 23 ist drehfest, und axial synchron mit der Druckwange 2 beweglich. Die zugehörige Spindel 3 ist axialfest im Pressentisch 20 drehbar gelagert. Das von der Spindelmutter 23 abgewandte Ende der Spindel 3 steht über eine Kupplung 24 mit einem Servomotor 5 in Wirkverbindung. Die Kraftübertragung erfolgt von den Elektrozylindern 21 über die Druckwange 2 und Ziehstifte 25 auf den Blechhalter 22 im Pressenwerkzeug.
Das Ziehkissen 8 kann ebenso anstelle von Elektrozylindern 21 mit Hydraulikzylindern 3a als servo-hydraulisches Ziehkissen 9 ausgerüstet sein. Vorteilhaft ist auch eine Ausgestaltung mit einer Kombination von Hydraulikzylindern 3a und Elektrozylindern 21, wobei die Hydraulikzylinder 3a die Krafterzeugung und ein oder mehrere Elektrozylinder 21 die Bewegungsfunktionen wie Vorbeschleunigung, Sperrung in einer definierten Lage, bedarfsweise Rückzug, Ausheben und Hochlauf des Ziehkissens 8 übernehmen.
2a zeigt den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung mit einem schematisch dargestellten und in 1 beschriebenen servo-elektrischen Ziehkissen 8, mit der das Verfahren umsetzbar ist. Die Servomotoren 5 sind jeweils mit einem Encoder 6 ausgerüstet, über den die Positions- und Geschwindigkeitserfassung erfolgt. Die Kissenkraft wird durch je einen Kraftaufnehmer 4 für jeden Druckpunkt erfasst. Die Kraftaufnehmer 4 können beispielsweise piezoelektrische oder resistive Dehnungsaufnehmer sein. Alternativ kann die Kissenkraft indirekt über den Motorstrom der Servomotore 5 erfasst werden.
Die NC-Steuereinrichtung 59 beinhaltet für jeden Druckpunkt des Ziehkissens 8 eine Achsregeleinrichtung 58, die die Lage-, Geschwindigkeits- und Kraftregelung des Druckpunktes übernimmt und die Leistung zur Ansteuerung des Servomotors 5 oder Hydraulikzylinders 3a erzeugt. Die Achsregeleinrichtungen 58 erhalten ihre Führungsgrößen von einer Kurvenscheiben-Steuereinrichtung 56 und einer Kraftsollwert-Steuereinrichtung 57. Beide Einrichtungen werden über eine Leitwelle gesteuert, wobei die Leitwelle entweder durch reale Positionsgeber am Pressenstößel, Pressenantrieb oder am Antrieb eines Teiletransportsystems innerhalb der Presse oder durch ein „virtuelles" Leitwellensignal beispielsweise aus der Steuerung einer Servopresse darstellbar ist.
Die Kurvenscheiben-Steuereinrichtung 56 erzeugt leitwellenabhängig Lagesollwerte für die Achsregeleinrichtungen 58. Dabei wird das Prinzip der elektronischen Kurvenscheibe verwendet, wobei jeder Leitwellenposition durch eine Steuerungstabelle oder eine mathematische Funktion eine Kissenposition zugeordnet wird. Die Kraftsollwert-Steuereinrichtung 57 erzeugt Kraftsollwertprofile für die Kraftregelung in den Achsregeleinrichtungen 58. Je nach Anwendung oder teilespezifischer Anforderung kann es sich dabei um einen konstanten Wert oder ein positionsabhängig gesteuertes Kraftprofil für den Ziehbereich und bedarfsweise um zusätzliche Werte für den Kissenhochlauf in der Betriebsart „Ohne Sperrung" handeln.
Aus 2b ist ersichtlich, wie mit dem Verfahren ein servo-hydraulisches Ziehkissen 9 ansteuerbar ist. Die bewegliche Druckwange 2 wird durch zwei Hydraulikzylinder 3a angetrieben. Der Druck in den Hydraulikzylindern 3a wird durch Servo- oder Proportionalventile 5a gesteuert. Die Positionserfassung erfolgt durch lineare Wegaufnehmer 6a an der Druckwange 2 und die Kraftmessung wird durch Druckaufnehmer 4a an den Hydraulikzylindern 3a realisiert.
Aus der Anordnung der Signalschnittstellen (punktierte Linien) ist ersichtlich, wie das servo-hydraulische Ziehkissen 9 mit der in 2a dargestellten NC-Steuereinrichtung 59 kombinierbar sind. Die Möglichkeit dieser Kombination gilt ebenso für die in den 5, 6 und 7 beschriebenen Ausgestaltungen der Ziehkissenregelung. Die Funktionsweise der Achsregeleinrichtungen 58 und der Leistungsverstärker ist in diesem Fall auf die Anforderungen des hydraulischen Systems angepasst.
In 3 ist das vorgeschlagene Verfahren in Form einer Schrittfolge dargestellt.
In der ersten Vorbereitungsphase 31 wird der gewünschte teile- und betriebsartenspezifische Bewegungsablauf des Ziehkissens 8, 9 vorgegeben. Dabei berechnet die Steuerung eine so genannte elektronische Positions-Kurvenscheibe 12, die den Soll-Verlauf der Kissenposition 13 in Abhängigkeit von der Stößelposition 11 beinhaltet.
In zweiter Vorbereitungsphase 32 erfolgt die Vorgabe des gewünschten Kraftverlaufs des Ziehkissens 8, 9 während des Ziehvorganges. Die Steuerung berechnet dabei ein Kraftsollwertprofil, dass den Kraftverlauf in Abhängigkeit von der Stößel- und/oder Kissenposition 11, 13 beinhaltet.
Die Positions-Kurvenscheibe 12 und das Kraftsollwertprofil werden in Form einer Tabelle, einer mathematischen Funktion oder einer Kombination aus beiden in der Steuerung gespeichert.
Diese beiden Vorbereitungsphasen 31, 32, deren Reihenfolge als Vorbereitung für den eigentliche Zyklus beliebig wählbar ist, können entweder manuell über eine entsprechende Bedienoberfläche eingegeben oder aus einem Speicher abgerufen werden. Es ist ebenso denkbar, diese beiden Schritte für ein neues Teil schon auszuführen, während der Bewegungszyklus für das vorherige Teil noch ausgeführt wird.
Nach dem Startsignal 37 beginnt mit dem ersten Verfahrensschritt 33 der zyklische Ablauf der Funktionen des Ziehkissens 8, 9, die je nach Betriebsart auch aus den 4a und 4b ersichtlich sind. Bis zur Phase des Aufsetzens des Stößels auf das Ziehkissen wird die Kissenposition 13 durch eine Lageregelung beeinflusst, die ihren Sollwert aus der entsprechend der aktuellen Stößelposition 11 ausgelesenen Positions-Kurvenscheibe 12 erhält. Durch den Verlauf der Positions-Kurvenscheibe 12 wird das Ziehkissen 8, 9 zunächst in seiner oberen Lage gehalten und anschließend kurz vor dem Auftreffen des Stößels vorbeschleunigt.
Im zweiten Verfahrensschritt 34 wird beim Aufsetzen des Stößels auf das Ziehkissen 8, 9 auf Kraft- oder Drehmomentenregelung mit einer ersten Umschaltbedingung 38 umgeschaltet. Die erste Umschaltbedingung 38 kann durch das Erreichen einer bestimmten Stößelposition 11, einer definierten Regelabweichung oder durch einen definierten Verlauf der Positions-Kurvenscheibe 12 in Verbindung mit einer Kraftbegrenzungsregelung erfüllt werden. Die zugehörigen Ausgestaltungen sind in 5 und 7 beschrieben.
Im dritten Verfahrensschritt 35 erfolgt vom Aufsetzen des Stößels auf das Ziehkissen 8, 9 bis zum Ende der gemeinsamen Bewegung von Stößel und Ziehkissen 8, 9 eine Kraft- oder Drehmomentenregelung, die ihren Sollwert aus dem entsprechend der aktuellen Kissen- oder Stößelposition 13, 11 ausgelesenen Kraftsollwertprofil erhält.
Im vierten Verfahrensschritt 36 erfolgt je nach vorgewählter Betriebsart des Ziehkissens 8, 9 entweder in der unteren Lage oder zu Beginn der Endlagendämpfung des Kissenhochlaufes nach einer zweiten Umschaltbedingung 39 wieder ein Umschalten auf Lageregelung mit Positions-Kurvenscheibe 12. Die zweite Umschaltbedingung 39 kann entweder durch das Erreichen einer bestimmten Stößel- bzw. Kissenposition 11, 13 einer definierten Regelabweichung oder durch einen bestimmten Verlauf der Positions-Kurvenscheibe 12 in Verbindung mit einer Kraftbegrenzungsregelung erfüllt werden.
Anschließend wird der zyklische Bewegungsablauf mit dem ersten Verfahrensschritt 33 fortgesetzt. Durch den Verlauf der Positions-Kurvenscheibe 12 werden je nach gewählter Betriebsart des Ziehkissens 8, 9 die Bewegungsfunktionen Sperren beziehungsweise Rückzug in der unteren Lage, Ausheben des Teils, Kissenhochlauf und Endlagendämpfung 19 mit anschließender Rast in der oberen Lage ausgeführt.
Die in 3 dargestellte Schrittfolge des Ablaufes der Funktionen des Ziehkissens 8, 9 ist aus den 4a und 4b grafisch ersichtlich.
Die 4a stellt einen typischen Bewegungsablauf des Ziehkissens 8, 9 in der Betriebsart „Mit Sperrung" in Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren dar. In dieser Betriebsart erfolgt der Kissenhochlauf nicht unmittelbar nach Durchlauf des unteren Umkehrpunktes des Stößels, sondern die Bewegung des Ziehkissens 8, 9 wird zunächst gesperrt und der Hochlauf erfolgt zeitlich gegenüber der Stößelbewegung verzögert. Dargestellt sind die Stößelposition 11, die Kissenposition 13 und eine Positions-Kurvenscheibe 12 als zeit- oder kurbelwinkelabhängiger Verlauf.
In einer ersten Phase 14 erfolgt die Lageregelung mit elektronischer Positions-Kurvenscheibe 12, wobei die Kissenposition 13 der Positions-Kurvenscheibe 12 folgt und die Rast in der oberen Lage und die Vorbeschleunigung des Ziehkissens 8, 9 steuert. Dies entspricht dem ersten Verfahrensschritt 33 nach 3.
Im Auftreffpunkt 17 erfolgt die Umschaltung auf Kraftregelung entsprechend dem zweiten Verfahrensschritt 34 aus 3. In der sich anschließenden zweiten Phase 15 erfolgt die Kraftregelung mit definiertem Kraftsollwertprofil entsprechend dem dritten Verfahrensschritt 35 aus 3. In dieser Phase kann die Positions-Kurvenscheibe 12 unwirksam sein. Der Verlauf der Positions-Kurvenscheibe ist in dieser Phase nur dann wirksam, wenn die Umschaltung auf Kraftregelung nach der in 7 dargestellten Ausgestaltung mit Kraftbegrenzung realisiert wird. Dabei muss der Verlauf der Positions-Kurvenscheibe 12 oberhalb der durch die Stößelposition 11 erzwungenen Kissenposition 13 liegen.
Im unteren Umkehrpunkt 18 erfolgt in Analogie zum vierten Verfahrensschritt 36 nach 3 das Umschalten auf Lageregelung mit elektronischer Positions-Kurvenscheibe 12. Die sich anschließende dritte Phase 16 beinhaltet die Bewegungsfunktionen Kissenrückzug und Sperrung in der unteren Lage, Ausheben des Teils, Kissenhochlauf, Endlagendämpfung und Rast in der oberen Lage. Der Ablauf wiederholt sich zyklisch mit der eingangs beschriebenen ersten Phase 14. Die genannten Bewegungsfunktionen sind im Verlauf der Positions-Kurvenscheibe 12 enthalten und werden durch die Lageregelung in Abhängigkeit von der als Leitwelle dienenden Stößelposition 11 ausgeführt.
Aus 4b ist ein typischer Bewegungsablauf des Ziehkissens 8, 9 in der Betriebsart „Ohne Sperrung" im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Steuerungsverfahren ersichtlich. Dargestellt sind analog zur 4a die Stößelposition 11, die Kissenposition 13 und eine Positions-Kurvenscheibe 12 als zeit- oder kurbelwinkelabhängiger Verlauf.
Nach der ersten und zweiten Phase 14, 15 mit jeweils analogem Ablauf nach 4 erfolgt der Kissenhochlauf unmittelbar nach dem unteren Umkehrpunkt 18, wobei das Ziehkissen 8, 9 unverzögert der Stößelbewegung folgt. Im unteren Umkehrpunkt 18 wird die Kraftregelung fortgesetzt. Dazu enthält das Kraftsollwertprofil einen oder mehrere zusätzliche Werte, die so bemessen sind, dass das Ziehkissen 8, 9 der Aufwärtsbewegung des Stößels folgt und das umgeformte Teil aushebt. Zu Beginn der Endlagendämpfung 19 erfolgt das Umschalten auf Lageregelung, so dass die Endlagendämpfung und die Rast in der oberen Lage durch die Positions-Kurvenscheibe 12 vorgegeben werden und der Ablauf sich zyklisch wiederholt.
Die 5, 6 und 7 zeigen Anwendungsbeispiele und vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Ziehkissen regelung mit elektronischer Kurvenscheibe und partieller Umschaltung auf Kraftregelung in Form von Blockschaltbildern.
Die erste Ausgestaltung nach 5 beinhaltet eine Kurvenscheibensteuerfunktion 41 zum Berechnen, Speichern und leitwellenabhängigen Auslesen von Positions-Kurvenscheiben 12, eine Kraftsollwertsteuerfunktion 42 zum Berechnen, Speichern und positionsabhängigen Auslesen von Kraftsollwertprofilen und eine Achsregeleinrichtung 58, die aus den drei Regelkreisen Lageregler 43, Geschwindigkeitsregler 44 und Kraftregler 45 sowie der Umschalteinrichtung für Reglersollwerte 49 und dem Leistungsverstärker 46 besteht. Alle drei Regelkreise werden durch Rückführung der entsprechenden Istwerte geschlossen. Der Lage-Istwert wird vom Encoder 6 geliefert. Der Geschwindigkeits-Istwert wird durch ein Differenzierglied 47 aus dem Lage-Istwert erzeugt und der Kraft-Istwert wird durch den Kraftaufnehmer 4 erfasst.
Der Funktionsablauf wird durch die Leitwelle 1, die hier dem Kurbelwinkel der Presse entspricht, folgendermaßen gesteuert:
Wenn sich der Pressenstößel von seinem oberen Umkehrpunkt bis zum Auftreffpunkt 17 auf das Ziehkissen 8, 9 bewegt, werden durch die Kurvenscheibensteuerfunktion 41 fortlaufend Lage-Sollwerte an den Lageregler 43 übergeben. Dem Lageregler 43 ist der Geschwindigkeitsregler 44 nachgeordnet, der wiederum über die Umschalteinrichtung 49 den Kraftregler 45 ansteuert. In dieser Konstellation arbeiten die drei kaskadierten Regler als Lageregelung, so dass der über einen Leistungsverstärker 46 angesteuerte Servomotor 5 und die wirkverbundene Druckwange 2 der Positions-Kurvenscheibe 12 folgt. Auf diese Weise wird die erste Bewegungsphase des Ziehkissens 8, 9, bestehend aus Rast in der oberen Lage und Vorbeschleunigung gesteuert.
Beim Aufsetzen des Stößels auf das Ziehkissen 8, 9 wird die Funktionseinheit zur Reglerumschaltung 55 wirksam, die in dieser Ausgestaltung aus Grenzwertschalter 48 und Umschalteinrichtung für Reglersollwerte 49 besteht. Dabei wird durch den Grenzwertschalter 48, der im Auftreffpunkt 17 eine Regelabweichung auswertet, mittels Umschalteinrichtung 49 auf Kraftregelung umgeschaltet. Damit sind Lage- und Geschwindigkeitsregler 43, 44 wirkungslos und der Kraftregler 45 erhält seine Sollwerte von der Kraftsollwertsteuerfunktion 42. Diese erzeugt fortlaufend Sollwerte durch stößel- oder kissenpositionsabhängiges Auslesen des gespeicherten Kraftsollwertprofils. Auf diese Weise wird die zweite Phase 15 des Ziehkissens 8, 9 ab Auftreffpunkt 17 bis zum Ende der gemeinsamen Bewegung von Stößel und Ziehkissen 8, 9 gesteuert.
Anschließend wird mittels Umschalteinrichtung 49 entweder bei der Funktion „Mit Sperrung" in der unteren Lage des Ziehkissens 8, 9 oder bei der Funktion „Ohne Sperrung" zu Beginn der Endlagendämpfung 19 des Kissenhochlaufes wieder auf Lageregelung mit Positions-Kurvenscheibe 12 umgeschaltet. Die Lageregelung bleibt bis zum nächsten Aufsetzen des Stößels auf das Ziehkissen 8, 9 aktiv, so dass sich der Bewegungszyklus wie oben beschrieben fortsetzt.
Bei bestimmten Anwendungen oder bei hydraulischen Pressen kann es erforderlich sein, die Stößelposition 11 direkt mit linearen Wegaufnehmern 7 zu erfassen.
Die 6 zeigt eine zweite Ausgestaltung der Ziehkissenregelung, die einen linearen Wegaufnehmer 7 am Pressenstößel als Leitwelle verwendet. Im Gegensatz zum rotatorischen Positionsgeber 1 ist eine Unterscheidung zwischen Abwärts- und Aufwärtsbewegung nicht mehr direkt durch das Leitwellensignal möglich. Dazu werden zwei Kurvenscheiben mit jeweils einer Positions-Kurvenscheibe 50 für die Steuerfunktion Abwärts und einer Positions-Kurvenscheibe 51 für die Steuerfunktion Aufwärts verwendet. Die Umschaltung erfolgt durch eine Umschalteinrichtung 53, die über einen von dem rotatorischen Positionsgeber 1 erzeugten Schaltnocken 52 gesteuert wird. Die Umschaltung kann alternativ auch durch eine virtuelle Leitwelle, eine Einrichtung zur Richtungserkennung oder ein Steuersignal aus der Ablaufsteuerung für die Stößelbewegung erfolgen. Die weitere Funktionsweise entspricht der ersten Ausgestaltung nach 5.
Es ist ebenso denkbar, nur eine Kurvenscheibe zu verwenden und das zugehörige Positionssignal des linearen Wegaufnehmers 7 umzuschalten oder rechnerisch anzupassen.
In der dritten Ausgestaltung nach 7 wird als Funktionseinheit zur Reglerumschaltung 55 eine Einrichtung zur dynamischen Kraftbegrenzung 54 verwendet. Diese Einrichtung begrenzt das Ausgangssignal des Geschwindigkeitsreglers 44 auf einen dynamisch vorgebbaren Maximalwert, der von der Kraftsollwertsteuerfunktion 42 erzeugt wird. Auf diese Weise wird der Wechsel zwischen Lageregelung und Kraftregelung lediglich durch den Verlauf der Positions-Kurvenscheibe 12 relativ zur Stößelposition 11 bestimmt.
Verläuft die Positions-Kurvenscheibe 12 unterhalb der Stößelposition 11, ist die Kraftbegrenzung nicht wirksam und das System befindet sich in Lageregelung, so dass das Ziehkissen 8, 9 der Kurvenscheibe folgt. Verläuft dagegen die Positions-Kurvenscheibe 12 oberhalb der Stößelposition 11, wird die Kissenposition 13 durch die Bewegung des Pressenstößels erzwungen. In diesem Fall werden die Ausgangssignale von Lage- und Geschwindigkeitsregler so groß, dass die Kraftbegrenzung wirkt. Damit befindet sich das System in Kraftregelung und das Kraftsollwertprofil wird wirksam.
Gegenüber der ersten und zweiten Ausgestaltung ist vorteilhaft keine mit zusätzlichen Elementen gesteuerte Reglerumschaltung erforderlich.

1: rotatorische Positionsgeber als Leitwelle
2: Druckwange
3: Spindel
3a: Hydraulikzylinder
4: Kraftaufnehmer
4a: Druckaufnehmer
5: Servomotor
5a: Servo- oder Proportionalventil
6: Encoder
6a: linearer Wegaufnehmer am Kissen
7: linearer Wegaufnehmer am Stößel ais Leitwelle
8: servo-elektrisches Ziehkissen
9: servo-hydraulisches Ziehkissen
11: Stößelposition
12: Positions-Kurvenscheibe
13: Kissenposition
14: erste Phase
15: zweite Phase
16: dritte Phase
17: Auftreffpunkt
18: unterer Umkehrpunkt
19: Beginn der Endlagendämpfung
20: Pressentisch
21: Elektrozylinder
22: Blechhalter
23: Spindelmutter
24: Kupplung
25: Ziehstifte
31: erste Vorbereitungsphase
32: zweite Vorbereitungsphase
33: erster Verfahrensschritt
34: zweiter Verfahrensschritt
35: dritter Verfahrensschritt
36: vierter Verfahrensschritt
37: Startsignal
38: erste Umschaltbedingung
39: zweite Umschaltbedingung
41: Kurvenscheibensteuerfunktion
42: Kraftsollwertsteuerfunktion
43: Lageregler
44: Geschwindigkeitsregler
45: Kraft- oder Drehmomentenregler
46: Leistungsverstärker
47: Differenzierglied
48: Grenzwertschalter
49: Umschalteinrichtung für Reglersollwerte
50: Positions-Kurvenscheibe für die Steuerfunktion Abwärts
51: Positions-Kurvenscheibe für die Steuerfunktion Aufwärts
52: Schaltnocken
53: Umschalteinrichtung für Kurvenscheiben
54: Dynamische Kraftbegrenzung
55: Funktionseinheit zur Reglerumschaltung
56: Kurvenscheiben-Steuereinrichtung
57: Kraftsollwert-Steuereinrichtung
58: Achsregeleinrichtung
59: NC-Steuereinrichtung

Claims

Verfahren zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Umformpressen mit einer NC-Steuereinrichtung (59), die die Positionen, Geschwindigkeiten und Kräfte der als Aktoren ausgebildeten Servomotore (5) oder Hydraulikzylinder (3a) so regelt, dass sich der für den Ziehvorgang erforderliche Bewegungs- und Kraftverlauf einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass während der Stößelbewegung bis zum Auftreffpunkt (17) des Stößels auf das Ziehkissen (8, 9) die Kissenposition (13) durch eine Lageregelung beeinflusst wird, die ihren Sollwert aus einer entsprechend der aktuellen Leitwellenposition ausgelesenen Positions-Kurvenscheibe (12) erhält, dass im Auftreffpunkt (17) des Stößels auf das Ziehkissen (8, 9) auf Kraft- oder Drehmomentenregelung umgeschaltet wird, dass ab Auftreffpunkt (17) des Stößels auf das Ziehkissen (8, 9) bis zum Ende der gemeinsamen Bewegung mit dem Stößel eine Kraft- oder Drehmomentenregelung erfolgt, die ihren Sollwert aus einem entsprechend der aktuellen Kissen- (13), Stößel- (11) oder Leitwellenposition ausgelesenen Kraftsollwertprofil erhält, und dass je nach vorgewählter Betriebsart des Ziehkissens (8, 9) entweder im unteren Umkehrpunkt (18) oder zu Beginn der Endlagendämpfung (19) des Kissenhochlaufes ein Umschalten auf Lageregelung mit Positions-Kurvenscheibe (12) erfolgt und der Bewegungsablauf zyklisch fortgesetzt wird.
Verfahren zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn des Verfahrensablaufes der gewünschte Bewegungsablauf des Ziehkissens (8, 9) in Abhängigkeit von der Stößel- (11) oder Leitwellenposition eingegeben, berechnet und als elektronische Positions-Kurvenscheibe (12,) in der NC-Steuereinrichtung (59) gespeichert wird sowie der gewünschte Kraftverlauf im Ziehbereich in Abhängigkeit von der Kissen- (13), Stößel- (11) oder Leitwellenposition eingegeben, berechnet und als Kraftsollwertprofil in der NC-Steuereinrichtung (59) gespeichert wird,
Verfahren zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zwischen Lage- und Kraftregelung durch Auswertung einer maximalen Regelabweichung des Lage- (43) oder Geschwindigkeitsreglers (44) erfolgt.
Verfahren zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zwischen Lage- und Kraftregelung durch eine permanent wirksame dynamische Kraftbegrenzung (54) in Verbindung mit dem Verlauf der Positions-Kurvenscheibe (12) erfolgt, der sich im Bereich vom Aufsetzen des Stößels auf das Ziehkissen (8, 9) bis zum Ende der gemeinsamen Bewegung mit dem Stößel oberhalb der vom Stößel erzwungenen Kissenposition (13) befindet.
Verfahren zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zwischen Lage- und Kraftregelung durch ein positionsabhängiges Schaltsignal erfolgt.
Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Umformpressen mit einer NC-Steuereinrichtung (59), die die Positionen, Geschwindigkeiten und Kräfte der als Aktoren ausgebildeten Servomotore (5) oder Hydraulikzylinder (3a) so regelt, dass sich der für den Ziehvorgang erforderliche Bewegungs- und Kraftverlauf einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kurvenscheiben-Steuereinrichtung (56) und eine Kraftsollwert-Steuereinrichtung (57) mit mindestens einer Achsregeleinrichtung (58) wirkverbunden sind, die eine Funktionseinheit zur Reglerumschaltung (55) zwischen Lage- und Kraftregelung aufweist.
Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Positions-Kurvenscheibe (12) die für die jeweilige Betriebsart des Ziehkissens (8, 9) erforderlichen wegabhängigen Funktionen, wie Vorbeschleunigung, Sperrung und bedarfsweise Rückzug in der unteren Lage, Ausheben, Hochlauf und Rast in der oberen Lage enthält.
Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwelle zum Auslesen der Positions-Kurvenscheibe (12) durch einen realen rotatorischen Positionsgeber (1) am Antrieb der Presse dargestellt wird.
Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwelle zum Auslesen der Positions-Kurvenscheibe (12) durch einen realen Positionsgeber (1) am Antrieb eines Teiletransportsystems dargestellt wird.
Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwelle zum Auslesen der Positions-Kurvenscheibe (12) durch ein rotatorisches virtuelles Leitwellensignal dargestellt wird.
Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwelle durch einen realen linearen Wegaufnehmer (7) am Pressenstößel dargestellt wird, mit dem zwei unabhängige, jeweils entsprechend der Bewegungsphase des Stößels umschaltbare Positions-Kurvenscheiben (50, 51) für die Steuerfunktion Abwärts und Aufwärts auslesbar sind.
Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwelle zum Auslesen der Positions-Kurvenscheibe (12) durch einen realen linearen Wegaufnehmer (7) am Stößel dargestellt wird, wobei dessen Ausgangssignal durch Umschaltung oder Umrechnung in einen Bereich für die Abwärts- und einen Bereich für die Aufwärtsbewegung getrennt wird.
Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheiben- Steuereinrichtung (56) Sollwerte für Positions-Kurvenscheiben (12) berechnet, speichert und in Abhängigkeit von einer Leitwelle ausliest.
Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsregeleinrichtung (58) einen Lageregler (43), einen Geschwindigkeitsregler (44) einen Kraft- oder Drehmomentenregler (45) und einen Leistungsverstärker (46) enthält.
Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftsollwert-Steuereinrichtung (57) Sollwerte für Kraftsollwertprofile (42) berechnet, speichert und in Abhängigkeit von einer Leitwelle oder Kissenposition (13) ausliest.
Vorrichtung zur Steuerung und Regelung von servoelektrischen Ziehkissen an Umformpressen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Positions-Kurvenscheibe (12) und das Kraftsollwertprofil in Form einer Tabelle, einer mathematischen Funktion oder einer Kombination aus beiden in der Steuerung speicherbar sind.