DE2853143A1

DE2853143A1 - Verfahren und vorrichtung zur bremszeitpunkts-steuerung

Info

Publication number: DE2853143A1
Application number: DE19782853143
Authority: DE
Inventors: Shunichi Nagai
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1978-02-09
Filing date: 1978-12-08
Publication date: 1979-08-16
Also published as: JPS54119070U; JPS5553278Y2; US4246523A; DE2853143C2

Description

TER MEER - MÜLLER . STEINMEISTER

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur BremsZeitpunkts-Steuerung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und des ersten Vorrichtungsanspruchs.

Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem derartigen Verfahren und einer entsprechenden Vorrichtung, die beispielsweise in Verbindung mit einer mit unterschiedliehen Geschwindigkeiten arbeitenden Presse geeignet sind und es ermöglichen, den Presschlitten im oberen Totpunkt bei jedem Hub unabhängig von der Arbeitsgeschwindigkeit der Presse oder der Hubfrequenz des Presschlittens anzuhalten.

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Bei der Bearbeitung von Werkstücken mit Hilfe einer Presse, die beispielsweise einen Presschlitten umfaßt, der über eine Kurbelwelle durch einen Motor mit veränderlicher Drehzahl angetrieben wird, ist es vielfach aus Sicherheitsgründen, zur einfachen Entnahme fertiger Werkstücke oder aus anderen Erwägungen notwendig, eine Bremszeitpunkts-Steuerung vorzusehen, die es ermöglicht, den Bremsschlitten im oberen Totpunkt bei jedem Hub exakt anzuhalten. Der wesentliche Gesichtspunkt, der in diesem Zusammenhang zu berücksichtigen ist, ist der Gleitwinkel, um den sich die Kurbelwelle zusammen mit dem Presschlitten nach Einleitung des Bremsvorganges weiterdreht. Der Gleitwinkel wird durch Trägheitskräfte der beweglichen Teile, wie etwa des Presschlittens, der Kurbelwelle etc. verursacht und ändert sich proportional zu der Drehzahl der Kurbelwelle oder der Hubfrequenz des Presschlittens. Es ist daher erforderlich, den Bremsvorgang der Presse einzuleiten, wenn die Kurbelwelle eine Winkelstellung vor dem oberen Totpunkt erreicht, die von dem oberen Totpunkt um den Gleitwinkel bei der entsprechenden Drehzahl entfernt ist.

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Bei einer herkömmlichen Bremszeitpunkts-Steuerung sind mehrere drehbare Nocken vorgesehen, die sich synchron oder in Zusammenhang mit der Kurbelwelle drehen und Schalter betätigen. Einer der Schalter wird jeweils durch den zugehörigen Nocken entsprechend der Drehzahl der Kurbelwelle oder der Hubfrequenz des Presschlittens ausgelöst und setzt den Bremsvorgang in Gang, wenn die Kurbelwelle die vorgegebene Winkelposition erreicht hat. Bei einem derartigen System ist es jedoch vielfach nicht möglich, den Schlitten in seinem oberen Totpunkt festzuhalten.

Eine Presse läuft beispielsweise mit einer Hubfrequenz von 100 bis 220 1/min. und weist einen Gleitwinkel von 60° bei 100 1/min. und einen Gleitwinkel von 180° bei 220 1/min. auf. Wenn nur ein Schaltnocken zur Betätigung des zugeordneten Schalters zur Einleitung des Bremsvorganges vorgesehen ist, der bei einer Kurbelwellenstellung . von 180° schaltet, hält die Kurbelwelle an ihrem oberen Totpunkt bei 220 1/min. an (180 + 180 = 360°), während die Kurbelwelle in einer Winkelposition von 180 + 60 = 240° bei 100 1/min. stehenbleibt. Das besagt, daß eine derartigen Bremszeitspunkts-Steuerung unter Verwendung eines Schaltnockens zu einer maximalen WinkeIpositionsstreuung von 360 - 240 = 60° führt. Wenn drei Schaltnokken vorgesehen sind, die jeweils gesonderte Schalter entsprechend der Hubfrequenz des Presschlittens steuern, wird die Winkelstreuung auf ein Drittel dieser Winkelstreuung reduziert. Eine weitere Reduzierung der Streuung läßt sich erreichen, wenn eine größere Anzahl von Schaltnocken und Schaltern verwendet wird, jedoch führt dies zu einer komplizierten und teueren Anlage.

Die Erfindung ist daher darauf gerichtet, die oben erwähnten Nachteile zu überwinden und eine Bremszeitpunkts-Steuerung zu schaffen, die ein sicheres und zuverlässiges Anhalten des Bremsschlittens im oberen Totpunkt bei jedem

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Hub unabhängig von der Drehzahl des Motors oder der Hubfrequenz des PresSchlittens ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sollen über einen weiten Motordrehzahlbereich anwendbar sein.

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Die Erfindung ergibt sieh im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs und des ersten Vorrichtungsanspruchs.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verwendung mit einer Presse, die einen über eine Kurbelwelle und einen Motor mit veränderlicher Drehzahl äntreibbaren Presschlitten aufweist, soll der bewegliche Presschlitten in seinem oberen Totpunkt unabhängig von der Mptordrehzahl oder der Hubfrequenz des Presschlittens angehalten werden können. Die Motordrehzahl wird abgetastet und proportional in eine Spannung umgewandelt, die integriert wird. Außerdem wird eine Spannung erzeugt, die dem Gleitwinkel entspricht, über den die Kurbelwelle mit dem Presschlitten nach Bremsbeginn entsprechend der jeweiligen Motordrehzahl weitergedreht wird. Diese Spannung und die integrierte Spannung werden addiert und die Summe wird mit einer vorgegebenen Vergleichsspannung verglichen, und es wird ein Haltesignal zur Einleitung des Bremsvorganges der Presse ausgelöst, wenn die Summe der ersten beiden Spannungen die Vergleichsspannung erreicht.

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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist eine einfache Anordnung vorgesehen, die insbesondere in Verbindung mit einer Presse geeignet ist, die in einem verhältnismäßig schmalen Hubfrequenzbereich arbeitet. Diese Anordnung umfaßt einen Detektor, der auf die Motordrehzahl anspricht' und ein proportionales Ausgangssignal liefert, einen ersten inverter, der diese Ausgangsspannung des Detektors auf-

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nimmt und invertiert, einen zweiten Inverter, der die invertierte Ausgangsspannung des ersten Inverters aufnimmt und wiederum invertiert, einen integrierenden Inverter oder Integrator, der die Ausgangsspannung des zweiten Inverters aufnimmt und integriert sowie invertiert, eine Einrichtung zur Betätigung und Rückstellung des integrierenden Inverters während jedes Presschlittenhubes, eine Schaltung, die auf das Ausgangssignal des ersten Inverters anspricht und eine Ausgangsspannung entsprechend einem Gleitwinkel liefert, um den die Kurbelwelle zusammen mit dem Presschlitten nach Auslösung des Bremsvorganges weiterdreht, eine VergleichsSpannungsquelle zur Lieferung einer vorgegebenen Vergleichsspannung und einen Komparator, der die von dem Integrator und der Schaltung gelieferten Spannungen aufnimmt und deren Summe mit der Vergleichsspannung vergleicht und den Bremsvorgang auslöst, wenn die Summe größer als die Vergleichsspannung ist. Auf diese Weise kann der Presschlitten zwangsläufig im oberen Totpunkt unabhängig von der Kurbelwellendrehzahl festgehalten werden. Die Schaltung kann einen Widerstand umfassen, der mit einem Ende mit dem Ausgang des ersten Inverters und mit dem anderen Ende mit dem Eingang des Komparators verbunden ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Anordnung vorgesehen, die insbesondere in Verbindung mit einer Presse geeignet ist, die einen weiten Hubfrequenzbereich aufweist. In diesem Falle ist wiederum ein Detektor vorgesehen, der auf die Motordrehzahl anspricht und eine proportionale Ausgangsspannung liefert, Ein Inverter nimmt die Ausgangsspannung des Detektors auf und invertiert diese, und ein zweiter Inverter nimmt die Ausgangsspannung des ersten Inverters auf und invertiert diese wiederum. Weiterhin ist ein Detektor für den Hubfrequenzbereich vorgesehen, der auf die Ausgangsspannung des zweiten Inverters anspricht und einen Bereich aus einer Anzahl von Hubfrequenzbereichen auswählt

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oder festlegt, für die jeweils eine gesonderte Gleitwinkelcharakteristik zur Verfügung steht. Eine erste Schaltung nimmt die Ausgangsspannung des zweiten Inverters auf und liefert eine Ausgangsspannung entsprechend dem ausgewählten Hubfrequenzbereich. Eine zweite Schaltung nimmt die Ausgangsspannung des ersten Inverters auf und liefert eine Ausgangsspannung entsprechend einem Gleitwinkel, um den sich die Kurbelwelle zusammen mit dem Pres schütten nach Einleitung des Bremsvorganges entsprechend dem ausgewählten Hubfrequenzbereich weiterdreht. Ein integrierender Inverter oder Integrator nimmt die Ausgangsspannung der ersten Schaltung auf und integriert und invertiert diese. Weiterhin ist eine Einrichtung zur Betätigung und Rückstellung des integrierenden Inverters während jedes Presschlittenhubes vorgesehen. Eine Vergleichsspannungsquelle dient zur Lieferung einer vorgegebenen Vergleichsspannung, und ein Komparator nimmt die Spannungen des integrierenden Inverters und der zweiten Schaltung auf und addiert diese und vergleicht sie mit einer vorgegebenen Vergleichsspannung. Er löst ein Haltesignal zur Einleitung des Bremsvorganges aus, wenn die Summe der ersteren beiden Spannungen die Vergleichsspannung erreicht. Auf diese Weise kann der Schlitten zuverlässig im oberen Totpunkt angehalten werden,

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1

Fig. 2

ist ein Diagramm, das den Gleitwinkel als Funktion der Hubfrequenz des PresSchlittens und eine Annäherungskurve an diese zeigt;

ist ein Schaltbild zur Veranschaulichung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen BremsZeitpunkts-Steuervorrichtung;

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Fig. 3 ist ein Diagramm und zeigt den Zusammenhang zwischen der Integrator-Ausgangsspannung und dem Kurbelwellen-Drehwinkel;
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Fig. 4 ist ein Diagramm zur Erläuterung der

Arbeitsweise der Bremszeitpunkts-Steuervorrichtung, wobei der Integrator betätigt wird, wenn die Drehung der Kurbelwelle aus dem oberen Tot

punkt beginnt;

Fig. 5 ist ein Schaltbild und veranschaulicht eine Schaltung, die bei Einhub-Sicherheitsbetrieb verwendet wird;

Fig. 6 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung

der Arbeitsweise der Drehnocken-Schalter;
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Fig. 7 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Integrator im Bereich eines Hubes des Presschlittens eingeschaltet wird;

Fig. 8 " ist ein Diagramm und zeigt den angenäherten Gleitwinkel als Funktion der Hubfrequenz des Presschlittens; 30

Fig. 9 ist ein Schaltbild und zeigt eine

alternative Ausführungsform der Erfindung.

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Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Bremszeitpunktsteuerung und einer entsprechenden Vorrichtung, insbesondere zur Verwendung für eine Presse oder Stanze, die etwa einen Presschlitten umfaßt, der über eine Kurbelwelle durch einen Motor mit regelbarer Drehzahl angetrieben wird. Dieser Schlitten soll im oberen Totpunkt bei jedem Hub unabhängig von der Drehzahl des Motors anhalten. Zunächst ist der Gleitwinkel in Betracht zu ziehen, um den sich die Kurbelwelle zusammen mit dem Presschlitten weiterbewegt, nachdem der Bremsvorgang eingeleitet worden ist. Fig. 1 zeigt, daß sich der Gleitwinkel als Punktion der Drehzahl der Kurbelwelle oder der Anzahl der Hübe des Presschlittens pro Minute ändert. Es ist daher die Drehzahl (1/min.) in Fig. 1 angegeben. Die durchgezogene Linie in Fig. 1 gibt die Werte eines tatsächlich gemessenen Gleitwinkels wider« Diese Linie ist einer Geraden angenähert, die strichpunktiert dargestellt ist. Durch diese Annäherung ergibt sich ein relativ geringer Fehler von allenfalls wenigen Hüben unterhalb von - 1,5%, so daß in der Praxis keine Probleme entstehen. Wenn jedoch der Bereich der Anzahl der " Hübe um mehr als - 3% von der angenäherten geraden Linie abweicht, beträgt die Summe des Fehlers aufgrund der linearen Annäherung und des Fehlers aufgrund von elektrisehen und magnetischen Schwingungen mehr als - 8%, so daß der auf 10° eingestellte Bremsmonitor während des normalen Betriebes einen Bremsvorgang hervorruft. In diesem Falle ist es daher erforderlich, ein anderes Verfahren, wie etwa eine Annäherung mit einer Kurve zweiten Grades oder ein später beschriebenes Verfahren zu verwenden .

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, erstreckt sich die in Fig. 1 gezeigte, strichpunktierte Gerade von einem imaginären Winkel -ß. Diese Gerade kann durch folgende Gleichung widergegeben werden:

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S =

N - β

(D

In dieser Gleichung ist K- eine Konstante, N die Anzahl der Hübe des Presschlittens und β der scheinbare Gleitwinkel. Die Gleichung soll später noch einmal erläutert werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Bremszeitpunkts-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung. Mit 1 ist ein Schalter bezeichnet, der durch einen drehbaren, nicht gezeigten Schaltnocken gesteuert wird, der sich synchron mit der Kurbelwelle dreht. Ein Relais 2 wird erregt und öffnet Ruheschalter 31 und 32 entsprechend der Schließung des Schalters 1.

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Die Vorrichtung umfaßt einen Detektor 3 in Verbindung mit dem drehzahlregelbaren Motor zur Erzeugung einer Spannung proportional zu der Drehzahl des Motors und damit der Hübe des Presschlittens. Die Ausgangsspannung des Detektors 3 gelangt an einen ersten Inverter, der einen Eingangswiderstand 4 aufweist, der mit einem Ende mit dem Ausgang des Detektors 3 verbunden ist, sowie einen Rückkopplungswider stand 5 und einen ersten, invertierenden Operationsverstärker 6, dessen einer Eingang mit der ande-r ren Klemme des Eingangswiderstandes 4 und dessen anderer Eingang mit Masse verbunden ist. Der Ausgang des ersten Inverters ist mit einem zweiten Inverter verbunden, der einen Eingangswiderstand 7, der mit einer Klemme mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers 6 in Verbindung steht, einen Rückkopplungs-Widerstand 8 und einen zweiten invertierenden Operationsverstärker 9 einschließt, der mit einem Eingang mit dem anderen Ende des Eingangsverstärkers 7 und mit dem anderen Eingang mit Masse in Verbindung steht. Der Ausgang des zweiten Inverters ist mit einem Integrator verbunden, der einen verstellbaren Eingangswiderstand 10a, dessen eines Ende mit dem Ausgang des- zweiten Operationsverstärkers 9 verbunden ist, einen

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Kondensator 11, der parallel zu dem relais-gesteuerten Ruheschalter 32 geschaltet ist, und einen dritten, invertierenden Operationsverstärker 12 einschließt, der mit einem Eingang mit dem anderen Ende des Eingangswiderstandes 10a und mit dem anderen Ende mit Masse in Verbindung steht.

Weiterhin umfaßt die Vorrichtung einen Komparator mit einem Rückkopplungs-Widerstand 17 und einem vierten invertierenden Operationsverstärker 18, der mit einem Ende über einen Widerstand 13 mit dem Ausgang des dritten Operationsverstärkers 12 und über einen Widerstand 15 parallel zu einer Reihenschaltung aus einem Widerstand 16 und den relais-gesteuerten Ruheschalter 31 mit einer Bezugs-Spannungsquelle verbunden ist, während der andere Eingang auf Masse geschaltet ist. Der Ausgang des vierten Operationsverstärkers 18 ist über eine Opto-Kupplung 19 mit dem Gatter eines doppelrichtenden Trioden-Thyristors 20 verbunden, wie er etwa von der Firma General Electric Company unter dem Handelsnamen "Triac" vertrieben wird.

Weiterhin ist in der Vorrichtung ein Funktionsgenerator vorgesehen, der auf die Ausgangsspannung des Detektors 3 anspricht oder eine Spannung liefert, die proportional . zu dem angenäherten Gleitwinkel ist. Im dargestellten Beispiel weist der Funktionsgenerator die Form einer Schaltung 14 auf, die einen Widerstand 14a einschließt, der mit einem Ende mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers 6 und mit dem anderen Ende mit dem einen Eingang des vierten Operationsverstärkers 18 verbunden ist.

Anschließend soll die Arbeitsweise der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung beschrieben werden. Zunächst soll angenommen werden, daß der Integrator seinen Betrieb zu dem ZeItpunkt aufnimmt, an dem die Kurbelwelle bei jedem Presshub in der Nullstellung steht. Dadurch erleichtert sich das Verständnis der Erfindung.

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Die Spannung Vi am Ausgang des Detektors 3, die proportional zu der Drehzahl des Motors oder der Anzahl der Hübe N des Presschlittens ist, kann durch folgende Gleichung widergegeben werden:

Vi = K,

(2)

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K₂ ist eine Konstante. Die Ausgangsspannung Vi des Detektors 3 gelangt an den ersten Inverter, der an seinem Ausgang eine invertierte Spannung liefert. Die invertierte Spannung gelangt an den zweiten Inverter, durch den die Spannung wiederum invertiert wird und dieselbe Polarität wie die Ausgangsspannung Vi des Detektors 3 erlangt. Die Ausgangsspannung Vi des zweiten Inverters gelangt an den Integrator, der an seinem Ausgang eine Spannung Vo liefert, die sich aus folgender Gleichung ergibt:

Vo = -

Vi · dt

• Vi-1

(3)

In diesem Falle ist C die Kapazität des Kondensators 11, R der Widerstandswert des Widerstandes 10a und t die Zeit nach dem Einschalten des Integrators.

Wenn die Zeit t diejenige Zeit ist, die für eine Drehung der Kurbelwelle um 360° aus ihrer Nullstellung oder für einen Hub des Presschlittens erforderlich ist, so ergibt sich t aus folgender Gleichung:

t = K₃/N

(4)

In dieser Gleichung ist K₃ eine Konstante. Die Spannung am Ausgang des Integrators am Ende eines Hubes des Pressschlittens ergibt sich durch Einsetzen der·Gleichungen 2 und 4 in die Gleichung 3:

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^VO1 * - -ΘΓ * ^K2^N * V^N K₂ ..K₃ _

CR (5)

Aus der Gleichung 4 geht hervor, daß die Ausgangsspannung Vo₁ des Integrators nach Beendigung des Hubes des Pressschlittens stets konstant ist, unabhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle und der Anzahl der Hübe des Press-Schlittens. Fig. 3 zeigt in einer Linie die Äusgangsspannung des Integrators in Bezug auf den Drehwinkel der Kurbelwelle, der sich aus folgender Formel ergibt!

Vo = K₄ · CU (6)

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In dieser Gleichung ist <*» der Winkel, um den sich die Kurbelwelle aus ihrer Null-Grad-Position gedreht hat, und K. ist eine Konstante, nämlich K₉ · K,/360CR.

Wenn die Vergleichsspannung, die an einen Eingang des vierten Operationsverstärkers 18 gelangt, auf Vo- eingestellt wird, liefert der Komparator ein Haltesignal zur Einleitung des Brennvorganges an der Presse, sobald der Presschlitten den oberen Totpunkt erreicht. Zum Anhalten des Presschlittens an seinem oberen Totpunkt ist es in der Praxis weiterhin erforderlich, den Gleitwinkel zu berücksichtigen, über den die Kurbelwelle ihre Drehung nach Einleitung des Bremsvorganges fortsetzt. Der Funktionsgenerator der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung dient diesem Zweck und liefert eine Spannung Vf gemäß folgender Gleichung:

Vf = K₅ · (K₁-N-P) (7) ^ In dieser Gleichung ist K₅ eine Konstante.

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Die Spannung Vf des Funktionsgenerators gelangt an einen Eingang des Operationsverstärkers 18 des !Comparators zusammen mit der Ausgangsspannung Vo des Integrators und der Vergleichsspannung, die auf Vo₁ eingestellt ist. Der Komparator addiert die Spannungen Vf und Vo und vergleicht die Summe der Spannungen Vf und Vo mit der Vergleichsspannung Vo₁ und liefert ein Haltesignal zur Einleitung des Bremsvorganges an der Presse, wenn die Summe der Spannungen Vf und Vo die Vergleichsspannung Vo₁ erreicht. In diesem Falle werden die Konstanten K₁, K.

und K_ in geeigneter Weise derart ausgewählt, daß sich die Beziehung der Fig. 4 ergibt, in der eine Linie der Ausgangsspannung des Funktionsgenerators in Bezug auf die Anzahl der Hübe des Presschlittens in symmetrischer Weise einer Linie der Ausgangsspannung des Integrators in

Bezug auf den Kurbelwellenwinkel unter der Bedingung . ß = ο überlagert ist, so daß die Bedingung Vo₁ = Vo + Vf bei jeder beliebigen Anzahl von Hüben eingehalten werden kann.
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Obwohl die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Bremszeitpunkts-Steuervorrichtung unter der Annahme beschrieben worden ist, daß der Integrator seinen Betrieb zum Zeitpunkt des Beginns des Hubes des Presschlittens von seinem oberen Totpunkt her aufnimmt, ist es vielfach notwendig, daß der Presschlitten seinen Hub an einem anderen Punkt beginnt, wie etwa bei einem einhubigen Sicherheitsbetrieb, wie anschließend anhand von Fig. 5 und 6 erläutert werden soll.
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Fig. 5 zeigt eine Steuervorrichtung für einen einhubigen Sicherheitsbetrieb, bei der eine Spannungsquelle von 100 V Wechselstrom über eine Reihenschaltung aus einem doppelrichtenden Trioden-Thyristor 20 (Triac), einem Schalter 21 mit drehbarem Schaltnocken und relais-gesteuerten Schaltern 23 und 24 und zugleich über einen Betriebsschalter 28 mit einer Parallelschaltung aus Relais 22

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und 25 zum Schließen der Schalter 23 und 24 bei Erregung, sowie Kupplungs- und Bremsmagneten 26 und 27 verbunden ist. Der Kupplungs-Magnet 26 kuppelt die Kupplung bei Erregung ein, und der Brems-Magnet 27 löst die Bremse bei Erregung. Der Betriebsschalter 28 schließt einen Druckknopf-Schalter 28a und einen Gegenwirkungs-Kontakt 28b ein, der durch eine nicht gezeigte Schaltung derart gesteuert wird, daß der Kontakt 28b geschlossen bleibt, bis beispielsweise der Drehwinkel der Kurbelwelle 200° erreicht, sofern sie einmal gedreht ist.

Wenn der Schalter 28b einmal geöffnet worden ist, bleibt er geöffnet, bis der Druckknopf 28a zu dem Zeitpunkt . gelöst wird, an dem der Schlitten den oberen Totpunkt erreicht. Der Schalter 21 wird durch einen nicht gezeigten drehbaren Nocken betätigt, der synchron zu der Kurbelwelle umläuft, der Schließbereich des Schalters ist in Fig. 6 gezeigt.

Wenn im Betrieb der Druckknopf 28a niedergedrückt wird, werden die Relais 22 und 25 erregt, so daß sie die Schalter 23 und 24 schließen, und der Kupplungs-Magnet 26 und der Brems-Magnet 27 werden erregt, so daß die Kupplung eingreift und die Bremse gelöst wird und der Pressschlitten mit der Bewegung beginnt. Wenn der Druckknopf 28a gelöst wird, bevor die Kurbelwelle ihre mit A bezeichnete Position erreicht, werden die Relais 22 und 25 und die Magneten 26 und 27 abgeschaltet, so daß die Kupplung gelöst und die Bremse eingeschaltet wird und die Bewegung des Presschlittens unterbrochen wird. Wenn andererseits die Kurbelwelle die Position A passiert hat, wird der Nocken-Schalter 21 geschlossen, so daß sich eine selbsthaltende Schaltung einschließlich des Trioden-Thyristors 20, des Schalters 21 und der relais-gesteuerten Schalter 23 und 24 ergibt und die Relais 22 und 25 sowie die Magneten 26 und 27 auch dann erregt bleiben, wenn der Druckknopf 28a losgelassen wird. Der Bedienungsmann der Maschine kann daher den Druckknopf 28a loslassen, um den.

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Presschlitten anzuhalten, bevor die Kurbelwelle die Winkelposition A erreicht hat. Ein derartiger Einhub-Sicherheitsbetrieb ist insbesondere nützlich beim Zurechtrükken des Gegenstandes in einer Position des PresSchlittens nach Beginn des Betriebes ohne jegliche Gefahr.

Wenn der Presschlitten angehalten worden ist oder mit der Bewegung im Laufe seines Hubes begonnen hat, wie es sich beim Einhub-Sicherheitsbetrieb ergibt, werden die Konstanten K₁, K- und K_g in geeigneter Weise ausgewählt, so daß sich die in Fig. 7 dargestellte Beziehung ergibt. In Fig. 7 ist die Ausgangsspannung des Funktionsgenerators gegen die Anzahl der Hübe des Presschlittens dargestellt, und die Ausgangsspannung des Integrators ist in Bezug auf den Drehwinkel der Kurbelwelle gezeigt und symmetrisch in Bezug auf den Schnittpunkt unter der Bedingung β = ο überlagert, so daß eine Beziehung Vo- = Vo + V_p stets bei einer gegebenen Anzahl von Hüben verwirklicht wird, sofern V02 die als Vergleichsspannung eingestellte Spannung ist, die gleich der Spannung des Integrators ist, wenn der Pressschlitten seinen oberen Totpunkt erreicht. Mit CXy₁ in Fig. 7 ist der Winkel bezeichnet, um den sich die Kurbelwelle dreht, nachdem der Schalter 1 zur Einleitung des Betriebs des Integrators eingeschaltet worden ist.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist der Schalter 1 geschlossen, während sich die Kurbelwelle aus der Winkelposition C, in der das Haltesignal abgegeben wird, wenn sich die Kurbelwelle mit maximaler Drehzahl dreht, in die Winkelposition D dreht. Die Position D liegt um 10 bis 20° hinter der Winkelposition B, in der das Haltesignal abgegeben wird, wenn sich die Kurbelwelle mit minimaler Drehzahl dreht. Durch Schließen des Schalters 1 werden die Ruheschalter 31 und 32 geöffnet. Wenn der relais-gesteuerte Schalter 31 geschlossen ist, verbindet er den Widerstand 16 parallel zu dem Widerstand 15, so daß sich eine höhere Bezugsspannung am Komparator ergibt und der Ausgang des

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Operationsverstärkers 18 positiv bleibt. Dadurch bleibt der Trioden-Thyristor 20 eingeschaltet. Wenn der relaisgesteuerte Schalter 32 geschlossen wird, hält er den Integrator ausgeschaltet.
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Obgleich der in Fig. 1 gezeigte Gleitwinkel anwendbar ist in Verbindung mit einer Presse, die innerhalb eines relativ geringen Frequenzbereichs des Schlittenhubes arbeitet, reicht die Genauigkeit nicht aus für Pressen mit sehr unterschiedlichen Hubzahlen des Presschlittens. Fig. zeigt eine alternative Gleitwinkel-Annäherung, die in diesem Falle geeignet ist. Der zur Verfügung stehende Bereich der Anzahl der Presschlitten-Hübe pro Zeiteinheit ist unterteilt in eine geeignete Anzahl von Unterbereichen, so daß der Gleitwinkel in jedem Unterbereich annähernd als gerade Linie behandelt werden kann.

Fig. 9 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, die von dieser alternativen Gleitwinkel-Annäherung Gebrauch macht. Es werden gleiche Bezugsziffern wie in Fig. 6 und 2 verwendet. Die Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers 9, die proportional ist zu der Anzahl der Hübe des Presschlittens, gelangt an einen Eingang der ersten bis vierten, umkehrenden Operationsverstärker 91 bis 94, die an den anderen Eingängen Vergleichsspannungen E₁P₁G und I aufnehmen, die für die entsprechenden Unterbereiche der Hubzahl gemäß Fig. 8 eingestellt sind. Jeder Operationsverstärker wird invertiert, wenn die Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers 9 die Vergleichsspannung erreicht.

Erste, zweite und dritte NICHT-UND-Gatter 301 bis 303 sind dazu vorgesehen, daß ein Signal von einem ausgewählten Gatter und dem vierten, invertierenden Operationsverstärker 94 erhalten werden kann, je nach der Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers 9. Mit 201 bis 203 sind erste bis dritte Inverter bezeichnet.

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Die Ausgangsspannung des ersten Operationsverstärkers 6 gelangt über eine erste Schaltung 14 an einen Komparator/ der den Operationsverstärker 18 einschließt. Die Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers 9 gelangt über eine zweite Schaltung 10 an den Integrator, der den Operationsverstärker 12 einschließt. Die erste Schaltung 14 umfaßt erste bis vierte Stellwiderstände

141 bis 144, die in Reihe mit Feldeffekt-Transistoren (FET) 151 bis 154 verbunden sind, wobei die verschiedenen Reihenschaltungen parallel zueinander geschaltet sind. Die zweite Schaltung 10 umfaßt fünfte bis achte Stellwiderstände 101 bis 104 in Reihenverbindung mit Feldeffekt-Transistoren 111 bis 114, wobei die verschiedenen Reihenschaltungen parallel zueinander geschaltet sind.

Die ersten und fünften Stellwiderstände 141 und 101 dienen zur Einstellung der Spannung E auf eine Spannung E¹ (siehe Fig. 8), die zweiten und sechsten Stellwiderstände

142 und 102 dienen zur Einstellung der Spannung F auf einer Spannung F¹, und die dritten und siebten Stellwiderstände 143 und 103 sind zur Einstellung der Spannung G auf eine Spannung G¹ vorgesehen. Die vierten und achten Stellwiderstände 144 und 104 dienen zur Einstellung der Spannung I auf eine Spannung I¹ und damit zur Spannungskompensation, wenn der Unterbereich der Hubzahl gewechselt

25 wird.

Die ersten und fünften Feldeffekt-Transistoren 151 und werden eingeschaltet entsprechend der Ausgangsspannung des ersten NICHT-UND-Gatters 301. Die zweiten und sechsten Feldeffekt-Transistoren 152 und 112 warden eingeschaltet entsprechend der Ausgangsspannung des zweiten NICHT-UND-Gatters 302. Die dritten und siebten Feldeffekt-Transistoren 153 und 113 werden eingeschaltet entsprechend der Ausgansspannung des dritten HICHT-UND-Gattsrs 303. Die vier- ten wad achtes Feldeffekt-Transistoren 154 und 114 werden eiagaschaltet sntspreoiasacl äsr Äusgaagsspsmrung des viertea„ invertierenden Operationsverstärkers 94 „

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Die Arbeitsweise der Ausführungsform der Fig. 9 soll anschließend beschrieben werden. Wenn die Vergleichsspannung, die eingestellt wird auf Vo₀ = K₁ · N - ß, der Span-

* ' max ^r

nung Vf des Funktionsgenerators gleich ist, die ihrerseits proportional zu dem annähernden Gleitwinkel ist, während sich die Presse mit maximaler Hubzahl abwärts bewegt, kann die Bedingung Vo₂ = Vo + Vf erfüllt werden, wie es in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben worden ist, und zwar auch dann, wenn der Betrieb des Integrators einschließlich des Operationsverstärkers 12 durch den Schalter 1 im Laufe des Pressvorganges eingeschaltet worden ist. Da die Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers 9 über der Spannung E (Fig. 8) bei einer Pressschlitten-Hubfrequenz von 100 -p— liegt, befindet sich der Ausgang des ersten Operationsverstärkers 91 auf einem niedrigen, negativen Wert, während die Ausgänge des zweiten bis vierten Operationsverstärkers 92 bis 94 auf einem hohen positiven Wert liegen. Dadurch ändert sich das Ausgangssignal des ersten NICHT-UND-Gatters 301 von einem niedrigen, negativen Wert auf einen hohen, positiven Wert, so daß der erste und der fünfte Feldeffekt-Tran·? sistor 151,111 leitend werden und der Integrator einschließlich des Operationsverstärkers 12 die eingestellte Spannung E¹ aufnimmt. Dadurch ergibt sich ein Haltesignal zur Einleitung des BremsVorganges der Presse bei einem Gleitwinkel P₁₀₀ (Fig.. 8) bei einer Anzahl von Presschlitten-Hüben im Bereich von 100 bis 150 —r—. . In ähnlicher

mm

Weise wird ein Haltesignal bei einem Gleitwinkel P-icq (Fig. 8) bei einer Hubzahl des Presschlittens im Bereich von 150 bis 200 -4- , ein Gleitwinkel ß_onn (Fig. 8) bei

ItIXXl

einer Hubzahl im Bereich von 200 bis 250 -4— und ein Gleit-

min

winkel P₂5Q k^ei einer Hubzahl des Presschlittens oberhalb ²⁵⁰HH erzeugt.

Die Erfindung ermöglicht daher eine Bremszeitsteuerung, die verwendet werden kann in Verbindung mit einer Presse, die einen Presschlitten aufweist, der durch eine Kurbel-

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welle und einen Motor mit veränderlicher Drehzahl angetrieben wird. Erfindungsgemäß kann der Presschlitten zuverlässig im oberen Totpunkt angehalten werden, unabhängig von der Drehzahl des Motors oder der Anzahl der Hübe des Presschlittens. Die Erfindung kann jedoch auch in anderen Bereichen als dem Bereich der Pressen angewendet werden.

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-ft-

L e e r s e i t e

Claims

PATENTANWÄLTE
TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTEflB53U3

-80OO München 22 D-4800 Bielefeld

Triftstraße 4 Siekerwall 7

PP 78-49-W.Ger.
St/ri

8. Dez. 1378

KABUSHIKI KAISHA KOMATSU

SEISAKUSHO

3-6, 2-chome, Akasaka,

Minato-ku,

TOKYO, Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Bremszeitspunkts-

Steuerung

PRIORITÄT: 9. Februar 1978, Japan, No. 14341/78

PATENTANSPRÜCHE

1.J Verfahren zur Bremszeitpunkts-Steuerung, insbesondere für eine Presse mit einem über eine Kurbelwelle durch einen Motor mit regelbarer Drehzahl angetriebenen Pressschlitten, dadurch gekennze ichnet, daß man die Drehzahl des Motors abtastet und eine erste Spannung erzeugt, die zu dieser Drehzahl proportional ist, daß man diese Spannung bei jedem Hub des Presschlittens inte- ' griert, daß man eine zweite Spannung proportional zu dem Gleitwinkel erzeugt, über den die Kurbelwelle entsprechend der Motordrehzahl bei Einleitung des Bremsvorganges wei-

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ORIGINAL JNSPECTED

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tergedreht wird, und daß man die Summe der integrierten Spannung und der zweiten Spannung mit einer vorgegebenen Vergleichsspannung vergleicht und ein Haltesignal zur Einleitung des BremsVorganges erzeugt, wenn die Summe der beiden ersteren Spannungen die Vergleichsspannung erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Bereich aus einer Anzahl von Hubfrequenzbereichen des Presschlittens auswählt, wobei für diese Bereiche eine angenäherte Gleitwinkel-Charakteristik verfügbar ist, und daß man die zweite Spannung und die erste Spannung entsprechend dem ausgewählten Hubfrequenz-Bereich einstellt.

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3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennze lehnet durch einen Detektor (3)zur Abtastung der Motordrehzahl und zur Bildung einer Ausgangsspannung proportional zu der Motordrehzahl, einen Integrator (10,11,12) zum Integrieren der Ausgangsspannung des Detektors (3), eine Einrichtung zur Betätigung und Rückstellung des Integrators während jedes Hubes des Presschlittens, einen Funktionsgenerator (14,14a), der auf die Ausgangsspannung des Detektors anspricht und eine Ausgangsspannung proportional zu dem Gleitwinkel der Kurbelwelle nach Einleitung des Bremsvorganges liefert, eine VergleichsSpannungsquelle zur Abgabe einer vorgegebenen Vergleichsspannung, und einen Komparator (17,18) zum Vergleichen der Summe der Spannun- " gen des Integrators und des Funktionsgenerators mit der Vergleichsspannung und Bildung eines Haltesignals zur Einleitung des Bremsvorganges bei Erreichen der Vergleichsspannung durch die Summe der ersteren Spannungen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen ersten Inverter (4,5,6) zur Aufnahme der Ausgangsspannung des Detektors (3), einen zweiten

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Inverter (7,8,9) zur Aufnahme des Ausgangssignals des ersten Inverters, einen integrierenden Inverter (10,11, 12) zur Aufnahme der Ausgangsspannung des zweiten Inverters und zum Integrieren und Invertieren dieser Ausgangsspannung, eine Einrichtung zur Betätigung und Rückstellung des integrierenden Inverters während jedes Hubes des Presschlittens, eine Schaltung (14,14a) in Verbindung mit dem Ausgang des ersten Inverters (4,5,6) zur Bildung einer Ausgangsspannung entsprechend einem Gleitwinkel, den die Kurbelwelle nach Einleitung des Bremsvorganges zurücklegt, eine Vergleichsspannungsquelle zur Lieferung einer vorgegebenen Vergleichsspannung und einen Komparator (17,18) zur Aufnahme der Spannung des integrierenden Inverters (10,11,12) und der Schaltung (14,14a) sowie der Vergleichsspannung und zu deren Addition zur Bildung eines Haltesignals zur Auslösung des Bremsvorganges, sofern die Summe der ersten beiden Spannungen die Vergleichsspannung erreicht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (14,14a) einen Widerstand (14a) umfaßt, dessen eines Ende mit dem Ausgang des ersten Inverters (4,5,6) und dessen anderes Ende mit dem Eingang des Komparators (17,18) verbunden ist.

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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, g ekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Abtastung des Hubfrequenzbereiches, die mit dem Ausgang des zweiten Inverters (7,8,9) verbunden ist, eine erste

30. Schaltung (10), die die Ausgangsspannung des zweiten Inverters aufnimmt und eine Ausgangsspannung entsprechend dem ausgewählten Hubfrequenzbereich bildet, eine zweite Schaltung (14), die mit dem Ausgang des ersten Inverters (4,5,6) verbunden ist und eine Ausgangsspannung entsprechend einem Gleitwinkel bildet, um den die Kurbelwelle nach Einleitung des Bremsvorganges entsprechend dem Hub- · frequenzbereich weiterdreht, einen integrierenden Inver-

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ter (11,12) zur Aufnahme der Ausgangsspannung der ersten Schaltung (10) zum Integrieren und Invertieren dieser Spannung, eine Einrichtung zur Betätigung und Rückstellung des integrierenden Inverters während jedes Hubes des Presschlittens, eine Vergleichsspannungsquelle zur Lieferung einer vorgegebenen Bezugsspannung, und einen Komparator (17,18) zur Aufnahme der Ausgangsspannung des integrierenden Inverters und der zweiten Schaltung (14) sowie der Vergleichsspannung und zur Abgabe eines Haltesignals zur Auslösung des Bremsvorganges, wenn die Summe der ersten beiden Spannungen die Vergleichsspannung erreicht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η nzeichnet, daß die erste Schaltung (10) eine Anzahl von Reihenschaltungen aus Widerständen (102,103, 104) und Feldeffekt-Transistoren (111,112,113,114) umfaßt, die auf das Ausgangssignal des Hubfrequenzbereich Detektors ansprechen und den Widerstand zwischen den Ausgang des zweiten Inverters und dem Eingang des integrierenden Inverters einschalten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g ekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (14) eine Anzahl von Reihenschaltungen aus Widerständen (141,142,143,144) und Feldeffekt-Transistoren (151,152, 153,154) umfaßt, die auf das Ausgangssignal des Hubfrequenz-Detektors ansprechen und den Widerstand zwischen den Ausgang des ersten Inverters (4,5,6) und den Eingang des !Comparators schalten.

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