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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb
einer Presse, bei dem das während des Pressenbetriebs
entstehende Geräusch reduziert wird, sowie einen Servoregler
hierfür. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren
zum Betreiben einer Presse, bei dem ein Servomotor zum
Antrieb des Pressenaggregats zwecks Minderung des beim Betrieb
der Presse anfallenden Geräuschs programmgesteuert wird, und
einen Servoregler hierzu.
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Je nach Art der Kunststoffverarbeitung werden
unterschiedliche Pressentypen gewählt und eingesetzt. Diese Pressen
lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen, nämlich in
mechanische Pressen, die sich zu ihrem Antrieb einer
mechanischen Kraft als Antriebsquelle bedienen, sowie in
hydraulische Pressen, die mit Hydraulikdruck wie beispielsweise
dem Druck von Öl oder Wasser arbeiten.
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Mechanische Pressen zeichnen sich aus durch hohe
Betriebsgeschwindigkeit und hohe Produktivität, während hydraulische
Pressen diesen dadurch überlegen sind, dass die
Druckbeaufschlagung über längere Zeit hinweg möglich ist, dass der
Druck bleibend vorgehalten werden kann, dass die Druckhöhe
auf einfache Weise einstellbar ist und dass hoher Druck
erzeugt werden kann. Zur Kraftübertragung bei mechanischen
Pressen sind Kurbel-, Kniehebel-, Nockenspindel-,
Zahnstangen- und Kulissenmechanismen bekannt. Schwungradlose
mechanische Pressen sind zur Kraftübertragung mit Spindel-,
Zahnstangen- oder Kulissentrieben ausgerüstet, wobei viele von
ihnen nur geringe Baugrössen aufweisen. Ihr
Energiespeichervermögen ist klein, ihr Hub richtet sich nach dem Widerstand
des jeweiligen Werkstücks und ihr unterer Totpunkt ist
instabil.
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Andererseits werden Systemträger für integrierte schaltungen
durch Ausstanzen von Blechmaterial hergestellt, wobei der
jeweils erforderliche Druck von Pressen erzeugt wird und
hierzu in aller Regel hydraulische Pressen zum Einsatz
kommen, weil eine eventuell falsche Bearbeitungslage mit einem
Fühler wie beispielsweise einem Prüfstift erfasst und die
Presse sofort abgeschaltet werden muss, um Ausschussprodukte
beispielsweise infolge einer Falschlage des Werkstücks im
Stanzwerkzeug zu vermeiden. Anders ausgedrückt sind die
hydraulischen Pressen in ihren Steuerungseigenschaften,
beispielsweise beim Anhalten und Anfahren, überlegen, so dass
sie für den vorbeschriebenen Zweck eingesetzt werden.
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Hydraulische Pressen sind jedoch mit dem Nachteil eines sehr
unangenehmen Betriebsgeräuschs behaftet, das sich aus dem
Arbeitsgeräusch der Hydraulikpumpe, aus einem beim
Expandieren der Hydraulikleitung für den Pressenbetrieb erzeugten
intermittierenden Hochtongeräusch, dem Betriebsgeräusch von
Elektromagneten usw. zusammensetzt. Weiterhin wird bei
Hydraulikpressen selbst im Ruhezustand derselben bei EINGE-
LEGTEM Schalter für die Hydraulikpumpe mehr elektrischer
Strom verbraucht als beim Betrieb der Presse, was als
unwirtschaftlich zu gelten hat.
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Mechanische Pressen erzeugen einen hohen Geräuschpegel durch
das Geräusch des rotierenden Schwungrads, das beim Ein- und
Auskuppeln erzeugte Geräusch sowie durch Spiel verursachtes
mechanisches Reibungsgeräusch. Darüberhinaus ist
festzustellen, dass beim Auftreffen des Werkzeugs auf das Werkstück
bei der Kunststoffverarbeitung in sowohl hydraulischen als
auch mechanischen Pressen ein extrem hohes Schlaggeräusch
entsteht, desweiteren beim Ablösen des geschnittenen
Werkstücks vom Werkzeug ein nachfolgend als "Trenngeräusch"
bezeichnetes Geräusch. Da somit also die Pressen bis heute als
die Hauptverursacher starken Geräuschs in den Werken
anzusehen sind, stellt die Lösung des Problems, wie unerwünschte
Geräusche bei sowohl hydraulischen als auch mechanischen
Pressen gemindert werden könnten, für die in diesen
Industriebereichen arbeitenden Menschen das sicherlich
wichtigste Anliegen dar.
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Allgemein ist Lärmbelästigung in Fabriken oder dergleichen
für die Menschen dort nicht nur unangenehm, sondern auch
verantwortlich für deren mentale Erschöpfung. Dies hat zur
Folge, dass die Zahl der Arbeitsunfälle zu- und die
Arbeitseffektivität abnimmt. Weiter kann sie zur einer
Beeinträchtigung des Hörvermögens führen. Bei Personen, die bei der
täglichen Verrichtung ihrer Arbeit über längere Zeit hinweg
starkem Geräusch ausgesetzt sind, besteht die Gefahr einer
schliesslichen Erkrankung an berufsbedingter Bradyacusia.
Zum Schutze der Gesundheit des arbeitenden Menschen sind
also entsprechende Massnahmen zu treffen, wobei unter diesem
Aspekt durch akademische Stellen und vom Gesetzgeber auf der
Grundlage bestimmter Faktoren wie beispielsweise der
Mittenfrequenz
sowie der Einwirkungsdauer pro Tag bereits
entsprechende Normen aufgestellt worden sind, um Hörschäden zu
vermeiden.
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So wurde beispielsweise von der Industrial Sanitary Society
of Japan im Jahre 1975 ein zulässiger Geräuschpegel
festgelegt. Nach dieser Norm ist die tägliche Einwirkungszeit
begrenzt auf 2 Stunden bei 85 Phon. Zur Erfüllung dieser Norm
wird nach gängiger Praxis die Presse mit einer kastenartigen
Verkleidung umgeben, was ihre Aussenabmessungen vergrössert
sowie das Erscheinungsbild des Werks und die
Bedienungsfreundlichkeit ausserordentlich beeinträchtigt. Weiter wird
entsprechend Werksfläche verschwendet.
ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die US-A-3 046 875 beschreibt eine Presse zur Verarbeitung
von Blechmaterial, die zur Steigerung der Produktion für
mindestens zwei Arbeitsgeschwindigkeiten konzipiert ist,
wobei der Übergang von der einen auf die andere
Geschwindigkeit allmählich vonstatten geht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines
Verfahrens zum Betreiben einer Presse, welches eine
Reduzierung des beim Pressenbetrieb entstehenden Geräuschs
ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit dem durch die in Anspruch 1
offenbarten Merkmale gekennzeichneten erfindungsgemässen
Verfahren.
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Das erste Merkmal der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein
Verfahren zum Betreiben einer Presse, die ausgebildet ist
zur Aufbringung einer äusseren Kraft auf einen Teil oder die
Gesamtheit der Oberfläche eines Werkstücks, um in diesem
eine plastische Verformung zu bewirken, welches Verfahren
umfasst einen Annäherungsschritt, in dem das Werkzeug zum
Aufbringen der äusseren Kraft auf das Werkstück mit einer
vorgegebenen Geschwindigkeit an das Werkstück herangeführt
wird, einen Bearbeitungsschritt, in dem die
Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs auf eine Geschwindigkeit
abgesenkt wird, die niedriger ist als die Geschwindigkeit in der
Annäherungsphase, um eine plastische Verformung im Werkstück
herbeizuführen, und einen Trennungsschritt, in dem nach
Beendigung der Bearbeitung das Werkzeug von dem Werkstück
getrennt wird.
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Nach einem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird
ein Servoregler vorgesehen für eine Presse mit einem Gestell
bzw. Gehäuse, einem auf dem Gehäuse gelagerten Servomotor,
einem Kraftübertragungsmechanismus zum Übertragen der
Drehantriebskraft des Servomotors, und einem Mechanismus zur
Umwandlung der von der Übertragungsmechanik beaufschlagten
Kraft in die Hin- und Herbewegung eines Stempels, welcher
Servoregler aufweist eine Steuer- und Anzeigetafel mit einer
Anzahl von Schaltern zur Bestimmung der
Stempel-Bewegungsposition durch Steuerung der Drehbewegung des Servomotors,
eine Servoreglereinheit zur Steuerung der Bewegung des
Servomotors sowie eine Zentraleinheit zur Ausgabe von Befehlen an
die Servoreglereinheit auf der Basis von über die
Steuer- und Anzeigetafel eingegebenen Befehlssignalen.
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Bei Anwendung des vorbeschriebenen ersten Merkmals der
vorliegenden Erfindung in einer konventionellen Hydraulikpresse
ergeben sich folgende Probleme: nachdem der Luftdruck, der
Öldruck (Luft ist allgemein mit dem Öl vermischt) bzw. das
Leitungssystem selbst bei einer scheinbaren Absenkung der
Stanzgeschwindigkeit des Stempels zum Zeitpunkt des
Schneidens von Blechmaterial einen dämpfenden Einfluss ausübt,
beginnt der Schneidvorgang erst nach fortgeschrittenem
Eindringen des am äusseren Ende des Stempels angeordneten
Werkzeugs in das Werkstück und nach erfolgter
Schneiddruckspeicherung im Rohrsystem. Damit wird vom Luft- bzw. Öldruck und
vom Leitungssystem auf unerwünschte Weise Energie
gespeichert und damit die Stempelgeschwindigkeit zum Zeitpunkt des
Schneidens des Werkstücks erhöht statt verringert mit dem
Ergebnis, dass Geräusch entsteht. Diese Anwendungsform ist
also weniger wirksam.
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Da die erfindungsgemässe Presse mit einem mechanischen
System zur Übertragung von Pressdruck ausgestattet ist,
tritt eine geringere Dämpfung ein als bei einer
Hydraulikpresse (Luft allgemein mit Fluid vermischt) oder einem mit
Druckluft arbeitendem Pressenaggregat. Die vorliegende
Erfindung ermöglicht einen so ruhigen und glatten Betrieb als
würde Eisenblech mit einer Handblechschere geschnitten. In
einem Versuchsbeispiel einer an anderer Stelle noch zu
beschreibenden Ausführungsform konnte bei der
erfindungsgemässen Presse einfach durch Reduzierung der
Drehgeschwindigkeit des Servomotors auf die Hälfte seiner
Normalgeschwindigkeit lediglich zum Zeitpunkt der Geräuschbildung bei
einer Arbeitsgeschwindigkeit von 40 Hüben pro Minute das
Geräusch auf 65 Phon gesenkt werden, während das in einer zur
Herstellung von Systenträgern für integrierte Schaltungen
eingesetzten konventionellen ölhydraulischen Presse unter
gleichen Betriebsbedingungen, d.h. bei einer
Arbeitsgeschwindigkeit von 40 Hüben pro Minute, anfallende Geräusch
85 Phon betrug.
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Darüberhinaus konnte gegenüber der konventionellen
ölhydraulischen Presse der Energieverbrauch weitgehend gesenkt
werden. In einem Versuchsbeispiel einer noch zu beschreibenden
Ausführungsform wurde der Motor einer konventionellen
ölhydraulischen Presse mit 100 % Leistung bei 2.2 kW gefahren.
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Demgegenüber wurde in einer erfindungsgemässen Presse
gleicher Leistung ein Servomotor von 0.5 kW im Zeitverhältnis
von 50 % benutzt und lag der Verbrauch an elektrischer
Energie im Mittel bei 1/10 des Energieverbrauchs des
ölhydrauhschen Pressenaggregats. Der Vergleich der Geräuschpegel
zwischen dem Verfahren zum Betreiben einer
erfindungsgemässen und einer herkömmlichen mechanischen Presse ergab, dass
das Geräusch in im wesentlichen gleicher Weise wie im Falle
der vorbeschriebenen konventionellen ölhydraulischen Presse
stark reduziert war. Was die Abmessungen betrifft lässt sich
feststellen, dass die erfindungsgemässe Presse in einer im
wesentlichen dem Zylinderteil der konventionellen
ölhydraulischen Presse entsprechenden Baugrösse vorgesehen werden
konnte und dennoch im wesentlichen die Leistung der
letztgenannten Presse erbrachte. Anders ausgedrückt lässt sich also
die erfindungsgemässe Presse in ihren baulichen Abmessungen
beträchtlich reduzieren.
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In den Fällen, da die Bewegung des Pressenstempels über
einen vorgegebenen Hub erfolgt, durchläuft der Stempel der
konventionellen mechanischen Presse beim Betrieb den
gesamten Auslegungshub selbst dann, wenn dies für die jeweilige
Aufgabe nicht erforderlich ist. Nachdem das Hochlaufen mit
höchster Gefahr verbunden ist, war es bisher erforderlich,
umfassende Schutz- und Sicherheitsmassnahmen vorzusehen. Da
aber mit dem erfindungsgemässen Servoregeler der Stempel von
Anfang an mit voller Geschwindigkeit gefahren und bei
Feststellung einer Unregelmässigkeit beim Werkstück durch einen
im Innern des Werkzeugs installierten Fühler angehalten
werden kann, lässt sich der Stempel verzögerungsfrei auf
kürzestem Wege stillsetzen.
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Da der Hubweg des Stempels kurz ist und der Stempel im
Gegensatz zur konventionellen mechanischen Presse nur die von
Fall zu Fall erforderliche Bewegung vollführt, ist die
erfindungsgemässe Presse sicher einsetzbar und besteht
keinerlei Gefahr, dass der Pressenführer mit seinen Fingern in den
Freiraum zwischen dem am äusseren Ende des Stempels
angeordneten Werkzeug und dem Werkstück gelangen kann. Da keine
überflüssige Bewegung stattfindet, wird auch der
betriebliche Wirkungsgrad der Presse erhöht. Weiter ist es bei der
mechanischen Presse wesentlich, dass die Mechanik
ordnungsgemäss ölgeschmiert wird: wird dies vom Pressenführer
vergessen, so können Festfressungen auftreten, die den weiteren
Einsatz der Presse unmöglich machen. Damit war dieses
erforderliche Nachschmieren bislang immer ein kritischer Faktor,
wobei als weiterer Nachteil hinzukommt, dass die gesamte
Presse mit Öl verschmiert bzw. verklebt werden kann.
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Bei der erfindungsgemässen Presse ist die Mechanik in einem
vollständig geschlossenen und mit Öl gefüllten Kasten
untergebracht. Damit lassen sich das lästige Nachölen und die
Gefahr eines Festfressens infolge Ölmangels ausschalten und
bleibt die Maschine zuverlässig über längere Zeiträume
hinweg betriebsfähig. Der grösste Vorteil besteht jedoch darin,
dass die Ölfüllung des den Kraftübertragungsmechanismus
aufnehmenden Gehäuses eine Reduzierung des mechanischen
Geräuschs ermöglicht. Die mit den vorbeschriebenen Merkmalen
ausgestattete vorliegende Erfindung soll folgende
Voraussetzungen erfüllen:
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung
eines Verfahrens zum Betreiben einer Presse, das eine
Reduzierung des während des Pressenbetriebs entstehenden
Geräuschs ermöglicht.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Schaffung eines mechanischen Sytems für eine Presse, das
eine
Absenkung der bei einer Reihe von Pressen-Operationen
erzeugten Geräusche gewährleistet.
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Schliesslich sieht noch eine Aufgabe der Erfindung vor die
Schaffung eines Servoreglers für eine Presse, der für eine
Programmsteuerung zur Optimierung des Pressenbetriebs
konzipiert ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es bedeutet:
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Figur 1 ein Funktionsdiagramm der erfindungsgemässen Presse;
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Figur 2 eine zum Teil weggebrochen gezeichnete
Perspektivansicht als Gesamtansicht einer im Rahmen der vorliegenden
Erfindung eingesetzten Presse 1;
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Figur 3 eine Ansicht einer Steuer- und Anzeigetafel des
erfindungsgemässen Servoreglers;
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Figur 4 ein Diagramm, das den Bewegungsverlauf des Stempels
aufzeigt;
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Figur 5 ein Funktionsdiagramm mit den einzelnen Bausteinen
des erfindungsgemässen Servoreglers;
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Figur 6 ein Diagramm der Ein- und Ausgangssignale des
Servoreglers;
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Figur 7 ein Flussdiagramm, aus dem die betrieblichen Abläufe
des erfindungsgemässen Servoreglers ersichtlich sind;
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Figur 8 eine Ansicht einer anderen Ausführungsform der
Presse;
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Figur 9 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der
Presse; und
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Figur 10 ein weiteres Diagramm mit weiteren Beispielen des
Stempel-Bewegungsverlaufs.
EINZELBE SCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es folgt eine Einzelbeschreibung der vorliegenden Erfindung
mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen.
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Figur 1 ist ein Funktionsdiagramm, das schematisch das
erfindungsgemässe Verfahren zum Betreiben einer Presse und den
zu diesem Zweck eingesetzten erfindungsgemässen Servoregler
aufzeigt. Eine Presse 1 ist versehen mit einem
Kraftübertragungsmechanismus zur Umwandlung der Drehkraft eines
Servomotors 20 in eine Hin- und Herbewegung eines Stempels, wie
dies an anderer Stelle noch zu beschreiben sein wird. Ein
Werkzeug 2 ist zur Durchführung des jeweiligen
Bearbeitungsvorgangs wie Schneiden, Stanzen oder Biegen vorgesehen.
Aufbau und Funktion des Werkzeugs 2 sind bekannt, so dass an
dieser Stelle von einer weitergehenden Beschreibung
abgesehen wird.
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Eine Steuer- und Anzeigetafel 3 dient zur Eingabe von
Befehlen und und Anzeige von Daten für eine Reihe von
Arbeitsabläufen der Presse 1. Weiter ist ein Servoregler 4 vorgesehen
zur Aufnahme von Signalen wie beispielsweise eines von einem
auf der Presse 1 montierten Stempel-Stellungsdetektor 5
kommenden Signals, von Ein-/Ausgangssignalen eines Leitrechners
oder dergleichen, eines aus dem Innern des Werkzeugs 2
kommenden
erfassten Signals sowie von Eingangssignalen 6
verschiedener Sensoren und Relais, sowie zur Verarbeitung
dieser Signale.
Presse:
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Figur 2 zeigt in der Perspektivansicht, in welcher das
Gestell bzw. Gehäuse 10 zum Teil weggebrochen gezeichnet ist,
den Kraftübertragungsmechanimus der erfindungsgemässen
Presse 1. Diese Ausführungsform beinhaltet von der
technischen Konzeption her eine Kniehebelpresse. Das Gestell 10
ist als hohles parallelflaches Kastengehäuse ausgeführt und
in der hier beschriebenen Ausführungsform durch Bearbeitung
von Aluminimumguss hergestellt. Es handelt sich in diesen
Falle um eine Presse im Leistungsbereich 1-5 t zum
Ausstanzen von Systemträgern für integrierte Schaltungen mit einer
Aufspannfläche von 200 x 200 mm und einer Tischlänge von ca.
300 mm. Das Gehäuse 10 kann auch in stahlblechgeschweisster
Ausführung vorgesehen sein. Es ist versehen mit einer
Stempelführungsöffnung 13, über die hinweg sich ein (an anderer
Stelle zu beschreibender) Stempel 36 vor und zurück bewegt,
einer Öffnung zur Aufnahme der Ausgangswelle eines
Servomotors 20 sowie einer (nicht dargestellten) Montageöffnung zur
Aufnahme und Montage einer Kurbelwelle 24 und dergleichen im
Innern des Pressengehäuses 10.
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Diese Aufnahme- und Montageöffnungen sind mit entsprechenden
O-Ringen (nicht dargestellt) versehen, um ein Austreten von
im Gehäuse 10 befindlichem Getriebeöl zu verhindern. An der
Seite ist der Boden des Gestells oder Gehäuses 10 mit
U-förmigen Montagenuten 12 versehen, die seiner Befestigung auf
einer Tragkonstruktion oder dergleichen bei der Montage der
Presse 1 mittels Bolzen dienen. In Bodennähe ist im Gehäuse
10 eine Ölablassöffnung 14 zum Ablassen des im Gehäuse 10
befindlichen Getriebeöls ausgebildet.
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Die Ölablassöffnung 14 ist in der Weise angeordnet, dass zum
Ablassen der im Gehäuse befindlichen Getriebeölfüllung eine
im Ablass sitzende Schraube herausgedreht wird. Auf der
Oberseite des Gehäuses 10 befindet sich eine
Öleinfüllöffnung 15 zum Einfüllen von Getriebeöl, die in ihrer
Ausführung der Ölablassöffnung 14 entspricht.
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Getriebeöl wird in den Raum im Innern des Gehäuses 10
eingefüllt, um die von einem (an anderer Stelle beschriebenen)
Reduktionsgetriebe und einem Kniehebelmechanismus 40
erzeugten Geräusche zu absorbieren und diese mechanischen Systeme
zu schmieren. Vorzugsweise sollte das Getriebeöl sogar unter
Berücksichtigung der Frequenz der jeweils erzeugten
Geräusche ausgewählt werden, um annehmbare frequenzunterdrückende
Eigenschaften sicherzustellen (bei der hier beschriebenen
Ausführungsform konnte allein über das Getriebeöl eine
Geräuschminderung von 8 Phon erreicht werden). Der Servomotor
20 ist mit geeigneten Befestigungsmitteln wie Bolzen in
einem Ausschnitt 11 des Gehäuses 10 angeordnet. Er ist mit
hoher Schalthäufigkeit zwischen 100 und 500 Vor- und
Rückwärtsdrehungen pro Minute umschaltbar.
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Ein Ende einer Schneckenwelle 22 ist mit der (nicht
dargestellten) Ausgangswelle des Servomotors 20 verkeilt. Die
Zähne einer Schnecke 21 stehen in Eingriff mit den Zähnen
eines Schneckenrads 23, wobei die Zahnformen von Schnecke 21
und Schneckenrad 23 nach Norm ausgebildet sind. Schnecke 21
und Schneckenrad 23 zusammen bilden ein Reduktionsgetriebe.
Eine Scheibenkurbelwelle 24 ist mit der Welle des
Schneckenrads 23 verkeilt (nicht dargestellt).
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Ein Kurbelzapfen 25 ist in einer Position in die Kurbelwelle
24 eingesetzt, welche einer vorgegebenen Exzentrizität
relativ zum Mittelpunkt der Kurbelwelle 24 entspricht. Ein Ende
eines Pleuels 30 ist drehbar auf dem Kurbelzapfen 25
gelagert,
während das andere Ende desselben drehbar auf der
Welle 31 einer Kniehebelanordnung 40 sitzt. Ein durch zwei
parallele Gelenke bestimmter oberer Arm 32 ist mit einem Ende
gelenkig auf der Welle 31 und mit seinem anderen Ende
gelenkig auf einer Welle 33 angeordnet.
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Weiter ist die Welle 31 drehbar mit einem Ende eines durch
zwei parallele Gelenke bestimmten unteren Arms 34 verbunden,
dessen anderes Ende drehbar auf einer Welle 35 montiert ist.
Die Welle 35 verläuft parallel zur vorerwähnten Welle 31 und
ist an einem Ende des Stempels 36 angelenkt. Ein (nicht
dargestelltes) Werkzeug für die Bearbeitung ist am äusseren
Ende des Stempels 36 mit bekannten Mitteln befestigt.
Steuer- und Anzeigetafel 3:
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Figur 3 zeigt die Steuer- und Anzeigetafel 3 in ihren
konstruktiven Einzelheiten. Ein Hauptschalter 51 dient zum
Zuund Abschalten der Stromzufuhr zum bzw. vom Servoregler 4
und Servomotor 20. Der Anfahrschalter 52 wird betätigt zur
Einleitung eines (an anderer Stelle noch zu beschreibenden)
automatischen Betriebsablaufs des Servoreglers 4. Der Motor-
Erstanlaufschalter 53 dient zum Einleiten des jeweils ersten
Betriebslaufs des Servoreglers 4. Bei dem Auto-Hand-Schalter
54 handelt es sich um einen Umschalter zur Wahl der
Betriebsart Automatik oder Hand.
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Der AUFWÄRTS-Schalter 55 aktiviert in der Betriebsart Hand
die Aufwärts- und der ABWÄRTS-Schalter 56 die
Abwärtsbewegung des Stempels 36. Der Aus-Schalter 57 schaltet im
programmgesteuerten kontinuierlichen Betrieb (an anderer Stelle
beschrieben) die Presse 1 ab. Ein Leuchtdiodenwächter 58 zur
Überwachung der Motorstromversorgung leuchtet, wenn sich die
Presse 1 im Offline-Zustand befindet, d.h. wenn sie nicht
mit einer weiteren Maschine elektrisch verriegelt und wenn
die Servomotor-Netzversorgungseinheit 110 eingeschaltet ist.
Der Leuchtdiodenwächter 59 zur Freigabe des
Pressen-Automatik-Betriebs ist so angeordnet, dass er leuchtet, wenn sich
die Presse 1 im Offline-Zustand befindet und zum Anlaufen
freigegeben ist.
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Es folgt eine Funktonsbeschreibung der im oberen Teil der
Steuer- und Anzeigetafel 3 angeordneten Schalter. Diese
Schaltelemente dienen jeweils zur Einstellung einer Bewegung
des Stempels 36. Der Hubvorwählschalter 60 dient der
Einstellung eines Bereichs, innerhalb dem der Stempel 36
bewegbar ist, und damit zur Einstellung der Bewegungsstrecke des
Stempels 36. Der Schalter 60 ist mit einem Anzeigefeld 62
zur numerischen Anzeige der eingestellten Wegstrecke bzw.
Weglänge versehen. Ein negativer Schrittschalter 61a zur
Dekrementierung befindet sich oberhalb des Anzeigefelds 62
jeweils über einer der in diesem angezeigten Ziffern und ist
so angeordnet, dass bei jeder Betätigung die im Anzeigefeld
62 befindliche jeweilige Zahl um eine Mindesteinheit
verringert wird.
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Ein positiver Schrittschalter 61b unterhalb des Anzeigefelds
62 ist ausgeführt dergestalt, dass entgegen dem
Vorhergesagten bei jeder Betätigung die im Anzeigefeld erscheinende
jeweilige Zahl aufgezählt wird. Bei der hier beschriebenen
Ausführungsform ermöglicht der Hubvorwählschalter 60 die
Hubeinsellung in Einheiten von 1 mm (kleinster Schritt)
innerhalb eines Bereichs von 1 bis 29 mm. Wenngleich von der
Mechanik her der Stempel 36 einen Hubweg von 80 mm fahren
kann, genügt von dieser Hublänge nur ein Teil für den
eigentlichen Arbeitshub der Presse, so dass Materialabfälle
bei der Pressenarbeit vermieden werden. Man beachte, dass
die für diese Ausführungsform gemachten Zahlenangaben
lediglich dem besseren Verständnis dienen und keinerlei
Einschränkung für die vorliegende Erfindung ableiten.
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Die nachfolgend beschriebenen Schalter 63, 64, 65, 66, 67,
68 und 69 sind sämtlichst in Funktion und Aufbau gleich den
Schaltelementen des Hubvorwählschalters 60 und unterscheiden
sich voneinander lediglich durch die Anzahl der Schritte und
die von ihnen einzustellenden Dateneinheiten. Der Schalter
63 zur Einstellung der Geschwindigkeit A dient zur Vorwahl
einer Arbeitsgeschwindigkeit des Pressenstempels 36, wobei
die Geschwindigkeit A einer vorgegebenen Anzahl von
Umdrehungen des Servomotors 20 zur Steuerung desselben
entspricht. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist die
Geschwindigkeit A in Schritteinheiten von 10 Upm innerhalb
eines Bereichs von 10 bis 90 Upm einstellbar. Der Schalter
64 zur Einstellung des Punktes für den Beginn der langsamen
Abwärtsfahrt (S.D.P.-Schalter) dient der Vorwahl einer
Position, in welcher der Stempel 36 seine Abwärtsgeschwindigkeit
vor Ausführung eines Arbeitsgangs verringert, was eines der
besonderen Merkmale der vorliegenden Erfindung darstellt
Dieser Einstellwert repräsentiert die Entfernung ab dem
unteren Totpunkt des Stempels 36. Bei der hier betrachteten
Ausführungsform ist dieser Stellwert in Schritten von 0.5 mm
innerhalb eines Bereichs von 0 bis 9.5 mm vorwählbar.
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Bei Einstellung des S.D.P.-Schalters 64 auf 0 mm fährt der
Stempel 36 ohne Abbremsen bis zum unteren Totpunkt. Der
Schalter 65 zur Einstellung der Geschwindigkeit B wird
benutzt zur Vorwahl der Abwärtsgeschwindigkeit des Stempels 36
ab einer über den S.D.P.-Schalter vorgegebenen Position.
Eingestellt wird diese Geschwindigkeit B in Prozent der über
den Schalter 63 vorgewählten Geschwindigkeit. Bei der hier
beschriebenen Ausführungsform erfolgt die Einstellung der
Geschwindigkeit B in Schritten von jeweils 10 % innerhalb
eines Bereichs von 10 % bis 100 %. Der Stellschalter 66 für
den Zeitgeber B dient zur Vorwahl einer Aussetzzeit, während
welcher der Stempel 36 in seinem unteren Totpunkt
stillsteht.
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Bei der hier betrachteten Ausführungsform erfolgt die
Vorwahl der Aussetzzeit in Schritten von 0.1 s in einem Bereich
von 0 5 bis 9.9 s. Der Schalter 67 zur Einstellung der
Geschwindigkeit C wird zur Vorwahl de Hochfahrgeschwindigkeit
des Stempels 36 benutzt, und zwar in diesem Falle in
Schritten von jeweils 10 % des Stellwerts der Geschwindigkeit A
innerhalb eines Bereichs 10 % bis 100 %. Mit dem Schalter 68
zur Vorwahl des Punkts für den Beginn der langsamen
Aufwärtsfahrt (S.U.P.- Schalter) wird eine Wegstrecke ab dem
unteren Totpunkt des Stempels 36 eingestellt. Bis zu diesem
Punkt fährt der Stempel mit der über den Schalter 67
vorgewählten Geschwindigkeit C nach oben.
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Der Schalter 69 für die Vorwahl des Zeitgebers B dient zum
Einstellen einer Aussetzzeit, während der sich der Stempel
36 in seinem oberen Totpunkt im Stillstand befindet. In der
vorliegenden Ausführungsform ist diese Aussetz- oder
Unterbrechungszeit in Schritten von 0.1 s innerhalb eines
Bereichs von 0 s bis 9.9 s einstellbar.
Bewegungsverlauf des Stempels 36:
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Das Diagramm gemäss Figur 4 zeigt den Bewegungsverlauf des
Stempels 36, wobei die Abszisse für die Zeit t und die
Ordinate für den Hub S des Stempels 36 steht. Es folgt eine
Erläuterung des Bewegungsverlaufs des Stempels 36 mit Bezug
auf diese Figur 4: Zu Beginn befindet sich der Stempel 36 in
seiner durch die Mechanik gemäss Figur 2 bestimmten oberen
Totpunktstellung (Ausgangsposition 0), in welcher ein
Werkzeug am äusseren Stempelende befestigt wird oder
vorbereitende Arbeiten durchgeführt werden. Diese Position wird
durch einen noch zu beschreibenden Fühler 70 (siehe Figur 6)
erfasst.
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Nach dem Einschalten der Presse 1 fährt der Stempel 36 aus
seiner Ausgangsstellung 0 zu einem dem oberen Totpunkt, d.h.
dem Bewegungsendpunkt des Stempels 36 während des Betriebs,
entsprechenden Arbeitsvorbereitungspunkt a. Wird der
vorbeschriebene Anfahrschalter 52 bei im
Arbeitsvorbereitungspunkt a befindlichem Stempel 36 gedrückt, so beginnt der
Stempel 36 seine Pressbewegung, d.h. seine Bewegung vom
Pressenanfahrpunkt (1) zur Position hoher Lautstärke (3). In
der zwischen diesen Punkten (1) und (3) liegenden
Bewegungsphase (2) verfährt der Stempel 36 mit der über den Schalter
63 eingestellten Geschwindigkeit A. Als nächstes bewegt sich
der Stempel 36 von der Lautstärke-Position (3) zur Stopp-
Position (5), d.h. der unteren Totpunktstellung.
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Die Geschwindigkeit für den Arbeitsablauf (4) während dieses
Zeitraums wird über den Schalter 65 zur Vorwahl der
Geschwindigkeit B eingestellt, wobei sich der Stempel 36 mit
der jeweils vorgewählten Geschwindigkeit bewegt. Generell
liegt die Geschwindigkeit B niedriger als die
Vorwahlgeschwindigkeit A. Da die Geschwindigkeit, mit welcher der
Stempel auf das Werkstück auftritt, auf etwa 1/3
(varuerbar) reduziert wird, ist auch der Geräuschanfall extrem
niedriger. Während des Aussetzintervalls zwischen den Stopp-
Positionen (5) und (6) steht der Stempel 36 in seinem
unteren Totpunkt still. Die Einstellung dieser Aussetzzeit
erfolgt über den Schalter 66 zur Einstellung des Zeitgebers A.
Es folgt die Aufwärtsbewegung 36 des Stempels von der Stopp-
Position (6) bis zur Endposition (8).
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Die Hochfahrgeschwindigkeit während dieser Phase wird über
den Schalter 67 zur Vorwahl der Geschwindigkeit C
eingestellt. Die Endposition (8) wird mit dem S.U.P.-Schalter 68
als Entfernung vom unteren Totpunkt des Stempels 36
bestimmt. Die Bewegungsgeschwindigkeit zwischen der
Endposition (8) und der Stopp-Position (9) ist gleich der
Geschwindigkeit während des Bewegungsintervalls (2). Die
Stopp-Position (9) entspricht hinsichtlich der Stellung des Stempels
36 dem Arbeitsvorbereitungspunkt a. Von diesem
Arbeitsvorbereitungspunkt a ausgehend wird der vorbeschriebene
Arbeitsgang wiederholt. Nach Beendigung aller Arbeitsgänge kehrt
die Presse 1 zu dem durch ihr mechanisches System bestimmten
Ausgangspunkt 0 zurück.
Servoregler 4:
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Figur 5 ist ein Funktionsdiagramm mit den konstruktiven
Einzelheiten des Servoreglers 4 aus Figur 1. Zur allgemeinen
Steuerung des Servoreglers 4 ist eine 16-Bit-Zentraleinheit
vorgesehen, die über eine Eingabe-/Ausgabeeinheit 101 die
Bewegung des Stempels 36 betreffende Befehle aus der
Steuerund Anzeigetafel 3 empfängt. Die Zentraleinheit 100
überträgt Geschwindigkeits- und Positionsbefehle aus der
Steuerund Anzeigetafel zu einer Servobaugruppe 103.
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Die Servobaugruppe 103, die zur Vorabspeicherung von
Bewegungsmustern für den Stempel 36 konzipiert ist, weist auf
einen Speicher zur Speicherung eines Programms sowie von
Bearbeitungsdaten, eine zentrale Verarbeitungsschaltung
(CPU) sowie eine Verstärkerschaltung für die Zufuhr
elektrischen Stroms zum Servomotor. Die Servobaugruppe 103 ist
als handelsübliches Produkt von einer Reihe von Herstellern
erhältlich sowie hinsichtlich ihres konstruktiven Aufbaus
und ihrer Funktion bekannt, so dass von einer weitergehenden
Beschreibung an dieser Stelle abgesehen wird. In Ansprechung
auf einen Befehl liefert die Servobaugruppe 103 ein
Ausgangssignal
an den Servomotor 20, der nach Empfang dieses
Signals zu drehen beginnt.
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Mit beginnender Drehbewegung des Servomotors 20 gibt der auf
der Ausgangswelle des Servomotors angeordnete Detektor 5
dessen Drehung in Form eines digitalen elektrischen Signals
105 aus. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist als
Detektor 5 ein optischer Codierer vorgesehen, wobei jedoch
auch sonstige Detektortypen wie beispielsweise solche in
Induktions- oder Magnetausführung eingesezt werden können,
sofern sie Drehbewegung zu erfassen in der Lage sind. Eine aus
einem Leistungstransformator oder dergleichen bestehende
Stromversorgungseinheit 110 liefert elektrischen Strom an
den Servomotor 20. Eine aus Transformator,
Gleichrichterkreis usw. bestehende Stromversorgungsschaltung 120 wird mit
Wechselstrom beschickt und erzeugt Gleichströme zum Antrieb
der Zentraleinheit 100, die mit einer Ausgangsschaltung
versehen ist. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform
erzeugt die Stromversorgungsschaltung 120 die erforderlichen
Gleichströme aus Wechselstrom 100 V.
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Hierbei werden von der Stromversorgungsschaltung 120
Gleichspannungen von 5 V, 12 V und -12 V aus 100 V Wechselspannung
erzeugt. Die Einleitung des Wechselstroms in die
Stromversorgungsschaltung 120 erfolgt über einen
Unterbrecherschalter 122 und einen Rauschfilter 121, wobei der
Unterbrecherschalter zur Abschaltung beim Auftreten von Überstrom bzw.
bei Nichtbenutzung der Stromzufuhr dient und der
Rauschfilter 121 in Form eines elektrischen Filters zur Unterdrückung
elektrischen Rauschens, das über die Stromversorgung
eingetragen werden kann, vorgesehen ist. Diese verschiedenen
Elemente sind vorbekannt.
Eingangssignale zu Zentraleinheit 100 und Servobaugruppe
103:
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Figur 6 zeigt in schematischer Darstellung die in die
Zentraleinheit 100 und die Servobaugruppe 103 eingegebenen
Signale. Die Zentraleinheit 110 empfängt Eingangssignale von
den für die Auf- bzw. Abwärtsbewegung des Stempels in der
Betriebsart Hand zu betätigenden AUFWÄRTS- und ABWÄRTS-
Schaltern. Ein oberer Endschalter 70 und ein unterer
Endschalter 71 sind in der von der Mechanik der Presse 1
bestimmten oberen bzw. unteren Endposition angeordnet, wobei
der obere Endschalter 70 den vorbeschriebenen Ausgangspunkt
0 definiert.
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Weiter sind auf der Tür, der Abdeckung usw. vorgesehen ein
Tür-Verriegelungsschalter 73, ein
Abdeckungs-Verriegelungsschalter 74 und ein Reserve-Endschalter, die zum Schutze des
Pressenführers entsprechend auf einer Tür, einer Abdeckung
usw. (nicht dargestellt) angeordnet sind. Um den Stempel in
den von der Mechanik bestimmten vorbeschriebenen oberen und
unteren Endpositionen anzhalten, muss weiterhin der
Servomotor 20 ausgeschaltet werden. Die hierzu erforderlichen
Relais sind als obere und untere Endlagen-Ausschaltrelais 76
und 77 vorgesehen. Eine Betriebsfreigabeleuchte 78 zeigt an,
wenn die Presse 1 betriebsbereit ist.
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Ein zur Erfassung des vom Stempel 36 beaufschlagten Drucks
dienendes Stempeldruck-Anzeigefeld 7 befindet sich
beispielsweise im oberen Gehäusebereich der Presse 1. Dieses
weist auf einen Dehnungserfassungsbereich, einen Wandler zur
Umformung von Dehnung in ein elektrisches Signal sowie zur
Ausgabe einer der Dehnungsgrösse entsprechenden Spannung,
sowie eine Druckanzeige. Diese Ausgabegrösse wird zur
Erfassung von Unregelmässigkeiten bei dem vom Stempel 36
aufgebrachten
Druck benutzt. Das Dehnungserfassungsfeld ist auf
der Oberseite des Gehäuses 10 (siehe Figur 2) angeordnet.
Mit der Servobaugruppe 110 elektrisch verbunden sind ein
Relais 79 zur Verhinderung von Rückwärtslauf, ein Relais 80
zur Verhinderung von Vorwärtslauf und ein Alarmrelais 81.
Funktionsabläufe der Presse 12 und des Servoreglers 4:
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Die Funktionsabläufe der Presse 1 und des Servoreglers 4
seien nachfolgend beschrieben mit Bezug auf das
Flussdiagramm des Servoreglers 4 gemäss Figur 7. Man beachte, dass
die Bezugsziffern P1 bis P16 die einzelnen Funktionsschritte
in diesem Ablaufdiagramm bezeichnen. Der Pressenführer legt
den Hauptschalter 51 auf der Steuer- und Anzeigetafel 3 EIN.
Anschliessend wird der als Motor-Erstanlaufschalter
eingesetzte Druckknopftaster 53 gedrückt, um die Ersteinstellung
bzw. den ersten Betriebslauf des Servoreglers 4 zu bewirken.
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Der Hubvorwählschalter 60, der Schalter 63 zur Vorwahl der
Geschwindigkeit A, der S.D.P.-Einstellschalter 64 (Beginn
der langsamen Abwärtsfahrt des Stempels), der Schalter 64
zur Vorwahl der Geschwindigkeit B, der Stellschalter 66 für
den Zeitgeber A, der Schalter 57 für die Vorwahl der
Geschwindigkeit C, der S.U.P.-Einstellschalter (Beginn der
langsamen Aufwärtsfahrt) und der Stellschalter 69 für den
Zeitgeber B, die sich auf der Steuer- und Anzeigetafel 3
befinden, werden betätigt in der Weise, dass die den
jeweiligen Funktionen dieser Schalter wie in Figur 4 dargestellt
entsprechenden Daten eingegeben werden.
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Bei Betätigung des Anfahrschalters 52 liest die
Zentraleinheit 100 die über die einzelnen Schalters 60, 63, 65, 66,
67, 68 und 69 auf der Steuer- und Anzeigetafel 3
eingestellten
Befehlsdaten nach einem eingebauten Programm. Diese
Daten werden in Schritt P2 von der Zentraleinheit 100 an die
Servobaugruppe 103 übergeben. Diese weitergeleiteten
Geschwindigkeits- und Positionsdaten werden in dem Speicher im
Innern der Servobaugruppe 103 gespeichert.
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Die Servobaugruppe 103 gibt nach einem zuvor in dieser
abgelegten Programm den Befehl für den Beginn des
Vorwärtsdrehbetriebs des Servomotors 20 aus (Schritt P3). Durch diese
Drehung des Servomotors 20 werden die Schnecke 21, das
Schneckenrad 23 und die Kurbelwelle 24 in dieser Reihenfolge
in Drehung versetzt. Die Drehung der Kurbelwelle 24 in
Pfeilrichtung B bewirkt die Pendelbewegung des Kurbelzapfens
25 in der Weise, dass der Pleuel 30 in Pfeilrichtung B
gezogen wird. Der Pleuel 30 zieht die Welle 31, so dass die
oberen und unteren Arme 32 und 34 zur Streckung gebracht werden
und somit der Stempel 36 nach unten fährt.
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Der Stempel 36 verhält im Arbeitsvorbereitungspunkt a
(Schritt P4) und beginnt nach einer vorgegebenen Aussetzzeit
mit einem Presstakt (Schritte P5 und P6). Die
Geschwindigkeit für diese Phase wurde bereits über den Schalter 63 zur
Einstellung der Geschwindigkeit A vorgewählt.
Zwischenzeitlich erfolgt eine kontinuierliche Rückmeldung des
Ausgangssignals 105 von dem auf der Ausgangswelle des Servomotors 20
sitzenden Detektor 104 auf die Servobaugruppe 103. Die
aktuelle Position des Stempels 36 wird auf der Basis des
Rückmeldesignals angenommen.
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Wird durch Abzählen des Rückmeldesignals festgestellt, dass
der Stempel 36 die Position hoher Lautstärke (3) erreicht
hat (Schritt P7), so wird in Schritt 8 über das Programm in
der Servobaugruppe 103 die Drehgeschwindigkeit des
Servomotors 20 auf die über den Schalter 65 eingestellte
Geschwindigkeit B reduziert. Genauer gesagt wird die
Drehgeschwindigkeit des Servomotors 20 auf ein vorgegebenes
Verhältnis der durch den Schalter 63 zur Vorwahl der
Geschwindigkeit A eingestellten Grösse abgesenkt. Es ist dies der
Bereich, in dem bei einer konventionellen Presse das
stärkste Geräusch erzeugt wird.
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Der Grund hierfür ist darin zu sehen, dass das am äusseren
Ende des Stempels angebrachte Werkzeug gegen das Werkstück
schlägt und in diesem Augenblick Werkstück, Werkzeug usw.
Schwingungen erzeugen. In der Annahme, dass der durch die
Mechanik bestimmte Hub gleich S, der durch den Schalter zur
Vorwahl der Geschwindigkeit A eingestellte Wert gleich V,
die durch den Hubvorwählschalter 60 eingestellte Grösse
gleich S&sub1;, die durch den S.D.P.-Einstellschalter vorgewählte
Grösse gleich S&sub2; und die durch den Schalter 65 vorgewählte
Geschwindigkeit B gleich V&sub1; ist, würde die
Arbeitsgeschwindigkeit der konventionellen Presse t = S/V, die nach der
vorliegenden Erfindung jedoch t&sub2; = (S&sub1; - S&sub2;)/V + S&sub2;/V&sub1;
betragen.
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Machen wir einen Vergleich zwischen dem Fall, wo die über
die vorbeschriebenen Schalter 60, 63, 64, 65, 66, 67, 68 und
69 vorgewählten Grössen 13 mm (S&sub1;), 60 Upm (V), 1.0 mm (S&sub2;),
30 % (V&sub1;), 00 5 bzw. 50 %, 1.5 mm und 0.1 mm ausmachen, und
dem Fall, wo ein Arbeitsgang durch eine konventionelle
ölhydraulische Presse mit gleichbleibender Geschwindigkeit
über den gesamten Hubbereich, d.h. 80 mm (S) hinweg
durchgeführt wird: bei ansonsten gleichen Bedingungen wird die
Gesamtbetriebszeit auf ca. 1/5 der Arbeitszeit beim Stand
der Technik verkürzt. Damit erfolgt auch eine weitgehende
Geräuschminderung und eine Verbesserung des
Arbeitswirkungsgrads.
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Wird in Schritt P9 festgestellt, dass sich der Stempel 36 in
seinem unteren Totpunkt befindet, so erfolgt eine Kontrolle
dahingehend, ob eine Unterbrechungs- bzw. Aussetzzeit über
den Vorwählschalter 66 für den Zeitgeber A bereits
eingestellt wurde oder nicht. Bejahendenfalls hält der Stempel 36
in Schritt P10 an. Nach Ablauf der Aussetzzeit fährt der
Stempel 36 mit der über den Schalter 67 vorgewählten
Geschwindigkeit C nach oben (Schritt P11). Die
Aufwärtsbewegung des Stempels 36 wird durch Drehrichtungsumkehr des
Servomotors 20 bewirkt.
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Durch diese Drehrichtungsumkehr des Servomotors wird genauer
gesagt nicht der (von der Mechanik zugelassene) gesamte Hub
der Presse 1 gefahren, wobei jedoch beachtet werden sollte,
dass auch beim Ausnutzen dieses vollen Hubs der Rahmen der
vorliegenden Erfindung nicht verlassen wird. Die
Hochfahrgeschwindigkeit wird im allgemeinen relativ niedrig
vorgewählt, weil das Werkstück oder Schneidabfälle durch
Vakuumwirkung an dem am äusseren Ende des Stempels 36
angeordneten Werkzeug anhaften können und somit genügend Zeit für das
Loskommen des anhaftenden Werkstücks bzw. der anhaftenden
Abfälle gegeben sein muss.
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Wird in Schritt P12 festgestellt, dass sich der Stempel 36
in seiner Endlage (8) befindet, so fährt der Stempel mit der
durch den Schalter 63 eingestellten Geschwindigkeit A nach
oben (Schritt P13). In Schritt P14 wird überprüft, ob sich
der Stempel 36 in Anfahrposition befindet oder nicht und
anschliessend in Schritt P15, ob die über den Einstellschalter
69 für den Zeitgeber B vorgewählte Zeit abgelaufen ist.
Wurde keine Zeit vorgegeben, wird bei vorgewählter Betriebsart
Automatik sofort anschliessend ein ähnlicher Ablauf wie
vorbeschrieben eingeleitet (Schritt P16). Die Feststellung, ob
die Betriebsart Automatik vorgewählt wurde oder nicht
erfolgt über die Stellung des Auto-Hand-Schalters 54.
Zweite Ausführungsform der Presse:
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Figur 8 zeigt eine zweite Ausführungsform, in welcher die
Presse nach Figur 2 mit einem Spindelantrieb ausgestattet
ist. Jeweils gleiche Bauteile wie in der Ausführungsform
nach Figur 2 sind durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet.
Eine mit einem Steuerriemen 203 in Eingriff stehende
Riemenscheibe 202 ist auf die Ausgangswelle 201 des Servomotors 20
aufgekeilt, wobei der Steuerriemen 203 weiterhin an einer
Riemenscheibe 204 angreift. Eine Vorschubspindel 205 ist mit
der Scheibe 204 verkeilt.
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Die Vorschubspindel 205 ist über ein Lager (nicht
dargestellt) drehbar im Gehäuse 10 angeordnet und steht im
Gewindeeingriff mit einem Schieber 206. Der Schieber 206 ist
verschiebbar in einer im Gehäuse 10 ausgebildeten
schwalbenschwanzförmigen Führungsnut 207 gelagert. Am Schieber 206
ist ein Zapfen 208 befestigt, welcher der drehbaren Lagerung
des Pleuels 30 dient. Die konstruktive Gestaltung des
übrigen Teils dieser Ausführungsform entspricht derjenigen nach
Figur 2, so dass auf eine weitergehende Beschreibung
verzichtet wird.
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Durch die Kraft des Servomotors 20 werden die Ausgangswelle
201, die Riemenscheibe 202, der Steuerriemen 203, die
Riemenscheibe 204 und die Vorschubspindel 205 zur Bewegung des
Schiebers 206 in Drehung versetzt. Die Bewegung des
Schiebers 206 bewegt den Zapfen 208 und den Pleuel 30, so dass
ein Arbeitsablauf stattfindet, der dem für die erste
Ausführungsform beschriebenen ähnelt.
Dritte Ausführungsform der Presse:
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Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der in Figur 2
dargestellten Presse 1. Eine Riemenscheibe 251 ist mit der
Ausgangswelle 250 des Servomotors 20 verkeilt und steht mit
einem Steuerriemen 252 in Eingriff, der an einer
Riemenscheibe 253 angreift. Eine Schneckenwelle 254 ist auf die
Riemenscheibe 253 aufgekeilt. Auf der Schneckenwelle 254
sitzt eine Schnecke 21, die entweder einteilig mit der
Schneckenwelle 254 ausgebildet oder als separates Bauteil
auf dieser befestigt ist.
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Die Schnecke 21 kämmt mit einem Schneckenrad 23, das mit
einer koaxialen Kurbelwelle 24 versehen ist. An einem
gegenüber der Kurbelwelle 24 exzentrischen Punkt ist ein
Kurbelzapfen 25 auf der Kurbelwelle angeordnet. Ein Ende eines
Pleuels 30 ist drehbar auf dem Kurbelzapfen 25 gelagert,
während das andere Pleuelende mit einer Welle 31 verbunden
ist. Das obere Ende eines Stempels 36 ist drehbar auf der
Welle 31 gelagert. In ihrer Gesamtheit bilden die
Kurbelwelle 24, der Kurbelzapfen 25, der Pleuel 30, die Welle 31
und der Stempel 36 einen Kurbelmechanismus zur Umwandlung
einer Dreh- in eine Linearbewegung. Durch die übertragene
Drehkraft des Servomotors 20 über die Ausgangswelle 250, die
Riemenscheibe 251, den Steuerriemen 252, die Riemenscheibe
253, die Schneckenwelle 254 und die Schnecke 21 wird die
Kurbelwelle 24 in Drehung versetzt. Durch diese
Drehbewegung umläuft der exzentrische Kurbelzapfen 25 den
Mittelpunkt der Kurbelwelle 24, wodurch der Pleuel 30 um den
Kurbelzapfen 25 verschwenkt wird. Durch diese Schwenkbewegung
des Pleuels 30 wird der Stempel 36 nach oben und unten
gefahren.
Sonstige Ausführungsformen
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Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen beginnt die
Bewegung des Stempels 36 im Pressenanfahrpunkt (1) und wird die
Arbeitsgeschwindigkeit des Servomotors 20 in der Position
hoher Lautstärke (3) schrittweise verändert. Diese
schrittweise Veränderung der Drehgeschwindigkeit des Servomotors 20
ist jedoch nicht zwingend: vielmehr ist die Drehzahl des
Servomotors entlang einer Kurve stufenlos veränderlich, die
einer quadratischen Kurve angenähert ist. Durch die
stufenlose Drehzahländerung des Servomotors 20 ist wie aus Figur
10(a) ersichtlich eine glatte und problemlose Änderung der
auf den Reduktionsmechanismus und den Stempel 36 wirkenden
Trägheit möglich, so dass keinerlei unnatürliche Kräfte auf
die Presse einwirken können.
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Figur 10(b) zeigt ein Beispiel, in dem die
Drehgeschwindigkeit während des Zeitintervalls vom Pressenanfahrpunkt bis
zur Lautstärke-Position einmal geändert wird, so dass zwei
verschiedene Drehzahlebenen zur Verfügung stehen. Bei dem
Beispiel gemäss Figur 10(c) wird während des Intervalls
zwischen den Stopp-Positionen (5) und (6) eine
Senkrechtschwingung erzeugt in der Weise, dass das am äusseren Ende des
Stempels 36 sitzende Werkzeug leicht vom Werkstück getrennt
werden kann.
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Genau genommen zeigt Figur 4 nicht die Bewegung des Stempels
36, sondern in schematischer Form die Bewegung des
Servomotors 20. Für die Durchführung der dargestellten Bewegung
des Sternpels 36 lässt sich entsprechend auch die
Stempelbewegung direkt erfassen und der Servomotor 20 auf der Basis
der jeweils erfassten Grösse steuern. In diesem Falle wäre
es sogar noch empfehlenswerter, das System unter
Berücksichtigung der Umwandlungscharakteristiken der Mechanik für die
Umsetzung einer Dreh- in eine Linearbewegung zu konzipieren.
Auf diese Weise wäre eine genaue Steuerung der
Geschwindigkeit und Position des Stempels 36 möglich.
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Der vorbeschriebene Servoregler 4 realisiert elektrisch die
Bewegung des Stempels 36, doch ergibt sich aus der
technischen Konzeption der vorliegenden Erfindung wie
vorbeschneben, dass die Stempelbewegung auch mittels einer aus einem
mechanischen System wie einem Nocken-, Zahnrad- oder
Hebelmechanismus und einem digitalen Servoregler der vorerwähnten
Art bestehenden Kombination realisierbar ist. Eine derartige
Anordnung stellt keinerlei Abweichung vom Erfindungsgedanken
dar. Weiter lässt sich anstelle eines solchen digitalen
Servoreglers auch ein Analogregler einsetzen, sofern über
diesen der Stenpelantrieb auf der Basis der vorerläuterten
Konzeption möglich ist. Derartige Mechanismen sind bekannt
aus ihrem Einsatz in den verschiedensten Industriemaschinen
wie Werkzeugmaschinen und Robotern.
Industrielle Anwendbarkeit
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Wie bereits ausgeführt, sind das erfindungsgemässe Verfahren
zum Betreiben einer Presse und der erfindungsgemässe
Servoregler hierfür in der Kunststoffverarbeitung unter Einsatz
einer Presse anwendbar, in deren Rahmen beispielsweise
Schneid-, Stanz- oder Loch-, Biege-, Tiefzieh- und
Formpressarbeiten durchgeführt werden. Wenngleich nach den
vorbeschriebenen Ausführungsformen die vorliegende Erfindung
für die Herstelölung von Halbleiter-Stiften aus
Blechmaterial eingesetzt wird, ist sie auch anwendbar für die
Produktion einer Vielzahl metallischer und nicht-metallischer
Teile für jede Art von industriellen Maschinen, automatisierten
Büroeinrichtungen und Kraftfahrzeugen.