DE4038270C2 - Hubsteuervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubsteuervorrichtung insbesondere zum Positionieren eines Nietkopf-Formwerkzeugs einer Nietmaschine oder dergleichen.

Fig. 3 zeigt eine konventionelle Nietmaschine, wie sie in ähnlicher Form aus der DE 23 55 750 A1 bekannt ist, bei der eine rotierende Welle 3 zur Kraftübertragung zwischen einem Motor 1 und einem Nietkopf-Formwerkzeug 2 in ei­ ner Kolbenstange 5 eines Hydraulikzylinders 4 drehbar gelagert ist. Der Abwärtshub des Kolbens 5 (d. h. der Hub des Hydraulikzylinders) wird mittels einer Positioniervorrich­ tung 6 eingestellt.

Diese Positioniervorrichtung weist eine drehbare Steuerhülse 6a, die auf dem oberen Ende des Hydraulikzylinders 4 drehbar gelagert ist, eine ringförmige Gewindeplatte 6b, die mit dem Innengewinde der Steuerhülse 6a in Gewindeeingriff steht und auf der Kol­ benstange 5 gelagert ist, einen Gegenblock 6c, der am oberen Ende der Kolbenstange 5 angebracht und in senkrechter Richtung in die drehbare Steuerhülse 6a eingesetzt ist, sowie einen Stift 6d auf, dessen eines Ende an der Gewindeplatte 6b befestigt ist und dessen anderes Ende in eine langgestreckte Öffnung eingreift, die in dem Gegenblock 6c ausgebildet ist. Der Abwärtshub der Kolbenstange 5 wird dadurch gesteuert, daß sich der Gegenblock 6c gegen die Gewindeplatte 6b anlegt.

Weil die Gewindeplatte 6b mittels des Stifts 6d an einer Drehbewegung gehindert wird, erfolgt beim Drehen der Steuerhülse 6a eine Auf- und Abbewegung der Gewindeplatte. Der Abwärtshub kann daher durch Justieren der Lage der Gewindeplatte 6b eingestellt werden. Bei einer solchen konventionellen Positioniervorrichtung war es jedoch schwie­ rig, den Abwärtshub in einem Arbeitsvorgang verläßlich einzustellen, weil die Steuer­ hülse 6a von Hand gedreht werden muß. Die Einstellung war daher zeitaufwendig, und ein präzises Positionieren war schwierig.

Aus der DE 36 14 577 A1 ist eine Einrichtung bekannt, bei der ein von einer elektronischen Steuereinheit angesteuerter Schrittmotor über eine Spindelmutter und ein Ventilbetätigungsglied die Stellung mehrerer Ventile eines Hydraulikkreises steuert. Durch diese Ventile wiederum wird der Druck auf einen Kolben und somit mittelbar die Vorschubgeschwindigkeit desselben gesteuert. Eine Regelung der Kolbenbewegung erfolgt dort mechanisch mittels einer mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange, einer starren Verbindung derselben zu einer Zahnstange und mittels eines mit der Zahnstange im Eingriff stehenden Ritzels, das über eine Gewindespinel die axiale Lage der Spindelmutter entgegen der Bewegung des Schrittmotors beeinflußt. Die Regelgröße ist dabei die Geschwindigkeit der Kolbenbewegung. Eine mechanische Regelung über eine ganze Kette von toleranzbehafteten Teilen erschwert eine exakte Regelung.

Aus der Literaturstelle A. J. Sperbeck: "Totally digital valves fully utilize hydraulic servos" in Hydraulics & Pneumatics, 12/87, S. 63-65, 118 ist eine Einrichtung zur Steuerung eines digitalen Servoventils bekannt, bei der in Abhängigkeit von einer von einem Positionsmelder signalisierten Ist-Position und einem Vergleich mit einer vorgegebenen Soll-Position und der Momentangeschwindigkeit softwaregesteuert eine von vier möglichen Routinen zum Absolvieren der verbleibenden Wegdifferenz ausgewählt wird. Entsprechend dieser Routine wird mittels eines Schrittschaltmotors die Stellung des Servoventils verändert. Für ein exaktes Erreichen der Sollposition ist eine aufwendige Steuerung mit verschiedenen Geschwindigkeiten erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubsteuervorrichtung zu schaffen, die ein einfaches und präzises Positionieren durch die Eingabe von numerischen Daten er­ laubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Hubsteuervorrichtung mit ei­ nem Servomotor, einem einen Kolben aufweisenden Hydraulikzylinder, einer den Ser­ vomotor mit dem Kolben für eine Auf- und Abwärtsbewegung desselben koppelnden Kugel-Gewindeanordnung, einem Hydraulikkreis, der Drucksteuerventile zum Betätigen des Hydraulikzylinders aufweist, und einer nume­ rischen Steuereinheit zum Steuern des Servomotors aufgrund von numerischen Einga­ bedaten, die kennzeichnend für die Bewegung und die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens sind, zum Erfassen von Signalen, die kennzeichnend für die auf den Servomo­ tor einwirkende Last sind, und zum Erzeugen von Steuersignalen zum Steuern der Drucksteuerventile in dem Hydraulikkreis in Abhängigkeit von den Lastsignalen zwecks Verstellung des Kolbens derart, daß die auf den Servomotor einwirkende Last zu Null wird.

Entsprechend der in die numerische Steuereinheit eingegebenen numerischen Informa­ tion bezüglich der Bewegung und der Bewegungsgeschwindigkeit dreht sich der Servo­ motor, und der Servomotor verschiebt den Kolben des Hydraulikzylinders über die Ku­ gel-Gewindeanordnung. In diesem Zustand erzeugt der Servomotor ein Drehmoment. Die numerische Steuereinheit sorgt für eine Steuerung derart, daß der Kolben des Hydraulikzylinders um einen Betrag verschoben wird, welcher der Drehbewegung des Servomotors entspricht, während der Fluiddruck in dem Hydraulikzylinder mittels des Drucksteuerventils so gesteuert wird, daß das Drehmoment im Bereich von Null gehal­ ten wird. In dem Augenblick, in welchem der Servomotor anhält, wird der Hydraulik­ kreis durch das Rückstellsignal von der numerischen Steuereinheit geschlossen. Da­ durch wird das in dem Hydraulikzylinder befindliche Öl abgelassen, und der Kolben wird durch Umsteuern des Servomotors in seine Ausgangsposition zurückgebracht.

Weil sich der Kolben des Hydraulikzylinders der Drehung des Servomotors folgend be­ wegt, ohne das Drehmoment des Servomotors zu beeinflussen, können die eingegebene Bewegung und die eingegebene Bewegungsgeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit er­ reicht werden.

Bei der Hubsteuervorrichtung nach der Erfindung wird durch Betätigen des eine hohe Ausgangsgenauigkeit aufweisenden Motors mittels der numerische Daten aufnehmen­ den numerischen Steuereinheit und durch Ändern des Einstelldruckes des Drucksteuer­ ventils in dem Hydraulikkreis das Drehmoment des Servomotors derart rückführge­ steuert (geregelt), daß der Hydraulikzylinder, der eine große Ausgangskraft erzeugen kann, dem Servomotor folgt. Die Hubsteuerung kann daher mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.

Beim Einsatz der vorliegenden Hubsteuervorrichtung in Verbindung mit einem Antrieb für eine Nietmaschine läßt sich die Einstellung durch Ändern der numerischen Einga­ bedaten mit Leichtigkeit ändern.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens zwischen der numerischen Steuereinheit und dem Hydraulikkreis bei einer Ausfüh­ rungsform der Hubsteuervorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teils der Hubsteuervorrichtung bei Anbrin­ gung auf einer Nietmaschine; und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer bekannten Vorrichtung.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Hubsteuervorrichtung nach der Erfindung. Wie in dieser Figur dargestellt ist, weist eine numerische Steuereinheit 10 ein numeri­ sches Steuergerät 11, einen Servoverstärker 12 und einen Konverter 13 auf. Die Bewe­ gung und die Bewegungsgeschwindigkeit, die in die numerische Steuereinheit 10 als numerische Daten eingegeben werden, werden vom dem numerischen Steuergerät 11 einem Servomotor 20 über den Servoverstärker 12 zugeführt. Der Servomotor 20 ist in einer vorbestimmten Position fixiert und mit einem eine Druckbeaufschlagungsstange 42 aufweisenden Kolben 41 eines Hydraulikzylinders 40 über eine Kugel-Gewindean­ ordnung 30 gekoppelt.

In einem dem Antrieb des Hydraulikzylinders 40 dienenden Hydraulikkreis wird der Öldruck in dem Hydraulikzylinder 40 dadurch eingestellt, daß der Förderdruck einer Hydraulikpumpe 51 über ein magnetbetätigtes Druckentlastungsventil 53 zu einem Be­ hälter 52 hin entspannt wird.

Die Druckeinstellung für das Druckentlastungsventil 53 wird mittels der numerischen Steuereinheit gesteuert, die elektrische Drehmomentsignale von dem Servomotor 20 aufnimmt und die anhand dieser elektrischen Signale Steuersignale erzeugt, um das Drehmoment auf Null zu halten.

Die erläuterte Hubsteuervorrichtung wird beispielsweise als Antriebsmechanismus be­ nutzt, indem die Druckbeaufschlagungsstange 42 mit einem Drehkopf a einer Nietma­ schine gekoppelt wird, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist.

In einem solchen Fall werden die Bewegung und die Bewegungsgeschwindigkeit des Drehkopfes a in die numerische Steuereinheit 10 als numerische Information eingege­ ben. Wenn die Vorrichtung gestartet wird, geht die numerische Information von dem numerischen Steuergerät 11 in Form von elektrischen Signalen über den Servoverstär­ ker 12 zu dem Servomotor 20. Der Servomotor 20 beginnt, sich in Abhängigkeit von die­ sen Signalen zu drehen. In diesem Stadium wurde eine hydraulische Pumpeinheit 50 ak­ tiviert, und Öl wird über ein Magnetventil 54 zu dem Behälter 52 zurückgeleitet. Wenn der Servomotor 20 jedoch zu rotieren beginnt, öffnet das Magnetventil 54, so daß der Hydraulikzylinder 40 mit Öldruck beaufschlagt wird.

Wenn das über die Kugel-Gewindeanordnung 30 übertragene Drehmoment des Servo­ motors auf den Kolben 41 einwirkt, und diesen nach unten drückt, wird eine Last oder ein Drehmoment erzeugt. In Abhängigkeit von den vom Servomotor 20 kommenden Drehmomentsignalen erzeugt die numerische Steuereinheit 10 Steuersignale, die an das magnetisch betätigte Druckentlastungsventil gehen, um das Drehmoment auf Null zu halten.

Das Druckentlastungsventil 53 erhöht, auf die Steuersignale ansprechend, den Druck in dem Hydraulikzylinder 40 unter Änderung des eingestellten Druckes. Auf diese Weise wird der Kolben 41 nach unten geschoben, bis das Drehmoment zu Null wird. In diesem Stadium wird der Kolben 41 über den Servomotor 20 nach unten geschoben, so daß ein Drehmoment erzeugt wird. Dieses Arbeitsspiel wird ständig wiederholt.

Weil aufgrund einer solchen Rückführungssteuerung (Regelung) das Drehmoment normalerweise auf Null gehalten werden kann, lassen sich der Kolben 41, ebenso wie dessen Verstellkraft und der zum Nieten notwendige Druck, derart steuern, daß sie der Bewegung des Hochpräzisions-Servomotors 20 folgen. Wenn der Servomotor 20 anhält, ist daher der Nietvorgang in optimaler Weise abgeschlossen.

Nachdem der Servomotor 20, auf einen Rückstellbefehl von der numerischen Steuereinheit 10 ansprechend, stoppt, wird das Magnetventil 54 geschlossen, wodurch der Ölspeisekreis geschlossen wird, während das Magnetventil 55 geöffnet wird, so daß das in dem Hydraulikzylinder 40 befindliche Öl in den Behälter 52 abströmt. Der Ser­ vomotor 20 wird in umgekehrter Richtung gedreht, um den Kolben anzuheben. Wenn das im Hydraulikzylinder 40 befindliche Öl in den Behälter 52 zurückgeströmt ist und der Kolben 41 in seine Ausgangsposition angehoben ist, wird das Magnetventil 55 ge­ schlossen, wodurch der Hydraulikzylinder 40 verriegelt wird.

Claims (3)

1. Hubsteuervorrichtung mit einem Servomotor (20), einem einen Kolben (41) aufweisenden Hydraulikzylinder (40), einer den Servomotor mit dem Kolben für eine Auf- und Abwärtsbewegung desselben koppelnden Kugel-Gewindeanordnung, einem Hydraulikkreis, der Drucksteuerventile (53, 54, 55) zum Betätigen des Hydraulikzylinders aufweist, und einer numerischen Steuereinheit (10) zum Steuern des Servomotors (20) aufgrund von numerischen Eingabedaten, die kennzeichnend für die Bewegung und die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens (41) sind, zum Erfassen von Signalen, die kennzeichnend für die auf den Servomotor (20) einwirkende Last sind, und zum Erzeugen von Steuersignalen zum Steuern der Drucksteuerventile (53, 54, 55) in dem Hydraulikkreis in Abhängigkeit von den Lastsignalen zwecks Verstellung des Kolbens (41) derart, daß die auf den Servomotor (20) einwirkende Last zu Null wird.

2. Hubsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Drucks im Hydraulikzylinder (40) beim Arbeitshub des Kolbens (41) ein magnetbetätigtes Druckentlastungsventil (53) dient.

3. Hubsteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Kolben (41) verbundene Druckbeaufschlagungsstange (42) mit einem Drehkopf (a) einer Nietmaschine gekoppelt ist.