DE3600364A1 - Verfahren und vorrichtung zum ausgleich des auf einen hydraulischen antrieb wirkenden veraenderlichen gewichtes einer masse, insbesondere fuer den senkrecht stehenden antriebszylinder einer laeppmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleich des auf einen hydraulischen Antrieb wirkenden veränder­ lichen Gewichtes einer Masse, insbesondere für den senkrecht stehenden Antriebszylinder einer Läppmaschine sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Bei hydraulischen, geregelten Antrieben werden oft in einem Arbeitszyklus nacheinander Positionen und Drücke oder Kräfte geregelt. In einem Anwendungsfall handelt es sich beispielsweise beim Positionieren des Antrie­ bes um die Zustellung eines Werkzeuges und bei der Druckregelung um den anschließenden Arbeitsgang.

Bekannte Antriebsregelkreise bestehen aus einem hydrau­ lischen Zylinder oder Ölmotor, einem Servo- oder Pro­ portionalventil, einem Positionsgeber, einem Druck­ oder Kraftaufnehmer sowie einem Positionsregler und einem Druck- oder Kraftregler.

Ist der hydraulische Antrieb so angeordnet, daß die mit ihm verbundene Masse nach unten hängt, so daß sie durch ihr Eigengewicht ständig eine Kraft ausübt, so wird die vom Druckregelkreis eingestellte Kraft des Antrie­ bes um das Gewicht der Masse verfälscht. Dies kann durch Änderung der Nullpunkteinstellung des Kraft­ regelkreises korrigiert werden. Es wird also der Soll­ wert für die vom Antrieb auszuübende Kraft mit einem Basiswert verknüpft, der dem Gewicht der Masse ent­ spricht.

Falls sich jedoch das Gewicht der Masse während der Arbeitsphase oder im Laufe von mehreren einzelnen Arbeitsgängen verändert, so ist die ständige Wieder­ holung der Nullpunkteinstellung arbeits- und zeitauf­ wendig.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, den Gewichtsausgleich an einem Antrieb mit veränderlicher Masse zu automatisieren und hierfür eine zuverlässige und einfach ausgebildete Lösung zu schaffen.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Verfahrensmerkmale gelöst.

Solange von dem Antrieb die Masse abstützungsfrei in der Schwebe gehalten wird, wenn also die Stellge­ schwindigkeit des Antriebes Null ist und die Masse abstützungsfrei gehalten wird, so ist in dem Antrieb ein Druck eingesteuert, der gleich dem augenblick­ lichen Gewicht ist. Dieser Druck wird gemessen, ge­ speichert und während der anschließenden Druckregel­ phase als zusätzlicher Sollwert der Druckregelung eingespeist. Eine Gewichtsveränderung wird damit auto­ matisch während des Arbeitsvorganges ausgeglichen, so daß die Druckregelung stets mit dem gewünschten Druck erfolgt, ohne daß dieser Druck durch das sich ändernde Gewicht verfälscht wird. Damit ist eine fehlerfreie Druck- bzw. Kraftregelung möglich.

Weitere vorteilhafte Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in deren einziger Figur ein Blockschaltbild eines automatischen Gewichts­ ausgleiches für einen Antriebszylinder dargestellt ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel ist ein Antriebszylinder 10 senkrecht angeordnet, der mit einem Kolben mit durchgehender Kolbenstange 12 versehen ist, so daß zu beiden Seiten des Kolbens 11 gleiche Zylinderräume 14 und 15 abgeteilt sind. Der Kolben 12 trägt eine Masse, die in dem Ausführungsbeispiel eine Läppscheibe 16 ist, die von dem Antriebszylinder 10 aus einer abgehobenen Lage gegenüber einem nicht dargestellten Werkstück zunächst zugestellt und bis zum Kontakt mit dem Werk­ stück verfahren wird, worauf auf die Läppscheibe 16 ein vorbestimmter Druck ausgeübt werden soll, mit dem der Läppvorgang durchgeführt wird. Es folgt also auf einen Positioniervorgang zum Anfahren des Werkstückes eine Druckregelphase zum Läppen des Werkstückes.

Die beiden Arbeitsräume 14 und 15 des Zylinders 10 sind über Leitungen mit einem Wegeproportionalventil 17 verbunden, das in bekannter Weise aufgebaut und an eine Druckmittelquelle P bzw. einen Tank T anschließ­ bar ist.

Der Positionierregelkreis besteht aus einem Wegauf­ nehmer 18, von dem der Hub der Kolbenstange 12 in eine elektrische Spannung umgesetzt wird, die dem Istwert des Hubes entspricht, einer Vergleichsstufe 19, der der Istwert sowie der Sollwert des auszuführenden Hubes zugeführt wird und in der ein Fehlersignal gebildet wird, das einem Positionsregler 20 zuführbar ist, der ein entsprechendes Regelsignal erzeugt, das über einen Schalter 21 und eine Treiberstufe 22 auf das Wege­ ventil 17 geführt wird. Während des Zustellvorganges liegt der Schalter 21 auf Stellung 2, so daß die Positionsregelung eingeschaltet ist und die Zustellung mit der gewünschten Geschwindigkeit vorgenommen wird.

Sobald die Läppscheibe 16 Kontakt mit dem Werkstück hat, wird der Schalter 21 durch eine nicht dargestell­ te Vorrichtung in die Stellung 1 umgeschaltet, in der nunmehr die Druckregelung für den Zylinder 10 akti­ viert wird. Hierzu ist ein Druckaufnehmer 23 vorge­ sehen, welcher an beide Zylinderräume 14 und 15 ange­ schlossen ist und somit den Differenzdruck zwischen beiden Zylinderräumen mißt. Dieser Istwert des Dif­ ferenzdruckes sowie ein willkürlich einstellbarer Sollwert werden einer Vergleichsstufe 24 zugeführt, in der ein Fehlersignal gebildet wird, das einem Differenzdruckregler 25 zuführbar ist, der über den Schalter 21 an die Treiberstufe 22 angeschaltet ist. Über den Druckregelkreis 23, 24, 25 kann also in Stellung 1 des Schalters 21 das Wegeventil 17 und da­ mit der Zylinder 10 so angesteuert werden, daß von der Läppscheibe 16 ein vorbestimmter Druck auf das Werkstück ausgeübt wird.

Im Laufe der Zeit verringert sich durch Abtrag der Läppscheibe 16 deren Gewicht. Diese Gewichtsverände­ rung, welche den eingestellten Drucksollwert ver­ fälscht, wird durch die im folgenden beschriebene Einrichtung automatisch kompensiert: Der Druckauf­ nehmer 23 ist über einen Analogdigitalwandler 28 an einen Speicher 29 und der Ausgang des Speichers über einen Digitalanalogwandler 30 an die Vergleichsstufe 24 angeschlossen.

Der Speicher 29 wird von einer Logikschaltung 32 ange­ steuert, von der bestimmt wird, ob der Speicher 29 mit einem neuen gemessenen Differenzdruckwert geladen wer­ den kann oder gesperrt wird. Diese Logikschaltung 32 erhält ein Geschwindigkeitssignal von einer Differen­ zierstufe 33, welche an den Wegaufnehmer 18 angeschlos­ sen ist. Die Differenzierstufe 33 wandelt das Posi­ tionssignal x in die entsprechende Geschwindigkeit um. Außerdem erhält die Logikschaltung 32 ein Signal, welches anzeigt, daß der Schalter 21 in der Stellung 1 oder in der Stellung 2 ist. Die vom Schalter 21 und der Differenzierstufe 33 her anstehenden Signale und s werden in der Logikschaltung 32 miteinander ver­ knüpft, die den Speicher 29 für die Neuaufnahme eines Differenzdruckwertes sperrt, wenn der Schalter in der Stellung 1 oder die Geschwindigkeit nicht gleich Null ist.

Der Speicher 29 wird dagegen für das Laden mit einem Druckmeßwert freigegeben, wenn der Schalter in der Stellung 2 und das Geschwindigkeitssignal gleich Null ist. In diesem Fall befindet sich der Zylinder 10 in der Positionierregelphase, ist also vom Werkstück ab­ gehoben. Wenn in dieser Phase die Geschwindigkeit des Antriebes Null ist, so wird das Gewicht der in der Schwebe gehaltenen Masse einschließlich der Läpp­ scheibe 16 von dem in den Zylinderkammern 14 und 15 eingesteuerten Differenzdruck gehalten. Bei Null Ge­ schwindigkeit ist also der Differenzdruck bzw. die Differenzkraft gleich dem augenblicklichen Gewicht. Dieser Differenzdruck wird vom Druckaufnehmer 23 ge­ messen, im Wandler 28 digitalisiert und kann in den Speicher 29 geladen werden, weil in diesem Zustand die Logikschaltung 32 den Speicher 29 zum Laden frei­ gibt. Das Laden mit dem neuen dem Gewicht entsprechen­ den Signal kann also beispielsweise vorgenommen werden, wenn die Läppscheibe 16 in Wartestellung ist. Sobald die Läppscheibe 16 bewegt wird und/oder der Schalter 21 auf Druckregelung umgeschaltet wird, muß der Spei­ cher 29 von der Logikschaltung 32 gesperrt werden, so daß keine neuen Drucksignale geladen werden können. Vielmehr wird bei in Stellung 1 umgeschalteten Schal­ ter 21 der zuletzt gespeicherte Wert aus dem Speicher 29 abgerufen, in dem Wandler 30 hin in ein Analog­ signal umgewandelt und als Basissollwert auf die Ver­ gleichsstufe 24 geschaltet. Das von der Vergleichs­ stufe 24 dem Regler 25 eingespeiste Fehlersignal ergibt sich aus der Addition des willkürlich ein­ stellbaren Sollwerts mit dem Basissollwert vermindert um den Istwert des Differenzdruckes. Damit ist eine fehlerfreie Druckregelung möglich und wird die Ge­ wichtsveränderung des Antriebes laufend kompensiert, so daß der eingestellte Sollwertdruck auch bei sich veränderndem Gewicht stets auf dem eingestellten Wert gehalten wird.

Claims (10)

1. Verfahren zum Ausgleich des auf einen hydrau­ lischen Antrieb wirkenden veränderlichen Gewichtes einer Masse, insbesondere für den senkrecht stehenden Antriebszylinder einer Läppmaschine, mit einem Druck­ aufnehmer und einem Druckregler zum Ansteuern eines den von dem Antrieb ausgeübten Druck einstellenden Wegeventils, dadurch gekennzeichnet, daß bei abstützungsfrei in der Schwebe gehaltener Masse der am Antrieb eingestellte Druck gemessen und bei der anschließenden Druckregelung der Druckwert als Ausgleichsgröße dem Druckregler aufgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Druckwert digi­ talisiert und gespeichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Druckwert aus dem Speicher während einer Druckregelphase des Antriebes abgerufen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwert während einer Positionsregelphase des An­ triebes gespeichert wird.

5. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an den Druckaufnehmer (23) ein von einer Logikschaltung (32) angesteuerter Speicher (29) angeschlossen ist, von dem der bei ab­ stützungsfrei in der Schwebe gehaltener Masse ge­ messene und gespeicherte Druckwert bei der anschlie­ ßenden Druckregelung einer dem Druckregler (25) vorge­ schalteten Sollwert/Istwert-Vergleichsstufe (24) als Basissollwert zuführbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Logikschaltung (32) über eine Differenzierstufe (33) an den Wegauf­ nehmer (18) des Antriebes angeschlossen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (29) über einen Analogdigitalwandler (28) an den Druckauf­ nehmer (23) und über einen Digitalanalogwandler (30) an die Vergleichsstufe (24) angeschlossen ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 mit einem hydraulischen Zylinder als Antrieb und einem an beide Zylinderräume angeschlossenen Differenzdruck­ messer, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruck als Ausgleichsgröße gespeichert und der Vergleichsstufe (24) zugeführt wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein an den Wegauf­ nehmer (18) angeschlossener Positionsregler (20) vor­ gesehen ist und der Druckregler (25) und Positions­ regler (20) wahlweise über einen Schalter (21) an das Wegeventil anschließbar sind, wobei abhängig von der Schalterstellung die Logikschaltung (32) zum Einspei­ chern eines neuen Differenzdruckwertes bei aktivierter Positionsregelung und Hubgeschwindigkeit Null des Zylinders aktivierbar ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (29) während einer Verstellbewegung des Zylinders und/oder bei aktivierter Druckregelung gegen das Laden mit einem neuen Differenzdruckwert gesperrt und der vor­ her gespeicherte Differenzdruckwert aus dem Speicher abrufbar ist.