DE10148954A1

DE10148954A1 - Vorrichtung zur Kompensation von Verformungen an Spannflächen von Maschinen

Info

Publication number: DE10148954A1
Application number: DE2001148954
Authority: DE
Inventors: Ralph Ludwig
Original assignee: SIEMPELKAMP PRESSEN SYSTEME GmbH AND Co; Siempelkamp Pressen Systeme GmbH and Co KG
Current assignee: Siempelkamp Maschinen und Anlagenbau GmbH and Co KG
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: DE10148954B4

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Kompensation von Verformungen an Spannflächen (1) von Maschinen (2). Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch wenigstens ein im Bereich der Spannflächen (1) angeordnetes Ausgleichselement (4). Dieses Ausgleichselement (4) verfügt über zumindest zwei ortsabhängig verschiedene Elastizitätsmodule (epsilon¶A¶, epsilon¶B¶). Die Größe dieser jeweiligen Elastizitätsmodule (epsilon¶A¶, epsilon¶B¶) lässt sich an die ortsabhängig zu erwartende unterschiedliche Flächenpressung (P¶1¶, P¶2¶) in der Weise anpassen, dass die Gesamtverformung (t¶ges¶) der Maschine (2) inklusive Ausgleichselement (4), über die gesamte belastete Spannfläche (1) gesehen, ortsunabhängig innerhalb vorgegebener Grenzen gleich ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zu Kompensation von Verformungen an Spannflächen von Maschinen, insbesondere zum Ausgleich von verformungsbedingten Spaltbildungen an Werkzeugaufspannflächen von Pressen, Innenhochdruckumformmaschinen, Spritzgießmaschinen etc.
Bei derartigen Maschinen müssen hohe Werkzeugschließkräfte aufgebracht werden. Dabei erfolgt die Krafteinleitung in der Regel über feste und bewegliche Maschinenholme, gegenüber denen sich zugehörige Werkzeuge (im Regelfall zwei Werkzeughälften) abstützen.
Infolge der hohen zu übertragenden Kräfte verformen sich die im Kraftfluss liegenden Maschinenholme elastisch wegen der zu übertragenden Querkräfte durch Schubverformung. Zusätzlich führen zu übertragende Biegemomente zu einer Biegeverformung. Folgerichtig hat man in der Vergangenheit die betreffenden Maschinenholme auf maximale Steifigkeit ausgelegt. Das ist aufwendig.
Hinzu kommt, dass das Aufklaffen der beiden Werkzeughälften in Schließebene beispielsweise bei Innenhochdruckumformmaschinen sowie (Kunststoff-)Spritzgussmaschinen unbedingt vermieden werden muss. Ansonsten besteht die Gefahr, dass der umzuformende Werkstoff aus dem zugehörigen Trennspalt herausfließt bzw. herausquillt. Das führt bei Spritzgusswerkzeugen zu einer unerwünschten Gratbildung am Werkstück. Schlimmstenfalls lassen sich auch dadurch bedingte Werkzeugschäden nicht verhindern. Deshalb hat man in der Praxis versucht, das beschriebene Aufklaffen dadurch zu vermeiden, dass das zugehörige Werkzeug "überpresst" wird. Hierfür müssen Zuhaltekräfte aufgebracht werden, die letztlich viel größer sind, als dies bei unterbliebener Verformung erforderlich wäre. Eine solche Vorgehensweise erhöht den anlagentechnischen Aufwand und damit die Kosten.

Zwar hat man in der Vergangenheit versucht, bei Pressen die Schrägstellung eines zugehörigen Stößels zu vermeiden. Eine solche Stößelparallelhaltung an einer Mehrpunktpresse mit hydraulischen Druckkissen wird beispielsweise in der DE 196 42 287 A1 beschrieben. Hier lassen sich die einzelnen Federsteifen in den Druckpunkten so verändern, dass infolge außermittiger Belastung auftretende unterschiedliche Längsverformungen von Gestell und Pleuel durch eine Verminderung der Steife des oder der zugehörigen Druckkissen kompensiert werden. Das jeweilige Druckkissen ist mit einem Druckspeicher verbunden und wird mit Gasdruck versorgt und verfügt darüber hinaus noch über ein Ölpolster. Derartige Maßnahmen lassen sich nicht universell einsetzen, geschweige denn nachrüsten. Auch ist der damit verbundene technologische Aufwand beträchtlich. - Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige Vorrichtung zur Kompensation von Verformungen an Spannflächen von Maschinen anzugeben, die einfach und preisgünstig aufgebaut ist sowie sich problemlos nachrüsten lässt.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Kompensation von Verformungen an Spannflächen von Maschinen, insbesondere zum Ausgleich von verformungsbedingten Spaltbildungen an Werkzeugaufspannflächen von Pressen, Innenhochdruckumformmaschinen, Spritzgießmaschinen etc., welche gekennzeichnet ist durch wenigstens ein im Bereich der Spannflächen angeordnetes Ausgleichselement, das im wesentlichen quer zur Kraftrichtung - ortsabhängig - zumindest zwei verschiedene Elastizitätsmodule aufweist, deren jeweilige Größe an die ortsabhängig zu erwartende unterschiedliche Flächenpressung in der Weise angepasst ist, dass die Gesamtverformung der Maschine inklusive Ausgleichselement über die gesamte belastete Spannfläche gesehen ortsunabhängig innerhalb vorgegebener Grenzen gleich ausgebildet ist. D. h., die Spannflächen bewegen sich bei Belastung innerhalb vorgegebener Grenzen parallel zueinander. Die betreffenden Grenzen berücksichtigen die jeweiligen Anforderungen der mit dem Ausgleichselement ausgerüsteten Maschine.

Idealerweise wird man natürlich versuchen, die Grenzen möglichst eng zu setzen bzw. eine Nullvariation zu erreichen. In der Praxis lassen sich jedoch durchaus Abweichungen von der Parallelität der Spannflächen zueinander akzeptieren, was in den betreffenden Grenzangaben zum Ausdruck kommt. Ebenso wird zugelassen, dass innerhalb dieser Spannbreite die Gesamtverformung der Maschine inklusive Ausgleichselement angesiedelt ist.

Die zu erwartende Flächenpressung und die hieraus resultierende Auslegung des Ausgleichselementes lässt sich empirisch durch Versuche ermitteln. Dabei kann beispielsweise auf eine - im Vergleich zu der auszurüstenden Maschine - ähnlich aufgebaute Referenzmaschine zurückgegriffen und die Kraftverteilung an den Spannflächen mit entsprechenden Messwertaufnehmern ermittelt und ausgewertet werden. Aus den jeweiligen Werten für die Flächenpressung können dann Rückschlüsse auf die Auslegung des Ausgleichselementes hinsichtlich des jeweils ortsabhängigen Elastizitätsmoduls gezogen werden. So wird das Ausgleichselement üblicherweise so bemessen, dass im Bereich einer örtlich hohen Flächenpressung und Verformung eine große Steifigkeit ("harter Werkstoff" mit großem Elastizitätsmodul) des Ausgleichselementes eingestellt wird, während eine niedrige Flächenpressung sowie geringe Verformung auf eine weichere Federcharakteristik trifft. Dadurch wird unter dem Strich gewährleistet, dass die Gesamtverformung des Ausgleichselementes inklusive Maschine unter Berücksichtigung der ortsabhängig unterschiedlichen Flächenpressungen und Verformungen über die gesamte Fläche gesehen gleiche Werte (innerhalb der vorgegebenen Grenzen) einnimmt.

Das hat zur Folge, dass auch die sich üblicherweise an das Ausgleichselement unmittelbar anschließende Spannfläche bzw. das hieran anliegende Werkzeug verformungsfrei beaufschlagt wird und eine homogene Krafteinleitung erfährt, aus welcher dann die gewünschte parallele Verschiebung zugehöriger Werkzeughälften resultiert.

Bei dem Ausgleichselement mag es sich um einen zwischen das (bewegliche) Maschinenteil und die zugehörige Spannfläche (z. B. Werkzeugoberfläche) eingefügten Adapter handeln. Es ist aber auch denkbar, das Ausgleichselement direkt in das Maschinenteil (beispielsweise in den Ober- und/oder Unterholm einer Presse) zu integrieren. Eine solche Vorgehensweise empfiehlt sich bei einer Neukonstruktion und Neuherstellung einer zugehörigen Maschine bzw. Presse, während die Adapterlösung für Nachrüstungen prädestiniert ist.

Im einzelnen mag es sich bei dem Ausgleichselement um einen massiven Körper aus zwei oder mehr Werkstoffen mit unterschiedlichen Elastizitätsmodule handeln. Für diesen Fall empfiehlt die Erfindung, das Ausgleichselement in Kraftquerrichtung bzw. in seiner Längsrichtung sandwichartig aus zwei oder mehr Lagen unterschiedlicher Werkstoffe mit gegebenenfalls variierender Dicke auszubilden. Dieser Sandwichaufbau des Ausgleichselementes erstreckt sich also in einer Ebene, auf welcher die Vektoren der eingeleiteten Kraft im Wesentlichen senkrecht stehen. Folglich werden die ortsabhängig unterschiedlichen Flächenpressungen von jeweils wechselnden Schichtenfolgen und/oder -dicken der einzelnen Werkstoffe aufgenommen, so dass unmittelbar ersichtlich wird, wie sich hierdurch die gewünschten wechselnden Federsteifigkeiten mit den unterschiedlichen Verformungsgraden darstellen lassen.

Denn jedes Ebenensegment des Ausgleichselementes verfügt über einen charakteristischen Schichtenaufbau. Daraus resultiert ein bestimmter Verformungsgrad, welcher vom Elastizitätsmodul des jeweils an der Stelle vorhandenen Werkstoffes und dessen Dicke abhängt.

Als Werkstoffe zur Darstellung des massiven Ausgleichselementes empfiehlt die Erfindung beispielsweise Eisenwerkstoff sowie einen Kunststoff hoher Festigkeit. Diese Materialpaarung kann einfach realisiert werden, weil Eisenwerkstoffe und zugehörige Kunststoffe problemlos durch An- bzw. Umspritzen miteinander vereinigbar sind. D. h., die Herstellung eines solchermaßen aufgebauten Ausgleichselementes ist kostengünstig.

Alternativ zu einer massiven Ausgestaltung des Ausgleichselementes empfiehlt die Erfindung auch eine Variation dergestalt, dass es sich bei dem Ausgleichselement um einen aus einem einzigen Werkstoff vorgegebenen Elastizitätsmoduls gefertigten Körper mit eingebrachtem Hohlraum handelt. Dieser Hohlraum erstreckt sich vorteilhaft in den Bereichen, die örtlich eine geringere Flächenpressung erfahren. Denn mit dem Hohlraum ist bekanntermaßen eine Verringerung des zugehörigen Elastizitätsmoduls an dieser Stelle verbunden.

Selbstverständlich lassen sich auch mehrere Hohlräume in das Ausgleichselement gleichsam säulenartig einbringen. Dadurch kann im Rahmen dieser Variante ebenso ortsabhängig wechselnden Flächenpressungen Rechnung getragen werden. Schließlich lässt sich der Hohlraum vorteilhaft mit einem Stützkern ganz oder teilweise ausfüllen. Dann lassen sich sogar Elastizitätsmodule an dieser Stelle realisieren, die zunächst (bei Expansion des Werkstoffes in den noch vorhandenen Hohlraum) abnehmen und dann beim Verformen des Stützkernes wieder zunehmen. In gleicher Weise kann hierdurch ein progressiver Verlauf des Elastizitätsmoduls bzw. der zugehörigen Federkonstante dargestellt werden. Das Gleiche gilt für einen degressiven Verlauf.

Üblicherweise sind die verschiedenen Elastizitätsmodule der Werkstoffe bzw. Hohlraumausbildungen innerhalb des Ausgleichselementes so ausgelegt, dass ein voreingestelltes Verhältnis zueinander erreicht wird. Denkbar sind beispielsweise Verhältnisse von 10 : 1 bis 100 : 1. Selbstverständlich lässt sich das Ausgleichselement auch aus mehreren Segmenten mit unterschiedlichen Federcharakteristika aufbauen. Eine derartige Vorgehensweise ist beispielsweise dann erforderlich, wenn bei einer Presse die zugehörigen Werkzeughälften in Längs- und Querrichtung (x- und y-Richtung) zu jeweils verschiedenen Spaltbildungen neigen. Dann muss mit einem entsprechend angepassten Verlauf der Federcharakteristika in x-Richtung und hiervon unabhängig in y-Richtung gearbeitet werden. Der daraus resultierende Elastizitätsmodul stellt also eine Funktion der x- und y-Koordinaten dar, nimmt also die Gestalt einer Fläche im dreidimensionalen Raum an.

So oder so lässt sich das Ausgleichselement durch einen örtlich variierenden Ersatz-Elastizitätsmodul charakterisieren, welcher an die dort jeweils zu erwartenden Gesamtbelastungen aus beispielsweise durch Biegung, Schubverformung, Stauchung etc. angepasst ist. Dadurch lässt sich eine idealebene Werkzeugaufspannfläche auch unter Last realisieren, weil Biege- und Schubverformungen vollständig kompensiert werden.

Üblicherweise bilden das Ausgleichselement und ein zugehöriges Werkzeug, insbesondere Spannwerkzeug, eine Einheit. Diese Einheit weist unter Berücksichtigung der erforderlichen Betätigungskräfte eine festgelegte (ortsunabhängige) Gesamtverformung auf und kann dadurch maschinenunabhängig eingesetzt werden. D. h., bei Kenntnis der angreifenden Betätigungskräfte lässt sich die Einheit inklusive Ausgleichselement gleichsam eichen und auf verschiedenen anderen Maschinen einsetzen.

Im Ergebnis wird eine Vorrichtung zur Kompensation von Verformungen an Spannflächen von Maschinen mit einem zugehörigen Ausgleichselement zur Verfügung gestellt, die zunächst einmal einfach und preisgünstig aufgebaut ist. Denn bei dem Ausgleichselement handelt es sich zumeist um einen zumeist quaderförmigen Körper aus zwei oder mehr Werkstoffen unterschiedlicher Elastizitätsmodule. Ebenso kann ein regelmäßig quaderförmiger Körper mit an gewünschter Stelle eingebrachtem Hohlraum realisiert sein. Dadurch, dass die Schichten aus den verschiedenen Werkstoffen zur Darstellung der sandwichartigen Struktur des Ausgleichselementes unterschiedlich aufgebaut und angeordnet sind, kann ein räumlich wechselnder Verlauf des sich einstellenden Ersatz-Elastizitätsmoduls dargestellt werden, und zwar sowohl in x- als auch y-Richtung. Wenn die Elastizitätsmodule unter Druckbeanspruchung näherungsweise konstant sind (lineare Spannungs-Stauchungskennlinie) kann unabhängig von der Höhe der äußeren Belastung eine gleichmäßige Absenkung des Arbeitstisches erreicht werden. Diese lineare Absenkung lässt sich zudem durch hydraulische Zuhaltezylinder fixieren. Weitere Vorteile und Maßnahmen der Erfindung werden mit Bezug zu der nachfolgenden Figurenbeschreibung erläutert.

Es zeigen
Fig. 1a, 1b schematisch eine 4-Säulen-/2-Holmpressmaschine mit den dort auftretenden Biegungen und Spaltbildungen, und zwar perspektivisch (Fig. 1a) und schematisch im Schnitt (Fig. 1b),
Fig. 2a, 2b eine 2-Säulen-/2-Holmpressmaschine in vergleichbarer Darstellung,
Fig. 3 ein Spannungs-Dehnungsdiagramm für zwei verschiedene Werkstoffe,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Ausgleichselement in einer ersten Variante,
Fig. 5a, 5b zwei verschiedene Schnitte durch den Gegenstand nach Fig. 4 entlang der Linien C-C (vgl. Fig. 5a) und D-D (vgl. Fig. 5b),
Fig. 6 eine zweite Variante des Ausgleichselementes im Schnitt,
Fig. 7 die errechnete Auslegung eines Ausgleichselementes für eine Maschine gemäß Fig. 2,
Fig. 8 Halbschnitte durch Fig. 7 in z,y-Ebene der Bereiche X₀ bis X₅ und
Fig. 9 Halbschnitte durch Fig. 7 in z,x-Ebene der Bereiche Y₀ bis Y₅ schematisch.
In den Figuren ist eine Vorrichtung zur Kompensation von Verformungen an Spannflächen 1 von Maschinen 2 dargestellt. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels geht es um den Ausgleich von verformungsbedingten Spaltbildungen 3 an zugehörigen Spannflächen bzw. Werkzeugaufspannflächen 1 von Pressen 2. Selbstverständlich können auch anders gestaltete Maschinen 2 mit der nachfolgend zu beschreibenden Vorrichtung ausgerüstet werden. Hierzu gehören beispielsweise Innenhochdruckumformmaschinen, Spritzgießmaschinen etc.
Erfindungsgemäß ist wenigstens ein im Bereich der Spannflächen 1 angeordnetes Ausgleichselement 4 vorgesehen, dessen Platzierung schematisch in der Fig. 2a zu erkennen ist. Dort sind zwei verschiedene Ausgleichselemente 4 realisiert, die jeweils als Adapter ausgeführt sind, welcher zwischen einem zugehörigen Maschinenteil 6 und der Spannfläche 1 eingefügt ist. Bei dem Maschinenteil 6 handelt es sich um eine Maschinenoberkonstruktion 6 mit zwei Oberholmen 7, die in Kombination mit einer Maschinenunterkonstruktion 8 mit zwei Unterholmen 9 für die Aufbringung der erforderlichen Presskräfte sorgt (vgl. Fig. 1 und 2).
Anhand der Fig. 4 und 5 erkennt man, dass das Ausgleichselement 4 im Wesentlichen quer zur Kraftrichtung F (z- Richtung), d. h. in x- und/oder y-Richtung mit zumindest zwei ortsabhängig verschiedenen Elastizitätsmodule ε_A und ε_B ausgerüstet ist. Die Größe dieser Elastizitätsmodule ε_A und ε_B ist an die ortsabhängig zu erwartende unterschiedliche Flächenpressung P₁ und P₂ und daraus resultierende wechselnde Verformung angepasst.
Die zugehörigen Flächenpressungen P₁ und P₂ lassen sich am besten anhand der Fig. 2b erkennen und resultieren aus dem nur unzulänglich kompensierten Gegendruck eines Presslinges, welcher zu der zu vermeidenden Spaltbildung 3 führt. Die unterschiedliche Größe der Flächenpressungen P₁ und P₂ manifestiert sich anhand der jeweils verschiedenen Länge der zugehörigen Vektoren.
Dabei sind die ortsabhängig variierenden Elastizitätsmodule ε_A und ε_B dergestalt an die jeweiligen Flächenpressungen P₁ und P₂ angepasst, dass die Gesamtverformung t_ges der Maschine 2 inklusive Ausgleichselement 4 über die gesamte belastete Spannfläche 1 gesehen ortsunabhängig innerhalb vorgegebener Grenzen gleich ausgebildet ist. Das hat zur Folge, dass sich die jeweiligen Spannflächen 1 bei Belastung innerhalb der vorgegebenen Grenzen parallel zueinander verschieben und es nicht (mehr) zu der Spaltbildung 3 kommt.
Die jeweils unterschiedliche Flächenpressungen P₁ und P₂ lassen sich empirisch durch Versuche mittels einer Referenzmaschine erfassen. In gleicher Weise können auch Simulationen vorgenommen werden. Diese berücksichtigen mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM) sämtlich zu erwartenden Verformungen an der Maschine 2 im Rahmen eines computergestützten Rechenmodells. Demgegenüber lassen sich die empirischen Werte durch Druck- oder Kraftaufnehmer ermitteln oder unter Rückgriff auf beispielsweise ein spannungsoptisches Modell bestimmen.
Wie beschrieben, handelt es sich bei dem Ausgleichselement 4 um einen Adapter, welcher zwischen das Maschinenteil 6, 8 und die Spannfläche 1 eingefügt ist. Es ist aber auch möglich, das Ausgleichselement 4 direkt in den Oberholm 7 und/oder in den Unterholm 9 zu integrieren. - Ausweislich der Fig. 4 handelt es sich bei dem Ausgleichselement 4 um einen massiven Körper aus zwei Werkstoffen, nämlich dem Werkstoff A und B. Dabei ist der Elastizitätsmodul ε_A des Werkstoffes A viel größer als der Elastizitätsmodul ε_B des Werkstoffes B ausgebildet. An dieser Stelle sind Verhältnisse von ε_A : ε_B ≍ 10 : 1 bis 100 : 1 denkbar.
Man erkennt, dass das Ausgleichselement 4 in Längsrichtung sandwichartig aus zwei oder mehr Lagen der unterschiedlichen Werkstoffe A und B ausgebildet ist. Außerdem verfügen die Werkstoffe A und B noch über eine ortsabhängig variierende Dicke t_A sowie t_B im Rahmen des Ausführungsbeispiels handelt es sich bei dem Werkstoff A um einen "harten" Eisenwerkstoff, während der Werkstoff B als "weicher" Kunststoffwerkstoff ausgebildet ist. Deren jeweilige Spannungs-Stauchungs-Diagramme sind in Fig. 3 dargestellt, wobei die durchgezogene Linie zum Werkstoff A korrespondiert, während sich die strichpunktierte Linie auf den Werkstoff B bezieht.
Die Fig. 5 macht deutlich, dass bei einem Schnitt durch die Fig. 4 entlang der Linie C-C (Fig. 5a) eine andere Zusammensetzung der Werkstoffpaarung A-B vorliegt im Vergleich zu einem Schnitt entlang der Linie D-D (vgl. Fig. 5b). Tatsächlich verfügt der (harte) Werkstoff A im Bereich des Schnittes nach der Fig. 5a über eine geringe Dicke t_AC, während demgegenüber der (weiche) Werkstoff B den Hauptanteil t_BC einnimmt. Beim Schnitt in der Fig. 5b sind die Verhältnisse umgekehrt.
Das hat zur Folge, dass das Ausgleichselement 4 im Bereich des Schnittes C-C insgesamt "weicher" ausgebildet ist, da hier ein größerer Dickenanteil t_BC des weicheren Werkstoffes B vorliegt (Fig. 5a). Dagegen wird das Ausgleichselement 4 bei Annäherung an den Schnitt D-D nach der Fig. 5b zunehmend "härter", da der Dickenanteil t_AD des härteren Werkstoffes A im Vergleich zum Dickenanteil t_BD des weichen Werkstoffes B zunimmt.
Für den Fall, dass gleiche Flächenpressungen P am Ausgleichselement 4 in den dargestellten Bereichen C-C bzw. D- D angreifen, ergeben sich demzufolge unterschiedliche Verformungen t_gesC im Vergleich zu t_gesD. Tatsächlich ist die Gesamtdicke im Bereich der Fig. 5a kleiner ist als diejenige im Schnitt nach der Fig. 5b, d. h. es gilt:

t_gesC < t_gesD
Im Bereich der Fig. 5a liegt also eine größere elastische Druckstauchung im Vergleich zur Situation nach der Fig. 5b vor.
Dabei muss natürlich insgesamt berücksichtigt und gewährleistet werden, dass sich die jeweiligen Werkstoffe A und B ausweislich der Fig. 3 nur im elastischen Bereich verformen. Ansonsten müssten zusätzlich noch Nicht-Linearitäten berücksichtigt werden, die eine vernünftige Auslegung des Ausgleichselementes 4 unmöglich machen. Hierdurch legt letztlich der "weichere" der beiden Werkstoffe A, B, im Beispielfall der Werkstoff B, den maximalen elastischen Nutzungsbereich NB des gesamten Ausgleichselementes 4 fest. Denn dieser maximale Nutzungsbereich NB entsprechend der Fig. 3 erstreckt sich lediglich über den linearen Bereich des zugehörigen Elastizitätsmoduls ε_B im Vergleich zur aufgebrachten Stauchung bzw. Flächenpressung σ.
Für das Ausgleichselement nach den Fig. 4 und 5 kann ein Ersatz-Elastizitätsmodul ε_e angegeben werden. In der Praxis sind Verläufe des Ersatz-Elastizitätsmoduls ε_e (x, y) denkbar, wie sie schematisch in den Fig. 7 bis 9 dargestellt sind. Man erkennt eine Art "Sattelfläche", die zu ortsabhängig variierenden Elastizitätsmodule sowohl in x- als auch y-Richtung korrespondiert und auf diese Weise in der Lage ist, auch komplexe Spaltbildungen 3 an Werkzeughälften zu beherrschen, wie sie beispielhaft in der Fig. 2a dargestellt sind.
Anstelle das Ausgleichselement 4 aus zwei Werkstoffen A und B herzustellen, ist es auch möglich, auf lediglich einen einzigen Werkstoff A zurückzugreifen, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. In diesem Fall wird der sich einstellende Ersatz-Elastizitätsmodul ε_e (x, y) dadurch ortsabhängig variiert, dass ein Hohlraum 10 vorgegebener Ausdehnung in den Werkstoff A eingebracht wird. Üblicherweise wird man an dieser Stelle mit einem "harten" Werkstoff A arbeiten, während der Hohlraum 10 entweder "leer" ist oder - wie beim Ausführungsbeispiel - im Inneren einen "weichen" Stützkern aus dem Werkstoff B aufnimmt. Damit das Ausgleichselement 4 zwischen einer Spannfläche 1 bzw. einer zugehörigen Arbeitsplatte und der Maschinenkonstruktion 8 bzw. dem Unterholm 9 den jeweils ortsabhängig unterschiedlichen Flächenpressungen P_i (x, y), i = 1, 2, 3, . . . zu folgen in der Lage ist, verfügt das Ausgleichselement 4 jeweils außenseitig über einen Einfederspalt 11 mit Endanschlag. Dieser wird von zwei den Spalt 11 begrenzenden Kernhaltern 12 gebildet, die zwischen sich den Hohlraum 10 aufnehmen. Der gleiche Aufbau nach Fig. 6 schließt sich im rechten Teil entlang einer Symmetrieachse S an. Das gilt auch für die Fig. 4.
Bei dem Ausgleichselement 4 kann es sich auch um eine zweidimensionale Matrix handeln, die aus verschiedenen Segmenten mit jeweils unterschiedlichen Federcharakteristika aufgebaut ist. Anders ausgedrückt, umfasst die Erfindung auch Ausgestaltungen derart, dass diese Segmente so aufgebaut sind, wie dies in den Fig. 4 und 5 bzw. 6 dargestellt ist. Diese einzelnen Segmente lassen sich in der Art einer Matrix zusammenfügen, so dass ein Verlauf des Ersatz-Elastizitätsmoduls ε_e dargestellt werden kann, wie er beispielhaft Gegenstand der Fig. 7 ist. Man erkennt anhand der Fig. 7, dass das Ausgleichselement 4 auf diese Weise einen örtlich variierenden Ersatz-Elastizitätsmodul ε_e (x, y) aufweist, der sowohl in x- als auch y-Richtung unterschiedliche Werte annimmt. Folglich kann der Ersatz- Elastizitätsmodul ε_e (x, y) an die örtlich jeweils zu erwartenden Gesamtbelastungen aus beispielsweise Durchbiegung, Schubverformung, Stauchung etc. angepasst werden.
Diese Gesamtbelastungen lassen sich ebenfalls in einer Matrix durch zugehörige Flächenpresswerte P_i (x, y) mit _i = 1, 2, 3, 4 . . . ausdrücken (Fig. 1a). Das Ausgleichselement 4 und ein zugehöriges Werkzeug formen in der Regel eine Einheit. Diese Einheit lässt sich nach einer "Eichung" flexibel bei unterschiedlichen Maschinen einsetzen. Im Rahmen dieser Eichung werden die erforderlichen Betätigungskräfte und die daraus resultierenden Verformungen festgelegt sowie die Auslegung des zugehörigen Ausgleichselementes 4. - Schließlich wird anhand der Fig. 7 bis 9 deutlich, dass der jeweilige Ersatz-Elastizitätsmodul ε_e (x, y) sowohl einen progressiven, degressiven als auch linearen ortsabhängigen Verlauf aufweisen kann.

Claims

1. Vorrichtung zur Kompensation von Verformungen an Spannflächen (1) von Maschinen (2), insbesondere zum Ausgleich von verformungsbedingten Spaltbildungen (3) an Werkzeugaufspannflächen (1) von Pressen (2), Innenhochdruckumformmaschinen, Spritzgießmaschinen etc., gekennzeichnet durch wenigstens ein im Bereich der Spannflächen (1) angeordnetes Ausgleichselement (4), welches zumindest zwei ortsabhängig verschiedene Elastizitätsmodule (ε_A, ε_B, ε_e) aufweist, deren jeweilige Größe an die zu erwartende unterschiedliche Flächenpressung (P₁, P₂) in der Weise angepasst ist, dass die Gesamtverformung (t_ges) der Maschine (2) inklusive Ausgleichselement (4) über die gesamte belastete Spannfläche (1) gesehen innerhalb vorgegebener Grenzen gleich ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu erwartende Flächenpressung (P₁, P₂) empirisch durch Versuche oder mittels Simulationen ortsabhängig bestimmt wird und aus diesen Ergebnissen der jeweils ortsabhängige Elastizitätsmodul (ε_A, ε_B, ε_e) abgeleitet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) als zwischen Maschinenteil (6, 8) und Spannfläche (1) eingefügte Adapter (4) oder in das Maschinenteil (6) integrierter Bestandteil ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) als massiver Körper aus zwei oder mehr Werkstoffen mit unterschiedlichen Elastizitätsmodule (ε_A, ε_B) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) in Längsrichtung sandwichartig aus zwei oder mehr Lagen unterschiedlicher Werkstoffe (A, B) mit gegebenenfalls variierender Dicke (t_A, t_B) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoffe (A, B) ein Eisenwerkstoff (A) sowie ein Kunststoff (B) hoher Festigkeit Verwendung finden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) als aus einem einzigen Werkstoff (A) vorgegebenen Elastizitätsmoduls (ε_A) gefertigter Körper mit eingebrachtem Hohlraum (10) zur Verringerung des zugehörigen Elastizitätsmoduls (ε_B) an dieser Stelle ausgeführt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (10) mit einem Stützkern ganz oder teilweise ausgefüllt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Elastizitätsmodule (ε_A, ε_B) ein voreingestelltes Verhältnis zueinander, z. B. ε_A : ε_B = 10 : 1 bis 100 : 1, aufweisen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) aus Segmenten mit unterschiedlichen Federcharakteristika bzw. Elastizitätsmodule (ε_A, ε_B) aufgebaut ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) einen örtlich variierenden Ersatz-Elastizitätsmodul (ε_e (x, y)) aufweist, der an die dort jeweils zu erwartenden Gesambelastungen bzw. Flächenpressungen (P_i(x, y), _i = 1, 2, 3, usw.) aus beispielsweise Durchbiegung, Schubverformung, Stauchung etc. angepasst ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Federcharakteristik des Ausgleichselementes (4) durch den Ersatz-Elastizitätsmodul (ε_e (x, y)) beschrieben wird, welcher je nach Auslegung einen progressiven, degressiven oder linearen ortsabhängigen Verlauf aufweist, und zwar sowohl in einer Richtung (x) als auch in einer Ebene (x-, y-Ebene).

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) und ein zugehöriges Werkzeug, insbesondere Spannwerkzeug, eine Einheit bilden, die unter Berücksichtigung der erforderlichen Betätigungskräfte eine festgelegte Verformung aufweist und somit maschinenunabhängig einsetzbar ist.