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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken, mit
mindestens zwei Werkzeugteilen, wobei sich mindestens ein Werkzeugteil
gegen ein Widerlager abstützt.
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Vorrichtungen
der in Rede stehenden Art sind seit vielen Jahren aus der Praxis
bekannt. In verschiedenen Industriezweigen werden diese eingesetzt,
um Werkstücke
in großer
Stückzahl
mit möglichst
gleich bleibend hoher Qualität
umzuformen. Bei den umzuformenden Werkstücken kann es sich um Teile
unterschiedlicher Form, Größe, Festigkeit
sowie aus unterschiedlichen Materialien handeln. Die Bauformen der
Vorrichtungen unterscheiden sich in Abhängigkeit von Umformart, Antriebsart,
Umformkraft, Größe, Gestellform
etc. entsprechend dem jeweiligen Einsatzzweck teils erheblich.
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Insbesondere
Materialien wie Metalle und Kunststoffe weisen die Eigenschaft auf,
sich unter einer bestimmten Krafteinwirkung irreversibel zu verformen
(zu „fließen"), so dass deren
Form auch nach Beendigung der Krafteinwirkung zumindest weitestgehend
beibehalten wird. Beim Umformen wird diese „Plastizität" ausgenutzt, um ein Werkstück im Rahmen
der Fertigung gezielt in Form zu bringen, d. h. umzuformen. Das
Verformungsverhalten des Werkstücks
hängt dabei
von der Höhe,
Dauer und Art der Krafteinwirkung ab, kann insbesondere bei Kunststoffen
(Thermoplasten) allerdings in starkem Maße auch durch zusätzliche
Temperaturbehandlung beeinflusst werden.
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Bei
Vorrichtungen der in Rede stehenden Art wird die Umformung des Werkstücks durch
Einwirkung von zumindest zwei Werkzeugteilen auf das Werkstück erzielt.
Zumindest eines der Werkzeugteile stützt sich dabei gegen ein Widerlager
ab, so dass durch eine Relativbewegung der Werkzeugteile gegeneinander
eine Kraft auf das zumindest teilweise zwischen den Werkzeugteilen
angeordnete Werkstück
aufgebracht wird. Die (vorübergehende)
Krafteinwirkung führt
zu einer Verformung des Werkstücks,
wobei insbesondere durch eine bestimmte Form und Führung der
Werkzeugteile eine gezielte Verformung, also ein Umformen, des Werkstücks erreicht
wird.
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Bei
einer Presse kann sich beispielsweise die Umformkraft eines ersten,
beweglichen Werkzeugteils (Oberwerkzeug) gegen ein zweites, feststehendes
Werkzeugteil (Unterwerkzeug) richten, wozu sich das Unterwerkzeug
zur Aufbringung der vom Betrage her der Umformkraft des Oberwerkzeugs
entsprechenden Gegenkraft gegenüber
einem festen Widerlager abstützt.
Das Werkstück
befindet sich beim Umformvorgang zwischen Ober- und Unterwerkzeug.
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Andere
Vorrichtungen zum Umformen von Werkstücken, beispielsweise Tiefzieh-Pressen, die sich
zur Herstellung von Tiefzieh-Pressteilen eignen, sind ebenfalls
bekannt. Im Unterschied zu einfachen Pressen kommen hier mindestens
drei Werkzeugteile zum Einsatz.
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Dabei
bringt ein erstes, bewegliches Werkzeugteil („Oberwerkzeug") zunächst Kraft
gegen ein zweites, bewegliches Werkzeugteil (den sogenannten „Blechhalter") auf. Der Blechhalter
stützt
sich gegen ein bewegliches Widerlager (das sogenannte „Ziehkissen") ab. Das zwischen
Oberwerkzeug und Blechhalter befindliche Werkstück wird auf diese Weise eingeklemmt.
Während
des Tiefziehvorgangs bewegt sich der Blechhalter unter Aufbringung
der zum Klemmen des Werkstücks
nötigen
Gegenkraft parallel mit dem Stößel, wozu
sich der Blechhalter weiterhin gegen das präzise zu verfahrende Ziehkissen
abstützt.
Der Blechhalter bringt dabei nur einen zum Halten des Werkstücks nötigen Teil
der Gegenkraft gegen das Oberwerkzeug auf.
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Der übrige, oft
wesentliche Teil der Kraft des Oberwerkzeugs wirkt während des
Tiefzieh-Vorgangs gegen ein drittes, feststehendes Werkzeugteil, das „Unterwerkzeug". Das Unterwerkzeug
ist zumeist auf einem feststehenden Pressentisch gelagert.
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Bei
derartigen Vorrichtungen zum Umformen können enorme Umformkräfte auftreten.
Diese können
beispielsweise bei Tiefzieh-Pressen von Karosserieteilen für die Automobilindustrie,
wo großflächige Stahlbleche
oder Kunststoffteile in komplexe, feingliedrige Strukturen umgeformt
werden, bis zu mehreren hundert Tonnen betragen. Weitere Umformvorrichtungen
der in Rede stehenden Art, bei denen hohe bis sehr hohe Umformkräfte auftreten,
bspw. Schmieden, Stanzen oder dergleichen, sind ebenfalls bekannt.
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Im
Betrieb weisen die Vorrichtungen den Nachteil auf, dass sich durch
die zum Umformen des Werkstücks
aufgebrachte Kraft nicht nur das Werkstück verformt, sondern dass sich
auch stark beanspruchte Bauteile der Vorrichtung verformen. Zwar findet
diese Verformung bei entsprechender Auslegung der Bauteile im elastischen
Bereich statt, so dass diese nicht dauerhaft ist, sondern nach Aufhebung
der Umformkraft rückgängig gemacht
wird. Jedoch sorgt die Verformung während des Umformvorgangs für einen
veränderten
Werkzeugeinfluss, was wiederum zu Ungenauigkeiten am umgeformten Werkstück führt. Dieser
nachteilige Effekt tritt insbesondere bei Vorrichtungen auf, bei
denen konstruktionsbedingt nur eine bedingte Steifigkeit beteiligter Bauteile
möglich
ist und/oder bei denen sehr hohe Kräfte auftreten. Insbesondere
bei Vorrichtungen zum Tief- und/oder Streckziehen von Werkstücken können mehrere
dieser Ursachen vorliegen.
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Zur
Veranschaulichung der Problematik sei auf die 4a und 4b, 5a und 5b, 6a und 6b verwiesen,
die Vorrichtungen zum Umformen zeigen, bei denen durch die aufgebrachte
Umformkraft, bei unterschiedlichen Abstützungen, nachteilige Verformungen
auftreten.
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4a zeigt
in Seitenansicht einen Teil einer Vorrichtung zum Herstellen von
Tiefzieh-Pressteilen. Dargestellt ist ein als Widerlager dienendes
Ziehkissen 405, das sich mittels zweier Hydraulikzylinder 409 in
vertikaler Richtung verfahren lässt,
um eine zum Halten eines Werkstücks
nötige
Gegenkraft (zwei Pfeile) gegen das Oberwerkzeug aufzubringen. Auf
dem Ziehkissen 405 liegen zwei Druckplatten 407 benachbart
zueinander auf, an deren äußeren Randbereichen
sich jeweils Druckstäbe 408 abstützen. Die
Druckstäbe 408 ragen
durch einen feststehenden Pressentisch 404 hindurch, um
oberhalb des Pressentischs 404 einen – nicht dargestellten – Blechhalter
für das
Werkstück
abzustützen.
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4b zeigt
eine Draufsicht auf die Vorrichtung aus 4a, wobei
ergänzend
zur Darstellung aus 4a zu sehen ist, dass die Druckstäbe 408 in gleichmäßigen Abständen am äußeren Rand
der Druckplatten 407 an deren Umfang angeordnet sind.
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Bei
Herstellung eines Tiefzieh-Pressteils üben die Zylinder 409,
wie durch die beiden Pfeile angedeutet, eine nach oben gerichtete
Gegenkraft gegen das von oben wirkende Oberwerkzeug (nicht dargestellt)
aus. Die Gegenkraft wird vom Ziehkissen 405 über die
Druckplatten 407 und die Druckstäbe 408 auf den Blechhalter übertragen.
Die dabei auftretenden hohen Kräfte,
die an den äußeren Randbereichen
der Druckplatten 407 angreifen, führen zu einer Verformung der
Druckplatten 407 sowie des Ziehkissens 405 in
der durch die geschlängelte
Linie (zwischen Druckplatte 407 und Ziehkissen 405)
angedeuteten Weise. Aufgrund dieser Verformung liegt der Blechhalter
für das
Werkstück
nicht mehr exakt am Werkstück
an, so dass das Material des Werkstücks während des Tiefzieh-Pressvorgangs
aufgrund unterschiedlicher Gegenhaltekräfte ungleichmäßig fließt. Bei
dem hier gezeigten Beispiel sind die Gegenhaltekräfte aufgrund
der Anordnung der Druckstäbe 408 insbesondere
im Außenbereich
der Druckplatte 407 hoch. Im Innenbereich sind die Gegenhaltekräfte dagegen
relativ gering.
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In
den 5a und 5b sowie
den 6a und 6b sind ähnliche
Vorrichtungen jeweils in Seitenansicht und Draufsicht gezeigt. Diese
unterscheiden sich von der beschriebenen Vorrichtung aus den 4a und 4b im
Wesentlichen in der Anordnung der Druckstäbe 508 bzw. 608.
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Bei
der Vorrichtung aus den 5a und 5b sind
die Druckstäbe 508 in
einem innen liegenden Bereich des Ziehkissens 505 an benachbarten
Rändern
der Druckplatten 507 angeordnet. Die Verformung des Ziehkissens 505 äußert sich
daher, wie in 5a durch die bogenförmige Linie
angedeutet, in einer Muldenbildung.
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Bei
der in den 6a und 6b dargestellten
Vorrichtung sind die Druckstäbe 608 am äußeren Rand
des Ziehkissens 605 angeordnet, wodurch sich eine in 6a dargestellte
konvexe Wölbung
des Ziehkissens 605 ergibt.
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Die
in den 4a, 5a, 6a dargestellten
Verformungen tragen dazu bei, die beim Umformvorgang auf das Werkstück wirkenden
Kräfte
zu verändern.
Dadurch verändert
sich der durch Blechhalter, Ober- und Unterwerkzeug gewünschte Formeinfluss
auf das Werkstück,
was im Ergebnis zu Formabweichungen des gefertigten Werkstücks oder zu
einer Beschädigung
des Werkzeugs führt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsbildende
Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken derart auszugestalten
und weiterzubilden, dass sich auch bei großen Umformkräften eine
hohe Genauigkeit des umgeformten Werkstücks erzielen lässt.
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Erfindungsgemäß wird die
voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach
ist die in Rede stehende Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen dem Widerlager und dem sich abstützenden
Werkzeugteil Druckmittel einer Verformung des Werkzeugteils und/oder
des Widerlagers in ausgleichender Weise entgegenwirken.
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In
erfindungsgemäßer Weise
ist zunächst
erkannt worden, dass bei herkömmlichen
Vorrichtungen die aufgezeigten Verformungen am sich abstützenden
Werkzeug und/oder am Widerlager auftreten, wodurch das Umformverhalten
des Werkstücks nachteilig
beeinflusst wird. Es wurde erfindungsgemäß erkannt, dass die Verformungen
dabei im Wesentlichen aus den hohen Umformkräften resultieren, die durch
ein oder mehrere Werkzeugteile aufgebracht werden und die von dem
sich abstützenden Werkzeugteil
vollständig
oder – im
Falle des Tiefzieh-Pressens – zumindest
teilweise aufgenommen werden, wozu sich das betreffende Werkzeugteil
gegenüber
einem Widerlager abstützt.
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Zur
Vermeidung daraus folgender ungleicher Haltekräfte für das Werkstück sind
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Druckmittel vorgesehen, die zwischen dem Widerlager und dem sich
abstützenden
Werkzeugteil einer Verformung des Werkzeugteils und/oder des Widerlagers
in ausgleichender Weise entgegenwirken.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt dazu die
Abstützung
des Werkzeugteils gegen das Widerlager mittels einer oder mehrerer Druckeinheiten.
Bei diesen Druckeinheiten kann es sich prinzipiell um jedwede Einrichtung
handeln, die sich zur kontrollierten Druckübertragung zwischen zwei Bauteilen
handelt.
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Zur
Erzielung eines Verformungsausgleichs des Werkzeugteils und/oder
des Widerlagers könnten
in besonders günstiger
Weise bei mehreren vorgesehenen Druckeinheiten diese jeweils an
unterschiedlichen Punkten des Widerlagers und des Werkzeugteils
angreifen. Durch eine derartige Anordnung der Druckeinheiten wäre eine
sogenannte Mehr-Punkt-Lagerung realisiert, so dass eine beispielsweise
parallele Abstützung
an mehreren Stellen erfolgt. So lassen sich Verformungen ein zelner Bauteile,
insbesondere des sich abstützenden
Werkzeugteils und/oder des Widerlagers, gezielt (örtlich individuell)
und damit effektiv ausgleichen. Ein derartiger Ausgleich kann insbesondere
dann vorteilhaft sein, wenn die Abstützung des Werkzeugteils gegen das
Widerlager anordnungs- und/oder konstruktionsbedingt nur eine ungleiche
Kraftübertragung
zulässt, wie
in den 4a bis 6b.
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Zweckmäßigerweise
ist dazu zumindest eine der Druckeinheiten so gestaltet, dass sich
deren Länge ändern lässt. Durch
eine derartige Ausführung lässt sich
der jeweils durch die Abstützung
der Druckeinheit vorgegebene Abstand zwischen Werkzeugteil und Widerlager
verändern.
Ein Verformungsausgleich des Werkzeugteils und/oder des Widerlagers ist
so ermöglicht.
Insbesondere bei einer Vielzahl derartiger, parallel wirkender Druckeinheiten
ist eine im Profil individuell anpassbare Abstützung des Werkzeugteils gegeben,
wodurch Verformungen gezielt kompensiert werden. Zu diesem Zweck
können bei
einer weiterhin vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Längen der
Druckeinheiten unabhängig voneinander
verändert
werden. In diesem Fall ist eine Einzelansteuerung jeder Druckeinheit
vorgesehen.
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In
vorteilhafter Weise weist jede Druckeinheit zumindest einen Aktor
auf, dessen Betätigung
eine Längenänderung
der Druckeinheit bewirkt. Bei einem derartigen Aktor kann es sich
grundsätzlich
um jede Art eines mechanisch wirkenden Aktors handeln, wobei elektrische,
elektromagnetische, hydraulische, pneumatische, thermische, piezoelektrische
Antriebe des Aktors denkbar sind.
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Eine
konstruktiv günstige
Gestaltung ergibt sich, wenn der Aktor einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder
umfasst. Dieser ließe
sich prinzipiell mit jedwedem Druckmedium betreiben. Bei Verwendung eines
derartigen Zylinders lässt
sich der Aktor Platz sparend unterbringen, da die Druckversorgung
des Zylinders mit einem Fluid über
eine entsprechende Zuleitung örtlich
getrennt erfolgen kann. Zum Aufbringen der erforderlichen hohen
Kräfte
und zur präzisen
Ansteuerung eignen sich insbesondere Hydraulikzylinder, die vorzugsweise ölbetrieben
sind.
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In
anderer Ausführung
kann der Aktor einen hydraulisch oder pneumatisch mit Druck beaufschlagbaren
dehnbaren Körper
umfassen, welcher zwischen zu bewegenden Wirkflächen angeordnet ist. Vorzugsweise
handelt es sich bei einem derartigen Körper um einen Schlauch, Balg
oder dergleichen, wobei dieser zumindest geringfügig formflexibel ist, um mit
Druckbeaufschlagung durch ein Fluid Wirkflächen zu bewegen, die den Körper unmittelbar kontaktieren.
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Unabhängig von
der Bauform des Aktors kann es zweckmäßig sein, dass jede Druckeinheit mehrere
Aktoren aufweist. Die Aktoren können
dabei funktional hintereinander oder parallel angeordnet sein, wodurch
sich unterschiedliche Effekte ergeben. Durch Hintereinanderanordnung
der Aktoren lassen sich große
Abstandsänderungen
der Druckeinheiten aufgrund des größeren Hubs erzielen. Durch
eine parallele Anordnung von Aktoren vervielfacht sich die Gesamtkraft
einer Druckeinheit, wobei sich außerdem der Vorteil ergibt,
dass durch eine entsprechende Verteilung der Kraftangriffspunkte
der Aktoren Spannungsspitzen im Material des jeweils angrenzenden
Bauteils vermieden werden.
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Bei
Verwendung mehrerer Aktoren pro Druckeinheit lassen sich weitere
Vorteile erzielen, wenn sich die Aktoren einer Druckeinheit unabhängig voneinander
betätigen
lassen. Je nach Ausführung der
Druckeinheit, insbesondere der Anordnung und Ankopplung der Aktoren,
können
hierdurch bestimmt Effekte erzielt werden, mit denen insbesondere
auf individuelle Verformung einzelner Komponenten der Vorrichtung
reagiert werden kann.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung ist gegeben, wenn die
Aktoren einer Druckeinheit auf eine gemeinsame Druckplatte wirken.
In vorteilhafter Weise stützen
sich die Aktoren dabei direkt auf dem Widerlager ab, wobei sie der
Druckplatte mehrere Auflagepunkte bieten.
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Eine
besonders hohe Flexibilität
der Vorrichtung wird erzielt, wenn jede Druckeinheit ein oder mehrere
Druckelemente, vorzugsweise Druckstäbe umfasst, welche zur Druckübertragung
zwischen dem sich abstützenden
Werkzeugteil und dem Widerlager dienen. Derartige Druckelemente,
bei denen es sich um im Wesentlichen druckstabile Bauteile wie Druckstäbe bzw.
-bolzen handeln kann, können
beispielsweise austauschbar gestaltet sein, so dass sich je nach
umzuformendem Werkstück
geeignete Beabstandungen zwischen Werkzeugteil und Widerlager schaffen
lassen.
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Wie
eingangs erwähnt,
kann die Vorrichtung zum Umformen durch Pressen geeignet sein. Zu
diesem Zweck könnte
das Widerlager vorteilhafter Weise feststehend ausgeführt sein.
Bei fester Anordnung des Widerlagers könnte die Vorrichtung beispielsweise
auch zum Biegen, Stanzen, Gesenkschmieden oder dergleichen zum Einsatz
kommen.
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Alternativ
oder ergänzend
könnte
das Widerlager beweglich gelagert sein, wodurch sich die Vorrichtung
insbesondere zum Tiefziehen, Streckziehen oder dergleichen eignet.
In einem solchen Falle könnte
es sich bei dem Widerlager um ein sogenanntes Ziehkissen handeln.
Dieses Ziehkissen könnte sich
mittels einer Ziehkrafteinrichtung in etwa parallel zur Umformbewegung
verfahren lassen. Bei dem sich gegenüber dem Ziehkissen abstützenden
Werkzeugteil handelt es sich in diesem Fall um einen im Zusammenhang
des Tiefziehens oder Streckziehens bekannten „Blechhalter". Angemerkt sei,
dass der Ausdruck „Blechhalter" auch für Werkstücke aus Kunststoff
Anwendung finden soll.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass sich das Tiefziehen im Wesentlichen
dadurch vom Streckziehen unterscheidet, dass eine geringere Gegenhaltekraft
des Blechhalters zum Einsatz kommt. So wird beim Tiefziehen aufgrund
der geringeren Gegenhaltekraft des Blechhalters ein Nachfließen von
Material ermöglicht,
um so eine weitestgehend konstante Wandstärke des Werkstücks zu erzielen.
Beim Streckziehen dagegen wird die Gegenhaltekraft so groß gewählt, dass
ein Nachfließen
von Material durch die feste Einspannung des Werkstücks verhindert
wird. Insbesondere im Karosseriebau kommen Kombinationen der beiden
Verfahren zum Einsatz, für
welche sich die in Rede stehende Vorrichtung ebenfalls besonders
eignet, da hierdurch eine Feinjustierung der Haltekräfte möglich ist.
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Das
Ziehkissen kann prinzipiell auf unterschiedliche Weisen bewegt werden,
wobei es sich bei der dabei zum Einsatz kommenden Ziehkrafteinrichtung
vorzugsweise um einen oder mehrere Hydraulik- oder Pneumatikzylinder
handelt. Insbesondere die Verwendung hydraulischer Antriebsprinzipien
bietet hier den Vorteil, dass sich auch hohe Kräfte kontrolliert aufbringen
lassen. Wegen der minimalen Kompressibilität hydraulischer Medien (Hydrauliköl oder dergleichen)
ist ein präzises
Verfahren des Ziehkissens gewährleistet.
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In
einer zweckmäßigen Weiterbildung
der Erfindung ist ein als Unterwerkzeug dienendes Werkzeugteil an
einem feststehenden Pressentisch angeordnet. Das Un terwerkzeug steht
bei dieser Anordnung demnach ebenfalls fest, wodurch eine besondere
stabile Lagerung des Unterwerkzeugs möglich ist. Eine insbesondere
zum Tiefziehen bzw. Streckziehen geeignete Ausgestaltung der Vorrichtung
ist gegeben, wenn der Pressentisch zwischen dem Ziehkissen und dem
Werkzeugteil angeordnet ist und vorzugsweise Durchgänge für die Druckeinheiten bzw.
für deren
Druckelemente aufweist.
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Der
erfindungsgemäß vorgesehene
Verformungsausgleich lässt
sich auf weiterhin vorteilhafte Weise erzielen, wenn die Vorrichtung
Sensoren aufweist, welche die Positionen und/oder sonstigen Zustände von
Komponenten der Vorrichtung erfassen und einer Signalverarbeitungsanlage
zuleiten. Eine derartige Sensorik, könnte mit der Signalverarbeitungsanlage
sowie davon gesteuerten Aktoren einen Regelkreis bilden, der durch
geeignete Ansteuerung der Aktoren gezielt auf Verformungen der Vorrichtung reagieren
kann. So könnte
durch die Rückkopplung mittels
der Sensorik auftretenden Verformungen individuell entgegengewirkt
werden, insbesondere um diese auszugleichen.
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Es
ist denkbar, dass die Sensorik Weg- und/oder Abstandssensoren aufweist,
mit denen die Position der Werkzeugteile, einzelner Aktoren, des Widerlagers
bzw. Ziehkissens, der Druckplatte, der Ziehkrafteinrichtung und
dergleichen erfasst wird. Alternativ oder ergänzend können Druckaufnehmer vorgesehen
sein, mit denen Drücke
in pneumatischen bzw. hydraulischen Einrichtungen der Vorrichtung
wie bspw. dem Stößel für das Oberwerkzeug, den
Aktoren, der Ziehkrafteinrichtung oder dergleichen erfasst werden.
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Weiterhin
kann es zweckmäßig sein,
spezielle Sensoren zur Erfassung von Verformungen von Maschinenkomponenten
vorzusehen. So könnten insbesondere
Verformungen der Werkzeugteile, des Widerlagers, der Druckeinheiten
oder dergleichen erfasst werden, um der Signalverarbeitungsanlage
zugeleitet zu werden. Verformungen an Maschinenkomponenten lassen
sich insbesondere durch Abstandsmessungen zwischen festgelegten
Punkten des jeweiligen Bauteils erfassen. Dies kann durch prinzipiell
unterschiedliche – mechanisch,
optisch, akustisch und/oder elektromagnetisch erfassende – Messeinrichtungen
(bspw. Dehnmessstreifen, Lasermessung etc.) erfolgen.
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Schließlich könnte die
Signalverarbeitungsanlage den Verformungsausgleich in Abhängigkeit erfasster
Maschinendaten vornehmen. Dazu betätigt die Signalverarbeitungsanlage
zweckmäßigerweise die
Aktoren, um insbesondere einen Statikausgleich, Biegungsausgleich
und/oder Niveauausgleich zu erzielen. Neben den Maschinendaten können auch
jedwede sonstige Informationen beispielsweise über das Werkstück, über Umgebungsbedingungen
(Luftdruck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit) oder dergleichen der Signalverarbeitungsanlage
zugeführt
werden, um ggf. in den Regelprozess einzufließen. Durch Kopplung der Signalverarbeitungseinrichtung
mit einem Datenspeicher können
aktuell gemessene Daten mit Daten vorheriger Umformvorgänge verglichen
werden, können
Einstellungen optimiert werden und können Fehlereinflüsse ermittelt
werden. Weitere informationstechnologische Anwendungen sind denkbar.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch
1 nachgeordneten Patentansprüche
und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung dreier Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit
der Erläuterung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In
der Zeichnung zeigen
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in Querschnittsansicht,
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2a ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in Querschnittsansicht,
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2b die
Vorrichtung aus 2a in Draufsicht, wobei die
hydraulische Druckversorgung schematisch angedeutet ist,
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3 eine
alternative Ausführungsmöglichkeit
für einen
Aktor gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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4a einen
Teil einer Vorrichtung zum Umformen in Seitenansicht, wobei die
Druckstäbe
am Außenbereich
der Druckplatten angeordnet sind,
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4b die
Vorrichtung aus 4a in Draufsicht,
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5a einen
Teil einer Vorrichtung zum Umformen in Seitenansicht, wobei die
Druckstäbe
in der Mitte des Ziehkissens angeordnet sind,
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5b die
Vorrichtung aus 5a in Draufsicht,
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6a einen
Teil einer Vorrichtung zum Umformen in Seitenansicht, wobei die
Druckstäbe
am äußeren Rand
des Ziehkissens angeordnet sind,
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6b die
Vorrichtung aus 6a in Draufsicht.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Umformen von Werkstücken.
Ein umzuformendes Werkstück 100,
bei dem es sich um ein Stahlblech oder eine Kunststoffplatte handeln
kann, liegt auf einem Werkzeugteil, dem Blechhalter 102,
auf. Der Blechhalter 102 handelt ist hier als einteiliger,
ringförmiger Körper ausgeführt. Eine
mehrteilige Ausführung
wäre ebenso
denkbar.
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Ein
Stößel, an
dem ein weiteres Werkzeugteil, das Oberwerkzeug 101, befestigt
ist, ist oberhalb des Werkstücks 100 vertikal
beweglich gelagert, wobei dessen Hub auf unterschiedliche Weisen
erzeugt werden kann. Je nach Anwendungsbereich sind verschiedene
Antriebsformen denkbar wie bspw. Exzenter-, Kniehebel-, Spindel-,
Hydraulik-, Pneumatikantrieb und dergleichen. Zum Umformen des Werkstücks fährt der
Stößel mit
dem Oberwerkzeug 101 abwärts in Richtung des Werkstücks 100 und
presst dabei das Werkstück 100 gegen
den Blechhalter 102. Hierdurch kann bereits eine erste
Verformung des Werkstücks 100 erfolgen,
jedoch dient diese Anpressung an den Blechhalter 102 vorrangig
dazu, das Werkstück 100 während des
folgenden Ziehvorgangs zu halten.
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Zu
diesem Zweck stützt
sich der Blechhalter 102 an mehreren Punkten gegenüber einem
Ziehkissen 105 ab, welches sich wiederum mittels der Ziehkrafteinrichtung 109 parallel
zum Stößelhub verfahren
lässt.
Bei der Ziehkrafteinrichtung 109 handelt es sich um einen
Hydraulikzylinder, der zur Aufnahme der beim Ziehvorgang entstehenden
Gegenhaltekräfte
ausgelegt ist.
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Unterhalb
des Werkstücks 100 ist
ein weiteres Werkzeugteil, das Unterwerkzeug 103 angeordnet.
Das Unterwerkzeug 103 ist auf einem Pressentisch 104 befestigt,
welcher – zusammen
mit dem Unterwerkzeug 103 – unabhängig von der Bewegung des Oberwerkzeugs 101 oder
des Blechhalters 102 bzw. des Ziehkissens 105 feststeht.
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Erst
nachdem das Oberwerkzeug 101 das Werkstück 100 gegen den Blechhalter 102 presst, beginnt
der eigentliche Ziehvorgang. Dabei gerät das zwischen Oberwerkzeug 101 und
Blechhalter 102 geklemmte Werkstück 100 in Kontakt
mit dem Unterwerkzeug 103, wodurch das Werkstück 100 tiefgezogen
wird.
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Während des
Ziehvorgangs ist es erforderlich, dass durch das Ziehkissen 105 eine
bestimmte, präzis
dosierte Gegenhaltekraft gegen das Oberwerkzeug 101 aufgebracht
wird. Aufgrund der hohen Krafteinwirkung kommt es dabei zu Verformungen, insbesondere
des Ziehkissens 105, des Blechhalters 102 ggf.
auch sonstiger Komponenten der Vorrichtung.
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Zum
Ausgleich auftretender Verformungen stützt sich der Blechhalter 102 daher
gegenüber
dem Ziehkissen 105 an mehreren Punkten mittels in der Länge veränderbaren
Druckeinheiten ab. Dabei lassen sich durch die Druckeinheiten vorgegebene
Abstände
zwischen dem Blechhalter 102 und dem Ziehkissen 105 unabhängig voneinander ändern. Zu
diesem Zweck umfassen die Druckeinheiten als Druckstäbe ausgeführte Druckelemente 108,
die sich durch den Pressentisch 104 erstrecken, um zwischen
dem Blechhalter 102 und dem Ziehkissen 105 Druck
zu übertragen.
Des Weiteren umfassen die Druckeinheiten jeweils ein Paar von Aktoren 106,
die als parallel zueinander angeordnete Hydraulikzylinder ausgeführt sind.
Jeder der Aktoren 106 lässt
sich durch Beaufschlagung mit Öldruck
unabhängig
von anderen Aktoren 106 betätigen, wozu eine eigene Ansteuerungseinrichtung
sowie eine eigene Druckversorgung (jeweils nicht dargestellt) zum
Einsatz kommen. Die Aktoren 106 bewirken, dass eine auf
ihnen liegende Druckplatte 107 ihren Abstand gegenüber dem
Ziehkissen 105 ändern
kann.
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Der
Darstellung in 1 ist zu entnehmen, dass die
rechte der beiden Druckplatten 107 eben auf dem Ziehkissen 105 aufliegt.
Keiner der beiden Aktoren 106 der rechten Druckplatte 107 ist
mit Druck beaufschlagt, so dass keine Auslenkung erfolgt. Im Gegensatz
dazu ist bei der linken Druckplatte 107 der linke Aktor 106 mit
Druck beaufschlagt. Die Druckplatte 107 ist daher auf der
linken Seite angehoben (um etwa 1 mm), während sie auf der rechten Seite auf
dem Ziehkissen 105 aufliegt. Die Auslenkung des linken
Aktors 106 der linken Druckplatte 107 bewirkt, dass
mit der linken Druckeinheit ein größerer Abstand zwischen Blechhalter 102 und
Ziehkissen 105 geschaffen ist als mit der rechten Druckeinheit.
Eine – hier
mangels Kontakt zwischen Oberwerkzeug 101 und Werkstück 100 noch
nicht vorliegende – Verformung
des Ziehkissens 105 und/oder des Blechhalters 102 können so
ausgeglichen werden.
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Des
Weiteren kann die Abstandsänderung dazu
genutzt werden, während
des Ziehvorgangs bzw. Umformvorgangs örtlich unterschiedlichen Einfluss
zu nehmen auf den Fließvorgang
des Werkstückmaterials.
Dies kann insbesondere bei komplexen Anwendungen wie beispielsweise
kombiniertem Tief- und Streckziehen von Bedeutung sein, insbesondere
wenn aufgrund geringer Materialstärken das Werkstück bereits
auf geringe Veränderungen
der Umformkraft reagiert.
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In 2a ist
ein zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in schematischer Seitenansicht dargestellt. Die Vorrichtung entspricht
in vielen Aspekten der Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels,
wozu auf deren Beschreibung verwiesen wird. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
wird bei der Vorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels das Ziehkissen 205 durch
zwei parallel wirkende Hydraulikzylinder 209 angetrieben.
Des Weiteren sind abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel die Druckstäbe 208 jeweils
zwischen den Aktoren 206 einer Druckplatte 207 angeordnet.
Durch Betätigung
der parallel angeordneten Aktoren 206 kann der Druckstab 208 also im
Vergleich zum ersten Ausführungsbei spiel
mit höherer
Kraft bewegt werden. Ansonsten entsprechen die Effekte und Wirkungen
im Wesentlichen denen des ersten Ausführungsbeispiels.
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Ergänzend zu 2a zeigt 2b in
schematischer Ansicht die Druckversorgung einerseits der Aktoren 206,
andererseits der Ziehkrafteinrichtung 209. Der Darstellung
ist zu entnehmen, dass jeweils zwei Aktoren 206, die unmittelbar
nebeneinander angeordnet sind, von einer Versorgungseinheit 210 mit
Druck versorgt werden. Bei einem möglichen Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung kann jede der Versorgungseinheiten 210 einen Öldruck aufbringen, der
einer Presskraft von 2 × 500
kN entspricht, wobei jede der Versorgungseinheiten 210 unabhängig ansteuerbar
ist. Für
die vier Zylinder der Ziehkrafteinrichtung 209 ist eine
weitere Versorgungseinheit 211 vorgesehen, die mittels Öldruck eine
Kraft von 4 × 1.500
kN aufbringen kann. Die vier Zylinder der Ziehkrafteinrichtung 209 werden
dabei durch einen gemeinsamen Anschluss mit dem gleichen Druck beaufschlagt.
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In 3 ist
eine alternative Ausführungsmöglichkeit
für die
Ausbildung eines Aktors 306 schematisch dargestellt. Zu
sehen ist im unteren Bereich ein Abschnitt eines Ziehkissens 305, über welchem ein
Abschnitt einer Druckplatte 307 angeordnet ist. In der
Druckplatte 307 ist eine Nut ausgebildet, die einen mit
Druck beaufschlagbaren, dehnbaren Körper wie bspw. einen Schlauch,
Balg oder dergleichen aufnimmt. Durch eine Beaufschlagung des Körpers mit hydraulischem
oder pneumatischem Druck beginnt sich dieser auszudehnen, wodurch
eine Abstandsänderung
zwischen den Wirkflächen
der Druckplatte 307 und dem Ziehkissen 305 erreicht
wird. Eine derartige Ausbildung der Aktors 306 stellt eine
kostengünstige
Konstruktion dar und ermöglicht – bei Verwendung
eines Schlauchs – eine über die
wirksame Länge
des Schlauchs besonders gleichmäßige Krafteineinwirkung.
Der Aktor 306 kann auch zwischen anderen Wirkflächen innerhalb
einer Druckeinheit angeordnet sein.
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Es
sei nochmals betont, dass sich mittels der Erfindung insbesondere
die in den 4a bis 6b beschriebenen
Verformungen wirksam ausgleichen lassen, was im Ergebnis zu einer
genaueren Umformung von Werkstücken
führt.
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Schließlich sei
angemerkt, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele
der beispielhaften Erörterung
der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.