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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 Eigenschaftauf, 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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Aus den Druckschriften
DE 102005028903A1 ,
DE 4143683 B4 ,
DE 4112656A1 und der
DE 4016838A1 sind bereits Vorichtungen bekannt, die sich mit der Umformung von Werkstücken befassen. Ferner ist aus der
DE 3431162 A1 eine Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken bekannt, die zwei Werkzeugteile aufweist, bei dem sich ein Blechhalter als ein Werkzeugteil gegen den Presstisch als Widerlager abstützt und Druckmittel vorgesehen sind, die die Elastizität von Presse und Werkzeugen kompensieren, um so unerwünschten Verformungen entgegenzuwirken.
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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
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(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 „Untenwerkzeug“. 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 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 einzelner 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 Unterwerkzeug 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
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Querschnittsansicht,
- 2a ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Querschnittsansicht,
- 2b die Vorrichtung aus 2a in Draufsicht, wobei die hydraulische Druckversorgung schematisch angedeutet ist,
- 3 eine alternative Ausführungsmöglichkeit für einen Aktor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 4a einen Teil einer Vorrichtung zum Umformen in Seitenansicht, wobei die Druckstäbe am Außenbereich der Druckplatten angeordnet sind,
- 4b die Vorrichtung aus 4a in Draufsicht,
- 5a einen Teil einer Vorrichtung zum Umformen in Seitenansicht, wobei die Druckstäbe in der Mitte des Ziehkissens angeordnet sind,
- 5b die Vorrichtung aus 5a in Draufsicht,
- 6a einen Teil einer Vorrichtung zum Umformen in Seitenansicht, wobei die Druckstäbe am äußeren Rand des Ziehkissens angeordnet sind,
- 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 Ausführungsbeispiel 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 x 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 x 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.