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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken.
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Zum Pressen von Werkstücken bei der Kaltumformung, insbesondere bei der Blechumformung, oder Warmumformung, insbesondere beim Schmieden von metallischen schmiedbaren Werkstoffen, sind verschiedene Umformmaschinen (Pressmaschinen) bekannt (siehe beispielsweise VDI-Lexikon Band Produktionstechnik Verfahrenstechnik, Herausgeber: Hiersig, VDI-Verlag, 1995, Seiten 1107 bis 1113). Wenigstens ein Stößel mit einem ersten Presswerkzeug der Pressmaschine wird von einem Antrieb angetrieben und relativ zu einem zweiten Presswerkzeug der Pressmaschine bewegt, so dass zwischen den Presswerkzeugen das Werkstück durch Presskräfte umgeformt werden kann.
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Die in der Regel weggebunden arbeitenden mechanischen Pressen nutzen mechanische Antriebe, beispielsweise Servomotorantriebe, mit verschiedensten Übersetzungsmechanismen, beispielsweise Exzenterantrieben (Exzenterpressen) oder Kniehebelantrieben (Kniehebelpressen). Die Umformkraft oder Stößelkraft ist abhängig von dem Weg oder der Stellung des Stößels.
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Die in der Regel kraftgebunden arbeitenden hydraulischen Pressen nutzen einen hydraulischen Antrieb mittels eines hydraulischen Mediums wie Öl oder Wasser, dessen Druckenergie von in Hydraulikzylindern laufenden Kolben in mechanische Umformarbeit umgesetzt wird. Die Stößelkraft entspricht dem Produkt von hydraulischem Druck und Kolbenfläche und ist weitgehend unabhängig von der Stellung des Stößels.
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Ferner sind sogenannte Taumelpressen bekannt, die zum Taumeln von Werkstücken verwendet werden.
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Das Taumeln ist ein Umformverfahren, insbesondere Kaltumformverfahren, bei dem immer nur Teilbereiche des Werkstücks umgeformt werden und somit die Umformkraft auch nur jeweils auf diesen Teilbereich des Werkstücks wirkt. Dabei wird das Werkstück zwischen zwei Taumelwerkzeugen (oder: Taumelgesenken) gepresst, wobei eines der beiden Taumelwerkzeuge ortsfest ist und das andere Taumelwerkzeug zentral an einem Taumelträger befestigt ist, der in einem Taumellager schwenkbar gelagert ist. Mittels eines Taumelantriebs wird der Taumelträger in eine kreisende oder wellenförmige Taumelbewegung unter einem bestimmten Neigungswinkel um eine durchs Taumellager gehende Taumelachse bewegt. Dabei wird, ähnlich wie beim Walzen, sukzessive immer nur ein kleiner Teilbereich des Werkstücks umgeformt und das Werkstück fließt nach und nach in die Taumelwerkzeuge hinein und nimmt deren Form an. Das taumelnde Werkzeug, das die Taumelbewegung ausführt, kann dabei mit seinem Taumelträger oben angeordnet sein und das feststehende Taumelwerkzeug unten oder auch umgekehrt.
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Die
DE 100 17 462 A1 offenbart eine Taumelpresse mit einem Werkzeugträger, der schwenkbar um einen Schwenkpunkt an einem Gestell gelagert ist und mit einer Mehrzahl von Linearverschiebungseinrichtungen, insbesondere hydraulischen oder pneumatischen Kolben-Zylinder-Einrichtungen oder auch Spindeleinrichtungen mit zugehörigen Spindelmotoren. De Linearverschiebungseinrichtung sind jeweils über Kopplungsgelenke mit dem Träger und dem Gestell verbunden, um den Träger um den Schwenkpunkt zu verschwenken, also in die Taumelbewegung zu versetzen. Die Kopplungsgelenke sind im Wesentlichen gleich beabstandet von dem Schwenkpunkt für eine gleichmäßige Krafteinleitung. Durch eine zyklische Ansteuerung der Linearverschiebungseinrichtung führt der Träger um den Schwenkpunkt der Taumelpresse die Taumelbewegung aus, ohne dass zusätzliche Ausgleichs- oder Gleitelemente vorgesehen sind.
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Die
CH 685 105 A5 offenbart eine Taumelpresse mit hydraulisch wirkenden Arbeitskolben als Taumelantrieb.
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Die
DE 41 17 250 C2 offenbart eine Adapterplatte für eine konventionelle Axialpresse mit einem in einem Pressenständer angebrachten Werkzeuggestell, das sich entsprechend der Pressen-Hubrichtung in ein oberes und ein unteres Werkzeugteil gliedert. Die Adapterplatte ist ein Werkzeug mit Taumelkopf zum Taumelpressen und ist gegen Bauteilgruppen des Werkzeuggestells austauschbar oder in diesem zusätzlich anbringbar. Die Adapterplatte besitzt eine Vorrichtung zur Erzeugung der Taumelbewegung des Taumelkopfes sowie Kupplungselemente für den Anschluss von Übertragungseinrichtungen, insbesondere Öldruckleitungen, über die sie mit einem außerhalb der Axialpresse befindlichen Antriebsaggregat für den Taumelkopf verbunden ist. Insbesondere bildet die Adapterplatte zusammen mit dem unteren Werkzeugteil eine Funktionseinheit zum Taumelpressen. Die Vorrichtung zur Erzeugung der Taumelbewegung umfasst mindestens sechs, in gleichen Abständen um die Taumelsachse angeordnete, mit der Taumelfrequenz zueinander phasenverschoben arbeitende, hydraulische Druckzylinder und -stempel.
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Die
DE 197 53 949 C2 offenbart eine flexible Umformpresse mit steuerbarer nicht linearer Stößelbewegung unter Anwendung eines numerisch gesteuerten Parallelkinematikantriebes, wobei mehrere, vorzugsweise sechs, am Pressengesell befestigte Aktoren einen Stößel im Arbeitsraum auf einer beliebigen Leitlinie bewegen, wodurch erreichbar ist, Umformverfahren die sich durch achsparallele Stößelbewegung kennzeichnen, mit Umformverfahren, die sich durch eine taumelnde Stößelbewegung kennzeichnen, flexibel zu kombinieren. Die Aktoren können als Hydraulikzylinder oder Spindeltriebe ausgeführt sein und verfügen zusätzlich über eine Längenmesseinrichtung, die die momentane Länge des Aktors an die angeschlossene Steuerung zurückführt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine neue Umformvorrichtung zum Umformen von Werkstücken zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Umformvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken gemäß Patentanspruch 1 umfasst
- a) wenigstens einen Stößel, an dem wenigstens ein Umformwerkzeug angeordnet ist und der von wenigstens einem Stößelantrieb antreibbar ist,
- b) wenigstens einen Werkzeugträger, an oder auf dem wenigstens ein weiteres Umformwerkzeug angeordnet ist,
- c) wobei der Stößel und der Werkzeugträger relativ zueinander bewegbar sind, derart, dass das Werkstück zur Umformung zwischen den Umformwerkzeugen zu liegen kommt,
- d) wobei in einem Taumelbetrieb der Vorrichtung
- d1) als Umformwerkzeuge wenigstens zwei Taumelwerkzeuge vorgesehen sind,
- d2) ein Taumelträger vorgesehen ist, der in einem Taumellager gelagert ist und in wenigstens einer Schwenkkoordinate, vorzugsweise in wenigstens zwei Schwenkkoordinaten, schwenkbar ist,
- d3) wobei wenigstens ein erstes der Taumelwerkzeuge am Stößel angeordnet ist und wenigstens ein zweites der Taumelwerkzeuge am Taumelträger angeordnet ist,
- d4) und wenigstens ein Taumelantrieb für den Taumelträger vorgesehen ist mit wenigstens zwei Antriebseinheiten, die jeweils ein gegenüber einem feststehenden Antriebselement, vorzugsweise linear, bewegliches Antriebselement umfassen,
- d5) wobei jeweils eines der Antriebselemente der Antriebseinheiten mit dem Taumelträger in jeweils einem Koppellager mechanisch gekoppelt sind,
- e) und wobei in einem Pressbetrieb der Vorrichtung
- e1) als Umformwerkzeuge wenigstens zwei Presswerkzeuge vorgesehen sind,
- e2) wenigstens ein erstes der Presswerkzeuge am Stößel angeordnet ist und wenigstens ein zweites der Presswerkzeuge am Werkzeugträger angeordnet ist,
- e3) und die beweglichen Antriebselemente von wenigstens zwei, vorzugsweise allen, Antriebseinheiten des Taumelantriebs jeweils wenigstens eine Anlagefläche, die an dem Antriebselement selbst oder an einem mit dem Antriebselement gekoppelten Abstützlager vorgesehen ist, zur Anlage an wenigstens eine korrespondierende Anlagefläche, die am Stößel selbst oder an einem entsprechenden Stößelanlageteil oder Abstützteil am Stößel vorgesehen ist, aufweisen.
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Gemäß der Erfindung haben also die Antriebselemente des Taumelantriebs eine Zusatzfunktion in einem Pressbetrieb und dienen zur Anlage an jeweils eine Anlagefläche an dem Stößel oder einem damit verbundenen Teil. Dadurch können die Antriebseinheiten des Taumelantriebs zum Abstützen des Stößels bei einem Pressbetrieb mit Presswerkzeugen verwendet werden, insbesondere zum Stützen oder Stabilisieren oder Dämpfen des Stößels bei dessen Pressbewegung wie z. B. zur Horizontal- oder dessen Parallelhaltung des Stößels oder zur Schnittschlagdämpfung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anlage- oder Stützfläche an jedem beweglichen Antriebselement an einer von dem feststehenden Antriebselement abgewandten Seite, insbesondere an einem freien Ende, des beweglichen Antriebselementes vorgesehen, insbesondere an einem an dieser Seite oder diesem Ende angeordneten Abstützlager. In einer besonderen Ausgestaltung umfasst jedes Abstützlager einen Abstützring, an dem die Anlagefläche ausgebildet ist, und einen benachbarten oder angrenzenden Lagerring, der mit einer gegenüberliegenden sphärischen ringförmigen Lagerfläche auf einer korrespondierenden sphärischen ringförmigen Lagerfläche eines Kugelringes gelagert ist und mittels einer Schraube und ggf. eines Unterlagsteils in der Gewindebohrung im stirnseitigen Ende des Antriebselements befestigt oder verschraubt ist. Dadurch ist bei der Abstützung des Stößels durch die Antriebseinheiten ein kleines Schwenkspiel vorgesehen, das durch die beiden sphärischen Lagerflächen ermöglicht wird.
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Ferner sind in einer weiteren Ausführungsform mehrere, vorzugsweise eine der Zahl der Abstützlager entsprechende Anzahl von Abstützteilen am Stößel vorgesehen. Insbesondere können jeweils zwei Abstützteile an jeweils einem von zwei an gegenüberliegenden Seiten des Stößels und/oder an der Unterseite des Stößels angeordneten Stößelanlageteilen vorgesehen sein und/oder insbesondere vier, beispielsweise an den Eckpunkten eines Quadrats angeordnete, Abstützteile.
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Bevorzugt sind wenigstens drei, insbesondere vier, Antriebseinheiten vorgesehen. Die Antriebseinheiten sind in einer vorteilhaften Ausführungsform hydraulische Antriebseinheiten und ihre beweglichen Antriebselemente sind gegenüber den feststehenden Antriebselementen aufgrund des hydraulischen Drucks eines hydraulischen Mediums linear bewegbar oder verfahrbar. Die Antriebseinheiten können aber auch Spindelantriebseinheiten sein und ihre beweglichen Antriebselemente sind gegenüber den feststehenden Antriebselementen mittels wenigstens eines Spindelantriebs linear bewegbar oder verfahrbar sein. Vorzugsweise sind im Pressbetrieb, insbesondere mit Stanz- und oder Schneidwerkzeugen, die mit den ihnen zugeordneten Anlageflächen an den korrespondierenden dem Stößel zugeordneten Anlageflächen anliegenden beweglichen Antriebselemente zur Dämpfung der Stößelbewegung, insbesondere Schnittschlagdämpfung, vorgesehen, wobei dies insbesondere durch Dämpfung in dem hydraulischen Medium und/oder durch Verdrängung des hydraulischen Mediums in den Antriebseinheiten erfolgen kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung umfasst diese eine Kontrolleinrichtung, die mit dem Taumelantrieb und dem Stößelantrieb in Wirkverbindung steht. Die Kontrolleinrichtung steuert im Taumelbetrieb die Antriebseinheiten des Taumelantriebs und den Stößelantrieb so an, dass einerseits eine Taumelbewegung des Taumelträgers um das Taumellager bewirkt wird und dass andererseits das Werkstück zur taumelnden Bearbeitung zwischen dem Taumelwerkzeug am Stößel und dem Taumelwerkzeug am oder auf dem Taumelträger zu liegen kommt Im Pressbetrieb steuert die Kontrolleinrichtung die Antriebseinheiten des Taumelantriebs und den Stößelantrieb so an, dass die beweglichen Antriebselemente während der Pressbewegung zumindest zeitweise mit den ihnen zugeordneten Anlageflächen an den korrespondierenden dem Stößel zugeordneten Anlageflächen anliegen.
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Die Ansteuerung der Antriebseinheiten des Taumelantriebs und den Stößelantrieb im Pressbetrieb kann derart erfolgen, dass in einer Variante die beweglichen Antriebselemente während der Press- oder Arbeitsbewegung des Stößels durch ihre zumindest zeitweise an den korrespondierenden dem Stößel zugeordneten Anlageflächen anliegenden Anlageflächen eine mögliche Schrägstellung des Stößels ausgleichen oder eine Horizontal- oder Parallelstellung des Stößels bewirken oder dass in einer weiteren Variante eine Dämpfung, insbesondere Schnittschlagdämpfung, der Bewegung des Stößels bewirkt wird.
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Bevorzugt ist zusätzlich eine Weg- oder Lagemesseinrichtung für den Stößel vorgesehen ist, die mit der Kontrolleinrichtung verbunden ist. Die Kontrolleinrichtung kann nun die Antriebseinheiten des Taumelantriebs und natürlich des Stößelantriebs abhängig von dem gemessenen Weg oder der gemessenen Lage des Stößels ansteuern.
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Ferner kann die Kontrolleinrichtung in einer Ausführungsform die Anlageflächen aller Antriebseinheiten in einer sich, vorzugsweise mit der Stößelgeschwindigkeit nach unten bewegenden, Ebene halten.
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In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist an dem Stößel, insbesondere an dessen freier Seite, vorzugsweise Unterseite, ein Werkzeugträger, insbesondere lösbar, befestigt, an dem das wenigstens eine erste Umformwerkzeug anordenbar oder angeordnet ist. Im Allgemeinen weist die Vorrichtung ein Gestell auf mit einem Gestellrahmen. Der Stößel ist nun bevorzugt in wenigstens zwei, vorzugsweise vier, Stößelführungen an dem Gestellrahmen, vorzugsweise linear, geführt und mittels des Stößelantriebs, vorzugsweise linear, gegenüber dem Gestellrahmen in einer Arbeitsrichtung hin und her, vorzugsweise nach unten und nach oben, bewegbar. Bevorzugt befindet sich der Stößel im Wesentlichen innerhalb des Gestellrahmens. Im unteren Bereich des Gestellrahmens kann eine Bodenplatte vorgesehen sein als Arbeitsplattform, auf der sich Personen und/oder Handhabungsgeräte wie Bedienroboter, befinden und/oder bewegen können. Das Gestell kann ferner wenigstens zwei, insbesondere vier unterhalb des Gestellrahmens und ggf. der Bodenplatte angeordnete Gestellfüße auf weisen, die vorzugsweise zur Dämpfung dienen.
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Der Werkzeugträger, an oder auf dem das wenigstens eine zweite Umformwerkzeug anordenbar oder angeordnet ist, befindet sich in einer bevorzugten Ausführungsform innerhalb des Gestellrahmens in einem Abstand vom Stößel, insbesondere unterhalb des Stößels, und kann auch auf einem eigenen Sockel, der insbesondere durch die Bodenplatte hindurchragt, angeordnet sein.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind nun die Antriebseinheiten des Taumelantriebs, zumindest deren feststehende Antriebselemente, möglichst weit außen angeordnet, einerseits um den Arbeitsbereich freizuhalten und somit auch deren Verbleib auch im Pressbetrieb zu ermöglichen und andererseits um größere Momente oder Hebel bei gleicher linearer Auslenkung oder umgekehrt gleiche Momente bei kleinerer Auslenkung der beweglichen Antriebselemente zu erreichen.
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Entsprechend sind die Antriebseinheiten des Taumelantriebs, zumindest deren feststehende Antriebselemente, vorzugsweise außerhalb des Werkzeugträgers, an oder auf dem das wenigstens eine zweite Umformwerkzeug anordenbar oder angeordnet ist, und/oder außerhalb des Gestellrahmens angeordnet oder haben einen größeren Abstand voneinander als die entsprechenden Außenabmessungen dieses Werkzeugträgers oder des Gestellrahmens.
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Bevorzugt sind die feststehende Antriebselemente der Antriebseinheiten des Taumelantriebs am Gestell, insbesondere am Gestellrahmen, befestigt, vorzugsweise an dessen Außenseite oder von außen. Dazu können die die feststehenden Antriebselemente, bevorzugt an jeweils einem ihrer Enden, vorzugsweise einem unteren Ende, jeweils über ein Lagergelenk an Lagerhalterungen an dem Gestell schwenkbar gelagert sein und/oder, bevorzugt an jeweils dem anderen ihrer Enden, vorzugsweise einem oberen Ende, über jeweils eine, beispielsweise käfig- oder teilkäfigartige Befestigungseinheit an dem Gestell mit einer vorgegebenen Beweglichkeit befestigt sein, wobei insbesondere in den Befestigungseinheiten jeweils Durchführungen vorgesehen sind zum Durchführen eines Endes des feststehenden Antriebselements oder auch zum Durchführen des beweglichen Antriebselement gegebenenfalls mit zwischengeschaltetem elastischen Ausgleichsmitteln.
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Die Antriebseinheiten sind aber bevorzugt nicht nur möglichst weit außen bezüglich des Arbeitsbereiches angeordnet, sondern zusätzlich oder alternativ auch möglichst weit außen an den Taumelträger angekoppelt, um einen möglichst guten Hebel oder ein möglichst großes Moment beim Taumeln zu erreichen. Die Koppellager zur mechanische Kopplung von Antriebselementen und Taumelträger sind deshalb bevorzugt in Randbereichen oder außen am Taumelträger vorgesehen, insbesondere in Eckbereichen des Taumelträgers, insbesondere wenn der Taumelträger eckig, z. B. rechteckig oder quadratisch, ausgebildet ist.
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Zur Ausbildung der Koppellager und der Kopplung Befestigung mit den Antriebseinheiten weist der Taumelträger vorzugsweise Befestigungsabschnitte auf, an denen die beweglichen Antriebselemente über die Koppellager gelagert sind, wobei der Taumelträger insbesondere oberhalb und unterhalb jedes Befestigungsabschnitts einen Einschnitt aufweist, in dem jeweils ein kugelsegmentartiger Kugelring auf dem Befestigungsabschnitt jeweils mit einer Flachseite aufliegt, wobei auf der vom Befestigungsabschnitt abgewandten sphärischen Lagerfläche des Kugelrings eine komplementär ausgebildete sphärische Lagerfläche jeweils eines Lagerrings aufliegt. Zweckmäßigerweise ist nun am stirnseitigen Ende jedes beweglichen Antriebselements jeweils eine zentrale Gewindebohrung vorgesehen, in die ein Schraubbolzen mit einem Bolzengewindeteil einschraubbar oder eingeschraubt ist, wobei der Schraubbolzen vorzugsweise durch zentrale Löcher in den Kugelringen und in dem Befestigungsabschnitt mit Spiel geführt ist und insbesondere auf einem Lagerring mit einem Bund aufliegt. Es kann auch ein weiterer Lagerring vorgesehen sein, der auf dem stirnseitigen Ende des beweglichen Antriebselements mit einer ebenen ringförmigen Auflagefläche aufliegt und eine sphärische Lagerfläche aufweist, die auf einer komplementären sphärischen Lagerfläche eines Lagerteils gleitend aufliegt, welches an dem Taumelträger befestigt ist.
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Die beschriebenen sphärischen Lagerflächen ermöglichen jeweils einen Ausgleich der bei Taumeln entstehenden Relativbewegungen zwischen Taumelträger und Antriebselementen und bilden somit Bestandteile eines ausreichend flexiblen Koppellagers.
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Das Taumellager ist im Allgemeinen in einer Lagerplatte gelagert, die im Taumelbetrieb auf dem Werkzeugträger befestigt ist. Der Werkzeugträger am Stößel weist vorzugsweise für den Taumelbetrieb in seinem zentralen Bereich eine Halteeinrichtung für das wenigstens eine erste Taumelwerkzeug auf, wobei das Taumelwerkzeug vorzugsweise an einem flachen Haltezylinder befestigt ist, der wiederum über eine Halteplatte an dem Werkzeugträger befestigt ist. Das wenigstens eine zweite Taumelwerkzeug kann ebenfalls in einer Halteeinrichtung gehalten sein, die nun auf dem Taumelträger in einem zentralen Bereich befestigt ist und die vorzugsweise ein, insbesondere hohlzylindrisches, Aufnahmeteil, innerhalb dessen das Taumelwerkzeug aufgenommen ist, einen Haltezylinder, auf dem das Aufnahmeteil befestigt ist, und eine, beispielsweise quadratische, Halteplatte, die zwischen dem Haltezylinder und dem Taumelträger angeordnet ist, umfasst.
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Bevorzugt ist der Taumelträger plattenförmig und/oder rechteckig, vorzugsweise quadratisch, ausgebildet.
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Im Allgemeinen ist der Taumelträger zentral in dem Taumellager gelagert zur taumelnden oder schwenkbaren Lagerung des Taumelträgers in einer oder wenigstens zwei Schwenkkoordinaten bezüglich eines zentralen Drehpunktes auf einer Taumelachse. Die Taumelachse verläuft zentral durch den Taumelträger und das Taumellager und bildet bevorzugt eine Eigen- oder Hauptträgheitsachse zumindest des Taumelträgers.
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Das Taumellager umfasst zweckmäßigerweise ein kugelsegmentartiges erstes Taumellagerteil, das eine untere sphärische Taumellagerfläche aufweist, und ein korrespondierendes zweites Taumellagerteil, insbesondere an der Lagerplatte, ebenfalls mit einer sphärischen Taumellagerfläche, die komplementär zur sphärischen Taumellagerfläche am ersten Taumellagerteil ausgebildet ist. Die beiden sphärischen Taumellagerflächen sind während der Taumelbewegung aufeinander gleitend gelagert.
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In einer Ausführungsform, die in Kombination mit allen anderen Ausführungsformen und jedem von deren Merkmalen einzeln vorgesehen sein kann, jedoch auch unabhängig von den anderen Ausführungsformen vorgesehen und beansprucht werden kann, ist eine Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken vorgesehen mit einem Taumelbetrieb und einem Pressbetrieb, bei der im Taumelbetrieb ein Taumelträger zum Tragen wenigstens eines Taumelwerkzeuges, der in einem Taumellager gelagert ist und in wenigstens einer Schwenkkoordinate, vorzugsweise in wenigstens zwei Schwenkkoordinaten, schwenkbar ist, mit einem zugehörigen Taumelantrieb montiert sind und in einem Pressbetrieb der Taumelträger und das Taumellager demontiert sind, der Taumelantrieb jedoch montiert bleibt oder ist. Der nicht demontierte Taumelantrieb steht damit für Zusatzfunktionen im Pressbetrieb zur Verfügung, wie schon beschrieben. Besonders vorteilhaft wird diese Variante kombiniert mit der Variante betreffend die Befestigung der Antriebseinheiten am Gestell und/oder mit den Varianten betreffend die Anordnung der Antriebseinheiten möglichst weit außen am Taumelträger oder außerhalb des Werkzeugträgers oder Gestells auch ohne Zusatzfunktion der Antriebseinheiten in dem Pressbetrieb. Die Demontage der Taumelkomponenten mit Ausnahme des Taumelantriebs kann beispielsweise durch Lösen der Halteeinrichtung, insbesondere deren Halteplatte, für das erste Taumelwerkzeug vom zugehörigen Werkzeugträger und durch Lösen der Lagerplatte vom zugehörigen Werkzeugträger sowie durch Lösen der Schraubbolzen aus den Antriebselementen erfolgen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auch auf die Zeichnungen Bezug genommen, in deren
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1 eine Umformmaschine mit einer Taumeleinheit in einer perspektivischen Ansicht,
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2 den in 1 mit einem mit II bezeichneten Kreis markierten Ausschnitt betreffend die Taumeleinheit in einer vergrößerten und teilweise geschnittenen perspektivischen Ansicht,
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3 die in 2 mit einem mit III bezeichneten Kreis markierten Teile in einer vergrößerten Schnittdarstellung,
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4 die Umformmaschine gemäß 1 mit entnommener Taumeleinheit und Nutzung des Taumelantriebs zur Abstützung des Stößels für einen Pressbetrieb in einer perspektivischen Ansicht
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5 die vier Antriebseinheiten des Taumelantriebs mit Anlage an den Abstützeinheiten am Stößel für sich betrachtet in einer perspektivischen Ansicht und
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6 das in 5 mit einem mit VI bezeichneten Kreis markierte Detail in einer vergrößerten Schnittdarstellung
jeweils schematisch dargestellt sind. Einander entsprechende Teile und Größen sind in den 1 bis 6 mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In allen Ausführungsbeispielen der Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken 1 gemäß 1 bis 6 umfasst diese einen Stößel 10, dem eine nicht weiter spezifizierte, z. B. hydraulische oder auch mechanische Stößelantriebseinheit 11 zum Antreiben des Stößels zugeordnet ist und an dem üblicherweise an der Unterseite ein oberer Werkzeugträger 2 befindet, der des Stößels 10 befestigt ist. Der Stößel 10 ist vorne und hinten seitlich in zwei Stößelführungen 21 und 22 an einem Gestellrahmen 16 des Maschinengestells 13 geführt und linear in einer durch einen Doppelpfeil veranschaulichten Arbeitsrichtung hin und her, im dargestellten Ausführungsbeispiel nach unten und nach oben, bewegbar. Im unteren Bereich des Gestellrahmens 16 ist eine Bodenplatte 14 angeordnet, auf der sich Personen und/oder Handhabungsgeräte wie Bedienroboter, befinden und/oder bewegen können. Das Gestell 13 umfasst ferner vier unterhalb des Gestellrahmens 16 und der Bodenplatte 14 angeordnete Gestellfüße 15, die zur Dämpfung dienen.
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Unterhalb des Stößels 10 befindet sich innerhalb des Gestellrahmens 16 ein unterer Werkzeugträger 3, der auf einem Sockel 12 des Gestells 13 befestigt ist, der durch die Bodenplatte 14 hindurchragt und unten auf einem nicht weiter bezeichneten Boden, beispielsweise einer Fertigungshalle, steht. Das Gestell 13 steht bevorzugt auch mit den Gestellfüßen 15 oder, in einer nicht dargestellten Ausführung, auch direkt mit dem Gestellrahmen 16 auf diesem Boden auf.
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Der obere Werkzeugträger 2 und der untere Werkzeugträger 3 weisen in an sich bekannter Weise zueinander parallele Nuten und Bohrungen zum Befestigen von unterschiedlichen Umformwerkzeugen auf. Der Stößel 10 wird mit dem oberen Werkzeugträger 2 mit dem daran befestigten Umformwerkzeug auf den unteren Werkzeugträger 3 und das daran befestigte Umformwerkzeug zu bewegt und das Werkstück zwischen den beiden Umformwerkzeugen umgeformt. Nach dem Umformvorgang bewegt sich der Stößel 10 wieder nach oben und das Werkstück kann aus dem Zwischenraum zwischen den Umformwerkzeugen entnommen werden. Das Werkstück wird zuvor in der Regel auf das untere Umformwerkzeug aufgelegt.
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In der in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform ist die Umformvorrichtung 1 für einen Taumelbetrieb oder ein Taumeln von Werkstücken ausgerüstet und umfasst eine Taumeleinheit mit einem Taumelträger 9, der in einem Taumellager 8, das in einer Lagerplatte 18 gelagert ist, schwenkbar gelagert ist, und einem Taumelantrieb.
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In der in 4 bis 6 dargestellten Ausführungsform ist die Umformvorrichtung 1 für einen Pressbetrieb oder ein Pressen von Werkstücken ausgerüstet und umfasst an dem oberen Werkzeugträger 2 und dem unteren Werkzeugträger 3 an sich bekannte Presswerkzeuge für eine spezielle gewünschte Form des Werkstücks, die aber nicht dargestellt sind. Die Taumeleinheit ist bis auf den Taumelantrieb demontiert.
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An dem Gestell 13 sind ortsfeste (oder: feststehende) Antriebselemente 51, 52, 53 und 54 von Antriebseinheiten 31, 32, 33 und 34 des Taumelantriebs befestigt. Die ortsfesten Antriebselemente 51 bis 54 der Antriebseinheiten 31 bis 34 sind dabei bevorzugt an ihren unteren Enden jeweils über ein Lagergelenk 101 bis 104 an Lagerhalterungen 17 an dem Gestell 13 schwenkbar gelagert und an ihren oberen Enden über jeweils eine, beispielsweise käfig- oder teilkäfigartige Befestigungseinheit 91 bis 94, die in 5 in einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist, an dem Gestell 13 mit einer vorgegebenen Beweglichkeit befestigt. Alternativ ist auch eine Befestigung der ortsfesten Antriebselemente 51 bis 54 am Sockel 12 möglich.
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Ferner umfasst jede Antriebseinheit 31 bis 34 ein bewegliches Antriebselement, insbesondere einen Antriebskolben, 41 bis 44, das relativ zum ortsfesten Antriebselement, insbesondere einem Antriebszylinder, 51 bis 54 beweglich ist. Zum Antreiben des beweglichen Antriebselements 41 bis 44 gegenüber dem unbeweglichen Antriebselementen 51 bis 54 können die Antriebseinheiten 31 bis 34 über einen hydraulischen Antrieb verfügen oder auch über einen mechanischen, insbesondere motorischen, Antrieb, beispielsweise einen Spindelantrieb. Die Bewegung der Antriebselemente 41 bis 44 relativ zu den Antriebselementen 51 bis 54 ist bei jeder Antriebseinheit 31 bis 34 vorzugsweise linear oder axial zu einer jeweils durch die Antriebselemente 41 bis 44 verlaufenden zentralen Achse B.
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In den Befestigungseinheiten 91 bis 94 sind, insbesondere jeweils die vorgegebene Beweglichkeit ermöglichende, Durchführungen 91A bis 94A vorgesehen zum Durchführen entweder eines ringförmigen oberen Endes des unbeweglichen Antriebselements 91 bis 94 oder auch des beweglichen Antriebselements 41 bis 44, gegebenenfalls mit zwischengeschaltetem elastischen Ausgleichsmittel.
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Der obere Werkzeugträger 2 weist für den Taumelbetrieb, wie in 2 dargestellt, in seinem zentralen Bereich eine Halteeinrichtung 6 für das obere Umformwerkzeug auf, das in 2 ein oberes Taumelwerkzeug 4 ist, das an einem flachen Haltezylinder 61 befestigt ist, der wiederum über eine Halteplatte 60 an dem oberen Werkzeugträger 2 befestigt ist. Das untere Umformwerkzeug, das im Beispiel der 2 ein unteres Taumelwerkzeug 5 ist, ist in einer Halteeinrichtung 7 gehalten, die auf dem Taumelträger 9 in einem zentralen Bereich befestigt ist. Die Halteeinrichtung 7 umfasst ein hohlzylindrisches Aufnahmeteil 72, innerhalb dessen das untere Taumelwerkzeug 5 aufgenommen ist, einen Haltezylinder 71, auf dem das Aufnahmeteil 72 befestigt ist, und eine beispielsweise quadratische Halteplatte 70, die zwischen dem Haltezylinder 71 und dem Taumelträger 9 angeordnet ist. Der Taumelträger 9 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel rechteckig, vorzugsweise quadratisch, ausgebildet, kann aber auch eine andere Form haben.
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Durch die beschriebene Anordnung läuft zentral eine Achse A, die als Taumelachse der Taumelbewegung dient und die bevorzugt eine Eigen- oder Hauptträgheitsachse oder auch eine Rotationssymmetrieachse für die Halteeinrichtungen 6 und 7 und den Taumelträger 9 sowie das Taumellager 8 bildet.
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Der Taumelträger 9 ist zentral in dem Taumellager 8 gelagert zur taumelnden oder schwenkbaren Lagerung des Taumelträgers 9 in zwei Schwenkkoordinaten bezüglich eines zentralen Drehpunktes auf der Taumelachse A. Das Taumellager 8 umfasst bevorzugt ein rotationssymmetrisch zur Taumelachse A oder einer dazu in einem Schwenkwinkel stehenden Achse bei der Taumelbewegung ausgebildetes kugelsegmentartiges erstes Taumellagerteil 80, das eine untere sphärische Taumellagerfläche 82 aufweist, und ein korrespondierendes zweites Taumellagerteil 81 an der Lagerplatte 18, welches zweite Taumellagerteil 81 ebenfalls eine sphärische Taumellagerfläche 83 aufweist, die komplementär zur sphärischen Taumellagerfläche 82 am ersten Taumellagerteil 80 ausgebildet ist. Die beiden sphärischen Taumellagerflächen 82 und 83 sind während der Taumelbewegung aufeinander gleitend gelagert. Die Lagerplatte 18 ist über die zur Werkzeugbefestigung vorgesehenen Nuten und Schraubbohrungen des unteren Werkzeugträgers 3 an diesem befestigt.
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An den vier Ecken des quadratischen Taumelträgers 9 sind vier Befestigungsabschnitte 90 vorgesehen, an denen die beweglichen Antriebselemente 41 bis 44 der Antriebseinheiten 31 bis 34 des Taumelantriebs mit einer gewissen Schwenktoleranz gelagert sind. Der Taumelträger 9 weist dazu oberhalb und unterhalb jedes Befestigungsabschnitts 90 einen Einschnitt auf, in dem jeweils ein kugelsegmentartiger Kugelring 92A unten und 92B oben auf den Befestigungsabschnitten 90 jeweils mit einer Flachseite aufliegen. Auf der vom Befestigungsabschnitt 90 abgewandten sphärischen Lagerfläche 94A des Kugelrings 92A und 94B des Kugelrings 92B liegt eine komplementär ausgebildete sphärische Lagerfläche 93A bzw. 93B eines Lagerrings 91A bzw. 91B auf. Auf dem oberen Lagerring 91B liegt wiederum ein Bund eines Schraubbolzens 95 auf.
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Am oberen stirnseitigen Ende des beweglichen Antriebselements 44 und auch der anderen Antriebselemente 41 bis 43 ist jeweils stirnseitig eine zentrale Gewindebohrung 55, insbesondere eine Gewindesacklochbohrung, vorgesehen, in der der Schraubbolzen 95 mit einem Bolzengewindeteil 105 verschraubt oder verschraubbar ist.
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Zu den Lagerringen 91A und 92A sowie 92B und 91B sowie dem Befestigungsabschnitt 90 weist der jeweils durch zentrale Öffnungen oder Löcher in diesen geführte Schraubbolzen 95 dagegen ein Spiel auf, das durch einen Spalt 56 gebildet ist. Unterhalb des unteren Lagerrings 91A ist ein weiterer Lagerring 97 vorgesehen, der auf dem stirnseitigen oberen Ende des beweglichen Antriebselements 44 mit einer ebenen ringförmigen Auflagefläche aufliegt. Außen weist der Lagerring 97 eine sphärische Lagerfläche 98 auf, die auf einer komplementären sphärischen Lagerfläche 99 eines Lagerteils 96 gleitend aufliegt, welches Lagerteil 96 wiederum innen an dem Taumelträger 9 befestigt ist.
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Über die verschiedenen sphärischen Lagerflächen 93A und 94A sowie 93B sowie 94B sowie 98 und 99, die ein Koppellager zum mechanischen Koppeln von Antriebelementen 41 bis 44 an den Taumelträger 9 bilden und angepasst an die jeweiligen Radien eine gleiche Schwenkbewegung erlauben, ist das bewegliche Antriebselement 44 mit einer gewissen Schwenktoleranz oder einem Schwenkspiel an dem Taumelträger 9 befestigt, so dass die Taumelbewegung des Taumelträgers 9 in der Abweichung von der linearen Bewegung der Antriebseinheiten ausgeglichen werden kann. In einer horizontalen Stellung des Taumelträgers 9, bei der der Taumelträger 9 senkrecht zur zentralen Taumelachse A gerichtet ist, sind auch die zentralen Achsen B, dargestellt in 3, der Antriebseinheiten 34 parallel zueinander und zu der zentralen Taumelachse A.
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Die Anordnung oder Ankopplung der Antriebseinheiten 31 bis 34 des Taumelantriebs 30 an den Ecken des Taumelträgers 9 ermöglicht größere Momente oder Hebel bei gleicher linearer Auslenkung oder umgekehrt gleiche Momente bei kleinerer Auslenkung der beweglichen Antriebselemente 41 bis 44.
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Die für den Taumelbetrieb vorgesehenen Komponenten der in den 1 und 2 dargestellten Taumeleinheit mit Ausnahme des Taumelantriebs sind durch Lösen der Halteeinrichtung 6, insbesondere deren Halteplatte 60, vom oberen Werkzeugträger 2, und durch Lösen der Lagerplatte 18 vom unteren Werkzeugträger 3 sowie durch Lösen der Schraubbolzen 95 aus den Antriebselementen 41 bis 44 aus der Umformmaschine oder Vorrichtung 1 herausnehmbar oder demontierbar und durch ”normale” Presswerkzeuge für einen Pressbetrieb ersetzbar.
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Die Antriebseinheiten 31 bis 34 bleiben dagegen am Gestell 13 befestigt und werden nicht demontiert. Diese Anordnung der Antriebseinheiten 31 bis 34 des Taumelantriebs außerhalb der Außenabmessungen des Stößels 10 und damit des Arbeitsbereiches der Umformmaschine 1 am Gestell 13 hat den Vorteil einer größeren Baufreiheit und dass bei der Demontage oder Montage der Taumelkomponenten 6 bis 9 keine hydraulischen oder elektrischen Anschlüsse unterbrochen oder wiederhergestellt werden müssen.
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Im Pressbetrieb werden nun die Antriebseinheiten 31 bis 34 gemäß der Erfindung für eine weitere Funktion genutzt, nämlich zum Stützen oder Stabilisieren oder Dämpfen des Stößels 10 der Umformmaschine 1. Die beweglichen Antriebselemente 41 bis 44 werden dazu mit jeweiligen Anlageflächen gegen korrespondierende Anlageflächen am Stößel 10 oder an am Stößel 10 vorgesehenen Stößelanlageteilen 23 und 24 gefahren und mit diesen zur teilweisen Abstützung in Anlage gebracht. Dabei stützt sich eine Anlage- oder Stützfläche F1 an einem Abstützteil 41A bis 44A am oberen Ende des Antriebselements 41 bis 44 von unten an eine korrespondierende eine Anlage- oder Stützfläche F2 an einem von vier an den Eckpunkten eines Quadrats angeordneten Abstützteilen 23A und 23B oder 24A und 24B an den beiden Stößelanlageteilen 23 und 24 ab, wie in 4 bis 6 gezeigt.
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Gemäß 6 ist die Abstützfläche F1 an einem oberen Abstützlager 44A ausgebildet, das einen oberen Abstützring 44E, an dessen Oberseite die Fläche F1 ist, und einen darunter liegenden Lagerring 44D aufweist, wobei der Lagerring 44D mit einer unten sphärischen ringförmigen Lagerfläche 47 auf einer korrespondierenden sphärischen ringförmigen Lagerfläche 46 eines Kugelringes 44B gelagert ist und mittels einer Schraube (oder: Schraubbolzen) 45 und eines Unterlagsteils 44C in der Bohrung 55 im oberen Ende des Antriebselements 44 befestigt ist. Dadurch stützt mit einem kleinen Schwenkspiel, das durch die Lagerflächen 46 und 47 ermöglicht wird, das Antriebselement 44 der Antriebseinheit 34 den Stößel 10 an dieser Stelle ab, ebenso wie die anderen Antriebselemente 41 bis 43 der Antriebseinheiten 31 bis 33 an deren jeweiligen Stellen.
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Durch eine entsprechende Ansteuerung der Antriebseinheiten abhängig von der, beispielsweise mittels einer Lage- oder Wegmesseinrichtung 111 und 112, gemessenen, Stößelposition mittels einer nicht dargestellten Kontrolleinrichtung kann nun der Stößel 10 während seiner Arbeitsbewegung nach unten ab einem gewissen Zeitpunkt von den Antriebseinheiten 31 bis 34 gestützt werden und in einer zu seiner Bewegungsrichtung orthogonalen horizontalen Lage während der Bewegung nach unten gehalten werden (sog. Parallelhaltung des Stößels 10). Bevorzugt werden die Auflageflächen aller vier Antriebseinheiten dabei in einer sich mit der Stößelgeschwindigkeit nach unten bewegenden Ebene geregelt, wobei die Antriebseinheiten 31 bis 34 auftretende Kippmomente vom Stöße 10 durch Gegenhalten abfangen oder kompensieren oder ausgleichen.
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Die gezeigte Anlage oder Abstützung des Stößels 10 durch die Antriebselemente 31 bis 34 kann auch zur Dämpfung von schlag- oder stoßartigen Bewegungen des Stößels 10 beispielsweise eines Schnittschlages verwendet werden. Dabei dämpfen die Antriebselemente 31 bis 34 den Schlag des aufliegenden Stößels 10 beispielsweise durch Verdrängung von hydraulischem Medium mittels geöffneter Ventile oder Druckbegrenzungsventile.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- oberer Werkzeugträger
- 3
- unterer Werkzeugträger
- 4
- oberes Taumelwerkzeug
- 5
- unteres Taumelwerkzeug
- 6
- Halteeinrichtung
- 7
- Halteeinrichtung
- 8
- Taumellager
- 9
- Taumelträger
- 10
- Stößel
- 11
- Stößelantriebseinheit
- 12
- Basisplatte
- 13
- Gestell
- 14
- Bodenplatte
- 15
- Gestellfüße
- 16
- Gestellrahmen
- 17
- Lagerhalterung
- 18
- Lagerplatte
- 21, 22
- Stößelführung
- 23, 24
- Stößelanlageteile
- 23A, 23B
- Abstützteil
- 24A, 24B
- Abstützteil
- 25
- Schraube
- 30
- Taumelantrieb
- 31 bis 34
- Antriebseinheit
- 41 bis 44
- bewegliche Antriebselemente
- 44A
- Abstützlager
- 44B
- Kugelring
- 44C
- Unterlagsteil
- 44D
- Lagerring
- 44E
- Abstützring
- 44F
- elastischer Ring
- 45
- Schraube
- 46, 47
- sphärische Lagerfläche
- 51 bis 54
- ortsfeste Antriebselemente
- 55
- Bohrung
- 56
- Spalt
- 60
- Haltplatte
- 61
- Haltezylinder
- 70
- Haltplatte
- 71
- Haltezylinder
- 72
- Aufnahmeteil
- 80
- Taumellagerteil
- 81
- Taumellagerteil
- 82, 83
- sphärische Taumellagerfläche
- 90
- Befestigungsabschnitt
- 91 bis 94
- Befestigungseinheit
- 91A, 91B
- Lagerring
- 92A, 92B
- Kugelring
- 93A, 93B
- sphärische Lagerfläche
- 94A, 94B
- sphärische Lagerfläche
- 95
- Schraubbolzen
- 96
- Lagerteil
- 97
- Lagerring
- 98, 99
- sphärische Lagerfläche
- 101 bis 104
- Lagergelenk
- 105
- Bolzengewindeteil
- 111, 112
- Wegmesseinrichtung
- A
- Taumelachse
- B
- Achse der Antriebseinheit
- W
- Werkstück
- F1, F2
- Anlagefläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10017462 A1 [0007]
- CH 685105 A5 [0008]
- DE 4117250 C2 [0009]
- DE 19753949 C2 [0010]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- VDI-Lexikon Band Produktionstechnik Verfahrenstechnik, Herausgeber: Hiersig, VDI-Verlag, 1995, Seiten 1107 bis 1113 [0002]