DE19648708A1 - Gesteuerte Kühlung eines Warmumform-Werkzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gesteuerte Kühlung eines Warmumform-Werkzeugs, bei der einer Meßstelle des Werkzeugs ein auf Infrarotlicht ansprechendes Temperaturmeßorgan zugeordnet ist, bei der eine Kühlmittelzufuhr zu der Meßstelle vorgesehen ist und bei der ein Vergleich des Temperatur-Meßwerts mit einem Temperatur-Sollwert vorgesehen ist und aus dem Vergleich unter Rechnung die Einstellung der Kühlmittelzufuhr erfolgt.

Ein Warmumform-Werkzeug ist z. B. ein Gesenkwerkzeug und umfaßt z. B. nur eine Gravur bzw. Form für ein Werkstück, d. h. nur ein Einzelwerkzeug, oder mehrere Gra­ vuren bzw. Formen für mehrere Werkstücke, d. h. mehrere Einzelwerkzeuge. Da das Werkstück für die Umformung heiß ist, ist das Werkzeug großen thermischen Belastungen ausgesetzt. Um diese Belastungen beherrschen zu können, wird das Werkzeug gekühlt. Die Kühlung erfolgt entweder durch Besprühen der Werkzeugoberfläche mit einem Wasser- Luft-Gemisch als Kühlmittel oder, indem eine Flüssigkeit als Kühlmittel durch Kühlkanäle im Inneren des Werkzeugs geleitet wird. Für einen wirtschaftlichen Einsatz des Werkzeugs ist es zweckmäßig, das Werkzeug innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs zu betreiben. Ist die Temperatur des Werkzeugs gegenüber dem bestimmten Temperatur­ bereich zu niedrig, kommt es bei Berührung mit dem warmen Werkstück zu unzulässig hohen Thermospannungen im Werkzeug. Ist die Temperatur zu hoch, steigt der Verschleiß des Werkzeugs wegen sinkender mechanischer Belastbarkeit.

Bei einer durch die Praxis bekannten gesteuerten Kühlung der eingangs genannten Art ist einem als Dorn ausgebildeten Werkzeug ein Temperaturmeßorgan in Form nur eines Tem­ peratursensors zugeordnet. Die vom Temperatursensor ermittelte Temperatur einer Meß­ stelle des Dorns wird von einem Bedienungsmann abgelesen und im Kopf mit einem Sollwert verglichen. Daraus errechnet sich der Bedienungsmann im Kopf eine bestimmte Einstellung der Kühlmittelzufuhr, die er manuell verwirklicht. Es wird mit mehreren, z. B. 30 Sprühdüsen Kühlmittel auf den Dorn gesprüht. In vielen Fällen, z. B. wenn die Gestal­ tung des Werkzeugs komplex ist, lassen sich mit nur einem Temperatursensor an dem Werkzeug mehrere verschiedene Temperaturen an verschiedenen Stellen nicht verwirk­ lichen, die für einen wirtschaftlichen Einsatz des Werkzeugs zweckmäßig sind.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gesteuerte Kühlung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der an mehreren verschiedenen Stellen des Warmumform-Werkzeugs verschiedene Temperaturen bzw. Temperaturbereiche überwachbar bzw. einhaltbar sind. Die erfindungsgemäß gesteuerte Kühlung ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Vielzahl von Meßstellen mit jeweils zugeordnetem Temperaturmeß­ organ und jeweils zugeordneter gesonderter und gesondert einstellbarer Kühlmittelzufuhr vorgesehen ist, daß für die vergleichende Rechnung und die Einstellung ein Rechner- Einstell-Gerät vorgesehen ist und daß der Vielzahl von Meßstellen als Temperaturmeß­ organ eine Wärmebildkamera zugeordnet ist, die die Temperaturen der vielzähligen Meß­ stellen in Form eines gemessenen Wärmeverteilungsbildes an das Rechner-Einstell-Gerät liefert.

Entsprechend der Komplexität des zu kühlenden Warmumform-Werkzeugs sind die viel­ zähligen Meßstellen vorgesehen. Mit Vielzahl ist gemeint, daß z. B. 100 Stellen des Werkzeugs betrachtet und ggf. im Rechner-Einstell-Gerät verarbeitet werden. Wegen der Vielzahl von Meßstellen sind das Rechnen und das Einstellen mittels des Rechner-Einstell-Geräts automatisiert und damit unabhängig von einem Bedienungsmann. Entscheidend für die Erfindung ist, daß nicht entsprechend der Vielzahl von Meßstellen eine Vielzahl von Wärmesensoren vorgesehen ist, sondern die Wärmebildkamera, die berührungslos arbeitet. Durch diese Verwendung der Wärmebildkamera in einem Regelkreis und mit einer automatisierten Steuerfunktion sind die Vielzahl von einzelnen Temperatursensoren und deren Nachteile vermieden. Mit Wärmeverteilungsbild ist hier die Summe der Information gemeint, die die Wärmebildkamera von der betrachteten Wärmeverteilung des Werkzeugs aufnimmt und zur Verwertung weitergibt. Das Problem der verbesserten Kühlung eines komplexen Warmumform-Werkzeugs ist mit Hilfe der Wärmebildkamera und eines elektronischen Bildverarbeitungssystems sowie einer geeigneten nachgeschalteten Werk­ zeug-Kühleinrichtung auf sehr wirtschaftliche Art und Weise gelöst. Das Rechner-Einstell-Gerät enthält ein Sollwert-Wärmeverteilungsbild, das mit dem gemessenen Wärmevertei­ lungsbild verglichen wird. Eine geeignete Wärmebildkamera und ein geeignetes Rechner- Einstell-Gerät-System sind durch die Unternehmen Siemens und Agema bekannt.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn der Wärmebildkamera ein Sichtschirm zur sichtbaren Darstellung des gemessenen Wärmeverteilungsbildes zugeordnet ist. Der Sichtschirm erlaubt es, den gesteuerten Kühlungsvorgang laufend visuell zu verfolgen und das Rechner-Einstell-Gerät in Anpassung an das jeweilige Werkstück und den jeweiligen Umformvorgang zu justieren.

Aufgrund der Erfindung wird z. B. folgendermaßen gearbeitet: Nach jedem Arbeitsspiel der das Werkzeug aufweisenden Umformmaschine wird mit der Wärmebildkamera von dem Werkzeug ein Bild aufgenommen. Das aufgenommene, gemessene Wärmeverteilungsbild wird mittels des nachgeschalteten Bildverarbeitungssystems auf dem Sichtschirm darge­ stellt. Er zeigt, z. B. durch eine farbliche Darstellung, die unterschiedlichen Temperaturen. Man gibt in das Rechner-Einstell-Gerät Grenzwerte bzw. Sollwertbereiche, z. B. in Form von Farben, ein. Wird einer dieser Grenzwerte an irgendeiner Stelle überschritten, so wird automatisch an dieser Stelle intensiver gekühlt, indem das entsprechende Steuerventil etwas länger angesteuert wird. Bei Unterschreitung bestimmter Grenzwerte erfolgt die Korrektur in umgekehrter Richtung. Das Ergebnis von Einstellungsänderungen kann man sofort nach dem nächsten Arbeitsspiel der Umformmaschine am Sichtschirm begutachten. Dies geschieht bei laufender Umformmaschine.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn die gesteuerte Kühlmittelzufuhr jeweils mittels Sprühdüse erfolgt. Da die erfindungsgemäß gesteuerte Kühlung schnell arbeiten soll, ist eine schnell wirksame Kühlmittelzufuhr zweckmäßig, die mittels innerer Kühlkanäle nur schwer zu erreichen ist.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es auch, wenn das Warmumform-Werkzeug mehrere Gravuren (Formen) umfaßt und die Vielzahl von Meßstellen auf die mehreren Gravuren verteilt ist. Besonders bei einem Gesenk-Werkzeug mit mehreren Gravuren ist die Zahl der zu überwachenden Meßstellen so groß, daß die Überwachung mittels einzelner Wärmesensoren unzweckmäßig ist.

In der Regel ist einem Warmumform-Werkzeug eine einstellbare Schmiermittelzufuhr mittels Sprühdüse zugeordnet. Je nach der Temperatur des Werkzeugs ist mehr oder weniger Schmiermittel aufzutragen. Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es daher, wenn die Schmiermittelzufuhr mittels des Rechner-Einstell-Geräts gesteuert ist. Es wird also das Schmiermittel an den einzelnen Werkzeugstellen in der Menge aufgetragen, die der gemessenen Temperatur der Werkzeugstelle entspricht.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und zwar eine schematische Darstellung einer gesteuerten Kühlung eines Warmumform-Werkzeugs.

Die gesteuerte Kühlung gemäß Zeichnung gehört zu einer nicht näher gezeigten Umform­ maschine, die auf einem Maschinentisch 1 ein Warmumform-Gesenk-Werkzeug 2 trägt, das aus mehreren Einzelwerkzeugen 3 in Form von Gravuren bzw. Formen besteht. Das Werkzeug 2 ist zu einem Zeitpunkt gezeigt, in dem die Einzelwerkzeuge frei sind von Werkstücken und in dem in die Einzelwerkzeuge Sprühdüsen 4 eingefahren sind. Es sind pro Einzelwerkzeug 3 mehrere Sprühdüsen 4 vorgesehen und diese sind Bestandteil einer Kühlmittelzuführung 5. In der Kühlmittelzuführung 5 ist jeder Sprühdüse 4 ein Steuer­ ventil 6 zugeordnet und die Steuerventile sind über Steuerleitung 7 an ein Rechner-Einstell-Gerät 3 angeschlossen. Dieses Gerät 8 wird von einer Wärmebildkamera 9 gespeist, die auch auf einen Sichtschirm 10 arbeitet und zur Aufnahme eines Wärmebildes in das Werk­ zeug 2 sieht. Das Rechner-Einstell-Gerät 8 ist mit einem Einstellbereich 11 versehen, um ein Sollwert-Wärmeverteilungsbild von Hand eingeben zu können.

Die Wärmebildkamera 9 nimmt von der von ihr einsehbaren Seite bzw. Fläche des Werkzeugs 2 ein Istwert-Wärmebild auf, das jede Stelle dieser Seite bzw. Fläche des Werkzeugs umfaßt. Im Gerät 8 werden ausgesuchte Stellen als Meßstellen 12 bewertet, denen die Sprühdüsen 4 zugeordnet sind. Man ist bestrebt, die Verhältnisse so einzurichten, daß die Sprühdüsen unmittelbar auf die Meßstellen 12 kühlend sprühen. Es ist aber auch möglich, daß die kühlend besprühten Stellen verschieden von den Meßstellen sind und die Kühlung an den Meßstellen mittelbar wirksam wird. Wenn die Kühlung des Werkzeugs erfolgt ist, wird die Kühlmittelzuführung 5 wegbewegt und erfolgt ein weiteres Arbeitsspiel der Umformmaschine, bei dem warme Werkstücke in das Werkzeug eingelegt und in dem Werkzeug umgeformt werden.

Claims (5)

1. Gesteuerte Kühlung eines Warmumform-Werkzeugs,
bei der einer Meßstelle des Werkzeugs ein auf Infrarotlicht ansprechendes Temperatur­ meßorgan zugeordnet ist,
bei der eine Kühlmittelzufuhr zu der Meßstelle vorgesehen ist und
bei der ein Vergleich des Temperatur-Meßwertes mit einem Temperatur-Sollwert vor­ gesehen ist und aus dem Vergleich unter Rechnung die Einstellung der Kühlmittelzu­ fuhr erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Vielzahl von Meßstellen (12) mit jeweils zugeordnetem Temperaturmeßorgan (9) und jeweils zugeordneter gesonderter und gesondert einstellbarer (6) Kühlmittelzu­ fuhr (5) vorgesehen ist,
daß für die vergleichende Rechnung und die Einstellung ein Rechner-Einstell-Gerät (8) vorgesehen ist und
daß der Vielzahl von Meßstellen (12) als Temperaturmeßorgan eine Wärmebildkamera (9) zugeordnet ist, die die Temperaturen der vielzähligen Meßstellen in Form eines gemessenen Wärmeverteilungsbildes an das Rechner-Einstell-Gerät (8) liefert.

2. Gesteuerte Kühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmebild­ kamera (9) ein Sichtschirm (10) zur sichtbaren Darstellung des gemessenen Wärmever­ teilungsbildes zugeordnet ist.

3. Gesteuerte Kühlung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ge­ steuerte (6) Kühlmittelzufuhr (5) jeweils mittels Sprühdüse (4) erfolgt.

4. Gesteuerte Kühlung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmumform-Werkzeug (2) mehrere Gravuren (Formen) umfaßt und die Vielzahl von Meßstellen (12) auf die mehreren Gravuren verteilt ist.

5. Gesteuerte Kühlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine einstell­ bare Schmiermittelzuführung mittels Sprühdüse vorgesehen ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schmiermittelzuführung in Abhängigkeit von dem gemessenen Wärmever­ teilungsbildes mittels des Rechner-Einstell-Geräts (8) gesteuert ist.