Zuhaltevorrichtung für hydraulisch angetriebene Pressen

Abstract

 Es wird eine Verriegelungsvorrichtung für hydraulisch angetriebene, einfach- oder doppeltwirkende Pressen (1) zur Hochdruckumformung vorgeschlagen die wesentlich zur Erhöhung der Bauteilsteifigkeit insbesondere des Kopfstücks oder Oberholm (5) beiträgt. Durch Anordnung der Riegel (11) auf der Oberseite der Umformstössel (4) kann für die Bauhöhe der Riegel (11) der komplette Schliesshub genutzt werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft Hydraulikpressen zur Hochdruckumformung, wie Aussen- oder Innenhochdruckumformung, und insbesondere das Zuhalte- oder Verriegelungssystem dieser Pressen.

[0002] Das vorgeschlagene Verriegelungskonzept ermöglicht den Bau von Pressen mit vergleichsweise niedriger Bauhöhe und Gewicht bei hoher Biegesteifigkeit des Oberholms. Ein weiterer Vorteil besteht in den kurzen Ver- und Entriegelungszeiten durch die entsprechende Gestaltung der Riegel.

Stand der Technik

[0003] Einfahrbare Riegel oder Distanzen sind bekannt, ihre Funktion ist die sichere Zuhaltung von Werkzeugen in denen ein Umformprozess durch Einsatz von unter hohem Druck stehendem Medium stattfindet. Der für das Öffnen und Schliessen des Werkzeuges erforderliche druckmittelbetriebene Zylinder wird somit nicht durch hohe Umformkräfte belastet. In der DE 196 07 257 A1 oder DE 198 19 950 A1 sind entsprechende einfahrbare Riegel offenbart. Ein anderes Konzept zeigt die EP 0 665 072 B1 in der die Verriegelung nach Art eines Bajonettverschlusses einschwenkbar angeordnet ist. Diese Lösungen erfüllen die geforderte Funktion. Nicht erkannt und somit auch nicht offenbart wurde die Möglichkeit durch entsprechende konstruktive Gestaltung und Anordnung der Riegel und durch deren gemeinsame Wirkung mit dem Oberholm der Presse eine sehr biegesteife und doch kostengünstige Lösung zu realisieren.

Aufgabe und Vorteil der Erfindung

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verriegelungssystem vorzuschlagen, welches bei geringem Materialeinsatz in Wirkverbindung mit dem Oberholm ein System hoher Steifigkeit ergibt.

[0005] Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Presse nach dem Oberbegriff des Anspruch 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 gelöst.

[0006] In den Unteransprüchen werden vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildungen vorgeschlagen.

[0007] Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, durch die Addition der Höhen von einfahrbaren Riegeln und vertikalen Oberholmwänden den aus der Festigkeitslehre bekannten günstigen Einfluss der Höhe auf das Trägheits- und Widerstandsmoment von Bauteilen nutzbar zu machen.

[0008] Da die Höhe in zweiter Potenz in das für die Festigkeitsberechnung wesentliche Widerstandsmoment eingeht und sogar in dritter Potenz bei dem für die Durchbiegung massgebenden Trägheitsmoment ist für den Durchschnittsfachmann der Einfluss der Bauteilhöhe zweifelsfrei erkennbar.

[0009] Wie dem Fachmann ebenfalls bekannt werden, bei vergleichbaren Trägheits- und Widerstandsmomenten, bei Bauteilen mit grösseren Höhen deutliche Gewichtsreduzierungen erreicht. Werden evtl. zu berücksichtigende Schubverformungen sinnvoll bei der Dimensionierung berücksichtigt, so ist diese Gewichtsreduzierung ein weiterer Vorteil der Erfindung.

[0010] Ebenfalls von Vorteil ist die gewählte Lage der einfahrbaren Riegel und zwar wird der Freiraum ausgenutzt, der nach dem Schliessen des Werkzeuges zwischen Oberholm und Stössel bei einfachwirkenden Pressen entsteht. In Analogie dazu kann bei doppeltwirkenden Pressen, sog. Ziehpressen, sowohl der Freiraum zwischen Oberholm und Ziehstössel, als auch der Freiraum zwischen Oberholm und Blechhalter für die Riegelhöhe genutzt werden. Somit ist trotz der erzielbaren günstigen Steifigkeitswerte, aufgrund der dann wirksamen Bauteilhöhe, der Oberholm von vergleichbar geringer Höhe, wodurch auch eine günstige Gesamthöhe der Presse erreichbar ist. Wesentlich für die vorteilhafte Wirkung der Riegel ist, dass eine Erstreckung über die gesamte Stössellänge vorgesehen ist und somit eine Minimierung der Verformung erreicht wird. Die Riegel können dabei aus einem Stück oder aus sich addierenden Einzelstücken bestehen. Die vorgeschlagene Lösung beabsichtigt nahezu die Steifigkeit eines Querhauptes zu erreichen, dessen Gesamthöhe um die Riegelhöhe ergänzt würde.

[0011] Für die Verschiebung der Riegel können verschiedenste bekannte Antriebe Anwendung finden, wie z.B. mit Druckmittel beaufschlagte Zylinder oder Motoren, Linearantriebe usw. Zur Führung dienen Gleit- und Führungsleisten, Spindeln, Rollenführungen oder dergleichen. Ein schnelles ein- und ausfahren der Riegel wird durch die kurzen erforderlichen Fahrwege ermöglicht.

[0012] Durch die Anordnung entsprechender Ausgleichs- oder Keilplatten wird die Werkzeuggesamthöhe konstant gehalten und somit ein stets gleicher Schließhub der Presse erreicht. Jedoch sind durch die konstruktive Gestaltung der Riegel variable Schließhübe möglich. Es können z.B. miteinander verbundene in der Höhe abgestufte Riegel verwendet werden und der Verriegelungs- und Entriegelungsweg ist dann ebenfalls variabel. Somit würde z.B. bei kleinerem Schließhub auch eine geringere Riegelhöhe H2 eingefahren werden.

[0013] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der Ausführungsbeispiele für eine einfachwirkende- und einer doppeltwirkenden Presse und aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung.

[0014] Diese Figuren zeigen:

Figur 1

Frontansicht einer einfachwirkenden Presse

Figur 2

Seitenansicht der Presse in Schnittdarstellung gemäss Schnittlinie A - A mit geschlossenem Werkzeug und Zuhaltesystem verriegelt

Figur 3

Wie Figur 2, jedoch Werkzeug geöffnet

Figur 4

Frontansicht einer doppeltwirkenden Presse

Figur 5

Seitenansicht der doppeltwirkenden Presse in Schnittdarstellung mit geschlossenem Werkzeug und Zuhaltesystem verriegelt

Figur 6

wie Figur 5, jedoch Zuhaltesystem entriegelt und Werkzeug geöffnet

[0015] Die Figur 1 zeigt eine einfachwirkende Presse 1, d. h. diese Presse verfügt nur über einen Umform- oder Ziehstössel. Die dargestellte Presse 1 ist zum Umformen unter Verwendung eines Medium, welches unter Hochdruck steht, vorgesehen. Bekannte Verfahren sind beispielhaft das Innen- (IHU) oder Aussenhochdruckumformen (AHU), Die Presse 1 besteht aus einem Unterholm 2 mit Tischplatte 3, Umformstössel 4, Oberholm 5, Ständer 6 und die die gesamte Presse verbindenden und vorspannenden Anker mit Muttern 7. Auf der Tischplatte 3 ist das Unterwerkzeug 8, an dem Umformstössel 4 ist das Oberwerkzeug 9 befestigt. Bekannte Ausgleich- oder Keilplatten 15 dienen zur Einstellung konstanter Werkzeuggesamthöhen. Verbunden mit dem Umformstössel 4 ist der oder sind die Antriebszylinder 10. Zwischen Oberholm 5 und Umformstössel 4 sind die Distanzen oder Riegel 11 angeordnet. Die eigentlichen Zuhaltezylinder 12 befinden sich zwischen Unterholm 2 und Tischplatte 3.

[0016] Gemäss der Darstellung ist die Presse geschlossen und die Riegel 11 sind eingefahren, wie dieses für den Umformvorgang erforderlich ist. Die, für die Umformung erforderlichen, Hochdruckanschlüsse beim Aussenhochdruckumformen (AHU) oder Andockzylinder für die Innenhochdruckumformung (IHU) sind bekannt und nicht näher dargestellt.

[0017] Über die als Kurzhubzylinder ausgebildeten Zuhaltezylinder 12 wird die für den Umformprozess erforderliche Zuhaltekraft aufgebracht. Für die Funktion der Zuhaltezylinder 12 ist es von Bedeutung das diese zunächst im ersten Teil der Hubbewegung die im System vorhandenen Spiele und Toleranzen, die z.B. für das einfahren der Riegel 11 erforderlich sind, eleminieren und dann die Zuhaltekraft aufbringen. Die jeweils aktive Zahl der Zuhaltezylinder 12 ist nach Bedarfsfall wählbar. Idealerweise wird dabei die Anordnung so gewählt, dass das Werkzeug an jeder Stelle mit gleicher Flächenpressung beaufschlagt wird. Die durch die Zuhaltekraft auftretenden Verformungen werden durch die Zuhaltezylinder 12 so geregelt, dass sich das Werkzeug mit parallelen Biegelinien verformt. Die Verspannung des Gesamtsystemes Werkzeug/Presse bewirkt dabei eine sichere Zuhaltung. Die Antriebszylinder werden bei der vorgeschlagenen Anordnung nicht mit der Umformkraft belastet.

[0018] Figur 2 zeigt die Presse in gleicher Funktion wie in Figur 1, d.h. Werkzeug geschlossen und Presse verriegelt. Besonders deutlich ist der erfinderische Gedanke erkennbar und zwar sind die vertikalen Wände 13 mit ihrer Höhe H1 des Oberholm 5 so angeordnet, dass sie mit ihrem unteren Ende in Wirkverbindung mit den eingefahrenen Riegeln 11 stehen. Die Höhe H2 der Riegel 11 erstreckt sich über den gesamten vertikalen Bereich zwischen Umformstössel 4 und Oberholm 5 der durch den Werkzeugschliessweg verfügbar geworden ist. Die für die Bauteilsteifigkeit massgebliche Gesamthöhe ergibt sich somit aus der Addition der Höhen H2 und H1.

[0019] Die Riegel 11 können beispielhaft auf dem Umformstössel 4 angeordnet sein und einzeln, paarweise oder alle gemeinsam verbunden und verschiebbar sein. Die Verschiebung der Riegel 11 bewirken im Ausführungsbeispiel Zylinder 14.

[0020] Als weiterer Vorteil der Erfindung ist aus der Figur 2 zu ersehen, dass die Anordnung von Riegel 11 und Oberholmwände 13 eine Stösselkippung bei aussermittiger Belastung sicher vermeidet.

[0021] In Figur 3 ist der Umformstössel 4 mit Oberwerkzeug 9 durch den Antriebszylinder 10 in die obere Position gefahren. Die Grösse des Hebehubes ergibt sich dabei aus dem erforderlichen Freiraum zwischen Unterwerkzeug 8 und Oberwerkzeug 9. Dieser Freiraum ist so bemessen, dass das Werkstück aus der unteren Formhälfte angehoben und durch eine Automatisierungseinrichtung entnommen werden kann. Aufgrund dieser Funktionsabläufe ergibt sich zwangsweise immer eine beträchtliche Höhe für die Riegel 11. Wie aus der Darstellung erkennbar müssen diese Riegel 11 nicht sehr breit ausgeführt werden und das Verhältnis Höhe zu Breite beträgt mindestens 3:1. Diese schmalen Riegel 11 ermöglichen kurze Einfahrwege für die Ver- und Entriegelung des Gesamtsystems was sich durch die Reduzierung der Nebenzeit günstig auf die Taktzeit der Presse auswirkt.

[0022] Günstig für die Dimensionierung und Energiebilanz wirkt sich auch aus, dass der Antriebszylinder 10 im Prinzip nur ein Hebezylinder ist, der das Gewicht vom Umformstössel 4 und Oberwerkzeug 9 anheben muß, d.h. der Zylinder 10 muss keinerlei Umformkräfte aufbringen oder abstützen.

[0023] Bei der doppeltwirkenden Presse 16 gemäß Figur 4 ist neben dem Umform- oder Ziehstössel 4 ein separater Blechhalterstössel 17 vorgesehen. Der Blechhalterstössel 17 ist in Form eines geschlossenen Rahmens um den inneren Stössel 4 angeordnet und über ein Mitnahmesystem 18 mit dem Umformstössel 4 verbunden. Somit wird die Öffnungs- und Schließbewegung gemeinsam durch Zylinder 10 bewirkt. Zusätzlich ist nach eine Relativbewegung zwischen Umformstössel 4 und Blechhalterstössel 17 durch die Gestaltung des Mitnahmesystem 18 möglich.

[0024] Figur 5 zeigt die Presse in geschlossener und verriegelter Darstellung. Das formbildende Oberwerkzeug 9 ist am Umformstössel 4 befestigt. Um ein prozeß- und umformgerechtes nachfließen des Werkstoffes bzw. der Platine 21 zu gewährleisten, sind zwischen Blechhalterstössel 17 und Rahmen 19 Zylinder 20 angeordnet.

[0025] Diese Zylinder 20 sind regelbare Blechhalterzylinder. In Wirkverbindung mit Rahmen 19 und Unterwerkzeug 8 kann während dem Umformprozeß eine optimale Haltekraft für Platine 21 einreguliert werden. Die Regelung kann weg- und/oder zeitabhängig erfolgen. Die Anzahl der Zylinder 20 und deren Haltekraft wird teilespezifisch ermittelt. Aufgrund des gewählten Antriebskonzeptes können die Zylinder 20 als Kurzhubzylinder ausgeführt werden.

[0026] Im Gegensatz zur einfachwirkenden Presse sind die Riegel 11 aufgeteilt in solche die den Umformstössel 4 und solche die den Blechhalterstössel 17 verriegeln. Entsprechend dem Umformvorgang kann somit beispielhaft zunächst der Blechhalterstössel 17 und zeitversetzt der Umformstössel 4 verriegelt werden. Die Funktion der Zuhaltung und insbesondere auch der Zuhaltezylinder 12 entspricht der Beschreibung von Figur 1.

[0027] Die geöffnete Stellung der doppeltwirkenden Presse 16 ist in Figur 6 dargestellt. Zylinder 14 haben die Riegel 11 in die Entriegelungsstellung gefahren. Hebezylinder 10 hat Umformstössel 4 und Blechhalterstössel 17 angehoben. Durch das Mitnahmesystem fand eine Relativbewegung zwischen Umformstössel 4 und Blechhalterstössel 17 statt. Das umgeformte Werkstück ist entnommen und für den nächsten Zyklus kann eine Platine eingelegt werden.

[0028] Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst auch alle fachmännischen Ausgestaltungen im Rahmen des geltenden Anspruch 1.

Bezugszeichenliste:

[0029] 

1

Einfachwirkende Presse

2

Unterholm

3

Tischplatte

4

Umformstössel, Umformstössel

5

Oberholm

6

Ständer

7

Anker

8

Unterwerkzeug

9

Oberwerkzeug

10

Antriebszylinder

11

Riegel

12

Zuhaltezylinder

13

Oberholmwände

14

Zylinder

15

Ausgleichs- oder Keilplatten

16

Doppeltwirkende Presse

17

Blechhalterstössel

18

Mitnahmesystem

19

Rahmen

20

Blechhalterzylinder

21

Platine

Ansprüche

1. Verriegelungseinrichtung für einfach- oder doppeltwirkende Pressen zum Hochdruckumformen, wie Innen- oder Aussenhochdruckumformung, mit auf- und abwärts bewegbaren und durch Riegel (11) in Umformposition verriegelbaren Stössel (4, 17), dadurch gekennzeichnet, dass das Mass für die Höhe (H2) der Riegel (11) in Abhängigkeit von dem Schliesshub der Presse (1, 16) ist und diesem angenähert oder gleich ist.

2. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das Riegel (11) in verriegelter Stellung als vertikale Verlängerung der Oberholmwände (13) angeordnet sind.

3. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Höhe H2 von Riegel (11) mindestens 3 mal größer ist als seine Dicke.

4. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Länge von Riegel (11) ca. der Länge der Stössel (4, 17) entspricht und aus einem Stück oder mehreren Segmenten besteht.

5. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Riegel (11) einzeln, paarweise oder in ihrer Gesamtheit durch Verschiebeeinrichtung (14) verschiebbar sind.

6. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das Riegel (11) auf dem Stössel (4, 17) angeordnet sind.

7. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das Riegel (11) in der Höhe H2 abstufbar sind.

8. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer doppeltwirkenden Fresse Stössel (4, 17) zeitversetzt und separat verriegelbar sind.

9. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das bei Presse (1, 16) Zuhaltezylinder (12) als Kurzhubzylinder vorgesehen sind.

Zeichnung