[0001] Die Erfindung betrifft eine hydraulische Tiefzieheinrichtung bei Pressen zum Ziehen
von Blechformteilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
[0002] Eine hydraulische Tiefzieheinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus
der DE-OS 44 35 069 bekannt geworden. Dieser Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die
Presse zusammen mit dem hydroelastischen Ziehapparat so zu gestalten, daß ohne aufwendige
Anpaßumrüstung vorhandene Werkzeuge der bisherigen konventionellen Tiefzieh-Umformtechnik
zum Einsatz kommen können, mit dem Ziel, daß solche älteren Werkzeuge mit dem Anspruch
eines modernen CNC-geregelten, in Kraftwirkungsfeldern gegliederte Vielpunkteinheit
gefahren werden können.
[0003] Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung nach DE 44 35 069 ist, daß Werkzeuge von konventionellen
einfachwirkenden Pressen ohne umständliche und teure Anpaß-Umrüstung für eine prozeßgeführte
Tiefziehumformung mit CNC-geregelter Vielpunktkraftregelung eingesetzt werden können.
Nicht gelöst ist das Problem des unterschiedlichen Fließverhaltens des Werkstückbleches,
zum Beispiel bei der Herstellung von Doppelspülbecken mit unterschiedlichen Geometrien
der Becken z. B. des Beckenabstandes, der -tiefe, der -radien und der Blechdicke und
unterschiedlichen Werkstoffqualitäten des Werkstückes, das heißt, es müssen in altbekannter
Weise in den kritischen Fließfrontbereichen Papierschnitzel unter die Blechhalteplatte
bzw. den Ziehring gelegt werden. Besonders beim Einfahren neuer Werkzeuge erfordert
dies einen hohen zeitlichen Aufwand und ist nur bedingt reproduzierbar.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Tiefzieheinrichtrnng
zu schaffen, mit der ein reproduzierbares Tiefziehen bei den unterschiedlichsten Wirkparametern
wie Werkstoffeigenschaften, Befettung, Schmierung, Temperatur u.s.w. in Hinsicht auf
Form und Qualität des Werkstückes möglich ist, ohne daß eine ständige manuelle Korrektur,
zum Beispiel durch das Unterlegen von Papierschnitzeln, nötig ist.
[0005] Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegeben.
[0006] Durch die erfindungsgemäße Lösung wird insbesondere ein reproduzierbares Ziehen des
Werkstückbleches ohne Papierschnitzel-Unterlage ermöglicht. Ein einfaches und reproduzierbares
Ziehen wird dadurch erreicht, daß der äußere Wirkkranz über die Werkzeug-Grundplatte
auf die Blechhalteplatte mit einem einstellbaren Grundlastanteil der Blechhaltekraft
beaufschlagt wird, das heißt die Druckbolzen wirken nicht auf die Blechhalteplatte,
sondern an ebenen Flächen der Werkzeug-Grundplatte. Für den inneren Wirkkranz dagegen
können entsprechend der Ziehringgeometrie die Wirkpunkte bzw. Wirkflächen einzeln
oder in Gruppen gezielt angesteuert werden. Dabei kann durch hohe Kraftkonzentration
in den kritischen Stellen, zum Beispiel im Stegbereich eines Doppelspülbeckens, das
Einfließen des Platinenmaterials gebremst und durch geeignete Einstellung der Kraftprofile
in den hydraulischen Blechhaltezylindern entlang der Ziehringkontur gesteuert werden.
[0007] Von Vorteil beim verbesserten erfindungsgemäßen Vielpunktsystem ist somit die Trennung
der Blechhaltefunktion in zwei verschiedene Funktionsebenen. Ein hydraulischer Kreis
wirkt als Grundlast (äußerer Wirkkranz) auf die Werkzeuggrundplatte, die unterhalb
der eigentlichen Blechhalteplatte angeordnet ist, wobei diese Grundlast sich in einer
einstellbaren gleichmäßigen Blechhaltekraft über das komplette Blech auswirkt. Zusätzlich
zu dieser Funktionsebene wirken verschiedene in Gruppen zusammengefaßte Zylinder (innerer
Wirkkranz) in der Nähe des Ziehringradius direkt auf den Blechhalter. Diese Zylinder
steuern präzise den Fluß des Materials in den kritischen Bereichen nahe der Umformzone.
[0008] Dafür sind in vorteilhafter Weise die Blechhaltezylinder mit einer großen Wirkfläche
ausgestattet um mit Druckbolzen unterschiedlichster Formgebung optimale Wirkpunkte
zu erreichen. Die Vielpunkteinheit ist zweckmäßigerweise ausgelegt für das Herstellen
von Teilen einer Werkstückfamilie, sie kann dabei ganz oder in Teilen für die Anpassung
an andere Werkstückteilfamilien auswechselbar sein, unter Nutzung der vorhandenen
elektrischen und hydraulischen Steuer- und Regeleinrichtungen der Presse. Die Anordnung
einer separaten Vielpunkteinheit sichert die reproduzierbare Übertragung der gewünschten
Blechhaltekraft, indem der Stössel einen Abstand von △s zum Werkstück erreicht. Dieses
Festsetzen des Stössels sichert somit auch bei Einleitung großer exzentrischer Last
reproduzierbare Betriebsbedingungen ohne Kippen. Der Stössel wird durch ein exzentrisches
Lastmoment nur gering beeinflußt. Insbesondere wird die Blechhaltekraftverteilung
während des Ziehvorganges nicht durch eine Kippung des Stössels verändert
[0009] Diese Entwicklungsstufe des Vielpunktkontrollsystems gemäß der Erfindung bestehend
aus einer hydraulischen Presse, einer Vielpunkteinheit für die Blechhalterfunktion
und flexiblen Umformelementen als Ziehstempelantrieb bietet die Möglichkeit eines
reproduzierbaren Tiefziehvorganges für schwierige Teile. Basierend auf dem Prinzip
der Trennung der Blechhaltefunktion von der Stösselfunktion, eine an die Teilgeometrie
angepaßte Vielpunkteinheit und Umformelemente, welche so positioniert werden können,
daß eine zentrische Krafteinleitung vorliegt, wird eine verbesserte Prozeßstabilität
erreicht. Die Einführung einer Pressensteuerung per Computer sichert eine einfache
Handhabung der komplexen Parametereinstellungen. Die Folge sind verringerte Einstellungszeiten,
minimierter Materialverbrauch genauso wie eine Verringerung der Ausschußrate. Besonders
die Anwendung auf dem Feld der Umformung von Edelstahlküchenspülen bestätigen die
Verbesserung in der Verfahrensbeherrschung.
[0010] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung.
[0011] Es zeigen:
- Figur 1
- die Presse mit der erfindungsgemäßen Tiefzieheinrichtung im Aufriß,
- Figur 2
- die Vielpunkteinheit mit Ziehwerkzeug aus Figur 1 in größerem Maßstab,
- Figur 3a
- die Vielpunkt-Kontrolleinheit nach Figur 1 und Schnitt A-A aus Figur 3b,
- Figur 3b
- die Anordnung der Blechhaltezylinder für den äußeren und inneren Wirkkranz im Grundriß
für ein Teil mit rechteckiger Kontur,
- Figur 4a
- die Ausbildung eines runden Druckbolzens in mittiger Anordnung auf der Wirkfläche
der Blechhaltezylinder im Grundriß,
- Figur 4b
- die Ausbildung eines rechteckigen Druckbolzens in mittiger Anordnung auf der Wirkfläche
der Blechhaltezylinder im Grundriß,
- Figur 4c
- die Ausbildung eines runden Druckbolzens in außermittiger Anordnung auf der Wirkfläche
der Blechhaltezylinder im Grundriß,
- Figur 4d
- die Ausbildung eines rechteckigen Druckbolzens in außermittiger Anordnung auf der
Wirkfläche der Blechhaltezylinder im Grundriß,
- Figur 5a
- die Ausbildung einer Vielpunkteinheit mit nebeneinander angeordneten, auswechselbaren
Modulstreifen,
- Figur 5b
- eine weitere Ausbildung einer Vielpunkteinheit mit beliebig angeordnet Modulstreifen
auf einer gemeinsamen Trägerplatte,
- Figur 5c
- eine andere Ausbildung einer Vielpunkteinheit mit unterschiedlichen Modulausführungen,
beliebig angeordnet auf einer gemeinsamen Trägerplatte,
- Figur 6
- a Druckprofile während des Ziehweges,
- Figur 6b
- die Bildschirmdarstellung der Parameter,
- Figur 7a
- die Werkzeuggrundplatte mit eingesteckten Druckbolzen und der Kurzhubkolbenposition
für den inneren Wirkkranz für eine Doppelbeckenspüle,
- Figur 7b
- die Werkzeuggrundplatte mit eingesteckten Druckbolzen und der Kurzhubkolbenposition
für den inneren Wirkkranz für eine Einbeckenspüle,
- Figur 8a
- in perspektivischer Darstellung die Anordnung der Umformzylinder in der Tischplatte,
- Figur 8b
- den verschiebbaren Umformzylinder mit Ziehkolben in der Führung der Tischplatte im
Grundriß und
- Figur 8c
- nach Figur 8b die Anordnung zweier Umformzylinder mit Ziehkolben in der Tischplatte.
[0012] Die Zeichnung zeigt in Figur 1 die erfindungsgemäße Tiefzieheinrichtung in einer
Presse 1 in geschlossener Arbeitsstellung vor dem Tiefziehvorgang, ohne Platine 19.
Dabei übernimmt die Presse 1 die Funktion einer Zuhalte- bzw. Werkzeugspannvorrichtung.
Das heißt, die Schließzylinder 2 haben die Funktion, das Eigengewicht von Stössel
3 und Zwischenplatte 4 und Ziehring 8 vertikal im Zuge einer Öffnungs- oder Schließbewegung
hydraulisch zu bewegen. In geschlossener Position werden über die Distanzstücke 21,
die beim Tiefzieh-Umformvorgang auftretenden Umformkräfte und Blechhalterkräfte (Prozeßkräfte),
statisch aufgenommen. Gegebenenfalls kann in der unteren Schließposition anstatt der
Distanzstücke 21 eine hydraulisch gesteuerte, mechanische Verriegelungseinheit verwendet
werden, so daß die auftretenden Kräfte zwischen der unteren Tischkonstruktion des
Pressenrahmens 7 und dem Stössel 3 aufgefangen werden.
[0013] In Figur 2 sind das Ziehwerkzeug und die Vielpunkteinheit 12 im Detail größer dargestellt.
Die untere Werkzeughälfte besteht dabei aus den Elementen Ziehstempel 9, Blechhalteplatte
10, der Werkzeuggrundplatte 11, den Druckbolzen 5 und Formbolzen 20. Die Vielpunkteinheit
12 beinhaltet die Blechhaltezylinder 13 (ausgeführt als Kurzhubzylinder) mit den Kurzhubkolben
14. Mit der Zwischenplatte 4 ist der Ziehring 8 wie bei einer konventionellen Ausführung
fest verbunden und mit dem Stössel 3 heb- und senkbar.
Die Kurzhubkolben 14 der austauschbaren Vielpunkteinheit 12 sind so aufgebaut, daß
sie für eine Produktfamilie ähnlicher Teile aber mit unterschiedlichen Dimensionen
verwendbar sind. Am wichtigsten für die Durchführung ist die Beziehung zwischen Produktform
(zum Beispiel rechteckige Form des Ziehringes 8) und den Zylinderpositionen, um den
Materialfluß in den Bereichen der Druck- und Zugbereiche in der effizientesten Art
und Weise kontrollieren zu können. Verglichen mit den Konzepten von konventionellen
einfach- und doppeltwirkenden Pressen hat das Kurzhubzylinderprinzip mit einem installierten
Hub von nur wenigen Millimetern den Vorteil von mehr Flexibilität in Hinsicht auf
Plazierung der Aktoren relativ zu der Werkstückgeometrie. Das wird erreicht in Kombination
mit einem verbesserten dynamischen Verhalten des hydraulischen Systems, und verwirklicht
die Möglichkeit der Programmierung von komplexen Blechhaltekraftprofilen, welche exakt
die Anforderung erfüllen, die für jedes Stadium des Ziehprozesses notwendig sind.
[0014] Die Haltekraft der Blechhaltezylinder 13 ist in einem äußeren Wirkkranz 25 und einem
inneren Wirkkranz 26 aufgeteilt, wobei der äußere Wirkkranz 25 mit einer einstellbaren,
gleichbleibenden Grundlast mit den Grundlastdruckbolzen 6 auf die Werkzeuggrundplatte
11 wirkt, während die Wirkpunkte des inneren Wirkkranzes 26 über die Druckbolzen 5
und Formbolzen 20 durch entsprechend geformte Öffnungen in der Werkzeuggrundplatte
11 auf die Blechhalteplatte 10 wirken und jeweils einzeln oder in Gruppen gezielt
geregelt beaufschlagbar sind. In den Figuren 3a und 3b sind Wirkkränze 25 und 26,
abgegrenzt voneinander durch die Trennlinie 30 (dick strichliert), anschaulich dargestellt.
Im engen Rasterfeld umhüllen die Blechhaltezylinder 13 mit den Kurzhubkolben 14 die
Ziehringkontur 18 entsprechend dem zu ziehenden Werkstück. Die Tischplatte 15 (siehe
auch Figur 8a und 8b) besitzt vornehmlich im Mittelfeld der Spannfläche Ausschnitte
mit Führungen 24 für die Gehäuse 23 der Umformzylinder/-kolben 16/17. Je nach Geometrie
der Ziehstempel 9 können entsprechend viele hydraulische Umformkolben 17 vorgesehen
sein.
Diese Anordnung bewegbarer Zylindereinheiten als Ziehantriebe, plaziert im unteren
Querhaupt der Presse, übernimmt die Ziehfunktion für Teile mit unterschiedlichen Geometrien.
Durch das Trennen der Ziehfunktion von der Vielpunkteinheit 12 kann die Presse 1 leicht
an verschiedene Produktgruppen angepaßt werden, indem die Vielpunkteinheit 12 ausgewechselt
und die Positionen der Umformzylinder/-kolben 16/17 angepaßt werden.
[0015] Der Funktionsablauf eines Tiefziehvorganges ist wie folgt: Bei geöffneter Presse
1 wird die ebene Platine 19 auf die Blechhalteplatte 10 und den abgesenkten Ziehstempel
9 gelegt. Danach wird in schneller Schließbewegung der Stössel 3 an Führungsschienen
22 hydraulisch oder mechanisch bis auf einen kleinen Spalt, △s, von circa 0,5 mm bis
5 mm kurz über dem Werkstück 19 abgesenkt. Der Stössel 3 wird dabei entweder durch
Distanzstücke 21 abgestützt, wobei die eingestellte Stösselkraft über der gesamt wirkenden
Prozeßkraft liegen muß. Alternativ kann die Festsetzung des Stössels über eine mechanisch/hydraulische
Verriegelungseinheit erfolgen.
[0016] In Figur 1 ist der Spaltabstand s eingezeichnet, der gleich der Blechstärke der Platine
19 plus dem Spalt △s ist. Durch das Verriegeln des Stössels 3 mit einem Spaltabstand
△s zum Werkstück 19 ergibt sich auch bei der sehr schnellen Schließbewegung kein dynamischer
Auftreffstoß auf das Werkstück 19. Aufwendige Vorbeschleunigungsprozeduren konventioneller
Ziehkissenplatten entfallen hiermit. Nach der Festlegung oder Verriegelung des Stössels
3 werden die Blechhaltezylinder 13 und Kurzhubkolben 14 hydraulisch aktiviert. Die
Blechhalteplatte 10 wird entsprechend dem Spaltabstand △s hydraulisch angehoben, so
daß das Werkstück 19 gegen den Ziehring 8 gedrückt wird. Ist der Spalt △s hydraulisch
überbrückt und die Sollwerte der Blechhaltezylinder 13 oder Zylindergruppen erreicht,
beginnt sofort die Ziehstempelbewegung für den Ziehhub. Während des Tiefziehhubes
werden die Drücke in den Blechhaltezylindern 13 oder Zylindergruppen entsprechend
dem unterschiedlichen Materialfluß im Zug- und Druckumformungsbereich (zum Beispiel
im Druckumformungsbereich Materialverdickung durch das konzentrische Zusammenfließen
des Materials und Materialverdickungen im Zargenflansch) durch eine Rechnersteuerung
verändert. Die Druckbolzen 5 und Formbolzen 20 entsprechend den jeweiligen Zug- und
Druckumformbereichen und sind entlang der Ziehringkontur 18 der Spülbeckengeometrie
angeordnet.
[0017] Wie aus den Figuren 3 und 4 hervorgeht, sind die Kurzhubkolben 14 mit einer so hohen
Wirkfläche ausgestattet, daß die Druckbolzen 5 oder die Formbolzen 20 in der Werkzeuggrundplatte
11 auch exzentrisch entsprechend der Ziehringgeometrie 18 bzw. Ziehstempelkontur auf
die Wirkflächen des Kurzhubkolbens 14 im Blechhaltezylinder 13 angeordnet werden können.
Dafür muß selbstverständlich die Werkzeuggrundplatte 11 entsprechend der Form der
Druckbolzen 5 und Formbolzen 20 angefertigt werden. Die Formbolzen 20 können dafür
der Werkstückform bzw. der Ziehringkontur 18 entsprechend angepaßt sein. Die Figuren
5a, 5b und 5c sowie 7a und 7b zeigen die Möglichkeit auf, wie durch unterschiedliche
Anwendung der Druckbolzen 5 und Formbolzen 20 auf den Wirkflächen der Blechhaltezylinder
13 die Anpassung an ähnliche Werkstücke einer Teilefamilie gewährleistet ist, wobei
die Vielpunkteinheit 12 aus mehreren Wechselmodulstreifen 27 zusammensetzbar ausgeführt
werden kann und somit für die Herstellung unterschiedlicher Werkstücke mit verschiedenen
Abmessungen brauchbar ist. Die Figuren 5a, 5b und 5c zeigen jeweils im Aufriß und
Seitenriß den Aufbau einer Werkzeuggrundplatte 11 durch Wechselstreifen 27 oder durch
Wechselmodule 28 und 28', die entsprechend eines Werkstücks einer Teilfamilie auf
der Trägerplatte 29 fixierbar sind.
[0018] Die Figur 6a zeigt die Druckprofile während des Ziehweges, während die Figur 6b zeigt,
wie durch Eingabe von Werkzeugparametern in einen Rechner und programmierbare Darstellung
am Monitor Werkstückfamilien darstellbar und entwickelbar sind.
[0019] In Figur 6b sind auf dem Monitor als Beispiel die Startwerte in KN beim Ziehen eines
Doppelspülbeckens mit verschieden großen Becken dargestellt Weiter sind im Feld links
unten folgende Zustände darstellbar:
Stössel Eilgang abwärts |
Multipunktstartwert erreicht |
Ziehweg erreicht |
Stössel auf Distanz |
Umformelement c aktiv |
Entlastung |
Stösseldruck erreicht |
Umformelemente A/B aktiv |
Stössel Eilgang aufwärts |
Bezugszeichenliste:
[0020]
- 1.
- Presse
- 2.
- Schließzylinder
- 3.
- Stössel
- 4.
- Zwischenplatte
- 5.
- Druckbolzen für inneren Wirkkranz
- 6.
- Druckbolzen für Grundlast
- 7.
- Pressenrahmen
- 8.
- Ziehring = Matrize
- 9.
- Ziehstempel = Patrize
- 10.
- Blechhalteplatte
- 11.
- Werkzeuggrundplatte
- 12.
- Vielpunkteinheit
- 13.
- Blechhaltezylinder
- 14.
- Kurzhubkolben
- 15.
- Tischplatte
- 16.
- Umformzylinder
- 17.
- Umformkolben
- 18.
- Ziehringkontur
- 19.
- Platine / Werkstück
- 20.
- Formbolzen
- 21.
- Distanzstücke
- 22.
- Führungsschiene für Stössel
- 23.
- Gehäuse für 16
- 24.
- Führung
- 25.
- äußerer Wirkkranz
- 26.
- innerer Wirkkranz
- 27.
- Wechselmodulstreifen
- 28.
- Wechselmodul
- 29.
- Trägerplatte für 27
- 30.
- Trennlinie
1. Hydraulische Tiefzieheinrichtung bei Pressen zum Ziehen von Blechformteilen mit einer
gegenüber hydraulischen Druckzylindern abgestützten Blechhalteplatte sowie von hydraulischen
Druckzylindern in Ziehrichtung bewegbar geführtem Ziehstempel, eine unterhalb der
Blechhalteplatte angeordnete Werkzeuggrundplatte und eine Vielpunkteinheit mit einer
Vielzahl von Kurzhubzylindern in Vielpunkt-Ansteuerung entsprechend der Ziehringkontur,
wobei sich der Stössel bis kurz vor dem Kontakt mit dem Werkstück abwärts bewegt und
mit einem Spaltabstand △s zum Werkstück mit dem Pressengestell kraft- oder formschlüssig
festsetzbar ist sowie die hydraulisch aktivierten Kurzhubzylinder den Spaltabstand
△s überbrücken und mittels der Blechhalteplatte das Werkstück gegen den Ziehring drücken,
dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekraft zum Tiefziehen des Werkstückes (19) aufgeteilt ist auf einen
äußeren Wirkkranz (25) und einen inneren Wirkkranz (26), wobei der äußere Wirkkranz
(25) mit einer einstellbaren Grundlast aus den Blechhaltezylindern (13) hydraulisch
beaufschlagt wird und auf die Werkzeuggrundplatte (11) wirkt, während die Wirkpunkte
mit den Druck-/Formbolzen (5; 20) des inneren Wirkkranzes (26) auf die Blechhalteplatte
(10) wirken und jeweils einzeln oder in Gruppen gezielt geregelt beaufschlagbar sind.
2. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzhubkolben (14) mit einer so großen Wirkfläche ausgestattet sind, daß
die Druck-/Formbolzen (5 oder 20) aus der Werkzeuggrundplatte (11) zentrisch oder
exzentrisch auf diesen Wirkflächen angeordnet werden können.
3. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch unterschiedliche Anordnung der Druck-/Formbolzen (5, 20) auf den Kolbenwirkflächen
eine Anpassung an ähnliche Werkstücke einer Teilefamilie möglich ist.
4. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielpunkteinheit (12) aus zwei oder mehreren Wechselmodulen (27, 28 oder
28') besteht und durch verschiedene Zusammensetzung für die Herstellung unterschiedlicher
Werkstücke geeignet ist.
5. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Eingabe der Werkzeugparameter (Kraftprofile, Blechhalter) in einen Rechner die
bildliche Darstellung der Blechhalte- und Umformoperation und eine Speicherung von
werkzeugspezifischen Datensätzen.
6. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Umformzylinder (16) mit ihrem Gehäuse (23) als Einheit in Führungen
(24) der Tischplatte (15) verschiebbar und auswechselbar angeordnet sind.
7. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck-/Formbolzen (5; 20) für den inneren Wirkkranz (26) entsprechend der
zugehörigen Ziehringkontur (18) ausgebildet bzw. geformt sind.