[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine hydroelastische Tiefzieheinrichtung bei Pressen
zum Ziehen von Blechformteilen gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
[0002] Bei der Metallumformung zur Herstellung von tiefgezogenen Blechformteilen gehört
es zum System der Werkzeugtechnik, dass zur Abstützung der Blechhalterplatten Ziehstifte
eingesetzt werden. Diese Ziehstifte als Distanzhaltestifte wirkend sind Druckbolzen
zwischen der Blechhalterplatte und dem Ziehkissen. Sie sind ein notwendiger Bestandteil
des jeweiligen Tiefziehwerkzeuges, das heißt, die Länge der Ziehstifte und ihre Anzahl
ist werkzeugbedingt.
[0003] Als.Nachteilig bei diesen mechanischen Ziehstiften hat sich herausgestellt, dass
sie verschleißen und sich somit ungleichmäßige Blechhaltekräfte bei starrem Niederhaltersystem
im Laufe des Betriebes unkontrolliert einstellen können, welches eine unkontrollierte
Faltenbildung vom Formteil bewirkt. Diesen Effekt können elastische Niederhalter durch
Zwischenlage einer Gummiplatte verhindern.
[0004] Aus der DE-PS 30 22 844 ist bereits eine Tiefzieheinrichtung an Werkzeugen oder Pressen
zum Ziehen von Blechformteilen bekannt, die ein aus mehreren Druckzylindern und mit
in diesen axial bewegbar geführten, mit Strömungsdruckmitteln beaufschlagten Kolben
bestehendes Ziehkissen zum Abstützen einer Blechhalterplatte besitzt und mit einem
weiteren, einen in Ziehrichtung bewegbar geführten Ziehstempel aufnehmenden Ziehkissen
ausgerüstet ist, dessen Druckzylinder mit den Druckzylindern des der Blechhalterabstützung
dienenden Ziehkissens über Strömungswege verbunden und mit dem Ziehvorgang aus diesen
Druckzylindern verdrängten Strömungsdruckmitteln beaufschlagbar sind.
[0005] Von Bedeutung bei dieser Tiefzieheinrichtung ist, dass beim Niedergehen des von einem
Pressenstössel betätigten Ziehringes aus den Druckzylindern des der Blechhalterabstützung
dienenden Ziehkissens abströmendes Druckmedium über Leitungen in die Druckzylinder
des weiteren Ziehkissens, auf dem der Ziehstempel vertikal bewegbar aufgenommen ist,
überströmt und die in den Druckzylindern dieses Ziehkissens geführten Kolben beaufschlagt,
die ihrerseits beim Ziehvorgang den Ziehstempel entgegen der Bewegungsrichtung des
Ziehringes und der Blechhalterplatte in Ziehrichtung antreiben. Dieser damit verwirklichte
unmittelbare Strömungsverbund zwischen den Druckzylindern des Blechhalterplatten-Wirkungsfeldes
zu den Druckzylindern des Ziehstempel-Wirkungsfeldes soll eine sogenannte Druckwaage
darstellen.
[0006] Ein Teil der Nachteile mechanischer Ziehstifte konnten mit dieser bekannten Tiefzieheinrichtung
vermieden werden. Als nachteilig bei dieser Tiefzieheinrichtung hat sich dennoch herausgestellt:
Die entstandenen Kräfte sind nicht reproduzierbar, weil eine Abhängigkeit zwischen
der Ziehgeschwindigkeit aufgrund unterschiedlicher Strömungswiderstände entstehen,
das heißt, für eine Prozessführung über eine Rechenanlage ist sie nicht geeignet.
Der Kräfteverlauf bei der Blechumformung ist weiter von Beginn bis zum Ende des Tiefziehprozesses
in etwa parabolisch. Besonders bei flachen Ziehteilen oder auch bei komplizierten
Formteil-Geometrien ist es aber zwingend notwendig, am Anfang gezielt in besonderen
Wirkungsfeldbereichen des Blechhalterbereiches höhere Blechhalterkräfte einzusteuern.
[0007] Zur Kompensierung dieses Nachteiles ist dann nach DE-OS 33 33 687 ein Drucksteuerventil
mit aufgenommen worden, um im Strömungsdurchlauf des Hydrauliköles zwischen Blechhalter
und Ziehstempel über dieses Drucksteuerventil, zum Beispiel am Anfang oder auch grundsätzlich
über den Gesamtziehverlauf, unterschiedliche Drücke einstellen zu können.
[0008] Dabei haben sich in der Praxis folgende Nachteile dieser Tiefzieheinrichtung und
ihrer Steuerung herausgestellt:
a) Bei unterschiedlichen Druckzuständen im Wirkungsfeld-Blechhalter und Wirkungsfeld-Ziehstempel
wird das Öl unterschiedlich komprimiert, wodurch hydraulische Druckspitzen verursacht
werden, welche wieder zur Zerstörung der Schmierfilmoberflächenstruktur führen können.
b) Das Drucksteuerventil hat einen Lecköl-Verbrauch.
c) Aufgrund der Verhältnisse gemäß a) und b) sind keine reproduzierbaren Prozess-
bzw. Produktionsabläufe erzielbar, das heißt eine exakte Prozessführung ist nicht
möglich und
d) Bei der Herstellung von einfachen Einzelbecken mit gleichmäßigem Rand ist diese
Art der Tiefzieheinrichtung zu teuer.
[0009] Durch den Strömungsverbund bei den beiden genannten Schutzrechten ist allgemein noch
der Nachteil verbunden, dass die Ziehstempel-Wegposition, aufgrund der Ölkompressibilität
und von Leckagen, nicht exakt reproduzierbar ansteuerbar ist.
[0010] Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei Vermeidung der genannten Nachteile
ein rechnergestütztes, prozessfähiges, hydroelastisches Tiefziehen zu verwirklichen,
bei dem die entsprechend der Formgeometrie des Werkstückes angeordneten Druckzylinder-Kolbenanordnungen
für das Blechhalterplatten-Wirkungsfeld zu aktivieren und mit der eine exakte Kraftprofil-Regelung
ohne Störamplituden zu verwirklichen ist, um die Vorteile und Wirkungen eines gummielastischen
Ziehkissensystems zu erreichen; weiter besteht die Aufgabe darin, größere Kräfte über
einen Zylinder übertragen zu können und dies auch wenn zusätzliche größere exzentrische
Belastungen pro Zylindereinheit auftreten, sowie dafür eine einfache und kostengünstige
Tiefzieheinrichtung zu schaffen.
[0011] Die Lösung dieser Aufgabe ist verwirklicht nach der Lehre des kennzeichnenden Teils
des Patentanspruches mit folgenden Merkmalen:
a) zur Abstützung und Beaufschlagung der Blechhalteplatte sind mehrere in Anzahl und
Fläche wählbare Kraftwirkungsfelder um einen oder mehrere Ziehstempel vorgesehen,
wobei jedem Kraftwirkungsfeld ein stationär integriertes Kurzhubkolben-Zylindersystem
zugeordnet ist,
b) das Kurzhubkolben-Zylindersystem besteht aus einem Kurzhubzylinder mit Kurzhubkolben
auf dem ein großflächiges und lang ausgeführtes Distanzstück kippsicher abgestützt
ist und darauf ein oder mehrere Formbolzen auf die Blechhalteplatte zentrisch oder
exzentrisch andrückbar angeordnet sind und
c) die Kurzhubkolben und ihre Distanzstücke sind in ihrem Durchmesser oder nach Ihren
Wirkflächen annähernd in der Größe der Umgrenzung der Kraftwirkungsfelder entsprechend
ausgeführt.
[0012] Die stationäre Ausführung der Tiefzieheinrichtung gemäß der Erfindung ist insbesondere
konzeptionell einfacher und somit kostengünstiger als Tiefzieh-Umformpressen mit mobiler
Ziehkissenplatte oder einem Multipunkt-Ziehkissen. Die Kurzhubkolbenzylindersysteme
arbeiten je Kraftwirkungsfeld in stationärer Anordnung störungsärmer und funktionssicherer.
Dies gilt auch für stationär angeordnete Gegenlaufzylinder für die Ziehstempelbewegung.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen und Merkmale ist es insbesondere auch gelungen,
für mehrere Wirkungsfelder der Blechhalterplatte, den Verfahrensvorteil eines gummielastischen
Blechhalter-Ziehkissensystems nachzuvollziehen, aber mit dem Vorteil und der Möglichkeit
der rechnergestützten Prozesssteuerung, wobei die Ansteuerung der Kurzhubkolben-Zylindersysteme
für die Kraftwirkungsfelder sowohl mit gleichem als auch mit unterschiedlichem Druck
je nach Formteil, möglich ist.
[0013] Durch die Anordnung der Kurzhubkolben-Zylindersysteme in der Tischplatte bzw. unterhalb
der Tischplatte kann eine Freistellung des hergestellten Formteils vom Ziehstempel
für eine sichere Formteilentfernung erfolgen. Die Anordnung der Kurzhubkolben-Zylinderwirkungsfelder
in kinematischer Umkehrung gestatten ebenfalls einen vertikalen Freiraum innerhalb
der Presse zwischen Stössel und Tischplatte, weil die Unterbringung der Kurzhubkolben-Zylindersysteme
innerhalb des notwendigen Freiraumes für den Ziehstempelhub liegt. Die Stösselkraft
kann als Grundlast auf den Ziehring wirkend vorteilhaft für eine kippfreie Krafteinwirkung
der Kurzhubkolben-Zylindersysteme eingesetzt werden. Dadurch ist eine störungsfreie
Prozessführung in der voneinander unabhängigen hydraulischen Druckeinwirkung der Kurzhub-Kraftwirkungsfelder
vorteilhaft gegeben.
[0014] Die erfindungsgemäße hydraulische Tiefzieheinrichtung in Kombination mit dem Kurzhub-Kolbenzylinder-System
ist mit Vorteilen sowohl in hydraulischen als auch in mechanischen (Kurbel-) Tiefziehpressen
einsetzbar.
Von Vorteil ist weiter:
[0015] Jedes Distanzstück mit dem zugehörigen Kurzhubkolben stützt sich im Rahmen des Kraftwirkungsfeldes
auf einem großen hydraulischen Kissen ab, so dass Unebenheiten am Ziehring automatisch
mit dem Effekt eines gummielastischen Ziehkissens, einer gleichmäßigen Krafteinwirkung
um den Ziehring herum, ausgeglichen werden. Jedem Kraftwirkungsfeld ist dafür ein
Kurzhubkolben-Zylindersystem zugeordnet, wobei die Anordnung der Kraftwirkungsfelder
beliebig gewählt werden kann, die entsprechend der Ziehringgeometrie und dem Werkzeug
erforderlich sind und die Kraftwirkungsfelder werden mit Rücksicht auf eine exakte
Kraftprofilsteuerung über den Ziehhub servohydraulisch geregelt.
[0016] Je nach Werkzeuganforderung wird jede Wegposition lagengeregelt angesteuert und eine
parallele Rückstellung der Blechhalterplatte nach der Tiefziehoperation erreicht.
Der Rückstellungshub kann dabei mit hoher Geschwindigkeit erfolgen, nach einem vorprogrammierbarem
Geschwindigkeitsprofil (Beschleunigung und Abbremsen) zur Entformung des gezogenen
Teils.
Von Vorteil ist dabei, dass die großflächigen Kurzhubkolben-Zylinderanordnungen Regelfehler
in der Synchronfahrt selbsttätig ausgleichen. Weiter ist von Vorteil, dass die Kurzhubkolben-Zylinderanordnung
bei hoher Präzision und geringen Kosten mit kleinem Ölvolumen, praktisch ohne Kompressionsvolumen,
für schnelle Bewegungen servohydraulisch angesteuert werden.
[0017] Mit der Tiefzieheinrichtung nach der Erfindung ist auch die Möglichkeit geschaffen,
vorhandene Werkzeuge, die bisher für mechanische Ziehstifte eingesetzt wurden, auch
auf diesen hydraulischen Tiefziehapparat universell ohne Abänderung einzusetzen, wobei
die Möglichkeit einer sehr hohen Prozessfähigkeit der servohydraulischen Ansteuerung
und dem Einsatz unterschiedlicher Verfahrensschritte, zum Beispiel Umschalten von
normalem Vorgang Tiefziehen zum Gegenlaufziehen, ein sehr gutes Anwendungsspektrum
ermöglicht.
[0018] Die Möglichkeiten aus der Prozessfähigkeit des Verfahrens zur Steuerung des Tiefziehvorganges
nach der Erfindung sind insbesondere auch von Bedeutung für die Qualitätssicherung
des herzustellenden Tiefziehteiles. Störeinflüsse, wie zum Beispiel Kippen des Pressenstössels
oder Unparallelitäten am Werkzeug können durch das angegebene hydraulische Kurzhubkolben-Zylindersystem
wirkungsvoll kompensiert werden, um zum Beispiel Faltenbildungen präventiv zu verhindern.
[0019] Die weiteren Patentansprüche betreffen zweckmäßige Ausgestaltungen des Gegenstandes
der Erfindung.
[0020] Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
[0021] Es zeigen:
- Figur 1
- in schematischer Darstellung die Tiefzieheinrichtung nach der Erfindung,
- Figur 2
- eine Draufsicht auf die Tischplatte nach Figur 1 mit eingezeichneten möglichen Beckengeometrien,
- Figur 3
- die Ausbildung eines erfindungsgemäßen Kurzhubkolben-Zylindersystems im Detail nach
einem Ausschnitt "A" aus Figur 1,
- Figur 4
- zwei beispielhafte Anordnungen der Formbolzen auf den Distanzstücken in der Führungsplatte,
- Figur 5
- ein zweites Ausführungsbeispiel der Tiefzieheinrichtung gemäß der Erfindung mit stationärem
Kurzhubkolben-Zylindersystem in der Tischplatte und
- Figur 6
- ein drittes Ausführungsbeispiel der Tiefzieheinrichtung gemäß der Erfindung mit im
Stössel integrierten Kurzhubkolben-Zylindersystemen beim Einsatz als zweifach wirkende
Presse oben.
[0022] Die Zeichnung zeigt in den Figuren 1, 5 und 6 drei Ausführungsbeispiele der Tiefzieheinrichtung
in einer Presse 1 gemäß der Erfindung, wobei die Tischplatte 6 im Pressengestell 2
unten angeordnet ist und der Stössel 8 von oben nach unten für die Schließung und
Öffnung des Pressenraumes sowie für die Festlegung des Werkstückes 7 auf der Blechhalterplatte
12 oder auf dem Ziehring 4 dient. Ein Kurzhubkolben-Zylindersystem 2 besteht aus dem
Kurzhubzylinder 9, dem Kurzhubkolben 10, dem Distanzstück 11 und darauf abgestützt
ein oder mehrere, entsprechend der Ziehringgeometrie ausgeführte Formbolzen 15, wobei
sie sich zentrisch oder exzentrisch auf dem grossflächigen Distanzstück 11 abstützen
und in der Führungsplatte 19 geführt sind. Die stationäre Anordnung des Kurzhubkolben-Zylindersystems
20 unter, in der Tischplatte 6 oder im äußeren Stössel 8, ermöglicht die Verwendung
von einem oder mehreren hydraulischer Ziehstempel 5, die mittels eines hydraulischen
Kolbens 3 eine Ziehstempelbewegung von unten nach oben oder von oben nach unten in
vertikaler Richtung durchführen. Bei diesen Anordnungen kann somit in vorteilhafter
Weise eine einfache Oberkolbenpresse zur Anwendung kommen, mit dem Vorteil:
a) Kipplagen mit unterschiedlichen Winkellagen durch Schrägstellung des Stössels 8
können nicht auftreten, wenn die Stösselkonstruktion bzw. - bewegung so ausgeführt
ist, dass sich der Stössel 8 zwangsläufig flächig auf die Ziehringplatte 4 abstützt
und
b) die Anordnung der Kurzhubkolben-Zylindersysteme 20 kann in entsprechender Grösse
und gleicher Weise zu Kraftwirkungsfeldern ausgeführt werden, ebenso die Aufteilung
in verschiedene Kraftwirkungsfelder.
[0023] Die Durchmesser der Kurzhubzylinder 9 und der Kurzhubkolben 10 mit den Distanzstücken
11 sind in Größe und Wirkfläche in etwa entsprechend der vorhandenen Umgrenzung der
Kraftwirkungsfelder ausgeführt. Nach Figur 5 ist dafür der Stössel zweigeteilt in
einem äußeren Stössel 8 mit der Blechhalterplatte 12 und einem inneren Stössel, der
als Ziehstempel 13 mit eigenem Antrieb wirkt, ausgeführt. Im Rahmen der Erfindung
ist das erste Ausführungsbeispiel nach Figur 1 als vorteilhaft anzusehen, bei der
der Ziehstempel nach oben wirkt.
[0024] Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Variation in der Anordnung der Kurzhubkolben-Zylindersysteme
20 im oberen Stössel 8, zum Beispiel bei Einsatz als eine zweifach wirkende Presse
1 von oben, wobei die Anordnung der Kurzhubkolben 10 ebenfalls entsprechend den Kraftwirkungsfeldern
gegliedert mit größeren Kurzhubkolben 10 Kurzhubzylindern 9 ausgeführt ist.
[0025] Die Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die Tischplatte 6 nach Figur 1, mit dem Kurzhubkolben-Zylindersysteme
20, dem Ziehstempel 5 und dem Werkstück 7. Mit 21 sind mehrere Varianten der herstellbaren
Beckengeometrien eingezeichnet.
[0026] Die vergrößerte Darstellung eines Kurzhubkolben-Zylindersystems 20 ist in der Figur
3 dargestellt. Sie zeigt den Kurzhubkolben 9 in der Tischplatte 6 integriert und in
Dichtungen 17 und in Führungsringen 18 geführt. Die Kraftübertragung auf den Formbolzen
15 erfolgt jedoch über einen in zwei Führungsbuchsen 16 kippsicher geführten langen
Distanzstück 11 mit gehärteter Verschleißplatte 14. Der Formbolzen 15 kann dabei mit
einer Exzentrizität L zur Mittelachse auf der Verschlussplatte 14 aufliegen. Bei Bedarf
können auch zwei und mehr Formbolzen 15 vorgesehen sein.
[0027] Der Kurzhubzylinder 9 ist mit etwa 200 bis 250 mm im Durchmesser größer als die bisher
üblichen ausgeführten Kurzhubzylinder und kann deswegen auch Kräfte bis 80 to erzeugen.
Ebenso ist die Auflage für die Formbolzen 15 mit einem Durchmesser von etwa 300 mm
grösser als die üblichen Kurzhubzylinder 9 und lässt damit auch mehr Spielraum für
die Positionierung von den Formbolzen 15. Durch die große Führungslänge des Distanzstückes
11 können auch bei dieser exzentrischen Belastung 80 to ohne Kippung bewältigt werden.
[0028] In Figur 4 sind noch die Anordnungsmöglichkeiten veranschaulicht mit der Form der
Formbolzen 15 auf dem Distanzstück 11. Bei Bedarf kann der Formbolzen 15 auch als
Winkeleisen ausgeführt sein.
Bezugszeichenliste: DP 1281 EP
[0029]
- 1.
- Presse
- 2.
- Pressengestell
- 3.
- Hydraulischer Kolben für Ziehstempel 5 in Tischplatte oder in Stösselplatte integriert
- 4.
- Ziehring
- 5.
- Ziehstempel
- 6.
- Tischplatte
- 7.
- Werkstück
- 8.
- Stössel
- 9.
- Kurzhubzylinder (in Tisch oder Stössel integriert)
- 10.
- Kurzhubkolben (in Tisch oder Stössel integriert)
- 11.
- Distanzstück
- 12.
- Blechhalteplatte
- 13.
- Ziehstempel im Stössel
- 14.
- Verschleißplatte
- 15.
- Formbolzen
- 16.
- Führungsbuchse
- 17.
- Dichtungen
- 18.
- Führungsring
- 19.
- Führungsplatte
- 20.
- Kurzhubkolben-Zylindersystem
- 21.
- Varianten der herstellbaren Beckengeometrien
1. Hydroelastische Tiefzieheinrichtung bei Pressen zum Ziehen von Blechformteilen, mit
gegenüber hydraulischen Druckzylindern und Druckkolben abgestützten Blechhalteplatte
und mit einem in Ziehrichtung bewegbar geführten Ziehstempel, der sich an mindestens
einem in einem Zylinder geführten und mit Hydraulik-Medium beaufschlagbaren Kolben
abstützt und einem im Oberholm abgestützten auf- und abbewegbar geführten Stössel,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) zur Abstützung und Beaufschlagung der Blechhalteplatte (12) sind mehrere in Anzahl
und Fläche wählbare Kraftwirkungsfelder um einen oder mehrere Ziehstempel (5) vorgesehen,
wobei jedem Kraftwirkungsfeld ein stationär integriertes Kurzhubkolben-Zylindersystem
(20) zugeordnet ist,
b) das Kurzhubkolben-Zylindersystem (20) besteht aus einem Kurzhubzylinder (9) mit
Kurzhubkolben (10) auf dem ein großflächiges und lang ausgeführtes Distanzstück (11)
kippsicher abgestützt ist und darauf ein oder mehrere Formbolzen (15) auf die Blechhalteplatte
(12) zentrisch oder exzentrisch andrückbar angeordnet sind und
c) die Kurzhubkolben (10) und ihre Distanzstücke (11) sind in ihrem Durchmesser oder
nach Ihren Wirkflächen annähernd in der Größe der Umgrenzung der Kraftwirkungsfelder
entsprechend ausgeführt.
2. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch unterschiedliche Anordnung der Formbolzen (15) auf den Wirkflächen der Distanzstücke
(11) eine Anpassung an ähnliche Werkstücke (7) einer Teilefamilie möglich ist.
3. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formbolzen (15) in Anpassung und entsprechend der zugehörigen Ziehringkontur
ausgebildet sind.
4. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Ziehstempel (5) von unten nach oben wirkend innerhalb oder unterhalb
der Tischplatte (6) stationär angeordnet sind.
5. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Ziehstempel (5) von oben nach unten wirkend innerhalb des zweigeteilten
Stössels (8) stationär angeordnet sind.
6. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzhubkolben-Zylindersysteme (20) in der Tischplatte (6) stationär angeordnet
sind.
7. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzhubkolben-Zylindersystem (20) stationär im äußeren Stössel (8) integriert
sind.
8. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kraftwirkungsfeld unabhängig von den anderen durch ein Kurzhubkolben-Zylindersystem
(20) hydraulisch ansteuerbar ist.