Umformpresse

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Umformpresse zum Tiefziehen metallischer Bleche mit zumindest einem Stempel (9), einer Matrize (6) und einem pulsierenden Niederhalter (13). Hierbei weist die Umformpresse zumindest zwei unabhängig von einander ansteuer- und aktivierbare Betätigungsmittel auf, nämlich ein erstes Betätigungsmittel (10) für den Stempel und zur Durchführung der Umformbewegung und ein zweites Betätigungsmittel (12) zur Aktivierung des Niederhalters, wobei das zweite Betätigungsmittel aus Kurzhubstellgliedern besteht, die sowohl im Sinne einer Festlegung des Blechmaterials durch den Niederhalter als auch im Sinne einer Schwingungsanregung des Niederhalters ansteuerbar sind. Außerdem wird auch ein Verfahren zum Tiefziehen metallischer Bleche mittels einer hydraulischen Umformpresse beschrieben.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Umformpresse zum Tiefziehen metallischer Bleche mit zumindest einem Stempel, einer Matrize und einem Niederhalter, wobei ein umzuformendes Blechmaterial zwischen Matrize und Niederhalter festlegbar ist, wobei der Stempel durch Relativbewegung gegenüber Matrize und Niederhalter die Umformung durchführt und wobei der Niederhalter als pulsierender Niederhalter ausgebildet und zu Schwingungen anregbar.

[0002] Eine derartige Umformpresse ist beispielsweise aus EP-A 0 438 774 bekannt und zeichnet sich dadurch aus, dass durch den schwingenden Niederhalter die Reibungskräfte im Flanschbereich und teilweise an der Ziehkantenrundung und damit insgesamt die Stempelkraft reduziert werden, was letztendlich zu einer Erhöhung der Ziehreserve, also dem Abstand zwischen der höchsten Stempelkraft und der Reißergrenze führt. Darüber hinaus ermöglicht der schwingende Niederhalter ein verbessertes Einfließverhalten des Bleches in die Matrize, was sich wiederum nachhaltig auf die maximal erreichbaren Ziehtiefen auswirkt.

[0003] Die bekannten Umformpressen sind als doppelt wirkende Ziehpressen mit einer passiven oder aktiven Ziehkissenhydraulik ausgelegt, wobei für den Antrieb des Ziehkissens langhubige Hydraulikzylinder erforderlich sind. Genau hierin liegen die Schwachpunkte der bekannten Umformpressen, da im Bereich der langhubigen Hydraulikzylinder große druckbeaufschlagte Ölvolumina im Ziehkissen-Kraftfluss der Presse liegen. Wird nun der Niederhalter zu Schwingungen angeregt, so muss bei jedem Lastwechsel ein physikalisch gegebenes Kompressionsvolumen in den Hydraulikzylindern ausgeglichen werden. Darüber hinaus verringert sich durch das Abströmen des Hydrauliköls während des Ziehprozesses das im Hydraulikzylinder vorhandene eingespannte Ölvolumen, sodass durch das über dem Ziehweg kleiner werdende Kompressionsvolumen die Steifigkeit zunimmt. Dies kann bei der Schwingungsanregung bzw. Pulsation zu unerwünschten und regelungstechnisch nur schwer beherrschbaren Effekten beispielsweise in Form von Überschwingungen führen.

[0004] Bisher behilft man sich im Stand der Technik damit zu versuchen, diese charakteristischen Eigenheiten mit einer aufwendigen Regel- und Steuertechnik zu kompensieren. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die beschriebenen Nachteile der bekannten Umformpressen zu reduzieren bzw. völlig zu beseitigen, ohne dabei den regelungstechnischen Aufwand zu erhöhen.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Umformpresse zumindest zwei unabhängig von einander ansteuer- und aktivierbare Betätigungsmittel aufweist, sodass der Stempel durch ein erstes Betätigungsmittel zur Durchführung der Umformbewegung aktivierbar ist und der Niederhalter über separate zweite Betätigungsmittel aktivierbar ist, und dass die zweiten Betätigungsmittel aus Kurzhubstellgliedern bestehen, die sowohl im Sinne einer Festlegung des Blechmaterials durch die Niederhalter als auch im Sinne einer Schwingungsanregung des Niederhalters ansteuerbar sind.

[0006] Durch die erfindungsgemäße konsequente Trennung von Blechhaltefunktion einerseits und Ziehweg andererseits müssen in vorteilhafter Weise keine mit Druck beaufschlagten (zum Aufbringen der Niederhalterkraft benötigten) Ölvolumina im Ziehprozess verdrängt werden. Stattdessen wird die Niederhalterkraft in der Regel pressentischseitig mit Hilfe der Kurzhubstellglieder zur Verfügung gestellt. Und dadurch dass zusätzlich in besonders erfindungswesentlicher Weise auch die Schwingungsanregung durch die Kurzhubstellglieder erfolgt, fällt das während der Schwingungsanregung auszugleichende Kompressionsvolumen innerhalb der Kurzhubstellglieder äußerst gering aus.

[0007] Besonders vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Erzeugung der Niederhalterkraft und dessen Schwingungsanregung unabhängig vom Ziehweg ist es, dass der Kraftfluss beim Pulsieren nicht durch das Ziehkissen verläuft, sodass nicht nur der Kraftfluss gegenüber dem Stand der Technik stark verkürzt ist, sondern vor allem auch sich auf nur steife bzw. quasi steife Bauteilbereiche erstreckt, nämlich von den Kurzhubstellgliedern über die Matrize und den Stößel in den Pressenrahmen (insbesondere in die Seitenständer der Presse) und von dort seitlich nach unten wieder in die die Kurzhubstellglieder tragende Tischplatte.

[0008] In diesem Zusammenhang ist es besonders von Vorteil, wenn die Presse einen die Matrize oder den Stempel tragenden Stößel aufweist und wenn der Stößel während der Umformbewegung gegenüber der Presse (zumindest im wesentlichen) festlegbar ist. Dies kann beispielsweise durch mechanische Verriegelung des Stößels an den Seitenständern der Presse erfolgen oder auch beispielsweise in hydraulischer Weise dadurch, dass der an den Stößel angeschlossene obere Zylinder in einer vorgegebenen Position (beispielsweise durch Schließen der Ventile des zugehörigen Hydraulikkreislaufes) festgelegt wird. Dadurch wird der zuvor erwähnte verkürzte Kraftfluss beim Pulsieren tatsächlich vom Stößel direkt über die zumindest nahezu inkompressiblen bzw. steifen und sich nicht über dem Ziehweg ändernden Verriegelungsbereiche in die Seitenständer der Presse und von dort weitergeleitet.

[0009] Was das erste Betätigungsmittel betrifft, so ist es von Vorteil, wenn dieses ein doppelt wirkendes Ziehkissen aufweist, sodass die Umformbewegung durch das Ziehkissen erzeugt werden kann, welches bevorzugterweise den Stempel von unten nach oben (bei feststehender Matrize bzw. feststehendem Stößel) bewegt.

[0010] Des weiteren weist das Ziehkissen zweckmäßigerweise eine Ziehkissendruckplatte auf, wobei zwischen Stempel und Ziehkissendruckplatte zumindest eine an diesen festgelegte Hauptpinole vorgesehen ist, die während des Ziehvorgangs zur Übertragung der Betätigungskraft und der Betätigungsbewegung des ersten Bestätigungsmittels auf den Stempel dient. Dieser Aufbau wird dann noch verbessert, wenn zwischen Stempel und Ziehkissendruckplatte seitlich zur Hauptpinole weitere sich parallel zueinander und zur Hauptpinole erstreckende Hilfspinolen angeordnet sind, die zur Abstützung des Stempels an der Ziehkissendruckplatte dienen. Dadurch wird sichergestellt, dass der Stempel während des Ziehvorgangs quasi flächig an der Ziehkissenplatte abgestützt ist und so in der vorgegebenen Orientierung ohne unvorteilhafte Neigungen oder Kippbewegungen den Ziehprozess durchführen kann.

[0011] Was die Kurzhubstellglieder betrifft, so können diese in besonders vorteilhafter Weise aus Hydraulikzylindern in Kurzhubbauweise bestehen -selbst wenn auch andere (beispielsweise pneumatische oder Piezo-) Stellglieder verwendbar wären. Diese Kurzhubhydraulikzylinder werden über eine externe Hydraulikversorgung zur Erzeugung der Blechhalterkraft einerseits und der Schwingungsanregung andererseits beaufschlagt. Wie beim Stand der Technik werden die Kurzhubstellglieder zweckmäßigerweise mit niederfrequenten Schwingungen in der Größenordnung von zwischen 0 und 100 Hz angeregt.

[0012] Zweckmäßigerweise erstrecken sich die Kurzhubstellglieder zwischen dem oben bereits erwähnten Tisch (bzw. Tischplatte) und dem Niederhalter. Daneben ist es jedoch auch möglich, dass sich bei einem den Stempel tragenden Stößel die Kurzhubstellglieder zwischen Stößel und Niederhalter erstrecken.

[0013] Eine weitere Vereinfachung des Pressenaufbaus ergibt sich dann, wenn mehrere Kurzhubstellglieder gruppenweise ansteuerbar sind, wobei daneben natürlich auch ein aufwendigeres einzelnes Ansteuern der Kurzhubstellglieder möglich wäre, beispielsweise um einen elastisch schwingenden Niederhalter zu erhalten.

[0014] Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, mit dessen Hilfe die im Stand der Technik vorhandenen nachteiligen Überschwingungen bzw. Resonanzerscheinungen vermieden werden können, besteht darin, dass die Presse derart ausgelegt ist, dass ihre Eigenfrequenz außerhalb der Schwingungsfrequenz des Niederhalters liegt. Da Resonanzerscheinungen den Pulsationseffekt der Niederhalterkraft entweder verstärken oder aufheben (je nach Phasenwinkel) können hinsichtlich der Resonanzproblematik nicht optimierte Pressenkonstruktionen keinesfalls bzw. nur äußerst eingeschränkt mit einer pulsierenden Niederhalterkraft betrieben werden. Dies verhindert die erfindungsgemäße Umformpresse dadurch, dass der Pressenrahmen bei geringst möglicher Masse äußerst steif konstruiert ist, sodass die Eigenfrequenzen in Bereichsbändern liegen, die außerhalb und insbesondere deutlich oberhalb der Pulsationsfrequenzen der Niederhalterkraft liegen.

[0015] Neben der zuvor beschriebenen Umformpresse stellt die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Tiefziehen metallischer Bleche mittels einer hydraulischen Umformpresse zur Verfügung, die zumindest einen Stempel, eine Matrize und einen Niederhalter aufweist, wobei zwischen Matrize und Niederhalter ein zu verformendes Blechmaterial festgelegt wird, und wobei der vom Niederhalter auf das Blechmaterial ausgeübten Niederhalterkraft während der Umformung Schwingungen überlagert werden. Die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch vermieden, dass der Stempel durch ein erstes Betätigungsmittel aktiviert wird, dass der Niederhalter seine Niederhalterkraft über zweite Betätigungsmittel aufbringt, dass die zweiten Betätigungsmittel unabhängig vom ersten Betätigungsmittel angesteuert und aktiviert werden, und dass die zweiten Betätigungsmittel die Niederhalter auch noch zu Schwingungsbewegungen anregen.

[0016] Auch hier liegt der wesentliche Effekt in der Trennung der Aufbringung der Niederhalterkraft einschließlich der Pulsation einerseits und dem Ziehweg andererseits, also der eigentlichen Tiefziehbewegung des Stempels, bei der der Stempel durch ein vom Niederhalter getrenntes Betätigungsmittel angesteuert wird.

[0017] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform liegt darin, dass die zweiten Betätigungsmittel aus Kurzhubstellgliedern, insbesondere aus Hydraulikzylindern in Kurzhubbauweise bestehen. Vor allem durch die Kurzhubstellglieder wird das bei der Pulsation zu verdrängende Ölvolumen minimal gehalten, wie es bereits zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Umformpresse beschrieben ist.

[0018] Ebenso besteht zweckmäßigerweise das erste Betätigungsmittel aus einem doppelt wirkenden Ziehkissen, und die Matrize ist während der Umformung zumindest mittelbar gegenüber der Presse festgelegt, um den Kraftfluss beim Pulsieren in optimaler Weise zu verkürzen.

[0019] Schließlich ist es zur Vereinfachung des Pressenaufbaus von Vorteil, wenn mehrere zweite Betätigungsmittel gruppenweise angesteuert werden. Und was die Schwingungsanregung betrifft, so empfiehlt sich auch hier ein niederfrequenter Schwingungsbereich in der Größenordnung von etwa zwischen 0 und 100 Hz.

[0020] Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung; hierbei zeigen

Figur 1

die schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Umformpresse; und

Figuren 2, 3, 4 und 5

die schematische Bewegungsabfolge der einzelnen Pressenkomponenten beim erfindungsgemäßen Tiefziehverfahren.

[0021] In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Presse mit einem Doppelständer-Pressenrahmen 1 dargestellt, der zwei Seitenständer 2, 3 aufweist. Im oberen Bereich der Presse ist ein Stößel 4 vorgesehen, der über einen Stößelantrieb 5, welcher erfindungsgemäß nur noch als Verfahrzylinder ausgebildet sein muss, betätigt wird. Der Stößel 4 trägt an seiner Unterseite eine Matrize 6 (mit einem Matrizeninnenraum 6a) und ist über in Figur 1 nicht sichtbare seitliche Stößelverriegelungen 7, 8 (siehe Figur 2) gegenüber dem Pressenrahmen mechanisch festlegbar.

[0022] An der Unterseite der Presse ist ein Stempel 9 angeordnet, der über einen Stempelantrieb 10 in Form eines doppelt wirkenden Ziehkissens betätigbar ist, wobei man in Figur 1 als wesentlichen Teil des Stempelantriebs lediglich eine Hauptpinole 10 sieht. Diese Hauptpinole 10 durchquert einen Tisch 11, der im zum Stempel 9 seitlich benachbarten Bereich mehrere Kurhubhydraulikzylinder 12a, 12b trägt, die sich vom Tisch 11 bis zu einem Niederhalter 13 erstrecken, welcher den Stempel 9 seitlich umgebend oberhalb des Tischs 11 angeordnet.

[0023] In den Figuren 2 bis 5 ist der Funktionsablauf beim erfindungsgemäßen Tiefziehverfahren dargestellt: In Figur 2 wird eine Platine 14, also das zu verformende Blech auf den Niederhalter 13 aufgelegt, der Stößel wird in Richtung des Pfeils A nach unten verfahren und in einer vorgegebenen Position, in der sich die Matrizenunterseite ca. 5 mm beabstandet von der Platine 14 befindet, über mechanische Distanzelemente 7, 8 in Richtung der Pfeile B verriegelt.

[0024] Gemäß Figur 3 wird der Niederhalter 13 über die Kurzhubzylinder 12a, 12b in Richtung der Pfeile C nach oben gefahren, d.h. das Werkzeug wird geschlossen und die Niederhalterkraft wird über die Kurzhubzylinder aufgebaut, indem der Niederhalter die Platine gegen die Matrizenunterseite drückt.

[0025] Wie in Figur 4 dargestellt ist, fährt nun der Stempel 9 gemäß Pfeil D nach oben und drückt hierbei die Platine in den freien Innenraum 6a der Matrize 6. Gleichzeitig wird der Niederhalter 13 über die Kurzhubzylinder 12a, 12b gemäß der Pfeile E zu niederfrequenten Schwingungen angeregt.

[0026] Wird das Ende des Ziehvorgangs erreicht, so stoppen einerseits die Schwingungsanregung und andererseits die Ziehkissenbewegung, der Niederhalter wird entlastet, der Stößel wird entsprechend den Pfeilen F entriegelt -wie es in Figur 5 dargestellt ist- und das Ziehkissen fährt zusammen mit dem Stempel entsprechend Pfeil G nach unten, während der Stößel entsprechend Pfeil G nach oben fährt. Nun kann man das fertige Ziehteil 14 entnehmen.

[0027] Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung den wesentlichen Vorteil, die Pulsation nur über Kurzhubstellglieder mit minimalem Ölvolumen aufzubringen, gleichzeitig diese Pulsationsanregung und das Aufbringen der Niederhalterkraft durch die Kurzhubstellglieder vom eigentlichen Ziehvorgang abzukoppeln und diesen Ziehvorgang nur noch von unten nach oben durch ein doppelt wirkendes Ziehkissen durchzuführen, während der Stößel in einer inaktiven verriegelten Stellung verbleibt, sodass weder das Ölvolumen im Ziehkissen noch dasjenige im Verfahrzylinder des Stößels von der Schwingungsanregung beaufschlagt werden. Demgemäß können auch sowohl das Ziehkissen als auch der obere Verfahrzylinder, die außerhalb des Pulsationskraftflusses befindlich sind, den Ziehvorgang beispielsweise durch sich verändernde Gesamtsteifigkeit des mit Druck beaufschlagten Ölvolumens oder durch Reibungsvorgänge in den Hydraulikkomponenten nicht mehr negativ beeinflussen.

Ansprüche

1. Umformpresse zum Tiefziehen metallischer Bleche mit zumindest einem Stempel (9), einer Matrize (6) und einem Niederhalter (13), wobei ein umzuformendes Blechmaterial (14) zwischen Matrize und Niederhalter festlegbar ist, wobei der Stempel durch Relativbewegung gegenüber Matrize und Niederhalter die Umformung durchführt, und wobei der Niederhalter als pulsierender Niederhalter ausgebildet und zu Schwingungen anregbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Umformpresse zumindest zwei unabhängig voneinander ansteuer- und aktivierbare Betätigungsmittel aufweist, so dass der Stempel (9) durch ein erstes Betätigungsmittel (10) zur Durchführung der Umformbewegung aktivierbar ist und der Niederhalter (13) über separate zweite Betätigungsmittel (12a, 12b) aktivierbar ist, und dass die zweiten Betätigungsmittel aus Kurzhubstellgliedern (12a, 12b) bestehen, die sowohl im Sinne einer Festlegung des Blechmaterials (14) durch den Niederhalter (13) als auch im Sinne einer Schwingungsanregung des Niederhalters ansteuerbar sind.

2. Umformpresse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Betätigungsmittel (10) ein doppelt wirkendes Ziehkissen aufweist.

3. Umformpresse nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Ziehkissen eine Ziehkissendruckplatte aufweist und dass zwischen Stempel (9) und Ziehkissendruckplatte zumindest eine an diesen festgelegte Hauptpinole (10) vorgesehen ist, die zur Übertragung der Betätigungskraft und der Betätigungsbewegung des ersten Betätigungsmittels auf den Stempel dient.

4. Umformpresse nach zumindest Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen Stempel und Ziehkissendruckplatte weitere sich parallel zueinander und zur Hauptpinole erstreckende Hilfspinolen angeordnet sind, die zur Abstützung des Stempels an der Ziehkissendruckplatte dienen.

5. Umformpresse nach zumindest Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Presse einen die Matrize (6) oder den Stempel (9) tragenden Stößel (4) aufweist, und dass der Stößel während der Umformbewegung gegenüber der Presse zumindest im wesentlichen festlegbar ist.

6. Umformpresse nach zumindest Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kurzhubstellglieder (12a, 12b) aus Hydraulikzylindern in Kurzhubbauweise bestehen.

7. Umformpresse nach zumindest Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kurzhubstellglieder (12a, 12b) zur niederfrequenten Anregung des Niederhalters (13) ansteuerbar sind.

8. Umformpresse nach zumindest Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Presse einen Tisch (11) aufweist, und dass sich die Kurzhubstellglieder (12a, 22b) zwischen Tisch und Niederhalter (13) erstrecken.

9. Umformpresse nach zumindest Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich bei einem den Stempel tragenden Stößel die Kurzhubstellglieder zwischen Stößel und Niederhalter erstrecken.

10. Umformpresse nach zumindest Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Kurzhubstellglieder (12a, 12b) gruppenweise ansteuerbar sind.

11. Umformpresse nach zumindest Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Presse derart ausgelegt ist, dass ihre Eigenfrequenz außerhalb der Schwingungsfrequenz des Niederhalters (13) liegt.

12. Verfahren zum Tiefziehen metallischer Bleche mittels einer hydraulischen Umformpresse, die zumindest einen Stempel, eine Matrize und einen Niederhalter aufweist, wobei zwischen Matrize und Niederhalter ein zu verformendes Blechmaterial festgelegt wird, und wobei der vom Niederhalter auf das Blechmaterial ausgeübten Niederhalterkraft während der Umformung Schwingungen überlagert werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stempel durch ein erstes Betätigungsmittel aktiviert wird, dass der Niederhalter seine Niederhalterkraft über zweite Betätigungsmittel aufbringt, dass die zweiten Betätigungsmittel unabhängig vom ersten Betätigungsmittel angesteuert und aktiviert werden, und dass die zweiten Betätigungsmittel den Niederhalter zu Schwingungsbewegungen anregen.

13. Verfahren zum Tiefziehen metallischer Bleche nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweiten Betätigungsmittel aus Kurzhubstellgliedern, insbesondere aus Hydraulikzylindern in Kurzhubbauweise bestehen.

14. Verfahren zum Tiefziehen metallischer Bleche nach zumindest Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Betätigungsmittel aus einem doppelt wirkenden Ziehkissen besteht.

15. Verfahren zum Tiefziehen metallischer Bleche nach zumindest Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Matrize während der Umformung zumindest mittelbar gegenüber der Presse festgelegt wird.

16. Verfahren zum Tiefziehen metallischer Bleche nach zumindest Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kurzhubstellglieder mit niederfrequenten Schwingungen in der Größenordnung von etwa zwischen 0 und 100 Hz angeregt werden.

17. Verfahren zum Tiefziehen metallischer Bleche nach zumindest Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere zweite Betätigungsmittel gruppenweise angesteuert werden.

Zeichnung