Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Ziehkissen-Vorrichtung für eine Umformpresse nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Stand der Technik

Zum Umformen von Ziehteilen ist es erforderlich, das auf ein Unterwerkzeug aufgelegte Werkstück zu halten. Dazu wird das Werkstück zwischen einem speziellen Blechhalter und dem herab fahrenden Oberwerkzeug eingespannt. Dabei muss der vom Stößel während des Niedergangs aufgebrachten Kraft eine Gegenkraft über eine geregelt nachgebende Vorrichtung entgegenwirken. Hierfür wird die Gegenkraft auf den Blechhalter durch eine darunter liegende Druckwange, auch Druckkissen oder Ziehkissen genannt, aufgebracht. Der Aufbau eines solchen Ziehkissens ist im „Handbuch der Umformtechnik, S. 46, Schuler 1996" dargestellt. In der EP 04 17 754 Bl ist eine Ziehkissen- Vorrichtung offenbart, bei der beim Auftreffen des Oberwerkzeuges auf den Blechhalter der Auftreffschlag und der entstehende Aufschlaglärm durch eine Vorbeschleunigung der Ziehkissenmassen vermindert werden kann und nachfolgend eine hydraulische Verspannung des Blechhalters erfolgen kann.

Charakteristisch für alle hydraulisch und pneumatisch betätigten Ziehkissen ist der sehr hohe Steuerungs- und Regelungsaufwand zur Erzielung der gewünschten Weg- und Kraftfunktionen .

In jüngster Zeit sind Ziehkissen bekannt geworden, bei denen diese Weg- und Kraftfunktionen von NC-gesteuerten elektrischen Antrieben erzeugt werden. Die EP 10 82 185 Bl offenbart eine TiefZiehpresse mit durch Gewindespindel und Spindelmutter angetriebenen Pressenstößel sowie Ziehkissen. Die Bewegung des Ziehkissens wird bei dieser Ausführung ausschließlich durch elektronische Antriebe erreicht, welche über Spindelmutter und Gewindespindel mit der Druckwange in Verbindung stehen. Alle Antriebe sind schlupffrei miteinander gekoppelt. Diese Lösung hat zwar den Vorteil, dass gegenüber den bekannten hydraulischen und pneumatischen Ziehkissen der Regelaufwand verringert wird, sie beinhaltet aber auch einige Nachteile.

Ein Nachteil ist sicherlich, dass die elektrischen Antriebe für das Ziehkissen miteinander gekoppelt sind. Die heutigen Anforderungen insbesondere der Automobilindustrie an eine Umformpresse erfordern eine variable Druckverteilung an der Druckwange. Durch die Kopplung der Antriebe wird dies verhindert .

Ferner wird offenbart, dass die Bewegung des Ziehkissens über elektrische Wellen einerseits zwischen dem Stößel und dem Ziehkissen und andererseits zwischen mehreren zum Ziehkissen gehörenden Servomotoren synchronisiert wird. Dabei kann die erforderliche Ziehkraft durch Änderung des Motormomentes während des Tiefziehvorganges angespannt werden. Die hierzu erforderliche Vorrichtung und die zur Regelung erforderlichen Verfahrensschritte sind nicht offenbart. Prinzipiell kommen

zur Regelung solcher Vorrichtungen zwei unterschiedliche Varianten in Frage, eine kraftabhängige und eine wegabhängige Regelung.

Bei einer kraftabhängigen Regelung wird die Kissenkraft über einen Druckaufnehmer für jeden Kissendruckpunkt erfasst. Die Kraftaufnehmer können beispielsweise piezoelektrische oder resistive Dehnungsaufnehmer sein. Alternativ kann die Kissenkraft indirekt über den Motorstrom der Servomotoren erfasst werden. Über eine NC-Steuereinrichtung werden dann die ermittelten Kräfte mit hinterlegten Kraft-Sollwerten verglichen und die Servomotoren entsprechend angesteuert.

Bei einer wegabhängigen Regelung berechnet eine Steuerung eine so genannte elektronische Positions-Kurvenscheibe, die den Soll-Verlauf der Kissenposition in Abhängigkeit von der Stößelposition beinhaltet. Die Positions-Kurvenscheibe wird in Form einer Tabelle, einer mathematischen Funktion oder einer Kombination aus beiden in der Steuerung gespeichert. Die Kissenposition wird durch eine Lageregelung beeinflusst, die ihren Sollwert aus der entsprechend der aktuellen Stößelposition ausgelesenen Positions-Kurvenscheibe erhält. Durch die Bewegung des Stößels werden fortlaufend Lage- Sollwerte an einen Lageregler übergeben. Der über einen Leistungsverstärker angesteuerte Servomotor und die wirkverbundene Druckwange folgen der Positions-Kurvenscheibe.

Bei der in der EP 1 082 185 Bl offenbarten Vorrichtung ist durch die steife, nahezu spielfreie Bewegungsübertragungskette zwischen Motor und Druckwange eine solche wegabhängige

Regelung nicht möglich. Durch die feste Positionszuordnung zwischen Stößel und Ziehkissen können unstetige Kraftsprünge, wie z. B. beim Aufsetzen des Oberwerkzeuges auf den

Blechhalter oder bei einem Not-Stopp, regelungstechnisch nicht ausgeglichen werden. Impulsartige Beanspruchungen würden somit direkt in die mechanischen Bauteile eingeleitet werden, was zu einem Versagen oder zumindest zu einer Verringerung der Lebensdauer führen würde.

Da die reduzierten Massen der Motorträgheitsmomente auf das Ziehkissen bzw. auf die Druckwange sehr hoch sind, ist eine kraftabhängige Regelung der offenbarten Vorrichtung ebenfalls problematisch.

Aufgabe und Vorteil der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom Stand der Technik eine Ziehkissen-Vorrichtung mit NC-gesteuerten elektrischen Antrieben zu entwickeln, welche eine wegabhängige Regelung der Ziehkraft ermöglicht. Außerdem soll die Möglichkeit einer Überlastsicherung der Ziehkissen-Vorrichtung geschaffen werden. Insbesondere soll dies mit einem möglichst geringen baulichen Aufwand realisiert werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Ziehkissen-Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 gelöst.

In den ünteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in dem Hauptanspruch angegebenen Ziehkissen-Vorrichtung verwirklicht .

Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, in die Bewegungsübertragungskette, Motor, Gewindespindel, Spindelmutter und Druckwange, ein hydraulisches Polster

einzubauen, welches in der Lage ist Stöße und Regelungenauigkeiten aufzunehmen und zu kompensieren.

In vorteilhafter Weise befindet sich dieses hydraulische Polster zwischen der Spindelmutter und der Druckwange und besteht aus einem zylindrischen Hohlraum, welcher als Kolbenringfläche ausgebildet ist. Darin befindet sich ein Fluid, das über eine Hydraulikleitung mit einem Druckspeicher in Verbindung steht und mit Druck beaufschlagt wird. Dieser Druck ist über eine geeignete Druckeinstellung veränderbar. Während eines Pressenhubes wird das Ziehkissen vor dem Aufsetzen des Oberwerkzeugs auf den Blechhalter so vorbeschleunigt, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen Oberwerkzeug und Blechhalter möglichst gering ist. In der Praxis wird immer eine minimale Relativbewegung vorhanden sein. Diese wirkt sich als Stoßimpuls auf die Ziehkissen- Vorrichtung, einschließlich aller Antriebselemente aus, was zu einer Verringerung der Lebensdauer der entsprechenden Bauteile führt. Ist aber, wie bei der erfindungsgemäßen Ziehkissen- Vorrichtung eine hydraulisches Polster zwischen Druckwange und Spindelmutter vorhanden, kann dieses diese Stöße kompensieren. Somit bewirkt die erfindungsgemäße Ziehkissen-Vorrichtung eine Verbesserung der Lebensdauer aller Antriebsbauteile.

Optional kann das erfindungsgemäße hydraulische Polster in der oben beschriebenen Bewegungsübertragungskette an einer anderen Stelle, als zwischen Druckwange und Spindelmutter angebracht werden. Ein weiterer geeigneter Anbauort ist zum Beispiel zwischen der Antriebslagerung und einer Auflage, welche mit dem Pressentisch fest verbunden ist.

Neben der oben beschriebenen Dämpfung von Stößen kann die erfindungsgemäße Ziehkissen-Vorrichtung auch mit einer

Überlastsicherung vorgesehen werden. Dazu wird das hydraulische Polster mit einem Druckbegrenzungsventil verbunden. Dieses Druckbegrenzungsventil ermöglicht ein schnelles Abspritzen des Hydraulikposter bei einem vorgebbaren und einstellbaren Druck. Dieser Einstellwert ist so bemessen, dass sowohl ein normaler Ziehkissenbetrieb möglich ist, als auch die Bauteile der Ziehkissen-Vorrichtung vor einer Beschädigung oder Zerstörung durch Überlast geschützt werden. Die Größe der Ölpolster muss dabei so bemessen sein, dass der Presse genügend Zeit bleibt zum Stillstand zu kommen.

Alternativ zur oben beschriebenen Ausführung, kann das hydraulische Polster auch durch ein pneumatisches Polster oder ein Element aus dauerelastischem Material ersetzt werden. Wird ein Element aus dauerelastischem Material verwendet, besteht die Möglichkeit die Elastizität durch ein Vorspannen zu beeinflussen bzw. einzustellen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann der Druck in dem hydraulischen Polster nicht nur wie oben beschrieben voreingestellt, sondern auch gesteuert oder geregelt werden.

Die wegabhängige Regelung der Servomotoren kann dadurch mit einer druck- bzw. kraftabhängigen Regelung über das hydraulische Polster überlagert werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem anhand der Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung der Umformpresse mit Ziehkissen

Figur 2 eine schematische Darstellung der Ziehkissen- Vorrichtung

Figur 3 eine Detailansicht der Gewindespindel mit Spindelmutter und hydraulischem Polster

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

^" Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Umformpresse 19. Zu sehen sind der Stößel 20 das Ober- und Unterwerkzeug 21, 22 sowie der Blechhalter 23. Der Blechhalter 23 ist über Druckbolzen 24 mit dem Ziehkissen 1 wirkverbunden. Eine vergrößerte Ansicht des Ziehkissen 1 zeigt Figur 2.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des Tischbereichs einer Umformpresse mit der erfindungsgemäßen Ziehkissen- Vorrichtung 1. Zu sehen sind Teile der Ständer 2, die Zuganker 3 und der Tisch 4. Die Ziehkissen-Vorrichtung 1 ist im unteren Bereich über die Antriebslagerung 5 und der Auflage 6 fest mit dem Tisch 4 verbunden. Die Antriebslagerung 5 dient zur Aufnahme des Servomotors 7 mit der daran angebauten Gewindespindel 8. Die Gewindespindel 8 steht in Wirkverbindung mit der Spindelmutter 9, welche ihrerseits über eine Aufnahme 10 mit der Druckwange 11 verbunden ist.

Durch Drehen der Gewindespindel 8 mittels des ortsfesten Servomotors 7 wird somit die Spindelmutter 9, die Aufnahme 10 und letztlich die Druckwange 11 vertikal verfahren. Bei dieser Bewegung wird die Druckwange 11 mittels der Führung 12 im Tisch 4 geführt. Unmittelbar vor dem Ziehvorgang, bevor das

Oberwerkzeug auf den hier nicht dargestellten Blechhalter aufsetzt, wird die Druckwange 11, welche mit dem Blechhalter in Wirkverbindung steht, in Richtung des Pfeils 13 vorbeschleunigt. In der Regel wird der Blechhalter durch das Ziehkissen so vorbeschleunigt, dass beim Aufsetzen des

Oberwerkzeuges die Relativgeschwindigkeit zum Blechhalter ca. 10 - 15 % der absoluten Geschwindigkeit des Oberwerkzeuges beträgt. Diese Relativgeschwindigkeit führt beim Aufsetzen zu einem Stoßimpuls, welcher über die Druckwange 11 auf die Aufnahme 10 übertragen wird.

Bei der hier dargestellten erfindungsgemäßen Ziehkissen- Vorrichtung 1 wird dieser Stoßimpuls nicht wie bei bekannten Lösungen von der Aufnahme 10 direkt auf die Spindelmutter 9 und somit auch auf die Gewindespindel 8, sondern auf ein hydraulisches Polster 14 weitergeleitet.

In Figur 3 ist die Anordnung des hydraulischen Polsters 14 genauer dargestellt. Die Spindelmutter 9 ist fest mit einem Zwischenstück 15 verbunden. Das Zwischenstück 15 erfüllt die Aufgabe einer Verdrehsicherung für die Spindelmutter 9. Zwischen der Aufnahme 10 und dem Zwischenstück 15 befindet sich ein Hohlraum, welcher in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Fluid gefüllt ist. Dieser mit Fluid gefüllte Hohlraum, das erfindungsgemäße hydraulische Polster, ist über eine

Hydraulikleitung 16 mit einem Druckspeicher 17 verbunden. Der vorherrschende Druck ist mittels einer Druckeinstellarmatur 18 vorwählbar beziehungsweise veränderbar.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst auch alle

fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Gedankens. Beispielsweise kann wie bereits beschrieben der Druckspeicher 17 und die Druckeinstellarmatur 18 durch einen Druckregelkreis ersetzt werden. Eine weitere Variante wäre das hydraulische Polster 14 mit einem Überdruckventil auszustatten um so eine Überlastsicherung zu realisieren.

Bezugszeichenliste

1. Ziehkissen-Vorrichtung

2. Ständer

3. Zuganker 4. Tisch

5. Antriebslagerung

6. Auflage

7. Servomotor

8. Gewindespindel 9. Spindelmutter

10. Aufnahme

11. Druckwange

12. Führung

13. Richtungspfeil 14. Hydraulisches Polster

15. Zwischenstück

16. Hydraulikleitung

17. Druckspeicher

18. Druckeinstellarmatur 19. Presse

20. Stößel

21. Werkzeugoberteil

22. Werkzeugunterteil

23. Blechhalter 24. Druckbolzen