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Längenkompensationseinrichtung in einer Klemmeinrichtung zwischen Ober- und Unterwerkzeug einer Presse - Dokument DE4441562A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE4441562A1 30.05.1996
Titel Längenkompensationseinrichtung in einer Klemmeinrichtung zwischen Ober- und Unterwerkzeug einer Presse
Anmelder Umformtechnik Erfurt GmbH, 99086 Erfurt, DE
Erfinder Petter, Wieland, Dr.-Ing., 99089 Erfurt, DE;
Geist, Gregor, 99428 Hopfgarten, DE;
Schlag, Andreas, 99086 Erfurt, DE;
Müller, Markus, Dr.-Ing., 99097 Erfurt, DE;
Gödel, Wolf-Eckehart, 99085 Erfurt, DE
DE-Anmeldedatum 23.11.1994
DE-Aktenzeichen 4441562
Offenlegungstag 30.05.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.05.1996
IPC-Hauptklasse B21D 24/08
IPC-Nebenklasse B21D 24/14   
Zusammenfassung Das Problem der Erfindung ist, eine Kompensationseinrichtung zu schaffen, die mit einfachen technischen Mitteln sichert, daß alle Druckbolzen die gleiche Kraft übertragen, die Kraftwirkung der Kurzhubzylinder untereinander vor Erreichen des vollen Kraftschlusses zwischen den Funktionselementen nahezu ausgeschlossen und das so erreichte Tragbild aller Druckbolzen reproduzierbar ist. Voraussetzung hierfür ist, daß alle Druckbolzen unter Last die gleiche Stauchung erfahren. Dies wiederum macht zur Bedingung, daß geometrische Abweichungen der im Kraftfluß liegenden Funktionselemente kompensiert werden.
Bei dieser Längenkompensationseinrichtung sind die Kurzhubzylinder (5) druckmittelseitig mit einem Kompensationszylinder (10) so wirkverbunden, daß das vor Ziehbeginn durch Kraftwirkung in den Druckbolzen (7) über den Verdrängerhub (9) in den Kurzhubzylindern (5) verdrängte Druckmittel im Kompensationsraum (22) des Kompensationszylinders (10) aufgenommen wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Längenkompensationseinrichtung in einer Klemmeinrichtung zwischen Ober- und Unterwerkzeug einer Presse zum Erreichen der Blechhaltekraft, wobei die Klemmeinrichtung entweder durch ein Ziehkissen oder durch einen Blechhalter gebildet werden kann.

Nach der EP 0 531 140 A1 ist ein hydraulisches Kissenaggregat für eine Presse bekannt, das eine für ein Werkstück einheitliche Kissenkraft über alle Druckbolzen aufbringen soll. Dazu sind auf einer vom Ziehkissen bewegbaren Druckbolzenplatte eine Mehrzahl von untereinander fließverbundenen Kurzhubzylindern angeordnet, deren Kurzhubkolben mit den Druckbolzen wirkverbunden sind. Die Kurzhubzylinder sind zu ihrer Versorgung mit Druckmittel mit einer Hydraulikversorgungseinrichtung verbunden. Die Hydraulikversorgungseinrichtung enthält Elemente, um einen Anfangsdruck in den Kurzhubzylindern zu ändern. Diese Druckänderung erfolgt vor Beginn der Preßoperation.

Bei dieser mit hohem technischen Aufwand betriebenen Lösung kommen die im Kraftfluß liegenden Funktionselemente durch im praktischen Pressenbetrieb gegebene verschleiß- und/oder fertigungsbedingte geometrische Abweichungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten zur Wirkung. Durch die Federwirkung des Druckmittels entstehen nach dem Kontakt des ersten Druckbolzens bis zur Erreichung gleicher Druckbolzenkräfte Kippkräfte auf das gesamte System Stößel - Werkzeug - Druckbolzenplatte.

Das Problem der Erfindung ist, eine Kompensationseinrichtung zu schaffen, die mit einfachen technischen Mitteln sichert, daß alle Druckbolzen die gleiche Kraft übertragen, die Kraftwirkung der Kurzhubzylinder untereinander vor Erreichen des vollen Kraftschlusses zwischen den Funktionselementen nahezu ausgeschlossen und das so erreichte Tragbild aller Druckbolzen reproduzierbar ist. Voraussetzung hierfür ist, daß alle Druckbolzen unter Last die gleiche Stauchung erfahren. Dies wiederum macht zur Bedingung, daß geometrische Abweichungen der im Kraftfluß liegenden Funktionselemente kompensiert werden.

Erfindungsgemäß wird das durch die in den kennzeichnenden Teilen das Patentanspruches 1 beschriebenen Merkmale erreicht. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 7 beschrieben.

Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß von Kontakt- bis Ziehbeginn alle Geometrieabweichungen der während des Ziehprozesses im Kraftfluß liegenden Funktionselemente kompensiert werden durch nahezu druckloses Verdrängen von Druckmittel aus den zu einem kommunizierenden System zusammengeschlossenen Kurzhubzylindern in den mechanisch begrenzen Raum eines Kompensationszylinders. Dabei werden Kraftwirkungen der Kurzhubzylinder untereinander bis zum Erreichen des vollen Kraftschlusses zwischen Stößel und Ziehkissen oder Blechhalter weitgehend ausgeschlossen. Mit Ziehbeginn sichert das kommunizierende hydraulische System gleichen Druck in allen Kurzhubzylindern und damit die beabsichtigte gleiche Kraft aller Druckbolzen. In Abhängigkeit von der Anzahl der je Werkzeug im Einsatz befindlichen Druckbolzen und von der Summe der geometrischen Abweichung der im Kraftfluß liegenden Funktionselemente ist der mechanisch begrenzte Raum im Kompensationszylinder vorteilhafterweise veränderbar. Ein weiterer Vorteil der Lösung liegt darin, daß zwar alle Druckbolzenpunkte der Druckbolzenplatte mit Kurzhubzylindern belegt sein können, jedoch zweckmäßigerweise nur die nach einer empirischen Ermittlung notwendigen Druckbolzenpunkte im Rahmen des genormten Rasters mit Kurzhubzylindern belegt werden. Während die Anpassung der Anzahl und Lage der Druckbolzen für jedes Werkzeug manuell in der bekannten Form bei Werkzeugwechsel erfolgt, können die nicht notwendigen aber auf der Druckbolzenplatte vorhandenen Kurzhubzylinder drucklos geschaltet und so vom kommunizierenden System abgekoppelt werden. Ebenfalls können die werkzeugspezifisch notwendigen Druckbolzenpunkte mit Druckbolzen belegt werden und die weiterhin vorhandenen Kurzhubkolben der nicht notwendigen Druckbolzenpunkte "blind" weiter betrieben werden. Alternativ können auch alle vorhandenen Kurzhubzylinder betrieben werden und nur die werkzeugspezifisch notwendigen Druckbolzenpunkte mit Druckbolzen belegt werden. Die Ausrüstung kann auch so gestaltet werden, daß beim Werkzeugwechsel die einzelnen Kurzhubzylinder in ihrer Zuordnung zu den Druckbolzen verschiebbar bzw. ab- und nachrüstbar sind. Bei Veränderung der Anzahl der Druckbolzen und/oder Geometrieabweichungen der Funktionselemente ist eine Volumenänderung des Kompensationsraumes im Kompensationszylinder zweckmäßig.

Die Kurzhubzylinder können auch mit unterschiedlichen Wirkflächen ausgebildet werden.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Prinzipdarstellung der Kraftübertragung zwischen Stößel und Ziehkissen einer mechanischen Presse bei Kontaktbeginn mit zusätzlich angegebener Pressenstößelstellung nach Fig. 2.

Fig. 2 Prinzipdarstellung der Kraftübertragung zwischen Stößel und Ziehkissen einer mechanischen Presse bei Ziehbeginn mit zusätzlich angegebener Pressenstößelstellung nach Fig. 1.

Fig. 3 Draufsicht auf eine Druckbolzenplatte mit Darstellung der Druckbolzenpunkte für verschiedene Werkzeuge.

Fig. 4 Schnitt A-A aus Fig. 3.

Der Pressenstößel 1 mit Oberwerkzeug einer mechanischen oder hydraulischen Presse kommt mit dem auf dem Schiebetisch 2 angeordneten Unterwerkzeug in bekannter Weise gemäß Fig. 1 in Wirkverbindung. Zur Verdeutlichung des Zusammenhanges zwischen geometrischer Abweichung und Kraftwirkung der im Kraftfluß liegenden Funktionselemente ist auf die Darstellung von Ober- und Unterwerkzeug verzichtet. Durch Geometrieabweichungen der während des Ziehprozesses im Kraftfluß liegenden Funktionselemente, die sich in der Summe in der Längendifferenz 8, je Druckbolzen 7 mit y&sub1; bis yn bezeichnet, ausdrücken, kommt es nicht gleichzeitig zum Kontakt aller diesbezüglichen Bauteile. In diesem Ausführungsbeispiel steht die im Pressentisch 4 geführte Druckbolzenplatte 3 in bekannter Weise mit einem auf der Traverse 19 angeordneten Ziehkissen in Wirkverbindung. Dazu wird der Ziehkissenkolben 18 mit der Ziehkissenkraft 23 beaufschlagt. Auf der Druckbolzenplatte 3 sind die Kurzhubzylinder 5 angeordnet, die über Verbindungsleitungen 20 untereinander fließverbunden sind. Jedem Kurzhubkolben 6 ist ein Druckbolzen 7 zuordenbar. Die fließverbundenen Kurzhubzylinder 5 sind über eine Verbindungsleitung 14 mit einem Kompensationsraum 22 eines vorzugsweise starr an der Druckbolzenplatte 3 angeordneten Kompensationszylinders 10 verbunden. Diese Verbindungsleitung 14 ist gleichzeitig über ein Wegeventil 17, zu dem ein Druckbegrenzungsventil 24 parallel geschaltet ist, an einer im Kompensationszylinder 10 integrierten Druckmittelbehälter 16 angeschlossen. Über ein Wegeventil 21 steht der Druckmittelbehälter 16 mit einer Druckregulierungseinrichtung 15 in Wirkverbindung. An der mit dem Kompensationskolben 11 starr verbundenen Kolbenstange ist eine verstellbare Hubbegrenzung 13 angeordnet. Vor der Einleitung von Kraft vom Pressenstößel 1 über das Oberwerkzeug in die Druckbolzen 7 befinden sich die Kurzhubkolben 6 in ihrer oberen, mechanisch begrenzten Ausgangsstellung, in die sie durch Federkraft gebracht und gehalten werden. Dabei kann die Feder mechanisch sein oder durch pneumatischen Druck erzeugt werden.

Ebenfalls durch Federkraft erzeugt, befindet sich der Kompensationskolben 11 in seiner mechanischen, unteren Endlage. Mit dem Erstkontakt zwischen den antreibenden System von Pressenstößel 1 mit Oberwerkzeug und dem ruhenden Ziehkissen mit der Druckbolzenplatte 3, dem Ziehkissenkolben 18, den Kurzhubzylindern 5 und den Druckbolzen 7 kommt es zur Verschiebung des diesbezüglichen Kurzhubkolbens 6 um den Verdrängerhub 9. Dieser Verdrängerhub 9 ist je Kurzhubzylinder 5 unterschiedlich und mit x&sub1; bis xn bezeichnet. In der Reihenfolge der jeweiligen Geometrieabweichung bzw. Längendifferenz 8 folgen bis Ziehbeginn alle Druckbolzen 7 und verdrängen Druckmittel über die Verbindungsleitung 20 und 14 in den Kompensationsraum 22 des Kompensationszylinders 10. Durch die Druckmittelverdrängung aus den Kurzhubzylindern 5 erfolgt die Verschiebung des Kompensationskolbens 11 um den Kompensationshub 12. Dieser Kompensationshub 12 und damit die Summe des aus den Kurzhubzylindern 5 verdrängten Druckmittels, wird durch die verstellbare Hubbegrenzung 13 bestimmt. Durch die mechanisch begrenzte Volumenaufnahme im Kompensationszylinder 10 wird der Verdrängerhub 9 der Kurzhubkolben 6 in Ziehrichtung unterbrochen. Damit erfolgt der weitere Antrieb der Druckbolzen gegen die wirkende Ziehkissenkraft 23, die sich über die Traverse 19 am Pressentisch 4 abstützt. Die qualitative Lage der Funktionselemente bei Ziehbeginn ist in Fig. 2 dargestellt. Durch die Verbindungsleitung 20 sind alle Kurzhubzylinder 5 zu einem kommunizierenden System zusammengeschlossen, so daß die in Schwimmstellung befindlichen Kurzhubkolben 6 vollen Formschluß der im Kraftfluß liegenden Funktionselemente herstellen und sich dadurch gleicher Druck in allen Kurzhubzylindern 5 einstellt. Diese Wirkung bleibt über den gesamten Ziehhub erhalten. Dabei befindet sich das Wegeventil 17 von der Verbindungsleitung 14 in Richtung Druckmittelbehälter 16 in sperrender Stellung. Parallel zum Wegeventil 17 ist das Druckbegrenzungsventil 24 angeordnet zur Absicherung des Hydrauliksystems vor Überlastung. Zur Realisierung "weicher" Druckübergänge bei Ziehbeginn kann das Wegeventil 17 auch als Stetigventil ausgebildet sein.

Mit Entlastung der Druckbolzen 7 nach dem Ziehvorgang erfolgt die Rückförderung des Druckmittels aus dem Kompensationsraum 22 in die Kurzhubzylinder 5, wodurch die Kurzhubkolben 6 ihre Ausgangslage erreichen. Zur Rückführung der Kurzhubkolben 6 und des Kompensationskolbens 11 in ihre Ausgangslage erfolgt die Beaufschlagung des Druckmittels mit Pneumatikdruck über die Druckregeleinrichtung 15 und das Wegeventil 21. Der im Druckmittelbehälter 16 anliegende Druck bewirkt durch die Differenzfläche eine entsprechende Kraft, die den Rückfluß des Druckmittels aus dem Kompensationsraum 22 gewährleistet.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, besitzt die Druckbolzenplatte 3 eine genormte Anzahl von Druckbolzenpunkten 25. Der Bedarf dieser einzelnen Druckbolzenpunkte 25 je Werkzeug ist bekanntlich sehr unterschiedlich. Neben den Möglichkeiten des Bestückens aller oder der jeweils nur für ein Werkzeug erforderlichen Druckbolzenpunkte 25 mit Kurzhubzylindern 5 wird vorgeschlagen, nach einer empirisch festgestellten notwendigen Druckbolzenpunktebelegung für Werkzeuge in einem bestimmten Zeitraum Kurzhubzylinder 5 zu betreiben und nur die nach jeweiligem Werkzeug erforderlichen Druckbolzenpunkte 25 mit Druckbolzen 7 auszustatten oder die jeweils nicht erforderlichen Druckbolzenpunkte 25 durch "Drucklosschalten" der nicht benötigten Kurzhubzylinder 5 außer Betrieb zu setzen. Dabei ist die Herausnahme der Druckbolzen aus der nicht dargestellten Werkzeugaufspannplatte keine Bedingung. Für den Anwendungsfall "Drucklosschalten" ist jedem Kurzhubzylinder 5 ein Wegeventil 26 und zusätzlich allen Kurzhubzylindern 5 gemeinsam das Wegeventil 27 zugeordnet. Die Wegeventile 26 und 27 sind zwischen den Kurzhubzylindern 5 und dem Druckmittelbehälter 16 angeordnet und in Reihe geschaltet. Sie ermöglichen, daß die für ein Werkzeug nicht benötigten Kurzhubzylinder 5 druckentlastet und damit außer Betrieb gesetzt werden. Bei Bedarf kann die Anzahl der Kurzhubzylinder 5 für jedes Werkzeug angepaßt werden. Dazu sind die Kurzhubzylinder 5 in ihrer räumlichen Anordnung veränderbar bzw. ab- und nachrüstbar. Bei Veränderung der Anzahl der Druckbolzen 7 und/oder der Teilegeometrie bzw. der Längendifferenz 8 ist eine Volumenänderung des Kompensationsraumes 22 mittels der Hubbegrenzung 13 zweckmäßig.


Anspruch[de]
  1. 1. Längenkompensationseinrichtung in einer Klemmeinrichtung zwischen Ober- und Unterwerkzeug einer Presse zum Erreichen der Blechhaltekraft, bei der auf einer Druckbolzenplatte (3) eine Mehrzahl von untereinander fließverbundenen Kurzhubzylindern (5) angeordnet sind, deren Kurzhubkolben (6) jeweils mit Druckbolzen (7) wirkverbunden sind und diese im Zusammenwirken zwischen Ober- und Unterwerkzeug das umzuformende Blech einspannen, dadurch gekennzeichnet,

    daß die Kurzhubzylinder (5) druckmittelseitig mit einem Kompensationszylinder (10) so wirkverbunden sind, daß das vor Ziehbeginn durch Kraftwirkung in den Druckbolzen (7) über den Verdrängerhub (9) in den Kurzhubzylindern (5) verdrängte Druckmittel im Kompensationsraum (22) des Kompensationszylinders (10) aufgenommen wird.
  2. 2. Längenkompensationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden entsprechend der verschiedenen Werkzeuge in einer Werkzeugspannplatte vorhandenen Druckbolzenpunkte (25) jeweils ein Kurzhubzylinder (5) auf der Druckbolzenplatte (3) angeordnet sein kann.
  3. 3. Längenkompensationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzhubzylinder (5) in ihrer Anordnung auf der Druckbolzenplatte (3) entsprechend der Werkzeuganforderungen veränderbar sind.
  4. 4. Längenkompensationseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kurzhubzylinder (5) separat drucklos schaltbar ist.
  5. 5. Längenkompensationseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Kompensationsraumes (22) und damit der Kompensationshub (12) durch eine verstellbare Hubbegrenzung (13) veränderbar ist.
  6. 6. Längenkompensationseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzhubzylinder (5) und der Kompensationszylinder (10) im gleichen Bewegungssystem angeordnet sind und keine Relativbewegung zueinander ausführen.
  7. 7. Längenkompensationseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung "weicher" Druckübergänge bei Ziehbeginn das Wegeventil (17) als Stetigventil ausgebildet sein kann.






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