AT507111A1 - Presse - Google Patents

Description

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Presse

Die Erfindung betrifft Pressen und insbesondere deren Stempel bzw. Tische, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Technik des Pressens ist seit Langem bekannt und betrifft das plastische Umformen eines Werkstückes zwischen einem Tisch, auf dem die sogenannte Matrize als Werkzeug angeordnet ist, und einem Stempel, auf dem ein zur Matrize passendes Gegenwerkzeug befestigt ist. Tisch und Stempel werden relativ zu einander linear bewegt, wobei 10 üblicherweise der Tisch stillstehend unterhalb des Stempels angeordnet ist. Üblicherweise erfolgt die Bewegung mittels hydraulischer Aktuatoren, es sind aber auch Exzenterpressen und Pressen mit anderen Antrieben bekannt. Für die vorliegende Erfindung werden auch die Stanzvorrichtungen, bei denen das 15 Werkstück nicht einfach nur plastisch verformt wird, sondern bei denen es zum lokalen Durchtrennen des Werkzeuges und so zur Ausbildung von Ausnehmungen oder Öffnungen im Werkstück kommt, das somit nach der Bearbeitung in zumindest zwei Teile getrennt ist, während dies beim Pressen im engeren Sinne vermieden wird, als unter die Pressen fallend angesehen, 20

Es gibt noch, abhängig von der Führung der Kräfte zwischen dem Tisch und dem Stößel, verschiedene Einteilungen, beispielsweise die Einständer-Presse, die im Querschnitt im wesentlichen „C-Form“ aufweist, oder die Mehrständer-Pressen, bei denen mehrere Ständer um den Tisch herum angeordnet sind, wodurch die elastischen Deformationen der 25 Bauteile während des Arbeitsganges symmetrisch zu verschiedenen Hauptebenen der Presse verlaufen. Schließlich gibt es noch parallelkinematisch aufgebaute Pressen, bei denen die Presskraft nicht von einem Fundament über ein Gerüst samt Haupt und von dort auf den Stößel übertragen wird, sondern bei denen zwischen Tisch (im weitesten Sinn) und Stößel direkt wirkende Aktuatoren vorgesehen sind, die auch die Führungsaufgabe 30 übernehmen.

Ein davon imabhängiger, aber für die am Werkstück erzielten Resultate sehr wesentlicher Punkt ist die Deformation des Werkzeuges und des Tisches bzw. des Gegenwerkzeuges • · • · -2- und des Stößels während des Pressvorganges, da bei deren Deformation das Werkstück nicht wie geplant entsteht sondern auf zumeist nicht vorhersehbare Weise deformiert wird. Um dies zu vermeiden, ist es nun einerseits möglich, das Werkzeug vorzuspannen, dh in den Bereichen, in denen die Deformationen von Tisch und Stößel erfahrungsgemäß groß 5 sind, unter das Werkzeug Abstandhalter einzulegen. Dies hat den Nachteil, dass das Werkzeug nur mehr punktuell auf seiner Aufspannplatte aufliegt und daher sehr hohen lokalen Beanspruchungen ausgesetzt ist, was seine Lebensdauer beschränkt. Die andere Möglichkeit ist, das Werkzeug extrem steif auszubilden, wodurch es wieder schwer und teuer wird. 10

Prinzipiell bemüht man sich daher, Tisch und Stößel so steif als möglich auszubilden, dabei ist insbesondere beim Stößel das Problem zu berücksichtigen, dass er ja oszillierend auf und ab bewegt wird, was wiederum die Forderung nach besonders leichter, massearmer Bauweise hervorruft. 15

Um nun diese wiederstrebenden Forderungen bestmöglich zu erfüllen, schlägt die Erfindung vor, den Stößel und/oder den Tisch einer Presse in zwei, in Pressrichtung gesehen, hintereinander liegende Teile zu teilen, zwischen denen verstellbare Verbin-dungsteile vorgesehen sind. Dabei dient der das Werkzeug tragende Teil, der 20 Werkzeugträger, der Schaffung möglichst vieler und eng aneinanderliegender Unterstützungspunkte für das Werkzeug und der dem Antrieb bzw. dem Fundament zugewandte Teil, der über die Verstellvorrichtungen den Werkzeugträger haltet, als Halteteil. Die Verstell Vorrichtungen sind nun individuell in ihrer Länge so verstellbar, dass beim Pressvorgang das Werkzeug geometrisch die Solllage und Sollform einnimmt und dabei 25 wegen der zahlreichen Auflagepunkte am Werkzeugteil keinen übermäßigen lokalen Spannungen ausgesetzt ist.

Die Erfindung betrifft auch die Ausgestaltung des Werkzeugteils und des Halteteils und die verschiedenen Formen für die Verstellvorrichtungen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt bzw. zeigen: 30 ·· ♦ ·· • ♦ ♦ · · • · • · • ♦ • · • · • · ·· ··· ·· ♦ · ··· · ··· ·· -3- die Fig. la bis Fig. lc rein schematisch drei unterschiedlich aufgebauten Pressen und deren Verformung während des Pressvorganges, die Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Stößel in perspektivischer Ansicht, die Fig. 3 eine mechanische Verstelleinheit, 5 die Fig. 4 eine Presse nach dem parallelkinematischen Prinzip mit erfindungsgemäßem Aufbau von Stößel und Tisch in perspektivischer Ansicht und die Fig. 5 eine Variante in einer Ansicht gemäß Fig. 4.

Die Fig. 1 zeigt, rein schematisch, drei unterschiedlich aufgebaute Mehrständerpressen, 10 wobei die einander entsprechenden Teile ungeachtet ihrer unterschiedlichen, von der Bauart abhängenden, Ausbildung, mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Die beiden oberen Darstellungen zeigen Mehrständerpressen mit herkömmlichem Aufbau, mit einem Pressengerüst 10, einem Tisch 20 und einem Stempel 30. Während des Arbeits-15 Vorganges spreizen sich die oberen und unteren Gerüstabschnitte polsterförmig auf, da die Presskräfte im Wesentlichen zentral eingeleitet werden.

Bei der linken Darstellung Fig. la mit im Wesentlichen symmetrischer Ausbildung von Tisch 20 und Stößel 30, bei der die Presskraft im Wesentlichen zentral übertragen wird, 20 kommt es zu einer hauptsächlichen Deformation am Rand der horizontalen Tischbereiche 21 und der horizontalen Stößelbereiche 31, somit den Aufspannflächen für das Werkzeug und das Gegenwerkzeug, somit zu konvexer Deformation, da die Randbereiche der Aufspannplatten die schwächste Unterstützung besitzen. 25 Bei der Ausbildung nach der rechten Darstellung, Fig. lb mit einem flächig verankerten und ausgebildeten Pressentisch 20 wird dieser bzw. eigentlich die Aufspannfläche 21 konkav verformt, während die Aufspannfläche 31 analog wie im linken Beispiel deformiert wird, wobei aber zufolge der nun am Rand auftretenden Reaktionskräfte das Ausmaß der Deformation größer ist als beim linken Beispiel.

Die Prinzipdarstellung im unteren Bereich, Fig. lc zeigt analog dazu die Deformation einer parallelkinematisch aufgebauten Presse, bei der das Pressengerüst aus Aktuatoren besteht, die während des Arbeitsvorganges praktisch ausschließlich auf Zug beansprucht sind und 30 ►····« • · · · · · • · · · · · • ··· · · « • · ·· ·· 4-somit keiner aus ihrer Längsachse fallenden Deformation unterliegen und wobei die Aufspannplatten 21, 31 zufolge des durch den parallelkinematischen Aufbau bedingten Schließens der kinematischen und dynamischen Kette durch Tisch und Stößel die Deformation praktisch invers zu der bei der Presse gemäß Fig. la oben erfolgt.

Um diese Deformation der Aufspannplatten 21, 31 zumindest im Wesentlichen zu verhindern, schlägt die Erfindung vor, den Stößel und/oder den Tisch, wie oben bereits erwähnt, in Pressrichtung zu unterteilen.

Die Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Erfindung anhand eines Stößels 30. Dieser besteht im Wesentlichen aus einem Halteteil 33, in Fig. 2 eingerahmt, und einem Werkzeughalter 32, dessen (nicht sichtbare) Unterseite 31 die Aufspannplatte darstellt; dazu kommen noch die nicht dargestellten Verstellvorrichtungen an den dafür vorgesehen Verstellpunkten 34.

Der Halteteil 33 hat die Aufgabe, den Werkzeugträger 32 in Position zu halten und ihn unter Berücksichtigung der zu erwartenden Presskräfte so vorzuspannen, dass die Deformation seiner Spannfläche 31 im Zuge des Pressvorganges minimal bleibt bzw. wird. Zu diesem Zweck muss er einerseits mit dem Aktuator für die Presse verbunden sein, im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Krafteinleitung über die vier Lagerstellen 35, was insbesondere für parallelkinematisch aufgebaute Pressen günstig ist, und einem dreidimensionalen Stabwerk 37, das die in die Lagerstellen 35 eingeleiteten Kräfte in die Verstellpunkte 34 leitet. Die Lagerstellen 35 sind an Flügeln 38 vorgesehen, die auch Verbindungsstücke 39 zum Werkzeugträger 32 aufweisen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind fünf Verstellpunkte 34 und damit Verstell Vorrichtungen vorgesehen, ein groß dimensionierter im Zentrum und vier kleiner dimensionierte in der Mitte einer jeden Außenkontur des Werkzeugträgers 32.

Der Werkzeugträger 32 selbst hat Kastenform, d.h. er besteht aus einem in der Normalebene zur Pressrichtung liegenden Raster, das die Spur der in Pressrichtung verlaufenden Außenwände und der Innenwände darstellt. Durch diese Gitterkonstruktion mit relativ hohen (in Pressrichtung verlaufend) Wänden 36, deren Abstand B voneinander kleiner ist als ihre Höhe, erreicht man eine sehr leichte und dabei in Pressrichtung sehr steife ·· ♦ ·· ♦♦ *· *· Λ • ···· · ♦ ·· · · · • · ·· ·· · · · · * • · · · ♦ ♦·· · t ·♦· -5-

Konstruktion. Durch die Möglichkeit, den Abstand B klein zu wählen, gelangt man zu einer ganzen Reihe von Aufspannpunkten für das Werkzeug, die genau und zuverlässig in einer Ebene liegen. Die Verbindungsstücke 39 sind an den Ecken des Werkzeugträgers 32 befestigt und nehmen im Wesentlichen die einerseits vom Gewicht und der Trägheit des Werkzeugträgers und andererseits die von den Spannkräften herrührenden Zugkräfte auf; die Verstellpunkte 34 sind nur zur Übertragung von Drücken geeignet.

Selbstverständlich ist der Aufbau eines Stempels 30 auf auch andere Weise möglich, so ist bei der Verwendung in einer herkömmlichen Presse mit zentraler Krafteinleitung natürlich die Lage der Lagerstellen 35 zentral oberhalb des Halteteils 33, der dann mehr die Form eines Pyramidenstumpfes hat. Auch in diesem Fall ist allerdings der Werkzeugträger 32 im Wesentlichen so aufzubauen wie dargestellt, Anpassungen an den Umriss der möglichen Pressfläche und an die zur Verfügung stehenden Höhe, die ja bei bestehenden Pressen bereits vorgegeben ist, können dabei berücksichtigt werden. Selbstverständlich kann auch die Zahl der Verstellpunkte 34 für die Verstellvorrichtungen größer und in manchen Fällen kleiner als im dargestellten Beispiel gewählt werden, dies ist in Kenntnis der Erfindung, des Pressentyps und der Pressengröße, der Art des Werkzeugs und des Werkstücks und der Presskraft vom Fachmann, der sich ja mit den Deformationen des Stößels und Tisches stets auseinander zu setzen hat, leicht zu berechnen.

Die Fig. 3 zeigt die einfachste aller möglichen Verstellvorrichtungen 40, eine entsprechend groß dimensionierte Schraube, die mit ihrem Gewinde 41 in ein entsprechend dimensioniertes Gegengewinde des Halteteils 33 am Verstellpunkt 34 geschraubt und in passender Winkellage fixiert wird.

Selbstverständlich ist es möglich, andere Verstellvorrichtungen zu verwenden, man kann hier, wenn eine Kraftübertragung über das Gewinde nicht erwünscht ist, Schrauben mit unterschiedlicher Kopfhöhe bzw. Unterlegscheiben nach dem Baukastenprinzip vorbereiten und passend einsetzen oder auch, was insbesondere bei häufigem Wechsel der Art der Werkstücke und damit häufiger Anpassung, günstig ist, hydraulische Stellzylinder einsetzen. Diese ermöglichen es auch, auf geänderte Betriebsparameter Rücksicht zu nehmen, beispielsweise geänderte Temperatur in der Maschinenhalle udgl. mehr. ·· • · • · • · • · ·· • · · ··· · · ··· • · · · · · Ä · ··· ·· ·· ·· ·· -6-

Die Fig. 4 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel einer parallelkinematisch aufgebauten Presse mit praktisch identischer Ausbildung von Tisch und Stößel, wodurch sowohl die Investition als auch die Lagerhaltung für Wartung und Ersatzteile deutlich reduziert werden kann, und wozu noch folgendes auszuführen ist: 5

Ein Halteteil 23, aufgebaut wie der Halteteil 33 der Fig. 2, ist mit der dortigen Oberseite nach unten gerichtet als Basis eines Tisches verwendet. Zu diesem Zweck ist der Halteteil 23 mit Füßen 24 versehen, die, passend befestigt, am Untergrund ruhen und dort fixiert sind. Der Halteteil 23 hält einen Werkzeugträger 22 mit einer Spannplatte 21 über mehrere 10 Verstellvorrichtungen 40 mit der gewählten Vorspannung in Position. Dadurch wird die Spannplatte 21 des Werkzeugträgers 22 in die gewünschte Lage und Vorspannung gebracht, das Werkzeug 50 ist passend auf der Spannplatte 21 befestigt.

In Pressrichtung P oberhalb dieses Tisches befindet sich, um eine Normalebene zur 15 Pressrichtung P gespiegelt, ein im Wesentlichen mit dem Tisch identischer Stößel 30, mit einem Werkzeugträger 32 und einem Halteteil 33 und entsprechend zwischen den beiden Bauteilen eingelegten bzw. vorgesehenen und vorgespannten Verstell Vorrichtungen 40.

Die Führung der Relativbewegung zwischen Tisch und Stößel übernehmen zwei 20 Führungen 42 (in zylindrischer Form), die nur schematisch angedeutet sind. Selbstverständlich ist jede andere Art von Führung möglich, insbesondere kann, bei entsprechender Wahl der Anzahl der Aktuatoren (Zylinder-Kolben-Einheiten 11), deren Fußpunkte und deren Kopfpunkte, die Vorrichtung als ausschließlich parallelkinematisches Gebilde ausgeführt werden und bedarf dann keinerlei Führung. 25

Die Presskraft wird nun durch vier Aktuatoren, nämlich hydraulische Zylinder-Kolben-Einheiten 11, aufgebracht. Zur Erhöhung der Presskraft (dabei sind die hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheit 11 auf Zug beansprucht) werden axial hintereinander geschaltete Kolben und Zylinder verwendet, wie aus der Führung der angedeuteten Hydraulikleitungen 30 12 hervorgeht.

Eine Variante der Erfindung ist aus Fig. 5 ersichtlich. Dabei ist sowohl im Tisch als auch im Stößel jeweils ein Werkzeugträger 32 vorgesehen, der rechteckigen Querschnitt

• · · ··· · · ··· ·· · ·· · · ··· ·· ·· ·· ·· -7- aufweist und daher mit entsprechend mehr, nämlich acht Verstellpunkten 34 gegenüber dem zugeordneten Halteteil 33 vorgespannt ist. Der Halteteil ist selbstverständlich ebenfalls mit rechteckigem Grundriss versehen und weist ein daran angepasstes Stabwerk zur Kraftverteilung auf. Es ist bei einem Vergleich der Fig. 4 und der Fig. 5 leicht 5 ersichtlich, dass es nicht notwendig ist, den Halteteil bei der größeren Pressfläche merklich höher oder schwerer zu bauen als bei der kleineren dies ist ein Vorteil, den die Erfindung ermöglicht: Die Deformation des Halteteils 32 kann bei der Bestimmung der Vorspannung mit berücksichtigt werden und spielt somit keine Rolle, soweit nur die Festigkeit selbst nicht beeinträchtigt wird. Dadurch wird eine Massenerspamis beim Stößel erreicht, die 10 kubisch mit den linearen Abmessungen des Stößels ansteigt, wodurch überraschenderweise an Investitionskosten, Erhaltungskosten und Energie ganz enorm gespart wird.

Zu den Aufspannplatten 21, 31 soll noch ausgefiihrt werden, dass diese im Vergleich zum Stand der Technik deutlich dünner ausgebildet werden können (bei einem durchge-15 rechneten Beispiel ca. 120 mm statt 310 mm), ohne dass dadurch eine unzulässige Deformation eintritt. Dies ist auf die entsprechende Vorspannung und die mechanische Stabilität des Werkzeugträgers 32 zurückzuführen.

Die Darstellungen gemäß Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele, die vielfach abge-20 wandelt werden können. So kann insbesondere die Aufbringung der Presskraft P anders erfolgen und es kann die Führung des Stempels bezüglich des Tisches auf andere Weise erfolgen. Letztlich lässt sich das erfindungsgemäße Prinzip der gewollten und vorbestimmten Vorspannung der Aufspannplatten 21, 31 auch bei Pressen anwenden, die nicht kraftbestimmt sind, sondern, beispielsweise wie die Exenterpressen oder Kniehebel-25 pressen, wegbestimmt. Dies ist für den Fachmann auf dem Gebiete des Pressenbaus klar und eine entsprechende Anwendung auf dem Gebiet der anders aufgebauten Pressen bringt keine Probleme mit sich.

Der Werkzeughalter muss nicht den dargestellten Kastenaufbau aufweisen, sondern kann 30 verschiedentlich abgewandelt werden: So können statt der quadratischen Ausbildung der umschlossenen Räume rechteckige oder auch dreieckige oder sechseckige Formen gewählt werden. Die äußeren Wände, die ja nur einerseits von den inneren Wänden stabilisiert werden, können entsprechend dicker und damit stabiler ausgebildet sein, um ein Ausbeulen — ·· · ·« t« t« ·· • · · • · · • · ·· · · ♦·· • · · · · · -8- bzw. Knicken zuverlässig zu verhindern. Die Einleitung der Haltekräfte über die Verbindungsstücke 39 kann an anderen Stellen als dargestellt erfolgen, die abgebildete Lösung ist aber wegen des guten Kraftflusses direkt in die Flügel 38 in den meisten Fällen optimal. Wenn der Antrieb allerdings, wie bei herkömmlichen Pressen üblich, zentral (von 5 oben) angreift, zu überdenken; eine ebenfalls zentrale Befestigung ist dann vorzuziehen.

Die Materialien sind die aus dem Pressenbau bekannten Werkstoffe und dem Fachmann geläufig. Bei der Dimensionierung kann, wie bereits erwähnt, wegen der in weiten Grenzen zu wählenden Vorspannung, ohne jeden Nachteil eine Gesamtdeformation 10 akzeptiert werden, die eine deutliche Gewichtserspamis möglich macht.

Claims (9)

1. SS» %· ·· ·« ·· ·· ·· ·· • · ♦ · • • • · • • • • · • • • · • • • ft* • • ··· • • · • • · • ··· ·· ·· ·· ·· -9- P43520 Patentansprüche: 1. Presse mit einem Tisch und einem Stößel, die relativ zueinander mittels eines Antriebes bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (30) und/oder 5 der Tisch (20) der Presse in zumindest zwei, in Pressrichtung (P) gesehen, hintereinander liegende Teile, einen Werkzeughalter (22, 32) und einen Halteteil (23, 33) zu teilen, zwischen denen in ihrer Länge verstellbare Verbindungsteile (40) vorgesehen sind.
2. 2. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (22,32) 10 durch eine Mehrzahl von Wänden, die parallel zur Pressrichtung (P) varlaufen, in quaderförmige Bereiche unterteilt ist und an seiner vom Halteteil (23, 33) abgewandten Seite eine Aufspannplatte (21,31) für das Werkzeug (50) trägt.
3. 3. Presse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Quader einen dreieckigen, rechteckigen, quadratischen oder sechseckige Querschnitt aufweisen.
4. 4. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteteil (23, 33) aus einem Stabwerk gebildet ist.
5. 5. Presse nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Halteteil (23, 33) Aktuatoren, bevorzugt hydraulische Zylinder-Kolben-Einheiten (11), angreifen.
6. 6. Presse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteteil (23) Teil des 20 Tisches (20) ist und auf Füßen (24) ruht).
7. 7. Presse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in ihrer Länge verstellbaren Verbindungsteile (40) an Verstellpunkten (34) zwischen dem Werkzeugträger (22, 32) und dem Halteteil (23, 33) angeordnet sind und unter Druck stehen.
8. 8. Presse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Werkzeugträger (22, 32) und dem Halteteil (23, 33) Verbindungsstücke (39) angeordnet sind, die auf Zug belastet sind.
9. 9. Presse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Werkzeugträger (22, 32) und dem Halteteil (23,33) Führungen (42) 30 angeordnet sind.