DE102004006126B4

DE102004006126B4 - Presse mit verriegeltem Stößel

Info

Publication number: DE102004006126B4
Application number: DE200410006126
Authority: DE
Inventors: Horst Baltschun
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-02-07
Filing date: 2004-02-07
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2024-02-08
Also published as: DE102004006126A1

Abstract

Hydraulische Presse mit einem Untergurt (1) sowie einem Stößel (2), der gegen den Untergurt (1) zu bewegen ist, und Verriegelungsvorrichtungen, die den Stößel (2) in einer abgesenkten Position mit Zugstangen verriegeln, die zwischen Untergurt (1) und Stößel (2) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die abgesenkte Stellung die unterste Stellung des Stößels (2) ist und dass die Verriegelungsvorrichtungen (4) durch hydraulische Zylinderkolbeneinheiten gebildet werden, deren Kolbenstangen die Zugstangen (5) sind, wobei die Verriegelungsvorrichtungen (4) über die druckbeaufschlagten Zylinderkolbeneinheiten den Stößel (2) und den Untergurt (1) verspannen, sodass Stößel (2) und Untergurt (1) eine vorgespannte Einheit bilden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine kompakte hydraulische Presse für Tiefzieh-, Feinschneid- und IHU-Umformung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2.
A-Tiefziehen
Zum Umformen von Ziehteilen muss das auf ein Umformwerkzeug aufgelegte Werkstück gehalten werden, wobei das Werkstück zwischen einem speziellen Blechgegenhalter – im weiteren „Blechhalter" genannt – und dem herabfahrenden Oberwerkzeug eingeklemmt wird. Dabei muss die vom Stößel während des Niedergangs aufgebrachte Kraft über ein nachgebendes Polster einer Gegenkraft entgegenwirken; diese Gegenkraft wird auf den Blechhalter durch eine darunter liegende Traverse – auch Ziehkissen genannt – aufgebracht.
Nach dem Tiefziehen wird das Werkzeug geöffnet und das Werkstück ausgeworfen.
B-Feinschneiden
Beim Herstellen von Feinschneidteilen wird zwischen Pressplatte und Schneidstempel bzw. Schneidplatte und Gegenhalter ein Werkstück, beispielsweise ein Blech, eingeführt. Oberteil und Unterteil des Werkzeuges werden geschlossen und der Werkstoff innerhalb und außerhalb der Schnittlinie mittels einer Ringzacken- und Gegenkraft eingespannt. Pressplatte und Schneidplatte werden relativ zum Schneidstempel und Gegenhalter geführt und so das Werkstück aus dem Werkstoff geschnitten. Dabei muss der vom Stößel während des Schneidvorgangs aufgebrachten Kraft eine Gegenkraft über ein nachgebendes Polster entgegenwirken; diese Gegenkraft wird auf der Ringzacke durch eine darüber liegende Traverse erzeugt. Nach dem Ausschneiden wird das Werkzeug geöffnet, das Stanzgitter abgestreift und das Werkstück ausgeworfen.
C-Innenhochdruckumformen
Das Rohteil wird in ein geteiltes Werkzeug gelegt und hydraulisch allseitig geschlossen. Axial anfahrende Stempel dichten das Bauteil ab und führen das Innendruckmedium zu. Bei gleichseitigem Aufbau des Innendrucks bzw. der Axialkraft wird das Ausgangsrohteil an die Innenkontur des Werkzeugs angeformt. Nach dem Expandiervorgang werden die Werkzeuge entlastet, der Stößel geöffnet und das Teil entnommen.

A-Tiefziehen

Beim herkömmlichen Tiefziehen bemisst sich der erforderliche Arbeitsaufwand, der als Gegenkraft auf den Blechhalter über ein mit Luft- oder Hydraulikmedium beaufschlagtes Ziehkissen aufgebracht wird, aus dem Produkt Gegenkraft x Weg, dabei wird die erzeugte Energie in Wärme umgesetzt. Der Stößel bewegt sich beim Schließen des Werkzeugs von oben nach unten.

Um diese Verluste zu vermeiden, wurden Ziehpressen vorgeschlagen, die mit mechanisch betätigten Blechhaltern arbeiten. Derartige mechanische Blechhalterungen arbeiten über Hebelsysteme, die mit hohem mechanischen und finanziellen Aufwand verbunden sind. Insbesondere musste bei derartigen Pressen der Maschinenkörper die volle Press- und Blechhalterkraft aufnehmen.

Bei den Ausführungen nach DE 40 28 921 A1 , DE 41 28 973 A1 , DE 40 28 920 A1 wird der Energieverlust durch einen am Pressenstößel über Zugstangen und Hydraulikzylinder gekoppelten Blechhalter gemindert. Auch diese Vorrichtungen sind mit hohem mechanischen und finanziellen Aufwand verbunden.

In der Ausführung nach DE 102 15 003 A1 wird für eine Tiefziehpresse eine Lösung mit gekoppelter Blechhaltertraverse vorgeschlagen, bei der die Energieverluste vermieden werden. Diese Maschinen benötigen eine Ziehkissentraverse, die mit dem Stößel gekoppelt ist, und Druckbolzen, die die Kräfte auf den einzuspannenden Werkstoff übertragen.

B-Feinschneiden

Bei herkömmlichen Feinschneidpressen wirkt die Kraft des Ringzackenzylinders, der meist im oberen Querhaupt des Maschinenständers angeordnet ist, der Schneidkraft entgegen. Die Gegenkraft des Ringzackenzylinders kann bis zu 50 % der Arbeitskraft betragen. Damit wird aber die Leistung der gesamten Vorrichtung erheblich gemindert. Der Stößel bewegt sich beim Schließen des Werkzeugs von unten nach oben.

Zur Lösung dieses Problems schlägt die DE 199 29 163 C1 vor, dass der Ringzackenzylinder mit Kompensationszylindern, die unterhalb des Pressenstößels angeordnet sind, verbunden wird und sich gegen das untere Querhaupt abstützt. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass zusätzlich zum Ringzackenzylinder vier Kompensationszylinder unter dem Stößel angeordnet sind, die über Ventile gesteuert werden und mit langen Verbindungsleitungen mit dem Ringzackenzylinder verbunden sind, die bei Arbeitsbeginn auf den Verdrängerdruck verdichtet werden müssen Das mindert die Zyklenzeit und verringert die Ausbringung von Feinschneidteilen. Bei Arbeiten mit Folgeverbundwerkzeugen, die aus mehreren Stationen bestehen und über die Länge des Stößels angeordnet sind, werden von den Werkzeugbauern mechanische Kraftbrücken zu den in der Maschinenmitte befindlichen Druckbolzen eingebaut, oder die außerhalb der Maschinenmitte befindlichen Stationen erhalten eigene Verdrängerzylinder, die im Werkzeug integriert sind. Diese zusätzlichen Verdrängerzylinder wirken der Arbeitskraft entgegen und mindern die Leistung der Maschine.

Eine weitere Lösung schlägt die DE 196 42 635 A1 vor. Hier ist der Ringzackenzylinder in einer eigenen Traverse angeordnet; der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass die Traverse den gesamten Stößelhub ausführt und beim Schließen des Werkzeuges über die Eilgangzylinder angehoben werden muss; diese zusätzliche Eilgangzustellung der Traverse ist ebenfalls mit einem erhöhten Energieverbrauch verbunden; zusätzliche Stützzylinder streifen das Stanzgitter ab und fahren die Traverse in die Ausgangsposition.

In der Ausführung nach DE 102 15 003 A1 wird für eine Feinschneidpresse eine Lösung mit gekoppelter Ringzackentraverse vorgeschlagen, bei der die Energieverluste vermieden werden. Diese Maschinen benötigen eine Ringzackentraverse, die mit dem Stößel gekoppelt ist, und Druckbolzen, die die Kräfte auf den einzuspannenden Werkstoff übertragen.

Wesen der Erfindung

Erfindungsgemäß wurde ein Maschinenkonzept geschaffen, das für verschiedene Umformverfahren, z.B. Tiefziehen, Feinschneiden und IHU-Umformen, eingesetzt werden kann.

Der Pressenstößel wird nach dem Zustellhub über hydraulische Verriegelungszylinder mit dem festen Teil der Presse in wenigen Millisekunden verriegelt und vorgespannt.

Die Reaktionskräfte der Arbeits-, Blechhalter- und Ringzackenzylinder stützen sich über den verriegelten Stößel im Untergurt bzw. Obergurt ab, sodass diese Zylinder keinen Zustellhub ausführen und somit geringe Kompressionsvolumen aufweisen.

Die Blechhalter- bzw. Ringzackenzylinder sind als Kurzhubzylinder ausgebildet und gewähren eine hohe Regeldynamik.

Die Presse ist für große außermittige Belastungen geeignet, da der Stößel mit dem Maschinenständer verriegelt wird und eine aufwändige Stößelführung entfallen kann.

Kurzbezeichnung der beigefügten Zeichnungen

1 Drei Halbschnittdarstellungen (OT, Arbeitshubbeginn, UT) durch eine Tiefziehpresse, bei der die Zustellzylinder im Untergurt, die Arbeits- und Verriegelungszylinder im Stößel und die Blechhalterzylinder an der Stößelunterseite angeordnet sind.

2 Drei Halbschnittdarstellungen (UT, Arbeitshubbeginn, OT) durch eine Feinschneidpresse, bei der die Zustellzylinder im Stößel, die Arbeits- und Verriegelungszylinder im Obergurt und die Ringzackenzylinder an der Oberseite der oberen Ringzackenplatte angeordnet sind.

3 Feinschneidpresse wie 2, der Stößel fährt von oben nach unten; die Ringzacken- und Arbeitszylinder wirken von unten nach oben und sind im Untergurt integriert.

4 Schnittdarstellung (Arbeitshubbeginn) durch eine Tiefziehpresse mit Arbeits- und Verriegelungszylinder im Stößel. Dieses Ausführungsbeispiel hat einen verstellbaren Festanschlag, der zwischen Stößel und Untergurt angeordnet ist, sowie doppeltwirkende Zylinder für den Stößelzustellhub und Membranblechhalterzylinder

5 Ausführung wie 1; die Arbeits-, Verriegelungs-, Zustell- und Blechhalterzylinder sind im Untergurt integriert.

6 Drei Halbschnittdarstellungen (OT, Arbeitshubbeginn, UT) durch eine Tiefziehpresse, wobei die Zustellzylinder im Untergurt, eine Stangenverriegelung im Stößel und die Blechhalterzylinder an der Stößelunterseite angeordnet sind.

7 Drei Halbschnittdarstellungen (OT, Arbeitshubbeginn, UT) durch eine IHU-Presse, bei der die Zustellzylinder im Untergurt, die Verriegelungszylinder im Stößel angeordnet sind.

8 Drei Ansichten einer Presse; die obere Ansicht zeigt die Durchbiegung der belasteten Presse in üblicher Anordnung von Folgeverbundwerkzeugen, in den unteren Ansichten sind die Werkzeuge bzw. Kurzhubzylinder so angeordnet, dass die Durchbiegung minimiert wird.

9 Drei Halbschnittdarstellungen (OT, Arbeitshubbeginn, UT) durch eine Stanzpresse mit Blechhalter und die Ansicht einer Stufenpresse für Stanz- und Umformarbeiten.

10 Schnitt durch eine Feinschneidpresse für -Transferwerkzeuge mit Arbeitszylinder, Traverse und Abstreifzylinder.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen detailliert erläutert.
1
Gezeigt wird eine Ziehpresse in drei Halbschnittdarstellungen, a) Stößel im oberen Umkehrpunkt (OT), b) Blech im eingespannten Zustand bei verriegeltem Stößel und c) Arbeitshubende im unteren Umkehrpunkt (UT).
1 zeigt eine Lösung, bei der der Stößel 2 nach dem Zustellhub 31 mit dem Untergurt 1 verriegelt wird und der Arbeitszylinder 40 den Arbeitshub 30 ausführt. Der Stößel 2 und das Werkzeug 20 werden über Zentrierbolzen 37 mit dem Untergurt 1 verbunden. Stößel 2, Untergurt 1 und Werkzeug 20 bilden eine kompakte Einheit; die Blechhalterzylinder 25 sind als Kurzhubzylinder ausgebildet und führen bei optimal abgestimmtem Werkzeug 20 einen Hub aus, der kleiner als 1 mm ist. Zur Abstimmung des Werkzeugs 20 zum Zustellhub 31 ist eine Distanzplatte 33 vorgesehen.
Im Stößel 2 sind Verriegelungsvorrichtungen 4 mit Zylinderkolbeneinheiten angeordnet, deren Kolbenstangen die Zugstangen 5 sind, die über Muttern 52 den Stößel 2 mit dem Untergurt 1 verbinden. Die Außendurchmesser der Kolben 7 sind um einen Ringquerschnitt kleiner als die Innendurchmesser der Druckräume 9. Die Zustellzylinder 14, die im Untergurt 1 angeordnet sind, halten bei verschlossenen Druckräumen 17 den Stößel 2 in der OT-Position (1a). Die Presse befindet sind in der oberen Ausgangsposition, die Druckräume 9 sind druckbeaufschlagt. Da die Zugstangen 5 und die Kolbenstangen 6 die gleichen Durchmesser aufweisen, befindet sich der Stößel 2 im Kräftegleichgewicht.
Beim Zustellhub 31 wird der Stößel 2 über die druckbeaufschlagten Druckräume 16 und den geregelten Druckmittelabfluss der Druckräume 17 nach unten gefahren, dabei wird das vorgespannte Druckmittel von den oberen in die unteren Druckräume 9, an den Außenkanten der Kolben 7 vorbei umgeschichtet, bis die Stößelunterkante auf die Distanzplatten 33 auftrifft. Gleichzeitig treffen die als Dichtkanten ausgebildeten Profile der Kolben 7 auf die Dichtungen 8 und trennen den einen Druckraum 9 in zwei Druckräume 9 und 10; die Dichtkanten der Kolben 7 können über Muttern 52 axial zur Dichtung 8 verstellt werden. Da die Druckräume 10 nur wenige cm³ Kompressionsvolumen aufweisen, wird bei Druckentlastung dieser Räume die Verriegelungskraft sofort wirksam. Die Kraft der Verriegelungsvorrichtung 4 muss größer sein als die Summe der Arbeits- und Blechhalteranpresskraft der Blechhalterzylinder 25 und Arbeitszylinder 40. Die Blechhalterzylinder 25 sind als Kurzhubzylinder ausgebildet und erlauben eine dynamische Blechhalterkraftregelung beim Ziehprozess.
Der mit dem Untergurt 1 verriegelte Stößel 2 kann große außermittige Belastungen aufnehmen, die durch einen oder mehrere Arbeitszylinder 40, die im Stößel 2 angeordnet sind, eingeleitet werden. In 1b ist die Presse mit verriegeltem Stößel 2 und eingespanntem Blech 24 der druckbeaufschlagten Blechhalterzylinder 25 dargestellt.
Alternativ kann die Haltekraft zum Tiefziehen aufgeteilt werden in einer Grundlast im äußeren Bereich und einer variabel regelbaren Haltekraft im inneren Bereich des Werkzeugs 20. Die äußere Grundlast wird durch die Verriegelungsvorrichtung 4 erzeugt und über die Werkzeugplatte 19 die aus festem und elastischem Material hergestellt ist auf den Blechhalter 23 übertragen. Die innere Haltekraft wird von den dynamisch regelbaren kurzhubigen Blechhalterzylindern 25 erzeugt und ebenfalls auf den Blechhalter 23 übertragen.
Der Arbeitszylinder 40, dessen Kolbenstange 42 mit dem Ziehstempel 22 des Werkzeugs 20 verbunden ist, führt den Arbeitshub 30 aus. Da der Arbeitszylinder 40 nur den Arbeitshub 30, aber keinen Zustellhub 31 ausführt und somit ein geringes Kompressionsvolumen aufweist, können dynamische Druckregelungen den Tiefziehprozess optimieren. Das Ende des Arbeitshubs 30 ist in 1c abgebildet.
Am Ende des Arbeitshubs 30 werden die Blechhaltezylinder 25 druckentlastet und die Druckräume 10 der Verriegelungsvorrichtung 4 druckbeaufschlagt, sodass sich ein Kräftegleichgewicht in den Druckräumen 9 und 10 einstellt, die Verriegelung ist aufgehoben. Der Stößel 2 wird über die druckbeaufschlagten Druckräume 17 nach oben gefahren. Das Werkstück 24.1 wird ausgestoßen, die Presse steht für einen erneuten Arbeitszyklus bereit. Alle Hydraulikzylinder haben sehr geringe Kompressionsvolumen und ermöglichen dynamische Druckregelungen der Blechhalter- und Arbeitskraft, sowie einen kurzen Arbeitszyklus.
2
Hier ist eine Feinschneidpresse mit einem Feinschneidwerkzeug 45 in drei Halbschnittdarstellungen abgebildet, a) Stößel im unteren Umkehrpunkt (UT), b) Blech mit eingepresster Ringzacke im eingespannten Zustand bei verriegeltem Stößel, c) Arbeitshubende im oberen Umkehrpunkt (OT).
2 zeigt eine Lösung, bei der der Stößel 2 nach dem Zustellhub 31 mit dem Obergurt 12 hydraulisch verriegelt wird. Der Stößel 2 und das Feinschneidwerkzeug 45 werden über Zentrierbolzen 37 mit dem Obergurt 12 verbunden. Stößel 2, Obergurt 12 und Feinschneidwerkzeug 45 bilden eine kompakte Einheit. Die Ringzackenzylinder 26 sind als Kurzhubzylinder ausgebildet und führen bei abgestimmtem Feinschneidwerkzeug 45 nach Eindrücken der Ringzackenkontur einen Hub aus, der kleiner als 1 mm ist. Zur Abstimmung des Feinscheidwerkzeugs 45 zum Zustellhub 31 ist eine Distanzplatte 33 vorgesehen.
Im Obergurt 12 sind Verriegelungsvorrichtungen 4 angeordnet, deren Kolbenstangen die Zugstangen 5 sind, diese verbinden den Stößel 2 fest mit dem Obergurt 12. Die Außendurchmesser der Kolben 7 sind um einen Ringquerschnitt kleiner als die Innendurchmesser der Druckräume 9, im oberen Bereich verringert sich dieser Durchmesser auf den Außendurchmesser des Kolbens 7. Die Zustellzylinder 14, die im Stößel 2 angeordnet sind, halten bei verschlossenen Druckräumen 16 den Stößel 2 in der UT-Position (2a). Die Presse befindet sind in der unteren Ausgangsposition, die Druckräume 9 sind druckbeaufschlagt. Da die Zugstangen 5 und Kolbenstangen 6 die gleichen Durchmesser aufweisen, befindet sich der Stößel 2 im Kräftegleichgewicht.
Beim Zustellhub 31 wird der Stößel 2 über die druckbeaufschlagten Druckräume 16 nach oben gefahren, dabei wird das vorgespannte Druckmittel von den oberen in die unteren Druckräume 9 an den Außenkanten der Kolben 7 vorbei umgeschichtet, bis die Stößeloberkante auf die Distanzplatten 33 auftrifft. Gleichzeitig treffen die Kolben 7 auf den verringerten Durchmesserbereich des Druckraums 9 und trennen den jeweiligen Druckraum 9 in zwei Druckräume 9 und 10. Da die Druckräume 10 nur wenige cm³ Kompressionsvolumen aufweisen, wird bei Druckentlastung dieser Räume die Verriegelungskraft sofort wirksam. Die Kraft der Verriegelungsvorrichtung 4 plus Gegenhalterzylinder 28 muss größer sein als die Summe der Arbeits- und Ringzackenanpresskraf der Ringzackenzylinder 26 und Arbeitszylinder 40. Die Ringzackenzylinder 26 sind als Kurzhubzylinder ausgebildet und erlauben eine dynamische Blechhalterkraftregelung beim Feinschneidprozess.
Der mit dem Obergurt 12 verriegelte Stößel 2 kann große außermittige Belastungen, z.B. von Folgeverbundwerkzeugen, aufnehmen, die durch einen oder mehrere Arbeitszylinder 40 eingeleitet werden. In 2b ist die Feinschneidpresse mit verriegeltem Stößel 2 und eingespanntem Blech 24 der druckbeaufschlagten Ringzackenzylinder 26 dargestellt.
Der Arbeitszylinder 40, dessen Kolben 41 mit dem Schneidstempel 27 verbunden ist, schneidet mit Arbeitshub 30 das Werkstück 24.1 gegen die Kraft des Gegenhalterzylinders 28 aus. Während des Arbeitshubs 30 presst der Ringzackenzylinder 26 die Ringzackenplatte 46 auf das Blech 24, ohne dabei einen Hub auszuführen. Arbeits- und Gegenhalterzylinder (40, 28) sind während des Arbeitshubs 30 über ein Ventil mit der Druckmittelquelle verbunden; dabei wird das Druckmittel des Gegenhalterzylinders 28 in den Arbeitszylinder 40 ohne Druckverluste umgeschichtet. Das Kompressionsvolumen beider Zylinder ist gering und ermöglicht es, den Feinschneidprozess durch dynamische Druckregelungen zu optimieren. Das Ende des Arbeitshubs 30 ist in 2c abgebildet.
Nach dem Arbeitshub 30 werden die Ringzackenzylinder 26 druckentlastet und die Druckräume 10 der Verriegelungsvorrichtung 4 druckbeaufschlagt, sodass sich ein Kräftegleichgewicht in den Druckräumen 9 und 10 einstellt; die Verriegelung ist aufgehoben. Der Stößel 2 wird über die druckbeaufschlagten Druckräume 17 nach unten gefahren. Der Gegenhalterzylinder 28 stößt das Werkstück 24.1 aus, Teile und Butzen werden ausgeräumt, der Stößel 2 erreicht die UT-Position, ein neuer Arbeitshub kann eingeleitet werden. Alle Hydraulikzylinder haben sehr geringe Kompressionsvolumen. Das ermöglicht beim gesamten Feinschneidprozess eine gute Dynamik mit kurzem Arbeitszyklus.
Alternativ können die Ringzackenzylinder 26 entfallen und die Ringzackenkraft durch die Verriegelungszylinder 4 erzeugt werden und über die Ringzackenplatte 46 die aus festem oder festem und elastischem Material hergestellt ist übertragen werden. Die Ringzackenkraft kann durch Abstimmung der Distanzplatten 33 zur Ringzackenplatte 46 optimiert werden.
3
Bei dieser Feinschneidpresse ist der Stößel 2 oberhalb des Untergurts 1 angeordnet, und die Zustellbewegung erfolgt von oben nach unten. Die Arbeits-, Ringzacken-, Zustell- und Verriegelungsvorrichtung (40, 26, 14 und 4) sind im Untergurt 1 angeordnet. Die Kolben 18 der Zustellzylinder 14 sind mit den Kolbenstangen 6 verbunden und bilden die Wirkfläche A4; die Wirkflächen A1 und A2 werden durch den Kolben 7 gebildet.
Beim Zustellhub 31 werden alle Wirkflächen A1, A2, A4 druckbeaufschlagt. Da die Wirkflächen A1 plus A4 größer sind als die Wirkflächen A2, fährt der Stößel 2 nach unten und schließt die Presse. Dabei wird das vorgespannte Druckmittel von den unteren in die oberen Druckräume 9 an den Außenkanten der Kolben 7 vorbei umgeschichtet, bis die Stößelunterkante auf die Distanzplatten 33 auftrifft. Gleichzeitig trennen die Kolben 7 die Druckräume 9 und 10. Da die Druckräume 10 nur wenige cm³ Kompressionsvolumen aufweisen, wird bei Druckentlastung dieser Räume die Verriegelungskraft über die Wirkfläche A2 sofort wirksam.
Der weitere Funktionsablauf des Feinschneidprozesses kann der Beschreibung von 2 entnommen werden.
Nach dem Arbeitshub 30 wird der Stößel 2 über die druckbeaufschlagten Wirkflächen A1 und A2 nach oben gefahren, die Wirkfläche A4 ist druckentlastet.
4
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Ziehpresse mit Werkzeug im Schnitt nach dem Zustellhub mit verriegeltem Stößel 2 und eingespanntem Blech 24 dargestellt. Alle Zylinder dieser Presse unterscheiden sich von der beschriebenen Ausführung nach 1.
Die Kolbenstangen 6 und Zugstangen 5 der Zylinderkolbeneinheiten der Verriegelungsvorrichtung 4 haben unterschiedliche Durchmesser, die Kolben 7 trennen die Druckräume 9 und 10, sie bilden die Wirkflächen A1 und A2. Die Kolbenstangen 15 bilden die Wirkflächen A3. Die Zugstangen 5 mit Kolben 7 sind fest mit dem Untergurt 1 verbunden. Mit der Einbauraumverstellung 51 kann der Zustellhub 31 auch für unterschiedlich hohe Werkzeuge 20 eingestellt werden. Im Werkzeug 20 können unterschiedliche Blechhaltezylinder (25A, B) und Membranzylinder 55 angeordnet werden, die auf Blechhalter mit unterschiedlicher Dicke (23A, B und C) drücken, um auch schwer zu verformende Werkstücke herzustellen. Da die Blechhalter- und Membranzylinder 25, 55 als Kurzhubzylinder ausgebildet sind und geringe Kompressionsvolumen aufweisen, können Druckänderungen den Tiefziehprozess optimieren und das Blech 24 sofort mit der gewünschten Widerstandskraft halten.
Die Membranzylinder 55 können als Kreis 55A, als Rechteck 55B oder als Zylinder mit beliebiger Kontur 55C im Werkzeug 20 ausgebildet werden und jeder Zylinder 55 kann mit beliebigem Druck beaufschlagt werden.
Im folgenden wird ein Arbeitszyklus dieser Ziehpresse beschrieben. Der Stößel 2 befindet sich in der OT-Position, die Druckräume 9, 10 und 17 sind druckbeaufschlagt und verschlossen. Beim Zustellhub 31 wird der Stößel 2 durch geregelten Druckmittelabfluss der Druckräume 17 nach unten gefahren, dabei wird das vorgespannte Druckmittel der Druckräume 10 in die Druckräume 9 über nicht dargestellte Ventile umgeschichtet, bis die Stößelunterkante auf die Einbauraumverstellung 51 auftrifft. Die Druckräume 10 werden mit dem Tank verbunden, und die Wirkflächen A1 der Druckräume 9 drücken den Stößel 2 gegen die Einbauraumverstellung 51. Die Blechhalterzylinder (25A, B) werden druckbeaufschlagt und spannen mit den unterschiedlich dicken Blechhaltern (23A, B, C) das Blech 24. Mit der Kraft des Arbeitszylinders 40 wird das Werkstück 24.1 tiefgezogen. Während des Tiefziehprozesses können die Kräfte der Blechhalter- und Arbeitszylinder (25, 40) durch dynamische Druckänderungen verfahrensbedingt optimiert werden.
Beim Ende des Arbeitshubs 30 werden die Druckräume 10 druckbeaufschlagt, die Stößelverriegelung ist beendet, und über die Wirkflächen A3 der Zustellzylinder 14 wird der Stößel 2 in seine OT-Position gefahren.
5
Gezeigt wird eine weitere Ziehpresse in drei Halbschnittdarstellungen, a) Stößel im oberen Umkehrpunkt (OT), b) Blech im eingespannten Zustand bei verriegeltem Stößel und c) Arbeitshubende im unteren Umkehrpunkt (UT).
5 zeigt eine Lösung, bei der alle Zylinder im Untergurt 1 angeordnet sind. Die Zugstangen 5 und die Kolbenstangen 6 der Verriegelungsvorrichtung 4 haben unterschiedliche Durchmesser, die Außendurchmesser der Kolben 7 sind um einen Ringquerschnitt kleiner als die Innendurchmesser der Druckräume 9, die Wirkflächen A1 und A2 befinden sich am Kolben 7. In den Kolbenstangen 6 sind die Druckräume 17 der Zustellzylinder 14 integriert mit den Kolbenstangen 15 und Wirkflächen A3. Der Stößel 2 ist so einfach gestaltet, dass er auch als Matrize 21 des Werkzeugs 20 dienen und bei einem Werkzeugwechsel gemeinsam mit dem Ziehstempel 22 und Blechhalter 23 ausgetauscht werden kann.
Im folgenden wird ein Arbeitszyklus dieser Tiefziehpresse beschrieben. Der Stößel 2 befindet sich in der OT-Position, die Druckräume 9 und 17 sind druckbeaufschlagt und verschlossen. Beim Zustellhub 31 wird der Stößel 2 durch geregelten Druckmittelabfluss aus Druckraum 17 nach unten gefahren. Dabei wird das vorgespannte Druckmittel vom Druckraum 9 an den Außenkanten der Kolben 7 vorbei umgeschichtet, bis die Stößeloberkante auf die Distanzplatten 33 auftrifft. Gleichzeitig trennen die Kolben 7 die Druckräume 9 und 10. Da die Druckräume 10 nur wenige cm³ Kompressionsvolumen aufweisen, wird bei Druckentlastung dieser Räume die Verriegelungskraft sofort wirksam. Die weitere Beschreibung des Tiefziehprozesses kann 1 entnommen werden.
6
Dargestellt ist eine ähnliche Ziehpresse wie in 1 beschrieben. Der Stößel 2 kann über Kupplungen mit den Zugstangen 5 fest verbunden oder getrennt werden. Im dargestellten Beispiel wird diese Kupplung über geteilte Muttern 61 ausgeführt, die mit Gewinde 60 an den Zugstangen 5 verbunden oder gelöst werden; diese Ausgangsposition ist in 6a abgebildet.
Beim Zustellhub 31 fahren die Zustellzylinder 14 den Stößel 2 mit gelösten Kupplungen 62 nach unten. In dieser Position werden die geteilten Muttern 61 mit den Gewinde 60 verbunden, d.h. über Kupplung 63 verriegelt. Die Blechhalterzylinder 25 werden druckbeaufschlagt, der Arbeitshub 30 kann vom Arbeitszylinder 40 ausgeführt werden.
Der weitere Funktionsablauf des Arbeitshubs 30 kann der Beschreibung nach 1 entnommen werden. Am Ende des Arbeitshubs (UT, 6c) werden die geteilten Muttern 61 vom Gewinde 60 der Zugstangen 5 getrennt (Kupplung, offen 62) und der Stößel 2 wird durch die Zustellzylinder 14 nach oben gefahren.
Eine Rasterung mit hoher Genauigkeit kann erreicht werden, wenn die Muttern 61 relativ zum Gewinde 60 der Zugstange 5 über die Ritzel 64 gedreht werden. So kann z.B. bei einer Gewindesteigung von 12 mm und einer Drehung der Zugstangen 5 um 45° der Zustellhub um 1,5 mm verändert werden. Diese Hubveränderung muss mit dem Zustellzylinder 14 nachgeführt werden.
7
In dieser Abbildung wird eine Presse mit verriegeltem Stößel für die Innenhochdruckumformung (IHU) in drei Halbschnittdarstellungen gezeigt, a) Stößel im oberen Umkehrpunkt (OT), Rohr eingelegt, b) Rohr im eingespannten Zustand, Füllrohr axial angepresst, bei verriegeltem Stößel und c) Arbeitshubende im unteren Umkehrpunkt, Rohr durch IHU verformt (UT).
7 zeigt eine Lösung, bei der der Stößel 2 nach dem Zustellhub 31 mit dem Untergurt 1 verriegelt wird, um rohrförmige Teile durch hohen Innendruck zu verformen. Der Stößel 2, Unterwerkzeug 35 und Oberwerkzeug 36 werden über Zentrierbolzen 37 mit dem Untergurt 1 verbunden. Stößel 2, Untergurt 1 und Werkzeug bilden eine kompakte Einheit. Zur Abstimmung des Werkzeugs ist eine Distanzplatte 33 vorgesehen. Über die Muttern 52 mit dem Verstellgewinde 53, das sich auf den Zugstange 5 befindet, können die Dichtungskanten des Kolbens 7 zur Dichtung 8 eingestellt werden.
Die Funktionsbeschreibung entspricht der Ausführung nach 1.
In 7b ist die Presse mit verriegeltem Stößel 2, eingespanntem Rohr 34 und axial angepresstem Füllrohr dargestellt.
Die Hochdruckumformung entspricht den IHU-Verfahren und wird hier nicht im Detail beschrieben. Das Ende der Umformung ist in 7c abgebildet.
Am Ende der Umformung werden die Druckräume 10 der Verriegelungsvorrichtung 4 druckbeaufschlagt, sodass sich ein Kräftegleichgewicht in den Druckräumen 9 und 10 einstellt, die Verriegelung ist aufgehoben. Der Stößel 2 wird über die druckbeaufschlagten Druckräume 17 nach oben gefahren. Das IHU-Umformteil 39 wird entnommen, die Presse steht für einen erneuten Arbeitszyklus bereit.
8
In dieser Abbildung sind drei unterschiedliche Stufenwerkzeuganordnungen abgebildet. In der oberen Darstellung der 8a sind die Werkzeuge 20 zwischen den Verriegelungsvorrichtungen 4 angeordnet. Beim Arbeitshub der Werkzeuge A bis D werden der Stößel 2 und der Untergurt 1 durch die von den Arbeitszylindern eingeleitete Kraft um den Weg 49 („fa") verformt. Diese starken Durchbiegungen führen an den Werkzeugen zu Schrägstellungen und somit zu vorzeitigem Werkzeugverschleiß und Qualitätseinbussen bei den Werkstücken.
In der Abbildung 8b sind die Werkzeuge A und D rechts und links neben den Verriegelungsvorrichtungen 4 angeordnet. Durch diese veränderte Krafteinleitung kann die Durchbiegung 50 (fb) des Stößels 2 und des Untergurts 1 minimiert werden.
Eine Durchbiegungskompensation können auch Kurzhubzylinder 56 erreichen, die rechts und links neben den Verriegelungsvorrichtungen 4 angeordnet sind. Dies ist in 8c dargestellt.
Zur Minimierung der Durchbiegung kann in der Maschinensteuerung ein Berechnungsprogramm mit den Widerstandmomenten des Untergurt 1 und des Stößels 2 installiert werden. Der Maschinenbediener kann sich durch Eingabe der Kräfte und Abstände je Station die Durchbiegung anzeigen lassen und durch optimale Werkzeuganordnung die Durchbiegung minimieren.
Eine weitere Minimierung der Durchbiegung ist möglich, wenn bei verriegeltem Stößel 2 die Arbeitszylinder 40 zeitlich versetzt arbeiten, d.h. die auf den Stößel 2 wirkende Gesamtkraft kann durch diese Maßnahme gemindert werden.
9
In dieser Abbildung ist eine Stanzpresse in drei Halbschnittdarstellungen (OT, Arbeitshubbeginn und UT) abgebildet, bei der das Blech 24 mit der Kraft der Blechhalterzylinder 25 über die Blechhalter 23 vor dem Stanzvorgang eingespannt wird. Alternativ kann die Blechanpresskraft beim Stanzen von den Verriegelungsvorrichtungen 4 erzeugt und auf die Blechhalter 23 übertragen werden. Die Blechhalter 23 können alternativ aus festem oder elastischem und festem Material hergestellt sein. Die Blechhaltekraft kann durch Abstimmung der Distanzplatten 33 und Blechhalter 23 optimiert werden.
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Hier ist eine Feinschneidpresse mit Folgeverbundwerkzeug im Halbschnitt in der UT-Position dargestellt. Die Arbeitszylinder 40 sind zwischen den Verriegelungsvorrichtungen 4 an den Außenseiten im Obergurt 12 angeordnet und übertragen die Umformkraft über die biegesteife Traverse 67 und den Druckbolzen 69 zu den jeweiligen Werkzeugstationen. Die Ringzackenzylinder können bei dieser Ausführungsform entfallen, da die Kraft zum Eindrücken der Ringzackenkontur von den Verriegelungsvorrichtungen 4 erzeugt werden. Die Hubbegrenzungen 59 sind über Verstellgewinde mit den Abstreifzylindern 68 verbunden; sie begrenzen den Arbeitshub 30 der Arbeitszylinder 40. Der Funktionsablauf des Feinschneidprozesses kann der Beschreibung von 2 entnommen werden.

1: Untergurt
2: Stößel
4: Verriegelungsvorrichtung
5: Zugstangen
6: Kolbenstange
7: Kalben
8: Dichtung
9: Druckraum
10: Druckraum
12: Obergurt
14: Zustellzylinder
15: Kolbenstange
16: Druckraum
17: Druckraum
18: Kolben
19: Werkzeugplatte
20: Werkzeug
21: Matritze
22: Ziehstempel
23: Blechhalter
24: Blech
24.1: Werkstück
25: Blechhalterzylinder
26: Ringzackenzylinder
27: Schneidstempel
28: Gegenhalterzylinder
30: Arbeitshub
31: Zustellhub
33: Distanzplatte
34: Rohr
35: Unterwerkzeug
36: Oberwerkzeug
37: Zentrierbolzen
39: IHU-Umformteil
40: Arbeitszylinder
41: Kolben
42: Kolbenstange
45: Feinschneidwerkzeug
46: Ringzackenplatte
49: Durchbiegung ohne Kompensation
50: Durchbiegung mit Kompensation
51: Einbauraumverstellung
52: Mutter
53: Verstellgewinde
55: Membranzylinder
56: Kurzhubzylinder
59: Hubbegrenzung
60: Gewinde
61: geteilte Mutter
62: Kupplung, offen
63: Kupplung, verriegelt
64: Ritzel
67: Traverse
68: Abstreifzylinder
69: Druckbolzen
87: Druckbolzen
88: Traverse
: Wirkflächen
A1: Verriegelungskraft
A2: Gegenkraft
A3: Zustellkraft
A4: Zustellkraft

Claims

Hydraulische Presse mit einem Untergurt (1) sowie einem Stößel (2), der gegen den Untergurt (1) zu bewegen ist, und Verriegelungsvorrichtungen, die den Stößel (2) in einer abgesenkten Position mit Zugstangen verriegeln, die zwischen Untergurt (1) und Stößel (2) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die abgesenkte Stellung die unterste Stellung des Stößels (2) ist und dass die Verriegelungsvorrichtungen (4) durch hydraulische Zylinderkolbeneinheiten gebildet werden, deren Kolbenstangen die Zugstangen (5) sind, wobei die Verriegelungsvorrichtungen (4) über die druckbeaufschlagten Zylinderkolbeneinheiten den Stößel (2) und den Untergurt (1) verspannen, sodass Stößel (2) und Untergurt (1) eine vorgespannte Einheit bilden.
Hydraulische Presse mit feststehendem Obergurt (12), der sich über Seitenständer nach unten abstützt, sowie Stößel (2), der unterhalb des Obergurts (12) angeordnet und gegen den Obergurt (12) zu bewegen ist, und Verriegelungsvorrichtungen, die den Stößel (2) in einer angehobenen Position mit Zugstangen verriegeln, die zwischen Obergurt (12) und Stößel (2) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die angehobene Stellung die oberste Stellung des Stößels (2) ist und dass die Verriegelungsvorrichtungen (4) durch hydraulische Zylinderkolbeneinheiten gebildet werden, deren Kolbenstangen die Zugstangen (5) sind, wobei die Verriegelungsvorrichtungen (4) über die druckbeaufschlagten Zylinderkolbeneinheiten den Stößel (2) und den Obergurt (12) verspannen, sodass Stößel (2) und Obergurt (12) eine vorgespannte Einheit bilden.
Hydraulische Presse nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Druckraums (9) größer als der Außendurchmesser des Kolbens (7) ist und eine Dichtung (8) zwischen Kolben (7) und Druckraum (9) an einer Stirnfläche des Druckraums (9) angebracht ist, so dass beim Zustellhub (31) das Druckmittel den Kolben (7) umspült und am Ende des Zustellhubs (31), wenn der Stößel (2) auf den Untergurt (1) bzw. den Obergurt (12) trifft, eine Dichtkante des Kolbens (7) auf die Dichtung (8) trifft und dabei der Kolben (7) den einen Druckraum (9) in zwei Druckräume (9 und 10) unterteilt.
Hydraulische Presse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Druckraums 9 größer als der Außendurchmesser des Kolbens (7) ist, so dass beim Zustellhub (31) das Druckmittel den Kolben (7) umspült und dass am Ende des Zustellhubs (31), wenn der Stößel (2) auf den Untergurt (1) bzw. den Obergurt (12) trifft, sich der Innendurchmesser des Druckraums (9) auf den Außendurchmesser des Kolbens (7) reduziert und dabei der Kolben (7) den einen Druckraum (9) in zwei Druckräume (9 und 10) unterteilt.
Hydraulische Presse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolben (7) in der Zylinderkolbeneinheit der Verriegelungsvorrichtung (4) die Druckräume (9 und 10) trennt, sodass über den gesamten Zustellhub (31) das Druckmittel der Verriegelungsvorrichtung (4) von einem Druckraum (9) zum anderen Druckraum (10) über Ventile, die außerhalb angeordnet sind, umgeschichtet wird.
Hydraulische Presse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Blechanpresskraft sich aus der Differenz der Kräfte der Verriegelungsvorrichtung (4) minus Arbeitszylinder (40) ergibt und zwischen Stößel (2) und Untergurt (1) bzw. Obergurt (12) wirkt, b) die Blechanpresskraft über eine Vierpunktregelung erfolgt, wenn die Drücke in den Druckräumen (9 und 10) der vier Verriegelungsvorrichtungen (4) prozessbedingt verändert werden, c) die Blechanpresskraft aufgeteilt ist in eine Grundlast im äußeren Bereich und eine Haltekraft im inneren Bereich, wobei die äußere Grundlast von den Verriegelungsvorrichtungen (4) über die Werkzeugplatte (19) auf den Blechhalter (23) wirkt, während die Blechhalterzylinder (25) im inneren Bereich des Werkzeugs auf den Blechhalter (23) wirken.
Hydraulische Presse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass a) zwei Arbeitszylinder (40) die Umformkraft auf eine Traverse (67) übertragen, um an den Umformstationen des Feinschneidwerkzeuges (45) über Druckbolzen (69) diese Kraft einzuleiten, b) die stufenlos einstellbaren Hubbegrenzungen (59) den Arbeitshub (30) begrenzen und Abstreifzylinder (68) nach dem Arbeitshub (30) die Traverse (67) mit Druckbolzen (69) und Kolben (41) in die Ausgangsposition zurück schieben, c) der Hub der Traverse (67) bei außermittigen Belastungen, durch eine hydraulische Gleichlaufeinrichtung über die Arbeits-(40) und Abstreifzylinder (68), geregelt wird.
Hydraulische Presse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig neben den Verriegelungsvorrichtungen (4) Werkzeuge (20) bzw. Kurzhubzylinder (56) angeordnet sind, sodass das Biegemoment und somit die Durchbiegung von Untergurt (1) oder Obergurt (12) und Stößel (2) verringert wird:
Hydraulische Presse mit einem Untergurt (1) sowie einem Stößel (2), der gegen den Untergurt (1) zu bewegen ist, und Verriegelungsvorrichtungen, die den Stößel (2) in einer abgesenkten Position mit Zugstangen verriegeln, die zwischen Untergurt (1) und Stößel (2) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die abgesenkte Stellung die unterste Stellung des Stößels (2) ist und dass die Verriegelungsvorrichtungen (4) durch mechanische Kupplungen gebildet werden, deren Zugstangen (5) den Stößel (2) mit dem Untergurt (1) verrigeln, wobei die Im Kupplungen aus geteilten Muttern (61) und Gewinden (60) gebildet werden, und eine stufenlose Rasterung erreicht wird, wenn die Zugstangen (5) mit Gewinde (60) über Ritzel (64) zur Mutter (61) verdreht werden, und der Hub des Zustellzylinders (14) in Abhängigkeit der Gewindesteigung zum Verstellwinkel nachgeführt wird: