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Die
Erfindung betrifft eine Presse, die insbesondere zum Schneiden von dicken
und/oder hochfesten Blechen eingerichtet ist.
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Beim
Stanzen oder Schneiden von hochfesten Blechen treten zwischen Stößel und
Stanzwerkzeug zeitlich sehr stark schwankende Kräfte auf. So lange das Material
des Werkstücks
dem Stempel widersteht, ist eine sehr hohe Kraft vorhanden, wodurch
Teile der Presse elastisch verformt werden. Dies be trifft den Pressentisch,
das Stanzwerkzeug, die Pressenständer,
das Pressenkopfstück
und in gewissem Maße
auch den Stößel nebst
Pleuel und Exzenterwelle. Wenn das Werkstück unter der Wirkung des Stempels
nachgibt, wird die in den genannten Elementen elastisch gespeicherte
Energie relativ unkontrolliert frei. Um diesen Vorgang des plötzlichen Durchbrechens
des Stempels durch das Werkstück besser
kontrollieren zu können,
schlägt
die
DE 102 52 625
A1 ein System zur Schnittschlagreduzierung vor, bei dem
in dem Werkzeug eine Anzahl von Hydraulikzylindern vorgesehen sind.
Diese können
unterhalb, oberhalb oder seitlich von dem Werkstück angeordnet sein. Sensoren,
wie beispielsweise Ultraschallsensoren, oder auch Sensoren, die
die Strömungsgeschwindigkeit
der aus den Hydraulikzylindern ausströmenden Hydraulikflüssigkeit
messen, schließen
ein Ventil, durch das bislang Hydraulikflüssigkeit aus den Hydraulikzylindern
ausströmen
konnte. Die Hydraulikzylinder sind mit Druckspeichern verbunden,
die unter relativ hohem Druck stehen. Sie erzeugen deshalb nunmehr
eine hohe Gegenkraft. Die bislang von dem Stempel auf das Werkstück ausgeübte Kraft
wird somit in dem Moment auf die Hydraulikzylinder übergeleitet,
in dem die Stempel beginnen, durch das Werkstück durchzubrechen.
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Dieser
Weg zur Schnittschlagdämpfung
hat sich grundsätzlich
bewährt.
Jedoch ist die Einstellung der Sensoren zur Erfassung des Werkstückdurchbruchs
kritisch. Auch ist bei Anordnung der Hydraulikzylinder neben dem
Werkzeug noch ein gewisser Schnittschlag vorhanden, der weiter reduziert
werden soll.
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Davon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, den genannten Stand der
Technik zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird mit der Presse nach Anspruch 1 sowie nach Anspruch
10 gelöst:
Die
Presse weist nach Anspruch 1 eine Blechhalteeinrichtung auf, die
das Werkzeug während
des Umformvorgangs gegen das Unterwerkzeug presst. Das Unterwerkzeug
ist beispielsweise ein Stanzwerkzeug während das Oberwerkzeug beispielsweise
ein Stempel ist. Die Blechhalteeinrichtung ist in der Lage, unterschiedliche
Kräfte
auszuüben.
Eine der Blechhalteeinrichtung zugeordnete Steuereinrichtung kann die
von der Blechhalteeinrichtung ausgeübte Kraft beeinflussen.
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Zu
der Blechhalteeinrichtung gehört
in der Regel eine Niederhalterplatte, die sich unmittelbar an dem
Werkstück
abstützt.
Die Niederhalterplatte erstreckt sich bis in unmittelbare Nachbarschaft
zu den Stempeln (Stanzstempeln) und somit dicht bis an den zu erzeugenden
Schnitt heran. Damit soll das Blech in unmittelbarer Schnittnähe fest
zwischen der Niederhalterplatte und dem Unterwerkzeug (Stanzwerkzeug)
eingeklemmt werden, um eine hohe Schnittqualität zu erreichen. Bei der erfindungsgemäßen Presse übernimmt
die Blechhalteeinrichtung nach dem Durchbruch der Stempel durch
das Werkstück die
von dem Stößel aufgebrachte
Kraft während
dieser seinen unteren Totpunkt durchläuft und speichert die von dem
Stößel dadurch
abgegebene Energie zwischen. Bei dem Rückhub des Stößels wird
diese Energie an den Stößel und
somit an den Pressenantrieb zurück
gegeben. Durch die so erreichte Vermeidung der unkontrollierten
Freisetzung der in der Presse elastisch gespeicherten Energie, wird
der Pressenantrieb insgesamt entlastet, d. h. es wird Energie eingespart.
Außerdem
wird die mechanische Belastung der Presse durch Vermeidung zu großer plötzlicher
Kraftänderungen
vermindert. Des Weiteren gelingt durch die Überleitung der bis zum Werkstückdurchbruch
auf die Stempel ausgeübten
Kraft auf die Blechhalteeinrichtung eine besonders feste Klemmung
des Werkstücks
gerade während
des Durchbruchs, so dass sich besonders hohe Schnittqualitäten ergeben.
Außerdem
kann die Kraft über
die Blechhalteeinrichtung besonders großflächig und somit schonend in
das Werkstück
eingeleitet werden, so dass unerwünschte Deformationen desselben, wie
beispielsweise Quetschungen und dergleichen, vermieden werden können.
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Eine
weitere Verbesserung bringt Anspruch 11 mit sich. Dieser ermöglicht insbesondere
die Erzielung hoher Hubzahlen. Wird der Moment des Durchbruchs des
Stößels durch
das Werkstück,
d. h. der Moment in dem das Werkstück nachgibt, erkannt, indem
beispielsweise von Abstützeinrichtungen
mit Hydraulikzylindern abgegebenes Hydraulikfluid hinsichtlich seines
Volumenstroms überwacht
wird, ist im Moment des Durchbruchs ein steiler Anstieg des Volumenflusses
zu verzeichnen. Jedoch kann der dabei auftretende Volumenfluss durchaus
unterhalb eines Wertes liegen, der bei schnellen Hubzahlen beim
Aufsetzen des Stößels auf
die Abstützeinrichtung
auftritt, die beispielsweise als Blechhalteeinrichtung ausgebildet
sein kann. Erfindungsgemäß gibt die
Steuereinrichtung deshalb die Beeinflussung der von der Abstützeinrichtung
aufgebrachten Kraft nur innerhalb eines festgelegten Wegabschnitts
der Stößelbewegung
frei. Auf diese Weise werden Fehlerkennungen, die ansonsten zu groben
Fehlfunktionen der Presse führen
würden,
sicher ausgeschlossen. Der festgelegte Wegabschnitt weist vorzugsweise
einen einstellbaren Anfang φ1
oder x1 auf. Außerdem kann
er vorzugsweise ein variabel einstellbares Ende φ2 oder x2 aufweisen. Außerdem kann
seine Länge variabel
und einstellbar sein.
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Damit
kann die Presse auf einfache Weise an unter schiedliche Gegebenheiten,
insbesondere hinsichtlich der Arbeitsgeschwindigkeit bzw. Hubzahl und
der Schnittkraft eingestellt werden.
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Vorzugsweise
weisen die Blechhalteeinrichtung bzw. die Abstützeinrichtung einen Hydraulikzylinder
auf, der mit einem ersten und mit einem zweiten hydraulischen Druckspeicher
verbunden ist. Beide Druckspeicher weisen z. B. einen verschiebbar gelagerten
Kolben mit gedämpftem
Endanschlag auf. Alternativ können
Membranspeichereinrichtungen oder Speichereinrichtungen vorgesehen
werden, bei denen ein Gasdruckpolster direkt mit dem Hydraulikfluid
in Verbindung steht. Beide Druckspeicher weisen vorzugsweise unterschiedliche
Ruhedrücke
auf. Der von dem Hydraulikzylinder zu dem Druckspeicher mit niedrigerem
Druck führende
Weg ist vorzugsweise durch ein Ventil reguliert, das den Fluidfluss
d. h. den Massenstrom überwacht
und schließt, wenn
dieser einen Grenzwert überschreitet.
Dieses durchflussempfindliche Ventil ist eine vorteilhafte Variante
für eine
Sensoreinrichtung, die zur Erfassung des Durchbruchs des Werkstücks dient.
Es zeigt das Überschreiten
eines Geschwindigkeitsschwellwertes der Relativbewegung zwischen
dem Oberwerkzeug (Stempel) und dem Werkstück an. Alternative Sensorsysteme
können
Anwendung finden, wie beispielsweise Beschleunigungssensoren an
dem Stößel oder
an dem Stempel, Wegsensoren, die die Stößelbewegung erfassen und ein
entsprechendes zeitveränderliches
Signal abgeben. Es wird dann die Änderungsrate dieses Signals
bestimmt und als Indikator für
den Stanzdurchbruch genutzt.
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Eine
entsprechende Wegmesseinrichtung oder sonstige Gebereinrichtung
kann außerdem
zur Gewinnung eines Signals genutzt werden, anhand dessen das Aktivierungsfenster
festgelegt wird, innerhalb dessen der Stanzdurchbruch erwartet wird. Die Überwachung
auf Stanzdurchbruch erfolgt dann nur in diesem Aktivierungsfenster
während
außerhalb
des Aktivierungsfensters die Abstützeinrichtung passiv ist bzw.
die Blechhalteeinrichtung ausschließlich ihre Blechhaltefunktion
erfüllt.
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Weitere
Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen, der Zeichnung oder der
Figurenbeschreibung.
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In
der Figurenbeschreibung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
veranschaulicht. Es zeigen:
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1 die
erfindungsgemäße Presse
in schematisierter Übersichtsdarstellung,
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2 das
Werkzeug der Presse nach 1 in einer schematisierten Vertikalschnittdarstellung,
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3 ein
Ventil zur Überwachung
eines von dem Werkzeug nach 2 erzeugten
Hydraulikfluidflusses und
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4 Diagramme
zur Veranschaulichung der Abhängigkeit
des Stößelhubs
vom Pressenwinkel sowie des Massenstroms des aus der Blechhalteeinrichtung
verdrängten
Fluidflusses vom Stößelhub.
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In 1 ist
in aufs Äußerste schematisierter Darstellung
eine Presse 1 veranschaulicht, die ein Pressengestell mit
Pressenständern 2, 3,
einem Pressentisch 4 und einem Kopfstück 5 aufweist. An dem
Kopfstück 5 ist
ein Antrieb 6, beispielsweise in Form eines Elektromotors
gehalten, der über
einen schematisch veranschaulichten und gestrichelt dargestellten
Exzenter 7 und ein ebenfalls gestrichelt dargestelltes
Pleuel 8 einen Stößel 9 hin
und her gehend antreibt. Zwischen dem Stößel 9 und dem Pressentisch 4 ist
ein Werkzeug 10 mit einem Oberwerkzeug 11 und
einem Unterwerkzeug 12 vorgesehen. Das Unterwerkzeug 12 ist
als Stanzwerkzeug ausgebildet. An dem Oberwerkzeug 11 sind
Stempel 13, 14, 15 gehalten, die wie
die übrigen
Details des Werkzeugs 10 insbesondere aus 2 ersichtlich sind.
Das Werkzeug 10 dient zum Stanzen eines Werkstücks 16,
das in 2 als ebenes Werkstück veranschaulicht ist. Selbstverständlich können jedoch
auch nicht ebene Werkstücke
in entsprechender Weise einem Stanzvorgang unterzogen werden. In
diesem Fall weist das Unterwerkzeug 12 dann eine dem nicht
ebenen Werkstück
entsprechende Kontur auf.
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Zu
dem Oberwerkzeug 11 gehört
eine Blechhalterplatte 17, die über nicht weiter veranschaulichte Mittel
an einem Grundkörper 18 des
Oberwerkzeugs 11 gehalten ist. Der mit dem Stößel 9 verbundene Grundkörper 18 trägt die Stempel 13 bis 15,
die dadurch starr mit dem Stößel 9 verbunden
sind. Außerdem
enthält
der Grundkörper 18 einen
oder mehrere Hydraulikzylinder 19, 20, die zusammen
mit der Blechhalterplatte 17 eine Blechhalteeinrichtung 21 bilden.
Zu der Blechhalteeinrichtung 21 gehören außerdem Druckstifte 22 bis 27,
die ungefähr
oder genau parallel zu den Stempeln 13 bis 15 angeordnet sind
und sich mit ihrem unteren stirnseitigen Ende auf der Blechhalterplatte 17 abstützen. Die
im Übrigen
im Wesentlichen zylindrischen Stifte stützen sich mit ihrem oberen
stirnseitigen Ende an Schwebeplatten 28, 29 ab,
die somit oben auf den Druckstiften 22 bis 27 liegen.
Zu den Hydraulikzylindern 19, 20 gehören Kolben 30, 31,
die in den Hydraulikzylindern 19, 20 entsprechende
mit Hydraulikfluid gefüllte
Arbeitsräume 32, 33 abgrenzen
und abgedichtet sowie verschiebbar in diesen gelagert sind. Kolbenstangen
der Kolben 30, 31 drücken von oben her auf die Schwebeplatten 28, 29 und
somit die Blechhalterplatte 17 gegen das Werkstück 16.
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Die
Hydraulikzylinder 19, 20 sind über eine in 2 nicht
und in 1 lediglich schematisch dargestellte Fluidleitung 36 an
ein Hydrauliksystem 37 angeschlossen, das zur Erzeugung
einer Blechhalterkraft und zugleich zur Übernahme der von dem Stößel 9 ausgeübten Kraft
bei und nach Durchbruch des Werkstücks 16 dient. Dieser
Kraftübergang
soll möglichst
stufenlos, d. h. ohne sprunghafte Kraftänderung erfolgen.
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Zu
dem Hydrauliksystem 37 gehören ein erster Druckspeicher 38 und
ein zweiter Druckspeicher 39, die im Ausführungsbeispiel
beide als Druckspeicherzylinder 40, 41 mit darin
abgedichtet, verschiebbar gelagerten Kolben 42, 43 ausgebildet
sind. Beide Kolben 42, 43 teilen in den Druckspeicherzylindern 40, 41 jeweils
zwei Arbeitskammern ab, deren obere, jeweils mit einem Gaspolster
gefüllt
ist. Der Druckspeicher 38 steht beispielsweise unter einem
Druck von ungefähr
200 bar während
der Druckspeicher 39 z. B. unter einem Druck von z. B.
400 bar steht.
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Die
Kolben 42, 43 weisen an ihrer unteren, den jeweiligen
Abschlussstücken 44, 45 zugewandten
Seite vorzugsweise eine Profilierung auf, die komplementär zu einer
Profilierung des jeweiligen Abschlussstücks 44, 45 ausgebildet
ist. Die Profilierung wird durch gerade oder gebogene, z. B. ringförmig konzentrische
Leisten oder Stege gebildet, wobei die Leisten oder Stege jedes
Kolbens 42, 43 in entsprechend geformte Ausnehmungen
jedes Abschlussstücks 44, 45 passen.
Die Profilierungen dienen als Endlagendämpfung, so dass die Kolben 42, 43,
wenn sie gegen die Anschlussstücke 44, 45 laufen,
sanft abgebremst werden.
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Beide
Druckspeicher 38, 39 sind mit der Fluidleitung 36 verbunden.
Vorzugsweise ist der Druckspeicher 39 über ein Rückschlagventil 46 und
eine Drosseleinrichtung 47 an die Fluidleitung 36 angeschlossen.
Das Rückschlagventil 46 ist
dabei so orientiert, dass das Hydraulikfluid aus der Hydraulikleitung 36 ungehindert
in den Druckspeicher 40 einströmen kann, während es auf seinem Rückweg durch die
Drosseleinrichtung 47 gezwungen wird.
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Der
Druckspeicher 38 ist über
eine Ventileinrichtung 48 mit der Fluidleitung 36 und
somit den Hydraulikzylindern 19, 20 verbunden.
Die Ventileinrichtung 48 enthält z. B. ein Wegeventil 49,
das zwischen zwei Zuständen
umschaltbar ist. In einem ersten Zustand gibt es den Fluidfluss
in und aus dem Druckspeicher 38 unbeschränkt oder
gedrosselt frei, während
es in seinem anderen Zustand diesen Fluidfluss sperrt. Die Ventileinrichtung 48 kann
mit einer Sensoreinrichtung 50 verbunden sein, die beispielsweise den
Massenstrom in der Fluidleitung 36 überwacht und schließt, sobald
dieser in den Druckspeicher 38 hinein gerichtete Hydraulikfluss
einen Schwellwert übersteigt
und dann so lange geschlossen bleibt, bis der Druck in der Fluidleitung 36 unter
einen Schwellwert abfällt.
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Die
Sensoreinrichtung 50 bildet somit zugleich eine Steuereinrichtung
zur Steuerung der Ventileinrichtung 48 in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen den Kolben 30, 31 der
Hydraulikzylinder 19, 20 und dem Stößel 9.
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Zu
der Ventileinrichtung 48 kann außerdem bedarfsweise ein Bypassventil 52 gehören, das
die Ventileinrichtung 48 überbrückt und somit einen alternativen
Pfad von den Hydraulikzylindern 19, 20 zu dem
Druckspeicher 38 schafft. Das Bypassventil 52 ist
beispielsweise ein Auf/Zu-Ventil, das elektrisch pneumatisch oder
anderweitig gesteuert sein kann. Vorzugsweise ist es dazu an eine
Steuereinrichtung 53 angeschlossen, die vorzugsweise als
Mikroprozessorsteuerung oder auch als anderweitige geeignete elektronische
Steuerung ausgebildet sein kann. Neben anderen Eingangssignalen
erhält
die Steuereinrichtung 53 mindestens ein Positionssignal.
Dieses kann beispielsweise von einem Geber 54 herrühren, der
als Weggeber die Position des Stößels 9,
insbesondere in der Nähe
seines unteren Totpunkts erfasst. Zusätzlich oder alternativ kann
ein Geber 55 vorgesehen sein, der die Winkelstellung der
Exzenterwelle wenigstens in einem Drehwinkelbereich erfasst, bei
dem der Stößel 9 in
der Nähe
seines unteren Totpunkts steht.
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3 veranschaulicht
eine Ausführungsform
der Ventileinrichtung 48, die wegen ihrer schnellen Reaktionszeit
bevorzugt wird. Es weist einen Grundkörper 56 auf, der mit
zumindest einem Eingang 57 und mit einem Ausgang 58 versehen
ist. Zwischen beiden ist ein Kanal 59 ausgebildet, der längs durch
den Grundkörper 56 durchgeht
und zu dem die Kanäle
des Eingangs 57 und des Ausgangs 58 quer gerichtet
sind. Zwischen dem Eingang 57 und dem Ausgang 58 ist
ein Ventilsitz 60 ausgebildet, dem ein Ventilverschlussglied
in Form einer Scheibe 61 zugeordnet ist. Letztere sitzt
auf einem Stift und ist durch eine Feder in Öffnungsrichtung von dem Ventilsitz 60 weg
vorgespannt. Die Vorspannung kann bedarfsweise mittels einer von
außen
zugänglichen Handhabe,
beispielsweise einer Einstellschraube 62 eingestellt werden.
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Die
insoweit beschriebene Presse 1 arbeitet in einer ersten
einfachen Ausführungsform,
die prinzipiell ohne die Steuereinrichtung 53 auskommt,
wie folgt:
Zur Funktionsveranschaulichung wird ein einziger Stanzhub
beschrieben. Zur Durchführung
desselben wird zunächst
das Werkstück 16 auf
das Unterwerkzeug 12 gelegt, wonach sich der Stößel 9 senkt.
Die Blechhalterplatte 17 ist dabei in ihrer untersten Position,
in der sie mit ihrer Unterseite zumindest etwas unterhalb der Stirnflächen der
Stempel 13, 14, 15 steht. Bevor die Blechhalterplatte 17 auf
dem Werkstück 16 aufsetzt,
sind die Kolben 30, 31 in den Hydraulikzylinder 19, 20 in
Ruhe. Das Hydraulikfluid steht in dem Hydrauliksystem 37 unter
einem Ruhedruck.
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Sobald
die Blechhalterplatte 17 auf dem Werkstück 16 aufsetzt, drückt sie
das Werkstück 16 an
das Unterwerkzeug 12 an. Die Blechhalterplatte 17 bleibt
somit stehen während
sich der Stößel 9 weiter
in Richtung auf das Werkstück 16 zu
bewegt. Ebenfalls stehen bleiben die Druckstifte 22 bis 27,
die Schwebeplatten 28, 29 und die Kolben 30, 31.
In Folge der weiteren Abwärtsbewegung
des Stößels 9 wird
somit das Volumen der Arbeitskammern 32, 33 vermindert
und Hydraulikfluid über
die Fluidleitung 36 und das offene Wegeventil 49 der
Ventileinrichtung 48 in den Druckspeicher 38 getrieben,
der einen niedrigeren Ruhedruck hat als der Druckspeicher 39. Somit
wird der Kolben 43 in 1 gegen
die Kraft des oberen Gaspolsters nach oben bewegt. Der bei diesem
Vorgang auftretende Fluidstrom liegt unterhalb eines Schwellwerts,
so dass die Sensoreinrichtung 50 nicht anspricht.
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Sodann
setzen die Stirnseiten der Stempel 13, 14, 15 auf
dem Werkstück 16 auf.
Das Werkstück 16 setzt
dem Eindringen der Stempel 13, 14, 15 einen
erheblichen Widerstand entgegen, so dass die Bewegung der Stempel 13, 14, 15 zunächst stoppt. Die
Antriebsleistung der Antriebseinrichtung 6 wird nun kurzzeitig
darauf verwendet, den Antriebsstrang und das Pressengestell einschließlich Pressentisch 4 und
Unterwerkzeug 12 etwas elastisch zu deformieren, d. h.
zu spannen. Damit wird zunehmend eine größer werdende Kraft aufgebaut,
bis schließlich
die Stempel 13, 14, 15 durch das Werkstück 16 stoßen. In
dem Moment des Durchbruchs kommt eine sehr schnelle Relativbewegung
zwischen dem Grundkörper 18 und
somit den Hydraulikzylindern 19, 20 und der Blechhalterplatte 17 zustande.
Dies führt
zu einem kurzzeitigen, sehr starken Anstieg des Massenstroms des
Hydraulikfluids aus den Hydraulikzylindern 19, 20 in
den Druckspeicher 38. Der Anstieg ist so steil, dass die
Sensoreinrichtung 50 dies erkennt und das Wegeventil 49 schließt. Bei
der Ausführungsform
nach 3 bedeutet dies, dass der von dem Eingang 57 zu
dem Ausgang 58 fließende
Fluidstrom die Scheibe d. h. das Ventilverschlussglied 61 mitnimmt
und gegen die Kraft der Feder gegen den Ventilsitz 60 drückt. Das
Wegeventil 49 schließt
somit schlagartig, wobei der Schließzustand erhalten bleibt bis
ein sinkender Systemdruck dem Ventilverschlussglied 61 gestattet,
in seine Offenstellung, d. h. Ru heposition zurück zu kehren.
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Ist
nun das Wegeventil 49 geschlossen, kann kein weiteres Hydraulikfluid
in den Druckspeicher 38 fließen. Es muss deshalb in den
Druckspeicher 39 ausweichen, der unter erheblich höherem Druck steht.
Somit erzeugen die Hydraulikzylinder 19, 20 nunmehr
einen erheblichen Gegendruck, der sich einerseits auf der Blechhalterplatte 17 abstützt und
andererseits dem Stößel 9 entgegen
wirkt. Somit kommutiert die bislang von den Stempeln 13, 14, 15 aufgenommene
Kraft auf die Blechhaltereinrichtung 21, so dass sich die
gespannte Presse nicht entspannen kann. Gegen die große Kraft
der Blechhaltereinrichtung durchläuft der Stößel nun seinen unteren Totpunkt,
wobei die Blechhaltereinrichtung dann auf dem ersten Abschnitt des
Aufwärtshubs
den Stößel 9 mit
großer
Kraft nach oben schiebt. In dieser Phase wird die in der Presse 1 gespeicherte
elastische Energie an den Stößel 9 und
somit an die Antriebseinrichtung 6 zurück gegeben.
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Eine
verfeinerte Ausführungsform
nutzt zur Steuerung der Blechhaltereinrichtung oder einer alternativen
Abstützeinrichtung,
beispielsweise in Form von Hydraulikzylindern zwischen dem Stößel 9 und
dem Pressentisch 4 oder dem Oberwerkzeug 11 und
dem Unterwerkzeug 12, die Steuereinrichtung 53.
Diese überwacht
die Position X des Stößels 9 oder
den Drehwinkel φ der
Antriebseinrichtung 6, d. h. des Exzenters 7.
Die Verhältnisse
sind in 4 veranschaulicht. Es wird dabei
von einer Presse mit großer
Hubzahl ausgegangen. Eine erste Kurve I veranschaulicht
den Weg X des Stößels 9 über dem Drehwinkel φ der Exzenterwelle.
Es wird von einem angenähert
sinusförmigen
Zusammenhang ausgegangen. Bei einem Pressenwinkel φ0 setzt
die Blechhalterplatte 17 auf dem Werkstück auf. Die Kurve II veranschaulicht
den Massenstrom des aus den Hydraulikzylindern 19, 20 verdrängten Hydraulikfluids. Wie
ersichtlich, steigt dieser bei dem Aufsetzen der Blechhalterplatte 17 auf
das Werkstück 16 sprungartig
auf einen relativ hohen Wert an. Bei der Annäherung des Stößels 9 gegen
seinen unteren Totpunkt fällt
der Massenstrom immer weiter ab. Dies schon deshalb weil die Geschwindigkeit
des Stößels 9 bei Annäherung an
den unteren Totpunkt abnimmt. In Folge des Widerstands den das Material
des Werkstücks 16 dem
Stanzvorgang entgegensetzt, wird der Stößel zusätzlich abgebremst, weshalb
der Massenstrom der Kurve II entsprechend schnell stark
zurück geht.
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Bei
einem Pressenwinkel φ1,
der mit Sicherheit nach dem Aufsetzen der Blechhalterplatte 17 auf dem
Werkstück 16 und
mit Sicherheit vor dem Durchbruch der Stempel 13, 14, 15 durch
das Werkstück 16 liegt,
sperrt die Steuereinrichtung 53 nun das Bypassventil 52,
womit die Sensoreinrichtung 50 aktiviert wird. An Stelle
des Kurbel- oder Pressenwinkels φ1
kann als Kriterium zur Freigabe der Sensoreinrichtung 50 und
der Ventileinrichtung 48 auch herangezogen werden, dass
der Stößel 9 den
Punkt x1 durchläuft.
Allerdings wird die Überwachung
des Pressenwinkels bevorzugt, weil dieser eine bessere Auflösung bietet.
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Tritt
nun nach Aktivierung bzw. Freigabe der Sensoreinrichtung 50,
nach Durchlaufen von φ1,
der Durchbruch des Werkstücks 16 auf,
steigt der Fluidfluss über
einen Schwellwert an. Dies ist in 4 durch
die Spitze III in der Kurve II veranschaulicht. Das Überschreiten
des Schwellwerts für
den Fluidfluss wird erfasst und führt zum Schließen der
Ventileinrichtung 48, wie oben beschrieben, und somit zur Abstützung des
Stößels 9 auf
der Blechhaltereinrichtung 21.
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Wie
aus 4 ersichtlich, kann durch Festlegung des Aktivierungsfensters
zwischen den Pressenwinkeln φ1
und φ2
erreicht werden, dass Flussspitzen detektiert werden, die geringer
sind als der Fluss unmittelbar nach Aufsetzen der Blechhalterplatte 17 auf
dem Werkstück 16.
Dies spielt bei sehr schnellen Pressen (hohen Hubzahlen), bei großen Stanzhüben und
insbesondere auch bei sehr steifen Pressengestellen eine Rolle,
bei denen zwar eine sehr große
Spannkraft aber nur ein geringer Spannhub im gesamten Pressengestell
auftritt. Durch die Beschränkung
der Überwachung
des Fluidflusses auf ein Winkelfenster φ1, φ2 des Pressenantriebs innerhalb
dessen der Stanzdurchbruch zu erwarten ist, kann die Ansprechschwelle
für die
Ventileinrichtung 48 sehr niedrig gelegt werden, so dass
der sonst zu beobachtende Stanzschlag auf ein fast nicht mehr wahrnehmbares
Minimum zu beschränken
ist.
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An
Stelle der Sensoreinrichtung 50, die den Fluidfluss aus
den Hydraulikzylindern 19, 20 überwacht, können auch andere Sensoreinrichtungen
Anwendung finden. Ergänzend
ist es außerdem
möglich,
die Pressenwinkel φ1, φ2 variabel
festzulegen. Beispielsweise können
sie mit einer geeigneten Eingabeeinrichtung eingegeben werden. Es
ist auch möglich,
diese Pressenwinkel φ1, φ2 dynamisch
anzupassen. Dies kann beispielsweise geschehen, indem φ1 in einen
vorgegebenen oder eingebbaren Winkelabstand vor dem Stanzdurchbruch
und φ2
in einem festen oder einstellbaren Winkelabstand nach dem Stanzdurchbruch
eingestellt wird. Als Pressenwinkel des Stanzdurchbruchs wird dann
jeweils der Pressenwinkel aus dem vorigen Stanzhub oder ein Durchschnittswert
aus vorigen Stanzhüben
herangezogen. Auch ist es möglich,
in dem Pressengestell, dem Pressentisch oder anderen Teilen der
Presse, Kraftsensoren unterzubringen, die auf eine Deformation des
betreffenden Pressenelements oder direkt auf die in der Presse wirkende
Kraft ansprechen. Solches können
beispielsweise Kraftsensoren in dem Werkzeug 10 sein. Die
von diesen Sensoren abgegebenen Signale können an die Steuereinrichtung 53 geführt werden
und dazu dienen, die Pressenwinkel φ1, φ2 festzulegen. Wird beispielsweise
die auf die Stempel 13, 14, 15 ausgeübte Kraft
erfasst, kann die Sensoreinrichtung 50 zu einem Zeitpunkt,
d. h. dann freigegeben werden, wenn an den Stempeln 13, 14, 15 ein
erheblicher Kraftanstieg zu verzeichnen ist. Zu diesem Zeitpunkt
ist keine Fehlauslösung
der Ventileinrichtung 48 mehr zu befürchten, weil die Relativbewegung
zwischen der Blechhalterplatte 17 und den Stempeln 13, 14, 15 nahezu
Null beträgt.
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Das
erfindungsgemäße System
gestattet eine wesentliche Erhöhung
der Niederhalterkraft, insbesondere während der Durchführung des
Stanzvorgangs, d. h. während
die Stempel 13, 14, 15 durch das Material
des Werkstücks
dringen. Die eigentliche Schnittkraft kann dadurch auf bis ein Sechstel
der theoretischen Schubkraft gesenkt werden. Die Blechhalteeinrichtung 21 bewirkt
eine besonders feste Einspannung des Werkstücks 16 und bewirkt
somit eine Verbesserung des Schnitts wie auch eine Schnittschlagdämpfung.
Die Presse 1 wird so vorgespannt, das Spiele ausgeglichen
oder kompensiert werden. Dies führt
gegenüber
klassischen Schnittschlagdämpfungssystemen
zur Verminderung der Gesamtpresskraft des Systems. Dies bedeutet
aber auch, dass ältere
Pressen auch weiterhin sogar für schwierige
Trennoperationen eingesetzt werden können. Die auf die Blechhalterplatte
ausgeübte
Kraft wird vorzugsweise etwa auf 40% der Presskraft ausgelegt. Das
Trennverfahren kann durch den Einsatz eines schnellen Auswerte-
und Steuergeräts,
wie beispielsweise der Steuereinrichtung 53, überwacht, ausgewertet
und gesteuert werden. Das System kann weitgehend autark, d. h. von
der Presse 1 unabhängig
ausgebildet und eingesetzt werden. Beispielsweise kann es Teil des
Werkzeugs sein, und somit prinzipiell bei verschiedenen Pressen
eingesetzt werden. Bei Änderung
der Pressendaten können
pressenspezifische Parameter über
Programm oder anlagenspezifische Flashkarten geändert werden.
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Die
Drücke
in den Hydraulikzylindern 19, 20 können encoder-
oder wegeabhängig
permanent überwacht
werden. Die sich ergebenden Hüllkurven gestatten
eine permanente Prozessüberwachung. Die
Ansteuerung des Bypassventils 52 erfolgt kurbelwinkel-
oder wegeabhängig über das
gleiche System. Die Prozessdaten und Störungen können über Datenspeichersysteme gespeichert
und bei Schäden rückverfolgt
werden. Außerdem
können
Systeme zur Erfassung von Überlastfällen vorgesehen
werden.
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Zur
Erhöhung
der Schnittqualität,
insbesondere beim Stanzen hochfester martensitischer Werkstoffe
oder auch beim Stanzen dicker Bleche, wird eine Blechhalteeinrichtung 21 vorgesehen,
die das betreffende Werkstück 16 während des
Stanzvorgangs fest einspannt. Die Spannkraft wird auf bis zu 40%
oder mehr Prozent der Stößelkraft
erhöht.
Insbesondere kann die von der Blechhalteeinrichtung ausgeübte Kraft
während
des Werkstückdurchbruchs nochmals
erhöht
werden. Einerseits verbessert sich dadurch die Schnittqualität während sich
andererseits eine effiziente Schnittschlagminderung o der -verhinderung
an der Presse ergibt. Ein Schnittschlag ist wesentlich geschwächt oder
tritt nicht auf.