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Die
Erfindung betrifft eine Drückmaschine zur Verarbeitung
von blechförmigen Materialien gemäß Oberbegriff
des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Verarbeitung von blechförmigen
Materialien gemäß Oberbegriff des Anspruches 14.
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Das
Bearbeiten von Hohlteilen aus blechförmigen Halbzeugen
wird häufig auf sog. Drückmaschinen ausgeführt,
bei denen eine Fertigung entsprechender Teile anders als beim Tiefziehen
auch für kleinere Losgrößen wirtschaftlich
möglich ist. Derartige Hohlteile aus blechförmigen
Halbzeugen sind beispielsweise topfförmige Werkstücke
oder auch Lampenreflektoren oder dgl.. Bei vielen derartigen Werkstücken
ist nicht nur die exakte Formgebung des Hohlteiles wichtig, sondern
auch die Güte der Oberfläche, die bei dem Drückvorgang
aus dem ebenen Halbzeug in Form eines Bleches durch lokale plastische
Umformung in der Kontaktzone zwischen Drückrolle, Halbzeug
und Drückwerkzeug stichweise ausgebildet wird. Durch Unterschiede
in den Materialeigenschaften des Halbzeuges, insbesondere eine nicht
vermeidbare Anisotropie der Verformungseigenschaften des Halbzeuges
kommt es hierbei zu Verformungen der Mantelfläche des umgeformten Werkstückes,
die sich in unterschiedlichen Verformungsmaßen und in einer
unschönen und vielfach nicht tolerierbaren Rillenbildung
in der Wandung des Hohlteiles äußern. Da heute
in der Regel derartige Hohlteile auf numerisch gesteuerten Drückmaschinen
gefertigt werden, kann nur durch eine aufwendige Anpassung der Steuerungsprogramme
einer solchen Rillenbildung entgegen gewirkt werden.
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Die
Rillenbildung bzw. Ungleichmäßigkeiten in der
Ausbildung der Wandung des Hohlteiles kommen vor allem dadurch zustande,
dass aufgrund der unterschiedlichen Umformungseigenschaften des Halbzeuges
die lokale Verformung zwischen Drückrolle und Drückfutter
immer etwas ungleichmäßig abläuft. Hierbei
kann es in schlechter verformbaren Bereichen des Halbzeuges zu einer
Art Aufstauen des Materials vor der Drückrolle und damit
einer starken Stauchung und lokalen Anhäufung des Materials
bis hin zu einer Verdickung der erzeugten Wandung kommen, wohingegen
bei gut verformbaren Bereichen der Abstand zwischen Drückrolle
und Drückfutter möglicherweise nicht vollständig
von dem unzuformenden Material ausgefüllt wird. Somit variiert
die Wandstärke der Wandung des Hohlteiles immer ein wenig,
was sich in einer teilweise deutlich sichtbaren Rillenbildung ausdrücken
kann. Diese Rillenbildung ist insbesondere bei Hohlteilen, die z.
B. wie bei Lampenteilen optische Funktion haben, nicht zulässig und
muss daher unbedingt vermieden werden.
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Es
sind z. B. in der
DE
101 41 783 A1 Lösungsansätze beschrieben
worden, bei denen mittels aufwändiger, mehrfach zueinander
verstellbarer Verstelleinheiten die Bewegung der Drückrolle
derart beeinflusst werden soll, dass kleine Korrekturbewegungen
der Drückrolle relativ zu einer Sollbahn möglich werden
und somit versucht werden kann, das ungleichmäßige
Verformungsverhalten des Halbzeugmaterials auszugleichen. Diese
Ansätze sind jedoch mechanisch und steuerungstechnisch
aufwändig und daher teuer. Außerdem wird hierbei
nur eine einachsige Nachgiebigkeit des Drückwerkzeuges
realisiert, die genau in Achsrichtung der einen Verstelleinrichtung
verläuft.
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Es
ist weiterhin aus der
DE
36 26 495 A1 eine nachgiebige Lagerung des Drückwerkzeuges
insofern bekannt, dass das Drückwerkzeug bezogen auf eine
maschinenfeste Ebene relativ zu einer Neutrallage weitgehend frei
verschiebbar ausgeführt wird. Hierdurch kann das Drückwerkzeug
nahezu beliebige Ausweichbewegungen innerhalb dieser Bewegungsebene
ausführen, wenn etwa die Kraftverhältnisse zwischen
Drückwerkzeug und Drückrolle dies erforderlich
machen sollten. Die Ver schiebung ist auf wenige Millimeter begrenzt
und es wird durch eine elastische Rückstellung des Drückwerkzeuges dafür
gesorgt, dass das Drückwerkzeug wieder in eine neutrale
Mittellage zurück geht. Nachteilig an dieser Lagerung ist
es insbesondere, dass die genaue Ausweichbewegung des Drückwerkzeuges
innerhalb der Verstellebene nicht festgelegt ist und daher undefinierte
Kraftverhältnisse zwischen Drückwerkzeug und Halbzeug
auftreten können.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße
Drückmaschine derart weiter zu entwickeln, dass eine Bearbeitung
der zu drückenden Hohlteile unabhängig von jeweils
vorliegenden Materialeigenschaften zu guten Oberflächen führt.
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Die
Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe
ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 in
Zusammenwirken mit den Merkmalen des Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung geht aus von einer Drückmaschine zur Verarbeitung
von blechförmigen Materialien, aufweisend ein Drückfutter,
mindestens eine Verstelleinrichtung mit einem Antrieb zur Verstellung eines
Drückwerkzeuges, insbesondere einer Drückrolle,
das an einem Drückwerkzeughalter gehaltert ist, der an
der Verstelleinrichtung federnd gelagert und mit der Verstelleinrichtung
relativ zu dem Drückfutter verschiebbar ist. Eine derartige
gattungsgemäße Drückmaschine wird dadurch
weiter entwickelt, dass zwischen Drückwerkzeug und Verstelleinrichtung
eine federnde und/oder dämpfende Lagerungseinrichtung derart
angeordnet ist, dass das Drückwerkzeug bezogen auf das
Drückfutter elastisch verschwenkt, insbesondere verdreht
oder verkippt, wenn das Drückwerkzeug das blechförmige
Material in Richtung auf das Drückfutter drückt.
Es hat sich überraschend herausgestellt, dass bei einer
Verschwenkung des Drückwerkzeuges, die sich insbesondere
in einer Verdrehung oder Verkippung des Drückwerkzeuges
relativ zu einem mit dem Drückwerkzeug mitbewegten Punkt
der Verstelleinrichtung erfolgt, das Drückwerkzeug selbsttätig
Ausgleichsbewegungen ausführt, die kraftgesteuert aufgrund
des Kontaktes zwischen Drückwerkzeug und Halbzeug beeinflusst
werden und durch die die sonst auftretenden Ungleichmäßigkeiten
in der Ausbildung der Oberfläche des zu fertigenden Hohlteiles
nahezu vollkommen vermeidbar sind oder weitgehend vermieden werden
kön nen, so dass die sich ausbildenden Oberfläche
des Hohlteiles auch höchsten Ansprüchen genügt.
Im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Nachgiebigkeit
der Lagerung des Drückwerkzeuges entlang einer definierten
Verschiebungsachse oder frei innerhalb einer Ebene scheint gerade
die Verschwenkung, d. h. Verdrehung oder Verkippung um eine definierbare
Achse, die gute Ausbildung der Oberfläche des Hohlteiles
zu befördern. Durch diese gezielte Nachgiebigkeit der Verschwenkbewegung
wird das Drückwerkzeug offensichtlich in einer Weise an
das Material des sich bildenden Hohlteiles derart angepresst, dass
die aus der Anisotropie des Materials herrührende Neigung zur
Ausbildung unterschiedlicher Oberflächenfehler wirksam
kompensiert werden kann. Hierbei erfordert die diesbezügliche Änderung
an der Drückmaschine gegenüber dem bekannten Aufbau
herkömmlicher Drückmaschinen nur geringe Modifikationen
und Umbauten, die eine Nachrüstung auch schon verwendeter
Drückmaschinen mit der neuen Technik ermöglicht.
Auch werden keine aufwändigen Steuerungseinrichtungen benötigt,
um Korrekturen zu den beispielsweise mittels Teach-In ermittelten
Programmdaten vorzunehmen, die dem jeweiligen Umformverhalten des
Werkstoffes des Halbzeuges Rechnung tragen. Daher ist die erfindungsgemäße Drückmaschine
mit geringeren Kosten herstellbar als aktiv regelnde Drückmaschinen,
wobei mindestens gleich gute oder sogar deutlich bessere Arbeitsergebnisse
erreicht werden können.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn das Drückwerkzeug bezogen
auf die Rotationsachse des Drückfutters im wesentlichen
um eine zu der Rotationsachse des Drückfutters senkrechte
Schwenkachse verschwenkt. Durch die relative Zuordnung zwischen
Drückfutter und Drückrolle handelt es sich hierbei
um eine Schwenkbewegung auch senkrecht zur Drehachse des üblicherweise
als Drückrolle ausgebildeten Drückwerkzeuges.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schwenkachse eine
bezogen auf die Verstelleinrichtung ortsfeste Verschwenkung des
Drückwerkzeuges ermöglicht, so dass die Verschwenkung
unabhängig von der jeweiligen Position des Drückwerkzeuges
relativ zu dem Drückfutter und dem sich bildenden Hohlteil
immer konstante Bedingungen erlaubt.
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In
einer ersten denkbaren Ausgestaltung kann das Lagerungselement eine
an dem Drückwerkzeughalter ortsfest gelagerte Drehachse
zur Ausführung der Verschwenkung des Drückwerkzeuges
aufweisen. Eine solche ortsfest gelagerte Drehachse definiert eine
genau festgelegte Verschwenkung des Drückwerkzeuges, wobei
in weiterer Ausgestaltung benachbart zu der Drehachse elastische Federelemente
angeordnet sind, die das Drückwerkzeug nach seiner Verschwenkung
wieder in eine neutrale Mittenlage zurück drücken.
Durch die elastischen Federelemente wird die Nachgiebigkeit der Schwenkbewegung
des Drückwerkzeuges bezogen auf die mit der Verstelleinrichtung
mitbewegte Drehachse definiert und damit auch das Anstellungsverhalten
des Drückwerkzeuges relativ zu dem Material des Hohlteiles
beeinflusst. Werden die Federelemente relativ weich ausgeführt,
so erhöht sich die Nachgiebigkeit des Drückwerkzeuges
gegenüber seiner Verschwenkung aufgrund von an dem Drückwerkzeug
angreifenden Kräften. Sind hingegen die Federelemente relativ
steif ausgeführt, so erzeugen schon geringe Verschiebungen
des Drückwerkzeuges hohe Rückstellkräfte
auf das Drückwerkzeug und beeinflussen damit das im Spalt
zwischen Drückwerkzeug und Drückfutter umgeformte
Material des Hohlteiles entsprechend stärker.
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Es
ist hierbei in weiterer Ausgestaltung auch denkbar, dass benachbart
zu der Drehachse fluidische Federelemente, vorzugsweise pneumatisch oder
hydraulisch betriebene Kolben oder Federn oder dgl., angeordnet
sind, die das Drückwerkzeug elastisch verschwenkbar lagern
und nach seiner Verschwenkung wieder in eine neutrale Mittenlage
zurück drücken. Derartige fluidische Federelemente können
durch entsprechende Beeinflussung eine Anpassung der Nachgiebigkeit
bei der Ausweichbewegung des Drückwerkzeuges ermöglichen,
wenn z. B. über entsprechende Druckregelventile der Fluidaustausch
in den Kammern der fluidischen Federelemente verändert
wird.
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In
einer anderen Ausgestaltung ist es denkbar, dass das Lagerungselernent
ein an dem Drückwerkzeughalter festgelegtes plattenförmiges
Element aufweist, das mittels eines plattenartigen elastischen Zwischengliedes
an einem an dem Drückwerkzeug festgelegten ebenfalls plattenförmigem Element
befestigt ist. Ein derartiger schichtweiser Aufbau des Lagerungselementes,
der z. B. auch durch ein zwischen den plattenförmigen Elementen angeordnetes
und mit den plattenförmigen Elementen fest mittels Vulkanisation
verbundenem Zwischenglied realisiert werden kann, bildet einen einfachen
und gleichzeitig stabilen Aufbau des Lagerungselementes, der eine
Art Scherbewegung aus einer Verdrehung und ggf. einer linearen seitlichen
Ver schiebung zwischen den beiden plattenförmigen Elementen
erlaubt. Diese Scherbewegung ist dabei eine besondere Form der Schwenkbewegung,
die je nach Art der Nachgiebigkeit des Zwischengliedes auch kleine
seitliche Verschiebungen zwischen den plattenförmigen Elementen
erlauben kann. Durch die Beeinflussung der Nachgiebigkeit des Zwischengliedes kann
dabei etwa auch unterschiedlichen Verformungsverhältnissen
für z. B. unterschiedlich verformbare Materialien Rechnung
getragen werden.
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Von
Vorteil ist es weiterhin, wenn das Lagerungselement ein elastisch
dämpfendes Material aufweist. Ein derartiges elastisch
dämpfendes Material kann zum Beispiel aus einem federnd
elastischen Gummi- oder Kunststoffmaterial bestehen, dass punktuell
oder auch flächig zwischen Drückwerkzeughalter
und Drückwerkzeug angeordnet werden kann und damit unterschiedliche
Nachgiebigkeiten und Verschwenkbewegungen des Drückwerkzeuges erlaubt.
Das elastisch dämpfende Material kann beispielsweise auch
aus einem Silikonwerkstoff bestehen.
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Von
Wichtigkeit ist es weiterhin, dass die elastische Verschwenkbewegung
des Drückwerkzeuges Abweichungen zu der Sollbahn des Drückwerkzeuges
im Bereich von wenigen Millimetern zulässt. Größere
Verschwenkbewegungen sind in der Regel nicht notwendig und wären
auch nur durch aufwändige mechanische Konstruktionen zwischen Drückwerkzeughalter
und Drückwerkzeug realisierbar.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Verarbeitung von
blechförmigen Materialien auf einer Drückmaschine,
bei dem durch eine Verschwenkung die Oberfläche des gedrückten
Hohlteiles verbessert werden kann.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Drückmaschine zeigt die Zeichnung.
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Es
zeigen:
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1 – eine
Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Drückmaschine
mit elastisch gelagertem Drückwerkzeug,
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2 – eine
Detailvergrößerung der Drückmaschine
im Bereich der elastischen Lagerung des Drückwerkzeuges
in einer ersten Ausgestaltung der Lagerungseinrichtung,
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3 – eine
Detailvergrößerung der Drückmaschine
im Bereich der elastischen Lagerung des Drückwerkzeuges
in einer anderen Ausgestaltung der Lagerungseinrichtung,
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Die 1 zeigt
in einer sehr schematischen Draufsicht die wesentlichen Komponenten
einer Drückmaschine 22, die in wesentlichen Teilen
hinsichtlich ihres Aufbaus grundsätzlich bekannt ist und daher
hier nur kurz erläutert werden soll.
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Die
Drückmaschine 22 weist dabei ein Drückfutter 3 auf,
das über einen Drehantrieb 12 in Drehrichtung 23 in
Drehung versetzt werden kann und an dessen Vorderseite ein noch
ebenes Blechteil 4 über einen Gegenhalter 11 und
eine Pinole 10 drehbar gehaltert ist. Oberseitig des Bleches 4 ist
eine Drückrolle 1 zu erkennen, die über
zwei zueinander senkrechte Versteileinrichtungen 5, 8 entlang
der Verschieberichtungen 6, 7 senkrecht zueinander
verschoben werden kann. Hierzu weisen die Versteileinrichtungen 5, 8 jeweils
getrennt ansteuerbare Antriebe 9 auf, die von einer nicht
dargestellten Steuerung programmgesteuert werden können.
Die Drückrolle 1 führt dabei in bekannter
Weise durch die Bewegungen der Verstelleinrichtungen 5, 8 relativ
zu dem Blech 4 und dem Drückfutter 3 entsprechende
Bewegungen aus, um das Blech 4 nach und nach an das Drückfutter 3 anzulegen.
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Ist
normalerweise die Drückrolle 1 starr oder in nur
einer Längsrichtung, z. B. parallel zur Verstellrichtung 6,
elastisch an der Versteileinrichtung 5 angeordnet, so ist
bei der hier vorliegenden Erfindung die Drückrolle 1 elastisch
derart gelagert, dass die Drückrolle 1 Schwenkbewegungen 19 in
noch nachstehend beschriebener Weise ausführen kann. Hierzu
ist zwischen dem Support 20 der Verstelleinrichtung 5 und
dem Drückrollenhalter 21 eine elastische und dämpfende
Lagerungseinrichtung 2 angeordnet, die eine Verschwenkbewegung 19 der
Drückrolle 1 bezogen auf die Verstelleinrichtung 5 zulässt.
Hierdurch kann die Drückrolle 1 kleine Ausweichbewegungen
relativ zu der Bahn der Drückrolle 1 ausführen,
die die Drückrolle 1 ausführen würde,
wenn sie starr an der Verstelleinrichtung 5 gehalten wäre.
Derartige Ausweichbewegungen, die typischerweise nur wenige Zehntel
Millimeter bis hin zu wenigen Millimetern ausmachen, dienen dazu,
aufgrund z. B. der Anisotropie des Materials des Bleches 4 auftretende Unterschiede
in der Verformung des Materials des Bleches 4 auszugleichen
und damit die Verformung des Bleches 4, das lokal zwischen
Drückrolle 1 und Drückfutter 3 umgeformt
wird, zu vergleichmäßigen. Hier durch werden die
zu erzielenden Oberflächenguten der aus dem Blech 4 zu
formenden Hohlteile wesentlich verbessert, ohne dass dies durch
aufwändige Regelungstechniken oder aufwändige
mechanische Anordnungen an der Drückmaschine 22 erkauft werden
müsste.
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In
den 2 und 3 sind nun in Ausschnittsvergrößerungen
zwei denkbare und bevorzugte Ausgestaltungen der Lagerungseinrichtung 2 aufgezeigt,
wobei in der Lagerungseinrichtung 2 der 2 eine
definierte Lagerung durch ein Drehlager 24 realisiert ist
und bei der Lagerungseinrichtung 2 der 3 ein
vulkanisiertes Zwischenglied 17 zur Erzielung der Elastizität
vorgesehen ist.
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In
der 2 ist an dem Support 20 ein Flansch 25 angeordnet,
an dem eine Hälfte eines Drehlagers 24 angeordnet
ist. Gegenüberliegend und durch das Drehlager 24 beabstandet
befindet sich ein Flansch 26, der wiederum an dem Drückrollenhalter 21 festgelegt
ist und der den komplementären Teil des Drehlagers 24 aufweist.
Die beiden Flansche 25 und 26 sind daher voneinander
beabstandet angeordnet und aneinander verdrehbar festgelegt, wobei
der Drückrollenhalter 21 relativ zu dem an der Verstelleinrichtung 5 angeordneten
Support 20 eine Schwenkbewegung 19 ausführen
kann. Zur elastischen Lagerung und Dämpfung der Schwenkbewegung 19 sind
zwischen den beiden Flanschen 25 und 26 hier z.
B. als kugelartige Elemente angedeutete elastische Federelemente 18 angeordnet,
die beispielsweise an den sich gegenüber liegenden Flanschen 25, 26 befestigt
oder zwischen den sich gegenüber liegenden Flanschen 25, 26 eingeklemmt sein
können. Diese Federelemente 18 bestehen dabei
aus einem elastischen Material und weisen eine geeignete Form auf,
um bei einer Verschwenkung der Drückrolle 1 und
damit des Drückrollenhalters 21 eine Rückstellkraft
auf die Drückrolle 1 auszuüben und diese
gegen eine aus der Verformung des Bleches 4 einwirkende
Kraft 27 in eine neutrale Mittellage zurück zu
drücken. Die notwendige Kraft 27 zur Rückstellung
der Drückrolle 1 hängt dabei von dem verwendeten
elastischen Material ab und kann je nach Wahl des elastischen Materials,
z. B. Gummi oder Kunststoffen oder auch Silikonen stark verändert
und an die Bedürfnisse der Drückmaschine 22 angepasst
werden. Gleichzeitig sollte das elastische Material entsprechende
Dämpfungseigenschaften aufweisen, damit der Drückrollenhalter 21 und
damit die Drückrolle 1 während des Drückvorganges
keine unkontrollierten Schwingungsbewegungen ausführen
können. Es hat sich überra schen heraus gestellt, dass
durch die Schwenkbewegung 19 das Glättungsverhalten
der Drückrolle 1 bei der Umformung des Bleches 4 und
damit die erzielbare Oberflächengüte des aus dem
Blech 4 gebildeten Hohlteiles wesentlich verbessert wird.
Es ist bei der beschriebenen Anordnung auch denkbar, das Drehlager 24 einseitig anzuordnen
und nur auf der gegenüberliegenden Seite ein oder mehrere
Federelemente 18 vorzusehen.
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In
der 3 ist eine alternative Ausgestaltung der Lagerungseinrichtung 2 dargestellt,
wobei ein elastisches Zwischenglied 17 zwischen zwei Flanschen 15 und 16 einvulkanisiert
ist und diese beiden Flansche 15, 16 miteinander
verbindet. Hierbei ist durch die Formgebung und die elastischen
Eigenschaften des elastischen Zwischengliedes 17, z. B. eines
harten Gummimaterials oder dgl. die Rückstellung und Auslenkung
der Drückrolle 1 bestimmt, die ebenfalls wieder
eine Schwenkbewegung 19, ggf. in Form einer leichten Scherbewegung
mit einem linearen Anteil ausführen kann.
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- 1
- Drückrolle
- 2
- Lagerungseinrichtung
- 3
- Drückfutter
- 4
- Material
- 5
- Verstelleinrichtung
- 6
- Verschieberichtung
- 7
- Verschieberichtung
- 8
- Verstelleinrichtung
- 9
- Antrieb
- 10
- Reitsock
- 11
- Gegenhalter
- 12
- Drehantrieb
- 13
- Maschinenbett
- 14
- Drehrichtung
Drückrolle
- 15
- plattenförmiges
Element
- 16
- plattenförmiges
Element
- 17
- elastisches
Zwischenglied
- 18
- elastisches
Federelement
- 19
- Verschwenkbewegung
- 20
- Support
- 21
- Drückwerkzeughalter
- 22
- Drückmaschine
- 23
- Drehrichtung
- 24
- Drehlager
- 25
- Flansch
- 26
- Flansch
- 27
- Kraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10141783
A1 [0004]
- - DE 3626495 A1 [0005]