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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Ziehkissenvorrichtung, die in Kombination
von Fluid- und Elektroantrieb als ein Modul ausgeführt ist
und als Zieheinrichtung in einer Presse durch die Verwendung von
einem Modul oder mehrerer Module an unterschiedliche Teilegeometrien
anpassbar ist.
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Stand der Technik
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In
Pressen werden zum Ziehen von Platinen hydraulische Zieheinrichtungen
verwendet, die im Pressentisch angeordnet sind und über im Pressentisch
bewegliche Druckplatten und über
Druckstifte eine definierte Kraft auf den Blechhalter aufbringen, der
den Rand des Ziehteils gegen das Oberwerkzeug drückt. Komplizierte und großflächige Ziehteile
erfordern eine unterschiedliche Krafteinstellung über den Ziehteilrand.
In
DE 3807683 A1 ist
eine Zieheinrichtung bekannt, die aus mehreren unabhängig voneinander
wirkenden Druckzylindern besteht und jedem Druckzylinder eine Druckwange
zugeordnet ist, die eine individuell einstellbare Kraft auf den
Blechhalter und Ziehteilrand aufbringt. Nachteilig ist hierbei der hohe
Regelungs- und Steuerungsaufwand,
der insbesondere für
den Gleichlauf bei Vorbeschleunigung und Hochbringen und für die sicherheitsgerichtete Verriegelung
der Zieheinrichtung betrieben werden muss. Die Verwendung komplexer
hydraulischer Steuerungen verlangt beim Betreiber außerdem speziell
geschultes Personal für
die Instandhaltung und Wartung der Ziehkissenvorrichtung.
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In
letzter Zeit wurden Ziehkissenvorrichtungen bekannt, die ausschließlich elektrische
Antriebe zur Steuerung der Kissenbewegungen und zum Aufbringen der
Gegenhaltekraft verwenden. Aus
DE 10 2005 028 903 A1 sind Kissenmodule bekannt,
die aus einem elektrischen Servomotor und einem Kraftübertragungsmechanismus
zur Umwandlung der Drehbewegung in eine Hub- und Senkbewegung bestehen
und über
Kissenblöcke
die gewünschte
Kraft auf den Ziehteilrand übertragen.
Nachteilig bei dieser Ausführung
ist der erforderliche große
Bauraum zur Unterbringung des elektrischen Antriebs, insbesondere
wenn hohe Nennkräfte
erforderlich sind und mehrere Module innerhalb eines Pressentisches
angeordnet werden müssen.
Weiterhin ist es bei mechanisch angetriebenen Pressen schwierig,
im unteren Umkehrbereich des Stößels mit
dem elektrischen Antrieb eine ausreichend hohe Gegenhaltekraft aufrecht
zu erhalten, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit gegen Null geht.
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Einen
Kompromiss aus hoher Leistungsdichte, einen wesentlichen Vorzug
der hydraulischen Antriebssysteme und einer guten Wartbarkeit sowie
guter Steuer- und Regelbarkeit, eine besondere Eigenschaft der elektrischen
Antriebe, stellen Hybridsysteme dar, wie in
WO 2006/000188 A1 bekannt
geworden ist. Dabei übernehmen
hydraulisch wirkende Verdrängerzylinder
die Aufbringung der Gegenhaltekraft während des Ziehvorgangs und
mindestens ein Elektrozylinder die Steuerung und Regelung der Kissenbewegungen
außerhalb
des Kraftflusses mit dem Pressenantrieb. Diese Ziehkissenvorrichtung
mit Hybridantrieb lässt
jedoch eine kompakte Bauweise in Form eines Moduls nur bedingt zu,
da die beiden Antriebsformen nicht in einer Achse konzentriert sind. Weiterhin
verfügen
die bisher bekannten elektrisch angetriebenen Ziehkissenvorrichtungen
gegenüber den
hydraulischen Ziehkissen über
keinen ausreichenden Überlastungsschutz.
So ist z.B. der elektrische Antrieb nicht in der Lage, eine größere bestehende
Drehzahldifferenz in der Zeit des Auftreffens des Pressenstößels auf
die Ziehkissenvorrichtung auszuregeln so dass hohe Beschleunigungen
auf die Massenträgheiten
des Kraft übertragungsmechanismus
wirken und diesen durch hohe resultierende Kräfte zerstören können.
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Auch
pneumatische Ziehkissen kommen seit längerem in der Umformtechnik
zum Einsatz. In einfach wirkenden Pressen befinden sich dabei Pneumatikzylinder
im Bereich des Pressentisches. Diese Pneumatikzylinder wirken meist über eine
Druckwange und über
Druckbolzen auf einen Blechhalter. Die Druckräume der Pneumatikzylinder sind
in der Regel mit einem großvolumigen
Druckspeicher verbunden, der den Druckanstieg zum unteren Umkehrpunkt
hin reduziert. Die Art der pneumatischen Kissen sind geschlossene
Systeme und besitzen außer
einer Kraftvoreinstellung keine weiteren Steuerungsmöglichkeiten.
Sie werden durch den Pressenstößel verdrängt und
folgen ihm unmittelbar in der Abwärtsbewegung, wobei die Kraft
in der Abwärtsbewegung
gleich der Kraft in der Aufwärtsbewegung
ist. Das an sich sehr einfache pneumatische Ziehkissen kompliziert
sich zunehmend bei hohen Zieh- und Auswerfergeschwindigkeiten und
benötigt
bei großen
Ziehkräften entweder
sehr große
Kolbendurchmesser oder eine sehr große Baulänge, bedingt durch das Hintereinanderschalten
mehrerer Kolben. Der Anteil der bewegten Massen erzeugt mit zunehmenden
Ziehgeschwindigkeiten hohe Trägheitskräfte, die
im Moment des Ziehbeginns sich unkontrolliert zur Kissenkraft addieren.
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Um
den Nachteilen des pneumatischen Ziehkissens zu begegnen, werden
vereinzelt auch Stickstoffzylinder in der Umformtechnik eingesetzt.
In „Der
Einsatz des Nitro-Dyne-Gasfedersystems anstelle von Stahlfedern,
aus Bänder,
Bleche, Rohre 11-1974" werden
die Einsatzgebiete solcher Stickstoffzylinder beschrieben. Die Stickstoffzylinder
wirken dabei ähnlich
einer mechanischen Feder, bieten dabei aber einige Vorteile. Beispielsweise
wirkt bei Stickstofffedern von Beginn an die volle Kraft. Außerdem ist
der Kraftanstieg über
den Federweg einer Stickstofffeder wesentlich geringer als bei konventionellen
Federn. Ein weiterer Vorteil von Stickstofffedern ist die sehr hohe
Kraftdichte. Bei den in der Umformtechnik eingesetzten Stickstoffzylindern
gibt es unterschiedliche Bauarten. Beim so genannten Einkammersystem
bilden Kolben und Kolbenstange eine Einheit. Die Abdichtung geschieht
hier am Kolben. An der Kolbenstange befindet sich ein Abstreifer.
Die obere Kammer wird somit zur Atmosphäre hin belüftet. Das Einkammersystem zeichnet
sich durch einen kurzen Hub und einen progressiven Kraftverlauf
aus. Wird ein solches System an ein externes Speichervolumen angeschlossen,
wird von einem Tanksystem gesprochen. Bei einem Tanksystem ist es
möglich,
den Kraftanstieg der Feder über
den Federweg an die Erfordernisse anzupassen.
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Aufgabe und Vorteil der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom Stand der Technik,
eine Ziehkissenvorrichtung mit Hybridantrieb derart zu verbessern, dass
für einen
der Antriebe ein sicherer und einfach aufgebauterer Überlastungsschutz
gegeben ist und dass weiterhin der Bauraum, der für ein einzelnes Ziehkissenmodul
erforderlich ist, verringert wird.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch
die in den Unteransprüchen
genannten Merkmale sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen
der Erfindung möglich.
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Bei
der erfindungsgemäßen Ziehkissenvorrichtung
bilden der erste Antrieb und der zweite Antrieb ein Ziehkissenmodul,
wobei das Ziehkissenmodul ein Bauteil umfasst, mittels welchem der
Platinenhalter von wenigstens einem der Antriebe mit einer Hubbewegung
nach oben bewegbar ist oder mit einer Absenkbewegung nach unten
bewegbar ist, wobei eine während
eines Ziehvorgangs von dem Oberwerkzeug auf das Bauteil übertragbare,
nach unten gerichtete, eine Niederfahrbewegung verursachende Druckkraft
zur Vermeidung einer Überbelastung
des zweiten Antriebs nur durch den ersten Antrieb blockierbar oder
abbremsbar ist und wobei bei der nach unten gerichteten Niederfahrbewegung
das Bauteil von dem zweiten Antrieb entkoppelbar ist. Hierdurch ist
ein sicherer Überlastungsschutz
des zweiten Antriebs gegenüber
Kräften
und Bewegungen erreicht, die von dem Oberwerkzeug ausgehen. Für den zweiten
Antrieb kann somit auf aufwendige Schutzmaßnahmen oder eine teure Auslegung
auf Belastungen durch das Oberwerkzeug verzichtet werden. Kern der
Erfindung ist es, den zweiten Antrieb derart in den Hybridantrieb
einzubinden, dass dieser ohne jede Beeinträchtigung seiner Aufgaben, insbesondere eine
feinfühlige
Steuerung und Regelung einer Hubbewegung der Platinenhalter erfüllen kann,
jedoch von Kräften
bzw. Bewegungen, mit welchen das Oberwerkzeug über den Platinenhalter auch
auf den Hybridantrieb bzw. das Ziehkissenmodul einwirkt, entkoppelt
ist. Eine derartige Entkopplung wird mechanisch durch einen in eine
Bewegungsrichtung wirkenden Freilauf zwischen dem zweiten Antrieb
und dem Bauteil, das direkt oder indirekt mit dem Platinenhalter
gekeppelt ist, erreicht. Der Freilauf schützt den zweiten Antrieb vor Überlastungen,
da diese durch eine Ausnutzung der Freilauffunktion nicht auf den
zweiten Antrieb übertragen
werden können.
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Die
Erfindung sieht insbesondere vor, unter Nutzung des Hybridprinzips
den elektrischen Antrieb mit seinem Kraftübertragungsmechanismus in einer Achse
zu einem hydraulischen Zylinder oder einem Stickstoffzylinder oder
einem mechanisch gefederten Zylinder oder einem vergleichbaren Antrieb
anzuordnen und die Kolbenstange des Zylinders durch den Kraftübertragungsmechanismus
des elektrischen Antriebs hindurchzuführen und die Kolbenstange direkt
oder indirekt, insbesondere über
die Druckwange mit dem Platinenhalter in Wirkverbindung zu bringen.
Hierdurch wird eine besonders kompakte Bauform erreicht, da ein
Bauteil des ersten Antriebs, insbesondere eine Kolbenstange von
beiden Antrieben als Wirkverbindung zu den nachgeschalteten Komponenten
verwendet wird und nicht doppelt ausgeführt werden muss wie dies bei
bekannten Hybridantrieben der Fall ist.
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Der
große
Vorteil dieser Anordnung besteht somit darin, dass der elektrische
Antrieb, welcher auch als zweiter Antrieb bezeichnet ist, keine
unmittelbare bzw. keine alle Kräfte
und Bewegungen übertragende
Verbindung zum Platinenhalter bzw. zur Druckwange besitzt und im
Moment des Auftreffens des Pressenstößels auf den Platinenhalter
sowie im Überlastungsfall
außer
Eingriff gerät.
Der elektrische Antrieb wirkt vorzugsweise über einen Kugel- oder Rollengewindetrieb
auf einen Bund der Kolbenstange des hydraulischen Zylinders.
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In
der Abwärtsbewegung
wird die Kolbenstange vorbeschleunigt bis der Pressenstößel auf den
Platinenhalter bzw. Blechhalter aufgesetzt hat. In diesem Moment
wird das hydraulische System, bestehend aus Zylinder, abflussseitig
angeordnetem Proportionalventil und Druckaufnehmer, sowie zulaufseitig
angeordnetem Rückschlagventil
und Niederdruckspeicher, aktiv und wirkt mit einer definierten Kraft
dem Stößel entgegen.
Die Kraft wird durch einen im Zylinder geregelten Druck, der auf
die Kolbenfläche
wirkt, aufgebracht. Die Druckerzeugung erfolgt passiv durch Ölverdrängung gegen
ein Proportionalventil. Der elektrische Antrieb fährt der
Kolbenstange hinterher und muss nicht zwangsläufig in Wirkverbindung zu dieser
stehen.
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Der Überlastschutz
ist wie bei hydraulischen Ziehkissen üblich, durch ein weiteres abflussseitig angeordnetes
Druckbegrenzungsventil gegeben.
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Im
unteren Umkehrpunkt des Stößels bzw. der
Ziehkissenvorrichtung wird der Kontakt zwischen elektrischen Antrieb
und Kolbenstange wieder hergestellt. Nach Beendigung der Ölverdrängung wirkt
der Druck des Niederdruckspeichers über das Rückschlagventil im Zylinder
und drückt
die Kolbenstange mit ihrem Bund gegen den elektrischen Antrieb.
In diesem Zustand erfolgt die Aufwärtsbewegung, die durch den
elektrischen Antrieb wie derum geführt wird. Sinnvollerweise ist
der Wert des Speicherdruckes so eingestellt, dass die Summe aus
Masse- und Strömungskräfte sowie
der erforderlichen Kräfte
für das
Ausheben des Ziehteils aus dem Unterwerkzeug aufgebracht werden
kann. Ein am Zylinderboden angebrachtes Wegmesssystem erfasst direkt
die Bewegung der Kolbenstange und liefert den Wert der Regeleinrichtung
des elektrischen Antriebs.
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Die
Dimensionierung des elektrischen Antriebes richtet sich ebenfalls
nach dem Wert der daraus resultierenden Kraft, die i. a. ca. 10%
bis 20% der Nennkraft des Zylinders entspricht. Dies ist ein weiterer
Vorzug, um den Bauraum im Vergleich zu rein elektrisch angetriebenen
Ziehkissenvorrichtungen zu verkleinern. Die geringere erforderliche
Nennkraft des elektrischen Antriebs ermöglicht eine günstigere Dimensionierung
der Kraftübertragungselemente, führt zu geringeren
Massenträgheitsmomenten,
zu einer besseren Dynamik des Antriebs und reduziert gleichzeitig
die Wärmeentwicklung.
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Durch
die strikte Aufgabenteilung von hydraulischem und elektrischem System
ergeben sich die bekannten Vorteile eines Hybridantriebs: die Erzeugung
der zum Ziehen erforderlichen Gegenhaltekraft geschieht durch das
Hydrauliksystem mit seiner hohen Leistungsdichte und seiner kompakten
Bauweise und die nicht in Kontakt mit dem Pressenstößel ausgeführten Bewegungen
der Ziehkissenvorrichtung werden durch den einfacheren elektrischen
Antrieb ausgeführt.
Es entfallen z.B. die zusätzlich
erforderlichen sicherheitsgerichteten Ventile im Hydrauliksystem,
da gefährliche
Bewegungen durch den elektrischen Antrieb mit einfacheren Mitteln
sicher unterbunden werden können.
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Die
Erfindung sieht auch vor für
den ersten Antrieb, statt eines hydraulischen Zylinders oder eines
mechanischen Zylinders einen Stickstoffzylinder zu verwenden. Es
entsteht somit als Hybridantrieb bzw. als Ziehkissenmodul ein Stickstoff-Kissenmodul,
bestehend aus einem elektrischen Antrieb und einem Stickstoffzylinder,
welcher während
des Umformvorganges ähnlich
einer Feder wirkt. In einer bevorzugten Ausführungsform bleibt die Stickstoffmenge
im Zylinder während
des Betriebes des Stickstoff-Kissenmoduls konstant, da der Zylinder
während
des Betriebes von der Stickstoffversorgung entkoppelt werden kann.
Somit dient das Stickstoffversorgungssystem, im Wesentlichen bestehend
aus einem Hochdruckspeicher, einem Niederdruckspeicher und einem
Druckübersetzer,
zum Voreinstellen einer Federkraft durch Befüllen bzw. Ablassen von Stickstoff
außerhalb
des Betriebes. Obwohl während
des Umformvorganges die Stickstoffmenge im Zylinder nicht verändert wird,
kann das Gesamtsystem des Stickstoff-Kissenmoduls dennoch geregelt
betrieben werden. Die Regelung erfolgt durch eine Überlagerung
der Stickstofffederkraft und einer Kraft, resultierend aus dem elektrischen
Antrieb. Während
der Umformung kann beispielsweise der elektrische Antrieb eine Kraft
erzeugen, welche der Stickstofffederkraft entgegenwirkt. Die effektive
Kraft ist also während des
Ziehvorganges durch den elektrischen Antrieb reduzierbar. In der
Aufwärtsbewegung
wiederum kann durch den elektrischen Antrieb eine Bremswirkung erzielt
werden. Durch den generatorischen Betrieb des Elektromotors kann
eine Energierückgewinnung
im Aufwärtsgang
realisiert werden. Durch diese regelungstechnischen Möglichkeiten
kann bei der erfindungsgemäßen Ziehkissenvorrichtung
die volle Funktionalität,
wie Vorbeschleunigung, Niederhaltung, Lösehub und Endlagendämpfung gewährleistet werden.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung der Ziehkissen-Vorrichtung
als Stickstoff-Kissenmodul liegt in der Möglichkeit das Ziehkissen abgekoppelt
von der Stickstoffversorgung zu betreiben. Dies ermöglicht den
Aufbau von modularen Mehrpunkt-Ziehvorrichtungen, welche sowohl
im Pressentisch, als auch direkt im Schiebetisch angeordnet werden
können.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem, anhand
der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem, anhand
der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels.
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Es
zeigen:
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1:
Presse mit Ziehkissenvorrichtung;
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2:
Prinzipieller Aufbau eines Ziehkissenmoduls;
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3:
Bewegungszyklus der Ziehkisseneinrichtung;
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4:
Prinzipieller Aufbau eines weiteren Ziehkissenmoduls;
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5, 6:
Detaildarstellungen des in der 3 gezeigten
Ziehkissenmoduls in unterschiedliche Stellungen der Kolbenstange
und der Spindel.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
der schematische Aufbau einer Umformpresse 51 zum Ziehen
von großflächigen Teilen 10,
welche zum Beispiel als Platinen 53 aus Kunststoff oder
Blech ausgeführt
sind, dargestellt. Die Presse verfügt über einen mechanischen Antrieb 1,
der den Stößel 2 mit
Oberwerkzeug 3 auf- und abwärts bewegt. Im Pressentisch 8 ist
eine Ziehkissenvorrichtung 50 mit Hybridantrieben 52 angeordnet, die
aus einer im Pressentisch 8 vertikal verschiebbaren Druckwange 7 und
mehreren Ziehkissenmodulen 9 bzw. Hybridantrieben 52 besteht.
Auf der Druckwange 7 stehen Druckbolzen 6, die
den Platinenhalter 4 mit dem Ziehteil 10 halten
und von unten mit einer Platinenhaltekraft F53 auf das Ziehteil 10 wirken. Nach
Aufsetzen des Stößels 2 kommt
das Oberwerkzeug 3 über
das Ziehteil 10 mit dem Platinenhalter 4 in Verbindung
und verdrängt
diesen gegen die Druckbolzen 6, die Druckwange 7 und
die Ziehkissenmodule 9, die die Druckwange 7 abstützen. Jedes
Ziehkissenmodul 9 wirkt mit einer einstellbaren Kraft der Stößelbewegung
entgegen und verspannt so den Ziehteilrand zwischen Platinenhalter 4 und
Oberwerkzeug 3 in definierter Weise. Dadurch lässt sich das
Einfließen
von Material des Ziehteils 10 in die durch Oberwerkzeug 3 und
Unterwerkzeug 5 gebildete Form gezielt steuern bzw. regeln.
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In 2 wird
der prinzipielle Aufbau eines Ziehkissenmoduls 9 gezeigt.
Das hydraulische System besteht aus einem als hydraulischer Zylinder ausgeführten Tauchkolben-
bzw. Plungerzylinder 11 mit einer Kolbenstange 12 mit
Keilwellenprofil 13, einem bodenseitig angeordneten Wegmesssystem 32 sowie
den in der Abflussleitung 24 angeordneten Proportionalventil 21,
Druckbegrenzungsventil 22 und dem Druckmessumformer 23.
Weiterhin gehören die
in der Zuleitung 30 befindlichen Rückschlagventile 27 und 29,
der Kolbenspeicher 28 und eine Pumpe 26 mit einem
Ventil zur Druckbegrenzung 31. Der hydraulische Zylinder 12 bildet
einen ersten Antrieb.
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Ein
elektrischer Antrieb 14, welcher einen zweiten Antrieb
bildet, beinhaltet einen als Hohlwelle ausgebildeten Läufer 15 und
optional eine Federdruck-Sicherheitsbremse 16. Ein Getriebe
zur Umwandlung der Drehbewegung des Läufers 15 in eine Hub-
und Senkbewegung der Kolbenstange 12 ist ein Kugelgewindetrieb
bestehend aus hohler Spindel 18, die formschlüssig mit
der Kolbenstange 12 verbunden ist und der Spindelmutter 17,
die fest mit dem Läufer 15 verbunden
ist. Über
den Bund 19 der Kolbenstange 12 steht die Spindel 18 bei
ihrer Abwärtsbewegung
mit ihrem Bund 55 formschlüssig mit der Kolbenstange 12 in
Verbindung. Eine mit dem Gehäuse
des Hohlwellen-, bzw. Torque-Motors 14 verbundene Verdrehsicherung 20 fixiert
die Kolbenstange 13 über
das Keilwellenprofil und ermöglicht
so die Übersetzung
einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung.
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Die
Pumpe 26 befüllt
den Kolbenspeicher 28 über
ein Rückschlagventil 27 mit
Hydrauliköl
auf einen Druckwert, der der Summe aus maximal möglichen Masse- und Strömungskräften und
der erforderlichen Kraft zum Ausheben des Ziehteils 10 aus
der Kontur des Unterwerkzeugs 5 entspricht. Überschüssiges Drucköl wird z.B. über ein
Druckbegrenzungsventil 31 zum Tank zurückgeführt. Bei höheren Druckwerten wird man
aus energetischen Gründen an
dieser Stelle ein Ventil zur Speicherladeregelung verwenden.
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Ein
Rückschlagventil 29 verbindet
den Kolbenspeicher 28 mit der Zuleitung 30 des
Zylinders 11 und verhindert einen Rückfluss aus dem Zylinder.
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Der
dadurch auf den Kolben 12 wirkende Druck hebt die Kolbenstange 13 an
und presst diese an ihrem Bund 19 gegen die Spindel 18 des
Kugelgewindetriebes. Durch eine nicht dargestellte, jedoch allgemein
bekannte Steuereinrichtung wird der elektrische Antrieb derart angesteuert,
dass die Kolbenstange in die gewünschte
Position gefahren werden kann. Ein am Zylinderboden angeordnetes
Wegmesssystem 32 erfasst die Bewegung der Kolbenstange
direkt und liefert den Istwert an die Steuerung.
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Bei
einer Aufwärtsbewegung
liefert der hydraulische Antrieb die erforderliche Energie. Die
Position wird jedoch generell durch den elektrischen Antrieb bestimmt.
Das Proportionalventil 21 bleibt dabei geschlossen. Für die Abwärtsbewegung
hingegen liefert der elektrische Antrieb die Bewegungsenergie und
positioniert die Kolbenstange solange der Stößel nicht in Kontakt mit dem
Platinenhalter gekommen ist. Dabei muss das Proportionalventil 21 den
Abfluss aus dem Zylinder freigeben. Damit nicht unnötig Drucköl aus dem
Speicher abströmt,
wird der Druck im Zylinder auf einen Wert oberhalb des Speicherdruckes
geregelt. Den erforderlichen Druckistwert liefert der Druckaufnehmer 23.
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Sobald
der Stößel in Kontakt
mit dem Platinenhalter gekommen ist, erfolgt die Regelung des für den Ziehprozess
vorgegebenen Druckwertes. Das Aufsetzen des Stößels wird durch Vergleich der
Positionen von Stößel und
Kolbenstangen der Ziehkissenmodule erkannt. Es ist bei höheren Differenzgeschwindigkeiten
auch möglich,
das Aufsetzen des Stößels durch
einen Druckanstieg im Zylinder zu erkennen.
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Im
Versagensfall des Druckregelkreises oder des Proportionalventils 21 verhindert
ein abflussseitig angeordnetes Druckbegrenzungsventil 22 eine Überlastung
des Zylinders und der mechanischen Kraftübertragungselemente.
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Ein
weiterer Versagensfall kann z.B. durch den Ausfall der Stromversorgung
für den
elektrischen Antrieb entstehen, der besonders kurz vor Auftreffen des
Stößels bislang
als kritisch galt. Da aufgrund des Nachlaufweges und der gespeicherten
Energien der Stößel nicht
rechtzeitig zum Stillstand kommt, wird dieser mit hoher Geschwindigkeit
auf den Platinenhalter aufsetzen. Da die Kraftübertragungselemente der Ziehkissenvorrichtung
aus Aufwands- und Platzgründen
nicht auf die Nennkraft des Stößels ausgelegt
werden können,
sind Schädigungen
absehbar. Aus diesem Grunde gibt es keine formschlüssige Verbindung
zwischen dem elektrischen Antrieb 14 und Kolbenstange 13 in
einer dem Stößel entgegen gesetzten
Bewegungsrichtung, so dass die Kolbenstange mit hydraulisch begrenzter
Kraft vom Stößel weiterbewegt
werden kann während
der elektrische Antrieb blockiert.
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Eine
sicherheitsgerichtete Verriegelung von Bewegungen der Ziehkissenvorrichtung
in Aufwärtsrichtung
ist mit Hilfe der Federdruck-Sicherheitsbremse 16 möglich. Das
Bremsmoment wird durch Federkraft auf den Läufer 15 des Motors
aufgebracht. Zusätzlich
lassen sich schnelle Senkbewegungen durch Verwendung sicherheitsgerichteter
Ventile in der Abflussleitung 24 des Zylinders verhindern.
So kann optional das Proportionalventil 21 als ein Fail-Safe-Ventil
ausgeführt
werden.
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3 beschreibt
einen kompletten Bewegungszyklus der Ziehkisseneinrichtung mit Hybridantrieb.
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Außerhalb
des Ziehbereiches übernimmt
der elektrische Antrieb die Positionierung der Ziehkisseneinrichtung.
Das erfolgt vorzugsweise synchron zur Bewegung des Stößels, indem
in Abhängigkeit
des Kurbelwinkels des Pressenantriebes dem Torque-Motor bzw. dem Hohlwellenmotor
entsprechende Positionssollwerte vorgegeben werden. Innerhalb des
Ziehbereiches läuft
der elektrische Antrieb der Kolbenstange nach, die in diesem Abschnitt durch
den Stößel angetrieben
wird. Dies kann durch Begrenzung des Motorstromes oder des Drehmoments
erfolgen, um mit geringer Kraft in Kontakt zur Kolbenstange zu bleiben
oder durch Nutzung eines weiteren Wegmesssystems, welches die Position
der Spindel erfasst. Durch Vergleich beider Positionswerte lässt sich
dann die Spindel berührungslos
im geringen Abstand nachführen.
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Im
unteren Umkehrpunkt der Presse übernimmt
wieder der elektrische Antrieb die Führung der Kissenbewegungen
und hebt z.B. die Druckwange der Ziehkissenvorrichtung verzögert zur
Stößelbewegung
um einen gewissen Betrag an, um Transfereinrichtungen das Entnehmen
des Ziehteils zu ermöglichen
und bringt danach die Ziehkissenvorrichtung wieder in Ausgangsstellung.
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Der
Polsterbetrieb stellt einen Sonderfall dar, wobei der erste Abschnitt
der Hochlaufbewegung der Ziehkisseneinrichtung bis zum Beginn der
Bremsphase in Kontakt mit dem Stößel erfolgt.
Damit sich die Kolbenstangen mit der Kraft des Hydrauliksystems
gegen den Platinenhalter und Stößel anlegen können, wird
der elektrische Antrieb in Bezug zum Wegmesssystem des Stößels mit
einem geringen Abstand oberhalb des Bundes 19 geführt, bis
die Bremsphase beginnt.
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Aufgrund
der guten Regelbarkeit von elektrischen Antrieben ist ein präziser Gleichlauf
mehrerer Ziehkissenmodule möglich,
so dass unterschiedliche Anordnungsvarianten und Kombinationen möglich sind.
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In 4 ist
der prinzipielle Aufbau eines weiteren erfindungsgemäßen Ziehkissenmoduls 101 zu sehen.
Wir bereits beschrieben besteht das Ziehkissenmodul 101 im
Wesentlichen aus zwei Teilen, nämlich
aus dem elektrischen Antrieb 102, welcher allgemein auch
als zweiter Antrieb bezeichnet wird, und aus einer Feder 103,
welche allgemein als erster Antrieb bezeichnet wird. Die Feder 103 ist
vorzugsweise als Stickstoffzylinder ausgeführt, wobei die Federkraft der
Feder 103 der Presskraft entgegen wirkt. Die Federkraft
des Stickstoffzylinders 103 kann durch Befüllen bzw.
Ablassen von Stickstoff mittels einer Stickstoff-Versorgungseinheit 104 reguliert
bzw. voreingestellt werden. Diese Stickstoff-Versorgungseinheit 104 besteht
aus einem Niederdruckspeicher 105, in den überschüssiger Stickstoff
abgelassen werden kann, einem Hochdruckspeicher 106, aus dem
der Stickstoffzylinder 3 mit zusätzlichem Stickstoff befüllt werden
kann, einem dazwischen geschalteten Druckübersetzer 107 und
entsprechender Ventiltechnik. Die Stickstoff-Versorgungseinheit 104 kann
sowohl unmittelbar am Stickstoffzylinder 103, als auch
außerhalb
der Presse als separate Versorgungsstation angeordnet sein. In dem
in 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht der
elektrische Antrieb 102 aus einem Hohlwellenmotor 108. Das
Getriebe zum Umwandeln der Drehbewegung in eine Hub- und Senkbewegung
der Kolbenstange 109 ist ein Kugelgewindetrieb 110,
bestehend aus einer hohlen Spindel 18, die formschlüssig mit
der Kolbenstange 109 verbunden ist und einer Spindelmutter 17,
die fest mit einem Läufer 15 des
Hohlwellenmotors 108 verbunden ist. Über einen Bund 19 der
Kolbenstange 109 steht die Spindel 18 mit ihrem
Bund 55 bei ihrer Abwärtsbewegung
formschlüssig
mit der Kolbenstange 109 in Verbindung. Eine Verdrehsicherung 111 fixiert
die Kolbenstange 109 über
ein Keilwellenprofil 13 und ermöglicht so die Übersetzung
einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung. Die Antriebskraft
dieser Translationsbewegung wird überlagert mit der Federkraft
des Stickstoffzylinders 103. Obwohl der Stickstoffzylinder 103 während des
Betriebes ein geschlossenes System darstellt, können durch diese Überlagerung
alle im Stand der Technik bekannten Regelaufgaben für Ziehkissen gelöst werden.
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Die 5 und 6 zeigen
Detaildarstellungen des in der 3 gezeigten
Ziehkissenmoduls 9, welches im wesentlichen durch einen
Hybridantrieb 52 gebildet ist, in unterschiedliche Stellungen
der Kolbenstange 12 und der hohlen Spindel 18.
Der Hybridantrieb dient insbesondere der Erzeugung und Regelung
einer Platinenhaltekraft, mit welcher ein Ziehteil bzw. eine Platine
von wenigstens einem Platinenhalter während des Ziehvorgangs gegen
das Oberwerkzeug gedrückt
wird. Im Vergleich zu der in der 3 gezeigten
Stellung des Hybridantriebs ist die Kolbenstange 12 in
der 5 mit einer Absenkbewegung L in eine Pfeilrichtung
y' abgesunken. Eine derartige
Absenkbewegung L der Kolbenstange 12, welche allgemein
auch als Bauteil 12 bezeichnet ist, ergibt sich beispielsweise
im Verlauf eines Ziehvorgangs durch eine Niederfahrbewegung des
Oberwerkzeugs, welches indirekt auch auf die Kolbenstange 12 wirkt.
Die Absenkbewegung L der Kolbenstange 12 entlang ihrer
Achse a erfolgt unabhängig von
einer Stellung der hohlen Spindel 18 des elektrischen Antriebs 14.
Eine Relativbewegung zwischen der hohlen Spindel 18 und
dem Keilwellenprofil 13 der Kolbenstange 12 erfolgt
ungehindert, da die hohle Spindel 18 auf dem Keilwellenprofil 13 der
Kolbenstange 12 in Richtung der Achse a nach oben und unten
ungebremst gleiten kann. Die hohle Spindel 18 ist angetrieben
durch die Spindelmutter 17 auf dem Keilwellenprofil 13 der
Kolbenstange 12 in y- bzw. y'-Richtung frei verfahrbar, aber nicht
gegenüber
der Kolbenstange 12 um deren Längsachse a verdrehbar. In der
in der 5 gezeigten Stellung, in welcher die Kolbenstange 12 gegenüber der
hohlen Spindel 18 des zweiten Antriebs 14 abgesunken
ist, ist der an der Kolbenstange 12 ausgebildete Bund 19 besonders
gut erkennbar. Mit diesem in y'-Richtung
betrachteten kreisringförmige
Bund 19 trifft die Kolbenstange 12, wie in den 3 und 6 beispielhaft gezeigt,
auf einen gegenüberliegenden
ringförmigen Bund 55 der
hohlen Spindel 18. Der elektrische bzw. zweite Antrieb 14 bildet
mit seiner Spindel 18 einen höhenverstellbaren Anschlag 54 für den ersten
Antrieb bzw. für
die Kolbenstange 12 des Zylinders 11. In der in
der 6 dargestellten Stellung des Hybridantriebs 52 hat
der elektrische Antrieb 14 seine Spindel 18 in
die Pfeilrichtung y' entlang
der Achse a nach unten gefahren, so dass die Spindel 18 mit
ihrem Bund 55 auf dem Bund 19 der Kolbenstange 12 aufliegt.
Hierdurch ist die Kolbenstange 12 in der gezeigten Stellung
gegen eine weitere Hubbewegung H in y-Richtung gesichert. Eine weitere Hubbewegung
H der Kolbenstange 12 wird durch den elektrischen Antrieb 14 geregelt
bzw. gesteuert, welcher sich in durch die Regelung vorgegebener
Weise mit seiner Spindel 18 nach oben bewegt. Selbstverständlich ist es
dem elektrischen Antrieb 14 auch möglich mit seiner Spindel 18 die
Kolbenstange 12 des durch den Zylinder 11 gebildeten
hydraulischen Antriebs beispielsweise zur Korrektur einer angefahrenen
Position in die Pfeilrichtung y' nach
unten zu drücken.
Hierbei wird die Kraft des Zylinders 11, mit welcher dieser die
Kolbenstange 12 nach oben in die Pfeilrichtung y drückt, vorzugsweise
reduziert. Unabhängig
von der Stellung der Spindel 18 kann die Kolbenstange 12 zu jeder
Zeit in y'-Richtung
absinken, ohne beim Absinken den elektrischen Antrieb 14 zu
belasten. Somit ist der elektrische Antrieb 14, welcher
auch als zweiter Antrieb 14 bezeichnet wird, ohne jeden
steuerungstechnischen oder regelungstechnischen Aufwand vor den
bislang für
Ziehkissenvorrichtungen so gefährlichen Überlastungen
geschützt.
Die Kolbenstange 12, welche ein Bestandteil 56 des
Zylinders 11, der den ersten Antrieb bildet, ist, wird
zur direkten oder indirekten Betätigung
des Platinenhalters auch von dem elektrischen Antrieb 14,
der den zweiten Antrieb bildet, benutzt.
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Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Sie
umfasst auch alle fachmännischen
Ausgestaltungen im Rahmen des erfinderischen Gedankens.
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Beispielsweise
kann für
mehrere Kissenmodule ein gemeinsamer Stickstoff-Druckraum eingesetzt
werden, wobei mehrere Ziehkissenmodule mit dem gemeinsamen Druckraum
verbunden sind. Dieser gemeinsame Stickstoff-Druckraum kann auch
ein druckdichter Hohlraum im Schiebetisch sein, wobei dieser Druckraum
insbesondere für
eine Versorgung mehrere Ziehkissenmodule vorgesehen ist. Alternativ
sieht die Erfindung auch vor, die Stickstoff-Versorgungseinheit
außerhalb
der Presse als Rüststation anzuordnen.
Die Erfindung sieht auch vor, die Stickstoffmenge im Stickstoffzylinder
zu regeln.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ziehkissen-Vorrichtung 101 kann
die Stickstoffmenge im Stickstoffzylinder 103 nicht nur
als Rüstvorgang
verändert
werden, sondern auch während
dem Betrieb geregelt werden.
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Beispielsweise
kann die in 1 dargestellt Druckwange 7 geteilt
ausgeführt
werden. In diesem Falle wirken die erfindungsgemäßen Ziehkissenmodule 9 nicht
auf eine gemeinsame Druckwange 7, sondern auf einzelne
Druckwangensegmente. Diese Segmente wiederum wirken über einen
oder mehrere Druckbolzen 6 auf den Platinenhalter 4.
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Als
weitere Variante kann auf die Druckwange 7 komplett verzichtet
werden. Die Kolbenstangen der erfindungsgemäßen Ziehkissenmodule 9 wirken dann
entweder direkt oder über
Druckbolzen 6 auf den Platinenhalter 4. Der Platinenhalter 4 kann
dabei sowohl als konventioneller, als auch als segmentelastischer
Platinenhalter ausgeführt
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Ziehkissenmodule 9 in den fahrbaren Schiebetisch integriert.
Das heißt
die Ziehkissenmodule 9 und die zugehörigen Bewegungs- bzw. Kraftübertragungsmittel
werden im Schiebetischkörper
untergebracht und bei einem Werkzeugswechsel mit dem Schiebetisch
aus- bzw. eingefahren.
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Die
Erfindung sieht weiterhin vor, den Platinenhalter (4) als
segmentelastischen Platinenhalter auszubilden. Es ist auch vorgesehen,
die Ziehkissenmodule in einen oder mehrere Schiebetische zu integrieren.
Weiterhin sieht die Erfindung vor die elektrischen Antriebsfunktionen
mehrerer Ziehkissenmodule über
geeignete Bewegungsübertragungsmittel
von einem gemeinsamen Antrieb zu realisieren. Es ist auch vorgesehen
die hydraulischen Antriebsfunktionen mehrerer Ziehkissenmodule über geeignete
Bewegungsübertragungsmittel
von einem gemeinsamen Antrieb zu realisieren. Weiterhin sieht die
Erfindung vor, die elektrischen Antriebsfunktionen mehrerer Ziehkissenmodule
einzeln und/oder gemeinsam zu steuern oder zu regeln. Erfindungsgemäß ist es auch
vorgesehen, die hydraulischen Antriebsfunktionen mehrerer Ziehkissenmodule
einzeln und/oder gemeinsam zu steueren oder zu regeln. Zur Erhöhung der
Sicherheit ist es vorgesehen, mittels einer Federdruck-Sicherheitsbremse
eine Verriegelung der Ziehkissen-Vorrichtung in Aufwärtsrichtung
zu ermöglichen.
Schließlich
ist es vorgesehen, mittels sicherheitsgerichteter Ventile in der
Abflussleitung des Zylinders schnelle Senkbewegungen der Ziehkissen-Vorrichtung
zu verhindern.
-
- 1
- mechanischer
Antrieb
- 2
- Stößel
- 3
- Oberwerkzeug
- 4
- Platinenhalter
bzw. Blechhalter
- 5
- Unterwerkzeug
- 6
- Druckbolzen
- 7
- Druckwange
- 8
- Pressentisch
- 9
- Ziehkissenmodule
- 10
- Ziehteil
- 11
- Zylinder,
Plunger-Zylinder (erster Antrieb)
- 12
- Kolben
- 13
- Keilwellenprofil
- 14
- elektrischer
Antrieb (zweiter Antrieb)
- 15
- Läufer
- 16
- Federdruck-Sicherheitsbremse
- 17
- Spindelmutter
- 18
- Spindel
- 19
- Bund
- 20
- Verdrehsicherung
- 21
- Proportionalventil
- 22
- Druckbegrenzungsventil
- 23
- Druckmessumformer
- 24
- Abflussleitung
- 25
- Tank
- 26
- Pumpe
- 27
- Rückschlagventil
- 28
- Kolbenspeicher
- 29
- Rückschlagventil
- 30
- Zuleitung
- 31
- Druckbegrenzung
- 32
- Wegmesssystem
- 50
- Ziehkissen-Vorrichtung
- 51
- Umformpresse
- 52
- Hybridantrieb
- 53
- Platine
bzw. Blech
- 54
- höhenverstellbarer
Anschlag
- 55
- ringförmiger Bund
an 18
- 56
- Bestandteil
von 11
- 101
- Ziehkissenmodul
- 102
- elektrischer
Antrieb (zweiter Antrieb)
- 103
- Feder,
Stickstoffzylinder (erster Antrieb)
- 104
- Stickstoff-Versorgungseinheit
- 105
- Niederdruckspeicher
- 106
- Hochdruckspeicher
- 107
- Druckübersetzer
- 108
- Hohlwellenmotor
- 109
- Kolbenstange
- 110
- Kugelgewindetrieb
- 111
- Verdrehsicherung
- F53
- Platinenhaltekraft
- A
- Achse
bzw. Längsachse
von 12
- H
- Hubbewegung
von 12
- L
- Absenkbewegung
von 12
- a
- Achse
bzw. Längsachse
von 12