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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Ziehkissen-Vorrichtung für eine Presse zur Einstellung einer Haltekraft des zwischen zwei Werkzeughälften zu bearbeitenden Materials, wobei die Ziehkissen-Vorrichtung mindestens ein mit einem Gas beaufschlagbares Kolben-Zylinder-System aufweist, wobei das Gas von einem Speichersystem über eine Steuereinheit in das mindestens eine Kolben-Zylinder-System geleitet und über die Steuereinheit der Druck des Gases in dem Kolben-Zylinder-System auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Ziehkissen-Vorrichtung für eine Presse.
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Bei der Herstellung von Ziehteilen in einer mechanischen Presse ist es erforderlich, das auf einen unteren Teil des Werkzeugs aufgelegte Blech bei dessen Umformung zu halten. Hierzu wird das Blech zwischen einem Blechhalter und dem von oben abgesenkten Teil des Werkzeugs eingespannt. Der von dem Stößel während des Absenkens aufgebrachten Kraft muss eine Gegenkraft entgegenwirken. Zu diesem Zweck wird eine Gegenkraft auf den Blechhalter durch ein darunter liegendes Ziehkissen aufgebracht. Ziehkissen sind beispielsweise aus der
DE 10 2004 030 678 B4 und aus der
DE 10 2006 010 648 A1 bekannt.
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Bei der eingangs genannten, durch die
DE 195 21 525 A1 bekannt gewordenen Bauart wird ein Kolben-Zylinder-System eingesetzt, das mit Stickstoff als Druckgas beaufschlagt werden kann, um eine gewünschte Kraft im Ziehkissen aufzubauen. Dabei besteht die Notwendigkeit, eine definierte Kraft durch das Ziehkissen aufzubringen. Damit die Kraft, insbesondere die Niederhalterkraft, steuerbar ist, sieht dieses bekannte System vor, dass auch die kolbenseitige Kammer des Stickstoffzylinders gasdicht ausgebildet sowie über eine Rohranschluß, eine Leitung und eine einstell- bzw. absperrbare Drossel mit einer Speiseleitung der Arbeitsdruckkammer des Stickstoffzylinders verbunden ist. Weiterhin ist eine an die Leitung angeschlossene, in die Atmosphäre mündende Zweigleitung mit einem schaltbaren Absperrventil und ein Sicherheitsventil vorgesehen. Das ermöglicht in der kolbenstangenseitigen Kammer einen Gegendruck, der der Kraft in der Druckkammer entgegenwirkt. Durch Einstellung der Drossel und Betätigung des Absperrventils lassen sich verschiedene Kennlinien (progressiv/degressiv) einer Stickstofffeder erzeugen. Zur Steuerung der Drossel kann eine Programmierung und/oder eine Steuerkurve vorgesehen werden, was allerdings manuelle Eingriffe an den Füll- und Regelarmaturen erforderlich macht. Bei der
DE 10 2004 030 678 B4 wird zur Erzeugung der Kraft eine Kombination aus einem Fluidzylinder und einem Elektroantrieb eingesetzt.
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Die Ziehkissen werden als einzelne Elemente oder auch als Batterien eingesetzt. Sie werden vor dem Betrieb manuell über eine Füllarmatur mit Stickstoff aufgefüllt.
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Nachteilig ist vor allem, dass beim Umrüsten auf ein anderes Werkzeug alle Ziehstufen auf den neuen Stickstoffdruck manuell eingestellt werden müssen. Dies erfordert einerseits eine gewisse Rüstzeit; andererseits hängt die genaue Befüllung der Ziehstufen von dem jeweiligen Presseneinrichter ab. Wenn eine Entleerung der Stickstoffzylinder erfolgen muss, wird der Stickstoff in die Atmosphäre abgelassen. Dies hat einen nicht unerheblichen Stickstoffverbrauch zur Folge, was wiederum entsprechende Kosten nach sich zieht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es möglich wird, die genannten Nachteile zu überwinden. Es soll insbesondere der Werkzeugwechsel an einer Presse in schnellerer Weise möglich werden und die Einstellung der Stickstoffzylinder möglichst genau und reproduzierbar erfolgen. Des Weiteren soll der Verbrauch an Stickstoffgas reduziert werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der der Steuereinheit vorgegebene Druckwert für das Kolben-Zylinder-System von einem Speichermittel zur Verfügung gestellt wird, in dem für eine Anzahl Werkzeuge korrespondierende Druckwerte gespeichert sind, dass die Steuereinheit vor Aufnahme des Produktionsprozesses der Presse einen vorgegebenen Anfangsdruck in dem Kolben-Zylinder-System einstellt, und dass im Kolben-Zylinder-System nicht benötigtes bzw. überschüssiges Gas in das Speichersystem geleitet und wiederverwendet wird.
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Die Erfindung ermöglicht somit eine Druckregelung in den Kolben-Zylinder-Einheiten, wobei hinsichtlich der Sollwerte auf eine Werkzeugdatenbank zurückgegriffen werden kann und eine Rückgewinnung des Stickstoffes erfolgt. Hierdurch lässt sich einerseits beim Umrüsten der Presse auf ein anderes Werkzeug in schneller, einfacher und genauer Weise die Ziehkissen-Vorrichtung einstellen. Andererseits können die Kosten für das benötigte Gas, vorzugsweise Stickstoff, gering gehalten werden.
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Vor einem Werkzeugwechsel kann über die Steuereinheit das Kolben-Zylinder-System in eine Werkzeugwechselposition gefahren werden.
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Die Ziehkissen-Vorrichtung für eine Presse zur Einstellung einer Haltekraft des sich zwischen zwei Werkzeughälften befindlichen zu bearbeitenden Materials sieht als Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß vor, dass das Kolben-Zylinder-System mit mindestens einem Drucksensor versehen ist, der mit der Steuereinheit in Verbindung steht, dass Speichermittel zur Speicherung von Druckdaten für eine Anzahl von Werkzeugen vorhanden sind und mit der Steuereinheit verbunden sind, und wobei das Kolben-Zylinder-System mit einer über mindestens ein Ventil schaltbaren Leitung mit dem Speichersystem für nicht benötigtes bzw. überschüssiges Gas verbunden ist.
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Weiterhin können Positionsgeber, bevorzugt Näherungsschalter, vorhanden sein, die mit der Steuereinheit verbunden sind und die die Hublage des Kolben-Zylinder-Systems anzeigen.
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Vorzugsweise sind mehrere Kolben-Zylinder-Systeme zu einer Ziehkissen-Einheit zusammengefasst, die auf einen gemeinsamen Druckteller wirken.
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Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht vor, dass ein Pumpenelement vorhanden ist, das mit einem über mindestens ein Ventil schaltbaren Leitungssystem mit dem Kolben-Zylinder-System und dem Speichersystem pneumatisch verbindbar ist, um Gas aus dem Kolben-Zylinder-System in das Speichersystem abzupumpen.
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Die Ziehkissen-Vorrichtung ist vorzugsweise Bestandteil einer Transferpresse.
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Das vorgeschlagene System zeichnet sich durch eine automatische Versorgung, Überwachung und Regelung der Ziehkissenzylinder aus. Die Einstellung der einzelnen Ziehkissenstufen auf die erforderlichen Drücke erfolgt automatisch aus dem Werkzeugdatensatz abhängig von dem verwendeten Werkzeug. Das System stellt automatisch die notwendigen Drücke ein und kontrolliert diese während der Produktion. Eine Abweichung von einem Solldruck (z. B. infolge einer Leckage) wird erkannt und durch Nachpumpen oder Ablassen korrigiert.
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Stickstoff, der üblicherweise in die Atmosphäre abgelassen wird, wird erfindungsgemäß vom System aufgefangen und wiederverwendet, d. h. in eine entsprechende Speicherflasche zurückgepumpt; dieses Stickstoffgas kann dann erneut verwendet werden. Dies verringert den Verbrauch an Stickstoff erheblich und schont die Resourcen.
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Hiermit wird es in vorteilhafter Weise möglich, die Produktionsparameter des Pressenbetriebs reproduzierbar einzuhalten, was sich entsprechend positiv auf die Teilequalität auswirkt.
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Die Umrüstzeit von einem Werkzeug auf ein anderes wird durch die vorgeschlagene Vorgehensweise erheblich reduziert, da die Druckeinstellung der Stickstoffzylinder automatisch abläuft und parallel zum Werkzeugwechsel erfolgen kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 in perspektivischer Darstellung eine Presse, ausgestattet mit einer Ziehkissen-Vorrichtung;
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2 in perspektivischer Darstellung eine Ziehkissen-Einheit, die sechs Kolben-Zylinder-Systeme aufweist;
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3 ein pneumatisches Schaltschema für die Ziehkissen-Vorrichtung der Presse; und
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4 einen Ausschnitt des Schaltschemas nach 3 bei der Absaugung von Stickstoff aus der Ziehkissen-Vorrichtung.
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Eine in 1 dargestellte Presse 2 ist mit einer Ziehkissen-Vorrichtung 1 ausgestattet. Die Presse weist ein nicht dargestelltes zweiteiliges Werkzeug auf, wobei hier oben ein Stößel 3 und unten ein Tisch 4 gezeigt sind.
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Die Ziehkissen-Vorrichtung 1 dient als Blechhalterung beim Tiefziehen in der Presse 2. Sie verhindert damit die Faltenbildung und hebt durch die gleichzeitige Auswerferfunktion die Teile beim Stößelrücklauf auf Transportniveau. Die Ziehkissen-Vorrichtung 1 befindet sich sowohl im Pressenstößel als auch im Pressentisch.
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Die Ziehkissen-Vorrichtung weist eine Anzahl von Ziehkissen-Einheiten 12 auf, von denen eine in 2 dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wirken sechs Kolben-Zylinder-Systeme 5 zusammen. Diese bzw. die Kolbenstangen 15 der Kolben-Zylinder-Systeme 5 wirken auf einen gemeinsamen Druckteller 13. Die sechs Kolben-Zylinder-Systeme 5 werden von einem Zylinderblock 16 getragen. In den Zylinderblock führt auch ein nicht näher dargestellter Anschluss 17 für die Stickstoffversorgung. Der Druckanstieg beim Verdrängen ist durch die Dimensionierung der Ausgleichskammern 18 der Kolben-Zylinder-Systeme 5 auf maximal 1:1,3 begrenzt. Zusätzlich ist die Kolben-Zylinder-Einheit 5 durch Berstscheiben (maximal 160 bar) abgesichert.
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Der maximale Nutzhub der Ziehkissen-Einheit 12 beträgt im Ausführungsbeispiel 88 mm. Die maximale Nennkraft beträgt 300 kN bei ca. 113 bar. Die beiden Endlagen der unteren Ziehkissen-Einheiten sowie die Endlage der oberen Ziehkissen-Einheiten werden über die Näherungsschalter abgefragt.
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Die verwendeten einzelnen Kolben-Zylinder-Systeme 5 sind untereinander austauschbar und können zu Wartungszwecken einzeln demontiert werden.
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Grundsätzlich ist das Wirkprinzip des Ziehkissens das einer Stickstoff-Feder, die durch die Abwärtsbewegung des Stößels verdrängt wird. Nach dem Durchfahren des unteren Totpunkts der Presse folgt das Ziehkissen der Aufwärtbewegung des Stößels, bis die Kolben der Stickstoff-Federn ihre Endlage erreichen.
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Die Kräfte des Ziehkissens werden über Pinolen an das Werkzeug übertragen. Das Ziehkissen besteht beispielsweise auf zwölf Einheiten, sechs Einheiten im Stößel und sechs Einheiten in der Tischplatte.
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Der Aufbau und die Betriebsweise der Ziehkissen-Vorrichtung 1 gehen aus den 3 und 4 hervor.
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Die Kolben-Zylinder-Systeme 5, die zusammen die Ziehkissen-Einheiten 12 bilden, werden von einem Speichersystem 6 mit Stickstoff als Gas versorgt. In das Speichersystem 6, umfassend mehrere Aufnahmebehälter 6', wird überschüssiges Gas, d. h. der sich in den Kolben-Zylinder-Systemen 5 befindliche Stickstoff wird nicht in die Atmosphäre entlassen, sondern – sofern er nicht benötigt wird – zurückgefördert.
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Eine Steuereinheit 7 regelt den Druck p in den Kolben-Zylinder-Systemen 5. Dabei steht die Steuereinheit 7 mit einem Speichermittel 8 in Verbindung, das auch Bestandteil einer SPS sein kann und in dem für eine Anzahl konkreter, zum Einsatz kommender Werkzeuge die benötigten Drücke für die Kolben-Zylinder-Einheiten 5 gespeichert sind. Wird also ein neues Werkzeug in die Presse 2 eingebaut, kann durch entsprechende Anwahl von einem Bedienfeld 19 der Presse 2 der relevante Datensatz aus dem Speichermittel 8 ausgelesen und der Steuereinheit 7 zur Druckregelung vorgegeben werden.
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Ein Drucksensor 9 in dem Kolben-Zylinder-System 5 (s. 3) liefert der Steuereinheit 7 die Information darüber, ob Stickstoff zwecks Druckerhöhung in dem Kolben-Zylinder-System 5 aus dem Speichersystem 6 nachgeführt werden oder aus dem Kolben-Zylinder-System 5 zwecks Reduzierung des Drucks in das Speichersystem 6 abgeführt werden muss.
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Die jeweils gegebenen Endlagen des Kolben-Zylinder-System 5 werden durch Positionsgeber 10 und 11 in Form von Näherungsschaltern erfasst und an die SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) 24 gemeldet.
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Die Stickstoff-betriebenen Kolben-Zylinder-Systeme 5 können auch einzeln von dem Bedienfeld der Presse 2 auf die erforderliche Ziehkraft eingestellt werden.
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Die Ziehkissen-Einheiten 12 in der Tischplatte müssen zum Werkzeugwechsel entleert und nach unten in ihre Endlage gefahren werden. Dies erfolgt mittels eines Pumpenelements (Vakuum-Kompressor) 14, s. 4. Vor dem Pumpenelement 14 ist ein Wegeventil 27 angeordnet, das in der Grundstellung geschlossen ist. Die Endlagen der Ziehkissen-Einheiten sind über die Näherungsschalter 10, 11 abgefragt. Im Stößel 3 bedeutet die Endlage den ausgefahrenen Zustand, im Tisch 4 bedeutet die Endlage den eingefahrenen und ausgefahrenen Zustand.
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Die Druckversorgung der Ziehkissen-Einheiten 12 erfolgt über das Speichersystem 6 für Stickstoff (Stickstoff-Versorgungssystem). Hauptbestandteile dieses Systems sind Stickstoff-Flaschenbündel (das Stickstoff-Versorgungssystem versorgt die vorhandenen Ziehkissen-Einheiten im Tisch 4 und Stößel 3 mit dem Druckmedium) mit einer Ventiltafel, ein Steuerschrank (Verdichterstation), eine Ventiltafel für die Stößel (die am Stößel angebracht ist), eine Ventiltafel für den Tisch (die unterhalb am Pressenständer montiert ist) und das Pumpenelement 14.
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Die Aufgabe des Stickstoff-Versorgungssystems ist es, die Ziehkissen-Einheiten 12 auf den erforderlichen Fülldruck einzustellen bzw. den erforderlichen Druck während der Produktion aufrecht zu erhalten.
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Die Ziehkissen-Einheiten 12 in der Tischplatte müssen zum Werkzeugwechsel entleert und nach unten gezogen werden. Das vorhandene Stickstoffvolumen wird in das Flaschenbündel zurückgepumpt und bis auf einen Restdruck von ca. 4 bar wiederverwendet. Der Restdruck wird aus technischen Gründen in die Atmosphäre abgelassen. Ist der Werkzeugwechsel erfolgt, werden die Ziehkissen-Einheiten mit geringem Druck beaufschlagt, bis alle Ziehkissen-Kolben ausgefahren sind (überwacht durch die Näherungsschalter). Dann erfolgt die Befüllung mit dem gewünschten Druck für den Betrieb der Presse.
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Das Stickstoffreservoir 6 besteht hier aus einer Flaschenbatterie mit drei Flaschen. Zusätzlich kann einer der Aufnahmebehälter 6' bis auf ca. 4 bar restentleert werden. Die Aufnahmebehälter 6' bzw. Flaschen sind über Absperrventile 23 angeschlossen. Der Versorgungsdruck sowie der Druck im Restentleerkreis werden über Manometer 20 überwacht. Der Versorgungskreis ist über ein Druckbegrenzungsventil 21 abgesichert.
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Die Verdichterstation ist in einem Schrank untergebracht und besteht im Wesentlichen aus drei Hochdruck-Kompressoren (Booster) 22. Schematisch ist der Booster in 3 im Bereich der Steuereinheit 7 angedeutet. Des Werteren werden ein Vordruck-Kompressor und ein 3/3-Wege-Proportionalventil zur Druckregelung eingesetzt. Die Steuerung der erforderlichen Befüll-, Entleer- bzw. Regelvorgänge erfolgt über 3/2- bzw. 2/2-Wege-Magnetventile.
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Die Steuereinheit 7 steht mit einer SPS 24 der Presse in Verbindung. Die SPS 24 erhält ein Signal über den Kurbelwinkel-Positionsgeber 25 der Presse, der wiederum mit der Exzenterwelle 26 der Presse in Verbindung steht.
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Die Sensorik zur Druckmessung erfolgt über die Drucksensoren 9 (Druckaufnehmer, ausgeführt als P/I-Wandler). Zur Filterung sind Stickstoff-Filter vorgesehen. Die Wegeventile können mit einer Steuerhilfsluft betätigt werden, die aus dem Pneumatiksystem der Presse bereitgestellt wird.
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Das Pumpenelement 14 (Vakuum-Kompressor) sorgt für das Zurückziehen (Absenken) der Zieheinheiten im Tisch durch Erzeugen eines Unterdrucks im Zylinder der Kolben-Zylinder-Systeme 5. Vor dem Einschalten des Pumpenelements 14 werden die Ziehkissen-Einheiten 12 leergepumpt (Rückpumpen des Stickstoffs in das Speichersystem 6 bzw. Flanschen-/Aufnahmebehälterbündel) und dann drucklos gemacht.
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Möglich ist es alternativ auch, dass das Zurückziehen der Ziehkissenzylinder für den Werkzeugwechsel im Tisch erfolgt.
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Die erforderlichen Funktionsabläufe der Ziehkissen-Vorrichtung lassen sich in einzelne Funktionsbausteine (Ablaufsequenzen) einteilen. Diese sind nach dem jeweiligen Zweck definiert.
- 1. Erstbefüllung auf verschiedene Drücke in den einzelnen Kissen (beginnend mit dem niedrigsten Druck).
- 2. Befüllvorgang der Kissen nach der vollständigen Entleerung der unteren Kissen im Tisch und Rückförderung des Stickstoffs in das Flaschenbündel/Speichersystem 6, z. B. nach einem Werkzeugwechsel. Die Befüllung der Ziehkissen erfolgt über ein Proportionalventil, die Rückförderung erfolgt ungeregelt über ein zu öffnendes Ventil.
- 3. Entleeren aller Ziehkissen, d. h. Drucklosmachung der Ziehkissen-Einheiten 12.
- 4. Überwachung der Ziehkissendrücke während der Produktion und Aufrechterhaltung der eingestellten Drücke in den Ziehstufen (Ablassen bzw. Nachpumpen).
- 5. Umrüstvorgang auf ein neues Werkzeug mit Zurückziehen der unteren Zieheinheiten im Tisch, um das Werkzeug incl. Adapterplatte herausfahren zu können, und nach erfolgtem Werkzeugwechsel Einstellung aller Ziehkissen-Stufen auf die neuen Solldrücke.
- 6. Austauschen einer Flasche 6' gegen eine volle neue Flasche (wenn der Restdruck im Flaschenbündel nur noch ca. 25 bar beträgt) und Restentleerung der Flasche bis auf ca. 4 bar.
- 7. Druckentlastung des Verdichters, wobei sich durch Betätigen eines Ventils das System auf der Verdichterausgangsseite bis zum Proportionalventil druckentlasten lässt. Der Stickstoff wird hier in die Atmosphäre abgelassen.
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Diese Vorgehensweise ermöglicht es, daß auf eine manuelle Befüllung und Druckeinstellung der Ziehkissen-Einheiten verzichtet werden kann. Ein Druckabfall bzw. eine Druckerhöhung (aufgrund von Erwärmung) wird ausgeregelt, so dass dies keine Produktionsunterbrechung hervorruft.
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Es erfolgt vielmehr ein automatisches Einstellen der erforderlichen Drücke in den Ziehkissenstufen, was Rüstzeiten reduziert. Die kontinuierliche Überwachung der Drücke in den Ziehkissen-Einheiten während der Produktion führt zu einer verbesserten Teilequalität und verringert den Ausschuss. Das automatische Konstanthalten der Drücke in den Ziehkissen erfolgt durch das Nachfüllen bzw. Abpumpen von Stickstoff während der Produktion, was die Reproduzierbarkeit der Einstellung erhöht. Das Wiederverwenden des Stickstoffs durch Abpumpen und Rückführen in ein Reservoir steigert die Wirtschaftlichkeit des Prozesses. Die Rüstzeiten werden weiter reduziert durch das Absenken und Ausfahren der Kolben-Zylinder-Systeme im Pressentisch zum Werkzeugwechsel.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ziehkissen-Vorrichtung
- 2
- Presse
- 3
- Stößel
- 4
- Tisch
- 5
- Kolben-Zylinder-System
- 6
- Speichersystem (Flaschenbündel)
- 6'
- Aufnahmebehälter für zurückgefördertes Gas (Restentleerung der Wechselflasche)
- 7
- Steuereinheit
- 8
- Speichermittel
- 9
- Drucksensor
- 10
- Positionsgeber (Näherungsschalter)
- 11
- Positionsgeber (Näherungsschalter)
- 12
- Ziehkissen-Einheit
- 13
- Druckteller
- 14
- Pumpenelement (Vakuumpumpe)
- 15
- Kolbenstange
- 16
- Zylinderblock
- 17
- Anschluss für die Stickstoffversorgung
- 18
- Ausgleichskammer
- 19
- Bedienfeld
- 20
- Manometer
- 21
- Druckbegrenzungsventil
- 22
- Hochdruck-Kompressor (Booster)
- 23
- Absperrventil
- 24
- SPS (Steuerung der Presse)
- 25
- Kurbelwinkel-Positionsgeber der Presse
- 26
- Exzenterwelle der Presse
- 27
- Wegeventil