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Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zur Prüfung der Funktionsfähigkeit einer Tiefziehpresse nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Prüfung der Funktionsfähigkeit einer solchen Tiefziehpresse nach dem Patentanspruch 11.
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Beim Tiefziehen einer Platine kann unter anderem der äußere Materialkranz der Platine zwischen einem Blechhalter und einem Tiefziehwerkzeug mit einer Blechhaltekraft fest eingespannt sein. Die Größe der Blechhaltekraft ist von Bedeutung für das Tiefziehergebnis. Bei zu geringer Blechhaltekraft kann es aufgrund von Zug- oder Druckspannungen zu einer Faltenbildung kommen. Bei zu großer Blechhaltekraft wird demgegenüber ein Nachfließen des Werkstoffmaterials in den Ziehspalt verhindert, wodurch Risse entstehen können.
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Aus der
DE 693 310 16 T2 ist eine gattungsgemäße Tiefziehpresse bekannt, bei der eine Werkstückplatine zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug sowie einem Blechhalter umgeformt wird. Während des Verformungsvorganges ist die Werkstückplatine zwischen dem zweiten Tiefziehwerkzeug des Pressenstößels und einem Blechhalter fest eingespannt. Zur Erzeugung der Blechhaltekraft ist ein Ziehkissen vorgesehen, das hydraulisch betätigbare Verdrängungszylinder aufweist. Diese wirken mit Pressenpinolen zusammen, die den Blechhalter gegen das am Pressenstößel befestigte Tiefziehwerkzeug mit vorgegebener Ziehkissenkraft drücken.
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Bei mehreren, an sich baugleich ausgeführten Tiefziehpressen ergibt sich im Lauf der Standzeit die Problematik, dass trotz gleicher Ziehkisseneinstellungen die Werkstückplatinen in den Tiefziehpressen mit unterschiedlich großen Blechhaltekräften fest eingespannt werden. Bei derartigen baugleichen Tiefziehpressen können daher qualitativ gleichwertige Tiefziehergebnisse nur mit größerem prozesstechnischen Aufwand erreicht werden. Zudem besteht bei der Neuinstallation einer Tiefziehpresse die Problematik, dass die Funktionsfähigkeit, das heißt das Regelverhalten, die Regelgüte sowie das Einschwingverhalten des Ziehkissens, nicht ohne weiteres objektiv geprüft werden kann. Außerdem ist es im Fehlerfall prozesstechnisch aufwändig, die Ursachen hierfür in der Tiefziehpresse zu identifizieren.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Prüfvorrichtung zur Prüfung der Funktionsfähigkeit einer Tiefziehpresse sowie ein Verfahren zur Prüfung der Funktionsfähigkeit einer solchen Tiefziehpresse bereitzustellen, mit der in prozesstechnisch einfacher Weise insbesondere das Ziehkissen der Tiefziehpresse vermessen werden kann.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 11 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 weist die Prüfvorrichtung einen Meßkörper auf. Zur Durchführung eines Prüfvorgangs werden zunächst die Tiefziehwerkzeuge des Pressentisches sowie des Pressenstößels von der Tiefziehpresse demontiert. Anstelle dieser Werkzeuge wird zur Vorbereitung des Prüfvorganges der erfindungsgemäße Meßkörper zwischen den Pressenstößel und dem Pressentisch eingesetzt. Zum Start des Prüfvorganges stellt der Benutzer eine Sollkraft ein, mit der das Ziehkissen den Meßkörper gegen den Pressenstößel drücken soll. Die bei Durchführung des Prüfvorganges vom Meßkörper erfasste Istkraft wird anschließend zu einer Auswerteeinheit geleitet. Hier kann die Istkraft mit der benutzerseitig eingestellten Sollkraft verglichen und daraus die Funktionsfähigkeit der Tiefziehpresse ermittelt werden. Aus dem Vergleich zwischen Ist- und Sollwert können dann vom Benutzer gegebenenfalls Maßnahmen veranlasst werden, um den Istwert an den benutzerseitigen Sollwert anzugleichen.
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Beim oben genannten Abgleich der Istkraft mit der Sollkraft kann sowohl eine Gesamtkraft als auch eine Kraftverteilung betrachtet werden. Falls signifikante Unterschiede zwischen der Ist- und der Sollkraft festgestellt werden, kann eine Kalibrierung erfolgen, zum Beispiel über die Pressensteuerung oder durch Austausch von Druckumformern im Hydrauliksystem der Tiefziehpresse. Ferner ist durch die erfindungsgemäße Pressenvermessung bzw. -prüfung eine Durchbiegung oder ein Kippungs- und Steifigkeitsverhalten meßtechnisch erfassbar. Zudem kann beim erfindungsgemäßen Prüfverfahren das Regelverhalten der Presse überprüft werden und durch Austausch von Ventilen bzw. durch Anpassung von Reglereinstellungen einfach verbessert werden. Außerdem kann das Schwingverhalten der Presse durch den Austausch von Ventilen bzw. durch die Anpassung der Reglereinstellungen verbessert werden.
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Das Ziehkissen kann zur Kraftbeaufschlagung zumindest einen, in einem Hydraulikkreislauf geschalteten Verdrängungszylinder aufweisen. In diesem Fall kann die Prüfvorrichtung zumindest einen Drucksensor aufweisen, mit dem während des Prüfvorganges ein Istdruck im Verdrängungszylinder erfasst werden kann, der ebenfalls zusammen mit der Istkraft sowie der Sollkraft der Ermittlung der Funktionsfähigkeit zugrunde gelegt werden kann. Durch die Erfassung des Istdruckes im Verdrängungszylinder kann eine Fehlersuche im Ziehkissen besser eingegrenzt werden.
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Der Prüfvorgang kann bevorzugt so gestaltet sein, dass der Pressenstößel unter Verdrängung des mit der Ziehkissenkraft beaufschlagten Ziehkissens um einen Stößelweg hubverstellt wird. Der Stößelweg kann hierbei von einem Hubsensor der Prüfvorrichtung erfasst und ebenfalls der Ermittlung der Funktionsfähigkeit der Tiefziehpresse zugrunde gelegt werden. Bevorzugt wird die vom Messkörper erfasste Istkraft und/oder die im Verdrängungszylinder des Ziehkissens erfasste Druckkraft kontinuierlich erfasst. Auf diese Weise lassen sich zeitliche Istkraft- oder Druckverläufe vergleichen, wodurch insbesondere das Regelverhalten des Ziehkissens, das heißt dessen Zeitverhalten bzw. -dynamik sowie dessen Regelgüte, geprüft werden kann. Zur Erfassung der Istkraft kann der Meßkörper zumindest eine Kraftmeßdose aufweisen.
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Neben dem zumindest einen Verdrängungszylinder kann das Ziehkissen auch Pressenpinolen aufweisen, die im Kraftschluss zwischen dem Verdrängungszylinder und dem Blechhalter geschaltet sind. Mit den Pressenpinolen kann während des Verformungsvorganges die Ziehkissenkraft in den Blechhalter eingeleitet werden. Im Prüfvorgang kann dagegen die Istkraft über die Pressenpinolen in den Meßkörper eingeleitet werden.
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Der Meßkörper der Prüfvorrichtung kann bevorzugt als eine separate Baueinheit ausgeführt sein, die in unterschiedliche Tiefziehpressen einsetzbar ist. Hierzu kann der Meßkörper zur Befestigung am Pressenstößel eine obere und untere Montagewange aufweisen. Die untere Montagewange ist dem Ziehkissen zugewandt und mit diesem in Anlage bringbar. Die Montagewangen des Messkörpers können über Drucksäulen miteinander verbunden sein. Dabei können die Drucksäulen unter Zwischenlage von Kraftmeßdosen an der oberen oder unteren Montagewange des Meßkörpers montiert sein.
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Um besonders aussagefähige Meßergebnisse von den jeweiligen Kraftmeßdosen der Meßkörper-Drucksäulen zu erhalten, kann in Einbaulage jede der Drucksäule mit einem Verdrängungszylinder des Ziehkissens fluchten.
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Wie oben beschrieben können mit dem Meßkörper Ziehkissenparameter, das heißt zumindest die Istkraft, aufgenommen und mit einem korrespondierenden Sollwert verglichen werden. Die Istkraft entspricht dabei der Blechhaltekraft, mit der während des Verformungsvorganges der Blechhalter die Platine gegen das Tiefziehwerkzeug des Pressenstößels drückt. Die Messung dieser Istkraft erfolgt dabei meßtechnisch vorteilig objektiv, das heißt unabhängig von den jeweiligen Tiefziehwerkzeugen bzw. den Blechhaltern des Tiefziehwerkzeuges. Dadurch kann insbesondere die Funktionsfähigkeit des Ziehkissens prozesstechnisch einfach überprüft werden, das zur Einstellung der Blechhaltekraft von vorrangiger Bedeutung ist.
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Durch das erfindungsgemäße Prüfungsverfahren kann prozesstechnisch einfach eine Neuvermessung sowie eine Abnahme von neuen Anlagen durchgeführt werden. Ebenso ist eine regelmäßige Routinevermessung einer Tiefziehanlage sowie eine Vergleichsmessung zwischen unterschiedlichen Tiefziehanlagen durchführbar. Zudem ist die Prüfvorrichtung für eine effektive Fehlersuche in dem Ziehkissen der Tiefziehpresse einsetzbar. Derartige Fehler können sich beispielhaft durch eine Kippung des Pressenstößels gegenüber dem Ziehkissen oder durch eine Druckkastenkippung bzw. -durchbiegung des Ziehkissens ergeben.
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Der erfindungsgemäße Meßkörper ist auch bei Tiefziehpressen anwendbar, die einen zusätzlichen Zentralzylinder aufweisen. Mit dem Zentralzylinder kann in an sich bekannter Weise der Blechhalter beim Aufsetzen des Tiefziehwerkzeuges des Pressenstößels auf die Platine beschleunigt werden, um ein Einschwingverhalten des Blechhalters zu begünstigen. Aus dem während des Prüfvorganges erfassten Istkraft- und Druckverläufen kann gegebenenfalls auch auf ein fehlerbehaftetes Verhalten des Zentralzylinders geschlossen werden. Neben der Vorbeschleunigungsfunktion weist der Zentralzylinder auch eine Hebefunktion auf.
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Die Prüfvorrichtung kann zudem eine Bedien- und Visualisierungsoberfläche zur automatisierten Meßdatenaufbereitung, Datenanalyse, Darstellung, Speicherung und Meßdatenverwaltung aufweisen. Schwerpunkt der Auswerteeinrichtung ist dabei die Auswertung der Kraft- und Druckverläufe bezüglich der Sollvorgaben für Regelgüte und Einschwingverhalten sowie das Verhalten des Ziehkissens bei unterschiedlichen Einstellungen.
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Der Hubsensor kann bevorzugt als Seilzugsensor ausgeführt sein. Mittels des Hubsensors kann der Meßweg im Prüfvorgang erfasst werden. Ferner können mehrere Hubsensoren bei geeigneter Anordnung eine Stößelkippung oder -durchbiegung erfassen.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
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1 in einer schematischen Darstellung eine Tiefziehpresse;
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2 die Tiefziehpresse bei ausgebatuen Tiefziehwerkzeugen sowie bei noch einzubauendem Meßkörper der Prüfvorrichtung;
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3 bis 5 jeweils die Tiefziehpresse mit eingebautem Meßkörper; und
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6 ein Diagramm, in dem die Istkraft, die benutzerseitig vorgegebene Sollkraft, eine mit dem Druck im Verdrängungszylinder korrespondierende Verdrängungszylinder-Kraft sowie der Stößelweg während eines Prüfvorganges dargestellt sind.
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In der 1 ist eine Tiefziehpresse gezeigt, die einen Pressenstößel 1 aufweist, der in einer nicht dargestellten Stößelführung über einem ortsfesten Pressentisch 3 vertikal geführt ist. Der Pressentisch 3 trägt als erstes Tiefziehwerkzeug einen Stempel 5. Der Stempel 5 des Pressentisches 3 wirkt mit einer als zweites Tiefziehwerkzeug gebildeten Matrize 7 zusammen, die am Pressenstößel 1 befestigt ist. Am Stempel 5 sind innere und äußere Blechhalter 8, 9 vorgesehen, die mit Bezug auf den Stempel 5 höhenverstellbar geführt sind.
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In der 1 ist die Tiefziehpresse in ihrem geöffneten Zustand sowie mit bereits eingelegter Blechplatine 11 gezeigt. Im Tiefziehvorgang ist ein äußerer Materialkranz der zwischen dem Stempel 5 und der Matrize 7 angeordneten Blechplatine 11 zwischen dem äußeren Blechhalter 8 und der Matrize 7 fest eingespannt. Zudem ist die Blechplatine 11 während des Tiefziehvorganges zwischen dem inneren Blechhalter 9 und einem gegenüberliegenden Matrizeneinsatz 13 der Matrize 7 festeingespannt.
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Wie aus der 1 weiter hervorgeht, sind die inneren und äußeren Blechhalter 8, 9 über Werkzeugpinolen 14 auf Pressenpinolen 15 eines Ziehkissens 16 höhenverstellbar abgestützt. Das Ziehkissen 16 weist neben den Pressenpinolen 15 einen Druckkasten 17 auf, der die Pressenpinolen 15 trägt. Der Druckkasten 17 ist wiederum mittels Verdrängungszylinder 18 vertikal geführt.
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Zur Durchführung des Tiefziehprozesses wird das Ziehkissen 16 zunächst mittels eines nicht dargestellten Zentralzylinders mit einer Ziehkissenkraft FZ in seine in der 1 gezeigte angehobene Lage gedrückt, in der die äußeren und inneren Blechhalter 8, 9 gegenüber dem Stempel 5 angehoben sind. Die eigentliche Prozesskraft wird nicht durch den Zentralzylinder, sondern durch die Verdrängungszylinder 18 aufgebracht. Die Tiefziehwerkzeuge 5, 7 sind dabei in der gezeigten geöffneten Stellung. Die Ziehkissenkraft FZ kann benutzerseitig mittels einer Sollvorgabe Fsoll eingestellt werden, wie sie nur in der 3 angedeutet ist.
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Anschließend wird der Pressenstößel 1 mit einer Presskraft F über einen Stößelweg Δs nach unten bewegt, wodurch zunächst die Blechplatine 11 zwischen der Matrize 7 und den mit der Ziehkraft FZ beaufschlagten Blechhaltern 8, 9 fest eingespannt wird. Anschließend wird im weiteren Verlauf des Stößelwegs Δs nach unten die fest eingespannte Blechplatine 11 über den Stempel 5 tiefgezogen.
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Wie aus der 1 hervorgeht, sind eine Vielzahl von Pressenpinolen 15 auf dem Druckkasten 17 des Ziehkissens 16 abgestützt und durch korrespondierende Löcher im Pressentisch 3 hindurchgeführt. In Abhängigkeit von der eingesetzten Umfangskontur der Blechhalter 8, 9 sind diese Pressenpinolen 15 in Anlage mit den Blechhaltern 8, 9 oder sind die Pressenpinolen 15 freigelegt und daher ohne Funktion. Die in der 1 funktionslosen Pressenpinolen 15 sind gestrichelt dargestellt.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfvorgangs werden zunächst der Stempel 6, die Matrize 7 sowie die beiden Blechhalter 8, 9 aus der Tiefziehpresse ausgebaut, wie es aus der 2 hervorgeht. Anschließend wird ein gemäß der 2 zweiteilig gestalteter Meßkörper 19 in die geöffnete Tiefziehpresse eingesetzt. Der Meßkörper 19 besteht gemäß der 2 aus einer in Einbaulage den Pressenpinolen 15 zugewandten Druckwange 21 und einer Montagewange 23, die am Pressenstößel 1 befestigbar ist. Zwischen den beiden Druck- und Montagewangen 21 und 23 erstrecken sich Drucksäulen 24, die jeweils über Kraftmeßdosen 25 an der Montagewange 23 befestigt sind.
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In der 3 ist der Meßkörper 19 im Einbauzustand gezeigt. Demzufolge ist der eingebaute Meßkörper 19 Bestandteil einer Prüfvorrichtung, bei der die Kraftmeßdosen 25 während eines nachfolgend beschriebenen Prüfvorganges Istkraft-Verläufe Fist,1 bis Fist,4 in eine Auswerteeinheit 27 leiten. Die Auswerteeinheit 27 der Prüfvorrichtung ist außerdem mit Drucksensoren 28 signaltechnisch gekoppelt, die jeweils den Druck pV in der Arbeitskammer der Verdrängungszylinder 18 erfassen. Die Auswerteeinheit 27 ist zudem mit einem Seilzugsensor 31 in Verbindung, während des Prüfvorganges einen Stößelweg Δs erfassen kann.
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Anhand der 3 bis 6 wird der Prüfvorgang beschrieben, bei dem zunächst gemäß der 3 vom Benutzer eine Sollkraft Fsoll vorgegeben wird, wodurch das Hydrauliksystem 29 die gezeigten Verdrängungszylinder 18 entsprechend kraftbeaufschlagt. Über den nicht gezeigten Zentralzylinder werden die Pressenpinolen 15 in ihre obere Stellung bewegt. Anschließend wird der Pressenstößel 1 mit der Presskraft F über einen Stößelweg Δs nach unten bewegt. Beim Aufsetzen des Meßkörpers 19 auf den Pressenpinolen 15 steigt der Verdrängerdruck pV in den Verdrängerzylindern 18. Ebenso steigt mit dem Aufsetzen des Meßkörpers 19 auch die von den Kraftmeßdosen 25 erfasste Istkraft Fist sprunghaft an und werden die Pressenpinolen 15 bis in ihre in der 5 gezeigte Tiefstellung verdrängt. In der in der 5 gezeigten Tiefstellung werden zum Ende des Prüfvorganges die Verdrängerzylinder 18 kraftfrei geschaltet und wird der Pressenstößel 1 wieder nach oben bewegt, wodurch gemäß dem Diagramm der 6 die Kraftverläufe der Verdrängerzylinder 18 und der Kraftmeßdosen 25 gegen 0 gehen.
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Im Diagramm der 6 sind beispielhaft die von der Auswerteeinheit 27 erfassten, zeitlichen Kraftverläufe dargestellt, die beim Prüfvorgang vom Drucksensor 28 und von der Kraftmeßdose 25 des in der 3 links angeordneten Verdrängungszylinders 18 bzw. der links angeordneten Kraftmeßdose 25 erfasst werden. Für einen einfacheren Vergleich der erfassten Parameter ist in der 6 der Verdrängungszylinder-Druck pV1 als korrespondierende Verdrängerzylinder-Kraft FPV1 aufgetragen.
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Aufgrund der in dem Diagramm der 6 aufgezeichneten Istkraft- sowie Verdrängerkraftverläufe können Maßnahmen getroffen werden, um die Istkraft des Verdrängers 18 sowie der Kraftmeßdosen 25 so zu reduzieren, dass sie dem Sollwert Fsoll angeglichen werden können. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Blechplatine 11 beim Tiefziehprozess stets mit passender Blechhaltekraft eingespannt wird.
