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Die Erfindung betrifft eine Pressenanlage zum Presshärten und zum Umformen oder Bearbeiten von metallenen Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine Pressenanlage zum sogenannten Presshärten besteht aus mehreren einzelnen Arbeitsstationen. Am Anfang der Anlage kann eine Erwärmvorrichtung vorgesehen sein, mit der ein metallenes Bauteil, beispielsweise eine Platine, auf eine gewünschte Temperatur erwärmt wird. Daran kann sich eine 1. Kühlvorrichtung anschließen, in der das Bauteil wieder auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt wird. Auf diese Wiese lässt sich eine metallene Platine in gewünschter Weise vorkühlen und ihr wird andererseits eine ausreichende Verformbarkeit für die nachfolgende Umformung verliehen.
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Die Umformung erfolgt in einer Umformstation, in der das Bauteil zwischen einem Umformwerkzeug-Oberteil und einem Umformwerkzeug-Unterteil, die hydraulisch relativ zueinander verstellt werden, in gewünschter Weise umgeformt wird.
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An die Umformung kann sich eine weitere Kühlung des Bauteils anschließen, woraufhin das Bauteil in einer Schneidstation in gewünschter Weise beschnitten wird, wobei die Tätigkeit des ”Schneidens” sowohl Schneid- als auch Stanzvorgänge umfassen kann. Nach Entnahme aus der Schneidstation ist die Umformung und Bearbeitung des Bauteils abgeschlossen.
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Für das genannte Vorkühlen, Umformen und Beschneiden des Bauteils sind eine Vielzahl einzelner Pressen notwendig, die von dem Bauteil nacheinander durchlaufen werden. Der Transport des Bauteils zwischen den einzelnen Pressen erfolgt üblicherweise durch Automationseinrichtungen in Form von Robotern oder Greifertransportsystemen.
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Die Vielzahl von Pressen, die nacheinander zu durchlaufen sind, erfordern eine hohe steuerungstechnische Koordinierung und beanspruchen eine große Fläche. Darüber hinaus erfordert dieses Pressenanlagenkonzept auch große Investitionen von dem Anwender.
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In der
DE 100 49 660 A1 , von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgegangen wird, ist eine Pressenanlage gezeigt, die eine Umformstation (Umformwerkezug) und eine Schneidstation (Fixier- und Beschneidewerkzeug) in einer gemeinsamen Presse besitzt. In die Presse ist zusätzlich ein Kühlkreislauf integriert.
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Nachteilig bei dieser Ausgestaltung ist, dass das Umformwerkzeug und das Beschneidewerkzeug nur synchron auf und ab bewegt werden können, so dass der Umformvorgang und der Schneidevorgang in sehr engen Grenzen aufeinander abgestimmt sein müssen, um die Presse effektiv einsetzen zu können. Auf diese Weise ist das Einsatzgebiet der in der
DE 100 49 660 A1 gezeigten Pressenanlage stark beschränkt.
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Aus der
DE 10 2006 015 666 A1 ist es bekannt, die beiden Operationen zum Umformen und Beschneiden in vollständig autarken Arbeitsstationen durchzuführen. Auf diese Weise sind zwar unterschiedliche Bewegungen der einzelnen Stationen möglich, jedoch wird dadurch der konstruktive Aufwand wesentlich vergrößert und insbesondere benötigt eine entsprechende Presse einen großen Bauraum.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pressenanlage der genannten Art zu schaffen, die einerseits einen kompakten Aufbau besitzt und andererseits unabhängige Arbeitsbewegungen einerseits der Umformstation und andererseits der Schneidstation ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Pressenanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist in bekannter Weise vorgesehen, dass die Umformstation und die Schneidstation in einem gemeinsamen Gestellrahmen angeordnet sind.
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Die Erfindung geht von der Grundüberlegung aus, in einem einzigen Gestellrahmen mindestens zwei Arbeitsstationen für unterschiedliche Aufgaben anzuordnen. Eine der Stationen ist die Umformstation, in der das Bauteil bzw. die Platine umgeformt wird. Dabei ist in die Umformstation eine Kühlvorrichtung integriert, mit der das Bauteil nach der Umformung abgekühlt und somit ausgehärtet wird.
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Bei einer anderen Arbeitsstation handelt es sich um die Schneidstation, in der das umgeformte Bauteil beschnitten und/oder gestanzt wird. Darüber hinaus können weitere Arbeitsstationen in den Gestellrahmen integriert sein, in denen beispielsweise Bauteil-Temperierungen (Erwärmung und/oder Abkühlung) oder weitere Schneidoperationen durchgeführt werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass für die Umformstation und die Schneidstation jeweils eine eigene hydraulische Betätigungsvorrichtung vorgesehen ist. Jede hydraulische Betätigungsvorrichtung weist eine Kolbenstange auf, die jeweils mit einem hydraulischen Kissenzylinder verbunden ist. Die beiden Kissenzylinder sitzen auf einem gemeinsamen Stößel. Auf diese Weise ist für zwei Arbeitsstationen nur ein einzelner Stößel vorgesehen, was zu einer einfachen Gestaltung der Stößelführung führt. Darüber hinaus ergeben sich höhere zulässige außermittige Belastungen, so dass die Funktionalität der Pressenanlage erhöht ist.
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Erfindungsgemäß ist in jedem Kissenzylinder ein Kissenkolben verschieblich gelagert, wobei der eine Kissenkolben mit einem Umform-Funktionsmodul, das das Umformwerkzeug umfasst, und der andere Kissenkolben mit einem Schneid-Funktionsmodul verbunden ist, das das Schneidwerkzeug umfasst. Auf diese Weise können die beiden Arbeitsstationen unterschiedliche, für den jeweiligen Arbeitsvorgang erforderliche Bewegungen ausführen und es lassen sich in den Arbeitsstationen unterschiedliche Kräfte aufbauen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest die hydraulischen Betätigungsvorrichtungen der Umformstation und der Schneidstation auf einen gemeinsamen Stößel einwirken. Wenn eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des Bauteils nach dessen Umformung als eigenständige nachgeschaltete Arbeitsstation ausgebildet ist, kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass auch die hydraulische Betätigungsvorrichtung dieser nachgeschalteten Kühlstation auf den gemeinsamen Stößel einwirkt.
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Die hydraulische Betätigungsvorrichtung der Umformstation und der Schneidstation sind vorzugsweise gleichartig aufgebaut und die Stationen unterscheiden sich lediglich durch sogenannte Funktionsblöcke oder -module, die am jeweiligen Pressenstößel angebracht sind. Bei der Umformstation umfasst das Umform-Funktionsmodul ein Umformwerkzeug-Oberteil und ein Umformwerkzeug-Unterteil, die hydraulisch relativ zueinander verstellt werden. Bei der Schneidstation umfasst das Schneid-Funktionsmodul ein Schneidwerkzeug-Oberteil, in das ein Schneidstempel integriert ist, sowie ein Schneidwerkzeug-Unterteil. Auf diese Weise ist es möglich, die einzelnen Stationen durch Austausch der entsprechenden Funktionsmodule in einfacher Weise umzubauen bzw. in ihrer Funktion zu verändern oder anzupassen.
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Der Transport der Bauteile von der Umformstation zu der Schneidstation erfolgt durch eine Umsetzvorrichtung, beispielsweise eine Greifertransfer-Vorrichtung. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umsetzvorrichtung ebenfalls in den Gestellrahmen integriert ist, wodurch ein besonders kompakter Aufbau gewährleistet ist.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in den gemeinsamen Gestellrahmen weitere Arbeitsstationen bzw. hydraulische Pressen integriert sind. Dabei kann es sich um 3, 4 oder auch mehr Arbeitsstationen handeln. So kann beispielsweise in den gemeinsamen Gestellrahmen zumindest eine Erwärmvorrichtung zum Erwärmen des Bauteils integriert sein.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahmen auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen.
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1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Pressenanlage mit zwei Arbeitsstationen,
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2 eine Pressenanlage gemäß 1 in einer Ausgangsstellung der Arbeitsstationen für einen Bearbeitungszyklus,
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3 die Pressenanlage gemäß 2 in einer 1. Phase des Bearbeitungszyklus,
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4 die Pressenanlage gemäß 2 in einer 2. Phase des Bearbeitungszyklus,
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5 die Pressenanlage gemäß 2 in einer 3. Phase des Bearbeitungszyklus,
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6 die Pressenanlage gemäß 2 nach Beendigung des Bearbeitungszyklus,
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7 eine alternative Ausgestaltung einer Pressenanlage mit sechs Arbeitsstationen und
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8 eine Abwandlung der Pressenanlage gemäß 7.
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Eine in 1 dargestellte Pressenanlage 10 besitzt einen Gestellrahmen 11, in dem eine Umformstation 12 und eine Schneidstation 13 gelagert sind. Die Umformstation 12 besitzt eine hydraulische Betätigungsvorrichtung 14 in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit, die im oberen Bereich des Gestellrahmens 11 angeordnet ist. Die hydraulische Betätigungsvorrichtung 14 umfasst einen Arbeitszylinder 16, in dessen Innenraum 16.1 ein Kolben 15 verschieblich aufgenommen ist. Eine Kolbenstange 17 erstreckt sich vom Kolben 15 nach unten und durchdringt die Wandung des Arbeitszylinders 16 an dessen Stirnseite. Am unteren, aus dem Arbeitszylinder 16 hervorstehenden Ende ist die Kolbenstange 17 mit einem Kissenzylinder 19 verbunden. In dem Kolben 15 und der Kolbenstange 17 ist eine Axialbohrung 18 ausgebildet, die mit einer Zugangsbohrung 20 des Kissenzylinders 19 in Verbindung steht. Im Innenraum 19.1 des Kissenzylinders 19 ist ein Kissenkolben 21 verschieblich gelagert, der eine nach unten aus dem Kissenzylinder 19 hervorstehende Kolbenstange 23 aufweist. Der Kissenzylinder 19 sitzt auf einem plattenförmigen Stößel 22, wobei die Kolbenstange 23 des Kissenkolbens 21 den Stößel 22 durchdringt.
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Die Schneidstation 13 besitzt eine gleichartige hydraulische Betätigungsvorrichtung 14 mit einem entsprechenden Kissenzylinder 19, der mit dem Stößel 22 verbunden ist. Somit ist für die Umformstation 12 und die Schneidstation 13 ein gemeinsamer Stößel 22 vorgesehen.
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Durch Einbringung von Hydraulikflüssigkeit in den Innenraum 16.1 des Arbeitszylinders 16 bzw. den Innenraum 19.1 des Kissenzylinders 19 können die Kolben 15 und 21 in bekannter Weise verstellt werden. Dabei werden die Kolben 15 der beiden hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 14 der Umformstation 12 und der Schneidstation 13 synchron bewegt, was zu einer vertikalen Verstellung des Stößels 22 führt, ohne dass sich dieser querstellt.
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In der Umformstation 12 ist das untere Ende der Kolbenstange 23 des Kissenzylinders 19, das auf der Unterseite aus dem Stößel 22 hervorsteht, mit einem Umform-Funktionsmodul 25 verbunden. Das Umform-Funktionsmodul 25 umfasst einen oberen, mit der Kolbenstange 23 verbunden Trägerblock 35, auf dessen Unterseite ein Umformwerkzeug-Oberteil 27 gehalten ist. Im unteren Bereich des Gestellrahmens 11 ist eine Trägerplatte 26 montiert, auf der ein Umformwerkzeug-Unterteil 28 sitzt. Durch Verfahren der Kolben 15 bzw. 21 kann das Umformwerkzeug-Oberteil 27 relativ zum Umformwerkzeug-Unterteil 28 verfahren werden, wodurch eine dazwischen angeordnete metallene Platine umgeformt werden kann.
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Die Schneidstation 13 besitzt einen Schneid-Funktionsmodul 24. Dieses umfasst einen Trägerblock 36, der auf der Unterseite des Stößels 22 fest angebracht ist und auf seiner Unterseite ein Schneidwerkzeug-Oberteil 29 trägt, das mit einem zugeordneten Schneidwerkzeug-Unterteil 30, das auf der Trägerplatte 26 angeordnet ist, in Eingriff treten kann. Innerhalb des Trägerblocks 36 ist eine Druckplatte 37 verschieblich angeordnet, die mit der Kolbenstange 23 des Kissenkolbens 21 in Eingriff steht und durch diesen vertikal verschoben werden kann. Auf der Unterseite der Druckplatte 37 sind mehrere Schneidstempel 38 vorgesehen, die mittels der Druckplatte 37 verstellbar sind und mit denen an einem Bauteil Schneid- und Stanzvorgänge ausgeführt werden können.
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Im Folgenden wird der Ablauf eines Bearbeitungszyklus mit der Pressenanlage 10 anhand der 2 bis 6 erläutert. In der in 2 dargestellten Ausgangsstellung befindet sich der Stößel 22 in seiner oberen Endlage. Der Kissenkolben 21 des Kissenzylinders 19 der Umformstation 12 befindet sich in seiner unteren Endlage, während sich der Kissenkolben 21 des Kissenzylinders 19 der Schneidstation 13 in seiner oberen Endlage befindet. Dadurch sind die Druckplatte 37 und die Schneidstempel 38 weitestgehend in den Trägerblock 36 eingezogen.
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Sowohl das Umformwerkzeug-Oberteil 27 und das Umformwerkzeug-Unterteil 28 als auch das Schneidwerkzeug-Oberteil 29 und das Schneidwerkzeug-Unterteil 30 sind auseinander gefahren und in der Umformstation 12 befindet sich eine neue, umzuformende Platine P, während sich in der Schneidstation 13 eine im vorhergehenden Bearbeitungszyklus in der Umformstation 12 umgeformte Platine P' befindet, die mittels einer nicht näher dargestellten Umsetzvorrichtung von der Umformstation 12 in die Schneidstation 13 umgesetzt wurde, was in 1 durch den Pfeil B angedeutet ist.
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3 zeigt eine 1. Phase des Bearbeitungszyklus. Die beiden hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 14 werden aktiviert, so dass die Kolben 15 synchron nach unten verfahren, wodurch der Stößel 22 nach unten fährt und das Umformwerkzeug 27, 28 und das Schneidwerkzeug 29, 30 geschlossen werden. Durch Schließen des Umformwerkzeugs 27, 28 wird die Platine P in gewünschter Weise umgeformt. Die bereits verformte Platine P', die sich in der Schneidstation 13 befindet, wird zwischen dem Schneidwerkzeug-Oberteil 29 und dem Schneidwerkzeug-Unterteil 30 eingespannt, ohne dass ein weiterer Umformprozess stattfindet.
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In die Umformstation 12 ist eine Kühlvorrichtung integriert, indem beispielsweise das Umformwerkzeug-Oberteil 27 und das Umformwerkzeug-Unterteil 28 Kühlkanäle besitzt, die mit einem Kühlmittel durchströmt sind. Nach der Umformung der Platine P beginnt die Kühlphase, in der die Platine P unmittelbar in der Umformstation 12 gekühlt und damit gehärtet wird. Gleichzeitig wird in der Schneidstation 13 auf den Kissenkolben 21 ein Druck aufgebracht, wodurch dieser in dem Kissenzylinder 19 nach unten verfährt. Diese Bewegung wird auf die Druckplatte 37 und die damit verbundenen Schneidstempel 38 übertragen, die das Schneidwerkzeug-Oberteil 29 durchdringen und den gewünschten Schneid- bzw. Stanzvorgang ausführen. Dieser Zustand ist in 4 dargestellt.
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Nach beendetem Schneidvorgang wird der Druck an dem Kissenkolben 21 der Schneidstation 13 reduziert, wodurch der Kissenkolben 21 in seine obere Lage zurückfährt und dadurch die Schneidstempel 38 in ihre Ausgangsstellung in das Schneidwerkzeug-Oberteil 29 zurückzieht. Währenddessen läuft in der Umformstation 12 immer noch die Kühlung der umgeformten Platine P. Dieser Zustand ist in 5 dargestellt.
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Nach Ablauf der Kühlzeit der Platine P in der Umformstation 12 wird die Presse geöffnet, d. h. sowohl das Umformwerkzeug 27, 28 als auch das Schneidwerkzeug 29, 30 werden auseinander gefahren und die Platinen P bzw. P' werden aus dem Umformwerkzeug-Unterteil 28 bzw. dem Schneidwerkzeug-Unterteil herausgehoben (siehe 6), so dass sie mittels der Umsetzvorrichtung in die jeweils nächste Arbeitsstation umgesetzt werden können.
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7 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Pressenanlage 10, bei der in einem gemeinsamen Gestellrahmen 11 insgesamt 6 Arbeitsstationen angeordnet sind. Es handelt sich dabei um eine 1. Erwärmstation 41 mit einem Oberwerkzeug 41.1 und einem Unterwerkzeug 41.2, in die eine 1. Erwärmvorrichtung 31 integriert ist. Das Oberwerkzeug 41.1 und das Unterwerkzeug 41.2 können mittels einer üblichen hydraulischen Betätigungsvorrichtung geschlossen oder geöffnet werden. Die 1. Erwärmstation 41 dient zur Vorwärmung einer umzuformenden Platine.
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An die 1. Erwärmstation 41 schließt sich eine gleichartig aufgebaute 2. Erwärmstation 42 an, die ebenfalls ein Oberwerkzeug 42.1 und ein Unterwerkzeug 42.2 besitzt, in die eine 2. Erwärmvorrichtung 32 integriert ist. Die 2. Erwärmstation 42 dient dazu, die Platine auf die Austenitisierungstemperatur zu erwärmen.
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An die 2. Erwärmstation 42 schließt sich eine 1. Kühlstation 43 gleichartigen Aufbaus an, die ein Oberwerkzeug 43.1 und ein Unterwerkzeug 43.2 besitzt, in die jeweils eine 1. Kühlvorrichtung 33 integriert ist. Die 1. Kühlstation 43 dient dazu, die in der 2. Erwärmstation 42 auf eine hohe Temperatur erwärmte Platine wieder abzukühlen und somit der Vorkühlung für die nachfolgende Umformung.
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An die 1. Kühlstation schließt sich die Umformstation 12 an, die bereits im vorhergehenden Ausführungsbeispiel im Detail erläutert wurde.
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Bei der in 7 dargestellten Pressenanlage ist darüber hinaus ebenfalls die Schneidstation 13 vorgesehen, die den bereits erläuterten Aufbau aufweist. Zwischen der Umformstation 12 und der Schneidstation 13 ist eine 2. Kühlstation 44 angeordnet. Die 2. Kühlstation 44 besitzt den grundsätzlichen Aufbau der Umformstation 12 bzw. der Schneidstation 13 und trägt am unteren Ende der Kolbenstange 23 des Kissenkolbens 21 ein Kühl-Funktionsmodul 39 mit einem Oberwerkzeug 44.1 und einem Unterwerkzeug 44.2, zwischen denen die in der vorangehenden Umformstation 12 umgeformte Platine abgekühlt werden kann.
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Wie 7 zeigt, können die hydraulischen Betätigungsvorrichtungen der 1. Erwärmstation 41, der 2. Erwärmstation 42 und der 1. Kühlstation 43 unabhängig voneinander angesteuert und verstellt werden, während die hydraulischen Betätigungsvorrichtungen der Umformstation 12, der 2. Kühlstation 44 und der Schneidstation 13 auf einen gemeinsamen Stößel 22 einwirken und in ihren Bewegungen synchronisiert sind.
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Die 1. Erwärmstation 41 kann als Wärmetauscher ausgebildet sein, der über Zuführung von Energie heizbar ist und eine eigene Temperaturregelung aufweist. Die Zuführung der Energie kann entweder direkt, beispielsweise durch elektrische Heizstäbe in der Wärmetauscherplatte, oder indirekt, beispielsweise über beheizte Wärmeträgermedien erfolgen. Zusätzlich kann über ein Wärmeträgermedium Wärmeenergie zugeführt werden, die den nachfolgenden Arbeitsstationen entzogen wurde.
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Die Erwärmung auf die Austenitisierungstemperatur erfolgt in der kompakten 2. Erwärmstation 42. Diese kann nach dem Prinzip der induktiven oder konduktiven Erwärmung arbeiten, es ist jedoch auch Kontakterwärmung möglich. Sollte die zur Verfügung stehende Zykluszeit nicht ausreichen, um die Platine auf die erforderliche Temperatur zu erwärmen, kann eine weitere Erwärmstation vorgesehen sein. Diese weitere Erwärmstation kann nach dem gleichen Prinzip wie die 2. Erwärmstation 42 oder auch nach einem anderen Prinzip arbeiten.
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Wenn die Bauteileigenschaften es zulassen, wird die in der 1. Kühlstation 43 und/oder in der Umformstation 12 entzogene Wärme über ein Wärmeträgermedium der 1. Erwärmstation 41 zugeführt. Die 1. Kühlstation 43 kann zu diesem Zweck als Platinenwärmetauscher ausgebildet sein.
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Die 2. Kühlstation 44, in der die Nachkühlung der Platine nach deren Umformung stattfindet, kann mit Druckkissen ausgerüstet sein, die auf die Platine einen bereichsweise unterschiedlichen Anpressdruck ausüben, so dass der Wärmeübergang von den Werkzeugen 44.1 und 44.2 der 2. Kühlstation 44 und der Platine bereichsweise angepasst werden kann.
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Für alle sechs Arbeitsstationen der Pressenanlage 10 kann eine gemeinsame Transfer- oder Umsetzvorrichtung (Pfeil B) vorgesehen sein, es ist jedoch auch möglich, mehrere Umsetzvorrichtungen in die Pressenanlage 10 zu integrieren.
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Falls einzelne Arbeitsstationen der Pressenanlage 10 für ein spezielles Bauteil nicht benötigt werden, können diese im Bearbeitungszyklus ausgelassen oder mit anderen Bearbeitungsvorgängen des Bauteils belegt werden.
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8 zeigt eine Pressenanlage 10, die der Pressenanlage 10 gemäß 7 sehr ähnlich ist und sich von dieser lediglich dadurch unterscheidet, dass alle Arbeitsstationen mit sogenannten Mehrfachwerkzeugen ausgerüstet sind, mit denen in einem Arbeitsgang eine entsprechende Anzahl von mehreren Bauteilen umgeformt oder bearbeitet werden können. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwar Doppelwerkzeuge 41.1, 41.2, 42.1, 42.2, 43.1, 43.2 gezeigt, es können jedoch auch 3- oder 4-fach Werkzeuge verwendet werden.
