DE102012001661A1

DE102012001661A1 - Vorrichtung zur Prüfung der Dauerbelastbarkeit von in Pressen verwendeten Werkzeugkomponenten

Info

Publication number: DE102012001661A1
Application number: DE201210001661
Authority: DE
Inventors: Waill El-Bahou; Christoph Hein; Christoph Rüster; Robert Canti
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-01-28
Filing date: 2012-01-28
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2032-01-29
Also published as: DE102012001661B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung der Dauerbelastbarkeit von in Pressen verwendeten Werkzeugkomponenten. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung (1) als Pressenprüfstand ausgebildet mit einem Säulengestell, welches ein Gestell-Unterteil (2) und ein dagegen mittels Säulenführungen (4, 5, 6) verlagerbares Gestell-Oerteil (3) aufweist. Zwischen dem Gestell-Oberteil (3) und dem Gestell-Unterteil (2) ist ein Federbett (8) angebracht, welches über Federelemente (10) abgestützt und gegen deren Federkraft verlagerbar ist. Zwischen dem Federbett (8) und einer zugeordneten Druckfläche (15) und/oder am Federbett (8) und/oder im Druckflächenbereich (15) sind zu prüfende Werkzeugkomponenten (16, 17, 18) anbringbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung der Dauerbelastbarkeit von in Pressen verwendeten Werkzeugkomponenten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist allgemein bekannt Werkzeugkomponenten, die in Pressen verwendet werden, auf ihre Belastbarkeit zu prüfen. Beispielsweise lässt man eine Presse für eine Belastungsprüfung auf einen Hydraulikzylinder arbeiten, wobei durch die vibrierende Beaufschlagung des Arbeitszylinders zu schwach ausgelegte Pressenkomponenten diesen Belastungen nicht Stand halten ( DT 25 58 943 A1 ).
Weiter ist eine Vorrichtung bekannt, die an eine mechanische Presse anschließbar ist um den Pressenzustand für Überwachungszwecke zu erfassen, wobei insbesondere ein Beschleunigungsprozessor, ein Geschwindigkeitsprozessor sowie ein Verschiebeprozessor zur Ermittlung eines Überwachungssignals zusammengeschaltet werden ( DE 197 36 861 A1 ).
Zudem ist eine Überwachungseinrichtung für einen Pressenbetrieb bekannt, mit der kritische Schwingungen ermittelt werden sollen, welche Wartungsintervalle und die Lebensdauer von Pressenelementen beeinflussen ( DE 10 2007 043 616 A1 ).
Es besteht die allgemeine Forderung die Umformergebnisse bei Umformprozessen, insbesondere bei der Umformung von Platinen für den Automobilbau stetig zu verbessern. Dazu werden in zunehmendem Maße Sensorik- und/oder Aktorik-Komponenten zu Überwachungs-, Steuerungs- und Regelungszwecken in den Pressen integriert. Solche mechatronischen Werkzeugkomponenten sind insbesondere im Serienbetrieb für die Karosseriefertigung den typischen Bedingungen und Belastungen eines Presswerks ausgesetzt, wobei insbesondere die starken Stöße im Umformprozess kritische Belastungen sind, die zu Störungen und Ausfällen der mechatronischen Komponenten führen können. Es ist daher zu ermitteln, ob die verwendeten mechatronischen Komponenten als Werkzeugkomponenten für den Presseneinsatz ausreichend robust sind. Ein Problem stellt hier die Abschätzung der Langzeitrobustheit und damit der Funktion solcher Komponenten über den relativ langen Lebenszyklus eines Presswerkzeugs dar. Typische Langzeitzyklen sind dabei beispielsweise der Serienproduktionszeitraum eines Personenkraftfahrzeugs von ca. sieben Jahren plus die Ersatzteilherstellung mit entsprechend mehreren Tausend Pressenhüben zur Herstellung eines bestimmten Umformbauteils. Vorrichtungen oder Verfahren zur Abschätzung einer solchen Langzeitrobustheit von mechatronischen Werkzeugkomponenten stehen bisher nicht zur Verfügung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Prüfung der Dauerbelastbarkeit und Langzeitrobustheit von in Pressen verwendeten Werkzeugkomponenten, insbesondere mechatronischen Werkzeugkomponenten vorzuschlagen, mit der geeignete mechatronische Werkzeugkomponenten mit entsprechender Langzeitrobustheit ermittelbar sind und/oder aufgrund der Prüfungsergebnisse erforderliche Wartungsintervalle abschätzbar sind.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung als Pressenprüfstand ausgebildet ist mit einem Säulengestell, welches ein Gestell-Unterteil und ein dagegen mittels Säulenführungen verlagerbares Gestell-Oberteil aufweist. Zwischen dem Gestell-Oberteil und dem Gestell-Unterteil ist ein Federbett angebracht, welches über Federelemente abgestützt und gegen deren Federkraft verlagerbar ist. Zwischen dem Federbett und einer zugeordneten Druckfläche und/oder am Federbett und/oder im Druckflächenbereich sind zu prüfende Werkzeugkomponenten anbringbar.
Mittels der Prüfvorrichtung, die bevorzugt für den Einsatz in Schnellläuferpressen konzipiert wird, können die Randbedingungen des Presswerks aus einem Serienbetrieb zielgerichtet nachgebildet werden. Im Versuchsgestell werden die zu testenden Werkzeugkomponenten montiert und können mit den Belastungen aus dem Serienbetrieb getestet werden. Die Testzyklen können dabei entsprechend den Erfordernissen so gewählt werden, dass sie eine definierte Anzahl an Hüben oder eine Versuchsdauer bis zum Versagensfall umfassen. Damit kann vorteilhaft eine Erprobung der Komponentenfunktionen unter Dauerlast durchgeführt werden, wobei die Versuchszeit gegenüber der Lebenszykluszeit eines Pressenwerkzeugs beziehungsweise der Serienfertigung eines Personenkraftfahrzeugs auf eine wesentlich kürzere Zeit reduziert werden kann. Durch den Einsatz von Schnellläuferpressen können beispielsweise circa zwei Millionen Hübe in einem Zeitrahmen von etwa 90 Stunden Dauerversuch nachgebildet werden. Damit kann vorteilhaft bereits vor Inbetriebnahme und Anlauf der Serienproduktion die Prozesssicherheit hinsichtlich der mechatronischen Werkzeugkomponenten gewährleistet werden, wobei die festgestellte Langzeitrobustheit der mechatronischen Werkzeugkomponenten und gegebenenfalls deren Wartungsintervalle wesentlich ist. Dadurch ist die Absicherung der Werkzeugfunktion und damit die Absicherung gegen den Ausfall der Serienproduktion möglich.
Ein wesentliches Merkmal der Prüfvorrichtung stellt das Federbett mit einer gefedert abgestützten Montageplatte dar, mit der die Funktionsweise und die Steifigkeit eines Ziehkissens sowie die Umformdrücke an einem Ziehkissen nachgebildet werden. Eine solche Montageplatte soll variabel ausgebildet sein und/oder je nach Bedarf und den Gegebenheiten durch eine Montageplatte anderer Form und Größe ersetzbar sein. Zur Nachbildung verschiedener Ziehkissendrücke sollen auch die Federelemente unterschiedlich dimensionierbar und austauschbar sein.
Für eine konkrete kostengünstige Ausführung der Prüfvorrichtung sind das Gestell-Unterteil und das Gestell-Oberteil des Säulengestells rechteckig und plattenförmig gleich ausgebildet und durch im Randbereich angeordnete, wenigstens zwei gegenüberliegende Säulen mit Säulenführungen beabstandet gehalten. Zweckmäßig wird dabei ein im Handel erhältliches Säulengestell als Standard-Stahlsäulengestell nach DIN9868/ISO11415 verwendet. Dabei sind insbesondere als Standard-Führungen Führungsbuchsen mit einer karbonnitrierten Sinterführung oder Führungsbuchsen mit einer Kugelführung bekannt.
In einer konkreten Ausführungsform ist es zweckmäßig das Federbett plattenförmig auszubilden und durch die Federelemente am Gestell-Unterteil dergestalt abzustützen, dass das Federbett im unbelasteten Zustand zumindest in einem Abstand entsprechend dem vorgesehenen Federweg über dem Gestell-Unterteil gehalten ist. Dabei werden die Federelemente bevorzugt als auswechselbare Federpakete mit Spiralfedern oder Gasdruckfedern ausgeführt, die zumindest teilweise in Bohrungen im Gestell-Unterteil aufgenommen sind. Grundsätzlich können die Federelemente aber auch anders gestaltet sein und insbesondere auch aus Elastomermaterial hergestellt sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Prüfvorrichtung ist unter dem Gestell-Oberteil eine gegebenenfalls auswechselbare Druckplatte angebracht.
Diese kann verschiedene Neigungswinkel besitzen oder verkippbar ausgebildet sein, so dass Verkippungseffekte der Presse damit simuliert werden können.
Als zu prüfende Pressen-Werkzeugkomponenten können insbesondere mechatronische Komponenten wie Aktormodule, Sensoren, insbesondere optische Sensoren und Lichtschrankenmodule sowie gegebenenfalls weitere ausfallkritische Werkzeugkomponenten getestet werden.
Ausdrücklich soll noch einmal herausgestellt werden, dass eine vorteilhaft kurze Testzeit in Verbindung mit Schnellläuferpressen erreicht wird.
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung weiter erläutert.
Es zeigen:
1 eine Längsseitenansicht einer Prüfvorrichtung,
2 eine Breitseitenansicht der Prüfvorrichtung nach 1,
3 einen Schnitt entlang der Linie A-A aus 1, und
4 eine perspektivische Ansicht der Prüfvorrichtung nach 1.
In den 1 bis 4 ist eine Prüfvorrichtung 1 dargestellt, deren Grundaufbau ein Standard-Stahlsäulengestell nach DIN9868/ISO11415 ist mit einem rechteckig plattenförmigen Gestell-Unterteil 2 und einem entsprechend plattenförmigem Gestell-Oberteil 3, welche durch im Randbereich angeordnete, zwei gegenüberliegende Säulen 4, 5 mit Säulenführungen 6 gegeneinander verlagerbar gehalten sind (der Hubantrieb ist nicht dargestellt). Wie aus dem Teilschnitt in 2 ersichtlich, sind die Säulenführungen 6 mit Hilfe einer Führungsbuchse 7 und einer Sinterführung realisiert.
Ein Federbett 8 aus einer Montageplatte 9 und aus Federpaketen 10 ist im unbelasteten Zustand in einem Abstand 14 am Gestell-Unterteil 2 abgestützt. Wie aus dem Teilschnitt von 1 ersichtlich, sind die Federpakete 10 mit Spiralfedern ausgerüstet, welche teilweise in Bohrungen im Gestell-Unterteil 2 aufgenommen sind. Im dargestellten unbelasteten Zustand entspricht der Abstand 14 zwischen dem Gestell-Unterteil 2 und der Montageplatte 9 dem möglichen Einfederweg. Zudem sind am Gestell-Unterteil 2 und am Gestell-Oberteil 3 mehrere aufeinander zugerichtete Abstandshalter 12 angebracht, mit einem Abstand 13 im unbelasteten Zustand, welcher dem Abstand 14 als Einfederweg entspricht.
Von unten her ist mit dem Gestell-Oberteil 3 eine Druckplatte 15 verbunden.
Beispielhaft ist hier als Prüfkörper 16 zwischen der Druckplatte 15 und der Montageplatte 9 ein (schematisch dargestelltes) Aktormodul eingesetzt. Zudem sind auf der Montageplatte 9 ein optischer Sensor 17 und am Gestell-Oberteil 3 eine Lichtschranke 18 zu Testzwecken montiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DT 2558943 A1 [0002]
DE 19736861 A1 [0003]
DE 102007043616 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN9868 [0010]
ISO11415 [0010]
DIN9868 [0022]
ISO11415 [0022]

Claims

Vorrichtung zur Prüfung der Dauerbelastbarkeit von in Pressen verwendeten Werkzeugkomponenten, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) als Pressenprüfstand ausgebildet ist mit einem Säulengestell, welches ein Gestell-Unterteil (2) und ein dagegen mittels Säulenführungen (4, 5, 6) verlagerbares Gestell-Oberteil (3) aufweist, dass zwischen dem Gestell-Oberteil (3) und dem Gestell-Unterteil (2) ein Federbett (8) angebracht ist, welches über Federelemente (10) abgestützt und gegen deren Federkraft verlagerbar ist, und dass zwischen dem Federbett (8) und einer zugeordneten Druckfläche (15) und/oder am Federbett (8) und/oder im Druckflächenbereich (15) zu prüfende Werkzeugkomponenten (16, 17, 18) anbringbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federbett eine gegebenenfalls austauschbare Montageplatte (9) und gegebenenfalls austauschbare Federelemente (10) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell-Unterteil (2) und das Gestell-Oberteil (3) des Säulengestells, insbesondere rechteckig und plattenförmig oder in einer anderen Geometrie gleich ausgebildet sind, und dass durch im Randbereich angeordnete, wenigstens zwei gegenüberliegende Säulen (4, 5) mit Säulenführungen (6) beabstandet gehalten und gegeneinander verlagerbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Säulengestell als Standard-Stahlsäulengestell nach DIN9868/ISO11415 ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federbett (8) plattenförmig ausgebildet ist und durch die Federelemente (10) am Gestell-Unterteil (2) dergestalt abgestützt ist, dass das Federbett (8) im unbelasteten Zustand in einem Abstand (14) entsprechend dem vorgesehenen Federweg über dem Gestell-Unterteil (2) gehalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente Federpakete (10) mit Spiralfedern (11) sind, die zumindest teilweise in Bohrungen im Gestell-Unterteil (2) aufgenommen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass unter dem Gestell-Oberteil (3) eine gegebenenfalls auswechselbare Druckplatte (15) angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfläche der Druckplatte (15) einen Neigungswinkel gegenüber der Horizontalen aufweist und/oder verkippbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als zu prüfende Pressen-Werkzeugkomponenten mechatronische Pressenkomponenten wie Aktormodule (16), Sensoren, insbesondere optische Sensoren (17) und Lichtschrankenmodule (18) eingesetzt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass neben herkömmlichen Pressen auch der Einsatz auf Schnellläuferpressen zur Reduzierung der Versuchszeit möglich ist.