DE102012019386A1

DE102012019386A1 - Vorrichtungen für Hochgeschwindigkeitsverfahren (Hochgeschwindigkeitsumformen oder Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden) auf konventionellen Maschinen und Verfahren zur fertigfallenden Herstellung von Umformteilen mit der Kombination von Arbeitsgängen mit

Info

Publication number: DE102012019386A1
Application number: DE201210019386
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Groll
Original assignee: INST UMFORMTECHNIK DER MITTELSTAENDISCHEN WIRTSCHAFT GmbH; Institut fur Umformtechnik Der Mittelstandischen Wirtschaft GmbH
Current assignee: INST UMFORMTECHNIK DER MITTELSTAENDISCHEN WIRTSCHAFT GmbH; Institut fur Umformtechnik Der Mittelstandischen Wirtschaft GmbH
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2014-04-03

Abstract

1 Technisches Problem Blechteile mit besonderen Anforderungen an die Schnittkanten werden mit Hochgeschwindigkeitsscherschneiden (HGSS) auf aufwändigen Hochgeschwindigkeitsmaschinen hergestellt. Die üblichen Hochgeschwindigkeitsantriebe können wegen des begrenzten Einbauraums nicht auf konventionellen Maschinen verwendet werden. Eine kostengünstige fertigfallende Herstellung von Umformteilen mit der Kombination der Arbeitgänge mit Hochgeschwindigkeitsverfahren und konventionellen Verfahren ist auf den Maschinen mit Hochgeschwindigkeitsantrieben nicht möglich. 2. Lösung des Problems Es werden nur bewegliche Werkzeugteile auf die Geschwindigkeiten im adiabatischen Bereich gebracht. Die beweglichen Werkzeugteile (3, 4) werden zu Beginn der Arbeitsbewegung durch Kniehebel in Strecklage (4, 4) blockiert. Eine Stellung der Kniehebel ein wenig über Strecklage bewirkt eine Arretierung der Kniehebel, die ein ungewolltes Lösen der Kniehebelblockierung vermeidet. Die Blockierung bewirkt bei der weiteren Arbeitsbewegung der Maschine, dass aus dem Maschinenantrieb Energiespeicher (2, 4) für das Hochgeschwindigkeitsscherschneiden (HGSS) geladen werden. Durch mechanische Zwangsbewegungen (z. B. durch Keilschiebersysteme oder gesteuerte Antriebe werden die Kniehebel in einfacher Weise aus der Strecklage gebracht und die gespeicherte Energie beschleunigt auf einem kurzen Weg die beweglichen Werkzeugteile auf die für das HGSS erforderliche Geschwindigkeit von über 2 m/s. Mit der Vorrichtung zum Blockieren der beweglichen Werkzeugteile ist das Hochgeschwindigkeitsscherschneiden auf konventionellen Maschinen kostengünstig machbar. Das Auslösen der Kniehebel in Strecklage mit einem gesteuerten eigenen Antrieb (9; 4) ist eine weitere Alternative der Erfindung. Mit diesem Antrieb kann entweder die gesamte Prozessenergie für das HGSS oder zusätzliche Energie zur gespeicherten Energie aus dem Hauptantrieb der konventionellen Maschine zugeführt werden. Der zusätzliche Antrieb kann auch beim Bewegen der Kniehebel in Strecklage zusätzliche Energiespeicher (11, 4) in der Nebenzeit der konventionellen Maschine laden. Diese Energiespeicher (11, 4) können platzsparend quer zur Scherschneidrichtung angeordnet werden und tragen zum Energiemanagement der Anlage bei. Eine weitere Variante ist das Auslösung der Kniehebel mit einem Impuls (mit einer Schlageinrichtung). Der Impuls beschleunigt das Auslösen der Kniehebel. Durch das Beschleunigen und Abbremsen der Kniehebel auftretende horizontale Massenkräfte werden in einer weiteren Varianten durch Massenausgleich vermieden. Anwendungsgebiet: – Das Hochgeschwindigkeitsumformen und/oder das Hochgeschwindigkeitsscherschneiden auf konventionellen Pressen – Fertigfallende Herstellung von Umformteilen auf einer konventionellen Maschine und in einem Durchgang mit Arbeitgängen mit konventionellen Verfahren und Hochgeschwindigkeitsverfahren

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum direkten Antrieb von Werkzeugteilen, um in konventionellen Maschinen Hochgeschwindigkeitsverfahren, insbesondere das Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden anzuwenden und Verfahren, die mit diesen Vorrichtungen möglich sind, insbesondere das Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden auf konventionellen Maschinen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren der wirtschaftlichen fertigfallenden Herstellung von Umformteilen mit der Kombination von Arbeitsgängen mit konventionellen Fertigungsverfahren und Arbeitsgängen mit Hochgeschwindigkeitsverfahren in einer Maschine und in einem Durchlauf, bei denen Vorrichtungen nach Anspruch 1 bis 5 genutzt werden, die in einfacher Weise bewegliche Werkzeugteile auf kurzen Wegen auf Geschwindigkeiten größer 2 m/s bringen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren das Energiemanagement der Vorrichtungen nach Anspruch 1 und Anspruch 3. Mit der Erfindung kann Energie aus dem Maschinenantrieb der Umformmaschine im Werkzeug während der Nebenzeit der Maschine gespeichert werden (2, 1) und/oder durch einen zusätzlichen Antrieb (9, 3) der Vorrichtung nach Anspruch 1 bis Anspruch 3 weitere Energie für den Umform- oder Trennprozess zugeführt werden.
Eine weitere Variante der Erfindung betrifft die Unterstützung der schnellen Auslösung der arretierten Kniehebel (4, 1) oder der Kniehebel in Strecklage durch einen Schlag (Impuls)
Die Erfindung betrifft zusätzlich die Vermeidung der aus der schnellen Kniehebelbewegung resultierenden horizontalen Massenkräfte.
Stand der Technik
Die Hochgeschwindigkeitsverfahren nutzen Effekte beim Umformen und Trennen, die mit hoher Schlagenergie und Auftreffgeschwindigkeiten (größer 2 m/s) der aktiven Werkzeugteile auftreten. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 103 17 185 A1 ist ein Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mit denen Profilabschnitte aus Profilstangen mit Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden unter Nutzung des adiabatischen Effektes hergestellt werden. Es ist bekannt, dass mit hoher Auftreffgeschwindigkeit und ausreichender Masse der bewegten Werkzeugteile Schnittflächen mit besseren Eigenschaften erreicht werden. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 019 91 A1 ist ein Verfahren und es sind Vorrichtungen zum Herstellen von Blechteilen durch den adiabatischen Bereich bekannt, bei denen anstelle konventioneller Pressen eine besondere Schneidpresse mit einer Hochgeschwindigkeits-Antriebseinheit genutzt wird. Eine ähnliche Presse ist unter dem Handelsnamen „ADIA-Press”, Adiapress Groupe Meyer, Frankreich auf dem Markt erhältlich. Derartige Pressen mit Hochgeschwindigkeitsantrieben verwenden besondere Werkzeugkonzepte. Sie können wirtschaftlich nur Arbeitsgänge durchführen, die den adiabatischen Effekt nutzen. Werkzeuge der konventionellen Verfahren werden durch die hohen Beschleunigungen zerstört oder beschädigen die Hochgeschwindigkeitsanlage.
Nachteile des Standes der Technik
Eine fertigfallende Herstellung von Blechteilen mit einer Kombination mehrerer Arbeitsgänge mit konventionellen Umformverfahren und einem oder mehreren Arbeitsgängen mit Hochgeschwindigkeits-Verfahren ist auf diesen Maschinen daher nicht möglich. Deshalb erfordert die Herstellung von Umformteilen, die mit Hochgeschwindigkeitsarbeitsgängen und konventionellen Arbeitsgänge hergestellt werden, die Fertigung auf mehr als zwei Maschinen. Die Wirtschaftlichkeit ist dann eingeschränkt.
Um hohe Auftreffgeschwindigkeiten mit den erforderlichen Massen zu erreichen, besitzen die Anlagen zum Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden aufwendige Antriebe. Diese Antriebe sind teuer und lassen sich nicht in dem begrenzten Werkzeugeinbauraum konventioneller Pressen unterbringen. Selbst wenn diese Antriebe in sehr großen konventionellen Pressen mit dem erforderlich großem Einbauraum eingebaut werden, ist ein synchroner Prozessablauf des Hochgeschwindigkeitsverfahrens zur Bewegung der Umformmaschine nicht gewährleistet.
Aufgabe der Erfindung
Mit der Vorrichtung werden nur Werkzeugteile mit den erforderlichen Massen (3, 1) (keine vollständige Werkzeuge) im begrenzten Werkzeugraum konventioneller Maschinen auf Geschwindigkeiten größer 2 m/s beschleunigt und abgebremst. Die Vorrichtung stellt die erforderlichen Prozessenergien (2, 1, 11 4) im Werkzeugraum konventioneller Maschinen bereit. Die Arbeitsbewegung der Vorrichtungen für die Hochgeschwindigkeitsverfahren wird mit der Arbeitsbewegung der konventionellen Maschinen synchronisiert, damit in der konventionellen Maschine andere Werkzeugstellen mit konventionellen Fertigungsverfahren ablaufen können und das Verfahren zur fertigfallenden Herstellung von Umformteilen mit Hochgeschwindigkeits- und anderer konventioneller Fertigungsverfahren möglich wird.
Lösung der Aufgabe
Der synchrone Prozessablauf des Hochgeschwindigkeitsprozesses und der Bewegung der konventionellen Umformmaschine für andere konventionelle Verfahren wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Im Gegensatz zur üblichen Verwendung von Kniehebel bei Antrieben werden die Kniehebel nicht zum Erzeugen einer großen Arbeitskraft in die Strecklage bewegt, sondern es werden die Kniehebel (4, 1) während der Nebenzeit mit nur geringer Belastung in die Strecklage gebracht, um Werkzeugteile (3, 1) zeitweise zu blockieren. Ein leichtes Überfahren über die Strecklage (4, 1) ermöglicht eine Selbstarrettierung der Kniehebel, mit der eine Fehlauslösung eines Kniehebels zum falschen Zeitpunkt vermieden wird. Zu Beginn der Arbeitsbewegung der Maschine, noch in der Nebenzeit, wird die Blockierfunktion der Strecklage zum zeitlichen begrenztem Blockieren von Werkzeugteilen genutzt. Erst durch gesteuerte Bewegungen oder durch Zwangsbewegungen zum bestmöglichen Zeitpunkt werden die Kniehebel aus der Arretierstellung und aus der Strecklage gebracht (2) und die beweglichen Werkzeugteile (3, 1) werden spontan auf einem kurzen Weg durch das Einknicken des Gelenkes beschleunigt und von der Energie aus den Speichern auf Geschwindigkeiten gebracht, die im adiabatischen Bereich liegen. Während der Blockierung der Werkzeugteile (3, 1) werden hohe Kräfte aufgebaut und Energie aus dem Maschinenantrieb z. B. durch Spannen von Federn (2, 1) für den Hochgeschwindigkeits-Scherprozess gespeichert. Die gespeicherte Energie wird im bestmöglichen Zeitpunkt im Bereich der UT der Bewegung der konventionellen Maschine durch einfache Werkzeugteile wie Schieber (7, 8, 2), Stößel, Kurven u. Ä. zwangsweise oder gesteuert durch andere Antriebe betätigt und eine Masse (Schlagplatte und Werkzeugteile) wird zum bestmöglichen Zeitpunkt auf die erforderliche Prozessgeschwindigkeit gebracht.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung die Einbindung von Arbeitsgängen, die den adiabatischen Effekt nutzen zusammen mit anderen Arbeitsgängen und Verfahren in einer konventionellen Maschine ablaufen zu lassen.
Damit ist keine zusätzliche Einzelarbeitsgangmaschine mit einem Hochgeschwindigkeits-Antrieb erforderlich und die wirtschafte fertigfallende Herstellweise von Umformteilen, die auch mit einem adiabatischen Arbeitsgang hergestellt wurden, ist möglich.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Weitere Ausführungsbeispiele der Vorrichtungen besitzen eigene Antriebe (9, 3) zum Bewegen der Kniehebel mit hoher Geschwindigkeiten unabhängig von dem Maschinenantrieb und führen zusätzliche Energie mit elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen oder weiteren Wirkprinzipien dem Hochgeschwindigkeitsprozess zu und unterstützen die Beschleunigung der beweglichen Werkzeugteile (3, 1) Eine Variante dieses Ausführungsbeispiels benutzt den eigenständigen Antrieb der Kniehebel auch um die Kniehebel in Strecklage zu bringen. Hierbei werden vorteilhaft in der Nebenzeit weitere Energiespeicher (11, 4) geladen, die platzsparend angeordnet werden können.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, um die beweglichen Werkzeugteile spontan auf hohe Geschwindigkeiten zu bringen, betätigt die Kniehebelgelenke in Strecklage durch einen hohen Impuls.
Die schnelle Auslösung und das harte Abbremsen der Kniehebel führt zu ungewollten Massenkräften quer zur Wirkrichtung der Umformung oder des Scherschneidens, die die Prozesssicherheit gefährden. Um Prozessstörungen zu vermeiden, wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel für einen Massenausgleich durch gegensinnig bewegende Kniehebel (12, 5) gesorgt. In diesem Fall ist durch mechanische Verbindungen (13, 5) oder gesteuerte Bewegungen für eine synchronen Bewegung der Kniehebel zu sorgen, damit kein Kippen oder Nicken von Werkzeugteilen mit der Folge des Werkzeugbruchs oder des Verlustes von Prozessenergie durch Klemmen von Werkzeugteilen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10317185 A1 [0005]
DE 10200701991 A1 [0005]

Claims

Vorrichtungen zum Antreiben von Werkzeugteilen für Hochgeschwindigkeitsverfahren insbesondere dem Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden mit konventionellen Maschinen und Verfahren zum Hochgeschwindigkeitsumformen oder Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden mit konventionellen Maschinen und Verfahren zur fertigfallenden Herstellung von Umformteilen mit der Kombination von konventionellen Fertigungsverfahren und Hochgeschwindigkeitsverfahren dadurch gekennzeichnet, dass auf konventionellen Maschinen die beweglichen Werkzeugteile der Hochgeschwindigkeitswerkzeuge direkt angetrieben werden, in dem bei der Arbeitsbewegung der Maschine bewegliche Werkzeugteile (3, 1) zunächst durch Kniehebel (4, 1) blockiert werden, hierbei Kräfte aufbauen und eine Energiespeicherung (2, 1) bewirken, den oder die Kniehebel (4, 1) aus der Strecklage spontan lösen (Entriegeln) und die bewegten Werkzeugteile(3, 1) auf kurzen Wegen auf hohe Geschwindigkeiten bringen.
Entriegelung zum Hochgeschwindigkeits-Umformen oder Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entriegelung der Kniehebel (4, 2) mittels mechanischer Zwangsbewegungen wie Auflaufkurven, Nocken, Schieber, Stößel, Stempel, Kulissen oder gesteuerte Bewegungen (pneumatisch, hydraulisch, elektromechanisch) oder Ähnliches erfolgt.
Die Vorrichtung von Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Kniehebel aus der Strecklage oder nahe der Strecklage mit einem eigenen Antrieb (9, 3) betätigt werden (pneumatisch, hydraulisch, elektromechanisch, mit einem elektronischen Servoantrieb oder Sonstiges) und Energie in den Prozess einleitet. Die Prozessenergie kann vollständig von dem eigenen Antrieb oder zusätzlich zur gespeicherten Energie aus dem Maschinenantrieb nach Anspruch 1 stammen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bewegen der Kniehebel in die Strecklage Energiespeicher (11, 4) geladen werden. Die Energiespeicherung kann vorteilhaft auch in der Nebenzeit der Maschine erfolgen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die schnelle Entriegelung der Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, d. h. das Bewegen des Kniehebels aus der Strecklage durch eine Schlageinrichtung (zum Einleiten eines Impulses) erfolgt. Die Schlageinrichtung kann wie in Anspruch 2 oder 3 auf hohe Geschwindigkeit gebracht werden. Sie wirkt auf das Gelenk oder auf die Kniehebelschenkel.
Hochgeschwindigkeitsverfahren in konventionellen Maschinen dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen nach Anspruch 1 bis 5 in konventionellen Maschinen auch ohne die Kombination mit konventionellen Verfahren betrieben werden.
Die Vorrichtung von Anspruch 1 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auftretende Massenkräfte durch das Beschleunigen und das Abbremsen der Kniehebel durch einen Massenausgleich (12, 5) vermieden werden und mechanische Verbindung (13, 5) oder geregelte Antriebe für einen synchronen Ablauf gesorgt wird, damit kein Kippen oder Nicken von Werkzeugteilen mit der Folge des Werkzeugbruchs oder des Verlustes von Prozessenergie durch Klemmen von Werkzeugteilen eintritt.