-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schmiedemanipulator mit einem Zangenträger zur Anordnung einer Werkstückzange, wobei der Zangenträger in einem translatorisch verfahrbaren Manipulatorrahmen angeordnet und zur Handhabung eines in der Werkstückzange aufgenommenen Werkstücks gegenüber dem Manipulatorrahmen veränderbar positionierbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Handhabung eines in einer Werkstückzange an einem Zangenträger aufgenommenen Werkstücks mittels eines Schmiedemanipulators der vorstehenden Art.
-
Schmiedemanipulatoren der eingangs genannten Art werden beim sogenannten Freiformschmieden eingesetzt, bei dem das in einer regelmäßig als Schmiedepresse ausgebildeten Schmiedeeinrichtung zu bearbeitende Werkstück in einem Zangenträger des Schmiedemanipulators gehalten und mittels Hub-, Kipp- oder Drehbewegungen der in einem Manipulatorrahmen des Schmiedemanipulators angeordneten Zange in eine gewünschte Relativposition zur Schmiedepresse gebracht wird, um mittels eines Pressenteils der Schmiedeeinrichtung definiert umgeformt zu werden.
-
Neben den vorstehend erwähnten Relativbewegungen des Zangenträgers im Manipulatorrahmen des Schmiedemanipulators wird dieser translatorisch bewegt, um das Werkstück in Richtung seiner Längsachse in der Schmiedepresse bewegen zu können.
-
Um sicherzustellen, dass es bei einer Fortsetzung der Translationsbewegung des Schmiedemanipulators beim oder nachfolgend dem Schließvorgang der Schmiedepresse, zu einer Beschädigung der Schmiedepresse oder des Manipulator kommen kann, ist auf einer Translationsachse zwischen dem Zangenträger und dem Manipulatorrahmen eine Federeinrichtung angeordnet, die bei einer Fortsetzung der Translationsbewegung des Manipulators nach Aufnahme des Werkstücks in der geschlossenen Schmiedepresse als Bewegungspuffer wirkt und die Bewegungsenergie in Federkraft umwandelt.
-
Bei den bislang bekannten Schmiedemanipulatoren führt ein anschließendes Öffnen der Schmiedepresse dazu, dass die durch Kompression der Federeinrichtung in der Federeinrichtung gespeicherte Bewegungsenergie frei wird und eine unkontrollierte Relativbewegung des Werkstücks zur Schmiedepresse erfolgt, bei der es im Moment des Öffnen der Schmiedeeinrichtung je nach Richtung der Relativbewegung zu einem stark reibungsbehafteten Gleiten des Werkstücks in der Schmiedepresse oder zu einem Anschlagen des Werkstücks gegen die Schmiedepresse kommt, so dass entsprechende Querkräfte auf die Schmiedepresse und das Werkstück einwirken. Hiermit kann eine unerwünschte Abnutzung oder Beschädigung der Schmiedepresse oder des Werkstücks verbunden sein.
-
Aus der
DE 34 22 810 A1 ist ein Schmiedemanipulator mit einem Zangenträger zur Anordnung einer Werkstückzange bekannt, wobei der Zangenträger in einem translatorisch bewegbaren Manipulatorrahmen angeordnet und mittels einer und zur Handhabung eines in der Werkstückzange aufgenommenen Werkstücks gegenüber dem Manipulatorrahmen durch Druckbeaufschlagung des Zangenträgers mittels einer Pumpe veränderbar positionierbar ist. Ein weiterer mittels einer Pumpe zur Veränderung seiner Relativposition gegenüber einem Manipulatorrahmen mit Druck beaufschlagbarer Zangenträger ist aus der
DE 38 31 184 A1 bekannt.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den bekannten Schmiedemanipulator dahingehend weiterzuentwickeln, dass Relativbewegungen zwischen dem Werkstück und der Schmiedepresse im Moment des Öffnens der Schmiedeeinrichtung verhindert werden und die in der Federeinrichtung gespeicherte Bewegungsenergie zur definierten Handhabung des Werkstücks kontrolliert nutzbar ist.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Schmiedemanipulator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Schmiedemanipulator, der auf einer Translationsachse zur Verbindung des Zangenträgers mit dem Manipulatorrahmen eine Federrichtung aufweist, ist zur definierten Freigabe der in der Federeinrichtung gespeicherten Energie die Federeinrichtung mit einer Schalteinrichtung versehen, so dass im Unterschied zu den bislang eingesetzten Schmiedermanipulatoren die in der Federeinrichtung gespeicherte Bewegungsenergie nicht dadurch frei wird, dass das Werkstück von der Schmiedeeinrichtung freigegeben wird, sondern vielmehr die Freigabe der in der Federeinrichtung gespeicherten Energie unabhängig von der Schmiedepresse allein durch Betätigung einer Schalteinrichtung erfolgt. Damit ist die Freigabe der Bewegungsenergie unabhängig davon, ob das Werkstück in der Schmiedeeinrichtung festgehalten oder von dieser freigegeben ist.
-
Somit ist es erstmals möglich, dass die Freigabe der Bewegungsenergie zu einem Zeitpunkt erfolgt, der unabhängig von der Konfiguration der Schmiedepresse, also von deren Schließ- oder Öffnungszustand, ist und vielmehr durch den Bediener bzw. die Steuerung des Schmiedemanipulators erfolgen kann.
-
Die Freigabe der Bewegungsenergie kann also zu einem Zeitpunkt erfolgen, in dem der Schmiedemanipulator bzw. der Manipulatorrahmen des Schmiedemanipulators eine translatorische Bewegung durchführt. Hierdurch ist es möglich, die translatorische Bewegung des Schmiedemanipulators bzw. des Manipulatorrahmens mit der aufgrund der Freigabe der Bewegungsenergie erfolgenden Bewegung des Zangenträgers bzw. des Werkstücks zu überlagern, so dass sich im Falle von gleichsinnigen Bewegungen des Manipulatorrahmens und des Zangenträgers diese beiden Bewegungen zu einer translatorischen Bewegung des Zangenträgers addieren, die größer ist als die Bewegung des Manipulatorrahmens.
-
Insbesondere dann, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Federeinrichtung einen Hydraulikspeicher und einen auf der Translationsachse angeordneten Hydraulikzylinder aufweist, wobei zur Ausbildung der Schalteinrichtung zwischen einem Druckraum des Hydraulikzylinders und dem Hydraulikspeicher ein entsperrbares Rückschlagventil angeordnet ist, ergibt sich ein in das hydraulische Hubsystem eines Schmiedemanipulators leicht integrierbare und betriebssichere Ausgestaltung, ohne die Verwendung von mechanisch anfälligen Bauteilen, wie es beispielsweise bei einer mechanischen Federeinrichtung der Fall wäre.
-
Wenn der Hydraulikzylinder darüber hinaus als doppelt wirkender Zylinder ausgebildet ist, mit einem von zwei Kolben begrenzten Druckraum, wobei die Kolben relativ zueinander verschiebbar auf einer im Hydraulikzylinder geführten Kolbenstange angeordnet sind, derart, dass eine durch Vergrößerung oder Verkleinerung eines zwischen dem Zangenträger und dem Manipulatorgestell ausgebildeten Abstands erfolgende Längsbewegung der Kolbenstange eine Verkleinerung des Druckraums bewirkt, ist eine Integration des Hydraulikzylinders in eine den Zangenträger mit dem Manipulatorrahmen verbindende Achse möglich, so dass die Übertragung der Relativbewegung des Zangenträgers gegenüber dem Manipulatorrahmen unmittelbar auf den Hydraulikzylinder erfolgt und durch die Verbindung des Druckraums mit dem Hydraulikspeicher die Bewegungsenergie ohne wesentliche Verluste gespeichert werden kann.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches es ermöglicht, die in der Federeinrichtung gespeicherte Bewegungsenergie zur Handhabung des Werkstücks zu nutzen, wird die durch Festhalten des Werkstücks in einer Schmiedeeinrichtung definierte Werkstückposition während der Translationsbewegung des Schmiedemanipulators beibehalten, so dass eine Speicherung der Bewegungsenergie des Schmiedemanipulators mittels der auf einer Translationsachse im Manipulatorrahmen angeordnete Federeinrichtung erfolgt. Erst nachfolgend einer Freigabe des Werkstücks aus der Schmiedeeinrichtung erfolgt eine Freigabe der in der Federeinrichtung gespeicherten Energie mittels einer Schalteinrichtung zur Überlagerung der Translationsbewegung des Schmiedemanipulators mit einer gleichsinnigen, durch die Federeinrichtung induzierten Translationsbewegung des Zangenträgers gegenüber dem Manipulatorrahmen. Hieraus ergibt sich, dass die Bewegung des Zangenträgers, die dieser während der Translationsbewegung des Schmiedemanipulators ausführt, größer ist als die Bewegung des Schmiedemanipulators. Damit ist die Geschwindigkeit des Zangenträgers größer als die Geschwindigkeit des Schmiedemanipulators, so dass das vom Zangenträger aufgenommene Werkstück relativ schneller in bzw. gegenüber der Schmiedeeinrichtung bewegt werden kann, um den Schmiedevorgang insgesamt verkürzen zu können.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn sowohl eine Vergrößerung als auch eine Verkleinerung des Abstands zwischen dem Zangenträger und dem Manipulatorrahmen zu einer Erhöhung der in der Federeinrichtung gespeicherten Energie führt, so dass unabhängig von der Bewegungsrichtung des Schmiedemanipulators in der Zeit, in der der Schmiedemanipulator eine Werkstückbewegung gegenüber der Schmiedeeinrichtung ausführt, eine gleichsinnige jedoch gegenüber der Translationsbewegung des Schmiedemanipulators vergrößerte Translationsbewegung des Werkstücks erfolgt und das Werkstück vergleichsweise schneller in eine neue Schmiedeposition verfahren werden kann.
-
Nachfolgend wird eine Ausführungsform des Schmiedemanipulators sowie eine mögliche Variante eines mit diesem Schmiedemanipulator durchführbaren Verfahrens anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Schmiedemanipulator in Seitenansicht mit einem über eine Translationsstange mit einem Manipulatorrahmen verbundenen Zangenträger;
-
2 eine Baugruppe des in 1 dargestellten Schmiedemanipulators mit der an den Zangenträger angeschlossenen Translationsstange in einer ersten Konfiguration;
-
3 die in 2 dargestellte Baugruppe in einer zweiten Konfiguration;
-
4 einen Hydraulikplan einer hydraulischen Federeinrichtung;
-
5 bis 10 Schematische Darstellungen der Relativbewegungen zwischen dem Manipulatorgestell und dem Zangenträger bzw. dem Werkstück während einer Rückfahrbewegung des Manipulators.
-
1 zeigt einen Manipulator 20 in einer schienengebundenen Ausführungsform, der über Laufräder 21 auf Schienen 22 während einer Translationsbewegung geführt ist. Der Manipulator 20 weist einen in einem Manipulatorrahmen 23 angeordneten Zangenträger 24 auf, der zur Anordnung einer Werkstückzange 25 dient, welche im Schmiedebetrieb ein in den 5 bis 10 schematisch dargestelltes Werkstück 26 aufnimmt.
-
Der Zangenträger 24 ist zur Handhabung des Werkstücks 26 in einem im Manipulatorrahmen 23 angeordneten Hubsystem 27 gegenüber dem Manipulatorrahmen 23 relativ bewegbar geführt und ist in einer Dreipunktaufhängung gelagert, die zwei Aufhängepunkte 28 vorne und einen Aufhängepunkt 29 hinten im Bereich eines Kippzylinders 30 aufweist. Mit dem Kippzylinder 30 kann der Zangenträger 24 mit der Werkstückzange 25 auch in vertikaler Ebene gekippt werden, wie in 1 strichpunktiert angedeutet. Außerdem kann der Zangenträger 24 seitlich, d. h. in horizontaler Ebene, um einen begrenzten Winkel durch Betätigung von Plungerzylindern 31, 32 geschwenkt werden. Der Schwenkpunkt liegt bei 29. Ferner ist ein seitliches Verschieben des Zangenträgers 24 durch die zwei Plungerzylinder 31 und 32 möglich.
-
Zwischen dem Zangenträger 24 und einem hinteren Gestellpunkt 33 des Manipulatorrahmens 23 erstreckt sich eine gelenkig mit dem Zangenträger 24 und dem Manipulatorrahmen 23 verbundene Translationsstange 34, die eine Translationsachse 58 definiert und in den 2 und 3 in zwei unterschiedlichen Konfigurationen dargestellt ist und zwischen einer ersten Achsstange 35 und einer zweiten Achsstange 36 der Translationsstange 34 einen Hydraulikzylinder 37 aufweist, der, wie in 4 schematisch dargestellt ist, als doppelt wirkender Zylinder ausgebildet ist mit einem von zwei Kolben 38, 39 begrenzten Druckraum 40.
-
Wie aus einem Vergleich der 2 und 3 deutlich wird, ermöglicht die Anordnung des Hydraulikzylinders 37 in der Translationsstange 34 eine Änderung der Länge der Translationsstange 34 bzw. eines Abstands A zwischen einer am vorderen Ende des Zangenträgers 24 ausgebildeten Zangenaufnahme 41 und dem Gestellpunkt 33.
-
Der in die Translationsstange 34 integrierte Hydraulikzylinder 37 bildet im Zusammenwirken mit einem in 4 dargestellten Hydraulikspeicher 42 eine hydraulische Federeinrichtung 43, deren Wirkungsweise aus einer Zusammenschau der 2, 3 und 4 deutlich wird.
-
Der Hydraulikzylinder 37 ist derart ausgebildet, dass die Kolben 38 und 39 des Hydraulikzylinders 37 längsverschiebbar auf einer durch einen Endbereich der Achsstange 36 gebildeten Kolbenstange 61 angeordnet sind. Die Kolbenstange 61 weist zwei axiale Mitnehmer 62, 63 auf, die axiale Anschläge für die Kolben 38, 39 ausbilden. Der Hydraulikzylinder 37 ist an seiner inneren Zylinderwandung 64 mit zwei Anschlägen 65 und 66 versehen, die derart mit den Mitnehmern 62, 63 zusammenwirken, dass bei einer Bewegung der Kolbenstange 61 nach links, also einer Verkleinerung des Abstands A zwischen dem Zangenträger 24 und dem Gestellpunkt 33, der Kolben 39 in seiner Position im Hydraulikzylinder 37 verbleibt und der Kolben 38 zur Verkleinerung des Druckraums 40 nach links verschoben wird. Eine Bewegung der Kolbenstange 61 nach rechts, also eine Vergrößerung des Abstands A zwischen dem Zangenträger 24 und dem Gestellpunkt 33, hat zur Folge, dass der Kolben 38 in seiner Position im Hydraulikzylinder 37 verbleibt und der Kolben 39 zur Verkleinerung des Druckraums 40 nach rechts verschoben wird.
-
Die Verkleinerung des Druckraums 40 bewirkt, dass in dem Druckraum 40 befindliches Hydrauliköl in den Hydraulikspeicher 42 gefördert wird. Hierdurch bildet sich in dem Hydraulikspeicher 42 ein entsprechender Speicherdruck aus. Eine Rückströmung des Hydrauliköls aus dem Hydraulikspeicher 42 in den Hydraulikzylinder 37 wird durch ein Rückschlagventil 43 verhindert, das als entsperrbares Rückschlagventil ausgebildet ist und demzufolge über eine entsprechende Schalteinrichtung 44 schaltbar ist.
-
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an einer Hydraulikleitung 45 zwischen dem Hydraulikzylinder 37 und dem Hydraulikspeicher 42 eine Zuleitung 46 vorgesehen, die gesteuert über eine Druckregeleinrichtung 47 und eine Schalteinrichtung 48 die Einstellung eines Betriebsdrucks in der hydraulischen Federeinrichtung über eine Verbindung zu einem Vorratstank T ermöglicht.
-
Die Wirkungsweise der hydraulischen Federeinrichtung 49 im Betrieb des Schmiedemanipulators 20, die die Durchführung einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht, soll nachfolgend beispielhaft anhand der Figurenabfolge der 5 bis 10 erläutert werden. In den schematisch stark vereinfachten Darstellungen ist der Schmiedemanipulator 20 dargestellt, der eine Manipulatorbewegung 51 ausführt, das von dem Manipulator 20 manipulierte Werkstück 26, das eine Werkstückbewegung 52 ausführt und eine Schmiedepresse 53 mit einem Pressenuntersattel 54 gegen den von oben ein Pressenobersattel 55 in einer Pressenbewegung 56 vertikal verfahren wird.
-
5 zeigt, wie der Manipulator 20 zusammen mit dem Werkstück 26 translatorisch nach rechts verfahren wird. Gleichzeitig mit der Manipulatorbewegung 51 und der Werkstückbewegung 52 erfolgt die Pressenbewegung 56 zur Absenkung des Pressenobersattels 55. Durch das Aufsetzen des Pressenobersattels 55 auf ein erstes Teilstück 59 des Werkstücks 26 wird dieses in der Schmiedepresse 53 positioniert gehalten und die Manipulatorbewegung 51 wird fortgesetzt, mit der Folge, dass, wie in der 6 dargestellt der Abstand zwischen der Zangenaufnahme 41 und dem Gestellpunkt 33 (4) größer wird, womit eine in 4 schematisch dargestellte Verkleinerung des Druckraums 40 des Hydraulikzylinders 37 verbunden ist, und der Hydraulikspeicher 42 beginnt sich zu füllen, bis, wie in 7 dargestellt, der Endpunkt der translatorischen Manipulatorbewegung 51 erreicht ist und der Manipulator 20 steht. Wie 7 zeigt, ist in dieser Phase das Teilstück 59 des Werkstücks 56 umgeformt.
-
Anschließend erfolgt, wie in 8 dargestellt, eine Pressenbewegung 56 in umgekehrter Richtung, so dass der Pressenobersattel 55 angehoben wird.
-
Nachdem die Pressenbewegung 56 so lange erfolgt ist, bis zwischen dem Pressenobersattel 55 und dem Werkstück 26 in horizontaler Richtung keine Überdeckung mehr besteht, also das Werkstück 26 vollständig „freigegeben” ist, wird mittels einer Betätigung der in 4 dargestellten Schalteinrichtung 44 das Rückschlagventil 43 entsperrt, so dass die im Hydraulikspeicher 42 gespeicherte Energie, also der Speicherdruck, freigegeben werden kann, und eine Rückströmung des Hydrauliköls aus dem Hydraulikspeicher 42 in den Druckraum 40 des Hydraulikzylinders 37 erfolgt, mit der Folge, dass der Abstand A zwischen der Zangenaufnahme 41 und dem Gestellpunkt 33 kleiner wird und das Werkstück 26 eine Werkstückbewegung 57 ausführt, die durch Überlagerung mit der zeitgleich ausgeführten Manipulatorbewegung 51 größer ist als die Manipulatorbewegung 51, was durch den Doppelpfeil in 9 zur Kennzeichnung der Werkstückbewegung 57 angedeutet werden soll.
-
Wenn der Hydraulikspeicher 42 seine Energie vollständig an den Hydraulikzylinder 37 abgegeben hat, erfolgt die Werkstückbewegung 52 mit derselben Geschwindigkeit wie die Manipulatorbewegung 51 und eine erneute Sperrung des Rückschlagventils 43, so dass, wie in 10 dargestellt, die Absenkung des Pressenobersattels 55 auf ein neues Teilstück 60 des Werkstücks 26 zur Wiederholung der in den 6 bis 9 dargestellten Bewegungsabfolge erfolgen kann.
