DE102016110623B4

DE102016110623B4 - Hydraulische Pressmaschine mit Pulsatoren

Info

Publication number: DE102016110623B4
Application number: DE102016110623.2A
Authority: DE
Inventors: Herbert Rüger; Harald Barnickel
Original assignee: Langenstein and Schemann GmbH
Current assignee: Langenstein and Schemann GmbH
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2021-05-27
Anticipated expiration: 2036-06-10
Also published as: DE102016110623A1

Abstract

Hydraulische Pressmaschine mit einer Steuereinheit und mit wenigstens zwei sich gegenüberliegenden Werkzeugeinheiten, wobei ein umzuformendes Werkstück (5) in einem Wirkspalt (18) zwischen einer ein Tiefziehwerkzeug umfassenden, ersten Werkzeugeinheit (4) und einer einen Ziehstempel umfassenden, zweiten Werkzeugeinheit (6, 8) anordenbar ist,wobei die erste Werkzeugeinheit (4) mittels mindestens einer ersten hydraulischen Antriebseinheit antreibbar ist und die zweite Werkzeugeinheit (6, 8) mittels einer zweiten hydraulischen Antriebseinheit antreibbar istundwobei die erste und zweite hydraulische Antriebseinheit (12a, 12b, 15a, 15b) jeweils wenigstens einen Hauptantrieb aufweisen, welche die erste Werkzeugeinheit (4) und die zweite Werkzeugeinheit (6, 8) so antreiben können, dass die erste Werkzeugeinheit (4) und/oder die zweite Werkzeugeinheit (6, 8) eine Hauptbewegung mit vorbestimmter Amplitude durchführtundwobei wenigstens eine erste Zusatzantriebseinheit (13a, 13b, 130a, 130b, 70a, 70b) vorgesehen ist, welche die erste Werkzeugeinheit (4) so antreiben kann, dass die erste Werkzeugeinheit (4) gleichzeitig mit der Hauptbewegung oder unabhängig von der Hauptbewegung eine Oszillationsbewegung ausführt, wobei wenigstens eine zweite Zusatzantriebseinheit (16a, 16b) vorgesehen ist, welche die zweite Werkzeugeinheit (6, 8) so antreiben kann, dass die zweite Werkzeugeinheit (6, 8) gleichzeitig mit der Hauptbewegung oder unabhängig von der Hauptbewegung eine Oszillationsbewegung ausführt und wobei die Oszillationsbewegung jeweils eine geringere Amplitude und eine höhere Frequenz als die Hauptbewegung aufweist,und wobei die erste Zusatzantriebseinheit (13a, 13b, 130a, 130b, 70a, 70b) wenigstens einen ersten Oszillationsantrieb (13a, 13b, 70a) und einen zweiten Oszillationsantrieb (130a, 130b, 70b) umfasst, die jeweils unabhängig voneinander ansteuerbar sind und von der Steuereinheit so angesteuert werden können, dass die Amplitude der Oszillationsbewegung der ersten Werkzeugeinheit (4) stufenlos einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Pressmaschine mit Pulsatoren.
Die Veröffentlichung „Synchroziehen - eine Tiefziehvariante“, www.utfscience.de 11/2010, beschreibt eine Servo-Spindelpresse, welche eine Schwingungsüberlagerung von bis zu 30 Hz von Stößel, Stößelauswerfer und Ziehkissenplatte erlaubt. Eine Synchroziehen genannte Verfahrensvariante ist durch Elemente des niederhalterlosen Ziehens und ein pulsierendes Ziehkissen gekennzeichnet. Nachteilig ist jedoch, dass eine synchronisierbare Schwingung beider Achsen (Stößel und Kissen) nicht möglich ist. Damit unterliegt der Ziehvorgang beim pulsierenden Kissen einer zwischen Maximal- und Minimalwert schwankenden Flächenpressung. Die höchste axiale Zugspannung in der Zarge tritt bei maximaler Flächenpressung auf. In diesem Zustand setzt der Stößel den Ziehvorgang fort und der Versagensbeginn durch Einschnürung tritt ein.
Ferner ist aus der Druckschrift DE 10 2006 043 643 B3 ein Verfahren zum Tiefziehen bekannt, mit einem Ziehstempel und einem Niederhalter, wobei der Ziehstempel mit einer Ziehkraft und der Niederhalter mit einer Niederhalterkraft beaufschlagt werden und beide Kräfte zumindest in einem Teilbereich des Tiefziehvorgangs derart gesteuert werden, dass Kräfteverläufe der Ziehkraft und der Niederhalterkraft zwischen lokalen Minima und lokalen Maxima schwingen.
Aus Rüger, H.; Kraus, J.: Servopumpe stößt Pressenhydraulik in eine höhere Effizienzklasse. Maschinenmarkt, Das Industrieportal, 2012, ist bekannt, die Ziehtiefe beim Tiefziehen zu vergrößern, indem der Bewegung des Ziehstößels eine Oszillation mit einer hohen Frequenz aufmoduliert wird. Solche Frequenzen liegen im Bereich von etwa 10 bis 50 Hz, die Amplituden zwischen wenigen Zehntelmillimetern und einigen Millimetern. Hierfür kann eine Einkolbenpumpe verwendet werden, die an den Presszylinder angeschlossen wird, und über einen Servomotor angetrieben ist. Dabei entspricht die Oszillationsfrequenz der Drehzahl der Einkolbenpumpe und deren Amplitude dem Fördervolumen. Eine verstellbare Amplitude kann durch den Einsatz einer Kniehebelkinematik anstelle einer starren Pleuelstange erreicht werden.
Ein typisches Problem beim Tiefziehen von Blechen sowohl bei eisenhaltigen Metallen als auch bei Nichteisenmetallen ist das Versagen des Blechmaterials in Form von Rissbildung, wenn eine bestimmte Ziehtiefe überschritten wird. Vorteilhaft wäre es, die Verfahrensgrenzen beim Tiefziehen so zu verschieben, dass größere Ziehtiefen und größere Tiefziehverhältnisse möglich werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine hydraulische Pressmaschine bereitzustellen, mit der ein Tiefziehen mit größeren Ziehtiefen oder größeren Tiefziehverhältnissen ermöglicht ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine hydraulische Pressmaschine gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Eine solche Pressmaschine ist mit einer Steuereinheit und mit wenigstens zwei sich gegenüberliegenden Werkzeugeinheiten versehen, wobei ein umzuformendes Werkstück in einem Wirkspalt zwischen einer ersten Werkzeugeinheit und einer zweiten Werkzeugeinheit anordenbar ist, wobei die erste Werkzeugeinheit mittels mindestens einer ersten hydraulischen Antriebseinheit antreibbar ist
und
wobei die erste hydraulische Antriebseinheit wenigstens einen Hauptantrieb aufweist, der die erste Werkzeugeinheit so antreiben kann, dass die erste Werkzeugeinheit eine Hauptbewegung mit vorbestimmter Amplitude durchführt und
wobei wenigstens eine Zusatzantriebseinheit vorgesehen ist, welche die erste Werkzeugeinheit so antreiben kann, dass die erste Werkzeugeinheit gleichzeitig mit der Hauptbewegung oder unabhängig von der Hauptbewegung eine Oszillationsbewegung ausführt, wobei die Oszillationsbewegung eine geringere Amplitude und eine höhere Frequenz als die Hauptbewegung aufweist, und wobei die Zusatzantriebseinheit von der Steuereinheit so angesteuert werden kann, dass die Amplitude der Oszillationsbewegung der ersten Werkzeugeinheit einstellbar ist.
Durch eine auf die Hauptbewegung der Werkzeugeinheit aufgeschaltete Oszillationsbewegung oder Schwingung oder Pulsation können Verfahrensgrenzen beim Tiefziehen erweitert werden. Risskritische Bauteilbeanspruchungen während des Ziehfortschritts können reduziert werden. Besonders vorteilhaft ist die Pressmaschine ausgebildet, wenn die Amplitude der Oszillationsbewegung einstellbar ist. Auf diese Weise kann die Oszillationsbewegung auf spezifische Bearbeitungsaufgaben und die gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Bauteils abgestimmt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste hydraulische Antriebseinheit als wenigstens eine Motor-, Pumpen-, und Zylindereinheit, insbesondere mit einer Hydraulikpumpe und/oder einem Hydraulikzylinder, mit einem, insbesondere von dem Hydraulikzylinder, vorzugsweise von einem Ziehkissenarbeitszylinder oder von einem Stößelarbeitszylinder, gebildeten, Fluidraum ausgebildet, wobei der Fluidraum zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit ausgebildet ist und dem Fluidraum Hydraulikflüssigkeit, insbesondere druckbeaufschlagt, zugeführt und aus dem Fluidraum Hydraulikflüssigkeit, insbesondere druckbeaufschlagt, abgeführt werden kann, so dass sich das Volumen des Fluidraums ändert,
insbesondere wobei ein Kolben der Antriebseinheit, insbesondere umfassend eine Kolbenfläche und/oder eine Kolbenstange, mit dem Fluidraum so in Verbindung steht, dass durch eine Änderung des Volumens des Fluidraums eine Kraft auf den Kolben übertragen wird und/oder der Kolben bewegt wird.
Die Verwendung eines hydraulischen Hauptantriebs für die Werkzeugeinheit ermöglicht die Bereitstellung sehr hoher Umformkräfte. Besonders vorteilhaft ist es wenn durch den Hauptantrieb eine maximale Presskraft von ca. 16 000kN bereitgestellt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Zusatzantriebseinheit wenigstens einen ersten Oszillationsantrieb und einen zweiten Oszillationsantrieb, wobei der erste und der zweite Oszillationsantrieb fluidisch mit dem Fluidraum der ersten hydraulischen Antriebseinheitin Verbindung stehen und dem Fluidraum Hydraulikflüssigkeit zuführen und von dem Fluidraum Hydraulikflüssigkeit abführen können.
Durch zwei Oszillationsantriebe oder Schwingungserzeuger oder Pulsatoren, die mit dem Fluidraum des Hauptantriebs verbunden sind kann in den Hauptantrieb eine Oszillation oder Schwingung eingespeist werden, die unmittelbar über den Hauptantrieb auf die Werkzeugeinheit übertragen wird. Die Aufschaltung der Oszillation auf die Hauptbewegung der Werkzeugeinheit erfolgt somit unmittelbar über die oszillierende Zuführung von Hydraulikfluid oder -flüssigkeit in den Fluidraum des Hauptantriebs. Dadurch ist eine kompakte Bauweise, ein hoher Wirkungsgrad in der Übertragung der Oszillation sowie der Einsatz hoher Kräfte für den Umformprozess möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der erste und der zweite Oszillationsantrieb im Wesentlichen baugleich ausgebildet und/oder
umfasst der erste und der zweite Oszillationsantrieb jeweils einen Servomotor und jeweils einen mit dem Servomotor verbundenen Fluidraum,
und/oder
umfasst der erste und der zweite Oszillationsantrieb jeweils einen in einem Fluidraum des Oszillationsantriebs geführten Kolben, der, insbesondere von einem Servomotor angetrieben, eine Hubbewegung ausführen kann durch die sich das Volumen des Fluidraums ändert,
insbesondere so, dass pro Hubbewegung des Kolbens oder pro Motorumdrehung des Servomotors eine festgelegte Menge an Hydraulikflüssigkeit aus dem Fluidraum des Oszillationsantriebs gefördert und in den Fluidraum der ersten
hydraulischen Antriebseinheit eingebracht und/oder aus diesem ausgebracht werden kann.
Baugleiche Oszillationsantriebe vereinfachen die steuerungstechnische Realisierung von verschiedenen Oszillationsamplituden wesentlich. Die Verwendung von Servomotoren ermöglicht eine sehr energieeffiziente Erzeugung von Oszillation. Bei jedem einzelnen Oszillationsantrieb ist die förderbare Menge an Hydraulikflüssigkeit pro Zeiteinheit festgelegt und nur über eine Änderung der Drehzahl zu erreichen. Eine einstellbare Oszillationsamplitude ist mit einem einzelnen Oszillationsantrieb nicht zu erreichen. Die Kombination zweier Oszillationsantriebe insbesondere mit gleich großem Kolbenhub erlaubt es die Menge Hydraulikflüssigkeit, die in den Fluidraum des Hauptantriebs eingebracht werden soll in einfacher Weise einzustellen, ohne dabei die Drehzahl ändern zu müssen. So kann eine einstellbare Oszillationsamplitude erreicht werden.
In einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Oszillationsantrieb und der zweite Oszillationsantrieb jeweils unabhängig voneinander ansteuerbar und/oder können der erste Oszillationsantrieb und der zweite Oszillationsantrieb jeweils unabhängig voneinander dem Fluidraum der ersten hydraulischen Antriebseinheit Hydraulikflüssigkeit zuführen oder von diesem abführen.
Auf diese Weise ist ein Pulsator geschaffen und an eine oder mehrere Werkzeugeinheiten koppelbar, mit dem in vorteilhafter Weise eine Oszillation auf eine Hauptbewegung einer Werkzeugeinheit aufgeschaltet oder mit dieser überlagert werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Oszillationsantrieb und der zweite Oszillationsantrieb jeweils mit gleicher Drehzahl und mit einem Phasenversatz zueinander betreibbar sind oder betrieben werden.
Durch die Einstellung des Phasenversatzes zwischen beiden Oszillationsantrieben kann eine Oszillationsamplitude zwischen 0 und dem Betrag der Addition der maximalen Amplituden beider Oszillationsantriebe eingestellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen der erste Oszillationsantrieb und/oder der zweite Oszillationsantrieb eine Rotationskolbenpumpe, insbesondere eine als Servopumpe ausgebildete Rotationskolbenpumpe.
Die Verwendung von Rotationskolbenpumpen in den Oszillationsantrieben erlaubt den Aufbau einer robusten und einfach steuerbaren Oszillationsvorrichtung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung umfassen der erste Oszillationsantrieb und/oder der zweite Oszillationsantrieb einen elektromechanischen Zylinder, insbesondere wobei der elektromechanische Zylinder einen Servomotor und ein mittels des Servomotors antreibbaren Kugelgewindetrieb aufweist.
Die Verwendung von elektromechanischen Zylindern vermeidet rotierende Teile an den Oszillationsantrieben, da die Kolbenstangen der elektromechanischen Zylinder linear hin und her bewegt werden. Dies kann sich günstig auf das Schwingungsverhalten der Pressmaschine auswirken, wobei zugleich Oszillationsbewegungen, wie sie auch mit Rotationspumpen erzeugbar sind, generiert werden können. Gleichwohl sind auch Mischformen mit Rotationskolbenpumpen und elektromechanischen Zylindern möglich.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist definiert, indem die Steuereinheit die erste hydraulische Antriebseinheit und wenigstens den ersten und den zweiten Oszillationsantrieb, insbesondere alle Hauptantriebseinheiten und alle Oszillationsantriebe der hydraulischen Pressmaschine, aufeinander abgestimmt ansteuern kann oder ansteuert.
Auf diese Weise ist eine einheitliche und besonders einfache Steuermöglichkeit geschaffen, insbesondere um auch komplexe Bewegungsabläufe mit einer oder mehreren Hauptbewegungen und einer oder mehreren Oszillationsbewegungen bereitzustellen und zu steuern.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Amplitude der Oszillationsbewegung stufenlos einstellbar.
Eine stufenlos einstellbare Oszillationsbewegung erlaubt eine feine Abstimmung des Tiefziehprozesses auf die jeweils vorliegende Tiefziehaufgabe und somit Einstellung der gewünschten Bauteileigenschaften.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Amplitude der Oszillationsbewegung abhängig von dem Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit, der dem Fluidraum der ersten hydraulischen Antriebseinheit von dem ersten und dem zweiten Oszillationsantrieb zugeführt wird und/oder
ist die Amplitude der Oszillationsbewegung abhängig von dem Phasenversatz zwischen erstem Oszillationsantrieb und zweitem Oszillationsantrieb.
Durch eine derartige Anordnung kann besonders vorteilhaft eine stufenlos einstellbare Amplitude der Oszillation bereitgestellt werden. Eine einfache Steuerung kann erreicht werden, wenn die Amplitude der Oszillationsbewegung durch die Einstellung des Phasenversatzes eingestellt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste hydraulische Antriebseinheit wenigstens einen Antriebsmotor zur Erzeugung der Hauptbewegung, und wobei der erste und zweite Oszillationsantrieb abgestimmt auf den Antriebsmotor des Hauptantriebs angesteuert werden, insbesondere so dass die Frequenz der Oszillationsbewegung auf die Bewegungsgeschwindigkeit der Hauptbewegung abgestimmt ist.
Werden die Hauptbewegung und die Oszillationsbewegung insbesondere zeitlich aufeinander abgestimmt, so können besonders vorteilhafte Tiefziehergebnisse erzielt werden.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Werkzeugeinheit ein Tiefziehwerkzeug und/oder ist die zweite Werkzeugeinheit ein Ziehstempel.
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, eine Oszillation auf die Hauptbewegung eines Tiefziehwerkzeugs aufzuschalten, das gegen einen Ziehstempel arbeitet. Hierdurch können ebenfalls sehr vorteilhafte Tiefziehergebnisse erreicht werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auch auf die folgenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen jeweils schematisch dargestellt ist:

1 eine Tiefziehpresse gemäß der Erfindung in einer geschnittenen Ansicht;
2 eine Detailansicht eines Stößelarbeitszylinders und der mit diesem verbundenen Komponenten in einer ersten Ausführungsform;
3 eine Detailansicht eines Stößelarbeitszylinders und der mit diesem verbundenen Komponenten in einer zweiten Ausführungsform.

1 zeigt eine hydraulische Tiefziehpresse 1 mit einem Maschinengestell, welches von zwei Vertikalträgern 2a und einem Querträger 2b gebildet ist. Die Vertikalträger 2a sind zur Gewährleistung der Standsicherheit der Tiefziehpresse 1 mit einem Fundament 400 fest verbunden. Ein Stößel 3 ist an dem Maschinengestell so geführt, dass er in und entgegen einer vertikalen Richtung bewegbar ist, die in 1 mit einem vertikalen Pfeil gekennzeichnet ist. An dem Stößel 3 ist ein Werkzeug 4 angeordnet, dass als Tiefziehwerkzeug oder Tiefziehmatrize ausgebildet ist.
Bei einer Bewegung des Stößels 3 in vertikaler Richtung wird das Werkzeug 4 in vertikaler Richtung entsprechend bewegt. Im dargestellten Fall wirkt die Schwerkraft in der Arbeitsrichtung des Stößels 3 und des Werkzeugs 4 oder mit anderen Worten in Ziehrichtung.
Zwischen einem Niederhalter 6 und korrespondierenden Gegenflächen des Werkzeugs 4 ist eine Platine 5, also ein Halbzeug wie beispielsweise eine Blechronde oder ein tailored-blank angeordnet. Die Position der einzelnen Komponenten der Tiefziehpresse 1 in 1 entspricht im Wesentlichen einer Position zum Zeitpunkt t = 0, also dem Zeitpunkt beim Start eines Bearbeitungszyklus.
In vertikaler Richtung unterhalb der Platine 5 ist ein Ziehstempel 8 angeordnet, der an einer Ziehkissenplatte 7 befestigt ist. Die Einheit aus Ziehkissenplatte 7 und Ziehstempel 8 kann mittels mehrerer Ziehkissenantriebe in vertikaler Richtung und entgegen der vertikalen Richtung bewegt werden. Es können beispielsweise ein, zwei, vier oder sechs Ziehkissenantriebe vorgesehen sein. Die Ziehkissenantriebe können aus Ziehkissenantriebseinheiten 15a, 15b gebildet sein, die beispielsweise jeweils eine Servopumpe umfassen.
Nach 1 sind die Ziehkissenantriebeinheiten 15a, 15bjeweils mit einem Ziehkissenarbeitszylinder 10a, 10b fluidisch verbunden, wobei die Ziehkissenarbeitszylinder 10a, 10b jeweils einen einfachwirkenden Hydraulikzylinder mit Zylinderwänden 310a, 310b aufweisen. Alternativ können einer oder mehrere Hydraulikzylinder als doppeltwirkender Hydraulikzylinder ausgebildet sein. Die Servopumpen der Ziehkissenantriebseinheiten 15a, 15b können den Ziehkissenantriebszylindern 10a, 10b über die Verbindungsleitungen 115a, 115b Fluid zuführen oder aus diesen abführen.
Im Innern der Ziehkissenantriebszylinder 10a, 10b sind Kolbenstangen 210a, 210b linear geführt. Die folgende Ausführung des Ziehkissenantriebszylinders 10a kann auf den Ziehkissenantriebszylinder 10b übertragen werden, gleichwohl ist es möglich die Ziehkissenantriebszylinder 10b auf andere Weise auszubilden.
Beispielsweise bei dem Ziehkissenantriebszylinder 10a weist darin geführte Kolbenstange 210a an ihrem zylinderseitigen Ende eine Kolbenfläche 110a auf, die mit der Zylinderwand 310a einen Fluidraum 100a umgibt, der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Je nach Volumen an Hydraulikflüssigkeit, welches sich in dem Fluidraum 100a befindet, wird Druck oder Zug auf die Kolbenfläche 110a und über diese auf die Kolbenstange 210a und die mit dieser verbundenen Ziehkissenplatte 7 und Ziehkissenstempel 8 ausgeübt und dieser in oder entgegen der vertikalen Richtung bewegt.
Volumenänderungen in dem Fluidraum 100a werden erreicht, indem über eine Verbindungsleitung 115a Hydraulikflüssigkeit in den Fluidraum 100a zusätzlich eingebracht oder aus diesem abgeführt wird. Die Hydraulikflüssigkeit wird dabei mittels der Ziehkissenantriebseinheit 15a durch die Verbindungsleitung 115a gefördert. Die Förderung der Hydraulikflüssigkeit kann in beiden Richtungen durch die Verbindungsleitung 115a erfolgen.
Der Niederhalter 6 kann ebenfalls in und entgegen der vertikalen Richtung bewegbar angetrieben sein. Ein solcher Antrieb ist über die Niederhalterantriebe 9a, 9b realisiert.
Die Niederhalterantriebe 9a, 9b sind als Hydraulikzylindern realisiert. Die Niederhalterantriebe 9a, 9b umfassen ferner Pumpen, die mit den Hydraulikzylindern fluidisch verbunden sind und durch die Kolbenstangen 90a, 90b mit zylinderseitigen Kolbenflächen 91a, 91b antreibbar oder bewegbar sind. Die Niederhalterantriebe 9a, 9b ermöglichen also eine Bewegung, ein Festlegen oder auch eine, insbesondere synchronisierte, Oszillationsbewegung des Niederhalters. Die Niederhalterantriebe 9a, 9b und die Antriebseinheiten 10a, 10b, 12a, 12b sind als hydraulische Pumpantriebseinheiten ausgebildet, die getrennt voneinander regelbar und ansteuerbar sind.
Der Stößel 3 kann mittels der Stößelantriebseinheiten 12a, 12b in und entgegen der vertikalen Richtung bewegbar angetrieben sein. Die Stößelantriebseinheiten 12a, 12b sind im Wesentlichen gleich ausgebildet wie die Ziehkissenantriebseinheiten 15a, 15b, jede Stößelantriebseinheit 12a, 12b kann also ebenfalls eine oder mehrere Servopumpen umfassen. Die Stößelantriebseinheiten 12a, 12b sind mit Stößelarbeitszylindern 11a, 11b jeweils fluidisch über eine Zuführleitung 112a, 112b verbunden. Die Stößelarbeitszylinder 11a, 11b sind dabei an dem Querträger 2b angeordnet, wobei die Kolbenflächen 311a, 311b der mit dem Stößel 3 verbundenen Kolbenstangen 211a, 211b so ausgerichtet sind, dass die Kolbenflächen 311a, 311b in Richtung der Schwerkraft, also in vertikaler Richtung mit Druck beaufschlagt werden, wobei der Druck infolge einer Volumenänderung der im Fluidraum 111a, 111b befindlichen Hydraulikflüssigkeit aufgebaut, bzw. abgebaut werden kann. Mit anderen Worten trägt bei einer Zunahme des Volumens an Hydraulikflüssigkeit im Fluidraum 111a, 111b die Schwerkraft zum Arbeitsvermögen des Stößels 3 in vertikaler Richtung bei. Bei den Ziehkissenarbeitszylindern 10a, 10b wirkt in der dargestellten Ausführungsform die Schwerkraft entgegen einer durch Zunahme des Volumens der Hydraulikflüssigkeit in den Fluidräumen 100a, 100b auf die Kolbenflächen 110a, 110b zunehmend wirkenden Kraft.
Die Ziehbewegung des Stößels 3 kann dabei mit einer Oszillation oder Schwingung mit einer Frequenz von ca. 5 Hz bis ca. 50 Hz überlagert werden. Die zur Erzeugung der Oszillation vorteilhaft vorgesehene Vorrichtung wird anhand der Stößelantriebeinheit 12a und dem mit der Stößelantriebeinheit 12a verbundenen Stößelarbeitszylinder 11a beispielhaft erläutert. Die Stößelantriebseinheit 12b kann vorteilhaft identisch wie die Stößelantriebseinheit 12a ausgebildet sein, ebenso lässt sich das beschriebene Antriebsprinzip auf die Ziehkissenantriebseinheiten 15a, 15b mit den Ziehkissenarbeitszylindern 10a, 10b wie auch auf die Niederhalterantriebe 9a, 9b übertragen.
Zum Zweck der Oszillationserzeugung ist der Stößelarbeitszylinder 11a mit zwei Oszillationsantrieben 13a und 130a verbunden. Die Oszillationsantriebe 13a, 130a können identisch wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel oder unterschiedlich aufgebaut sein.
Als Oszillationsantrieb kann ein drehzahlgeregelter Motor über ein Mehrgelenkgetriebe einen Plungerzylinder oder Tauchkolbenzylinder als sogenannten Pulsator antreiben. Das Fluidvolumen des Plungerzylinders wird dabei parallel zum Hauptantrieb, also den Stößelantriebseinheiten 12a, 12b, in die Kolbenseite der Stößelarbeitszylinder 11a, 11b eingespeist.
Die Oszillationsantriebe 13a, 130a sind als voneinander unabhängige Servoantriebe vorgesehen. Jeder Oszillationsantrieb 13a, 130a umfasst einen Servomotor der mittels eines Kolbens das Volumen eines Fluidraums 113a, 131a vergrößern oder verringern kann und so in der Lage ist Hydraulikfluid zu fördern.
Die Fluidräume 113a, 131a der Oszillationsantriebe 13a, 130a sind jeweils über Verbindungsleitungen 123a, 133a mit dem Fluidraum 111a der Stößelarbeitszylinder 11a verbunden, so dass Hydraulikfluid von den Oszillationsantrieben 13a, 130a in den Fluidraum 111a gefördert werden kann.
2 zeigt eine vergrößerte Prinzipdarstellung des Stößelarbeitszylinders 11a und der mit diesem verbundenen Oszillationsantriebe 13a, 130a. Die Stößelantriebseinheit 12a führt dem Fluidraum 111a über die Verbindungsleitung 112a Hydraulikfluid zu oder führt dieses ab. Die resultierende Änderung des im Fluidraum 111a befindlichen Hydraulikfluidvolumens erzeugt eine Bewegung Z_211a der Kolbenstange 211a in Folge der auf die Kolbenfläche 311a wirkenden Druck- oder Zugkräfte. Dadurch wird die Hauptbewegung oder Ziehbewegung des Stößels 3 erzeugt.
Die Amplitude bzw. der Oszillationshub eines Oszillationsantriebs 13a zur Erzeugung einer auf die Hauptbewegung aufgeschalteten Schwingung oder Oszillation kann angegeben werden mit $0 \leq A_{13} (t) \cdot sin (ω_{13a} t + φ_{13a}) \leq A$
wobei gilt

A13a(t) =: Amplitude des Oszillationsantriebs 13a zum Zeitpunkt t;
A =: maximale Amplitude des Oszillationsantriebs 13a;
ω13a =: Winkelgeschwindigkeit des Oszillationsantriebs 13a;
φ13a =: Phasenwinkel des Oszillationsantriebs 13a;

Die Übertragung einer Schwingung des Oszillationsantriebs 13a auf den Stößelarbeitszylinder 11a ist davon abhängig, wie der Stößelarbeitszylinder 11a im Verhältnis zum Oszillationsantrieb 13a dimensioniert ist.
In der dargestellten Ausführungsform wird zur Vereinfachung vorausgesetzt, dass die Kolbenfläche 311a des Stößelarbeitszylinders 11a gleich groß ist wie die Kolbenfläche 150 des Oszillationsantrieb 13a und die Kolbenfläche 160 des Oszillationsantrieb 130a.
In der Realität werden die Kolbenflächen 150, 160 der Oszillationsantriebe 13a, 130a sehr viel kleiner gewählt als die Kolbenfläche 311a des Stößelarbeitszylinders 11a als Hauptantriebszylinder.
Dem Fluidraum 111a kann mittels der Verbindungsleitungen 133a, 123a von jedem der Oszillationsantriebe 13a, 130a jeweils unabhängig vom anderen Hydraulikfluid zugeführt, bzw. von diesem abgeführt werden. Dies ermöglicht einen einstellbaren Oszillationshub von 0 bis 2A, also zweimal der maximalen Amplitude des Oszillationsantriebs für den Fluidraum 111a, bzw. den Kolben 211a oder die Kolbenfläche 311a. Unter der Voraussetzung gleich großer Kolbenflächen 150, 160 und 311a und gleichgrößer Volumen der Fluidräume 111a, 113a, 131a und einer Baugleichheit der Oszillationsantriebe 13a und 130a kann das Parameterfenster für die einstellbare Amplitude der Schwingung oder den Oszillationshub mit der oder dem der Stößelarbeitszylinder 11a beaufschlagbar ist, so angegeben werden: $0 \leq A_{13a} (t) \cdot sin (ω_{13a} t + φ_{13a}) + A_{130a} (t) \cdot sin (ω_{130a} t + φ_{130a}) \leq 2 A$
Werden der Oszillationsantrieb 13a und der Oszillationsantrieb 130a phasengleich, also mit φ_13a(t) = φ_130a(t) betrieben, so ist eine maximale Amplitude 2A erreichbar, die sich aus der Addition der jeweils maximalen Amplituden A der einzelnen Oszillationsantriebe 13a, 130a in Richtung der Wege Z₁₃₀, bzw. Z₁₃ ergibt. Werden die Oszillationsantriebe 13a und 130a genau gegenphasig betrieben, also mit φ_13a(t) = φ_130a(t) + 180°, so ist die Amplitude genau Null. Die Oszillationsantriebe 13a, 130a können so angesteuert werden, dass alle Amplituden zwischen 0 und 2A einstellbar sind. Das in der Realität erreichbare Parameterfenster für die einstellbare Amplitude der Schwingung oder den Oszillationshub ist abhängig vom Größenverhältnis des Stößelarbeitszylinders 11a zu den Oszillationsantrieben 13a, 130a bzw. vom Volumen des Fluidraums 111a zu den Fluidräumen 113a, 131a zueinander.
3 zeigt eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 2 veränderte Ausführungsform. Der Stößelarbeitszylinder 11a ist, wie auch im Ausführungsbeispiel gemäß 2 mit einem Stößelarbeitszylinder 11a versehen, der mit seinen Zylinderwänden 411a und einer Kolbenfläche 311a einen Fluidraum 111a begrenzt. Die Kolbenfläche 311a ist mit einer linear geführten Kolbenstange 211a verbunden. Der Fluidraum lila kann über ein Nachsauge- oder Füllventil mit einem Fluidreservoir 600 fluidisch verbunden sein.
Der Fluidraum 111a des Stößelarbeitszylinders 11a kann durch die Stößelantriebseinheit 12a über die Zuführleitung 112a mit Fluid beaufschlagt werden oder Fluid kann durch die Stößelantriebseinheit 12a aus dem Fluidraum 111a abgeführt werden.
Ebenfalls analog zu dem Ausführungsbeispiel nach 2 sind zwei Oszillationsantriebe 70a und 70b vorgesehen, die jeweils über Zuführleitungen 711a, 711b mit dem Fluidraum 111a fluidisch verbunden sind und diesem Fluid zu- oder aus diesem abführen können.
Die Oszillationsantriebe 70a und 70b weisen in diesem Ausführungsbeispiel keine Servopumpe auf, sondern sind jeweils mit elektromechanischen Zylindern 701a, 701b versehen. Die elektromechanischen Zylinder 701a, 701b weisen einen mittels eines Servomotors antreibaren Kugelgewindetrieb auf, der mit einer Kolbenstange 702a, 702b verbunden ist und diese hin und her bewegen kann. Die Kolbenstangen 702a, 702b sind jeweils mit Kolbenstangen 712a, 712b fest verbunden, die mit einer Kolbenfläche 71a, 71b im Innern eines Differentialzylinders 720a, 720b linear geführt sind. Die Kolbenfläche 71a, 71b begrenzt mit den Zylinderwänden des Differentialzylinders 720a, 720b jeweils einen Fluidraum 710a, 710b.
Analog zur Ausführungsform gemäß 2, kann die Bewegung des Stößels 3 mit einer Oszillation oder Schwingung mit einer bestimmten Frequenz, beispielsweise von ca. 5 Hz bis ca. 50 Hz überlagert werden. Die Oszillation wird in diesem Fall durch die Vor- und Zurückbewegung der beiden Kolbenstangen 702a, 702b erzeugt, durch die das Volumen in den Fluidräumen 710a, 710b variiert wird. Der maximal erreichbare Oszillationshub ist in diesem Fall auch abhängig vom maximalen Verfahrweg der Kolbenstangen 702a, 702b und der Dimensionierung der Differentialzylinder 720a, 720b.
Auch die elektromechanischen Zylinder 701a, 701b als Oszillationsantriebe können so angesteuert werden, dass die Differentialzylinder 710a, 710b im Gleichlauf oder mit Phasenversatz betrieben werden. Insofern kann Gleichung 2 analog auch auf die Ausführungsform nach 3 angewandt werden. Mit anderen Worten ist die Einstellung der Oszillationsfrequenz über eine entsprechende Ansteuerung der Servomotoren der elektromechanischen Zylinder 701a, 701b möglich. Allerdings ist es prinzipiell möglich, die Amplitude und die Frequenz der Oszillation im gleichen Parameterfenster mit nur einer Einheit aus elektromechanischem Zylinder 701a und Differentialzylinder 720a einzustellen.
Allerdings ist eine Ausführung wie der in 3 dargestellten mit zwei derartigen Einheiten besonders dann sinnvoll, wenn eine hohe Dynamik, eine hohe Oszillationskraft oder ein großer Hub, bzw. Verfahrweg der Kolbenstangen 712a, 712b benötigt wird, da die aktuell verfügbaren elektromechanischen Zylinder im Hinblick auf diese Eigenschaften begrenzt Prozessgrenzen setzen. Ferner ist bei einer einzelnen Einheit eine hohe Dynamik aufgrund des zu geringen für die Bewegung zur Verfügung stehenden Fluidvolumens nur bei kleinem Hub oder Verfahrweg der Kolbenstange 712a, 712b möglich. Die Förderung eines höheren Fluidvolumens wird vorteilhaft durch die Verwendung von zwei Einheiten erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Tiefziehpresse
2a: Vertikalträger
2b: Querträger
3: Stößel
4: Werkzeug
5: Platine
6: Niederhalter
7: Ziehkissenplatte
8: Ziehstempel
9a, 9b: Niederhalterantriebe
90a, 90b: Kolbenstange
91a, 91b: Kolbenfläche
10a, 10b: Ziehkissenarbeitszylinder
100a, 100b: Fluidraum
110a, 110b: Kolbenfläche
210a, 210b: Kolbenstange
11a, 11b: Stößelarbeitszylinder
111a, 111b: Fluidraum
211a, 211b: Kolbenstange
311a, 311b: Kolbenfläche
12a, 12b: Stößelantriebseinheit
112a, 112b: Verbindungsleitung
13a, 13b: Oszillationsantriebe
130a, 130b: Oszillationsantriebe
113a, 113b: Fluidraum
123a, 123b: Verbindungsleitung
131a, 131b: Fluidraum
133a, 133b: Verbindungsleitung
15a, 15b: Ziehkissenantriebseinheit
115a, 115b: Verbindungsleitung
16a, 16b: Oszillationsantriebe
116a, 116b: Verbindungsleitung
216a, 216b: Fluidraum
18: Wirkspalt
310a, 310b: Zylinderwand
400: Fundament
411a, 411b: Zylinderwand
150, 160: Kolbenfläche
600: Fluidreservoir
610: Überdruckventil
70a, 70b: Oszillationsantriebe
701a, 701b: elektromechanische Zylinder
702a, 702b: Kolbenstange
710a, 710b: Fluidraum
711a, 711b: Zuführleitung
712a, 712b: Kolbenstange
71a, 71b: Kolbenfläche
720a, 720b: Differentialzylinder
A13a: Amplitude eines Oszillationsantriebs zum Zeitpunkt t
A: maximale Amplitude des Oszillationsantriebs
ω: Winkelgeschwindigkeit eines Oszillationsantriebs
φ: Phasenwinkel eines Oszillationsantriebs
z: Hub oder Verfahrweg

Claims

Hydraulische Pressmaschine mit einer Steuereinheit und mit wenigstens zwei sich gegenüberliegenden Werkzeugeinheiten, wobei ein umzuformendes Werkstück (5) in einem Wirkspalt (18) zwischen einer ein Tiefziehwerkzeug umfassenden, ersten Werkzeugeinheit (4) und einer einen Ziehstempel umfassenden, zweiten Werkzeugeinheit (6, 8) anordenbar ist, wobei die erste Werkzeugeinheit (4) mittels mindestens einer ersten hydraulischen Antriebseinheit antreibbar ist und die zweite Werkzeugeinheit (6, 8) mittels einer zweiten hydraulischen Antriebseinheit antreibbar ist und wobei die erste und zweite hydraulische Antriebseinheit (12a, 12b, 15a, 15b) jeweils wenigstens einen Hauptantrieb aufweisen, welche die erste Werkzeugeinheit (4) und die zweite Werkzeugeinheit (6, 8) so antreiben können, dass die erste Werkzeugeinheit (4) und/oder die zweite Werkzeugeinheit (6, 8) eine Hauptbewegung mit vorbestimmter Amplitude durchführt und wobei wenigstens eine erste Zusatzantriebseinheit (13a, 13b, 130a, 130b, 70a, 70b) vorgesehen ist, welche die erste Werkzeugeinheit (4) so antreiben kann, dass die erste Werkzeugeinheit (4) gleichzeitig mit der Hauptbewegung oder unabhängig von der Hauptbewegung eine Oszillationsbewegung ausführt, wobei wenigstens eine zweite Zusatzantriebseinheit (16a, 16b) vorgesehen ist, welche die zweite Werkzeugeinheit (6, 8) so antreiben kann, dass die zweite Werkzeugeinheit (6, 8) gleichzeitig mit der Hauptbewegung oder unabhängig von der Hauptbewegung eine Oszillationsbewegung ausführt und wobei die Oszillationsbewegung jeweils eine geringere Amplitude und eine höhere Frequenz als die Hauptbewegung aufweist, und wobei die erste Zusatzantriebseinheit (13a, 13b, 130a, 130b, 70a, 70b) wenigstens einen ersten Oszillationsantrieb (13a, 13b, 70a) und einen zweiten Oszillationsantrieb (130a, 130b, 70b) umfasst, die jeweils unabhängig voneinander ansteuerbar sind und von der Steuereinheit so angesteuert werden können, dass die Amplitude der Oszillationsbewegung der ersten Werkzeugeinheit (4) stufenlos einstellbar ist.
Hydraulische Pressmaschine nach Anspruch 1, wobei die erste hydraulische Antriebseinheit (12a, 12b, 15a, 15b) als wenigstens eine Motor-, Pumpen- und Zylindereinheit mit einem, insbesondere von einem Hydraulikzylinder, vorzugsweise von einem Ziehkissenarbeitszylinder (10a, 10b) oder von einem Stößelarbeitszylinder (11a, 11b), gebildeten, Fluidraum (100a, 100b, 111a, 111b) ausgebildet ist, wobei der Fluidraum (100a, 100b, 111a, 111b) zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit ausgebildet ist und dem Fluidraum (100a, 100b, 111a, 111b) Hydraulikflüssigkeit, insbesondere druckbeaufschlagt, zugeführt und aus dem Fluidraum (100a, 100b, 111a, 111b) Hydraulikflüssigkeit, insbesondere druckbeaufschlagt, abgeführt werden kann, so dass sich das Volumen des Fluidraums (100a, 100b, 111a, 111b) ändert, insbesondere wobei ein Kolben der Antriebseinheit, insbesondere umfassend eine Kolbenfläche (311a, 311b, 110a, 110b) und/oder eine Kolbenstange (210a, 211a, 210b, 211b), mit dem Fluidraum (100a, 100b, 111a, 111b) so in Verbindung steht, dass durch eine Änderung des Volumens des Fluidraums (100a, 100b, 111a, 111b) eine Kraft auf den Kolben übertragen wird und/oder der Kolben bewegt wird.
Hydraulische Pressmaschine nach Anspruch 2, wobei der erste und der zweite Oszillationsantrieb fluidisch mit dem Fluidraum (100a, 100b, 111a, 111b) der ersten hydraulischen Antriebseinheit (12a, 12b, 15a, 15b) in Verbindung stehen und dem Fluidraum (100a, 100b, 111a, 111b) Hydraulikflüssigkeit zuführen und von dem Fluidraum (100a, 100b, 111a, 111b) Hydraulikflüssigkeit abführen können.
Hydraulische Pressmaschine nach Anspruch 3, wobei der erste und der zweite Oszillationsantrieb (13a, 13b, 130a, 130b, 70a, 70b, 16a, 16b) im Wesentlichen baugleich ausgebildet sind und/oder wobei der erste und der zweite Oszillationsantrieb (13a, 13b, 130a, 130b, 70a, 70b, 16a, 16b) jeweils einen Servomotor und jeweils einen mit dem Servomotor verbundenen Fluidraum (113a, 113b, 131a, 131b, 216a, 216b) umfassen, und/oder wobei der erste und der zweite Oszillationsantrieb (13a, 13b, 130a, 130b, 70a, 70b, 16a, 16b) jeweils einen in einem Fluidraum (113a, 113b, 131a, 131b, 216a, 216b) des Oszillationsantriebs (13a, 13b, 130a, 130b, 70a, 70b, 16a, 16b) geführten Kolben umfassen, der, insbesondere von einem Servomotor angetrieben, eine Hubbewegung ausführen kann durch die sich das Volumen des Fluidraums (113a, 113b, 131a, 131b, 216a, 216b) ändert, insbesondere so dass pro Hubbewegung des Kolbens oder pro Motorumdrehung des Servomotors eine festgelegte Menge an Hydraulikflüssigkeit aus dem Fluidraum des Oszillationsantriebs (13a, 13b, 130a, 130b, 70a, 70b, 16a, 16b) gefördert und in den Fluidraum (100a, 100b, 111a, 111b) der ersten hydraulischen Antriebseinheit (12a, 12b, 15a, 15b) eingebracht und/oder aus diesem ausgebracht werden kann.
Hydraulische Pressmaschine nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der erste Oszillationsantrieb (13a, 13b, 70a, 16a, 16b) und der zweite Oszillationsantrieb (130a, 130b, 70b) jeweils unabhängig voneinander dem Fluidraum (100a, 100b, 111a, 111b) der ersten hydraulischen Antriebseinheit (12a, 12b, 15a, 15b) Hydraulikflüssigkeit zuführen oder von diesem abführen können.
Hydraulische Pressmaschine nach Anspruch 5, wobei der erste Oszillationsantrieb (13a, 13b, 70a, 16a, 16b) und der zweite Oszillationsantrieb (130a, 130b, 70b) jeweils mit gleicher Drehzahl und mit einem Phasenversatz zueinander betreibbar sind oder betrieben werden.
Hydraulische Pressmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der erste Oszillationsantrieb (13a, 13b, 16a, 16b) und/oder der zweite Oszillationsantrieb (130a, 130b) eine Rotationskolbenpumpe, insbesondere eine als Servopumpe ausgebildete Rotationskolbenpumpe, umfassen.
Hydraulische Pressmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der erste Oszillationsantrieb (70a) und/oder der zweite Oszillationsantrieb (70b) einen elektromechanischen Zylinder (701a, 701b) umfassen, insbesondere wobei der elektromechanische Zylinder (701a, 701b) einen Servomotor und ein mittels des Servomotors antreibbaren Kugelgewindetrieb aufweist.
Hydraulische Pressmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Steuereinheit die erste hydraulische Antriebseinheit (12a, 12b, 15a, 15b) und wenigstens den ersten und den zweiten Oszillationsantrieb (13a, 13b, 130a, 130b, 70a, 70b, 16a, 16b), insbesondere alle Hauptantriebseinheiten (12a, 12b, 15a, 15b) und alle Oszillationsantriebe (13a, 13b, 130a, 130b, 70a, 70b, 16a, 16b) der hydraulischen Pressmaschine, aufeinander abgestimmt ansteuern kann oder ansteuert.
Hydraulische Pressmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die Amplitude der Oszillationsbewegung abhängig ist von dem Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit, der dem Fluidraum (100a, 100b, 111a, 111b) der ersten hydraulischen Antriebseinheit (12a, 12b, 15a, 15b) von dem ersten und dem zweiten Oszillationsantrieb (13a, 13b, 130a, 130b, 70a, 70b, 16a, 16b) zugeführt wird und/oder wobei die Amplitude der Oszillationsbewegung abhängig ist von dem Phasenversatz zwischen erstem Oszillationsantrieb (13a, 13b, 70a, 16a, 16b) und zweitem Oszillationsantrieb (130a, 130b, 70b).
Hydraulische Pressmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die erste hydraulische Antriebseinheit (12a, 12b, 15a, 15b) wenigstens einen Antriebsmotor zur Erzeugung der Hauptbewegung umfasst, und wobei der erste und zweite Oszillationsantrieb (13a, 13b, 130a, 130b, 70, 70b, 16a, 16b) abgestimmt auf den Antriebsmotor der ersten hydraulischen Antriebseinheit (12a, 12b, 15a, 15b) angesteuert werden, insbesondere so dass die Frequenz der Oszillationsbewegung auf die Bewegungsgeschwindigkeit der Hauptbewegung abgestimmt ist.