-
Die Erfindung betrifft eine Niederhaltervorrichtung für eine Ziehvorrichtung zur Herstellung von hohlzylindrischen Körpern, wie etwa Dosenkörpern, insbesondere für Druckbehälterdosen oder Getränkedosen. Das Umformen mittels der Ziehvorrichtung erfolgt beispielsweise durch Abstreckgleitziehen. Als Ausgangsteil kann hierzu ein in einer ersten Umformstufe umgeformtes napf- oder topfförmiges Ausgangsteil dienen, das auch als „Cup“ bezeichnet wird. Das Ausgangsteil kann auch ein plattenförmiges, beispielsweise rundes Blechteil sein, das als „Platine“ bezeichnet werden kann. Das Ausgangsteil kann mit einem Ziehstempel bzw. einer Ramme der Maschine bzw. Presse in einen hohlzylindrischen Körper umgeformt werden. Der hohlzylindrische Körper weist einen Boden und eine aus demselben Material ohne Naht- oder Fügestelle mit dem Boden verbundene in einer Umfangsrichtung geschlossene Wand auf. Auf der dem Boden gegenüberliegenden Seite ist der hohlzylindrische Körper offen. Um das vorzugsweise topfförmige Ausgangsteil mit Hilfe eines Ziehstempels umformen zu können, ist die Niederhaltervorrichtung vorhanden. Sie weist eine Niederhalterhülse mit einer Hülsenstirnfläche auf, die das Ausgangsteil in einer Niederhalteposition mit einer Niederhaltekraft gegen eine Einspannfläche drückt und dabei z.B. in das topfförmige Ausgangsteil eingreift. Aus dieser eingespannten Lage erfolgt anschließend das Umformen mittels des Ziehstempels, beispielsweise durch Abstreckgleitziehen.
-
Solche Umformvorrichtungen sind an sich bekannt.
DE 28 43 742 A1 zeigt eine Stempelanordnung zum Abstreckgleitziehen, wobei ein Medium durch die Stempelanordnung strömt, um den abgestreckten Behälter und die Stempelanordnung zu temperieren, so dass ein Aufschrumpfen des Behälters auf dem Stempel verringert und das Abstreifen erleichtert wird.
-
Bei der aus
DE 25 19 521 A1 bekannten Vorrichtung ist eine Niederhalterhülse einer Niederhaltervorrichtung koaxial zu einem Ziehstempel angeordnet. Der Niederhalter kann durch Druckbeaufschlagung einer Druckkammer relativ zum Ziehstempel bewegt werden und ist am Ziehstempel geführt angeordnet.
-
Aus
DE 601 15 640 T2 geht eine Niederhaltervorrichtung hervor, bei der der Niederhalter hydraulisch angetrieben ist. Der Niederhalter kann entlang einer Hauptachse bewegt werden. Seitlich versetzt zu der Hauptachse erstrecken sich Kolbenstangen eines hydraulischen Antriebszylinders, die ein entlang der Kolbenstangen geführt bewegbares Zylindergehäuse fluidisch in zwei Arbeitskammern unterteilen. Abhängig von der Druckbeaufschlagung der Kammern kann das Zylindergehäuse relativ zu den Kolbenstangen bewegt werden. Das Zylindergehäuse ist mit dem Niederhalter bzw. der Niederhalterhülse verbunden.
-
US 2016 / 0 318 089 A1 zeigt ebenfalls eine Umformvorrichtung mit einem Niederhalter. Der Niederhalter hat ein Kopfteil, an dem die Niederhalterhülse angeordnet ist. Auf einer der Niederhalterhülse entgegengesetzten Seite des Kopfteils sind Antriebsstangen vorhanden, mittels denen das Kopfteil und die Niederhalterhülse in einer Hubrichtung bewegbar sind. Die Antriebsstangen sind in Hubrichtung verschiebbar gelagert.
-
-
US 5 617 755 A beschreibt eine Presse mit einer Niederhaltervorrichtung, die eine an einem Kopfteil befestigte Niederhalterhülse aufweist. Zum Antrieb ist das Kopfteil mit zwei in einer Hubrichtung translatorisch bewegbaren stangenförmigen Antriebselementenverbunden. Eine Kopfteilführungsanordnung führt das Kopfteil an wenigstens zwei vorderen Führungsstellen in Hubrichtung und stützt es gegen Bewegungen in anderen Freiheitsgraden ab.
-
Die aus dem Stand der Technik bekannten Niederhaltervorrichtungen haben sich als nicht ausreichend präzise erwiesen. Die Wandstärke des umgeformten hohlzylindrischen Behälters kann schwanken. Die Toleranzen für die Wandstärke liegen im Mikrometerbereich. Bei der Herstellung kann eine unzureichende Präzision zu einem unerwünscht hohen Anteil von Ausschuss führen. Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine verbesserte Niederhaltervorrichtung zu schaffen, die eine ausreichende Genauigkeit aufweist und den Anteil an Ausschuss unter den hergestellten hohlzylindrischen Körpern verringert.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Niederhaltervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Außerdem wird die Aufgabe durch eine Ziehvorrichtung aufweisend eine solche Niederhaltervorrichtung gelöst (Patentanspruch 12).
-
Die erfindungsgemäße Niederhaltervorrichtung hat eine an einem Kopfteil befestigte Niederhalterhülse. Die Niederhalterhülse hat auf der dem Kopfteil entgegengesetzten Seite eine Hülsenstirnfläche, die dazu eingerichtet ist, ein Ausgangsteil, beispielsweise ein topfförmiges Ausgangsteil, in einer Niederhalteposition der Niederhalterhülse mit einer vorgegebenen, insbesondere steuerbaren oder regelbaren Niederhaltekraft gegen eine Einspannfläche zu drücken. Wenn es sich um ein topfförmiges Ausgangsteil handelt, kann die Niederhalterhülse in ihrer Niederhalteposition in das topfförmige Ausgangsteil eingreifen. Das Ausgangsteil kann auch als flaches und vorzugsweise kreisrundes Blechteil ausgeführt sein.
-
Die Niederhaltervorrichtung hat eine Niederhalterantriebseinrichtung mit wenigstens einem in einer Hubrichtung translatorisch bewegbaren Antriebselement. Das Antriebselement kann beispielsweise als Antriebsstab oder Antriebsstange ausgeführt sein. Das Antriebselement ist an einem vorderen Ende mit dem Kopfteil verbunden und erstreckt sich ausgehend vom Kopfteil in Hubrichtung auf der der Niederhalterhülse entgegengesetzten Seite weg zu einem hinteren Ende hin. Die Niederhalterantriebseinrichtung ist dazu eingerichtet, durch die Bewegung des wenigstens einen Antriebselements das Kopfteil und damit auch die Niederhalterhülse in Hubrichtung zu bewegen. Die Niederhalterhülse kann eine Bewegung zwischen einer Ausgangsposition und der Niederhalteposition ausführen.
-
Die Niederhaltervorrichtung hat eine Kopfteilführungsanordnung. Die Kopfteilführungsanordnung ist dazu eingerichtet, das Kopfteil an wenigstens zwei vorderen Führungsstellen in Hubrichtung translatorisch bewegbar zu lagern und gegen Bewegungen in allen anderen Freiheitsgraden abzustützen. Die vordere Kopfteilführungsanordnung erlaubt dem Kopfteil somit lediglich eine translatorische Bewegung in einem einzigen Freiheitsgrad. Die Kopfteilführungsanordnung ist passiv und nicht zur Bewegung des Kopfteils oder zur Erzeugung einer auf das Kopfteil einwirkenden Antriebskraft eingerichtet. Die Kopfteilführungsanordnung greift vorzugsweise unmittelbar an dem Kopfteil an
-
Das Kopfteil wird mittels der Kopfteilführungsanordnung in Hubrichtung gesehen nahe oder auf Höhe der Niederhalterhülse in einem translatorischen Freiheitsgrad geführt und in allen anderen Freiheitsgraden abgestützt. Dadurch lässt sich eine sehr exakte Positionierung der Niederhalterhülse in der Niederhalteposition bzw. eine sehr exakte Bewegung der Niederhalterhülse in die Niederhalteposition erreichen. Hohlzylindrische Körper, insbesondere Dosenkörper, müssen mit einer vorgegebenen Wandstärke mit Toleranzen im Mikrometerbereich hergestellt werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es hierfür notwendig ist, dass die Niederhalterhülse in ihrer Niederhalteposition an jeder Stelle der Hülsenstirnfläche dieselbe Niederhaltekraft auf das Ausgangsteil ausübt. Eine geneigt bzw. gekippt zur Hubrichtung bzw. einer Hauptachse kann selbst bei geringen Kipp- bzw. Neigungswinkeln keine gleichmäßige Niederhaltekraft in Umfangsrichtung um die Hauptachse bzw. entlang der gesamten Hülsenstirnfläche erzeugen. Dies führt wiederum zu Wanddickenabweichungen und zu Ausschussteilen bei der Herstellung von hohlzylindrischen Körpern. Deswegen ist das Kopfteil nicht nur über die Niederhalterantriebseinrichtung angetrieben und mittelbar geführt, sondern es ist zusätzlich eine Kopfteilführungsanordnung vorhanden, die das Kopfteil an wenigstens zwei vorderen Führungsstellen exakt führt. Über die Kopfteilführungsanordnung werden keine Antriebskräfte auf das Kopfteil übertragen. Dadurch kann eine sehr genaue Führung an den vorderen Führungsstellen erreicht werden. Dies wiederum bewirkt eine exakte Positionierung der Niederhalterhülse insbesondere in deren Niederhalteposition und eine Reduzierung von Ausschussteilen bei der Herstellung von hohlzylindrischen Körpern.
-
Vorzugsweise hat das Kopfteil eine plattenförmige Gestalt.
-
Die Kopfteilführungsanordnung kann wenigstens zwei Kopfteilführungseinheiten aufweisen, wobei jede Kopfteilführungseinheit zur Bildung einer Führungsstelle vorhanden ist. Wenigstens zwei der vorhandenen vorderen Führungsstellen bzw. der vorhandenen Kopfteilführungseinheiten sind in einer Querrichtung rechtwinklig zur Hubrichtung mit einem Querabstand zueinander angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist jede Kopfteilführungseinheit jeweils ein sich in Hubrichtung erstreckendes Führungselement und ein relativ dazu verschiebbares Führungslagerteil auf. Beispielsweise kann das Führungselement durch eine Führungsstange gebildet sein und das Führungslagerteil die Führungsstange an der jeweiligen vorderen Führungsstelle umschließen. Es ist bevorzugt, wenn das Führungslagerteil eine Führungshülse bildet, die die Führungsstange vollständig oder im Wesentlichen vollständig umschließt. An jeder vorderen Führungsstelle kann eine Gleitlagerung oder eine Wälzlagerung durch die betreffende Führungslagereinheit gebildet sein.
-
Wenn mehr als zwei vordere Führungsstellen vorhanden sind, beispielsweise vier vordere Führungsstellen, können diese zwei Gruppen bilden, die in Querrichtung mit Abstand zueinander angeordnet sind. In Hubrichtung können die vorderen Führungsstellen einer gemeinsamen Gruppe fluchtend angeordnet sein.
-
Es ist bevorzugt, wenn die Führungslagerteile der Kopfteilführungseinheiten am Kopfteil angeordnet sind und wenn die Führungselemente bzw. die Führungsstangen an einem Maschinengestell oder einer Maschinenbasis der Niederhaltervorrichtung angeordnet sind. Das Kopfteil kann sich beispielsweise in einer Querrichtung rechtwinklig zu der Hubrichtung von einem der Führungselemente zu einem jeweils anderen der Führungselemente erstrecken. Alternativ dazu könnten am Kopfteil auch die Führungselemente bzw. die Führungsstangen angeordnet und die Führungslagerteile am Maschinengestell oder an der Maschinenbasis angeordnet sein.
-
Die Niederhaltervorrichtung weist vorzugsweise außerdem eine Antriebsführungsanordnung auf. Die Antriebsführungsanordnung ist dazu eingerichtet, das wenigstens eine Antriebselement der Niederhalterantriebseinrichtung an wenigstens einer hinteren Führungsstelle translatorisch bewegbar zu lagern. An dieser wenigstens einen hinteren Führungsstelle kann das wenigstens eine Antriebselement in lediglich einem Freiheitsgrad bewegbar und in allen anderen Freiheitsgraden abgestützt sein.
-
Es sind wenigstens zwei Antriebselemente vorhanden, die mittels der Antriebsführungsanordnung an jeweils wenigstens einer hinteren Führungsstelle translatorisch in Hubrichtung bewegbar gelagert sind. Dabei ist ein Querabstand der hinteren Führungsstellen in einer Querrichtung rechtwinklig zur Hubrichtung kleiner als der Querabstand der vorderen Führungsstellen der Kopfteilführungsanordnung. Dadurch lässt sich auf der der Niederhalterhülse entgegengesetzten Seite des Kopfteils eine in Querrichtung wenig Bauraum beanspruchende Anordnung der Niederhalterantriebseinrichtung erreichen.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Niederhalterantriebseinrichtung einen Motor und eine Kopplungsanordnung, die an einer Kopplungsstelle unmittelbar mit dem wenigstens einen Antriebselement gekoppelt ist und eine Antriebsverbindung zwischen dem Motor und dem wenigstens einen Antriebselement herstellt. Die Kopplungsanordnung überträgt eine Antriebskraft vom Antriebsmotor auf das wenigstens eine Antriebselement. Diese Antriebskraft kann schräg zur Hubrichtung auf das wenigstens eine Antriebselement einwirken.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel ist jedes Antriebselement an einer hinteren Führungsstelle zwischen der Kopplungsstelle, an der die Kopplungsanordnung angreift, und dem Kopfteil gelagert. Alternativ oder zusätzlich kann sich jedes Antriebselement ausgehend von der Kopplungsstelle in Hubrichtung vom Kopfteil weg zu einem hinteren Ende erstrecken und an einer hinteren Führungsstelle zwischen der Kopplungsstelle und dem hinteren Ende gelagert sein.
-
An dem Kopfteil ist vorzugsweise eine zentrale Durchbrechung für einen in den Hubrichtungen entlang einer Hauptachse bewegbar angeordneten Ziehstempel vorhanden. Der Ziehstempel kann durch die zentrale Durchbrechung hindurch und durch die Niederhalterhülse hindurch an dem topfförmigen Ausgangsteil angreifen und dieses mit Hilfe eines Matrizenwerkzeugs umformen. Die Niederhalterhülse ist dabei insbesondere koaxial zur Hauptachse bzw. zum Ziehstempel angeordnet.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Niederhaltervorrichtung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Ziehvorrichtung bzw. Ziehpresse mit einem Ausführungsbeispiel einer Niederhaltervorrichtung mit einer Niederhalterhülse, die sich in einer Ausgangsposition befindet,
- 2 eine Teildarstellung der 1, wobei sich die Niederhalterhülse der Niederhaltervorrichtung in eine Niederhalteposition befindet,
- 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Niederhalterhülse,
- 4 eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Niederhalterantriebseinrichtung,
- 5 eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Niederhalterantriebseinrichtung,
- 6 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Ausführungsbeispiels einer Niederhaltervorrichtung mit einem Kopfteil, einer Kopfteilführungsanordnung und zwei Antriebselementen einer Niederhalterantriebseinrichtung,
- 7 ein Ausführungsbeispiel einer Niederhaltervorrichtung mit dem Kopfteil, der Kopfteilführungsanordnung und den Antriebselementen gemäß 6 und
- 8 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Niederhaltervorrichtung mit zusätzlichen hinteren Führungsstellen für die Antriebselemente.
-
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Ziehvorrichtung 10, die auch als Ziehpresse bezeichnet werden kann. Die Ziehvorrichtung 10 hat einen in einer Hubrichtung H entlang einer Hauptachse A mittels eines Ziehstempelantriebs 11 bewegbar angeordneten Ziehstempel 12, der auch als Ramme bezeichnet werden kann. Ein vorderes Ende 13 des Ziehstempels 12 bildet einen sogenannten „Punch“ und dient zur Beaufschlagung eines beispielsgemäß topf- oder napfförmigen Ausgangsteils 14 (Cup), das mit Hilfe eines Matrizenwerkzeugs 15 in einen hohlzylindrischen Körper umgeformt wird. Beim Ausführungsbeispiel hat das Matrizenwerkzeug 15 einen Abstreckkanal 16, der koaxial zur Hauptachse A angeordnet ist und eine Eingangsmündung 16a sowie eine Ausgangsmündung 16b aufweist. Entlang des Abstreckkanals 16 sind mehrere Abstreckringe 17 koaxial zur Hauptachse A angeordnet. Der Innendurchmesser der Abstreckringe 17 ist verschieden und umso kleiner, je näher sich der Abstreckring 17 an der Ausgangsmündung 16b befindet. Für das Matrizenwerkzeug 15 wird auch der Begriff „Toolpack“ verwendet.
-
Der Ziehstempel 12 kann durch Abstreckgleitziehen eine Umformung des Ausgangsteils 14 bewirken. Dabei wird das Ausgangsteil 14 mittels des Ziehstempels 12 durch den Abstreckkanal 16 und die Abstreckringe 17 hindurch bewegt, wodurch ein hohlzylindrischer Körper mit einem Boden und sich einer an den Boden anschließenden Wand mit einer vorgegebenen Wandstärke geformt wird. Im Bereich der Ausgangsmündung 16b des Abstreckkanals 16 kann eine Abstreifeinrichtung 18 vorhanden sein, die lediglich stark schematisiert veranschaulicht ist und dazu eingerichtet ist, den umgeformten hohlzylindrischen Körper vom Ziehstempel 12 abzustreifen, wenn dieser einen Rückhub durch den Abstreckkanal 16 zurück ausführt.
-
Zu der Ziehvorrichtung 10 gehört auch eine Niederhaltervorrichtung 22. Die Niederhaltervorrichtung 22 hat ein in Hubrichtung H translatorisch bewegbares Kopfteil 23. Zur Bewegung des Kopfteils 23 ist eine Niederhalterantriebseinrichtung 24 vorhanden, zu der wenigstens ein in Hubrichtung H translatorisch bewegbares Antriebselement 25 gehört. Beispielsgemäß sind zwei solche Antriebselemente 25 vorhanden, die durch Antriebsstangen 26 gebildet sind. Jede Antriebsstange 26 hat ein vorderes Ende, mit dem sie am Kopfteil 23 befestigt ist. Ausgehend von dem vorderen Ende 27 erstreckt sich jede Antriebsstange 26 in Hubrichtung H vom Kopfteil 23 weg zu einem hinteren Ende 28.
-
Das Kopfteil 23 ist beispielsgemäß integral aus einem Körper ohne Naht und Fügestelle hergestellt. Es kann eine plattenförmige Gestalt aufweisen.
-
An einer Kopplungsstelle 29 ist jedes Antriebselement 25 bzw. jede Antriebsstange 26 unmittelbar mit einer Kopplungsanordnung 30 gekoppelt (4 und 5). Die Kopplungsanordnung 30 stellt eine Antriebsverbindung zwischen einem Motor 31 der Niederhalterantriebseinrichtung 24 und den Antriebselementen 25 und beispielsgemäß den Antriebsstangen 26 her. Die Kopplungsanordnung 30 kann auf verschiedene Arten ausgeführt sein. Sie greift an der Kopplungsstelle 29 unmittelbar an dem wenigstens einen Antriebselement 25 an und ist dazu eingerichtet, eine Drehbewegung des Motors 31 in eine translatorische Bewegung des jeweiligen Antriebselements 25 in Hubrichtung H zu bewirken.
-
Bei dem in 4 veranschaulichten, stark schematisierten Ausführungsbeispiel der Niederhalterantriebseinrichtung 24 treibt der Motor 31 einen Exzenter 32 an. Der Exzenter 32 beaufschlagt ein Koppelelement 33, das zwischen der Kopplungsstelle 29 und dem Exzenter 32 an einer Schwenklagerstelle 34 schwenkbar gelagert ist. Der Exzenter 32 ist entlang des Koppelelements 33 bewegbar geführt. An der Kopplungsstelle 29 ist ein mit dem Antriebselement 25 verbundener Kopplungszapfen 35 ebenfalls entlang des Koppelelements 33 bewegbar geführt. Bei einer Drehung des Exzenters 32 um die Drehachse des Motors 31 wird an der Kopplungsstelle 29 eine Schwenkbewegung des Koppelelements 33 verursacht und veranlasst eine translatorische Bewegung des Kopplungszapfens 35 gemeinsam mit dem betreffenden Antriebselement 25 bzw. mit der betreffenden Antriebsstange 26.
-
In Abwandlung zur Darstellung nach 4 könnte mit dem Exzenter 32 auch ein pleuelähnliches Koppelelement 33 verbunden sein, das an einer Stelle zwischen dem Exzenter 32 und der Kopplungsstelle 29 drehbar sowie in Erstreckungsrichtung des pleuelähnlichen Kopplungselements bewegbar geführt angeordnet ist. Auch mit einer solchen Anordnung kann die Bewegung des wenigstens einen Antriebselements 25 in Hubrichtung H bewirkt werden.
-
Ein weiteres Beispiel für eine Niederhalterantriebseinrichtung 24 ist schematisch in 5 gezeigt. Die Kopplungsanordnung 30 ist in Abwandlung zu den bisherigen Ausführungsbeispielen als Kniehebelanordnung ausgeführt. Das Koppelelement 33 ist bei dieser Ausführung drehbar einerseits am Exzenter 32 gelagert und andererseits drehbar an einem Kniegelenk gelagert. An dem Kniegelenk 36 sind ein erster Kniehebel 37 und ein zweiter Kniehebel 38 gelenkig miteinander verbunden. Der erste Kniehebel 37 ist mit seinem dem Kniegelenk 36 entgegengesetzten Ende an einem Maschinengestell bzw. einer Maschinenbasis 39 gelenkig gelagert. Der zweite Kniehebel 38 ist mit seinem dem Kniegelenk 36 entgegengesetzten Ende am Kopplungszapfen 35 gelenkig angeordnet. Bei einer Drehung des Exzenters 32 um die Drehachse des Motors 31 ändert sich der Kniewinkel zwischen den beiden Kniehebeln 37, 38 am Kniegelenk 36, wodurch eine Bewegung in Hubrichtung H des wenigstens einen Antriebselements 25 verursacht werden kann.
-
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Kopplungsanordnung 30 ermöglichen eine Anordnung des Motors 31 rechtwinkelig zu der Hubrichtung H versetzt zum wenigstens einen Antriebselement 25 und beispielsweise in Hubrichtung H betrachtet auf der Höhe des wenigstens einen Antriebselements 25. In Abwandlung hierzu kann der Motor 31 in Hubrichtung H auch hinter dem wenigstens einen Antriebselement 25 angeordnet sein. Die Kopplungsanordnung 30 kann in diesem Fall beispielsweise ein Pleuel als Kopplungselement 33 aufweisen.
-
Am Kopfteil 23 ist eine Niederhalterhülse 43 befestigt. Die Niederhalterhülse 43 ist koaxial zur Hauptachse A angeordnet. Sie befindet sich auf der dem wenigstens einen Antriebselement 25 abgewandten Seite des Kopfteils 23. Ausgehend von dem Kopfteil 23 erstreckt sich die Niederhalterhülse 43 zu einem freien Ende hin, an dem eine Hülsenstirnfläche 44 vorhanden ist, die eine Ringfläche konzentrisch zur Hauptachse A bildet. Ein Normalenvektor der Stirnfläche 44 erstreckt sich parallel zur Hauptachse A in Hubrichtung H (3). Die Niederhalterhülse hat auf der der Hülsenstirnfläche 44 entgegengesetzten Seite beispielsweise einen Befestigungsflansch 45, mittels dem sie an einer Befestigungsfläche 46 des Kopfteils 23 lösbar und beispielsweise mittels einer Schraubverbindung befestigt werden kann. Die Befestigungsfläche 46 erstreckt sich in einer Ebene rechtwinklig zur Hubrichtung H.
-
Das Kopfteil 23 ist mittels einer Kopfteilführungsanordnung 50 an wenigstens zwei uns beispielsgemäß genau zwei vorderen Führungsstellen 51 in Hubrichtung H translatorisch bewegbar gelagert. Die Kopfteilführungsanordnung 50 erlaubt beim Ausführungsbeispiel lediglich die translatorische Bewegung in Hubrichtung H und verhindert eine Bewegung in weiteren translatorischen und beim Ausführungsbeispiel auch in sämtlichen rotatorischen Freiheitsgraden. Die zwei Führungsstellen 51 sind in einer Querrichtung Q rechtwinklig zur Hubrichtung H mit einem ersten Querabstand d1 angeordnet. Jede Führungsstelle 51 ist beispielsgemäß durch eine Kopfteilführungseinheit 52 gebildet, die am besten in 6 zu erkennen sind. Die Kopfteilführungseinheiten 52 sind in Querrichtung Q auf gegenüberliegenden Seite bezüglich der Hauptachse A bzw. des Ziehstempels 12 angeordnet.
-
Zu jeder Kopfteilführungseinheit 52 gehört ein sich in Hubrichtung H erstreckendes Führungselement 53, das beim Ausführungsbeispiel jeweils von einer Führungsstange 54 gebildet ist. An jedem Führungselement 53 ist ein Führungslagerteil 55 in Hubrichtung H verschiebbar gelagert. Beispielsgemäß umschließt das Führungslagerteil 55 die jeweils zugeordnete Führungsstange 54 hülsenförmig. Das Führungslagerteil 55 ist fest mit dem Kopfteil 23 verbunden. Die Führungselemente 53 bzw. Führungsstangen 54 der beispielsgemäß zwei Kopfteilführungseinheiten 52 sind fest mit dem Maschinengestell bzw. der Maschinenbasis 39 verbunden, beispielsweise mittels der in 6 veranschaulichten Halterungen 56.
-
Das Kopfteil 23 hat beim Ausführungsbeispiel im Wesentlichen eine plattenförmige Gestalt mit einem ringförmigen Mittelteil 57, der auf in Querrichtung Q entgegengesetzten Seiten jeweils eine Auskragung 58 aufweist. In jeder Auskragung 58 ist ein Durchgangsloch vorhanden, in dem ein jeweiliges Führungslagerteil 55 einer Kopfteilführungseinheit 52 sitzt. Das Führungslagerteil 55 kann dabei ein Gleitlager oder ein Wälzlager an der betreffenden vorderen Lagerstelle 51 bilden. Es ist alternativ dazu auch möglich, die Führungsstangen 26 am Kopfteil 23 und die Führungslagerteile 55 an der Maschinenbasis 39 anzuordnen.
-
Jede Kopfteilführungseinheit 52 kann in Abwandlung zu der beschriebenen Ausführung auch eine Gruppe mit mehreren Führungsstellen 51 bilden, die in Hubrichtung benachbart und beispielsweise fluchtend angeordnet sein können. Die beiden Gruppen der Führungsstellen 51 sind in Querrichtung Q mit Abstand auf gegenüberliegenden Seiten der Hauptachse A angeordnet.
-
Im Mittelteil 57 hat das Kopfteil 23 eine zentrale Durchbrechung 59, die symmetrisch zur Hauptachse A angeordnet ist und mit der zylindrischen Durchgangsöffnung der Niederhalterhülse 43 fluchtet. Durch die zentrale Durchbrechung 59 kann der Ziehstempel 12 durch das Kopfteil 23 hindurch verlaufen.
-
Mittels der Niederhalterantriebseinrichtung 24 kann das Kopfteil 23 gemeinsam mit der Niederhalterhülse 43 in Hubrichtung H bewegt werden, so dass sich die Niederhalterhülse 43 zwischen einer Ausgangsposition I (1) und einer Niederhalteposition II (2) bewegt. In der Niederhalteposition II greift die Niederhalterhülse 43 in das beispielsgemäß topfförmige Ausgangsteil 14 ein, so dass die Hülsenstirnfläche 44 an einem Boden des Ausgangsteils 44 anliegt und den Boden mit einer Niederhaltekraft FN gegen eine Einspannfläche 62 drückt. Die Einspannfläche 62 ist ringförmig um die Eingangsmündung 16a des Abstreckkanals 16 am Matrizenwerkzeug 15 vorhanden. Alternativ zum dargestellten Ausführungsbeispiel kann auch ein plattenförmiges Ausgangsteil durch die Niederhalterhülse 43 mit der Niederhaltekraft FN gegen die Einspannfläche 62 gedrückt werden.
-
In 1 sowie den 7 und 8 ist außerdem zu erkennen, dass zusätzlich zu der Kopfteilführungsanordnung 50 auch eine Antriebsführungsanordnung 63 vorhanden ist, die zur Führung der Antriebselemente 25 bzw. der Antriebsstangen 26 in Hubrichtung H eingerichtet ist. Jedes Antriebselement 25 ist an wenigstens einer hinteren Führungsstelle 64 durch die Antriebsführungsanordnung 63 translatorisch geführt. Beispielsgemäß gehört zu der Antriebsführungsanordnung 63 ein Hauptführungskörper 65, der an der Maschinenbasis 39 angeordnet ist und an jeweils einer hinteren Führungsstelle 64 eine Gleit- oder Wälzlagerhülse für eine Antriebsstange 26 bzw. ein Antriebselement 25 aufweist. An der hinteren Führungsstelle 64 durchsetzt eine Antriebsstange 26 den Hauptführungskörper 64 vollständig. Der Hauptführungskörper 64 ist zwischen der Kopplungsstelle 29 und dem Kopfteil 23 angeordnet. Die hinteren Führungsstellen 64 sind in Hubrichtung H mit Abstand zum Kopfteil 23 angeordnet. In Querrichtung Q haben die hinteren Führungsstellen 64 im Hauptführungskörper 65 einen zweiten Querabstand d2, der kleiner ist als der erste Querabstand d1 zwischen den beiden vorderen Führungsstellen 51 der Kopfteilführungsanordnung 50.
-
Am Hauptführungskörper 65 kann außerdem der Ziehstempel 12 in Hubrichtung H bewegbar geführt gelagert sein. Beim Ausführungsbeispiel ist hierfür am Hauptführungskörper 65 eine Ziehstempelführungshülse 66 angeordnet, die sich vom Hauptführungskörper 65 in Hubrichtung H auf der dem Kopfteil 23 entgegengesetzten Seite weg erstreckt.
-
Bei dem in 7 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Antriebselemente 25 bzw. die Antriebsstangen 26 lediglich an jeweils einer hinteren Führungsstelle 64 gelagert. Bei dem in den 1 und 8 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist jedes Antriebselement 25 an zwei hinteren Führungsstellen 64 gelagert. Hierfür kann an der Maschinenbasis 39 jeweils ein Zusatzführungskörper 67 mit einer Gleit- oder Wälzlagerhülse angeordnet sein, durch den sich das zugeordnete Antriebselement 25 erstreckt und der dort an einer weiteren hinteren Führungsstelle 64 in Hubrichtung H bewegbar gelagert ist. Dabei ist die Kopplungsstelle 29 vorzugsweise zwischen den beiden hinteren Führungsstellen 64 eines Antriebselements 25 angeordnet.
-
Wie bereits erläutert, sind bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel zwei Antriebselemente 25 bzw. zwei Antriebsstangen 26 vorhanden, die am Kopfteil 23 befestigt sind. In den 6 bis 8 ist zu erkennen, dass die beiden Antriebselemente 25 an ihrer jeweiligen Kopplungsstelle 29 über eine Verbindungseinheit 70 miteinander verbunden sein können. Die Verbindungseinheit 70 stellt eine feste Verbindung zwischen den beiden Antriebselementen 25 her. Dadurch kann eine gleichmäßige Antriebskrafteinleitung über die beiden Antriebselemente 25 auf das Kopfteil 23 sichergestellt werden und die Gefahr eines Verkantens oder Verkippens zusätzlich reduziert werden. Die Verbindungseinheit 70 kann beispielsweise um die Hauptachse A ringförmig geschlossen sein. Die Verbindungseinheit 70 hat im Bereich der Hauptachse A eine Durchgangsöffnung 71 für den Ziehstempel 12 bzw. die Ziehstempelführungshülse 66 (7 und 8). Die Durchgangsöffnung 71 ist beispielsgemäß als zentrische Führung für den Ziehstempel 12 ausgeführt.
-
Die Verbindungseinheit 70 kann alternativ zu den Ausführungsbeispielen der 6 und 7 auch eine andere Gestalt haben und beispielsweise halbringförmig geschlossen sein (8). Dadurch entfällt die Durchgangsöffnung und eine dadurch bewirkte zentrische Führung.
-
Die Ziehvorrichtung 10 arbeitet wie folgt:
- Zunächst wird ein beispielsgemäß topfförmiges Ausgangsteil 14 auf der Einspannfläche 62 des Matrizenwerkzeugs 15 positioniert, so dass die dem Boden abgewandte offene Seite dem Ziehstempels 12 und der Niederhalterhülse 43 zugewandt ist. Über die Niederhalterantriebseinrichtung 24 wird das Kopfteil 23 und damit die Niederhalterhülse 43 aus ihrer Ausgangsposition I in die Niederhalteposition II bewegt, in der die Hülsenstirnfläche 44 im Inneren des Ausgangsteils 14 unmittelbar benachbart zur Wand auf den Rand des Bodens drückt und diesen mit einer Einspannkraft F gegen die Einspannfläche 62 drückt. In der Niederhalteposition II kann die Niederhaltekraft FN z.B. über einen Balgzylinder der Niederhalterantriebseinrichtung 24 und einen im Balgzylinder herrschenden Gas- bzw. Luftdruck durch die geregelt werden.
-
Gleichzeitig mit oder im Anschluss an die Bewegung der Niederhalterhülse 43 in die Niederhalteposition II wird der Ziehstempel 12 mit seinem vorderen Ende 13 gegen und beispielsgemäß in das topfförmige Ausgangsteil 14 hineinbewegt und liegt am Boden des Ausgangsteils 14 an. Sobald die Niederhalterhülse 43 ihre Niederhalteposition II erreicht hat und die geforderte Niederhaltekraft FN ausübt, bewegt bzw. zieht der Ziehstempels 12, angetrieben mittels des Ziehstempelantriebs 11, das Ausgangsteil 14 in den Abstreckkanal 16 hinein und bewegt es durch die Abstreckringe 17. Bei diesem Abstreckgleitziehen wird das Ausgangsteil 14 in einen hohlzylindrischen Körper umgeformt, der eine vorgegebene Wandstärke aufweist. Der Innendurchmesser des umgeformten hohlzylindrischen Körpers entspricht dem Außendurchmesser des Ziehstempels 12 im Anschluss an dessen vorderes Ende 13.
-
Wenn der Ziehstempel 12 den umgeformten hohlzylindrischen Körper vollständig durch den Abstreckkanal 16 hindurchbewegt hat, wird er mittels des Ziehstempelantriebs 11 in Hubrichtung H wieder durch den Abstreckkanal 16 zurückbewegt. Dabei wird der umgeformte hohlzylindrischer Körper mittels der Abstreifeinrichtung 18 vom Ziehstempel 12 abgestreift. Der Ziehstempelantrieb 11 bewegt den Ziehstempel 12 wieder zurück in eine Ausgangslage.
-
Die Niederhalterantriebseinrichtung 24 bewegt die Niederhalterhülse 43 wieder zurück in ihre Ausgangsposition I, nachdem das Ausgangsteil 14 in der ersten Phase der Umformung vollständig in den Abstreckkanal 16 gezogen wurde und nicht mehr durch die Niederhalterhülse 43 beaufschlagt wird.
-
Wenn die Niederhalterhülse 43 ihre Ausgangsposition I und der Ziehstempel 12 nach dem Umformen ebenfalls seine Ausgangslage einnimmt, kann ein neues Ausgangsteil 14 zugeführt werden.
-
Um die erforderliche Toleranz der Wandstärke des umgeformten hohlzylindrischen Körpers zu erzielen, ist es erforderlich, dass die Niederhalterhülse 43 entlang des gesamten Umfangs eine sehr gleichmäßige Niederhaltekraft FN bewirkt. Deswegen ist eine sehr exakte Ausrichtung der Niederhalterhülse 43 koaxial zur Hauptachse A bzw. eine Positionierung der Hülsenstirnfläche 44 rechtwinklig zur Hauptachse A erforderlich. In den 4 und 5 ist schematisch veranschaulicht, dass über die Kopplungsanordnung 30 eine Antriebskraft FA schräg zur Hauptachse A auf die Antriebszapfen 35 bzw. die Antriebselemente 25 ausgeübt werden kann, wobei diese Antriebskraft FA eine Antriebskraftkomponente FP parallel zur Hauptachse A und eine Antriebskraftkomponente FR rechtwinklig zur Hauptachse A aufweist. Diese zur Hauptachse A geneigte Einleitung der Antriebskraft FA beinhaltet die Gefahr, dass über die Antriebselemente 25 und das Kopfteil 23 ein Neigen oder Kippen der Niederhalterhülse 43 relativ zur Hauptachse A erfolgt, so dass eine exakte koaxiale Positionierung der Niederhalterhülse 43 um die Hauptachse A und eine exakt rechtwinklige Ausrichtung der Hülsenstirnfläche 44 zur Hauptachse A nicht gewährleistet ist. Erfindungsgemäß wird die Ausrichtung der Niederhalterhülse 43 durch die Kopfteilführungsanordnung 50 deutlich verbessert. Das Kopfteil 23 ist unmittelbar an mehreren vorderen Führungsstellen 51 durch die Kopfteilführungseinheiten 52 in Hubrichtung H bewegbar geführt gelagert, während Bewegungen des Kopfteils 23 in allen anderen Freiheitsgraden durch die Kopfteilführungsanordnung 50 abgestützt wird. Dadurch kann auch eine nicht parallel zur Hauptachse A bzw. in Hubrichtung H eingeleitete Antriebskraft FA auf die Antriebselemente 25 toleriert werden. Die Gefahr einer fehlerhaften Ausrichtung der Niederhalterhülse 43 wird reduziert bzw. vermieden. Dadurch ist erreicht, dass eine in Umfangsrichtung um die Hauptachse A gleichmäßige Niederhaltekraft FN erzeugt wird, was wiederum zu einer sehr gleichmäßigen Wandstärke des umgeformten hohlzylindrischen Körpers führt und Ausschussteile in der Produktion vermeidet bzw. verringert.
-
Die Hubrichtung H bzw. die Hauptachse A sind bei den hier veranschaulichten Ausführungsbeispielen horizontal ausgerichtet. Alternativ hierzu kann die Hubrichtung H auch in Vertikalrichtung oder schräg zur Vertikal- und zur Horizontalrichtung ausgerichtet sein.
-
Wie es stark schematisiert durch die gestrichelte Linie in 1 veranschaulicht ist, können der Ziehstempelantrieb 11 und die Niederhalterantriebseinrichtung 24 elektronisch und/oder mechanisch miteinander gekoppelt sein. Es ist auch möglich, dass nur ein einziger Motor vorhanden ist, dessen Drehbewegung sowohl zur Bewegung des Ziehstempels 12 als auch zur Bewegung der Niederhalterhülse 43 bzw. des Kopfteils 23 eingesetzt wird.
-
Die Erfindung betrifft eine Niederhaltervorrichtung 22 für eine Ziehvorrichtung 10, beispielsweise eine Ziehpresse. Die Niederhaltervorrichtung 22 weist eine Niederhalterhülse 43 auf, die in einer Niederhalteposition II eine Niederhaltekraft FN auf ein Ausgangsteil 14 ausübt. Die Niederhalterhülse 43 ist an einem Kopfteil 23 befestigt und relativ zu diesem unbeweglich. Zur Bewegung der Niederhalterhülse 43 in einer Hubrichtung H ist das Kopfteil 23 direkt über eine Kopfteilführungsanordnung 50 an zumindest zwei vorderen Führungsstellen 51 in Hubrichtung H translatorisch bewegbar gelagert und in sämtlichen Richtungen rechtwinklig zur Hubrichtung H im Wesentlichen unbeweglich abgestützt. Jede vordere Führungsstelle 51 ist vorzugsweise durch eine Kopfteilführungseinheit 52 mit einem sich in Hubrichtung H erstreckenden Führungselement 53 gebildet. Das Kopfteil 52 ist unmittelbar entlang der Führungselemente 53 geführt. Auf der der Niederhalterhülse 43 entgegengesetzten Seite ist mit dem Kopfteil 23 wenigstens das eine Antriebselement 25 verbunden, das zu der Niederhalterantriebseinrichtung 24 gehört und mittels eines Motors 31 und einer Kopplungsanordnung 30 in Hubrichtung H zusammen mit dem Kopfteil 23 bewegt werden kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Ziehvorrichtung
- 11
- Ziehstempelantrieb
- 12
- Ziehstempel
- 13
- vorderes Ende des Ziehstempels
- 14
- Ausgangsteil
- 15
- Matrizenwerkzeug
- 16
- Abstreckkanal
- 16a
- Eingangsmündung
- 16b
- Ausgangsmündung
- 17
- Abstreckring
- 18
- Abstreifeinrichtung
- 22
- Niederhaltervorrichtung
- 23
- Kopfteil
- 24
- Niederhalterantriebseinrichtung
- 25
- Antriebselement
- 26
- Antriebsstange
- 27
- vorderes Ende der Antriebsstange
- 28
- hinteres Ende der Antriebsstange
- 29
- Kopplungsstelle
- 30
- Kopplungsanordnung
- 31
- Motor
- 32
- Exzenter
- 33
- Koppelelement
- 34
- Schwenklagerstelle
- 35
- Kopplungszapfen
- 36
- Kniegelenk
- 37
- erster Kniehebel
- 38
- zweiter Kniehebel
- 39
- Maschinenbasis
- 43
- Niederhalterhülse
- 44
- Hülsenstirnfläche
- 45
- Befestigungsflansch
- 46
- Befestigungsfläche des Kopfteils
- 50
- Kopfteilführungsanordnung
- 51
- vordere Führungsstelle
- 52
- Kopfteilführungseinheit
- 53
- Führungselement
- 54
- Führungsstange
- 55
- Führungslagerteil
- 56
- Halterung
- 57
- Mittelteil des Kopfteils
- 58
- Auskragung
- 59
- zentrale Durchbrechung
- 62
- Einspannfläche
- 63
- Antriebsführungsanordnung
- 64
- hintere Führungsstelle
- 65
- Hauptführungskörper
- 66
- Ziehstempelführungshülse
- 67
- Zusatzführungskörper
- 70
- Verbindungseinheit
- 71
- Durchgangsöffnung
- I
- Ausgangsposition
- II
- Niederhalteposition
- A
- Hauptachse
- d1
- erster Querabstand
- d2
- zweiter Querabstand
- FA
- Antriebskraft
- FN
- Niederhaltekraft
- FP
- Antriebskraftkomponente parallel zur Hauptachse
- FR
- Antriebskraftkomponente rechtwinkelig zur Hauptachse
- H
- Hubrichtung
- Q
- Querrichtung
