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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vorbeugenden Schadenserkennung bei einer Säulenpresse, vorzugsweise einer 4-Säulen-Presse.
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Eine Presse der in Rede stehenden Art ist zur Bearbeitung von Werkstücken vorgesehen und umfasst im Wesentlichen einen entlang der vier Pressensäulen vertikal verfahrbaren Pressenstempel mit einem Oberwerkzeug, einen Pressentisch mit einem Unterwerkzeug sowie eine Krafterzeugungseinheit, die den Pressenstempel relativ zum Pressenstempel anhebt und senkt und damit Oberwerkzeug und Unterwerkzeug aufeinanderpresst. Eine solche Presse ist bspw. aus der deutschen Offenlegungsschrift
10 2005 035 920 bekannt.
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Der Pressenstempel wird mit relativ engen Toleranzen über Schienen oder Rollen an eigens dafür vorgesehenen Gleitschienen entlang der Säulen geführt. Trotz sehr hoher Kräfte muss der Pressenstempel mit engen Toleranzen geführt werden, um eine gleichbleibende Qualität des Werkstückes sicherzustellen.
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Dabei wirken verschiedene Einflüsse bzw. Kräfte auf das „System Presse“ ein. Zum einen kann es - innerhalb vorgegebener Toleranzen - durch Temperaturveränderungen zu Veränderungen in den Toleranzen kommen, zum anderen kommt es bei asymmetrischen Bauteilen zu einem außermittigen Eingriff des Werkzeuges und infolgedessen zu Schub- und Kippkräften auf den Pressenstempel. Diese Schub- und Kippkräfte erzeugen wiederum eine Querkraft auf die Pressensäulen, was schließlich zu einer Durchbiegung der Pressensäulen führt. Veränderungen des Materiales, wie z.B. der Güte der Bleche für das Werkstück sowie Verschleiß an den Gleitpaarungen etc., tragen ein übriges zu Veränderungen der in den Pressenstempel eingeführten Kräfte und der daraus resultierenden Lage bzw. Verkippung während des Bearbeitungshubes bei.
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Die Verwendung von Lastsensoren, respektive Dehnungsmessstreifen, zur Belastungserfassung eines Pressenrahmens bzw. Pressengestells ist aus den Druckschriften
DE 10037665 A1 ,
DE 3017055 A1 ,
EP 1582336 A1 und
WO 93/13935 A1 bekannt. Darüber hinaus offenbart die
DE 1573865 A auch die Verwendung mehrerer Dehnungsmessstreifen pro Säule.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs beschriebene Presse hinsichtlich einer vorbeugenden Schadenserkennung zu überwachen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäße gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß sind an den Pressensäulen jeweils vier, paarweise gegenüberliegend angeordnete erste Dehnungsmessstreifen vorgesehen, durch die eine Durchbiegung der Pressensäulen erfasst wird. Die Durchbiegung wird dabei maßgeblich durch die aus dem Arbeitshub des Oberwerkzeuges resultierenden Schub- und Kippkräfte hervorgerufen. Vertikal zu diesen ersten Dehnungsmessstreifen ist wenigstens ein Paar weiterer Dehnungsmesstreifen, vorzugsweise horizontal um 90° versetzt zueinander, angeordnet.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der Presse um eine 4-Säulen-Presse, wobei die Erfindung jedoch auch auf jede andere Säulenpressen, bspw. auf eine Presse mit zwei Säulen, anwendbar und daher nicht auf eine 4-Säulen-Presse beschränkt ist.
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Mit Hilfe der vier paarweise gegenüberliegend angeordneten ersten Dehnungsmessstreifen wird nun nicht nur das Maß, sondern auch die Richtung der Durchbiegung bestimmt. Hinzukommt, dass im Vergleich mit den Messwerten der vertikal dazu versetzten weiteren Dehnungsmessstreifen auch die Position der maximalen Durchbiegung bestimmt werden kann.
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Aus der Durchbiegung der Säulen aufgrund der Querkräfte bzw. der Verkippung des Pressenstempels sollen Rückschlüsse auf die eigentliche „Güte“ des Pressenvorganges gezogen werden, um letztendlich auch Schäden von der Maschine abzuwenden, insofern die Kräfte zu einer Überbelastung von Gestell, Pressenelementen und Werkzeugen führen können. Daraus resultierend soll letztlich die Langzeitverfügbarkeit bei Einhaltung von Toleranzfenstern sichergestellt werden.
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Dazu darf z.B. die Elastizitätsgrenze der Pressensäulen in Ihrer Durchbiegung nicht überschritten werden. Außerdem darf die Flächenpressung an den Führungselementen kritische Grenzen nicht überschreiten, um eine dauerhafte Schmierung sicherzustellen bzw. bei Rollenführungen die Oberfläche durch die Walkkräfte nicht zu beschädigen.
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Aus der Betrachtung der Kraftverläufe in Korrelation mit der exakten Position des Stempels können entsprechende Rückschlüsse auf außerordentliche Abweichungen gezogen werden, die nicht mehr innerhalb der Toleranzgrenze des Werkstückes oder der Belastungsgrenzen der Maschine liegen.
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Aus den Erfahrungswerten bzw. aus dem Expertenwissen des Pressenherstellers bzw. der für das Werkstück gültigen Fertigungstoleranzen können die Grenzwerte abgeleitet werden. Gibt es auffällige Abweichungen mit Überschreitung der definierten Grenzen können entsprechende Chartkurven mit den innerhalb bestimmter Zeiträume hergestellten Bauteilen zusammengeführt und bewertet werden, woraus sich wiederum ableiten lässt, welche Ursache der Abweichung zugrunde liegt (Werkstoff-Veränderung, Verschleiß, Umweltbedingungen, Schmierung an den Gleitflächen des Werkstückes etc.).
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Bei einer zu starken Durchbiegung einer oder mehrerer Säulen bzw. bei einer unter den vier Pressensäulen unterschiedlich starken Durchbiegung bzw. Auslenkung besteht die Gefahr, dass sich die Kraftkurve des Pressenstempels außerhalb des zulässigen Bereichs der Kraftverläufe über dem Arbeitsweg bewegt und damit während der Hubbewegung aus den vorgegebenen bzw. erlaubten Querbewegungen „ausbricht“. Der Pressenstempel bewegt sich dann zu sehr in die Richtung einer der Pressensäulen, so dass z.B. die auf die Säule einwirkende Flächenpressung nicht mehr aufgefangen werden kann. Durch Vergleich der Beträge und der Richtungen der in den Pressensäulen auftretenden Durchbiegungen wird nun die Lageveränderung bzw. Verkippung des Oberwerkzeugs bzw. des Pressenstempels erkannt. Aus diesen Ergebnissen können dann gezielt Untersuchungen hinsichtlich der Ursache vorgenommen werden, bspw. Materialqualität, Schmierung des Werkstücks, Einrichtung der Presse an sich.
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Bei einer kontinuierlichen Messwertaufnahme ist eine vorausschauende Betrachtung durch eine Überwachung hinsichtlich sich ankündigender Nacharbeiten bzw. Verschleißerscheinungen an Bauteilen möglich, d.h. die Überwachung der „Gesundheit“ der Pressenanlage. Denn die zuvor genannten Effekte treten häufig nicht sofort ein, sondern sind das Ergebnis eines mehr oder weniger langandauernden Verschleißprozesses. Es können sich bspw. über die Zeit im Bereich, wo die Pressensäulen verankert sind, aufgrund einer Überbelastung feinste Risse ergeben, die das Dehnungsverhalten der Säulen verändern. Diese Veränderungen sind dann über die Dehnungsmesstreifen erfassbar.
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Vorteilhafterweise sind die vier paarweise gegenüberliegend angeordneten Dehnungsmessstreifen im unteren Drittel der Pressensäulen angeordnet, da hier die einwirkenden Kräfte am größten sind und die Elastizität der Pressensäulen angesichts ihres Überganges in das Gestell geringer wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen schematisch:
- 1 eine herkömmliche 4-Säulen-Presse,
- 2 eine Grobskizze einer Presse im Querschnitt,
- 3 eine erfindungsgemäße 4-Säulen-Presse mit Darstellung beispielhafter Kraftverläufe sowie der dadurch eintretenden Durchbiegungen und
- 4 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Pressensäule.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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1 zeigt sehr schematisch eine herkömmliche 4-Säulen-Presse 1 mit vier Pressensäulen 2, einem Pressenstempel 3 mit einem Oberwerkzeug 4, und einem Pressentisch 5 mit einem Unterwerkzeug 6. Der Pressenstempel 3 hat eine Abmessung hinsichtlich Breite und Tiefe von jeweils mindestens 1 m und ist entlang der vier Pressensäulen 2 vertikal verfahrbar, so dass ein zwischen Ober- und Unterwerkzeug angeordnetes Werkstück durch ein Umformverfahren bearbeitet werden kann. Die Hubbewegung des Pressenstempels 3 wird durch eine hier nicht dargestellte Krafterzeugungseinheit, bspw. als Exzenterantrieb oder mittels eines hydraulischen Antriebes bewältigt. Dargestellt sind des Weiteren Führungsschienen an den Innenkanten der vier Pressensäulen 2, an denen der Pressenstempel 3 mit einem geringen Abstand von < 1 mm Sollmaß entlangfährt. Für eine bessere Gleitbewegung werden die dem Pressenstempel 3 zugewandten Oberflächen dieser Führungsschienen durch einen kontinuierlichen Ölfluss geschmiert. Derartige Pressen sind hinlänglich bekannt.
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2 zeigt - sehr schematisch - eine Grobskizze einer Presse im Querschnitt. Hierdurch soll deutlich gemacht werden, dass die Werkzeuge 4, 6 sehr asymmetrisch ausgestaltet sein können und sich dadurch regelmäßig ein sehr ungleichmäßiger Kraftverlauf während der durch die Krafterzeugungseinrichtung 8 ausgelösten Hubbewegung des Pressenstempels 3, d.h. während des Umformprozesses des Werkstücks 7 ergeben kann. Im vorliegenden Fall würde sich - dargestellt durch die senkrechte fett-gestrichelte Linie - ein deutlich größerer Krafteinfluss auf der linken Seite ergeben, was in einer entsprechenden Querbewegung des Pressenstempels 3 in die linke Richtung resultiert. Durch eine gezielte Schmierung am Werkstück 7 kann anwenderseitig Einfluss auf das Maß der Querbewegung genommen werden, so dass diese sich nicht außerhalb eines zulässigen Bereichs bewegt. Der zulässige Bereich ist hier durch die beiden bauchigen, fetten gezeichneten Linien an den beiden Seiten angedeutet.
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3 zeigt die aus 1 bekannte Presse 1 ergänzt um die erfindungsgemäße Anordnung von ersten Dehnungsmesstreifen 10 und den vertikal dazu angeordneten weiteren Dehnungsmessstreifen 20 an den Pressensäulen 2, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit die Dehnungsmessstreifen 10, 20 lediglich an der hinteren rechten Pressensäule abgebildet sind. Gemäß der Erfindung sind an jeder Pressensäule 2 jeweils vier, gegenüberliegend angeordnete Dehnungsmesstreifen 10 vorgesehen, wie dies in 4, einem Querschnitt durch eine Pressensäule 2, gezeigt ist. Bei den vertikal dazu angeordneten weiteren Dehnungsmessstreifen 20 handelt es sich um wenigstens zwei Dehnungsmessstreifen, die horizontal um 90° versetzt zueinander angeordnet sind. Idealerweise sind es jedoch auch jeweils vier, paarweise gegenüberliegend angeordnete Dehnungsmessstreifen 20.
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Die Lage in horizontaler Richtung bzw. eine Verkippung des Pressenstempels 3 kann sich, wie zuvor erläutert, insbesondere durch asymmetrische Werkzeugformen ergeben, überlagert durch Temperaturschwankungen oder Verschleiß. In Folge dessen kommt es zu einer Durchbiegung der Pressensäule 2 anteilig der jeweiligen Kraftvektoren. Weder die Durchbiegung noch die Flächenpressung darf aufgrund der durch den Werkstückeingriff erzwungenen Lageveränderung des Pressenstempels 3 eine kritische Grenze übersteigen. Mit Hilfe der Dehnungsmesstreifen 10 lässt sich nun an jeder Seite der Säulen 2 die durch die Pressenpassung erzeugten Streckungen bzw. Dehnungen erfassen und durch den Vergleich mit den Messwerten der vertikal versetzten weiteren Dehnungsmesstreifen 20 auch eine Aussage über die Position der maximalen Durchbiegung.
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Durch eine Auswertung aller Messwerte über die Zeit lässt sich zudem eine Aussage über die „Gesundheit“ der Pressenanlage treffen.
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Des Weiteren sind in 3 durch Pfeile beispielhafte Kraftverläufe sowie durch gestrichelte Linien die damit eintretenden Durchbiegungen der Pressensäulen 2 dargestellt. Die Größe der Pfeile ist als grobe Richtlinie für die Beträge der einwirkenden Kräfte anzusehen, so dass vorliegend eine besonders große Last aus einer Schubbewegung und Verkippung auf der linken, vorderen Seite des Pressenstempels 3 zu erkennen ist. Folglich ist die Durchbiegung der linken, vorderen Säule 2 am größten, während die Säule 2 hinten rechts praktisch keine Durchbiegung erfährt. Eine solche ungleichmäßige Lastenverteilung ist bereits bei den regelmäßigen Hubbewegungen des Pressenstempels 3 zu beobachten, wenn das zu bearbeitende Werkstück - und damit dann auch das Ober- und Unterwerkzeug - eine asymmetrische Form haben. Beim Zusammenpressen von Ober- und Unterwerkzeug kommt es dann zu einer ungleichmäßigen Kraftverteilung in der x-z-Ebene mit überlagerter Kippung, was sich auf den Pressenstempel 3 überträgt. Auf eine Verkippung sollen die gekrümmten Pfeile hinweisen.
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Die an den Pressensäulen angeordneten Dehnungsmessstreifen 10, 20 würden nun die unterschiedlichen Beanspruchungen der vier Säulen 4 erfassen, so dass dem Anwender angezeigt werden kann, wie hoch die Belastung jeder einzelnen Säule 2 ist und wie sich die Belastung möglicherweise über die Zeit verändert. Daraus kann dann abgeleitet werden, dass eine Veränderung bzw. Verschleiß eingetreten ist, woraus entsprechende Wartungsarbeiten abzuleiten sind bzw. die Werkzeuge und/oder das Grundmaterial des Werkstücks (Blech / Halbzeug) von der Qualität oder der Schmierung her zu überprüfen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Presse
- 2
- Pressensäule
- 3
- Pressenstempel
- 4
- Oberwerkzeug
- 5
- Pressentisch
- 6
- Unterwerkzeug
- 7
- Werkstück
- 8
- Krafterzeugungseinheit
- 10
- Dehnungsmessstreifen
- 20
- Dehnungsmessstreifen
