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Die Erfindung betrifft einen Unterbau einer zur Umformung von plattenförmigen Bauteilen ausgebildeten Vorrichtung. Solche Vorrichtungen werden auch als Pressen bezeichnet und sind insbesondere zum Tiefziehen von Blechen einsetzbar.
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Zu der Vorrichtung gehören neben den hier detaillierter beschriebenen Elementen des Unterbaus noch ein Oberbau und Werkzeuge zum Umformen, zwischen denen das umzuformende Bauteil angeordnet wird.
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Dabei wirkt üblicherweise ein Stößel, der von mindestens einem Antrieb vertikal nach unten in Richtung auf einen Maschinentisch translatorisch bewegt wird, auf eine Werkzeughälfte. Das Widerlager für den Stößel und dessen Antrieb ist in der Regel mit einer ausreichend stabilen Traverse gebildet. Zwischen dieser Werkzeughälfte und einer zweiten Werkzeughälfte (Matrize) ist das umzuformende Bauteil angeordnet. Üblicherweise wird das umzuformende Bauteil mit einem Element, insbesondere einem Niederhalter vor und während der Umformung fixiert.
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Die zweite Werkzeughälfte ist dabei typischerweise auf dem Maschinentisch befestigt. Zur Verbesserung der Qualität wird zusätzlich eine Ziehkissenplatte eingesetzt, die zwischen der Unterseite des Maschinentischs und mindestens einem Antrieb, der von unten vertikal nach oben in Richtung Stößel der Vorrichtung wirkt, angeordnet ist. In der Regel werden mehrere Antriebe, die nebeneinander angeordnet sind, für die Bewegung der Ziehkissenplatte in Richtung Maschinentisch eingesetzt. Dies führt zu einer Überbestimmung des Systems, wenn mit Hilfe der Ziehkissenplatte der Niederhalter mit einer Kraft beaufschlagt wird.
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Um negative Effekte durch statische Überbestimmung bzw. thermische Verformung an so ausgebildeten Vorrichtungen mit Ziehkissenplatten vermeiden zu können, wird eine automatisierbare technische Lösung zum referenzieren (Lagebestimmung) einer Ziehkissenplatte (Ebene) gegenüber dem Maschinenkoordinatensystem benötigt.
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Das aufwendige Einmessen der Ziehkissenplatte bei Inbetriebnahme muss auch (insbesondere bei Mehrpunkt-Antrieben) im Betrieb der Vorrichtung (Presse) durchgeführt werden. Da es keine Technologie zum automatisierten Referenzieren für Ziehkissenplatten gibt, muss bei steuerungsseitigem Verlust der Geberwerte der komplette Ziehapparat bestehend aus Ziehkissenplatte und den jeweiligen daran angreifenden Antrieben neu vermessen werden. Bei den bisher bekannten technischen Lösungen zur Lagebestimmung einer Ziehkissenplatte ist die Demontage des Maschinentischs notwendig bzw. bieten sie keine Möglichkeit zur Automatisierung des Vorgehens.
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So sind aus
DE 199 53 860 A1 eine Tiefziehpresse und ein Verfahren zum Tiefziehen von Blechwerkstücken bekannt.
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EP 3 042 756 A1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung der Neigung eines Ziehkissens.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für die Verbesserung der Qualität beim Umformen mit einer mit einer Ziehkissenplatte ausgebildeten Vorrichtung anzugeben, die einfach und kostengünstig erreicht werden können und mit denen die Produktivität zumindest nicht nachteilig verschlechtert wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Unterbau, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Unterbau einer zur Umformung von plattenförmigen Bauteilen ausgebildeten Vorrichtung ist auf einem Fundament ein Trägerelement angeordnet. Auf dem Trägerelement sind mehrere translatorisch wirkende Antriebe angeordnet, mit denen eine Ziehkissenplatte in Arbeitsrichtung bewegbar ist, so dass die Ziehkissenplatte Kräfte mittels der Antriebe in Richtung eines Stößels der Vorrichtung auf den Oberbau (Niederhalter) ausüben kann.
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An der Ziehkissenplatte sind mindestens drei Sensorelemente fest in einem Abstand zueinander installiert, mit denen der Abstand zu Referenzflächen, die am Maschinentisch jeweils vertikal über einem der Sensorelementen angeordnet sind, bestimmbar ist. Mit den bestimmten Abständen ist die Position und Ausrichtung der Ziehkissenplatte bestimmbar.
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An der in Richtung der Oberfläche der Ziehkissenplatte weisenden Oberfläche des Maschinentisches sind Anschläge für eine Wegbegrenzung der Ziehkissenplatte in Richtung Maschinentisch angeordnet. So kann die Ziehkissenplatte definiert gegen den Maschinentisch bewegt und für das Referenzieren entsprechend positioniert werden.
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Zwischen dem Trägerelement und den jeweils einzeln ansteuerbaren Antrieben ist jeweils ein Kraftmesssystem angeordnet. Die Kraftmesssysteme sind dabei mit einer Steuerung für den Betrieb der Antriebe verbunden. So kann ein Abschalten eines Antriebs initiiert werden, wenn mit dem entsprechenden Kraftmesssystem eine Kraft gemessen worden ist, mit der eine Kraft des jeweiligen Antriebs auf die Ziehkissenplatte und mit dieser auf den Maschinentisch ausgeübt worden ist, die einem vorgegeben Schwellwert entspricht bzw. diesen überschritten hat. Damit kann erreicht werden, dass die Ziehplatte gleichmäßig oder lokal definiert über ihre Fläche mit Druckkräften beaufschlagt wird, wenn alle Antriebe, wie vorab beschrieben abgeschaltet worden sind.
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Dazu wirkt es sich vorteilhaft aus, wenn an der Ziehkissenplatte und oder der Stirnfläche der Antriebe, die in Richtung Ziehkissenplatte weist, für eine lösbare Verbindung eines jeweiligen Antriebs an der Ziehkissenplatte Kupplungselemente angeordnet sind. So kann die Verbindung zwischen den Antrieben und Ziehkissenplatte hergestellt und auch wieder getrennt werden. Dies hat zur Folge, dass die Antriebe angesteuert und in Richtung auf die Ziehkissenplatte und somit auch den Maschinentisch jeweils einzeln und unabhängig voneinander bewegt werden können.
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Dadurch kann nicht nur die Anzahl der gleichzeitig eine Kraftwirkung von der Ziehkissenplatte zum Maschinentisch ausübenden Antrieben, sondern auch diese Kraftwirkung lokal definiert ausgeübt werden, da ja nicht alle vorhandenen Antriebe gleichzeitig mit der Ziehkissenplatte verbunden sein müssen und Kräfte auf diese ausüben.
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In dieser Ausführungsform können Antriebe sukzessive einzeln nach einander angesteuert und aktiviert werden, so dass sie entsprechend nacheinander Kräfte auf die Ziehkissenplatte ausüben.
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Die einzelnen Antriebe können als elektromechanische, insbesondere Spindelantriebe oder auch als hydraulische Antriebe mit Hydraulikzylindern ausgeführt sein.
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Nach jedem einzelnen dieser Vorgänge oder nach Abschluss der Bewegung aller Antriebe in Richtung auf die Ziehkissenplatte und deren dann infolge des Erreichens der vorgegebenen Kraft, die mit den Kraftmesssystemen erfasst worden sind, initiierten Abschaltung kann die Abstandsbestimmung mit den Sensorelementen zu den Referenzflächen am Maschinentisch durchgeführt werden. Dadurch kann auch ein Referenzieren zu dem eigentlichen Maschinenkoordinatensystem der Vorrichtung erreicht werden.
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Die Sensorelemente sollten als berührungslos messende Sensoren ausgebildet sein. Dazu können die Sensorelemente als gekapselter inkrementelle Linearmaßstab oder als magnetostriktiver Sensor ausgebildet sein.
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Die Sensorelemente können jeweils mittels eines Festkörpergelenks an der Ziehkissenplatte befestigt sein. Dies hat die Vorteile, dass es für den Fall einer Demontage einfach entkoppelt werden kann und eine hohe vertikale Steifigkeit in Arbeitsrichtung bei zugleich geringer horizontale Steifigkeit gegenüber Verschiebungen in der Ebene ausweist. Dadurch wird auch bei geringem Verkippen der Ziehkissenplatte eine hohe Messgenauigkeit sichergestellt.
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Sensorelemente und zugehörige Referenzflächen sollten möglichst gleichmäßig über den Umfang, bevorzugt am oder im Bereich des äußeren Randes von Maschinentisch und Ziehkissenplatte verteilt angeordnet sein. So können beispielsweise jeweils drei Sensorelemente und zugeordnete Referenzflächen in einer Dreiecksanordnung oder jeweils vier Sensorelemente und zugeordnete Referenzflächen in einer Vierecksanordnung an Ziehkissenplatte und Maschinentisch verteilt sein. Dies bedeutet, dass bei einer Dreiecksanordnung zwei Sensorelemente mit diesen zugeordnet angeordneten Referenzflächen an bzw. im Bereich zweier Ecken von Ziehkissenplatte und Maschinentisch und ein Sensorelement-Referenzflächenpaar an einer Längsseite angeordnet sein können. Bei einer Vierecksanordnung können die Sensorelement-Referenzflächenpaare an den Ecken angeordnet sein.
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Die einzelnen Sensorelemente und Referenzflächen sollten paarweise bevorzugt jeweils in einer vertikal ausgerichteten gemeinsamen Achse angeordnet sein. Referenzflächen können dazu als ebene planare Flächen am Maschinentisch oder an einem am Maschinentisch vorhandenen Anbau odereinem Anbauelement ausgebildet sein. Referenzflächen sollten außerdem parallel zur Oberfläche des Maschinentisches, die in Richtung Oberbau weist, oder exakt horizontal ausgerichtet sein.
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Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, die Ziehkissenplatte automatisiert und nahezu verspannungsfrei mit den n-Einzelantrieben zu verbinden (koppeln). Dabei kann der Verspannungszustand durch die integrierte Einzelkraftmessung eines jeden Antriebs bewertet werden. Die Lage der Ziehkissenplatte gegenüber dem Maschinentisch kann mit Referenzflächen definiert und ferner durch eine Zusatzeinrichtung (Steckbolzen) gegenüber dem Maschinentisch für das Referenzieren fixiert werden.
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Durch die lösbaren Kupplungen zwischen Ziehkissenplatte und Antrieb ist es möglich, alle Einzelantriebe zu entkoppeln. Anschließend ist ein wiederholgenaues nahezu verspannungsfreies serielles oder paralleles Koppeln der Einzelantriebe mit der Ziehkissenplatte möglich, woraus eine definierte Lage gegenüber dem Maschinenkoordinatensystem resultiert. Die Kupplungen können bevorzugt elektromechanisch oder pneumatisch betätigt werden, um die Verbindung zwischen den einzelnen Antrieben und der Ziehkissenplatte zu lösen oder wieder herzustellen.
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Die Wirkung eines Systems zum Referenzieren einer Ziehkissenplatte, insbesondere in Bezug zu einem Maschinenkoordinatensystem besteht darin, die Lage der Ziehkissenplatte gegenüber dem Maschinenkoordinatensystem zu bestimmen und dann zu definieren. Der Vorteil besteht darin, dass die Parallelität der Ziehkissenplatte zum Maschinentisch verbessert wird und thermische Störeffekte während des Betriebs kompensiert werden können. Des Weiteren lässt sich mit dieser technischen Lösung sicherstellen, dass trotz statischer Überbestimmung eine nahezu spannungsfreie Kopplung der Einzelachsen der einzelnen Antriebe mit der Ziehkissenplatte eingestellt werden kann.
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Nachfolgend soll ein mögliches zeitliches Vorgehen bei der Durchführung einer Referenzierung erläutert werden:
- Zuerst wird die Ziehkissenplatte in einer Referenzposition positioniert und dann fixiert. Die Ziehkissenplatte wird bzw. ist dabei von den Antrieben entkoppelt, was durch Lösen der Kupplungen erreichbar ist. Im entkoppelten Zustand werden die Kraftmesssysteme an den Antrieben auf einen Messwert Null gestellt oder kalibriert. Im Anschluss daran können die Antriebe seriell oder parallel unter Berücksichtigung einer Schwellkraft mit der Ziehkissenplatte durch Herstellen der Verbindung mit den Kupplungen gekoppelt werden. Danach kann die Fixierung der Ziehkissenplatte gelöst und die Ziehkissenplatte für Umformungen genutzt werden.
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Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
- 1 in schematischer Form ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Unterbaus einer Vorrichtung zum Umformen mit einer Draufsicht auf eine Ziehkissenplatte und
- 2 in schematischer Form eine Darstellung einer Vorrichtung mit einem Teil eines Oberbaus und einen Teilschnitt durch den Unterbau.
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Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist der Unterbau mit einer Trägerplatte 2 auf einem massiven Fundament gelagert. Auf der Trägerplatte 2 sind acht Antriebe 1 in zwei parallelen Reihenanordnungen angeordnet. Zwischen der Trägerplatte 2 und den einzelnen Antrieben 1 ist jeweils ein Kraftmesssystem 1.1 vorhanden, mit dem die Kraft, die zwischen dem jeweiligen Antrieb 1 und der Ziehkissenplatte 3 wirkt, bestimmt werden kann. Die Kraftmesssysteme 1.1 sind an eine nicht dargestellte Steuerung angeschlossen. Mit der Steuerung können die einzelnen Antriebe 1 aktiviert und abgeschaltet werden.
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An der Ziehkissenplatte 3 sind schaltbare Fixierelemente 12 zur temporären Fixierung der Ziehkissenplatte 3 am Maschinentisch 4 vorhanden.
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Zwischen den in Richtung Ziehkissenplatte 3 weisenden Stirnflächen der Antriebe 1 und der Ziehkissenplatte 3 ist jeweils ein Kupplungselement 11 vorhanden, mit dem eine Verbindung zwischen dem jeweiligen Antrieb 1 mit der Ziehkissenplatte 3 hergestellt werden kann, wenn eine Kraft mit dem entsprechenden Kraftmesssystem 1.1 bestimmt worden ist, die einem vorgegebenen Schwellwert entspricht.
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Sind die Antriebe 1 so aktiviert worden, bis die Ziehkissenplatte 3 mit ausreichender definierter Kraft gegen den an den äußeren Rändern fest fixierten Maschinentisch 4 wirken, kann das Referenzieren mit Bezug zum Maschinenkoordinatensystem durchgeführt werden. Das Maschinenkoordinatensystem ist bei dem gezeigten Beispiel an der in Richtung Oberbau der Vorrichtung weisenden Oberfläche des Maschinentisches angeordnet bzw. dargestellt (nach DIN55189).
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Für das Referenzieren und die definierte Ausrichtung der Ziehkissenplatte 3 in Bezug zum Maschinentisch 4 sind bei dem gezeigten Beispiel an bzw. im Bereich der vier Ecken der Ziehkissenplatte 3 jeweils ein Sensorelement 7 angeordnet, mit dem der Abstand zu einer Referenzfläche 8, die an der Unterseite des Maschinentischs 4 angeordnet ist, bestimmt werden kann.
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Durch lokal definierte Aktivierung einzelner Antriebe 1 können Fluchtungsfehler bzw. Nichtparallelitäten zwischen Ziehkissenplatte 3 und Maschinentisch 4 kompensiert werden. Einzelne Antriebe 1 können dazu so angesteuert werden, dass an den Positionen an denen diese Antriebe 1 an der Ziehkissenplatte 3 angreifen unterschiedliche Druckkräfte zwischen dem jeweiligen Antrieb 1 und der Ziehkissenplatte 3 wirken. Die Ziehkissenplatte 3 kann so bevorzugt vollständig, zumindest aber mit seiner zum Maschinentisch 4 weisenden Oberfläche parallel zur Oberfläche des Maschinentisches 3 ausgerichtet werden.
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Auf dem in 1 gezeigten Unterbau ist bei der Vorrichtung ein Oberbau vorhanden, wie er im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits in allgemeiner Form beschrieben worden ist.
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Bei der in Draufsicht erkennbaren Ziehkissenplatte 3 sind mit den in den Kreisen eingezeichneten Kreuzen die Druckpunkte der Antriebe 1 gekennzeichnet.
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In 2 ist ein Teil eines Oberbaus mit einer Traverse 9 als Widerlager für einen nicht dargestellten Stößel, der gegen eine Werkzeughälfte (ebenfalls nicht gezeigt) bewegt werden kann. Zwischen einer ebenfalls nicht dargestellten zweiten Werkzeughälfte und einem Niederhalter 10 ist ein umzuformendes Werkstück angeordnet. Die zweite Werkzeughälfte ist am Maschinentisch 4 fixiert.
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Unter dem Maschinentisch 4 ist die Ziehkissenplatte 3 angeordnet. Auf der Trägerplatte 2 sind die Antriebe 1 mit den Kraftmesssystemen 1.1 angeordnet, die bei Aktivierung gegen die Ziehkissenplatte 3 und mit dieser gegen den Maschinentisch 4 bewegt werden können.
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Am äußeren Rand der Ziehkissenplatte 3 sind Sensorelemente 7 angebracht. Die Verbindung zwischen den Sensorelementen 7 und der Ziehkissenplatte 3 ist bei diesem Beispiel jeweils über ein Festkörpergelenk 7.1 realisiert.
