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Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung zur Anpassung der Niederhalter-Flächenpressung in einem Blechumformwerkzeug, insbesondere in einem Tiefziehwerkzeug, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Blechumformwerkzeug, insbesondere ein Tiefziehwerkzeug, welches wenigstens eine solche Stelleinrichtung aufweist.
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Bei der Umformung von Blech unter Verwendung eines Niederhalters, insbesondere beim Tiefziehen, hat die Niederhalter-Flächenpressung erheblichen Einfluss auf den Umformvorgang. Um die Niederhalter-Flächenpressung anzupassen, können im Blechumformwerkzeug eingebaute Stelleinrichtungen verwendet werden, wie bspw. in der nächstliegenden
DE 10 2012 002 213 A1 beschrieben. Zum Stand der Technik wird ferner auf die
DE 10 2006 031 438 B4 hingewiesen, in der u. a. ein höhenverstellbares Distanzelement für eine Vorrichtung zum Umformen von Platinen beschrieben ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Stelleinrichtung zur Anpassung der Niederhalter-Flächenpressung in einem Blechumformwerkzeug anzugeben, die wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur vermindert aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Stelleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Blechumformwerkzeug, insbesondere zur Verwendung in einer Presse, das wenigstens eine erfindungsgemäße Stelleinrichtung umfasst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung. Zum Verständnis der Erfindung wird ausdrücklich auch auf die umfassenden Erläuterungen in der o. g.
DE 10 2012 002 213 A1 verwiesen.
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Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung ist als Baueinheit ausgebildet, mit:
- - einem Gehäuse;
- - einem im Gehäuse gelagerten Stellelement (Stellglied), das aus- und einfahrbar bzw. höhenverstellbar ist; und
- - einem im Gehäuse angeordneten Stellantrieb, zur Betätigung des Stellelements.
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Erfindungsgemäß ist das Stellelement drehbar im Gehäuse gelagert bzw. geführt und kann mittels des Stellantriebs gedreht bzw. verdreht werden, wobei sich im Inneren des Gehäuses eine bogenförmige Rampe befindet, auf der das Stellelement beim Drehen bzw. Verdrehen abgleitet und dadurch (je nach Drehrichtung) aus- oder eingefahren bzw. höhenverstellt wird.
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Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung ist kompakt bzw. kleinbauend, belastbar und robust. Der Stellmechanismus, einschließlich des Stellantriebs und der bogenförmigen Rampe, befindet sich geschützt im Inneren des Gehäuses. Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung ermöglicht ferner kurze Stellzeiten, sodass bspw. ein Verstellen auch ohne Anhalten der Presse möglich ist (typischerweise zwischen den Arbeitshüben). Ferner kann die Stelleinrichtung hohen Belastungen standhalten.
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Unter einer bogenförmigen Rampe wird eine sich im Bogen, insbesondere im Kreisbogen, erstreckende schiefe Ebene verstanden, auf der sich das Stellelement abstützt. Erfindungsgemäß erstreckt sich die bogenförmige Rampe über einen Winkel (Umfangswinkel) von maximal 360° (Vollkreis). Durch Drehen des Stellelements schiebt sich dieses die Rampe bzw. Ebene hinauf oder hinab, was das Aus- und Einfahren bzw. die Höhenverstellung bewirkt. Bevorzugt weist die Rampe bzw. Ebene eine gleichmäßige Steigung auf. Das Stellelement ist an seiner Unterseite mit einer komplementären Gegenfläche ausgebildet. Die Rampe kann beschichtet, gehärtet oder brüniert sein, wobei auch eine Kombination möglich ist. Selbiges gilt für die Gegenfläche am Stellelement.
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Bevorzugt weist das Stellelement einen definierten Verdrehbereich von maximal 180°, bevorzugt maximal 120°, auf, was je nach Steigung mit einem entsprechenden Verstellbereich für die Höhenverstellung einhergeht. Der Verstellbereich kann, zumindest in einer Drehrichtung, durch einen mechanischen Anschlag begrenzt sein. Der Kraftfluss und die Kraftverteilung können ferner dadurch optimiert werden, dass auf der Oberseite des Stellelements eine dem Verdrehbereich entsprechende Aussparung ausgebildet ist.
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Auf der Rampe können sogenannte Kugelfedern (Kugelbuchsen) angeordnet sein. Die Kugeln bilden eine Kugelrollenbahn für das Stellelement und ermöglichen eine reibungsarme Verdrehung zur Höhenverstellung. Bei einem Pressenhub werden die mittels Federn vorgespannten Kugeln verdrängt, sodass die Gegenfläche des Stellelements flächig auf der Rampe aufliegt und eine Kraftübertragung möglich ist. Nach dem Pressenhub heben die Kugeln das Stellelement wieder an, sodass gegebenenfalls eine Höhenverstellung erfolgen kann.
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Das Gehäuse kann wenigstens ein Gleit- oder Wälzlager zur radialen Abstützung des Stellelements, welches vorzugsweise zumindest näherungsweise zylindrisch ausgebildet ist, aufweisen. Dies kann ein gehärteter Stahlring, ein Kugellager oder dergleichen sein.
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Der Stellantrieb ist bevorzugt ein Elektromotor (Verstellmotor), der das Stellelement rotatorisch antreibt, insbesondere direkt rotatorisch antreibt. Der Elektromotor ist insbesondere achsmittig angeordnet, d. h. die Wellenachse des Elektromotors entspricht der Dreh- bzw. Stellachse des Stellelements. Der Elektromotor ist also mittig zum Stellelement angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht einen kompakten Aufbau. Die Verbindung zwischen Elektromotor und Stellelement kann über eine Welle-Nabe-Verbindung oder über eine schalt- oder nichtschaltbare Kupplung erfolgen. Anstatt einer mittigen Anordnung kann auch eine versetzte Anordnung des Elektromotors vorgesehen sein. Die Drehbewegung kann dann mittels Getriebe (bspw. einem Schneckengetriebe) übertragen werden. Eine Getriebeübersetzung ermöglicht den Einsatz eines kleineren Elektromotors. Zudem kann die Positioniergenauigkeit erhöht werden.
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Der Elektromotor kann einen integrierten Inkrementalgeber aufweisen, der die Verdrehung des Stellelements erfasst, um die Position des Stellelements ermitteln zu können. Ferner kann die erfindungsgemäße Stelleinrichtung wenigstens einen Sensor (bzw. eine Sensoreinrichtung) aufweisen, der die Position des Stellelements oder einen für die Anpassung bzw. Einstellung der Niederhalter-Flächenpressung relevanten Abstand im Blechumformwerkzeug erfasst. Der Sensor bzw. die Sensoreinrichtung kann sowohl im Inneren der Stelleinrichtung (interner Sensor) als auch außen am Gehäuse (externer Sensor) angeordnet sein. In der Zeichnung sind verschiedene Möglichkeiten dargestellt. Ferner kann die Stelleinrichtung wenigstens einen Sensor bzw. eine Sensoreinheit zur Erfassung der einwirkenden Kraft, insbesondere der auf das Stellelement einwirkenden Kraft, aufweisen.
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Das mit dem nebengeordneten Patentanspruch beanspruchte Blechumformwerkzeug ist insbesondere ein Tiefziehwerkzeug. Bevorzugt handelt es sich um ein pressengebundenes Blechumformwerkzeug (Pressenwerkzeug). Zur Anpassung der Niederhalter-Flächenpressung weist das Blechumformwerkzeug wenigstens eine erfindungsgemäße Stelleinrichtung auf. Aufgrund ihrer kompakten Bauweise kann die Stelleinrichtung trotz beengter Platzverhältnisse direkt am Niederhalter (Blechhalter) angeordnet sein.
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Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung kann zur Anpassung von Kraftflüssen und Abständen auch in anderen Anlagen und Maschinen eingesetzt werden, bspw. in Spannvorrichtungen für Blechteile.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt eine erfindungsgemäße Stelleinrichtung in einer perspektivischen Draufsicht.
- 2 zeigt die Stelleinrichtung der 1 in einer Seitenansicht.
- 3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine mögliche Ausführungsform des Stellelements der Stelleinrichtung aus 1 und 2.
- 4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine mögliche Ausführungsform des Gehäuses der Stelleinrichtung aus 1 und 2.
- 5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine alternative Ausführungsform des Stellelements.
- 6 zeigt schematisch eine Einbaumöglichkeit für die Stelleinrichtung aus 1 und 2.
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Die in 1 und 2 gezeigte Stelleinrichtung 100 weist ein vorzugsweise aus Stahl gefertigtes Gehäuse 110 auf, mit dem die Stelleinrichtung 100 an einem Werkzeugteil eines Blechumformwerkzeugs befestigt ist. Im Gehäuse 110 ist ein Stellelement 120 gelagert, das höhenverstellbar ist, indem dieses durch Drehung um die zentrale Drehachse L aus dem Gehäuse 110 ausgefahren oder in das Gehäuse 110 eingefahren werden kann. Das vorzugsweise aus Stahl gefertigte Stellelement 120 ist in geeigneter Weise gesichert, sodass dieses nicht herausfallen kann. Das Gehäuse 110 weist einen Lagerring 112 auf, der das Stellelement 120 radial abstützt. Für den Drehantrieb ist ein im Gehäuse 110 untergebrachter Elektromotor 130 vorgesehen, der achsmittig angeordnet ist. D. h., der Elektromotor 130 und das Stellelement 120 haben die selbe Drehachse L. Die Welle des Elektromotors 130 ist mittels geeigneter Welle-Nabe-Verbindung (bspw. Passfederverbindung) direkt mit dem Stellelement 120 verbunden, wobei zwischen Welle und Nabe eine axiale Relativbewegung möglich ist.
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Wie insbesondere aus 4 ersichtlich, ist im Inneren des Gehäuses 110 eine einzelne bogenförmige Rampe 115 ausgebildet, die sich im Wesentlichen über einen Bogen- bzw. Umfangswinkel von 360° erstreckt. Zwischen Rampenanfang und Rampenende befindet sich eine Stufe 116. Das an seiner Unterseite mit einer komplementären Gegenfläche 125 ausgebildete Stellelement 120 (siehe 3) gleitet beim Drehen auf der Rampe 115 ab und wird dadurch je nach Drehrichtung entlang der Drehachse L aus- oder eingefahren bzw. höhenverstellt, wie in 2 durch die Pfeile D und S veranschaulicht. Auf der Rampe 115 können Kugelfedern 117 oder dergleichen angeordnet sein, wie oben erläutert. Ferner kann die Rampe 115 beschichtet, gehärtet und/oder brüniert sein.
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Das Stellelement 120 hat einen definierten Verdrehbereich V, wie in 1 angedeutet, der mit einem entsprechenden Verstellbereich für die Höhenverstellung S einhergeht. Die Stufe 116 kann in einer Drehrichtung als Drehanschlag fungieren, um den Verdrehbereich V beim Einfahren (d. h. nach unten) zu begrenzen. An der Unterseite des Stellelements 120 befindet sich ebenfalls eine Stufe 126, die als Gegenanschlag fungiert. Es können zusätzliche Anschläge vorgesehen werden, die den Verdrehbereich V auch beim Ausfahren (d. h. nach oben) begrenzen. Der Verdrehbereich V kann auch über eine entsprechende Motorsteuerung begrenzt werden.
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Auf der Oberseite des Stellelements 120 befindet sich eine an den Verdrehbereich V angepasste bzw. dem Verdrehbereich V entsprechende Aussparung 122 (siehe 1, 3 und 5), die sektorförmig ausgebildet ist. Durch diese Aussparung 122 können der Kraftfluss sowie die Kraftverteilung optimiert und Kippmomente verhindert oder zumindest verringert werden. An der Unterseite des Stellelements 120 kann die Gegenfläche 125 um den Verdrehbereich V kürzer ausgebildet sein als die Rampe 115 im Gehäuse 110. Dadurch ist gewährleistet, dass zur Kraft- bzw. Druckübertragung stets die gesamte Gegenfläche 125 flächig auf der Rampe 115 aufliegt. Die Unterseite des Stellelements 120 weist bevorzugt eine Aussparung 127 auf, die sich zwischen der Gegenfläche 125 und der Stufe 126 erstreckt und die insbesondere mit einer Planfläche 128 ausgebildet ist (zwecks Abstandsmessung, s. u.). Bevorzugt sind die Aussparung 127 an der Unterseite des Stellelements 120 und die Aussparung 122 an der Oberseite des Stellelements 120 zueinander axial symmetrisch und/oder axial kongruent (d. h. axial deckungsgleich) ausgebildet, wie aus 2 (oder auch aus 5) ersichtlich.
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Die Stelleinrichtung 100 kann wenigstens einen Sensor 141 und/oder 142 aufweisen (siehe 3), mit dem die Position des Stellelements 120 genau erfasst werden kann. Je nach Sensorbauart und Einbaulage kann die momentane Dreh- oder Höhenposition bzw. -lage des Stellelements ermittelt und bspw. für eine Steuerung oder Regelung verwendet werden. Der in der Rampe 115 nahe der Stufe 116 angeordnete Sensor 141 misst den Abstand zum Planflächenabschnitt 128 auf der Unterseite des Stellelements 120. Der in der Stufe 116 angeordnete Sensor 142 misst den Abstand zur Stufe 126 an der Unterseite des Stellelements 120. 5 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit, bei der das Stellelement 120 Markierungen (Inkremente) 129, bspw. in Gestalt einer Außenverzahnung oder dergleichen, aufweist. Beim Verdrehen des Stellelements 120 kann über eine Messung der Anzahl der an einem Sensor vorbeibewegten Messmarkierungen (Zahnflanken) zuverlässig der Verdrehwinkel bestimmt werden.
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6 zeigt eine Einbaumöglichkeit für die Stelleinrichtung 100 in einem Blechumformwerkzeug 200. Das Blechumformwerkzeug 200, wobei es sich insbesondere um ein Tiefziehwerkzeug handelt, weist einen zum Werkzeugunterteil gehörenden Niederhalter 220 und eine zum Werkzeugoberteil gehörende Matrize 210 auf. Die Stelleinrichtung 100 ist am Niederhalter 220 angebaut (die Stelleinrichtung 100 ist hier lediglich beispielhaft in einer Vertiefung angeordnet). Mit der Stelleinrichtung 100 kann die wirksame Niederhalter-Flächenpressung, die auf ein im Spalt 230 zwischen der Matrize 210 und dem Niederhalter 220 angeordnetes Blechmaterial (Flansch) aufgebracht wird, angepasst werden, indem das Stellelement 120 aus- oder eingefahren und dabei höhenverstellt wird, wie obenstehend erläutert. Die Verstellung erfolgt typischerweise im unbelasteten Zustand zwischen den Pressenarbeitshüben. Der eingestellte Abstand (Distanzhöhe) H zwischen dem Niederhalter 220 und der Matrize 210 kann mithilfe wenigstens eines Sensors 143 (Abstandssensor), der außen am Gehäuse 110 der Stelleinrichtung 100 angeordnet ist (siehe 1), erfasst und bspw. für eine Steuerung oder Regelung verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Stelleinrichtung
- 110
- Gehäuse
- 111
- Gehäusedeckel
- 112
- Lagerring
- 115
- Rampe
- 116
- Stufe
- 117
- Kugelfedern
- 120
- Stellelement
- 121
- Nabe
- 122
- Aussparung
- 125
- Gegenfläche
- 126
- Stufe
- 127
- Aussparung
- 128
- Planflächenabschnitt
- 129
- Markierungen
- 130
- Elektromotor
- 141
- Sensor
- 142
- Sensor
- 143
- Sensor
- 200
- Blechumformwerkzeug
- 210
- Matrize
- 220
- Niederhalter
- 230
- Spalt
- D
- Drehung
- H
- Abstand
- L
- Drehachse
- S
- Höhenverstellung
- V
- Verdrehbereich
