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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug mit einer Haltenadel für eine Presse sowie ein Verfahren zur Positionsüberwachung einer Haltenadel eines Werkzeugs einer Presse.
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Werkzeuge der in Rede stehenden Art dienen zur Bearbeitung eines in einer Presse aufgenommenen Werkstücks. Im Rahmen vom modernen Fertigungen ist es heute üblich, dass die in der Presse aufgenommenen Werkstücke mit kurzem Taktzeiten nach erfolgter Bearbeitung mittels Pressen ausgewechselt werden. Grundsätzlich kann das Einlegen eines Werksstücks in eine Presse bzw. das Entfernen des bearbeiteten Werkstücks aus der Presse auch manuell erfolgen, häufig findet jedoch ein Auswechseln der Werkstücke mittels geeigneter Manipulationseinrichtungen, die an den Werkstücken angreifen, statt. Um nun eine sichere Positionierung der Werkstücke in der Presse zu gewährleisten, können die Werkzeuge der Pressen sogenannte Haltenadeln aufweisen. Diese sind mit einer Kraft beaufschlagt und dienen dazu, das Werkstück während des Pressvorgangs in Position zu halten. Werkzeuge mit Haltenadeln bzw. nadelförmigen druckbeaufschlagten Halteelementen sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise der
DE 100 45 747 A1 oder der
US 4 576 560 A bekannt. Typischerweise treten die Haltenadeln aus dem Werkzeug der Presse hervor, gelangen mit dem Werkstück in Kontakt und fixieren es so in seiner Position, bis die Bearbeitung abgeschlossen ist. Während des Pressvorgangs können sich die Haltenadeln dabei üblicherweise in das Werkzeug zurückschieben, aus dem sie hervortreten. Auf diese Weise kann die Haltenadel während des gesamten Pressvorgangs die Kraft, mit der sie beaufschlagt ist, auf das Werkstück ausüben und dieses so in seiner Position halten.
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In der Praxis kann es jedoch passieren, dass die Haltenadeln beschädigt werden, insbesondere abbrechen, oder in einer in das Werkzeug zurückgeschobenen Position in dem Werkzeug festsetzen. In derartigen Situationen ist eine ordnungsgemäße weitere Bearbeitung der Werkstücke in der Presse nicht mehr gewährleistet. Zudem kann es zu Beschädigungen der Werkzeuge und/oder der Presse kommen. Daher ist es wünschenswert, die ordnungsgemäße Funktion der Haltenadel zu überwachen. Dies bedeutet insbesondere zu überwachen, dass die Haltenadel ordnungsgemäß ihre ausgefahrene Position aufnimmt.
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Werkzeuge der in Rede stehenden Art weisen einen mit dem Fluiddruck eines Fluids beaufschlagbaren Kolben auf. Die Haltenadel ist durch den mit dem Fluiddruck beaufschlagten Kolben in Richtung einer ausgefahrenen Endposition bewegbar. Hierdurch kann in vorteilhafterweise die für die Funktion der Haltenadel notwendige Kraftbeaufschlagung derselben realisiert werden. Bei dem Fluid handelt es sich üblicherweise um Druckluft, andere, insbesondere hydraulische Systeme sind jedoch ebenfalls denkbar.
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Es wäre nun wünschenswert, eine Positionsüberwachung der Haltenadel mittels einer geeigneten Sensorik zu ermöglichen. Die Haltenadel befindet sich jedoch bei Presswerkzeugen der in Rede stehenden Art in einer Einbausituation, in der sie sich in unmittelbarer Nähe vergleichsweise massiver Elemente des Presswerkzeugs befindet, die dazu dienen, den Druck der Presse in Richtung des Werkstücks weiterzuleiten. Diese Elemente sind entsprechend massiv und kompakt konstruiert, daher ist die Anbringung einer - zudem üblicherweise mechanisch empfindlichen - Sensorik an der Haltenadel nicht ohne weiteres möglich. Weitere Ansätze verfolgen die Idee, die Funktion der Haltenadel indirekt über den Druck in dem den Kolben führenden Zylinder zu überwachen. In der Praxis erweist sich dies jedoch als unpraktikabel, da Druckschwankungen in dem System, das dem Zylinder das unter Druck stehende Fluid zuführt, die Signale, die in dem Zuführsystem des Fluid bezüglich des Drucks im Zylinder gewonnen werden können, verfälschen.
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Für andere Aktoren, in denen sich Kolben in dünnwandigen Zylindern bewegen, sind beispielsweise aus dem
US Patent 3,970,034 , Überwachungsanordnungen bekannt, bei der an der Zylinderwand Drucksensoren angeordnet werden. Diese stehen durch Öffnungen in der Zylinderwand in Kontakt mit dem Inneren des Zylinders. Aus der Druckbeaufschlagung dieser Sensoren kann dann ein Rückschluss auf die Position des Kolbens im Zylinder geschlossen werden. Auch aus der
DE 103 12 868 A1 ist es für Kolben/Zylinderanordnungen bekannt, die Stellung des Kolbens im Zylinder mit Messmitteln zu erfassen. Im Hinblick auf Haltenadeln vom Pressen sind derartige Systeme jedoch nicht bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug mit einer Haltenadel für eine Presse sowie ein Verfahren zur Positionsüberwachung einer Haltenadel eines Werkzeugs einer Presse aufzuzeigen, die eine einfache und zuverlässige Positions- bzw. Funktionsüberwachung der Haltenadel ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Werkzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.
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Die Aufgabe wird durch ein Werkzeug gelöst, das einen Kanal aufweist, der derart in den den Kolben führenden Zylinder mündet, dass der Kanal nur dann mit dem Fluiddruck des auf den Kolben wirkenden Fluids beauftragt wird, wenn die Haltenadel sich in ihrer ausgefahrenen Endposition befindet. Entsprechend sieht das Verfahren vor, dass zur Überprüfung der ordnungsgemäßen Funktion der Haltenadel der Druck in einem Kanal überwacht wird, der derart in den den Kolben führenden Zylinder mündet, dass der Kanal nur dann mit dem Fluiddruck des auf den Kolben wirkenden Fluids beaufschlagt wird, wenn die Haltenadel sich in ihrer ausgefahrenen Endposition befindet.
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Die bei derartigen Kolben vorhandene Abdichtung zu der Zylinderwand verhindert, dass das unter dem Fluiddruck stehende Fluid die Mündung des Kanals in den Zylinder erreicht, solange sich der Kolben bzw. die Abdichtung des Kolbens gegen den den Kolben führenden Zylinder zwischen dem unter dem Fluiddruck stehenden Fluid und der Mündung des Kanals in den Zylinder befindet. Entsprechend ist insbesondere die Position der Mündung des Kanals in den Zylinder derart zu wählen, dass diese sich in unmittelbarer Nähe des Kolbens auf der mit dem Fluiddruck beaufschlagten Seite befindet, wenn der Kolben sich in der Position befindet, in der sich die durch den Kolben bewegte Haltenadel in ihrer ausgefahrenen Endposition befindet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das unter dem Fluiddruck stehende Fluid die Mündung und damit den Kanal erst dann erreichen kann, wenn sich die Haltenadel in ihrer ausgefahrenen Endposition befindet.
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In diesem Zusammenhang versteht sich, dass die Mündung des Kanals in den Kolben keine unendlich kleine Ausdehnung entlang der Bewegungsrichtung des Kolbens haben kann. Dies bedeutet, dass in der Praxis möglicherweise bereits Fluid in die nur zum Teil durch den Kolben bzw. die Dichtung zwischen Kolben und Zylinder verschlossene Mündung eintreten kann, unmittelbar bevor die in Rede stehende Endposition durch Haltenadel und Kolben erreicht ist. Mit anderen Worten kann es sein, dass in der Praxis noch ein minimaler Restweg durch die Haltenadel zurückzulegen ist, bevor es zum ersten Eindringen von Fluid und damit zum Aufbau des Fluiddrucks in dem Kanal kommt. Dieser Effekt kann jedoch vernachlässigt werden, da es in der Praxis höchst unwahrscheinlich ist, dass es auf diesem minimalen Restweg noch zu einem Festsitzen der Haltenadel in dem Werkzeug kommt. In der Praxis ist daher unter einem Kanal, der derart in den den Kolben führenden Zylinder mündet, dass der Kanal nur dann mit dem Fluiddruck des auf den Kolben wirkenden Fluids beaufschlagt wird, wenn die Haltenadel sich in ihrer ausgefahrenen Endposition befindet, auch ein Kanal zu verstehen, dessen Mündung bereits dann in ihren frühesten Kontakt mit dem unter dem Fluiddruck stehenden Fluid gelangt, wenn die Haltenadel bis zu ihrer ausgefahrenen Endposition noch einen Restweg von höchstens 50 Prozent des gesamten Bewegungsweges der Haltenadel bei ordnungsgemäßer Funktion, insbesondere höchstens 10 Prozent dieses Weges, zurücklegen muss, um ihre endgültige ausgefahrene Endposition zu erreichen.
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Bei dem den Fluiddruck erzeugenden Fluid kann es sich um Druckluft handeln. Druckluft hat den Vorteil, dass sie in Produktionsumgebungen häufig ohnehin zur Verfügung steht. Darüber hinaus ist Druckluft als kompressibles Medium besonders gut geeignet, eine „federnde“ Kraftbeaufschlagung der Haltenadel in Richtung ihrer ausgefahrenen Endposition zu ermöglichen.
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Bei der Presse handelt es sich insbesondere um eine weggebundene Presse. Eine weggebundene Presse, bei der es sich insbesondere um eine Exzenterpresse handeln kann, bietet den Vorteil, dass sie hohe Taktzahlen ermöglicht. Andererseits können bei weggebundenen Pressen Kraftspitzen auftreten, die bei anderen Funktionsweisen, beispielsweise kraftgebundenen Pressen, vermieden werden können. Die möglichen resultierenden temporären Belastungen des Materials, beispielsweise im Bereich des Werkzeugs, können daher insbesondere bei derartigen weggebundenen Pressen auftreten, sodass gerade bei diesen Pressen eine Funktionsüberwachung einer Haltenadel besonders sinnvoll ist.
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So kann das Verfahren insbesondere vorsehen, dass durch das Detektieren des Ausbleibens der Beaufschlagung des Kanals mit dem Fluiddruck in einer Position des Werkzeugs, in der die Haltenadel bei ordnungsgemäßem Verlauf des Pressvorgangs den Kontakt zum Werkstück bereits verloren haben sollte, ein Festsitzen der Haltenadel im Werkzeug erkannt wird. Mit beginnender Rückhubbewegung der Presse verliert zunächst der Teil des Werkzeugs, der der mittelbaren Umformung des Werkstücks dient, insbesondere ein Stempelwerkzeug, zuerst den Kontakt zu dem Werkstück. Während sich das Werkzeug von dem Werkstück wegbewegt, wird normalerweise die Haltenadel weiterhin gegen das Werkstück gedrückt, bis die Haltenadel ihre ausgefahrene Endposition erreicht. Erst dann verliert die Haltenadel den Kontakt zu dem Werkstück. Dadurch wird beispielsweise ermöglicht, dass das Werkstück in seiner Position verbleibt, bis ein Manipulator an dem Werkstück angegriffen hat. Wird nun bei einer Position des Werkzeugs im Bewegungsablauf der Presse, bei der die ordnungsgemäß funktionierende Haltenadel in ihrem vollständig ausgefahrenen Zustand den Kontakt zum Werkstück bereits verloren haben sollte, das Ausbleiben der Beaufschlagung des Kanals mit dem Fluiddruck detektiert, so bedeutet dies zunächst, dass der Kolben sich nicht in die Position bewegt hat, in die er sich bewegt haben müsste, wenn die Haltenadel bis zu ihrer ordnungsgemäßen Endposition ausgefahren worden wäre. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Haltenadel im Werkzeug festsitzt. Das Verfahren kann in diesem Fall insbesondere einen Notstop der Presse vorsehen. Alternativ und/oder ergänzend kann eine Signalisierung, beispielsweise durch ein optisches, akustisches und/oder elektronisches Signal erfolgen.
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Weiterhin kann das Verfahren vorsehen, dass durch das Detektieren der Beaufschlagung des Kanals mit dem Fluiddruck in einer Position des Werkzeugs, in der die Haltenadel bei ordnungsgemäßem Verlauf des Pressvorgangs bereits in Kontakt zum Werkstück gelangt sein sollte, eine Beschädigung der Haltenadel erkannt wird. Es ist denkbar, dass die Haltenadel beschädigt wird. Insbesondere kann eine Haltenadel aufgrund ihrer lang gestreckten Form abbrechen. Ein derartiger Bruch der Haltenadel verhindert, dass die Haltenadel beim nächsten Pressvorgang rechtzeitig mit dem Werkstück in Kontakt kommt, um es zu fixieren. Da durch die Fixierung durch die Haltenadel sichergestellt wird, dass das Werkstück in seiner ordnungsgemäßen Position verbleibt, insbesondere nachdem es von einem Manipulator freigegeben worden ist, kann eine Beschädigung und/oder ein Bruch der Haltenadel zu Beschädigungen des Werkstücks während des Pressvorgangs führen, es ist jedoch auch eine Beschädigung des Werkzeugs oder der gesamten Presse denkbar. Mit dem Verfahren kann daher eine Beschädigung und/oder ein Bruch der Haltenadel erkannt werden, wenn bei einer Position des Werkzeugs, in der die Haltenadel bei ordnungsgemäßem Verlauf des Pressvorganges und vollständig ausgefahrener Haltenadel bereits in Kontakt mit dem Werkstück gekommen und dadurch aus ihrer ausgefahrenen Endposition bereits zurückgeschoben sein sollte, ein Anliegen des Fluiddrucks in dem Kanal erkannt wird. Das Anliegen des Fluiddrucks bedeutet in diesem Fall, dass sich der Kolben noch in der Position befindet, in der er sich nur befinden sollte, wenn die Haltenadel sich in ihrer ausgefahrenen Endposition befindet. Bei einer Werkzeugposition, in der die Haltenadel bereits mit dem Werkstück in Berührung gekommen und dadurch bereits aus ihrer ausgefahrenen Endposition in das Werkzeug zurückgeschoben sein sollte, kann dies bedeuten, dass die Haltenadel beschädigt und/oder abgebrochen ist und daher noch nicht mit dem Werkstück in Kontakt gekommen ist. Das Verfahren kann in diesem Fall insbesondere einen Notstop der Presse vorsehen. Alternativ und/oder ergänzend kann auch eine Signalisierung, beispielsweise durch ein akustisches, optisches und/oder elektronisches Signal erfolgen.
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Das Werkzeug weist insbesondere ein Stempelwerkzeug auf. Das Stempelwerkzeug kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Bei diesem handelt es sich um den Teil des Werkzeugs, über den die Kraft der Presse auf das Werkstück übertragen wird. Die Haltenadel tritt in ihrem ausgefahrenen Zustand insbesondere aus diesem Stempelwerkzeug hervor. Die Anordnung der Haltenadel als ein aus dem Stempelwerkzeug hervortretendes Bauteil ermöglicht es, das Werkstück mittels der Haltenadel genau an dem Ort der Krafteinleitung des Pressvorganges zu fixieren. Dies bedeutet andererseits jedoch auch, dass die Haltenadel, die insbesondere in dem Stempelwerkzeug geführt ist, in einem mechanisch hochbelasteten Bereich des Werkzeugs angeordnet ist. Insbesondere in einem derartigen Fall, indem große mechanische Kräfte in unmittelbarer Nähe der Haltenadel wirken, ist eine Möglichkeit der Überwachung der Haltenadel auf ein Festsitzen und/oder einen Bruch bzw. eine Beschädigung besonders sinnvoll.
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Der Kolben kann in einem Druckstück zur Übertragung des Drucks der Presse auf das Stempelwerkzeug angeordnet sein. Dabei kann das Druckstück den Druck direkt und/oder mittelbar über ein oder eine Mehrzahl Ausgleichsdruckstücke(e) auf das Stempelwerkzeug übertragen werden. Dies ermöglicht eine zentrale Anordnung der Haltenadel bei einer gleichzeitigen Anordnung des Kolbens unmittelbar in gerader Linie hinter der Haltenadel und damit einen mechanisch einfachen und zuverlässigen Gesamtaufbau der Mechanik zum Bewegen der Haltenadel mittels des Kolben. Der Zylinder wird dann durch das Druckstück gebildet und damit durch einen hochbelasteten Materialbereich, der eine entsprechende Festigkeit aufweisen muss. Ein Kanal, der das Innere des Zylinders und damit das unter dem Fluiddruck stehende Fluid für einen Drucksensor zugänglich macht, ist im Bereich dieser hochbelasteten Materialzonen vorteilhafter zu realisieren als eine Sensorik direkt im Bereich des Zylinders anzuordnen.
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Das Stempelwerkzeug und/oder das Druckstück können insbesondere auswechselbar in einem Stempelhalter angeordnet sein. Dies ermöglicht es, beispielsweise bei einer festsitzenden und/oder beschädigten Haltenadel, durch das Auswechseln nur eines Teils des Presswerkzeugs die Einsatzbereitschaft der Presse zügig wiederherzustellen. Ebenfalls kann das Presswerkzeug in einfacher Weise für unterschiedliche Aufgaben umgerüstet werden.
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Der Kanal kann insbesondere durch zwei Teilkanäle gebildet sein, wobei ein Teilkanal in dem Druckstück und ein Teilkanal in dem Stempelhalter angeordnet ist. Dies ermöglicht es, den Drucksensor in dem Bereich des Stempelhalters und damit von den schlecht zugänglichen und mechanisch hochbelasteten Bereichen des Werkzeugs weg zu verlegen. Auch kann ein Auswechseln des Druckstücks erfolgen, ohne dass davon der Drucksensor betroffen ist. Der Kanal und/oder die beiden Teilkanäle können als Bohrungen ausgeführt sein.
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Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines beispielhaften Werkzeugs,
- 2 eine Schnittdarstellung eines beispielhaften Werkzeugs mit in das Werkzeug zurückgedrückter Haltenadel,
- 3 eine Schnittdarstellung des beispielhaften Werkzeugs mit der Haltenadel in ihrer ausgefahrenen Endposition,
- 4 eine Schnittdarstellung des Werkzeugs in einer anderen Schnittebene.
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Das in den Figuren beispielhaft dargestellte Presswerkzeug 10 weist eine Haltenadel 12 auf. Die Haltenadel 12 wird durch einen Kolben 14 bewegt. Dies kann, wie im gezeigten Beispiel, über ein oder eine Mehrzahl Ausgleichselemente 16 erfolgen, mittels derer die ausgefahrene Endposition, in die der Kolben 14 die Haltenadel 12 bewegen kann, an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden kann.
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Das Werkzeug 10 weist einen Kanal 18, 20 auf, der wie im gezeigten Beispiel aus zwei Teilkanälen 18, 20 gebildet sein kann. Wie im gezeigten Beispiel kann der Kanal 18 in einem Druckstück 22 vorgesehen sein, das den Zylinder 24, in dem der Kolben 14 geführt wird, bildet. Der Teilkanal 20 kann wie im gezeigten Beispiel in einem Stempelhalter 26 angeordnet sein.
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Der Stempelhalter 26 kann mehrteilig ausgebildet sein. So können wie im gezeigten Beispiel weitere Elemente. 28, 30 und 32 der Aufnahme des (ein- oder mehrteiligen) Stempelwerkzeuges 34 dienen.
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Wie im gezeigten Beispiel kann das Werkzeug 10 ein oder eine Mehrzahl Ausgleichsdruckstücke 36 aufweisen, die den Druck der Presse vom Druckstück 22 auf das Stempelwerkzeug 34 übertragen. Druckstück 22, Stempelwerkzeug 34 und Ausgleichsdruckstücke 36 können wie im gezeigten Beispiel austauschbar sein, um eine Anpassung des Werkzeugs an die jeweiligen Erfordernisse zu ermöglichen.
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Beim Vergleich der 2 mit der 3, die die Haltenadel 12 in ihrer ausgefahrenen Endposition zeigt, wird deutlich, dass das in dem Zylinder 24 vorhandene Fluid, welches den Kolben 14 mit seinem Fluiddruck beaufschlagt, die Mündung des Kanals 18 in den Zylinder 24 nur erreichen kann, wenn sich die Haltenadel 12 in der in 3 dargestellten ausgefahrenen Endposition befindet. Ist die Haltenadel 12 hingegen, wie in 2 dargestellt in das Werkzeug 10 zurückgeschoben, so mündet der Kanal 18 entweder im Bereich der Abdichtung zwischen Kolben 14 und Zylinder 24 in den Zylinder 24 oder - wie in 2 dargestellt - auf der Seite des Kolbens 14, die der Seite des Kolbens 14, die durch das Fluid mit dem Fluiddruck beaufschlagt ist, abgewandt ist. In diesen Fällen verhindert die Abdichtung zwischen dem Kolben 14 und dem Zylinder 24 folglich, dass das Fluid und damit der Fluiddruck den Kanal 18 erreicht. Auf diese Weise lässt sich über eine Messung des Drucks im Kanal 18, 20 überprüfen, ob der Kolben 14 sich in der in 3 dargestellten Position, in der sich die Haltenadel 12 in ihrer ausgefahrenen Endposition befindet, eingenommen hat. Ein (nicht dargestellter) Drucksensor kann zur Überprüfung des Drucks, beispielsweise in einem gut zugänglichen Bereich des Teilkanals 20, insbesondere in der Nähe der nach außen weisenden Oberfläche des Stempelhalters 26, angeordnet werden. Auf diese Weise lässt sich eine einfache und zuverlässige Positionsüberwachung der Haltenadel 12 realisieren.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Werkzeug
- 12
- Haltenadel
- 14
- Kolben
- 16
- Ausgleichselemente
- 18
- (Teil-) Kanal
- 20
- (Teil-) Kanal
- 22
- Druckstück
- 24
- Zylinder
- 26
- Stempelhalter
- 28
- Element des Stempelhalters
- 30
- Element des Stempelhalters
- 32
- Element des Stempelhalters
- 34
- Stempelwerkzeug
- 36
- Ausgleichsdruckstücke
- X
- Richtung
- Y
- Richtung
- Z
- Richtung
