DE10209475A1

DE10209475A1 - Vorrichtung zum Verändern eines Materialflusses im Randbereich eines tief zu ziehenden Werkstücks während eines Tiefziehvorganges

Info

Publication number: DE10209475A1
Application number: DE2002109475
Authority: DE
Inventors: Juergen Fahrenbach
Original assignee: L Schuler GmbH
Current assignee: L Schuler GmbH
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2003-10-02

Abstract

Vorrichtung zum Verändern eines Materialflusses im Randbereich eines tiefzuziehenden Werkstückes (13) während eines Tiefziehvorganges mit einem Ziehstempel und einer Einspanneinrichtung (14) zum Einspannen des tiefzuziehenden Werkstückes (13), wobei die Einspanneinrichtung (14) eine untere Randhalteeinrichtung (30) und eine obere Randhalteeinrichtung (31) aufweist und die untere Randhalteeinrichtung (30) und/oder die obere Randhalteeinrichtung (31) mit mindestens einem am Rand des tiefzuziehenden Werkstückes (13) angeordneten Halteelement (21) ausgerüstet ist und der von dem mindestens einen Halteelement (21) erzeugte Einspanndruck veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern eines Materialflusses im Randbereich eines tief zu ziehenden Werkstückes während eines Tiefziehvorganges mit einem Ziehstempel und einer Einspanneinrichtung zum Einspannen des tief zu ziehenden Werkstückes, wobei die Einspanneinrichtung eine obere Randhalteeinrichtung und eine untere Randhalteeinrichtung aufweist und die obere Randhalteeinrichtung und/oder die untere Randhalteeinrichtung mit mindestens einem am Rand des tief zu ziehenden Werkstückes angeordneten Halteelement ausgerüstet ist.
Aus dem Stand der Technik bekannte Randhalteeinrichtungen sind als sogenannte Ziehstäbe ausgebildet. Während des Tiefziehvorganges halten die Ziehstäbe das tief zu ziehende Teil an seinem Rand fest, wodurch der Materialfluss des tief zu ziehenden Werkstückes während des Tiefziehvorganges gebremst wird. Bei zu starker Behinderung des Materialflusses kann es deshalb während des Tiefziehvorganges zu Spannungsspitzen im Werkstoff kommen, so dass das tief zu ziehende Werkstück an dieser Stelle reißt. Da jeder Ziehstab das tief zu ziehende Werkstück nur auf einer relativ eng begrenzten Fläche festhält und der Materialfluss zwischen zwei benachbarten Ziehstäben nicht behindert wird, kann es außerdem zu eine Faltenbildung im Werkstück kommen.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass zukünftig Spannungsspitzen, die zu einem Reißen des tief zu ziehenden Materials führen können, vermieden werden und auch einen Faltenbildung während des Tiefziehvorganges ausgeschlossen ist.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass der von dem mindestens einen Halteelement erzeugte Einspanndruck veränderbar ist. Zukünftig ist also der Einspanndruck nicht nur insofern veränderbar, dass er im Laufe des Tiefziehvorganges weiter ansteigt und somit den Materialfluss im tief zu ziehenden Werkstück bremst, sondern dass er auch im Laufe des Tiefziehvorganges reduziert werden kann und somit den Materialfluss im tief zu ziehenden Werkstück beschleunigt. Somit kann der von dem mindestens einen Halteelement erzeugte Einspanndruck abhängig vom Spannungszustand im Werkstoff erhöht oder reduziert werden, wodurch Spannungsspitzen, die das Material zerstören könnten, vermieden werden, weil das Material jetzt im tief zu ziehenden Werkstück im erforderlichen Umfang nachfliessen kann. Außerdem können zukünftig Faltenbildungen im tief zu ziehenden Werkstück vermieden werden, da es jetzt möglich ist, dass der Materialfluss über die gesamte tief zu ziehende Fläche möglichst gleichmäßig erfolgt.
Das mindestens eine Halteelement kann durch einen Kolben, der mit einem veränderbaren Druck beaufschlagt wird, gegen das tief zu ziehenden Werkstück angedrückt werden. Durch Aufbringen des veränderlichen Drucks auf den Kolben ist es möglich, dass das Halteelement den Materialfluss in der gewünschten Weise bremst bei einer Erhöhung des Druckes und auch beschleunigen kann bei einem Nachlassen des Druckes.
Wenn der Kolben hydraulisch beaufschlagt wird, kann somit der durch das mindestens eine Halteelement erzeugte Einspanndruck sehr feinfühlig verändert werden.
Wenn der Hydraulikdruck durch einen Linearantrieb, der einen hydraulischen Steuerkolben antreibt, veränderbar ist, ist somit eine schnellere Veränderung des Hydraulikdruckes möglich, als dies z. B. bei Servoventilen oder Proportionalventilen der Fall ist. Natürlich ist es auch möglich auf das Hydrauliksystem ganz zu verzichten und statt dessen den Linearantrieb oder einen Magneten oder dergleichen unmittelbar auf die Randhalteeinrichtung wirken zu lassen.
Damit jedes der Halteelemente separat angesteuert werden kann, um den Materialfluss in den jeweiligen kritischen Randbereichen unabhängig von den anderen Halteelementen steuern zu können, kann jedes der Halteelemente einem eigenen hydraulischen Steuerkreis zugeordnet sein.
Der Hydraulikdruck der hydraulischen Steuerkreise kann pneumatisch vorgespannt sein. Somit kann der Linearantrieb zur Veränderung des Hydraulikdruckes kleiner dimensioniert werden.
Der konstruktive Aufbau ist besonders einfach, wenn das mindestens eine Halteelement am Kolbenende angeordnet ist.
Der Kolben kann in der Weise ausgebildet sein, dass er ein leistenförmig ausgebildetes Halteelement über dessen gesamte Kontaktfläche mit dem tief zu ziehenden Werkstück gleichmäßig gegen das tief zu ziehende Werkstück drückt. Wenn solche leistenförmig 1 ausgebildeten Halteelemente möglichst dicht aneinander angrenzen, kann es zwischen den leistenförmig ausgebildeten Halteelementen zu keinem unkontrollierten Materialfluss kommen, so dass der Materialfluss über den gesamten Randbereich des tief zu ziehenden Werkstückes reguliert werden kann.
Das mindestens eine Halteelement der einen Randhalteeinrichtung kann einen Vorsprung aufweisen und die gegenüber liegende Randhalteeinrichtung kann mit einer Nut versehen sein. Auf diese Weise wird das tief zu ziehende Werkstück in seinem Randbereich durch den Vorsprung der einen Randhalteeinrichtung in die Nut der gegenüberliegenden Randhalteeinrichtung gedrückt, so dass im Randbereich des tief zu ziehenden Werkstücks eine Rinne erzeugt wird, wobei das Werkstück am Rinnenrand eine mehr oder weniger ausgeprägte Eckkante aufweist, über die das Material nachfließt und somit der Materialfluss in der gewünschten Weise reduziert oder beschleunigt werden kann.
Um den Materialfluss messen zu können, kann mindestens ein Sensor zur Messung des Materialflusses vorgesehen sein. Besonders elegant ist hierbei die Verwendung eines Ferraris- Sensors, da dieser schneller als optische Sensoren arbeitet. Grundsätzlich sind jedoch auch alle anderen dem Fachmann bekannten Sensoren zur Messung des Materialflusses einsetzbar.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zum Verändern des Materialflusses im Randbereich des tief zu ziehenden Werkstückes während eines Tiefziehvorganges mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Einspannen des tief zu ziehenden Werkstückes durch die Einspanneinrichtung während des Senkens des Ziehstempels,
Messen des Materialflusses,
Verändern des Einspanndruckes in Abhängigkeit vom Materialfluss.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine Tiefziehpresse;
fig. 2 eine Draufsicht auf ein Tiefziehwerkzeug;
Fig. 3 eine Schnittansicht durch eine Einspanneinrichtung;
Fig. 4 einen Hydraulikschaltplan der Einspanneinrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Tiefziehpresse 10 mit einem Tiefziehstempel 11 und einem Werkzeug 12. Der Tiefziehstempel 11 drückt während eines Tiefziehvorgangs ein Werkstück 13 in das Werkzeug 12. Eine Einspanneinrichtung 14 spannt das tief zu ziehende Werkstück 13 in seinen Randbereichen ein, wodurch während des Tiefziehvorganges das Nachfließen des Materials vom Rand des tief zu ziehenden Werkstücks 13 zu seinen im Werkzeug befindlichen Bereichen reduziert oder beschleunigt werden kann. Der Materialfluss kann mittels im Randbereich des tief zu ziehenden Werkstückes 13 angeordneten Sensoren gemessen werden, so dass die Einspanneinrichtung 14 den Materialfluss in der Weise behindert oder erleichtert, so dass am Ende des Tiefziehvorganges ein tiefgezogenes Bauteil vorliegt, das den vorgegebenen Qualitätsanforderungen optimal entspricht.
Fig. 2 zeigt eine Randhalteeinrichtung 20 der Einspanneinrichtung 14 (siehe Fig. 1). Die Randhalteeinrichtung 20 verläuft um den gesamten Randbereich des tief zu ziehenden, hier nicht näher erkennbaren Werkstückes. Die Randhalteeinrichtung 20 weist leistenförmig ausgebildete Halteelemente 21 auf, die relativ eng aneinander angrenzen. Durch den relativ dichten Abstand der Haltelemente 21 wird ein unkontrollierter Materialfluss zwischen den Halteelementen 21, der zu einem Reißen des tief zu ziehenden Werkstückes führen könnte, ausgeschlossen.
Fig. 3 zeigt die Einspanneinrichtung 14, die eine Randhalteeinrichtung 30 und eine ihr gegenüber liegende Randhalteeinrichtung 31 aufweist. Zwischen den beiden Randhalteeinrichtungen 30 und 31 befindet sich der Randbereich des tief zu ziehenden Werkstückes 13. Die Randhalteeinrichtung 30 weist ein Halteelement 21 auf, das mit einem nach oben vorstehenden Vorsprung 33 versehen ist, wohingegen das Randhalteelement 31 eine dem Vorsprung 33 gegenüber liegende Nut 34aufweist. Das Halteelement 21 ist auf einem in einem Zylinder 35 geführten Kolben 36, der aus einem gut dichtenden Kunststoff gefertigt sein kann angeordnet. Unterhalb des Kolbens 36 befindet sich ein mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagter Raum 37. Der Hydraulikdruck drückt somit den Kolben 36 nach oben, so dass über das Halteelement 21 das Werkstück 13 gegen die Randhalteeinrichtung 31 gedrückt wird. Durch gegeneinander Zubewegen der Randhalteeinrichtungen 30 und 31 wird der Randbereich des Werkstückes 13 durch den Vorsprung 33 in die Nut 34 gedrückt, so dass das Werkstück 13 in diesem Bereich eine Rinne bildet. An dieser die Rinne aufweisenden Stelle wird durch den Einspanndruck der Einspanneinrichtung 14 der Materialfluss des tief zu ziehenden Werkstückes 13 behindert und beim Nachlassen des Einspanndruckes der Materialfluss beschleunigt. Somit kann der Tiefziehvorgang in einer bestimmten Weise verändert werden, indem der Materialfluss im Randbereich des tief zu ziehenden Werkstückes 13 je nach Erfordernis reduziert oder beschleunigt wird. Vorteilhafterweise ist der Kolben 36 in der Weise ausgebildet, dass er das leistenförmige Halteelement 21 (siehe Fig. 2) über dessen gesamte Kontaktfläche mit dem Werkstück 13 gleichmäßig gegen das tief zu ziehende Werkstück 13 drückt.
Fig. 4 zeigt hydraulische voneinander unabhängige Steuerkreise 40, 41 und 42, die jeweils einen Kolben 36, auf dem ein Halteelement 21 (siehe Fig. 3) angeordnet ist, aufweisen. Auf diese Weise lässt sich jeder der Kolben 36 unabhängig voneinander ansteuern, wodurch der Materialfluss in den verschiedenen Abschnitten des Randbereiches des tief zu ziehenden Werkstückes 13 unabhängig von den übrigen Abschnitten des Randbereiches verändert werden kann. Der Kolben 36 ist mit einem hier nicht näher dargestellten Endlagengeber versehen, der die genaue momentane Stellung des Kolbens 36 mitteilt. Eine Förderpumpe 43, die vorzugsweise als Zahnradpumpe ausgebildet ist, fördert von einem Tank 44 Hydraulikflüssigkeit zu den einzelnen Steuerkreisen 40, 41 und 42. Ein Sensor 47 meldet den momentanen Materialfluss im Randbereich des tiefzuziehenden Werktstücks 13. Entsprechend des momentanen Materialflusses verändert ein Linearantrieb 45 über einen Steuerkolben 46 den jeweils erforderlichen Hydraulikdruck, der über den Kolben 36 den Einspanndruck der Einspanneinrichtung 14 bestimmt. Somit wird durch den Linearantrieb 45 und den Sensor 47 der Materialfluss des tief zu ziehenden Werkstückes verändert. Druckschalter 48 in den Steuerkreisen 40, 41 und 42 können ebenfalls über den Linearantrieb 45 den Hydraulikdruck beeinflussen. Druckschalter 49 regeln den Förderdruck der Pumpe 43. Druckbegrenzungsventile 50 schützen die jeweiligen Steuerkreise 40, 41 und 42 vor ihrer Zerstörung. Entlastungsventile 51 sollen verhindern, dass die jeweiligen Steuerkreise 40, 41 und 42 bei Verschmutzung der Druckbegrenzungsventile 50 zerstört werden können. Bezugszeichenliste 10 Tiefziehpresse
11 Tiefziehstempel
12 Werkzeug
13 Werkstück
14 Einspanneinrichtung
20 Randhalteeinrichtung
21 Halteelement
30 Randhalteeinrichtung
31 Randhalteeinrichtung
33 Vorsprung
34 Nut
35 Zylinder
36 Kolben
37 Raum mit Hydraulikflüssigkeit
40 Steuerkreis
41 Steuerkreis
42 Steuerkreis
43 Förderpumpe (Zahnradpumpe)
44 Tank
45 Linearantrieb
46 Steuerkolben
47 Sensor
48 Druckschalter
49 Druckschalter
50 Druckbegrenzungsventil
51 Entlastungsventil

Claims

1. Vorrichtung zum Verändern eines Materialflusses im Randbereich eines tief zu ziehenden Werkstückes (13) während eines Tiefziehvorganges mit einem Ziehstempel (11) mit einer Einspanneinrichtung (14) zum Einspannen des tief zu ziehenden Werkstückes (13), wobei die Einspanneinrichtung (14) eine untere Randhalteeinrichtung (30) und eine obere Randhalteeinrichtung (31) aufweist und die untere Randhalteeinrichtung (30) und/oder die obere Randhalteeinrichtung (31) mit mindestens einem am Rand des tief zu ziehenden Werkstückes (13) angeordneten Halteelementes (21) ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem mindestens einen Halteelement (21) erzeugte Einspanndruck veränderbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteelement (21) durch einen Kolben (36) gegen das tief zu ziehende Werkstück (13) andrückbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (36) hydraulisch beaufschlagbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikdruck durch einen Linearantrieb (45), der einen hydraulischen Steuerkolben (46) antreibt, veränderbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Halteelemente (32) einem eigenen hydraulischen Steuerkreis (40, 41, 42) zugeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikdruck der hydraulischen Steuerkreise (40, 41, 42) pneumatisch vorgespannt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Halteelement (21) am Ende des Kolbens (36) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (36) so ausgebildet ist, dass er ein leistenförmig ausgebildetes Halteelement (21) über dessen gesamte Kontaktfläche mit dem tief zu ziehenden Werkstück (13) gleichmäßig gegen das tief zu ziehende Werkstück (13) drückt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteelement (32) der einen Randhalteeinrichtung (30) einen Vorsprung (33) aufweist und die gegenüber liegende Randhalteeinrichtung (31) mit einer Nut (34) versehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Sensor (47) zur Messung des Materialflusses aufweist.

11. Verfahren zum Verändern des Materialflusses im Randbereich eines tief zu ziehenden Werkstückes (13) während eines Tiefziehvorganges mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Einspannen des tief zu ziehenden Werkstückes (13) durch die Einspanneinrichtung (14) während des Senkens des Ziehstempels (11),

- Messen des Materialflusses,

- Verändern des Einspanndruckes in Abhängigkeit vom Materialfluss