DE10331939A1 - Blechumformwerkzeug - Google Patents
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Abstract
Bei
einem Blechumformwerkzeug mit einem hubkraftbetätigten Blech- und einem Gegenhalter
(6, 9) zum Einspannen der Blechplatine (7) sowie mit mehreren, in
Umfangsrichtung des Ziehspalts (8) zwischen Blech- und Gegenhalter
verteilt angeordneten, höhenverstellbaren
Distanzstücken
(13) wird erfindungsgemäß eine an
den einzelnen Distanzen individuell vorgegebene Blecheinspannkraft
dadurch exakt eingehalten, dass zur Messung der örtlichen Blecheinspannkraft
den Distanzstücken
jeweils zugeordnete Kraftsensoren (14) vorgesehen sind und diese
durch Höhenverstellung
der Distanzstücke auf
den jeweils vorgegebenen Messsignalwert einstellbar sind, und zwar
vorzugsweise über
eine Regelung (19, 20) mit den Kraftsensoren als Messwertgebern
und stellsignalbetätigten
Aktuatoren (17) zur Höhenjustierung
der Distanzstücke.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Blechumformwerkzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, 4 oder 7.
- Es ist bekannt, dass Blechziehteile, und insbesondere Karosserieteile mit einer nicht-rotationssymmetrischen Raumform, während des Umformprozesses eine in Umfangsrichtung ungleichförmige Randeinspannung der Blechplatine im Ziehspalt zwischen Blech- und Gegenhalter benötigen, um eine riss-, falten- und einschnürungsfreie Blechumformung zu garantieren. Zu diesem Zweck wird der Blechhalter des Ziehwerkzeugs üblicherweise in mehrere, über getrennt ansteuerbare, zumeist hydraulische Hubantriebe individuell kraftbeaufschlagte Einzelsegmente unterteilt, um dadurch die örtliche Einlaufbewegung des Werkstücks in den Formspalt zwischen Ziehstempel und Matrize gezielt beeinflussen zu können. Eine solche Maßnahme ist jedoch mit einem sehr hohen Bauaufwand verbunden. Wesentlich einfacher hingegen sind die Umformwerkzeuge der eingangs genannten Art aufgebaut, bei denen der Blechhalter als Ganzes hubkraftbeaufschlagt ist und im Ziehspalt randseitig der Blechplatine in Umfangsrichtung verteilt individuell höhenverstellbare Distanzstücke angeordnet sind, die einen zur Blechplatine parallelen Kraftübertragungspfad zwischen Blech- und Gegenhalter bilden und einen je nach Höheneinstellung mehr oder weniger großen Anteil der örtlichen Blechhalterkraft aufnehmen, so dass nur der restliche Kraftanteil als effektive Einspannkraft im angrenzenden Platinenbereich wirksam ist. Da aber ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Gesamthubkraft des Blechhalters, der Einstellhöhe der Distanzstücke und der örtlichen Blecheinspannkräfte aufgrund von unvermeidbaren Störeinflüssen, etwa der Eigenelastizität des Umformwerkzeugs, fehlt, ist eine zeit- und kostenintensive Einzeljustierung der Distanzstücke notwendig, bevor die bauteilgemäß richtige Höhenpositionierung der Distanzstücke vom Werker zumeist erst nach Anfertigung mehrerer Probebauteile aufgefunden wird.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Blechumformwerkzeug der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass mit geringem Bau- und Arbeitsaufwand eine prozessoptimale Höhenjustierung der Distanzstücke zu erzielen ist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in den Ansprüchen 1, 4 oder 7 gekennzeichnete Blechumformwerkzeug gelöst.
- Das erfindungsgemäße Blechumformwerkzeug nach Anspruch 1 bietet eine exakte und kontinuierliche Kontrolle der örtlichen Einspannkraft, so dass diese ohne eine zeit- und kostenintensive Anfertigung von Probebauteilen durch Höhenjustierung der Distanzstücke gezielt und in Umfangsrichtung des Blechhalters variabel auf einen für die einzelnen Distanzstücke jeweils vorgegebenes Kraftniveau eingestellt werden kann. Dabei sind die Kraftsensoren entweder im Kraftübertragungspfad der Distanzstücke positioniert und somit die effektive Einspannkraft sich gegensinnig zu dem gemessenen Kraftniveau verhält, oder, wie aus Gründen einer höheren Messgenauigkeit bevorzugt, jeweils in dem parallel zum Distanzstück über die Blechplatine verlaufenden Kraftübertragungspfad angeordnet, so dass das Sensorsignal unmittelbar der örtlichen Einspannkraft entspricht.
- Wahlweise, vorzugsweise aber zusätzlich sind nach der zweiten Variante der Erfindung (Anspruch 4) zur individuellen Höhenverstellung der Distanzstücke jeweils stellsignalbetätigte Aktuatoren mit einer Ansteuerung durch einen Stell signalgeber nach Maßgabe mindestens einer Prozesskenngröße vorgesehen. Hierdurch wird nicht nur die Höhenjustierung der Distanzstücke in Verbindung mit den Kraftsensoren wesentlich vereinfacht, sondern auch die Möglichkeit eröffnet, durch einmalige Vermessung eine den Zusammenhang zwischen Höhenjustierung der Distanzstücke und effektiver örtlicher Blecheinspannkraft angebende Kennlinie zu ermitteln und dann unter Verzicht auf den weiteren Einsatz der Kraftsensoren die Aktuatoren auf der Basis dieser Kennlinie vom Stellsignalgeber zu steuern. Dabei wird die Kennlinie vorzugsweise durch Einbeziehung bauteilspezifischer Daten, etwa der Blechdicke, der Werkstoffkennwerte und/oder der Raumgeometrie der herzustellenden Bauteile, oder auch des Zusammenhangs zwischen Einspannkraft und Blecheinlaufbewegung im Bereich des Distanzstücks zu einem Kennlinienfeld erweitert, aus dem dann vom Stellsignalgeber nach Eingabe der jeweils vorliegenden Prozesskenndaten das entsprechende Stellsignal für den Aktuator ausgewählt wird.
- Nach der dritten, besonders bevorzugten Variante der Erfindung (Anspruch 7) besitzt das Umformwerkzeug anstelle einer Aktuatorsteuerung eine Aktuatorregelung zur Höhenjustierung der Ziehspalt-Distanzen. In diesem Fall kann der Sollwert der Regelung nicht nur konstant, sondern gewünschtenfalls auch während des Umformprozesses veränderlich vorgegeben und als Regelgröße wiederum die örtliche Einspannkraft, aber auch die örtliche Einlaufgeschwindigkeit des Blechteils an den jeweiligen Distanzstücken gemessen werden. Vorzugsweise wird der eingegebene Sollwert, also die örtliche Einspannkraft oder Einlaufgeschwindigkeit, von einem der Regelung zugeordneten Sollwertgeber wiederum nach Maßgabe weiterer, bauteilspezifischer Eingabedaten, wie Blechdicke oder -rauhigkeit, Materialeigenschaften und/oder Raumgeometrie des herzustellenden Bauteils modifiziert.
- Die Erfindung wird nunmehr anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:
-
1 eine Blechumformmaschine nach der Erfindung im Längsschnitt; -
2 die Aufsicht auf den Blechhalter der Blechumformmaschine nach1 ; -
3 eine vergrößerte Teilansicht der Blechumformmaschine nach1 im Bereich des Ziehspalts mit einer zugeordneten Regelung für die örtlichen Einspannkräfte; und -
4 eine der3 entsprechende Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung. - Die in den Fig. gezeigte Ziehpresse enthält als Hauptbestandteile ein am Pressenstößel
1 befestigtes Oberwerkzeug2 und ein auf dem Maschinenbett3 angeordnetes Unterwerkzeug4 , bestehend aus der Formstempel5 und einem Blechhalter6 , durch den die Blechplatine7 während des Umformvorgangs randseitig in dem Ziehspalt8 zwischen Blechhalter6 und einem am Oberwerkzeug2 ausgebildeten Gegenhalter9 eingespannt wird, wobei der Blechhalter6 als Ganzes durch einen Hubtisch10 unter Zwischenschaltung von Pinolen11 mit einer definierten, an den Hubantrieben12 des Hubtisches10 einstellbaren Hubkraft nach oben gedrückt wird. - Um die Einspannkräfte des Blechhalters
6 in Umfangsrichtung der Blechplatine7 variabel verteilen zu können, sind im Ziehspalt8 zwischen Blech- und Ge genhalter6 ,9 randseitig der Blechplatine7 feinfühlig, nämlich etwa schrittweise um 0,02 mm, höhenverstellbare Distanzstücke13 angeordnet, die einen – je nach Höhenjustierung – mehr oder weniger großen Anteil der örtlichen Blechhalterkraft unmittelbar zwischen Blech- und Gegenhalter6 ,9 übertragen, so dass nur der restliche Kraftanteil als effektive Einspannkraft auf die Blechplatine7 im Ziehspalt8 einwirkt. - Wie die
3 und4 am deutlichsten zeigen, sind im Bereich der Distanzstücke13 , die jeweils aus zwei keilförmigen, in Pfeilrichtung relativ zueinander verstellbaren und an ihren gegenseitigen Kontaktflächen gezahnten Druckstücken bestehen können, Kraftsensoren14 bzw.15 angeordnet, von denen die Kraftsensoren14 (3 ) im Kraftübertragungspfad des Distanzstücks13 angeordnet sind, so dass sich die örtliche Einspannkraft der Blechplatine7 im Bereich des Distanzstücks13 gegensinnig zu dem vom Sensor14 gemessenen Kraftanteil verhält, während die Kraftsensoren15 gemäß4 unter Zwischenlage einer Druckplatte16 unmittelbar im Kraftübertragungspfad der Blechplatine7 positioniert sind, so dass deren Messsignal direkt proportional zur effektiven Einspannkraft der Blechplatine7 im Bereich des Distanzstücks13 ist. Auf diese Weise lässt sich eine blechteil- und werkzeugspezifische Kraftverteilung der Einspannkräfte in Umfangsrichtung der Blechplatine7 exakt einstellen und überwachen. - Wie die
3 und4 weiterhin zeigen, sind zur Höhenverstellung der Ziehspalt-Distanzen stellsignalbetätigte Aktuatoren17 in Form von hydraulischen, elektromechanischen oder auch piezoelektrischen Linearantrieben vorgesehen, denen gemäß4 ein Stellsignalgeber18 zugeordnet ist. Hierdurch wird nicht nur die Einstellung der Distanzstücke13 auf einen vom Kraftsensor15 ermittelten, örtlichen Einspannwert der Blechplatine7 vereinfacht, sondern es besteht auch die Möglichkeit, durch einmalige Vermessung eine den Zusam menhang zwischen dem Stellsignal des Aktuators17 und der örtlichen Einspannkraft der Blechplatine7 angebende Kennlinie zu ermitteln und im Stellsignalgeber18 zu speichern, so dass nachfolgende Höhenjustierungen der Distanzstücke13 auf eine definierte, örtliche Blecheinspannkraft allein nach Maßgabe dieser Kennlinie und unabhängig von den Messsignalen des Kraftsensors15 erfolgen und dieser daher – zusammen mit der Druckplatte16 – durch ein entsprechendes festes Einsatzstück ersetzt und an anderer Stelle weiterverwendet werden kann. Anstelle einer solchen Kraft-Höhendistanz-Kennlinie kann auch die örtliche Einlaufgeschwindigkeit der Blechplatine7 in Abhängigkeit von dem Stellsignal des Aktuatoren17 einmalig vermessen und die entsprechende Kennlinie zur Ansteuerung eines vorgegebenen Einlauf-Geschwindigkeitswerts im Stellsignalgeber18 gespeichert werden. Die so ermittelte Kennlinie wird vorzugsweise unter Berücksichtigung bauteilspezifischer Prozessdaten, wie Blechdicke, Materialeigenschaften und/oder Raumgeometrie des herzustellenden Bauteils zu einem Kennlinienfeld erweitert, derart, dass der Stellsignalgeber18 nach Eingabe der entsprechenden, bauteilspezifischen Daten die jeweils prozessoptimale Einstellung des Aktuators17 und somit auch der Höhenpositionierung der Distanzstücke13 auswählt. - Nach
3 ist anstelle einer Steuerung eine Regelung für die Ziehspalt-Distanzstücke13 vorgesehen. Diese enthält als Messwertgeber den Kraftsensor14 , dessen Messsignale in einem Regler19 mit einem vorgegebenen, gewünschtenfalls sich während des Umformvorgangs auch ändernden Sollwert verglichen werden. Als Stellglied der Regelung dient wiederum ein Aktuator17 zur Höhenjustierung der Ziehspalt-Distanzen. Die örtliche Blech-Einspannkraft wird somit unbeeinflusst von Störwirkungen exakt auf einem an den einzelnen Distanzstücken13 individuell vorgegebenen Sollwert gehalten. Anstelle des Kraftsensors14 kann als Messwertgeber auch ein die Einlaufbewegung der Blechplatine7 abtastender Geschwindigkeitssensor vorgesehen sein, so dass nicht die örtliche Einspannkraft, sondern die örtliche Einlaufgeschwindigkeit der Blechplatine7 im Ziehspalt8 auf einen entsprechend vorgegebenen Sollwert eingeregelt wird. Dem Regler19 ist ein Sollwertgeber20 zugeordnet, der den vorgegebenen Einspann- oder Geschwindigkeits-Sollwert wiederum nach Maßgabe bauteilspezifischer Eingabedaten, etwa der Blechdicke oder -rauhigkeit, der Materialkennwerte oder des Einlaufweges der Blechplatine und/oder der Raumgeometrie des herzustellenden Bauteils modifiziert.
Claims (9)
- Blechumformwerkzeug mit einem hubkraftbetätigten Blech- und einem Gegenhalter zum Einspannen der Blechplatine sowie mit mehreren, in Umfangsrichtung des Ziehspalts zwischen Blech- und Gegenhalter verteilt angeordneten, höhenverstellbaren Distanzstücken, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der örtlichen Blecheinspannkraft den Distanzstücken (
13 ) jeweils zugeordnete Kraftsensoren (14 ,15 ) vorgesehen und diese durch Höhenverstellung der Distanzstücke auf einen für die einzelnen Kraftsensoren jeweils individuell vorgegebenen Messsignalwert einstellbar sind. - Blechumformwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftsensoren (
14 ) jeweils im Kraftübertragungspfad der Distanzstücke (13 ) angeordnet sind (3 ). - Blechumformwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftsensoren (
15 ) jeweils in dem parallel zum Distanzstück (13 ) über die Blechplatine (7 ) verlaufenden Kraftübertragungspfad angeordnet sind. - Blechumformwerkzeug mit einem hubkraftbetätigten Blech- und einem Gegenhalter zum Einspannen der Blechplatine sowie mit mehreren, in Umfangsrichtung des Ziehspalts zwischen Blech- und Gegenhalter verteilt angeordneten, höhenverstellbaren Distanzstücken, dadurch gekennzeichnet, dass den einzelnen Distanzstücken (
13 ) zur individuellen Höhenverstellung jeweils ein stellsignalbetätigter Aktuator (17 ) mit einem diesen nach Maßgabe mindestens einer Prozesskenngröße steuernden Stellsignalgeber (18 ) zugeordnet ist. - Blechumformwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (
17 ) jeweils nach Maßgabe mindestens eines bauteilspezifischen Kennwertes, wie Blechdicke, Werkstoffkennwerte und/oder Raumgeometrie des herzustellenden Bauteils, stellsignalbetätigt sind. - Blechumformwerkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (
17 ) jeweils nach Maßgabe mindestens einer im Bereich der Distanzstücke (13 ) sensorgemessenen Prozesskenngröße, wie örtliche Einspannkraft oder Einlaufbewegung der Blechplatine (7 ), stellsignalbetätigt sind. - Blechumformwerkzeug mit einem hubkraftbetätigten Blech- und einem Gegenhalter zum Einspannen der Blechplatine sowie mit mehreren, in Umfangsrichtung des Ziehspalts zwischen Blech- und Gegenhalter verteilt angeordneten, höhenverstellbaren Distanzstücken, gekennzeichnet durch eine Regelung (
13 ,14 ,17 ,19 ,20 ) für die Ziehspalt-Distanzen mit – mehreren, jeweils im Bereich eines Distanzstücks (13 ) angeordneten Messwertgebern (14 ) und – den Distanzstücken zur Höhenverstellung jeweils zugeordneten, nach Maßgabe der Regelabweichung zwischen dem Messsignal und einem vorgegebenen Sollwert stellsignalbetätigten Aktuatoren (17 ). - Blechumformwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Messwertgeber (
14 ) jeweils die örtliche Einspannkraft der Blechplatine (7 ) im Bereich der Distanzstücke (13 ) messende Kraftsensoren vorgesehen sind. - Blechumformwerkzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung (
13 ,14 ,17 ,19 ,20 ) einen den vorgeschriebenen Sollwert in Abhängigkeit von vorermittelten, bauteilspezifischen Kenndaten, wie Blechdicke oder -rauhigkeit, Werkstoffkennwerten und/oder Raumgeometrie des herzustellenden Bauteils bestimmenden Sollwertgeber (20 ) enthält.
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