DE10347744B4 - Umformwerkzeug und Verfahren zu dessen Überwachung und Steuerung - Google Patents

Umformwerkzeug und Verfahren zu dessen Überwachung und Steuerung Download PDF

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Abstract

Umformwerkzeug (1), das wenigstens eine Schmiedegravur (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Umformwerkzeugs (1) eine Überwachungs- und Speichereinheit (4) zur Erfassung und Speicherung von Betriebszuständen des Umformwerkzeugs (1) und/oder des Werkstücks und/oder der Umgebungsbedingungen im Bereich des Umformwerkzeuges angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung eines Schmiedeprozesses und Steuerung eines derartigen Umformwerkzeuges.
  • Beim Schmieden von Werkstücken in Gesenkschmieden werden Rohmaterialabschnitte bei einer Warmumformtemperatur innerhalb formgebender Gesenke, so genannter Schmiedegravuren, in die gewünschte Endform umgeformt.
  • Hierbei handelt es sich um einen überaus komplexen, häufig mehrstufigen Umformvorgang, bei dem sowohl die von der Materialschrumpfung durch Erkalten abhängige Endform als auch das von dem örtlichen Umformgrad und dem Materialfluss abhängige Gefüge und die örtliche Belastbarkeit des Schmiedestückes eingestellt werden. Dabei hat vor allem der während des Umformvorgangs auftretende Materialfluss einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität des Werkstückes sowie die während des Schmiedevorgangs auf das Umformwerkzeug und insbesondere die Schmiedegravuren einwirkenden Kräfte.
  • Die Qualität eines Gesenkschmiedestücks hängt dabei direkt von der Qualität des Umformwerkzeugs ab. Deshalb werden bei der Produktion der Umformwerkzeuge große Anstrengungen unternommen, maßgenaue und haltbare Gesenke herzustellen. Der Anteil der Werkzeugkosten an den Werkstückkosten des Gesenkschmiedeteils ist betrachtlich. Insbesondere bei der Herstellung aufwendiger Geometrien von Werkstücken treten in verschiedenen Bereichen der Schmiedegravuren unterschiedliche Kräfte auf, die bei der Herstellung des Werkzeugs berücksichtigt werden müssen, um hohe Standmengen des Schmiedewerkzeugs ohne die Notwendigkeit häufiger Nachbearbeitungen oder Werkzeugwechsel zu gewährleisten.
  • Die beim Umformvorgang in den Schmiedegravuren auftretenden Kräfte werden üblicherweise mittels spezieller Rechenverfahren wie beispielsweise der Finiten-Elemente-Methode ermittelt. Zudem kann für die Abschätzung der Spannungs- und Kraftverhältnisse auf empirische Daten zurückgegriffen werden. Durch die Simulation des Schmiedeprozesses in entsprechenden Simulationssystemen können schließlich Aussagen zu einer optimalen Gestaltung der Umformwerkzeuge gemacht werden, um beispielsweise unzulässig hohe Spannungen zu vermeiden und damit die Lebensdauer des Werkzeugs zu verlängern. Ebenfalls lassen sich mit Hilfe einer derartigen Simulation Rückschlüsse auf Ausfallursachen ziehen.
  • Eine solche Ermittlung von Betriebsgrößen wie der auftretenden Kräfte, Spannungen oder Temperaturen innerhalb eines Schmiedeaggregats ist jedoch besonders aufwendig und erlaubt darüber hinaus keine zeitnahe Aussage über die während der Herstellung von Schmiedestücken innerhalb der Schmiedegravuren auftretenden Kräfte. Auch bleiben die genauen Ursachen für ein Versagen der Umformwerkzeuge häufig im Dunkeln, da keine Daten über den Schmiedeprozess insgesamt und insbesondere kurz vor dem Ausfall fest zugeordnet zum fraglichen Werkzeug vorliegen. Aufgrund dieser fehlenden Rückverfolgbarkeit der Ausfallursachen sind Optimierungen an den Umformwerkzeugen in der Regel zufällig oder aber der Erfahrung des Werkzeugbaus überlassen.
  • Ein Festsetzen von Belastungsgrenzen für jedes einzelne Werkzeug sowie eine daraufhin ausgerichtete Steuerung des Umformprozesses, insbesondere ein Reagieren. auf bevorstehendes Versagen des Werkzeugs bei Überlastung, kann daher bei den bekannten Umformwerkzeugen und Gesenkschmiedeaggregaten nicht erfolgen.
  • Als Stand der Technik ist die DE 44 16 874 A1 bekannt, die eine Messeinrichtung zur Ermittlung von Randspannungen betrifft. Hierbei wird ein Universalmessstift bereitgestellt, der als Kompaktkörper konzipiert ist. Als Sensoren dienen Dehnungsmessstreifen. Die Messeinrichtung besteht aus einem Aufnehmer, einem Übertragungselement sowie zwei separaten Messkörpern in Form eines Biegebalkens und eines Stauchzylinders, die miteinander verbunden in ein Schutzrohr fest eingesetzt sind.
  • Ferner sind die Dokumente DE 41 32 011 C2 , DE 197 20 747 C2 sowie DE 199 11 709 A1 als Stand der Technik bekannt.
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine vorzugsweise zeitnahe Aussage über die während des derzeitigen Umformvorgangs auf die Schmiedegravuren von Umformwerkzeugen wirkenden Prozessgrößen, wie z. B. Kräfte und/oder Temperaturen, ermöglicht. Es ist darüber hinaus eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches eine Überwachung und Steuerung des Schmiedeprozesses erlaubt.
  • Diese Aufgaben der Erfindung werden durch ein Umformwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den jeweils abhängigen Ansprüchen.
  • Es ist in erfindungsgemäßer Weise ein Umformwerkzeug und ein Verfahren geschaffen worden, welches in der Lage ist, die Einsatzbedingungen im Schmiedeprozess zu überwachen und zu dokumentieren sowie vorzugsweise den Betriebszustand abgestimmt auf jedes eingesetzte Werkzeug zu beeinflussen. Es wird somit ein Umformwerkzeug zur Verfügung gestellt, bei dem infolge der Überwachung der Umformvorgang vorzugsweise zielgerichtet optimiert werden kann. Dies führt zu einer Erhöhung der Standzeit der Umformwerkzeuge und zu einer Reduzierung der Werkzeugkosten je produziertem Werkstück.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht dem Hersteller von Umformwerkzeugen zudem, die Standzeit des eigenen Produkts vorzugsweise lückenlos zu dokumentieren und überdies einen unsachgemäßen Gebrauch des Umformwerkzeugs zu belegen.
  • Das erfindungsgemäße Umformwerkzeug hat eine Überwachungs- und Speichereinheit angeordnet, welche in der Lage ist, Betriebszustände des Umformwerkzeugs zu ermitteln und zu speichern. Diese Betriebszustände sind in vorteilhafter Weise die Temperaturen des Umformwerkzeugs oder des Werkstücks oder aber während des Schmiedeprozesses auf die Schmiedegravuren wirkende Kräfte, aber auch Spannungsverteilungen, relative Lageänderungen der Schmiedesättel zueinander etc. Ebenso ist es möglich, den korrekten Sprühmittelauftrag zwischen Arbeitsschritten zu ermitteln und zu speichern.
  • Gemäß der Erfindung ist die Überwachungs- und Speichereinheit innerhalb des Umformwerkzeugs angeordnet.
  • Bevorzugt ist eine Sende- und Empfangseinheit vorgesehen, insbesondere ein Transponder. Hierdurch wird die Möglichkeit eröffnet, die gespeicherten Daten drahtlos zu einer Auswerte oder Steuereinheit zu übermitteln. Darüber hinaus können derartige Transponder besonders einfach mit werkzeugspezifischen Daten wie Kennnummern, Werkstoffen, Einsatzzeiträumen, Nachbearbeitungsintervallen oder dergleichen versehen werden. Diese Daten können ebenfalls drahtlos abgefragt werden.
  • Transponder sind in einer Vielzahl aus dem Stand der Technik bekannt. So wird beispielsweise in der DE 197 20 747 A1 ein einen Transponder enthaltendes Sicherheitselement beschrieben, dass als fälschungssicheres Etikett oder Siegel verwendet werden kann, da durch seine spezielle Gestaltung mechanische Veränderungen des Elements nachträglich detektiert werden können. Ein in ähnlicher Weise verwendeter Transponder wird in der DE 199 11 709 A1 . beschrieben. Es wird ein Sicherheitssystem offenbart, welches in der Lage ist, Zustandsänderungen von mit Produkten gefüllten Verpackungseinheiten durch Manipulation Dritter zu erkennen.
  • In diesem Fall werden Druckänderungen über einen zum Sicherheitssystem gehörenden Sensor festgestellt und in dem Transponder gespeichert.
  • In gleicher Weise ist es eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, wenn die Überwachungs- und Speichereinheit innerhalb des Umformwerkzeugs insbesondere Grenzwertüberschreitungen speichert und somit eine Aussage über mögliche Ausfallursachen ermoglicht.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Uberwachungs- und Speichereinheit, vorzugsweise der Transponder, gegen Schwingungen gedampft und/oder gegenüber hohen Temperaturen und/oder Feuchtigkeit isoliert innerhalb des Umformwerkzeugs angeordnet. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs ist die Überwachungs- und Speichereinheit innerhalb einer Aussparung des Umformwerkzeugs von einem Isolier- und Vergussmaterial umgeben angeordnet. Hierdurch wird eine Vorrichtung geschaffen, welche an die rauhen Umgebungsbedingungen in einem Umformbetrieb besonders gut angepasst ist. Dies gilt insbesondere für den Schutz vor mechanischer Beschädigung, Feuchtigkeit, mechanischen Schwingungen, hohen Temperaturen und elektromagnetischen Fremdfeldern.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befindet sich die Überwachungs- und Steuereinheit, vorzugsweise der Transponder, im Datenaustausch mit einer Steuereinheit zur Steuerung des das Umformwerkzeug umfassenden Schmiedeaggregats. Somit kann in vorteilhafter Weise besonders zeitnah auf Veränderungen der Betriebszustände innerhalb des Umformwerkzeugs durch Veränderungen der Betriebsparameter reagiert werden.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs werden der Überwachungs- und Speichereinheit Daten von zusätzlichen Sensoren, Auswerteeinheiten oder Datenquellen übermittelt. Dies können beispielsweise zusätzliche Temperatur- und Kraftsensoren oder auch optische Bildverarbeitungsgeräte sein. Die Steuereinheit erhält somit eine Vielzahl von Messdaten, welche vorzugsweise unmittelbar bei der Steuerung des Schmiedeaggregats berücksichtigt werden können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs besitzt die Überwachungs- und Speichereinheit verschiedene Datenspeicher zur Speicherung von werkzeugspezifischen Daten, Grenzwerten und/oder Prozessdaten. Dabei sind die werkzeugspezifischen Daten vorzugsweise solche Daten, die charakteristisch für das jeweilige Umformwerkzeug sind. Dies sind beispielsweise Sachnummern, die Anzahl der Aufarbeitungen des Werkzeugs, Soll-Standmengen etc.. Die Grenzwerte sind diejenigen Daten, die für das Umformwerkzeug kritische Grenzwerte von Prozesskenngrößen beschreiben, so etwa die zulässige Presskraft oder die minimale Werkstücktemperatur. Die Prozessdaten schließlich sind verschiedene veränderliche, also während des Gebrauchs des Umformwerkzeugs ermittelte Daten sowie unveränderliche, vor Gebrauch eingelesene Daten wie beispielsweise eine Kennnummer für das verwendete Umformaggregat.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nur eine begrenzte Menge an veränderlichen Prozessdaten in dem dafür vorgesehenen Speicher gespeichert, wobei vorzugsweise die jeweils ältesten Daten jeweils von den jüngsten Daten überschrieben werden. Somit kann bei einer kontinuierlichen Speicherung von Prozessdaten regelmäßig auf die während des letzten Zeitintervalls erfassten Prozessdaten zugegriffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Überwachungs- und Speichereinheit einen Energiespeicher zur Versorgung aktiver Elemente und/oder Datenspeicher mit Energie auf. Hierdurch wird eine Vorrichtung geschaffen, die weitgehend unabhängig von externer Energieversorgung Messdaten erfassen, speichern und vorzugsweise übermitteln kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Uberwachungs- und Speichereinheit eine Antenne zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Signale auf. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Uberwachungs- und Speichereinheit daruber hinaus eine Empfangseinheit zum Empfang eingehender Signale sowie vorzugsweise zu deren Weiterleitung zu einer Auswerteeinheit auf. In einer überaus vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb der Überwachungs- und Speichereinheit eine Schaltung angeordnet, mittels derer die in mit der Antenne empfangenen elektromagnetischen Schwingungen gespeicherte Energie zurückgewonnen und vorzugsweise gespeichert werden kann. Somit ist eine Vorrichtung geschaffen worden, die besonders unabhängig von externer Energieversorgung ist und eine besonders lange Lebensdauer ohne Notwendigkeit des Wiederaufladens der Energiespeicher von außen besitzt.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Überwachung und Steuerung des Schmiedeprozesses in den oben beschriebenen Umformwerkzeugen. Dabei werden die Prozessdaten innerhalb zumindest eines Umformwerkzeugs und vorzugsweise in direkter Nahe zu der in dem Umformwerkzeug angeordneten Schmiedegravur erfasst, gespeichert und an eine Überwachungs- und Speichereinheit übermittelt. Somit kann die Überwachungs- und Speichereinheit aufgrund der nahezu zeitgleich innerhalb des Umformwerkzeugs ermittelten Daten den Prozess steuern. Insbesondere kann bei Überschreiten bestimmter vorzugsweise auf das jeweilige Werkzeug abgestimmter Grenzwerte ein Alarm ausgegeben werden oder ein Abschaltesignal an das Schmiedeaggregat gegeben werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die innerhalb des Umformwerkzeugs erfassten Prozessdaten die auf die Schmiedegravur einwirkenden Krafte und/oder die Temperaturen des Umformwerkzeugs und/oder das Einsatzgewicht des Rohteils und/oder die Temperaturen des zu schmiedenden Werkstücks sowie weitere Prozesskenngrößen, sofern erforderlich. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden sämtliche genannten Messgroßen in direkter Nähe der Schmiedegravur erfasst. In einer überaus vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemaßen Verfahrens werden zudem Kräfte und Temperaturen in verschiedenen Bereichen der Schmiedegravur erfasst. Somit wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, welches in besonders vorteilhafter Weise eine Vielzahl von Prozessdaten ermittelt und eine besonders gute Auswertung der wahrend des Umformvorgangs ablaufenden Prozesse ermöglicht. Zudem kann auch bei örtlich begrenzten Mehrbelastungen des Umformwerkzeugs bevorzugt zeitnah in den Schmiedeprozess eingegriffen werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Übermittlung der erfassten Prozessdaten drahtlos. Somit wird eine besonders einfache Übermittlungsart gewählt, bei der z. B. Fehler infolge vergessener Steckverbindungen oder Leitungen ausgeschlossen werden können.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dann besonders vorteilhaft ausgestaltet, wenn die Überwachungs- und Speichereinheit die übermittelten Prozessdaten mit vorab gespeicherten Daten abgleichen kann. Somit ist die Möglichkeit eröffnet, dass die Überwachungs- und Speichereinheit die erfassten Prozessdaten mit auf den Daten des jeweiligen Werkzeugtyps, wie beispielsweise Grenzwerte oder dergleichen, abgleicht und spezifische, auf das Werkzeug abgestimmte Steuersignale an das Schmiedeaggregat übermittelt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind derartige, auf den jeweiligen Werkzeugtyp abgestimmte Daten in externen Datenspeichern wie etwa PCs oder Computernetzwerken gespeichert. Somit kann in besonders vorteilhafter Weise ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, welches eine raschen Zugriff auf die Datensätze, beispielsweise zu deren Überarbeitung, Austausch oder Änderung, ermöglicht.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die übermittelten Prozessdaten vorzugsweise vollständig in externen Datenspeichern gespeichert. Somit wird eine nahezu lückenlose Dokumentation der Standzeit eines jeden verwendeten Werkzeugs ermöglicht. Zudem wird hierdurch die Ruckverfolgbarkeit von Ausfallursachen erleichtert, wodurch Optimierungen beim Werkzeugbau systematisiert werden können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Einlesen der Daten und/oder das Auslesen der in den Speichern erfassten Daten ausschließlich kodiert oder nach Eingabe eines Codes. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise der Zugriff zu den Daten durch Unberechtigte sicher unterbunden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind diese Codes ausschließlich dem Werkzeughersteller zur Verfügung stehende Zugriffscodes. Hierdurch wird dem Hersteller der Werkzeuge ermöglicht, auch nach Einbau des Werkzeugs eine Kontrolle über das Produkt zu behalten, den Ausfall von Werkzeugen zu untersuchen und insbesondere eine unsachgemäße Verwendung der Werkzeuge zu belegen.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von 14 näher erläutert, wobei die Figuren lediglich exemplarische Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen darstellen.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs und der integrierten, erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer vergrößerten Teilansicht,
  • 2 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemaßen Vorrichtung zur Übermittlung und Verarbeitung der mittels eines erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs detektierten Daten,
  • 3 zeigt die Ansicht eines erfindungsgemaßen Umformwerkzeugs gemäß 1, welchem in einem PC gespeicherte Daten übermittelt werden,
  • 4 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs, welches während des Einsatzes in einem Schmiedeaggregat in drahtlosem Kontakt zu einer Steuereinheit des Schmiedeaggregats sowie zu weiteren Datenquellen, z. B. Sensoren steht.
  • In 1 ist innerhalb eines Umformwerkzeugs 1 eine Überwachungs- und Speichereinheit 4 derart weit von der Schmiedegravur 2 als formgebendem Werkzeugbereich angeordnet, dass diese vor mechanischen Beschädigungen geschützt ist. Das die Uberwachungs- und Speichereinheit 4 umgebende Isolier- und Vergussmaterial 3 fixiert zum einen die Einheit 4 innerhalb des Umformwerkzeugs 1 und dämpft darüber hinaus Schwingungen und schützt die Einheit 4 vor zu hohen Temperaturen und Feuchtigkeit.
  • In 2 ist ein Blockschaltbild der Überwachungs- und Speichereinheit 4 dargestellt. Dabei sind zwei prinzipielle Varianten 4a und 4b zusammengefasst dargestellt. In der mit dem Kasten 4a umrahmten Variante dient die Antenne 4.2 dem Empfang und dem Versenden elektromagnetischer Signale. Mit dieser Antenne 4.2 ist eine Schaltung 4.3 zur Rückgewinnung der in den elektromagnetischen Schwingungen enthaltenen Energie verbunden, welche ihrerseits wiederum mit einem Energiespeicher 4.4 verbunden ist. Der Energiespeicher 4.4 versorgt die anderen aktiven Elemente und die Datenspeicher in der Schaltung mit Energie, solange sich die Überwachung- und Speichereinheit 4 nicht mit einer Sende- und Empfangseinrichtung (nicht gezeigt) in Kontakt befindet. Mit der Antenne 4.2 ist ebenfalls eine Empfangseinheit 4.5 verbunden, die der Demodulation des Sendesignals dient. Über eine Auswerteeinheit 4.6 werden die eingehenden Signale zu Steuersignalen für den Mikrocontroller 4.1 oder als Daten den Datenspeichern 4.7, 4.8, 4.9 zugeteilt. Der Identifikations-Datenspeicher 4.7 dient zur Abspeicherung der fur das Umformwerkzeug charakteristischen Daten wie beispielsweise Sachnummer, Anzahl der Aufarbeitungen, Soll-Standmenge etc.. Im Grenzwert-Datenspeicher 4.8 werden für das Umformwerkzeug kritische Grenzwerte von Prozesskenngrößen, so beispielsweise die zulässige Presskraft oder die minimale Werkstücktemperatur, abgelegt. Im Prozessdaten-Datenspeicher 4.9 werden Daten aus dem Prozess abgelegt, wobei verschiedene Prozessdaten zu unterscheiden sind. Es kann sich hierbei beispielsweise um eine Zählfunktion für die gefertigte Stückzahl handeln oder es werden unveränderliche Daten des Umformprozesses gespeichert, so beispielsweise eine Kennnummer für das verwendete Umformaggregat. Veränderliche Prozessdaten werden jeweils ähnlich einem Flugschreiber mit jeweils einer festgelegten Datenmenge gespeichert; im Fall einer kontinuierlichen Produktion ist dies gleichbedeutend mit einem festgelegten Zeitintervall, bei dem die jeweilig ältesten Datensätze gelöscht werden. Die Daten aus dem Grenzwert-Datenspeicher 4.8 werden laufend mittels eines Vergleichers 4.10 mit den Daten aus dem Prozessdaten-Datenspeicher 4.9 verglichen. Überschreitet ein Prozesskennwert einen vorgegebenen Grenzwert, so wird über den Mikrocontroller 4.1 ein Signal an die Sendeeinheit 4.11 gegeben, welches dann über die Antenne 4.2 abgestrahlt wird.
  • In der mit dem gestrichelten Rahmen umfasst dargestellten Variante 4b ist zusätzlich eine Signalverarbeitungseinheit 4.12, mit der Signale von externen Sensoren 5 direkt verarbeitet und im Prozessdaten-Datenspeicher 4.9 gespeichert werden können, mit der Überwachung- und Speichereinheit 4 verbunden. Bei den externen Sensoren 5 kann es sich beispielsweise um Temperatursensoren zur Messung der Temperatur des Umformwerkzeugs oder um Drucksensoren, welche den Umformdruck in der Wirkfuge des Schmiedeaggregats messen, handeln.
  • In 3 wird ein Umformwerkzeug 1 dargestellt, welchem mittels der Sende- und Empfangseinheit 6 Werkzeug-spezifische und -charakteristische Daten übermittelt werden. Die Daten werden hierbei von einem PC oder Rechnernetzwerk 7 in den Identifikations-Datenspeicher (nicht gezeigt) der Überwachungs- und Speichereinheit 4 geladen. Ebenso werden zulässige Grenzwerte von Prozessgrößen im Grenzwert-Datenspeicher (nicht gezeigt) gespeichert. Dabei können bei Bedarf mehrere Grenzwerte für eine Prozessgröße verwendet werden. So wird beispielsweise beim Überschreiten eines ersten Grenzwerts nur ein Alarm ausgelöst, wohingegen beim Überschreiten eines zweiten Grenzwerts ein Abschaltsignal erzeugt werden kann. Die hierfür notwendigen Daten können im PC oder Rechnernetzwerk 7 aus Datenbanken oder PPS-Systemen entnommen werden. Eine Codierung sorgt dabei dafür, dass nur der Hersteller die in der Überwachungs- und Speichereinheit 4 erfassten Daten auswerten und gegebenenfalls verändern kann.
  • In gleicher Konstellation wie in 3 können nach dem Gebrauch des Umformwerkzeugs 1 Daten aus der Überwachungs- und Speichereinheit 4 mittels der Sende- und Empfangseinheit 5 ausgelesen werden, um diese auf einem PC oder Rechnernetzwerk 7 zu speichern. Diese Daten können dann z. B. zwecks Kontrolle des Werkzeugeinsatzes oder zur Optimierung des Werkzeugs ausgewertet und analysiert werden.
  • In 4 wird ein eine Schmiedegravur 2 aufweisendes Umformwerkzeug 1 dargestellt, dessen Überwachungs- und Speichereinheit 4 über die Sende- und Empfangseinheit 8 in ständigem drahtlosen Kontakt mit der Maschinensteuerung 9 des Umformaggregats 11 und anderen Datenquellen 10, z. B. Sensoren, welche prozessrelevante Größen erfassen, steht. Die in der Maschinensteuerung 9 anfallenden oder von Sensoren 10 aufgenommenen Daten werden kontinuierlich in den Prozessdaten-Datenspeicher (nicht gezeigt) der Überwachungs- und Speichereinheit 4 ubertragen. Werden die im Grenzwert-Datenspeicher (nicht gezeigt) abgelegten Grenzwerte überschritten, werden von der Überwachungs- und Speichereinheit 4 entsprechende Signale abgegeben, die von der Sende- und Empfangseinheit (8) aufgenommen und beispielsweise zu Steuerbefehlen für die Maschinensteuerung 9 des Umformaggregats verarbeitet werden.

Claims (23)

  1. Umformwerkzeug (1), das wenigstens eine Schmiedegravur (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Umformwerkzeugs (1) eine Überwachungs- und Speichereinheit (4) zur Erfassung und Speicherung von Betriebszuständen des Umformwerkzeugs (1) und/oder des Werkstücks und/oder der Umgebungsbedingungen im Bereich des Umformwerkzeuges angeordnet ist.
  2. Umformwerkzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Betriebszustände des Umformwerkzeugs (1) an eine Sende- und Empfangseinheit (6) übermittelbar sind.
  3. Umformwerkzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs- und Speichereinheit (4) in der Nähe einer Schmiedegravur (2) angeordnet ist und als wesentliches Element einen Transponder umfasst oder in diesem integriert ist.
  4. Umformwerkzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs- und Speichereinheit (4) vorzugsweise gegen Schwingungen gedämpft und gegenüber hohen Temperaturen und/oder Feuchtigkeit isoliert innerhalb des Umformwerkzeugs (1) angeordnet ist.
  5. Umformwerkzeug (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs- und Speichereinheit (4) innerhalb des Umformwerkzeugs (1) von einem Isolier- und Vergussmaterial (3) umgeben ist.
  6. Umformwerkzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten und gespeicherten Betriebszustände Temperaturen des Umformwerkzeugs (1) und/oder des Werkstücks und/oder auf die Schmiedegravur (2) wirkende Kräfte und/oder das Einsatzgewicht des Rohteils und/oder weitere prozessrelevante Daten sind.
  7. Umformwerkzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Überwachungs- und Speichereinheit (4) über eine Sende- und Empfangseinheit (8) im Datenaustausch mit einer Steuereinheit (9) des das Umformwerkzeug umfassenden Schmiedeaggregats befindet.
  8. Umformwerkzeug (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Überwachungs- und Speichereinheit über eine Sende und Empfangseinheit (8) im Datenaustausch mit zusätzlichen Sensoren, Auswerteeinheiten und/oder Datenquellen (10) befindet.
  9. Umformwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Überwachungs- und Speichereinheit (4) gespeicherten Daten direkt an die Steuereinheit (9) übermittelbar sind.
  10. Umformwerkzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs- und Speichereinheit (4) einen Mikrocontroller (4.1) zur Steuerung der Vorgänge innerhalb der Überwachungs- und Speichereinheit (4) aufweist.
  11. Umformwerkzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs- und Speichereinheit (4) Datenspeicher (4.7, 4.8, 4.9) zur Speicherung von werkzeugspezifischen Daten und/oder von Grenzwerten und/oder von Prozessdaten aufweist.
  12. Umformwerkzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs- und Speichereinheit (4) einen Energiespeicher (4.4) zur Energieversorgung aktiver Elemente und/oder Datenspeicher (4.7, 4.8, 4.9) aufweist.
  13. Umformwerkzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs- und Speichereinheit (4) eine Antenne (4.2) zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Signale aufweist.
  14. Umformwerkzeug (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs- und Speichereinheit (4) eine Schaltung (4.3) zur Rückgewinnung der in den von der Antenne (4.2) aufgenommenen elektromagnetischen Signalen enthaltenen Energie aufweist.
  15. Umformwerkzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs- und Speichereinheit (4) eine Empfangseinheit (4.5) zum Empfang eingehender Signale und vorzugsweise zu deren Weiterleitung zu einer Auswerteeinheit (4.6) aufweist.
  16. Schmiedeaggregat umfassend mindestens ein Umformwerkzeug (1) nach einer der vorhergehenden Ansprüche.
  17. Verfahren zur Überwachung eines Schmiedeprozesses und Steuerung eines Umformwerkzeuges nach einem der Ansprüche 1–15, bei dem Prozessdaten innerhalb des Umformwerkzeugs (1) erfasst, aus einer Steuerung des Umformwerkzeuges (1) ausgelesen und/oder von weiteren externen Datenquellen (10) gemessen sowie an eine Überwachungs- und Speichereinheit (4) übermittelt werden.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Prozessdaten auf die Schmiedegravur (2) wirkende Kräfte und/oder Temperaturen des Umformwerkzeugs (1) und/oder Temperaturen des Werkstücks sind.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittlung der Prozessdaten drahtlos erfolgt.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17–19, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs- und Speichereinheit (4) die übermittelten Prozessdaten mit gespeicherten Daten abgleicht und gegebenenfalls Steuersignale an das Schmiedeaggregat übermittelt.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17–20, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Überwachungs- und Speichereinheit (4) gespeicherten Daten ausgelesen und danach in externen Datenspeichern, vorzugsweise PCs oder Computernetzwerken (7), gespeichert und weiter ausgewertet werden.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17–21, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlesen von Daten in die Datenspeicher (4.7, 4.8, 4.9) und vorzugsweise das Auslesen der Datenspeicher (4.7, 4.8, 4.9) nur kodiert und/oder nach Eingabe eines Codes erfolgt.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Code ein ausschließlich dem Hersteller des Umformwerkzeugs (1) zur Verfügung stehender Herstellercode ist.
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