DE19521525A1 - Stickstoffzylindersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Aufbringung von Niederhalterkräften in Ziehwerkzeugen der Blechumformung durch Stickstoffzylinder, wobei die Arbeitsdruckkammer jedes Stickstoffzylinders über eine Speiseleitung mit einem Druckspeicher verbunden ist.

Bei Pressen, in denen die Niederhaltekräfte durch hydraulisch betätigte Zieheinrichtungen im Pressentisch aufgebracht werden, läßt sich die Kennlinie der Niederhaltekraft in Abhängigkeit vom Weg des Pressenstößels und/oder vom Blecheinlauf steuern.

Stickstoffzylinder sind in Werkzeugen zur Blechumformung sehr vorteilhaft, weil sie einfach bedienbar und einfach einbaubar sind. Sie benötigen von der Presse außer einem hinreichenden Einbauraum die nötige Stößelkraft. Der Stickstoffverbrauch ist vernachlässigbar, solange die Stickstoffzylinder gasdicht sind. Derartige Stickstoffzylinder haben in Abhängigkeit vom Weg des Pressenstößels eine linear ansteigende Kennlinie mit zunehmender Niederhalterkraft. Diese Kennlinie ist während des Umformweges, d. h. des Pressenstößelweges über der Zeit, nicht veränderbar. Somit ermöglicht der Stickstoffzylinder nicht die Steuerung des Blecheinlaufs über dem Stößelweg.

Aufgabe der Erfindung ist eine solche Ausbildung des Stickstoffzylindersystem, daß weitgehend beliebige Änderungen und Variationen des Kennlinienverlaufs der Niederhalterkraft ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die kolbenstangenseitige Kammer des Stickstoffzylinders gasdicht ausgeführt und über eine Leitung, die eine Drossel enthält, mit der Speiseleitung verbunden ist.

Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik, als in der kolbenstangenseitigen Kammer des Stickstoffzylinders ein durch die Drossel beeinflußbarer Gegendruck aufgebaut werden kann. Dadurch kann man auch degressive Kennlinien der Niederhalterkraft erzeugen, so daß das Verhalten eines mit derart modifizierten Stickstoffzylindern versehenen Werkzeugs dem Verhalten eines mit einer hydraulischen Zieheinrichtung betätigten Niederhalters im wesentlichen gleich ist.

Eine zusätzliche Anpassung wird dadurch erzielt, daß die Drossel einstellbar ausgebildet ist.

Einen vereinfachten und kompakten Aufbau erreicht man dadurch, daß die Drossel in den Stickstoffzylinder integriert ist.

Eine lineare Kennlinie wird dadurch sichergestellt, daß die Leitung über eine Zweigleitung und ein Absperrventil mit der Atmosphäre verbindbar ist und daß die Drossel ebenfalls absperrbar ist.

Die Anpaßbarkeit wird dadurch verbessert, daß zur Steuerung der Drossel eine Programmierung und/oder Steuerkurve vorgesehen ist.

Der Bleicheinlauf wird dadurch wirksam, daß die Drossel in einen Regelkreis für einen vorgebbaren Blecheinlauf eingefügt ist.

Hydraulische Pressen sind im unteren Totpunkt des Stößelhubs beim Umsteuern von Abwärtsbewegung in Aufwärtsbewegung normalerweise drucklos. Beim Einbau von Werkzeugen mit Stickstoffzylindersystemen kann in diesem Umsteuerungsintervall der Pressenstößel durch die Stickstoffzylinder hochgedrückt werden, wodurch das Blechformteil beschädigt werden kann.

Die Erfindung soll daher eine Rückhubanordnung mit verzögertem Rückhubverhalten für Stickstoffzylinder bereitstellen. Hierzu werden in die Speiseleitung einerseits ein Rückschlagventil und andererseits, parallel zu dem Rückschlagventil, eine Drossel und ein Absperrventil eingebaut.

Eine besonders kompakte und einbaufreundliche Anordnung wird dadurch erzielt, daß die Rückhubanordnung in die Bodenplatte des Stickstoffzylinders eingebaut wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert, in denen darstellen:

Fig. 1 ein Ziehwerkzeug mit Stoffzylindern,

Fig. 2 den Blecheinlauf im Bereich des Niederhalters,

Fig. 3 das Stickstoffzylindersystem nach der Erfindung,

Fig. 4 Niederhalterkraftkurve für konstante Drosselöffnungen,

Fig. 5 Niederhalterkraftkurve für konstante Stößelgeschwindigkeit über den Stößelhub und

Fig. 6 eine Anordnung wie Fig. 3, jedoch mit verzögertem Rückhubverhalten.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ziehwerkzeug in einer einfach wirkendem mechanischen oder hydraulischen Presse zum Ziehen von Blechformteilen. Auf einem Pressentisch 1 sitzt das Werkzeugunterteil bestehend aus einem Ziehstempel 2 und mehreren Stickstoffzylindern 3 sowie Niederhalter 6. Das Werkzeugoberteil 5 ist an dem Pressenstößel 4 befestigt. Das Werkzeugoberteil 5 bildet zusammen mit dem Ziehstempel 2 die Werkzeugkavität. Die Stickstoffzylinder 3, von den zwei gezeichnet sind, wirken auf den Niederhalter 6, zwischen dem und der Unterseite der Werkzeugoberteils 5 das Blech 7 gehalten wird. Außerdem ist ein Speicher 8 für Stickstoff zu erkennen, was noch im Einzelnen erläutert wird.

Durch die Stempelkraft F_St wird das Blech 7 in die Werkzeugkavität eingezogen und umgeformt. Der Niederhalter 6 hält mit der Niederhaltekraft F_N die Blechränder. Der Einzugbewegung des Blechs wirken die Reibungskräfte F_R entgegen. Die Niederhalterkraft F_N muß so gewählt bzw. eingestellt werden, daß sich einerseits keine Falten (Falten 1. Art) im Blech 7 bilden und andererseits das Blech 7 durch die Reibungskraft F_R, die bei Annahme Coulombscher Reibung der Niederhaltekraft F_N proportional ist, mehr oder minder am Einfließen in die Werkzeugkavität gehindert wird. Hierüber läßt sich der Blechumformprozeß steuern bzw. regeln. Die Niederhaltekraft F_N muß also einerseits so groß sein, daß die Faltenbildung vermieden wird, und darf andererseits nicht so weit ansteigen, daß der Blecheinlauf zu stark behindert wird, daß Reißer im Formteil entstehen.

Fig. 2 zeigt die Erfassung des Blecheinlaufs am Niederhalter 6. Der Einlauf des Blechs 7 kann mit einem Sensor 9 oder einem Fühler 10 an der Kante 11 des Blechs 7 gemessen werden. Man kann den Einlaufweg der Kante 11 als Funktion des Weges des Pressenstößels oder den Einlaufweg der Blechkante über der Zeit bei bekannter Stößelgeschwindigkeit vorgeben und die Niederhalterkraft entsprechend regeln.

Diese Arbeitsweise ist bei Pressen, bei denen über eine hydraulische Zieheinrichtung im Pressentisch die Niederhaltekräfte aufgebracht werden, bekannter Stand der Technik.

Die Stickstoffzylindersysteme umfassen mehrere Stickstoffzylinder 3, auch Stickstoffedern genannt, deren Arbeitsdruckkammern 12 über eine Speiseleitung 13 mit einem unter hohem Druck stehenden Stickstoffspeicher 8 verbunden sind. Nach dem Stand der Technik ist die kolbenstangenseitige Kammer 15 zur Atmosphäre offen. Damit ergibt sich ein linearer Anstieg der Niederhaltekraft in Abhängigkeit von dem Hub des Pressenstößels 4, der dem Kolbenweg des Stickstoffzylinders gleich ist. Dieses ist nicht steuerbar oder veränderbar.

Nach der Erfindung ist auch die kolbenstangenseitige Kammer 15 des Stickstoffzylinders gasdicht ausgeführt und über einen Rohranschluß und eine Leitung 16 und eine einstellbare und absperrbare Drossel 17 mit der Speiseleitung 13 und damit der Arbeitsdruckkammer 12 des Stickstoffzylinders verbunden. An die Leitung 16 ist eine in die Atmosphäre mündende Zweigleitung 14 mit einem schaltbaren Absperrventil 18 angeschlossen. Schließlich ist ein Sicherheitsventil 19 vorgesehen. Somit baut sich in der kolbenstangenseitigen Kammer 15 ein Gegendruck P_Geg auf, der multipliziert mit der Ringfläche A_KR des Kolbens der Kraft in der Druckkammer, die sich aus dem Systemdruck P_Syst und der Kolbenquerschnittsfläche A_K ergibt, entgegenwirkt.

Die Niederhalterkraft F_N über dem Weg des Pressenstößels 1 ergibt sich mit der Anzahl n der Stickstoffzylinder:

F_N(s) = n [P_Syst A_K - P_Geg A_KR]

Somit kann man durch Einstellung der Drossel 17 und durch Betätigung des Absperrventils 18 unterschiedliche Kennlinien erzeugen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen Niederhalterkraftkurven für verschiedene Drosseleinstellungen. Fig. 4 gilt bei konstanter Drosselstellung für verschiedene Geschwindigkeiten des Pressenstößels über dem Hub und Fig. 5 für konstante Geschwindigkeit des Pressenstößels, jedoch verschiedene Drosselstellungen.

Die Kurve a ist jeweils die konventionelle lineare Kennlinie, die durch Schließen der Drossel 17 und Öffnen des Absperrventils 18 zur Atmosphäre erreicht wird. Dieses stellt den konventionellen Grenzfall dar.

Die weiteren Kurven in Fig. 5 gelten für geschlossenes Absperrventil 18 und zunehmende Öffnungsgrade der Drossel 15. Man kann so unterschiedliche degressive Kennlinien erhalten.

Bei fester Einstellung der Drossel ergibt sich so eine vorgebbare Niederhalterkraft-Stößelweg-Kurve.

Fig. 4 gilt bei konstanter Drosseleinstellung für zunehmende Stößelgeschwindigkeiten über dem Hub. Für geringer werdende Stößelgeschwindigkeiten über dem Stößelweg ergibt sich eine größer werdende Degression der Kennlinie.

Fig. 5 gilt für konstante Geschwindigkeit des Pressenstößels über den Hub. Gezeigt sind Kurven für verschiedene Drosseleinstellungen.

Durch programmierbare Steuerung der Drosselstellung und/oder der Stößelgeschwindigkeit über dem Stößelweg lassen sich beliebige degressive Kennlinien erhalten. Es ist auch eine Steuerung mit Steuerkurven möglich. Es ist auch eine Regelung der Drosselstellung in Abhängigkeit vom Sollverlauf des Blecheinlaufs möglich.

Fig. 6 zeigt ein verzögertes Rückhubsystem für Stickstoffzylinder. Zusätzlich zu Fig. 3 sind in die Bodenplatte des Stickstoffzylinders 3 einerseits ein Rückschlagventil 20 und andererseits, parallel zu dem Rückschlagventil 20, eine Drossel 21 und ein Absperrventil 22 eingebaut. Da Stickstoff nur durch die Drossel 21 begrenzt nachströmen kann, ergibt sich eine Rückhubverzögerung.

Das Rückhubverhalten ist auch durch das Rückströmen des Stickstoffs aus der kolbenstangenseitigen Kammer des Stickstoffzylinders durch die Drossel 17 beeinflußbar.

Claims (8)

1. System zur Aufbringung von Niederhalterkräften in Ziehwerkzeugen der Blechumformung durch Stickstoffzylinder, wobei die Arbeitsdruckkammer jedes Stickstoffzylinders über eine Speiseleitung mit einem Druckspeicher verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die kolbenstangenseitige Kammer (15) des Stickstoffzylinders (3) gasdicht ausgeführt und über eine Leitung (16), die eine Drossel (17) enthält, mit der Speiseleitung (13) verbunden ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel einstellbar ausgebildet ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (17) in den Stickstoffzylinder integriert ist.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (16) über eine Zweigleitung (14) und ein Absperrventil (18) mit der Atmosphäre verbindbar ist und daß die Drossel (17) ebenfalls absperrbar ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückhubanordnung in die Speiseleitung (13) einerseits ein Rückschlagventil (20) und andererseits, parallel zu dem Rückschlagventil (20), eine Drossel (21) und ein Absperrventil (22) eingebaut sind.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückhubanordnung in die Bodenplatte des Stickstoffzylinders (3) eingebaut ist.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Drossel eine Programmierung und/oder Steuerkurve vorgesehen ist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel in einen geschlossenen Regelkreis integriert ist, der die Niederhaltekraft bzw. den Druck A_K in der Arbeitskammer (12) für einen vorgebbaren Blecheinlauf eingefügt ist.