DE19521525C2 - Gasdruckzylindersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasdruckzylindersystem zur Aufbringung von Niederhalterkräften in Ziehwerkzeugen der Blechumformung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Bei Pressen, in denen die Niederhalterkräfte durch hydraulisch betätigte Zieheinrichtungen im Pressentisch aufgebracht werden, läßt sich die Kennlinie der Niederhalterkraft 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 Einbau­ raum die nötige Stößelkraft. Der Stickstoffverbrauch ist vernachlässigbar, solange die Stickstoffzylinder gasdicht sind. Derartige Stickstoffzylinder haben in Abhängigkeit vom Weg des Pressenstößels eine line­ ar ansteigende Kennlinie mit zunehmender Niederhalterkraft. Diese Kennlinie ist während des Umform­ weges, d. h. des Pressenstößelweges über der Zeit, nicht veränderbar. Somit ermöglicht der Stickstoffzy­ linder nicht die Steuerung des Blecheinlaufs über dem Stößelweg.

Die EP 0069201 A2 beschreibt ein Gasdruckzylindersystem der gattungsgemäßen Art, das aus dem betrieblichen Druckluftnetz gespeist wird. Die in der Tiefstellung der Presse in dem Zylinder gespei­ cherte Energie wird in einen Druckluftspeicher überführt und anderweitig verwertet.

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

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik, als in der kolbenstangenseiti­ gen Kammer des Stickstoffzylinders ein durch die Drossel beeinflußbarer und einstellbarer Gegendruck aufgebaut werden kann. Dadurch kann man 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.

Einen vereinfachten und kompakten Aufbau erreicht man dadurch, daß die Drossel in den Stick­ stoffzylinder 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 der Kennlinie wird dadurch verbessert, daß zur Steuerung der Öffnung der Drossel eine in Abhängigkeit von dem Stößelweg wirksame Steuerkurve vorgesehen ist.

Der Blecheinlauf läßt sich dadurch auf die Niederhalterkraft abstimmen, daß die Drossel in einen Regelkreis für einen vorgebbaren Blecheinlauf eingefügt ist.

Hydraulische Pressen sind im unteren Totpunkt des Stößelhubs beim Umsteuern von Abwärtsbe­ wegung in Aufwärtsbewegung normalerweise drucklos. Beim Einbau von Werkzeugen mit Stickstoffzy­ lindersystemen kann in diesem Umsteuerintervall der Pressenstößel durch die Stickstoffzylinder hochge­ drückt werden, wodurch das Blechformteil beschädigt werden kann.

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

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

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

Fig. 1 ein Ziehwerkzeug mit Stickstoffzylindern,

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 wirkenden mechanischen oder hydrau­ lischen 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 Werk­ zeugoberteil 5 ist an dem Pressenstößel 4 befestigt. Das Werkzeugoberteil 5 bildet zusammen mit dem Ziehstempel 2 die Werkzeugkavität. Die Stickstoffzylinder 3, von denen 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 Niederhalterkraft F_N die Blechränder. Der Einzugbewegung des Blechs wirken die Reibungskräfte F_R entgegen. Die Niederhalterkraft F_N muß so gewählt bzw. eingestellt wer­ den, 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 Niederhalterkraft F_N proportional ist, mehr oder minder am Einfließen in die Werkzeugkavität gehindert wird. Hierüber läßt sich der Blechum­ formprozeß steuern bzw. regeln. Die Niederhalterkraft F_N muß also einerseits so groß sein, daß die Fal­ tenbildung vermieden wird, und darf andererseits nicht so weit ansteigen, daß der Blecheinlauf zu stark behindert wird und 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 Pressen­ tisch die Niederhalterkräfte aufgebracht werden, bekannt.

Die Stickstoffzylindersysteme umfassen mehrere Stickstoffzylinder 3, auch Stickstoffedern ge­ nannt, deren Arbeitsdruckkammern 12 über eine Speiseleitung 13 mit einem unter hohem Druck ste­ henden Stickstoffspeicher 8 verbunden sind. Nach dem Stand der Technik ist die kolbenstangenseitige Kammer 15 zur Atmosphäre offen. Damit ergibt sich ein linearer Anstieg der Niederhalterkraft in Ab­ hängigkeit 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 Dros­ sel 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 Absperr­ ventil 18 angeschlossen. Schließlich ist ein Sicherheitsventil 19 vorgesehen. Somit baut sich in der kol­ benstangenseitigen 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 uund der Kolbenquer­ schnittsfläche 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 Grenz­ fall dar.

Die weiteren Kurven in Fig. 5 gelten für geschlossenes Absperrventil 18 und zunehmende Öff­ nungsgrade 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 Drosselstellung für zunehmende Stößelgeschwindigkeiten über dem Hub. Für geringer werdende Stößelgeschwindigkeiten über dem Stößelweg ergibt sich eine größer wer­ dende 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 Steu­ erkurven 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 kolbenstangenseiti­ gen Kammer des Stickstoffzylinders durch die Drossel 17 beeinflußbar.

Claims (7)

1. System zur Aufbringung von Niederhalterkräften in Ziehwerkzeugen der Blechumformung durch Gasdruckzylinder, wobei die Arbeitsdruckkammer jedes Gasdruckzylinders über eine Speiselei­ tung mit einem Druckspeicher verbunden ist und die kolbenstangenseitige Kammer jedes Gasdruckzylin­ ders gasdicht ausgeführt und über eine Leitung mit der Speiseleitung verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gasdruckzylinder als Stickstoffzylinder ausgebildet sind und daß die Leitung (16) eine einstellbare Drossel (17) enthält.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (17) in den Stickstoffzylin­ der integriert ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, 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.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückhubanordnung in die Speiseleitung (13) einerseits ein Rückschlagventil (20) und andererseits, parallel zu dem Rück­ schlagventil (20), eine Drossel (21) und ein Absperrventil (22) eingebaut sind.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückhubanordnung in die Boden­ platte jedes Stickstoffzylinders (3) eingebaut ist.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Öffnung der Drossel (15) eine in Abhängigkeit von dem Stößelweg wirksame Steuerkurve vorgesehen ist.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel in einen geschlossenen Regelkreis integriert ist, der die Niederhalterkraft bzw. den Druck A_K in der Arbeitskam­ mer (12) für einen vorgebbaren Blecheinlauf regelt.