DE19648708C2

DE19648708C2 - Controlled cooling of a hot forming tool

Info

Publication number: DE19648708C2
Application number: DE1996148708
Authority: DE
Inventors: Herbert Rueger
Original assignee: Langenstein and Schemann GmbH
Current assignee: Langenstein and Schemann GmbH
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1996-11-25
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2016-11-26
Also published as: DE19648708A1

Description

Die Erfindung betrifft eine gesteuerte Kühlung eines Warmumform- Werkzeugs, bei der einer Messstelle des Werkzeugs ein auf Infrarotlicht an sprechendes Temperaturmessorgan zugeordnet ist, bei der eine Kühlmittel zufuhr zu der Messstelle vorgesehen ist und bei der ein Vergleich des Tem peratur-Messwerts mit einem Temperatur-Sollwert vorgesehen ist und aus dem Vergleich unter Rechnung die Einstellung der Kühlmittelzufuhr erfolgt.The invention relates to controlled cooling of a hot-forming Tool, at a measuring point of the tool on infrared light speaking temperature measuring element is assigned, in which a coolant supply to the measuring point is provided and in which a comparison of the tem temperature measured value is provided with a temperature setpoint and off the comparison takes into account the setting of the coolant supply.

Ein Warmumform-Werkzeug ist z. B. ein Gesenkwerkzeug und umfasst z. B. nur eine Gravur bzw. Form für ein Werkstück, d. h. nur ein Einzelwerkzeug, oder mehrere Gravuren bzw. Formen für mehrere Werkstücke, d. h. mehrere Einzelwerkzeuge. Da das Werkstück für die Umformung heiß ist, ist das Werkzeug großen thermischen Belastungen ausgesetzt. Um diese Belastun gen beherrschen zu können, wird das Werkzeug gekühlt. Die Kühlung er folgt entweder durch Besprühen der Werkzeugoberfläche mit einem Wasser- Luft-Gemisch als Kühlmittel oder, indem eine Flüssigkeit als Kühlmittel durch Kühlkanäle im Inneren des Werkzeugs geleitet wird. Für einen wirt schaftlichen Einsatz des Werkzeugs ist es zweckmäßig, das Werkzeug inner halb eines bestimmten Temperaturbereichs zu betreiben. Ist die Temperatur des Werkzeugs gegenüber dem bestimmten Temperaturbereich zu niedrig, kommt es bei Berührung mit dem warmen Werkstück zu unzulässig hohen Thermospannungen im Werkzeug. Ist die Temperatur zu hoch, steigt der Verschleiß des Werkzeugs wegen sinkender mechanischer Belastbarkeit.A hot forming tool is e.g. B. a die tool and includes z. B. only one engraving or shape for a workpiece, d. H. just a single tool, or multiple engravings or shapes for multiple workpieces, d. H. several Single tools. Since the workpiece is hot for forming, it is Tool exposed to high thermal loads. To this burden the tool is cooled. The cooling he follows either by spraying the tool surface with a water Air mixture as a coolant or by adding a liquid as a coolant is passed through cooling channels inside the tool. For a host economic use of the tool, it is appropriate to the tool inside operate within a certain temperature range. Is the temperature the tool is too low compared to the specified temperature range, contact with the warm workpiece leads to impermissibly high levels Thermal stresses in the tool. If the temperature is too high, the temperature rises Tool wear due to decreasing mechanical resilience.

Bei einer durch die Praxis bekannten gesteuerten Kühlung der eingangs ge nannten Art ist einem als Dorn ausgebildeten Werkzeug ein Temperatur messorgan in Form nur eines Temperatursensors zugeordnet. Die vom Temperatursensor ermittelte Temperatur einer Messstelle des Dorns wird von einem Bedienungsmann abgelesen und im Kopf mit einem Sollwert ver glichen. Daraus errechnet sich der Bedienungsmann im Kopf eine bestimmte Einstellung der Kühlmittelzufuhr, die er manuell verwirklicht. Es wird mit mehreren, z. B. 30 Sprühdüsen Kühlmittel auf den Dorn gesprüht. In vielen Fällen, z. B. wenn die Gestaltung des Werkzeugs komplex ist, lassen sich mit nur einem Temperatursensor an dem Werkzeug mehrere verschiedene Tem peraturen an verschiedenen Stellen nicht verwirklichen, die für einen wirt schaftlichen Einsatz des Werkzeugs zweckmäßig sind.In a controlled cooling known from practice the ge named type is a tool designed as a mandrel a temperature Measuring element in the form of only one temperature sensor assigned. The one from the temperature sensor temperature of a measuring point of the mandrel is determined by an operator read and ver in the head with a setpoint equalized. From this, the operator calculates a certain one in the head Setting the coolant supply, which he realizes manually. It will be with several, e.g. B. 30 spray nozzles of coolant sprayed onto the mandrel. In many Cases, e.g. B. if the design of the tool is complex, with only one temperature sensor on the tool several different tem do not realize temperatures in different places that will benefit you economic use of the tool are appropriate.

Aus der DE 42 33 035 C1 ist eine gesteuerte Kühlung eines Werkzeugs be kannt, bei der einer Messstelle des Werkzeugs ein auf Infrarotlicht anspre chendes Temperaturmessorgan zugeordnet ist, bei der eine Kühlmittelzufuhr zu der Messstelle vorgesehen ist. Weiterhin ist die Auswertung des Tempera tur-Messwertes vorgesehen, woraus unter Berechnung die Einstellung der Kühlmittelzufuhr erfolgt. Für die Berechnung und die Einstellung ist ein Rechner-Einstell-Gerät und als Temperaturmessorgan eine Wärmebildkame ra vorgesehen.From DE 42 33 035 C1 is a controlled cooling of a tool be knows at which a measuring point of the tool responds to infrared light The corresponding temperature measuring element is assigned, in which a coolant supply to the measuring point is provided. Furthermore, the evaluation of the tempera tur measured value provided, from which the setting of the Coolant is supplied. For the calculation and the setting is a Computer setting device and as a temperature measuring device a thermal image ra provided.

Bei dieser gesteuerten Kühlung ist das Werkzeug als ein spanabhebendes Werkzeug, beispielsweise als Drehmeißel ausgebildet. Dieses Werkzeug ist nur mit einer Messstelle versehen. Bei einem spanabhebenden Werkzeug ge nügt es, zwecks Kühlung des Werkzeugs dieses mit nur einer Messstelle und nur einer Kühlmittelzufuhr zu versehen. Aus dieser Entgegenhaltung lassen sich keine Hinweise entnehmen, die sich auf Vorrichtungen beziehen, bei denen mehrere verschiedene Messstellen vorgesehen sind.With this controlled cooling, the tool is considered a cutting Tool, for example designed as a turning tool. This tool is provided with only one measuring point. With a cutting tool it suffices to cool the tool with only one measuring point and only one coolant supply. Leave out of this citation there are no indications relating to devices at where several different measuring points are provided.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gesteuerte Kühlung der ein gangs genannten Art zu schaffen, mit der an mehreren verschiedenen Stellen des Warmumform-Werkzeugs verschiedene Temperaturen bzw. Temperatur bereiche überwachbar bzw. einhaltbar sind. Die erfindungsgemäß gesteuerte Kühlung ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekennzeichnet, dass eine Viel zahl von Messstellen mit jeweils zugeordnetem Temperaturmessorgan und jeweils zugeordneter gesonderter und gesondert einstellbarer Kühlmittelzu fuhr vorgesehen ist, dass für die vergleichende Rechnung und die Einstel lung ein Rechner-Einstell-Gerät vorgesehen ist und dass der Vielzahl von Messstellen als Temperaturmessorgan eine Wärmebildkamera zugeordnet ist, die die Temperaturen der vielzähligen Messstellen in Form eines gemessenen Wärmeverteilungsbildes an das Rechner-Einstell-Gerät liefert.An object of the invention is therefore a controlled cooling of the to create the type mentioned above, with the in several different places of the hot forming tool different temperatures or temperature areas can be monitored or complied with. The controlled according to the invention Cooling is solving this problem, characterized in that a lot number of measuring points with respectively assigned temperature measuring element and each assigned separate and separately adjustable coolant drove that is provided for the comparative calculation and the hiring a computer setting device is provided and that the variety of A thermal imaging camera is assigned to measuring points as a temperature measuring element, which the temperatures of the numerous measuring points in the form of a measured Provides heat distribution image to the computer setting device.

Entsprechend der Komplexität des zu kühlenden Warmumform-Werkzeugs sind die vielzähligen Messstellen vorgesehen. Mit Vielzahl ist gemeint, dass z. B. 100 Stellen des Werkzeugs betrachtet und ggf. im Rechner-Einstell- Gerät verarbeitet werden. Wegen der Vielzahl von Messstellen sind das Rechnen und das Einstellen mittels des Rechner-Einstell-Geräts automati siert und damit unabhängig von einem Bedienungsmann. Entscheidend für die Erfindung ist, dass nicht entsprechend der Vielzahl von Messstellen eine Vielzahl von Wärmesensoren vorgesehen ist, sondern die Wärmebildkamera, die berührungslos arbeitet. Durch diese Verwendung der Wärmebildkamera in einem Regelkreis und mit einer automatisierten Steuerfunktion sind die Vielzahl von einzelnen Temperatursensoren und deren Nachteile vermieden. Mit Wärmeverteilungsbild ist hier die Summe der Information gemeint, die die Wärmebildkamera von der betrachteten Wärmeverteilung des Werkzeugs aufnimmt und zur Verwertung weitergibt. Das Problem der verbesserten Kühlung eines komplexen Warmumform-Werkzeugs ist mit Hilfe der Wär mebildkamera und eines elektronischen Bildverarbeitungssystems sowie einer geeigneten nachgeschalteten Werkzeug-Kühleinrichtung auf sehr wirtschaft liche Art und Weise gelöst. Das Rechner-Einstell-Gerät enthält ein Sollwert- Wärmeverteilungsbild, das mit dem gemessenen Wärmeverteilungsbild ver glichen wird. Eine geeignete Wärmebildkamera und ein geeignetes Rechner- Einstell-Gerät-System sind durch die Unternehmen Siemens und Agema be kannt.According to the complexity of the hot forming tool to be cooled the numerous measuring points are provided. By variety is meant that z. B. 100 positions of the tool are considered and, if necessary, in the computer setting Device are processed. Because of the large number of measuring points, these are Calculate and adjust automatically using the computer setting device based and therefore independent of an operator. Crucial for the invention is that not according to the large number of measuring points Variety of heat sensors is provided, but the thermal imager, that works without contact. By using the thermal imager in a control loop and with an automated control function Large number of individual temperature sensors and their disadvantages avoided. By heat distribution image is meant the sum of the information that the thermal imaging camera from the observed heat distribution of the tool records and passes on for recycling. The problem of the improved Cooling a complex hot-forming tool is done with the help of heat camera and an electronic image processing system and one suitable downstream tool cooling device on very economical solved way. The computer setting device contains a setpoint Heat distribution image that ver with the measured heat distribution image is compared. A suitable thermal imaging camera and a suitable computer Setting device system are by the companies Siemens and Agema be known.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn der Wärmebildkamera ein Sichtschirm zur sichtbaren Darstellung des gemessenen Wärmevertei lungsbildes zugeordnet ist. Der Sichtschirm erlaubt es, den gesteuerten Kühlungsvorgang laufend visuell zu verfolgen und das Rechner-Einstell-Gerät in Anpassung an das jeweilige Werkstück und den jeweiligen Umformvorgang zu justieren.It is particularly expedient and advantageous if the thermal imager a screen to visibly display the measured heat distribution is assigned. The screen allows the controlled cooling process constantly visually track and the calculator setting device in Adaptation to the respective workpiece and the respective forming process to adjust.

Aufgrund der Erfindung wird z. B. folgendermaßen gearbeitet: Nach jedem Arbeitsspiel der das Werkzeug aufweisenden Umformmaschine wird mit der Wärmebildkamera von dem Werkzeug ein Bild aufgenommen. Das aufge nommene, gemessene Wärmeverteilungsbild wird mittels des nachgeschalte ten Bildverarbeitungssystems auf dem Sichtschirm dargestellt. Er zeigt, z. B. durch eine farbliche Darstellung, die unterschiedlichen Temperaturen. Man gibt in das Rechner-Einstell-Gerät Grenzwerte bzw. Sollwertbereiche, z. B. in Form von Farben, ein. Wird einer dieser Grenzwerte an irgendeiner Stelle überschritten, so wird automatisch an dieser Stelle intensiver gekühlt, indem das entsprechende Steuerventil etwas länger angesteuert wird. Bei Unter schreitung bestimmter Grenzwerte erfolgt die Korrektur in umgekehrter Richtung. Das Ergebnis von Einstellungsänderungen kann man sofort nach dem nächsten Arbeitsspiel der Umformmaschine am Sichtschirm begutach ten. Dies geschieht bei laufender Umformmaschine.Due to the invention, for. B. worked as follows: After each Working cycle of the forming machine having the tool is carried out with the Thermal imaging camera taken a picture of the tool. That up taken, measured heat distribution image is followed by the th image processing system shown on the screen. He shows e.g. B. through a color representation, the different temperatures. you gives limit values or setpoint ranges, e.g. B. in the form of colors, a. Will any of these limits anywhere exceeded, cooling is automatically intensified at this point by the corresponding control valve is activated a little longer. At sub If certain limit values are exceeded, the correction is carried out in reverse Direction. The result of changes in settings can be seen immediately the next working cycle of the forming machine on the viewing screen This happens when the forming machine is running.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn die gesteuerte Kühl mittelzufuhr jeweils mittels Sprühdüse erfolgt. Da die erfindungsgemäß ge steuerte Kühlung schnell arbeiten soll, ist eine schnell wirksame Kühlmittelzufuhr zweckmäßig, die mittels innerer Kühlkanäle nur schwer zu erreichen ist.It is particularly expedient and advantageous if the controlled cooling medium supply takes place in each case by means of a spray nozzle. Since the ge according to the invention Controlled cooling should work quickly, is a quick effective one Coolant supply is advisable, which is difficult to do by means of internal cooling channels to achieve.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es auch, wenn das Warmumform- Werkzeug mehrere Gravuren (Formen) umfasst und die Vielzahl von Mess stellen auf die mehreren Gravuren verteilt ist. Besonders bei einem Gesenk- Werkzeug mit mehreren Gravuren ist die Zahl der zu überwachenden Mess stellen so groß, dass die Überwachung mittels einzelner Wärmesensoren un zweckmäßig ist. It is also particularly expedient and advantageous if the hot-forming Tool includes multiple engravings (shapes) and the multitude of measuring places on the several engravings. Especially with a die Tool with multiple engravings is the number of measurements to be monitored so large that the monitoring by means of individual heat sensors un is appropriate.

In der Regel ist einem Warmumform-Werkzeug eine einstellbare Schmiermit telzufuhr mittels Sprühdüse zugeordnet. Je nach der Temperatur des Werk zeugs ist mehr oder weniger Schmiermittel aufzutragen. Besonders zweck mäßig und vorteilhaft ist es daher, wenn die Schmiermittelzufuhr mittels des Rechner-Einstell-Geräts gesteuert ist. Es wird also das Schmiermittel an den einzelnen Werkzeugstellen in der Menge aufgetragen, die der gemessenen Temperatur der Werkzeugstelle entspricht.As a rule, a hot-forming tool is an adjustable lubricant assigned by means of a spray nozzle. Depending on the temperature of the plant more or less lubricant should be applied. Special purpose It is therefore moderate and advantageous if the lubricant supply by means of Computer setting device is controlled. So it gets the lubricant on the individual tool points in the amount that the measured Temperature of the tool point corresponds.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darge stellt und zwar eine schematische Darstellung einer gesteuerten Kühlung eines Warmumform-Werkzeugs.In the drawing, a preferred embodiment of the invention is Darge provides a schematic representation of a controlled cooling of a hot forming tool.

Die gesteuerte Kühlung gemäß Zeichnung gehört zu einer nicht näher ge zeigten Umformmaschine, die auf einem Maschinentisch 1 ein Warmum form-Gesenk-Werkzeug 2 trägt, das aus mehreren Einzelwerkzeugen 3 in Form von Gravuren bzw. Formen besteht. Das Werkzeug 2 ist zu einem Zeitpunkt gezeigt, in dem die Einzelwerkzeuge frei sind von Werkstücken und in dem in die Einzelwerkzeuge Sprühdüsen 4 eingefahren sind. Es sind pro Einzelwerkzeug 3 mehrere Sprühdüsen 4 vorgesehen und diese sind Be standteil einer Kühlmittelzuführung 5. In der Kühlmittelzuführung 5 ist je der Sprühdüse 4 ein Steuerventil 6 zugeordnet und die Steuerventile sind über Steuerleitung 7 an ein Rechner-Einstell-Gerät 8 angeschlossen. Dieses Gerät 8 wird von einer Wärmebildkamera 9 gespeist, die auch auf einen Sichtschirm 10 arbeitet und zur Aufnahme eines Wärmebildes in das Werk zeug 2 sieht. Das Rechner-Einstell-Gerät 8 ist mit einem Einstellbereich 11 versehen, um ein Sollwert-Wärmeverteilungsbild von Hand eingeben zu können.The controlled cooling according to the drawing belongs to a forming machine not shown in more detail, which carries a hot-forming die tool 2 on a machine table 1 , which consists of several individual tools 3 in the form of engravings or shapes. The tool 2 is shown at a time when the individual tools are free of workpieces and at which spray nozzles 4 are inserted into the individual tools. There are several spray nozzles 4 per individual tool 3 and these are part of a coolant supply 5 . In the coolant supply 5 , a control valve 6 is assigned to each of the spray nozzles 4 , and the control valves are connected to a computer setting device 8 via control line 7 . This device 8 is fed by a thermal imaging camera 9 , which also works on a viewing screen 10 and sees 2 for recording a thermal image in the work. The computer setting device 8 is provided with a setting area 11 in order to be able to enter a setpoint heat distribution image by hand.

Die Wärmebildkamera 9 nimmt von der von ihr einsehbaren Seite bzw. Flä che des Werkzeugs 2 ein Istwert-Wärmebild auf, das jede Stelle dieser Seite bzw. Fläche des Werkzeugs umfasst. Im Gerät 8 werden ausgesuchte Stellen als Messstellen 12 bewertet, denen die Sprühdüsen 4 zugeordnet sind. Man ist bestrebt, die Verhältnisse so einzurichten, dass die Sprühdüsen unmittelbar auf die Messstellen 12 kühlend sprühen. Es ist aber auch möglich, dass die kühlend besprühten Stellen verschieden von den Messstellen sind und die Kühlung an den Messstellen mittelbar wirksam wird. Wenn die Kühlung des Werkzeugs erfolgt ist, wird die Kühlmittelzuführung 5 wegbewegt und erfolgt ein weiteres Arbeitsspiel der Umformmaschine, bei dem warme Werkstücke in das Werkzeug eingelegt und in dem Werkzeug umgeformt werden.The thermal imaging camera 9 records an actual-value thermal image from the side or surface of the tool 2 that it can see, which includes every location on this side or surface of the tool. In the device 8 , selected points are evaluated as measuring points 12 , to which the spray nozzles 4 are assigned. The aim is to set up the conditions so that the spray nozzles spray cooling directly onto the measuring points 12 . However, it is also possible that the cooling sprayed points are different from the measuring points and the cooling at the measuring points is indirectly effective. When the cooling of the tool has taken place, the coolant supply 5 is moved away and another working cycle of the forming machine takes place, in which warm workpieces are placed in the tool and formed in the tool.

Claims

1. Controlled cooling of a hot forming tool,
at which a measuring point of the tool is assigned a temperature measuring element that responds to infrared light,
in which a coolant supply to the measuring point is provided and
in which a comparison of the measured temperature value with a desired temperature value is seen before and the setting of the coolant supply takes place from the comparison under calculation,
characterized by
that a plurality of measuring points ( 12 ), each with an associated temperature measuring element ( 9 ) and respectively associated separate and separately adjustable ( 6 ) coolant supply ( 5 ) is provided,
that a computer setting device ( 8 ) is provided for the comparative calculation and setting and
that the plurality of measuring points ( 12 ) is assigned a thermal imaging camera ( 9 ) as a temperature measuring element, which delivers the temperatures of the numerous measuring points in the form of a measured heat distribution image to the computer setting device ( 8 ).

2. Controlled cooling according to claim 1, characterized in that the thermal imaging camera ( 9 ) is assigned a viewing screen ( 10 ) for the visible representation of the measured heat distribution image.

3. Controlled cooling according to claim 1 or 2, characterized in that the ge controlled ( 6 ) coolant supply ( 5 ) takes place in each case by means of a spray nozzle ( 4 ).

4. Controlled cooling according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the hot forming tool ( 2 ) comprises a plurality of engravings (forms) and the plurality of measuring points ( 12 ) is distributed over the plurality of engravings.

5. Controlled cooling according to one of the preceding claims, in which an adjustable lubricant supply by means of a spray nozzle is provided, characterized in that the lubricant supply is controlled as a function of the measured heat distribution pattern by means of the computer setting device ( 8 ).