DE19756911A1 - Pneumatische Zieheinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Zieheinrichtung in einer Presse zum Verspannen von Blechteilen beim Umformen. Die zum Verspannen bzw. Gegenhalten erforderliche Kraft wird entweder hydraulisch oder pneumatisch erzeugt.

Es ist bekannt, daß alle pneumatischen Zieheinrichtungen beim Betreiben einen pneumatischen Speicher zum Druckausgleich benötigen; bei hydraulischen Zieheinrichtungen wird dagegen die Kraft im Umformprozeß durch das Verdrängen von Öl über Stetigventile erzeugt. Dabei wird die dazu vom Hauptmotor gelieferte Energie in Wärme gewandelt und dadurch der Wirkungsgrad der Presse gesenkt.

Für Blechteile mit anspruchsvoller Umformtechnologie sind Zieheinrichtungen mit variabler Verspannungskraft während des Umformvorganges erforderlich. Für derartige Einsatzfälle eignen sich hydraulische Zieheinrichtungen trotz der ungewünschten Energievernichtung, denn pneumatische Zieheinrichtungen der bisher bekannten Bauart sind nicht regelbar.

Beim Umformen entstehen bei schnellhübigen Pressen erhebliche Probleme beim Schließen des Ober- und Unterwerkzeuges mit eingelegter Platine, weil das Oberwerkzeug auf die massebehaftete und mit dem unteren Werkzeug in Wirkverbindung stehende Zieheinrichtung mit hoher Geschwindigkeit schlagartig auftrifft. Der Stößelimpuls erzeugt Schwingungen, mindert die Teilequalität und führt zur hohen Lärmbelastung.

Deshalb sind bei schnellhübigen Pressen und großen Ziehtiefen und Ziehkräften Einrichtungen erforderlich, die den Angleichsvorgang zwischen Ober- und Unterwerkzeug stoß- und ruckarm gestalten. Hierzu sind in EP O 074 421 und in OS DE 37 37 967 zusätzliche Einrichtungen vorgeschlagen worden, die als Kissenvorbeschleunigung arbeiten.

Zieheinrichtungen werden in der Regel für die Herstellung eines breiten Teilesortimentes an Blechteilen mit den unterschiedlichsten Betriebsweisen eingesetzt.

Die am häufigsten genutzte Betriebsart der Anwender ist die ,,ungesteuerte" Betriebsweise. Bei diesem Arbeitsregime ist das Ober- und Unterwerkzeug nicht nur während des Ziehvorganges bis zum unteren Totpunkt (u.T.) geschlossen, sondern auch während des nachfolgenden Hochganges. Bei pneumatischen Kissen erfolgt dabei ein Druckluftaustausch mit einem Druckluftbehälter ohne Wärmeentwicklung; bei hydraulischen Kissen mit Verdrängerprinzip dagegen wird das Öl unter Wärmeentwicklung über ein Stetigventil in einen drucklosen bzw. druckarmen Ölbehälter mit Kühl- und Filteranlage geschoben.

In wenigen Fällen ist die "gesteuerte" Betriebsweise erforderlich. Hier wird bisher auch bei pneumatischen Zieheinrichtungen die beim Umformprozeß vom Hauptmotor gelieferte und im Druckluftbehälter gespeicherte Energie nach der Entsperrung in Wärme umgewandelt.

Gesteuerte Pneumatikkissen federn in Tiefstlage, wenn das Oberwerkzeug vom umgeformten Werkstück abhebt, um mehrere Millimeter auf Grund des kompressiblen Öles im Sperrzylinder auf. Ist diese Auffederung für den Umformprozeß störend, dann sind zusätzliche Investitionen zu ihrer Vermeidung erforderlich. Diese sogenannten Rückzugeinrichtungen müssen bei schnellhübigen Pressen außerordentlich leistungsfähig sein und sind deshalb auch sehr kostenaufwendig.

In Ausnahmefällen ist aus Gründen einer leistungsfähigen Werksstückentnahmetechnik erforderlich, die Kissenbewegung nach der Entsperrung oder nach dem Rückzug zeitverzögert nach ca 2O mm aufwärts zu stoppen und nach einer weiteren Zeitverzögerung nochmals zu entsperren. Die maschinentechnische Realisierung nach OS DE 41 17 102 erfordert beachtliche Kosten und große Wärmeverluste.

Bei hohen Auswerfergeschwindigkeiten sind beim Erreichen der oberen Endlage der Zieheinrichtung Maßnahmen zur Dämpfung erforderlich, damit das umgeformte Blechteil nicht abhebt bzw. springt und sicher entnommen werden kann. Darüber hinaus werden die Maschinenelemente geschont und die Lärmbelastung minimiert.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einerseits die technologischen Anforderungen an Zieheinrichtungen mit minimalem Geräteaufwand flexibel und modular zu erfüllen und andererseits die großen Energieverluste von hydraulischen und gesteuerten pneumatischen Zieheinrichtungen deutlich zu senken.

Erfindungsgemäß wird das durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen Merkmale erreicht. Weitere detaillierte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 dargestellt.

Hierzu wird vorgeschlagen, die Wirkflächen mindestens eines zum Betreiben der Zieheinrichtung erforderlichen Hydraulikzylinders so auszuwählen, daß er die Aufgabe der Kissenvorbeschleunigung, der Kraftregelung, der Sperrung und des Rückzuges im unteren Totpunkt (u.T.), des Lüfthubes sowie der Dämpfung in der oberen Endlage übernimmt. Zu diesem Zwecke ist der Hydraulikzylinder bevorzugt als Differentialzylinder ausgebildet. Die Ringfläche des Hydraulikzylinders ist so gewählt, daß der anliegende Druck in der Lage ist, die Pneumatikkraft zu überwinden, wenn der der auf die Kolbenfläche wirkende Druck abgesenkt wird. Dadurch ist es auch möglich, die Vorbeschleunigung und den Rückzug mit den gleichen Geräten durchzuführen. Den Rückzug realisiert ein zusätzlich zwischen dem oberen und unteren Zylinderraum des Sperrzylinders angeordneter und steuerbarer als Dosierzylinder wirkender Differentialzylinder. Auch die Kraftregelung während des Ziehvorganges ist durch den variablen Druck auf der Kolbenseite möglich. Schließlich kann durch einen weiteren Differentialzylinder, der nach der Entsperrung als Dosierzylinder wirkt, der gewünschte Lüfthub erzielt werden.

Da nunmehr die vorgeschlagene pneumatische Zieheinrichtung variable Kräfte wie hydraulische Kissen während des Umformprozesses erzeugen kann, ist die Substitution sinnvoll, weil u. a. auch die beachtliche Wärmemenge des ungesteuerten Hydraulikkissens nicht mehr entsteht und dadurch der Wirkungsgrad bei Zieharbeiten sich nahezu verdoppelt.

Darüber hinaus entfällt die bei gesteuerten Pneumatikkissen unerwünschte Wärmemenge, wenn ein Pneumatikventil zwischen den pneumatischen Zylindern und dem Druckluftbehälter angeordnet wird, welches in Tiefstlage schließt und sich erst in der oberen Endlage der Zieheinrichtung öffnet, wodurch sich die Drücke im Druckluftbehälter und Pneumatikzylindern ohne Wärmeentwicklung ausgleichen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen, die mehrere Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Die Hauptansicht auf eine Presse mit Werkzeug und mit der vorgeschlagenen Zieheinrichtung,

Fig. 2: den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Zieheinrichtung im Maschinentisch einer Presse,

Fig. 3: das Wirkprinzip einer gesteuerten Zieheinrichtung zur Realisierung der Kissenvorbeschleunigung, des Kraftprofils, des dosierten Rückzugs, des dosierten Lüfthubes, der Kissendämpfung und mit Pneumatikventil,

Fig. 4: das Wirkprinzip einer gesteuerten Zieheinrichtung mit Kissenvorbe­ schleunigung, mit konstanter Kissenkraft, ohne Rückzug und mit Kissendämpfung,

Fig. 5: das Wirkprinzip einer gesteuerten Zieheinrichtung mit Kissenvorbeschleunigung, mit Kraftprofil, mit Rückzug, mit Kissendämpfung und mit Pneumatikventil,

Fig. 6: das Wirkprinzip einer ungesteuerten Zieheinrichtung mit Kissenvorbeschleunigung, mit konstanter Kraft und mit Kissendämpfung,

Fig. 7: wie Fig. 3, jedoch mit verstellbarem Rückzug und Lüfthub.

Die Presse nach Fig. 1 zeigt den Stößel 17, an dem das Oberwerkzeug 22 befestigt ist. Der Stößel 17 wird bei mechanischen Pressen durch den nicht dargestellten Hauptantrieb, bestehend aus dem Hauptmotor, dem Schwungrad, der Kupplung und Bremse, dem Untersetzungsgetriebe und dem Kurbel- oder Hebelsystem angetrieben und ist durch die Seitenständer 18 geführt. Andererseits ist das Unterwerkzeug 24 mit Ziehring 28 auf dem Werkzeugträger 21 befestigt. Zwischen Oberwerkzeug 22 und Unterwerkzeug 24 liegt das umzuformende Blech 23. Es ist über den Ziehring 28, über die Druckbolzen 29 und 30 im Werkzeugträger 21, der Druckwange 1, den Verstellgetrieben 25, welche an der Bodenplatte 26 befestigt sind, sowie durch beispielsweise Balgzylinder 2, die auf der Grundplatte 27 montiert sind, verspannt.

Die Zieheinrichtung nach Fig. 2 zeigt eine zweigeteilte Ausführung der Druckwange 1, die auf je einem integrierten Druckbehälter 16 wirken. Sie sind mit der Bodenplatte 26 verbunden. Zwischen der Bodenplatte 26 und den Druckbehältern 16 sind die Pneumatikventile 15 installiert. Der Hydraulikzylinder 3 ist mit der Kolbenstange an der Bodenplatte 26 angelenkt und der Zylinder an der Grundplatte 27 befestigt. Darüber hinaus sind in wenigen Fällen zusätzlich Hydraulikzylinder 4 und 5 an der Grundplatte 27 angebracht zum Rückziehen der Bodenplatte 26 bzw. zum dosierten Anheben derselben.

Die Zieheinrichtung besteht im wesentlichen aus der Druckwange 1, den Pneumatikzylindern 2 zur Erzeugung der Pneumatikkraft und dem zweifachwirkenden Hydraulikzylinder 3 zur Realisierung der Kissenvorbeschleunigung und der Kissendämpfung, zur Erzeugung einer anteiligen Hydraulikkraft sowie zur Beeinflussung der Kissenkraft während des Umformprozesses.

Der Hydraulikzylinder 4 ermöglicht den gezielten und dosierten Rückzug in Tiefstlage des Stößels, während der Hydraulikzylinder 5 gemeinsam mit dem Hydraulikzylinder 4 den sicheren und optimal einstellbaren Lüfthub realisieren.

Das Regelventil 6 leitet die Kissenvorbeschleunigung ein und schließt sie auch ab. Es realisiert bei Bedarf ein Kraftprofil während des Umformprozesses und beeinflußt darüber hinaus den Dämpfungsbeginn, den -verlauf sowie den Dämpfungsabschluß.

Der werkzeugspezifische Pneumatikdruck einerseits und der Hydraulikdruck im Druckspeicher 7 andererseits halten das Kissen zunächst in der Ausgangsposition.

Der Funktionsablauf gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird erörtert. Mit dem Niedergang des Stößels 17 öffnen die Cartridge-Ventile 8 und 15. Das Regelventil 6 wird aktiviert, bevor das Oberwerkzeug die Platine berührt; der Druck im unteren Kolbenraum des Hydraulikzylinders 3 reduziert sich soweit, daß der Speicherdruck im oberen Zylinderraum die Trägheit der Massen und die pneumatische Kissenkraft überwindet, was zur Beschleunigung der Druckwange 1 führt. Nach der Beschleunigung schließen das Cartridge-Ventil 8 und das Regelventil 6; der Zylinder 3 schiebt das Öl des unteren Zylinderraumes über das Cartridge-Ventil 9 in den Druckspeicher 7. In Tiefstlage des Stößels und des Kissens schaltet das Ventil 10, so daß das kolbenseitige Öl im Zylinder 4 in den Tank abfließt und die Druckwange 1 sich durch den Druck im oberen Zylinderraum des Hydraulikzylinders 3 gezielt und dosiert absenkt. In dieser Position wird das Einbauventil 15 geschlossen.

Mit zeitlich programmierbarer Verzögerung bewegt sich die Druckwange 1 von der gesperrten Position in die gelüftete Position, indem sowohl das Ventil 10 als auch das Ventil 11 schalten, wodurch die Zylinder 4 und 5 die Volumina der kolbenstangenseitigen Räume in den unteren Raum des Zylinders 3 schieben. Nach einer weiteren programmierbaren Verzögerung schaltet Ventil 9. Die Druckwange 1 verläßt die gelüftete Position mit hoher Geschwindigkeit. Die erforderliche Dämpfung leitet das Ventil 9 ein, indem der Ölstrom vom Speicher 7 zum unteren Zylinderraum des Zylinders 3 unterbrochen wird und das Regelventil 6 sanft schließt. Erst in dieser Höchstlage der Druckwange 1 öffnet das Ventil 15, wodurch sich bis zum nächsten Hub die Drücke im Druckbehälter 16 und in den Pneumatikzylindern egalisieren können.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 akzeptiert der Betreiber der Presse die Auffederung der Druckwange 1 in Tiefstlage. Durch die modulare Struktur des Wirkprinzips entfallen die Positionen 4, 5, 10 und 11 in Fig. 3, wodurch sich die Anlage wesentlich vereinfacht.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist seitens des Nutzers eine Auffederung in Tiefstlage nicht gestattet. Deshalb muß der Rückzugzylinder 4 und das zugehörige Schaltventil 10 hinzugefügt werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 wird die Zieheinrichtung ungesteuert betrieben. Bei dieser Betriebsweise kann prinzipiell das Pneumatikventil 15 entfallen. Bei diesem vom Betreiber am häufigsten gewählten Arbeitsregime entsteht beim Hydraulikkissen Wärme während des gesamten Ziehvorganges, beim erfindungsgemäßen Pneumatikkissen nur während der Vorbeschleunigung und der Kissendämpfung.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist der Betrag des Rückzuges und des Lüfthubes durch die Verstelleinrichtungen 13 und 14, abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, einstellbar.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Funktionsweise detailliert dargestellt. Die anderen Ausführungsbeispiele nach den Fig. 4 bis 7 sind bis auf die dargestellten Unterschiede funktionsgleich.

Claims (5)

1. Pneumatische Zieheinrichtung zum Verspannen und zum Ausheben von Blechteilen in einer Presse mit Tisch und Stößel zur Befestigung von Unter- und Oberwerkzeug, wobei die Zieheinrichtung mindestens einen Hydraulikzylinder (3) zum Sperren aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der oberen Ringfläche und aus dem Speicherdruck resultierende Hydraulikkraft die Pneumatikkraft durch Senken des Hydraulikdruckes im unteren Ölraum des mit ein- oder beiderseitigen Kolbenstangen ausgeführten Hydraulikzylinders (3) überwindet.

2. Pneumatische Zieheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Variation des kolbenseitigen Druckes im Hydraulikzylinder (3) mittels Stetigventil (6) Kraftprofile während des Umformprozesses erzeugt werden können.

3. Pneumatische Zieheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch modulare Ergänzungen von als Dosierzylinder wirkenden Differentialzylindern (4) und (5) mit den dazugehörigen Ventilen (10) und (11), die auch Stetigventile sein können, die Auffederung verhindert und der Lüfthub ermöglicht wird.

4. Pneumatische Zieheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem Druckluftbehälter (16) und den Pneumatikzylindern (2) angeordnete Schaltventil (15) bei gesteuerter Betriebsweise in Tiefstlage der Zieheinrichtung geschlossen und in Höchstlage geöffnet wird.

5. Pneumatische Zieheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beträge des Rückzuges und des Lüfthubes mittels Verstelleinrichtungen (13) und (14) vorzugsweise fernverstellbar und programmierbar sind.