DE19830825A1 - Umformwerkzeug - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Umformwerkzeug mit einem Oberwerkzeug 1 und einem Unterwerkzeug 2, welche mittels einer Presse relativ zueinander verfahrbar sind, gekennzeichnet durch zumindest einen Energiespeicher 3, welcher mit zumindest einem Zusatzwerkzeug 4 gekoppelt ist.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Umformwerkzeug mit einem
Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug, welche mittels einer
Presse relativ zueinander verfahrbar sind.
Umformvorgänge werden u. a. eingesetzt, um Blechteile zu
verformen, beispielsweise für den Karrosseriebau bei der
Kraftfahrzeug-Fertigung. Die hierbei zur Anwendung gelangenden
Pressen können hydraulisch oder mechanisch angetrieben sein,
für eine Vielzahl von Anwendungsfällen haben sich mechanische
Pressen als bevorzugt erwiesen.
Durch das Zusammenwirken des Oberwerkzeugs und des Unter
werkzeugs werden die in die Presse eingelegte Bleche, Rohlinge
oder vorgefertigten Werkstücke verformt und damit in die
gewünschten Dimensionen gebracht. Bedingt durch die von der
Presse vorgegebene Relativbewegung zwischen dem Oberwerkzeug
und dem Unterwerkzeug ergibt sich das Problem, daß
grundsätzlich nur ein einziger Umformvorgang durchgeführt
werden kann, beispielsweise ein Fertigungsschritt, bei welchem
ein Blechteil tiefgezogen wird. Als zusätzliche Funktionen
können die Werkzeuge noch zum gleichzeitigen Stanzen oder
ähnlichen Fertigungsschritten ausgerüstet sein. Es ist auch
möglich, die Werkzeuge so auszubilden, daß sich bei einer
Annäherung der beiden Werkzeuge in der Abfolge mehrere
Arbeitsschritte ergeben, beispielsweise zuerst ein Umformvor
gang und dann ein Stanzvorgang. Der Stand der Technik zeigt
hierzu unterschiedlichste Ausgestaltungsformen derartiger Zu
satzfunktionen, wie Bördeln, Falzen, Nachsetzen, Stanzen,
Lochen oder Prägen, welche in einem Umformwerkzeug unterge
bracht werden können. Als nachteilig erweist es sich dabei,
daß entweder die Bewegung der Umformpresse, d. h. die Relativ
bewegung zwischen den beiden Werkzeugen unterbrochen oder ge
steuert werden muß oder daß es erforderlich ist, das
Oberwerkzeug um unteren Totpunkt anzuhalten und zu diesem
Zeitpunkt, in welchem die beiden Werkzeuge gegeneinanderge
preßt sind, zusätzliche Funktionen ablaufen zu lassen.
Bei hydraulischen Pressen ist es generell möglich, den
Bewegungsablauf der Werkzeuge entsprechend zu steuern, um die
Zusatz-Arbeitsschritte durchführen zu können. Dies ist jedoch
bei mechanischen Pressen nicht möglich, es ist insbesondere
nicht möglich, diese im unteren Totpunkt anzuhalten, um
ausreichend Zeit zur Durchführung der weiteren
Bearbeitungsschritte zu haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Umformwerkzeug
der eingangs genannten Art zu schaffen, welches insbesondere
bei mechanischen Pressen einsetzbar ist und den Einsatz eines
Zusatzwerkzeuges, insbesondere im unteren Totpunkt,
ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination
des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, daß das Umformwerkzeug
einen Energiespeicher aufweist, welcher mit dem Zusatzwerkzeug
gekoppelt ist.
Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher
Vorteile aus. Durch die Verwendung eines separaten
Energiespeichers ist es möglich, das Zusatzwerkzeug unabhängig
vom Antrieb der Presse in Betrieb zu setzen. Diese zeitlich
unabhängige Betätigung des Zusatzwerkzeuges erfordert
insbesondere nicht, daß die Presse angehalten wird,
insbesondere nicht im unteren Totpunkt.
Durch die Verwendung des Energiespeichers ist es möglich,
innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes die zur Betätigung des
Zusatzwerkzeuges erforderliche Energie freizusetzen, in
Abhängigkeit von der Größe und Dimensionierung des
Energiespeichers können erfindungsgemäß auch sehr große
Energiemengen in sehr kurzer Zeit abgegeben werden, um das
zumindest eine Zusatzwerkzeug zu betätigen. Es versteht sich,
daß im Rahmen der Erfindung auch mehrere Energiespeicher
vorgesehen sein können.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges
liegt darin, daß dieses, bedingt durch die Verwendung eines
Energiespeichers, exakt und reproduzierbar das Zusatzwerkzeug
betätigen kann. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Umform- oder
Verformungsvorgänge mit höchster Präzision durchgeführt
werden können.
In einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung ist
vorgesehen, daß der Energiespeicher durch die Relativbewegung
zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug ladbar ist. Es
ist somit nicht erforderlich, zusätzliche Energie zuzuführen,
beispielsweise über Rohrleitungen oder Schläuche. Eine derar
tige zusätzliche, externe Energiezufuhr ist insbesondere bei
mechanischen Pressen unerwünscht, da hierbei thermische Prob
leme auftreten können, die separate Kühlmaßnahmen oder
ähnliches erforderlich machen. Weiterhin ist es durch die
Vermeidung einer externen Energiezufuhr erfindungsgemäß
möglich, das Umformwerkzeug innerhalb kürzester Zeiten zu
wechseln, zudem beeinträchtigen keine Schläuche, Rohrleitungen
oder ähnliches den Zugang zu dem Arbeitsraum der Umformpresse
oder deren Umgebung. Auch das Unfall- und Versagensrisiko wird
hierdurch ganz erheblich vermindert.
Das erfindungsgemäße Umformwerkzeug arbeitet somit hinsicht
lich der Betätigung des Zusatzwerkzeuges voll automatisch, es
sind keine zusätzlichen Steuerungs- oder Regelungsmaßnahmen
erforderlich.
Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges ist es
möglich, unterschiedlichste Zusatzoperationen durch das
Zusatzwerkzeug auszuführen, beispielsweise Bördeln, Lochen,
Stanzen, Rückbiegen oder ähnliches.
Der Energiespeicher kann erfindungsgemäß einen Gasspeicher
oder eine Feder umfassen. Bei Verwendung eines Gasspeichers
wird ein Grundprinzip verwendet, welches beispielsweise aus
Luftgewehren vorbekannt ist. Der Gasspeicher wird gespannt
oder geladen und kann die Energie innerhalb eines sehr kurzen
Zeitraums abgeben.
Besonders günstig ist es, wenn der Energiespeicher über eine
Auslöseeinrichtung mit dem Zusatzwerkzeug verbunden ist. Diese
Auslöseeinrichtung, welche beispielsweise mechanisch betätig
bar sein kann, stellt somit sicher, daß das Zusatzwerkzeug zu
einem exakt vorgegebenen Zeitpunkt in Betrieb genommen wird.
Fehlfunktionen können praktisch vollständig ausgeschlossen
werden. Die mechanische Betätigung weist zudem den Vorteil
auf, daß sie innerhalb kürzester Zeiten anspricht, ein Verhal
ten, welches bei elektrischen, elektronischen oder hydrauli
schen Steuerungen nicht oder nur mit hohem Aufwand erreicht
werden kann.
Besonders günstig ist es, wenn die Auslöseeinrichtung in einem
im wesentlichen geschlossenen Zustand des Umformwerkzeugs be
tätigbar ist, beispielsweise im unteren Totpunkt des Oberwerk
zeuges (bei stillstehenden, stationär montierten Unterwerk
zeug). Durch die kurze Betätigungszeit ist es nicht erforder
lich, die Presse im unteren Totpunkt zu stoppen, vielmehr
reicht der zur Umsteuerung erforderliche Zeitraum erfindungs
gemäß völlig aus, die Energie des Energiespeichers dem Zusatz
werkzeug zuzuführen und die gewünschten Bearbeitungsschritte
durchzuführen.
Der Energiespeicher ist bevorzugterweise hydraulisch mit einem
Vorspann-Kolben-Zylinder-Einheit sowie mit einer hydraulischen
Betätigungseinheit für das Zusatzwerkzeug gekoppelt. Durch die
Vorspann-Kolben-Zylinder-Einheit wird der Energiespeicher bei
Annäherung des Oberwerkzeugs an das Unterwerkzeug geladen.
Dieser Vorgang läuft automatisch ab und bedarf, wie bereits
erwähnt, keiner externen Energiezufuhr. Die hydraulische
Betätigungseinheit, welche beispielsweise in Form eines
Ventils ausgebildet sein kann, kann dann schlagartig durch die
Auslöseeinrichtung geöffnet werden, um das vorgespannte
Hydraulikfluid dem Zusatzwerkzeug zuzuführen.
In einer günstigen Weiterbildung ist weiterhin vorgesehen, daß
die Auslöseeinrichtung ein mit dem Hydraulikventil gekoppel
tes, durch das Unterwerkzeug und/oder das Oberwerkzeug
betätigbares Auslöseelement aufweist. Dieses kann beispiels
weise in Form eines Bolzens oder eines Stempels ausgebildet
sein, der bei entsprechender Annäherung des Oberwerkzeugs an
das Unterwerkzeug betätigt wird.
Auch die Betätigungseinheit für das Zusatzwerkzeug kann in
bevorzugter Weiterbildung zumindest eine Kolben-Zylinder-
Einheit umfassen, die zusätzlich, gegen die Wirkrichtung des
Zusatzwerkzeuges federvorgespannt sein kann, um das Zusatz
werkzeug nach dem Bearbeitungsvorgang wieder in seine Ruhepo
sition zurückzubewegen.
Im Rahmen der Erfindung versteht es sich, daß sowohl der Ener
giespeicher als auch das Zusatzwerkzeug sowohl im Oberwerkzeug
als auch im Unterwerkzeug oder in beiden vorgesehen sein
können. Die Erfindung ist nicht lediglich auf einen Energie
speicher und ein Zusatzwerkzeug beschränkt. Hierdurch eröffnen
sich vielfältigste Anwendungsmöglichkeiten, da auch sehr
komplexe Bearbeitungsvorgänge vorgenommen werden können. Auch
die Wirkrichtung des Zusatzwerkzeuges kann in unterschiedlich
ster Weise angeordnet sein, sie ist nicht darauf beschränkt,
daß das Zusatzwerkzeug in der gleichen Arbeitsrichtung wirkt,
wie das Ober- und Unterwerkzeug.
Der Energiespeicher kann in unterschiedlichster Weise
ausgebildet sein, wie bereits erwähnt, ist es möglich, einen
Gasspeicher oder eine Feder vorzusehen. Bei einem Gasspeicher
kann - getrennt durch einen Kolben - Öl und Stickstoff zur An
wendung gelangen.
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, sehr große Leistungen
bzw Energiemengen innerhalb kürzester Zeiträume abzugeben,
beispielsweise einige 100 kW im Bereich von Millisekunden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei
spiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei
zeigt:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbei
spiels des erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges bei
geöffnetem Ober- und Unterwerkzeug,
Fig. 2 eine Darstellung der Ansicht gemäß Fig. 1 kurz vor Er
reichen des unteren Totpunkts des Oberwerkzeugs,
Fig. 3 eine Darstellung analog zu den Fig. 1 und 2 im unteren
Totpunkt des Oberwerkzeuges,
Fig. 4 eine Darstellung eines vierten Zustandes bei wieder
geöffnetem Oberwerkzeug, und
Fig. 5 ein Hub-Geschindigkeits- und Zeitdiagramm der
Werkzeugbewegungen.
In Fig. 1 ist in schematischer Weise (im Schnitt) ein
Oberwerkzeug 1 dargestellt, welches bewegbar in einer nicht
gezeigten Presse gelagert ist. Ein Unterwerkzeug 2 ist
stationär auf einem ebenfalls nicht dargestellten Pressentisch
montiert.
Bei dem Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 ist an dem
Unterwerkzeug ein Energiespeicher 3 vorgesehen, welcher über
eine Leitung 10 mit einer Trenn-Kolben-Zylinder-Einheit 11
verbunden ist. Der Kolben der Trenn-Kolben-Zylinder-Einheit 11
trennt das in dem Energiespeicher 3 befindliche Gas vom
Hydraulikfluid. Der Auslaß der Trenn-Kolben-Zylinder-Einheit
11 ist mit einer Hydraulikleitung 12 verbunden, welche
einerseits mit einer Vorspann-Kolben-Zylinder-Einheit 6 ver
bunden ist und andererseits in Verbindung mit einem Hydrau
likventil 8 steht. Dies ist als 2/2 Wegeventil ausgestaltet
und bildet Teil einer Auslöseeinrichtung 5. Diese Auslöseein
richtung 5 kann mittels eines Auslöseelements 9 betätigt
werden, welches in Form eines Bolzens oder ähnlichem
ausgestaltet ist.
Das Hydraulikventil 8 ist mit einer Betätigungseinheit 7 ver
bunden, die ebenfalls in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit
ausgebildet ist. Der Kolben ist mit einem nur schematisch
dargestellten Zusatzwerkzeug 4 verbunden, er wird gegen die
Wirkrichtung des Hydraulikfluids mittels einer Feder 14 vorge
spannt.
In der Hydraulikleitung ist weiterhin ein Rückschlagventil 13
vorgesehen, durch welches nach erfolgter Betätigung des
Zusatzwerkzeuges 4 das durch die Feder 14 verdrängte Hydrau
likfluid unter Umgehung des Hydraulikventils 8 rückgeleitet
werden kann.
Im folgenden wird die Wirkungsweise der in den Fig. 1 bis 4
beschriebenen Vorrichtung näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt einen Zustand, in welchem das Oberwerkzeug
einen Abstand zu dem Unterwerkzeug aufweist. In diesem Zustand
hat die Feder 14 das Hydraulikfluid aus der Kolben-Zylinder-
Einheit der Betätigungseinheit 7 durch die Kraft der Feder 14
verdrängt, so daß das Zusatzwerkzeug 4 sich in der zurückge
zogenen Ruhestellung befindet. Das Rückströmen des Hydraulik
fluids erfolgt durch das Rückschlagventil 13, das Hydraulik
ventil 8 der Auslöseeinrichtung 5 befindet sich in einem
geschlossenen Zustand, durch eine Feder-Vorspannung ist das
Auslöseelement 9 nach oben vorgeschoben. Der Gasdruck in dem
Energiespeicher 3 hat den Kolben der Trenn-Kolben-Zylinder-
Einheit 11 nach unten verschoben, so daß diese Einheit 11 im
wesentlichen frei von Hydraulikfluid ist. Durch den somit
aufgebrachten Druck (Feder 14 sowie Gasspeicher 3) wird das
Hydraulikfluid durch die Hydraulikleitung 12 in die Vorspann-
Kolben-Zylinder-Einheit 6 gedrückt und schiebt den Kolben 15
nach oben.
Es versteht sich, daß in der gezeigten Zuordnung des Oberwerk
zeugs 1 und des Unterwerkzeugs 2 gemäß Fig. 1 bereits Umform
vorgänge durch die beiden Werkzeuge durchgeführt werden
können.
Die Fig. 2 zeigt einen Zustand, in welchem das Oberwerkzeug an
das Unterwerkzeug angenähert wurde. Durch die hierdurch
auftretende Verschiebung des Kolbens 15 wird Hydraulikfluid in
die Trenn-Kolben-Zylinder-Einheit 11 gedrückt, hierdurch
erhöht sich der Druck in dem Energiespeicher 3. Das Auslöse
element 9 ist von dem Oberwerkzeug 1 noch nicht berührt.
In Fig. 3 ist das Oberwerkzeug in seine untere Totpunkt-Posi
tion verfahren worden. Der Kolben 15 wurde hierbei restlich
nach unten gedrückt, um auf diese Weise den Kolben der Trenn-
Kolben-Zylindereinheit 11 zur Vorspannung des Energiespeichers
3 restlich zu verschieben. Durch die Annäherung des Oberwerk
zeugs an das Unterwerkzeug wird das Auslöseelement 9 ver
schoben, so daß das Hydraulikventil 8 geöffnet wird. Durch
diese plötzliche Öffnung des Hydraulikventils 8 strömt Hydrau
likfluid in die Betätigungseinheit 7 und führt zu einer
Betätigung des Zusatzwerkzeugs 4.
Die Fig. 4 zeigt den nachfolgenden Zustand, bei welchem das
Oberwerkzeug zurückgefahren wurde, so daß insgesamt ein Aus
gangszustand vorliegt, welcher mit dem der Fig. 1 vergleichbar
ist.
Wie bereits erläutert, führt die schlagartige Freisetzung der
gespeicherten Energie des Energiespeichers 3 bei einer Betäti
gung des Hydraulikventils 9 zu einer plötzlichen Druckentla
dung und zu einer Betätigung des Zusatzwerkzeugs 4 innerhalb
kürzester Zeiträume. Der Zeitpunkt, zu dem das Hydraulikventil
8 geöffnet wird, wird bevorzugterweise so gewählt, daß exakt
auf dem Totpunkt die Operation beendet ist und der Arbeitszy
linder der Betätigungseinheit 7, welche das Zusatzwerkzeug 4
betätigt, seine Endlage erreicht hat.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Umformwerkzeug bzw. das
beschriebene System hat den Vorteil, daß eine sehr schnelle
Reaktion erfolgen kann, eventuelle Schalt- und Reaktionszeiten
von Ventilen und Elektrik oder Elektronik können gänzlich ent
fallen.
Durch die Entnahme der Energie aus dem Schließhub des Ober
werkzeugs kann auf jede externe Energiezuführung verzichtet
werden. Das Befüllen und Entleeren der einzelnen Zylinder-
Kolben-Einheiten erfolgt quasi im drucklosen Zustand, die
Hydraulikleitungen können in Form von dünnen, flexiblen
Schläuchen oder ähnlichem ausgebildet sein.
Durch eine Anbringung des Energiespeichers in unmittelbarer
Nähe des Arbeitszylinders und durch großdimensionierte
Verbindung zwischen dem Energiespeicher 3 bzw. der Trenn-
Kolben-Zylinder-Einheit 11 und der Betätigungseinheit 7 sowie
durch Auswahl eines kurzhubigen 2/2 Wegeventils (Cartridge)
kann eine bis zu 20fache Übersetzung von Ventil-Hub zu dem Hub
des Arbeitszylinders der Betätigungseinheit 7 erzielt werden.
Die Fig. 5 zeigt ein Beispiel eines Geschwindigkeits-Zeitdia
grammes bzw. eines Hub-Zeitdiagrammes. An den markierten
Wendepunkte bzw. Nulldurchgängen der Kurven wird bei einer
mechanischen Presse das erfindungsgemäße Zusatzwerkzeug
betätigt, die in Fig. 5 dargestellten Kurven betreffen die
Bewegung des Oberwerkzeugs einer mechanischen Presse.
Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel
beschränkt, vielmehr ergeben sich im Rahmen der Erfindung
vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten. Diese
betreffen insbesondere die Ausgestaltung des Energiespeichers,
dessen Anordnung, die Ausgestaltung der Vorspann-Kolben-
Zylindereinheit sowie des Zusatzwerkzeugs.
Zusammenfassend ist folgendes festzustellen:
Die Erfindung bezieht sich auf ein Umformwerkzeug mit einem Oberwerkzeug 1 und einem Unterwerkzeug 2, welche mittels einer Presse relativ zueinander verfahrbar sind, gekennzeichnet durch zumindest einen Energiespeicher 3, welcher mit zumindest einem Zusatzwerkzeug 4 gekoppelt ist.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Umformwerkzeug mit einem Oberwerkzeug 1 und einem Unterwerkzeug 2, welche mittels einer Presse relativ zueinander verfahrbar sind, gekennzeichnet durch zumindest einen Energiespeicher 3, welcher mit zumindest einem Zusatzwerkzeug 4 gekoppelt ist.
Claims (11)
1. Umformwerkzeug mit einem Oberwerkzeug (1) und einem
Unterwerkzeug (2), welche mittels einer Presse relativ
zueinander verfahrbar sind, gekennzeichnet durch
zumindest einen Energiespeicher (3), welcher mit
zumindest einem Zusatzwerkzeug (4) gekoppelt ist.
2. Umformwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Energiespeicher (3) durch die Relativbewegung
zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug (3)
ladbar ist.
3. Umformwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Energiespeicher (3) einen Gasspeicher
umfaßt.
4. Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (3) eine Feder
umfaßt.
5. Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (3) über eine
Auslöseeinrichtung (5) mit dem Zusatzwerkzeug (4)
verbunden ist.
6. Umformwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auslöseeinrichtung (5) mechanisch betätigbar ist.
7. Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Auslöseeinrichtung (5) in einem
im wesentlichen geschlossenen Zustand des Umformwerkzeugs
betätigbar ist.
8. Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (3) hydraulisch
mit einer Vorspann-Kolben-Zylinder-Einheit (6) sowie mit
einer hydraulischen Betätigungseinheit (7) für das
Zusatzwerkzeug gekoppelt ist.
9. Umformwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auslöseeinrichtung (5) ein Hydraulikventil (8)
umfaßt.
10. Umformwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auslöseeinrichtung (5) ein mit dem Hydraulikven
til (8) gekoppeltes, durch das Unterwerkzeug und/oder das
Oberwerkzeug (1) und/oder das Unterwerkzeug (2) betätig
bares Auslöseelement (9) aufweist.
11. Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Betätigungseinheit (7) für das
Zusatzwerkzeug (4) zumindest eine Kolben-Zylinder-Einheit
umfaßt.
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ID=7873542
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Publication number | Publication date |
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DE19830825B4 (de) | 2006-10-12 |
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