DE19830825B4

DE19830825B4 - Umformwerkzeug

Info

Publication number: DE19830825B4
Application number: DE1998130825
Authority: DE
Inventors: Konrad Schnupp
Original assignee: Schnupp & Co Hydraulik KG GmbH
Current assignee: Schnupp & Co Hydraulik KG GmbH
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2018-07-10
Also published as: DE19830825A1

Abstract

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) zu dessen Betätigung gekoppelt ist, wobei der Energiespeicher (3) durch die Relativbewegung zwischen dem Oberwerkzeug (1) und dem Unterwerkzeug (2) ladbar und über eine Auslöseeinrichtung (5) mit dem Zusatzwerkzeug (4) verbunden 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 Karosseriebau 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 Unterwerkzeugs 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 Umformvorgang und dann ein Stanzvorgang. Der Stand der Technik zeigt hierzu unterschiedlichste Ausgestaltungsformen derartiger Zusatzfunktionen, wie Bördeln, Falzen, Nachsetzen, Stanzen, Lochen oder Prägen, welche in einem Umformwerkzeug untergebracht werden können. Als nachteilig erweist es sich dabei, daß entweder die Bewegung der Umformpresse, d.h. die Relativbewegung zwischen den beiden Werkzeugen unterbrochen oder gesteuert werden muß oder daß es erforderlich ist, das Oberwerkzeug um unteren Totpunkt anzuhalten und zu diesem Zeitpunkt, in welchem die beiden Werkzeuge gegeneinandergepreßt 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.

Aus der DE 94 05 764 U1 ist ein pressengetriebenes Werkzeugmodul vorbekannt, bei welchem mittels eines Kolbens Hydraulikmedium in einen Arbeitsraum eines Arbeitskolbens eines Zusatzwerkzeuges geleitet wird. Hierdurch ist der Arbeitskolben des Zusatzwerkzeuges betätigbar. Eine Rückstellung des Arbeitskolbens erfolgt durch ein diesem zugeordnetes Gasfederelement.

Eine Antriebsvorrichtung für Arbeitsmittel bei Werkzeugen zur Blechbearbeitung ist weiterhin aus der DE 91 15 895 U1 vorbekannt. Auch hier wird ein Kolben eines Geberzylinders mittels einer Kolbenstange versetzt, um auf diese Weise Hydraulikfluid einem Arbeitszylinder zuzuführen, der wiederum ein Zusatzwerkzeug betätigt. Auch hier erfolgt die Rückstellung des Arbeitszylinders über einen Druckspeicher.

Eine weitere Betätigungseinrichtung für einen Arbeitskolben eines Zusatzwerkzeuges ist aus der EP 251 796 A2 vorbekannt. Der Arbeitskolben wird mittels einer zweiten Kolbeneinheit mit Hydraulikmittel beaufschlagt.

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.

Besonders günstig ist es,
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 derartige zusätzliche, externe Energiezufuhr ist insbesondere bei mechanischen Pressen unerwünscht, da hierbei thermische Probleme 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 hinsichtlich 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, daß der Energiespeicher über eine Auslöseeinrichtung mit dem Zusatzwerkzeug verbunden ist. Diese Auslöseeinrichtung, welche beispielsweise mechanisch betätigbar 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 Verhalten, welches bei elektrischen, elektronischen oder hydraulischen 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 betätigbar ist, beispielsweise im unteren Totpunkt des Oberwerkzeuges (bei stillstehenden, stationär montierten Unterwerkzeug). Durch die kurze Betätigungszeit ist es nicht erforderlich, die Presse im unteren Totpunkt zu stoppen, vielmehr reicht der zur Umsteuerung erforderliche Zeitraum erfindungsgemäß völlig aus, die Energie des Energiespeichers dem Zusatzwerkzeug 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 gekoppeltes, durch das Unterwerkzeug und/oder das Oberwerkzeug betätigbares Auslöseelement aufweist. Dieses kann beispielsweise 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 Zusatzwerkzeug nach dem Bearbeitungsvorgang wieder in seine Ruheposition zurückzubewegen.

Im Rahmen der Erfindung versteht es sich, daß sowohl der Energiespeicher als auch das Zusatzwerkzeug sowohl im Oberwerkzeug als auch im Unterwerkzeug oder in beiden vorgesehen sein können. Die Erfindung ist nicht lediglich auf einen Energiespeicher und ein Zusatzwerkzeug beschränkt. Hierdurch eröffnen sich vielfältigste Anwendungsmöglichkeiten, da auch sehr komplexe Bearbeitungsvorgänge vorgenommen werden können. Auch die Wirkrichtung des Zusatzwerkzeuges kann in unterschiedlichster 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 Anwendung 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 Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges bei geöffnetem Ober- und Unterwerkzeug,
2 eine Darstellung der Ansicht gemäß 1 kurz vor Erreichen des unteren Totpunkts des Oberwerkzeugs,
3 eine Darstellung analog zu den 1 und 2 im unteren Totpunkt des Oberwerkzeuges,
4 eine Darstellung eines vierten Zustandes bei wieder geöffnetem Oberwerkzeug, und
5 ein Hub-Geschindigkeits- und Zeitdiagramm der Werkzeugbewegungen.
In 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 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 verbunden ist und andererseits in Verbindung mit einem Hydraulikventil 8 steht. Dies ist als 2/2 Wegeventil ausgestaltet und bildet Teil einer Auslöseeinrichtung 5. Diese Auslöseeinrichtung 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 verbunden, 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 vorgespannt.
In der Hydraulikleitung ist weiterhin ein Rückschlagventil 13 vorgesehen, durch welches nach erfolgter Betätigung des Zusatzwerkzeuges 4 das durch die Feder 14 verdrängte Hydraulikfluid unter Umgehung des Hydraulikventils 8 rückgeleitet werden kann.
Im folgenden wird die Wirkungsweise der in den 1 bis 4 beschriebenen Vorrichtung näher erläutert.
Die 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 zurückgezogenen Ruhestellung befindet. Das Rückströmen des Hydraulikfluids erfolgt durch das Rückschlagventil 13, das Hydraulikventil 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 Oberwerkzeugs 1 und des Unterwerkzeugs 2 gemäß 1 bereits Umformvorgänge durch die beiden Werkzeuge durchgeführt werden können.
Die 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 Auslöseelement 9 ist von dem Oberwerkzeug 1 noch nicht berührt.
In 3 ist das Oberwerkzeug in seine untere Totpunkt-Position 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 Oberwerkzeugs an das Unterwerkzeug wird das Auslöseelement 9 verschoben, 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 4 zeigt den nachfolgenden Zustand, bei welchem das Oberwerkzeug zurückgefahren wurde, so daß insgesamt ein Ausgangszustand vorliegt, welcher mit dem der 1 vergleichbar ist.
Wie bereits erläutert, führt die schlagartige Freisetzung der gespeicherten Energie des Energiespeichers 3 bei einer Betätigung des Hydraulikventils 8 zu einer plötzlichen Druckentladung 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 Arbeitszylinder 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 entfallen.
Durch die Entnahme der Energie aus dem Schließhub des Oberwerkzeugs 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 5 zeigt ein Beispiel eines Geschwindigkeits-Zeitdiagrammes bzw. eines Hub-Zeitdiagrammes. An den markierten Wendepunkte bzw. Nulldurchgängen der Kurven wird bei einer mechanischen Presse das erfindungsgemäße Zusatzwerkzeug betätigt, die in 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 zu dessen Betätigung gekoppelt ist, wobei der Energiespeicher 3 durch die Relativbewegung zwischen dem Oberwerkzeug 1 und dem Unterwerkzeug 2 ladbar und über eine Auslöseeinrichtung 5 mit dem Zusatzwerkzeug 4 verbunden ist.

Claims

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) zu dessen Betätigung gekoppelt ist, wobei der Energiespeicher (3) durch die Relativbewegung zwischen dem Oberwerkzeug (1) und dem Unterwerkzeug (2) ladbar und über eine Auslöseeinrichtung (5) mit dem Zusatzwerkzeug (4) verbunden ist.
Umformwerkzeug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (3) einen Gasspeicher umfaßt.
Umformwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (3) eine Feder umfaßt.
Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseeinrichtung (5) mechanisch betätigbar ist.
Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseeinrichtung (5) in einem im wesentlichen geschlossenen Zustand des Umformwerkzeugs betätigbar ist.
Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.
Umformwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseeinrichtung (5) ein Hydraulikventil (8) umfaßt.
Umformwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseeinrichtung (5) ein mit dem Hydraulikventil (8) gekoppeltes, durch das Oberwerkzeug (1) und/oder das Unterwerkzeug (2) betätigbares Auslöseelement (9) aufweist.
Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinheit (7) für das Zusatzwerkzeug (4) zumindest eine Kolben-Zylinder-Einheit umfaßt.