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Die Erfindung betrifft eine Presse
oder eine Stanz- oder Umformvorrichtung umfassend ein Gestell mit
einem eine Aufspannplatte aufweisenden Unterteil, einem eine Antriebseinrichtung
aufweisenden Oberteil und mit das Oberteil am Unterteil abstützenden
Ständern,
sowie weiter umfassend ein von der Antriebseinrichtung zu einer
Hin- und Herbewegung antreibbarer Stößel, der mittels Führungselemente
in vertikaler Richtung verschiebbar am Gestell gehalten ist und
eine der Aufspannplatte zugewandte Stirnseite aufweist, zumindest
eine Verstelleinrichtung zur Verstellung der Stößelumkehrposition während des
Betriebs der Stanz- oder Umformvorrichtung, sowie mindestens eine
der Verstelleinrichtung zugeordnete Meßeinrichtung zum berührungslosen Erfassen
der Stößelumkehrposition
mit einem am Stößel gehaltenen
ersten Meßglied
und einem mit diesem zusammenwirkenden, ortsfest gehaltenen zweiten
Meßglied.
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Zur Fertigung hochpräziser Press-,
Stanz- oder Umformteile mittels einer Presse bzw. einer Stanz- oder
Umformvorrichtung ist es erforderlich, die Stößelumkehrposition, d. h. den
unteren Totpunkt des Stößels, möglichst
konstant zu halten. Auch der Werkzeugverschleiß und damit die Standzeit der Werkzeuge
ist von der Stößelumkehrposition
abhängig,
und der Werkzeugverschleiß kann
reduziert werden, indem die Stößelumkehrposition
möglichst
unverändert
bleibt. Die Umkehrposition des Stößels ist von Massenkräften abhängig. Ausserdem
verändert sich
die Stößelumkehrposition
mit der Temperatur der Stanz- oder Umformvorrichtung.
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Um einer Veränderung der Stößelumkehrposition
entgegenzuwirken, wird in der
DE-OS
27 31 074 ein Stellantrieb für eine Stößellageverstellung vorge schlagen,
so daß im
laufenden Betrieb der Stanz- oder Umformvorrichtung die Stößelumkehrposition
verändert
werden kann. Dies gibt die Möglichkeit,
die Eintauchtiefe eines an der Stirnseite, d. h. der der Aufspannplatte
zugewandten Unterseite des Stößels, gehaltenen
Oberwerkzeuges in ein an der Aufspannplatte festgelegtes Unterwerkzeug
auch bei zunehmender Hubzahl der Stanz- oder Umformvorrichtung und
bei Temperaturschwankungen konstant zu halten. In der DE-OS 27 31
074 wird hierzu der Einsatz einer induktiven Eintauchtiefen-Meßeinrichtung
vorgeschlagen, die im Bereich der Werkzeuge anzuordnen ist, so daß die Eintauchtiefe
direkt erfaßt und
an eine Regeleinrichtung weitergegeben werden kann.
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Statt einer direkten Messung der
Eintauchtiefe des Stößels wird
in der
EP 0 374 035
B1 eine indirekte Messung vorgeschlagen, indem der im Werkzeug
auftretende Druck mittels eines Druckaufnehmers erfaßt wird,
dessen Ausgangssignal ein Maß für die Eintauchtiefe
darstellt.
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Aus der
EP 0 732 194 B1 ist es bekannt,
zur Messung der Stößellage
eine Meßeinrichtung
mit einem ersten Meßglied
und einem mit diesem zusammenwirkenden zweiten Meßglied zu
verwenden, die in einem inneren Eckbereich eines Werkzeugeinbauraumes
angeordnet sind. Der Werkzeugeinbauraum wird in vertikaler Richtung
durch die Stirnseite des Stößels und
die Oberseite der Aufspannplatte begrenzt, und in horizontaler Richtung
wird der Werkzeugeinbauraum durch die Führungselemente des Stößels definiert.
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Um einer Beschädigung der Meßeinrichtung beim
Umrüsten
der Stanz- oder Umformvorrichtung entgegenzuwirken, wird in der
EP 1 308 268 A1 vorgeschlagen,
die Meßeinrichtung
in einem Bereich des Stößels anzuordnen,
der eine Führungssäule umgreift.
Die Meßeinrichtung
ist bezogen auf die vertikale Richtung zwar in Höhe des Werkzeugeinbauraumes
positioniert, der Werk zeugeinbauraum kann jedoch bei einer derartigen
Ausgestaltung vollständig zur
Montage von Werkzeugen verwendet werden, ohne daß eine Behinderung durch die
Meßeinrichtung
besteht. Eine derartige Positionierung der Meßeinrichtung ist allerdings
nur dann möglich,
wenn zur Führung
des Stößels Führungssäulen zum
Einsatz kommen, die vom Stößel umgriffen
werden können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, eine Presse bzw. eine Stanz- oder Umformvorrichtung der
eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß unabhängig von der Art der zur Führung des
Stößels zum
Einsatz kommenden Führungselemente
der gesamte Werkzeugeinbauraum zur Montage von Werkzeugen zur Verfügung steht
und Werkstücke
ungehindert dem Werkzeugeinbauraum zugeführt werden können, ohne
daß die
Gefahr einer Beschädigung
der Meßeinrichtung
besteht.
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Diese Aufgabe wird bei einer Presse
bzw. einer Stanz- oder Umformvorrichtung der gattungsgemäßen Art
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die Meßeinrichtung
oberhalb der Stirnseite des Stößels angeordnet
ist.
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Eine derartige Ausgestaltung der
Presse, Stanz- oder Umformvorrichtung hat den Vorteil, daß der Werkzeugeinbauraum
keinerlei Behinderung durch die Meßeinrichtung erfährt und
Werkstücke dem
Werkzeugeinbauraum zugeführt
werden können,
ohne daß die
Gefahr einer Beschädigung
der Meßeinrichtung
besteht, und zwar unabhängig
davon, ob zur Führung
des Stößels Führungssäulen zum
Einsatz kommen oder andere Führungselemente.
Die Meßeinrichtung
ist in vertikaler Richtung oberhalb des Werkzeugeinbauraumes, nämlich oberhalb der
Stirnseite des Stößels positioniert.
Es können
somit im Werkzeugeinbauraum Umrüstungen
vorgenommen werden, ohne daß die
Gefahr einer Beschädigung
der Meßeinrichtung
besteht, mit deren Hilfe die Stößelumkehrposition
im laufenden Betrieb der Presse, Stanz- oder Umformvorrichtung erfaßt werden
kann, so daß gegebenenfalls
mittels der Verstelleinrichtung die Stößelumkehrposition korrigiert
werden kann. Hierzu ist es von Vorteil, wenn der Verstelleinrichtung
und der Meßeinrichtung
eine elektronische Steuereinheit zugeordnet ist, der ein Sollwert der
Stößelumkehrposition
vorgegeben werden kann und die den Sollwert mit dem von der Meßeinrichtung erfaßten Ist-Wert
vergleicht und gegebenenfalls der Verstelleinrichtung ein Korrektursignal
bereitstellt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist das zweite Meßglied
an einem Ständer
gehalten. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn diesem Ständer ein
Dehnungsmeßglied
zugeordnet ist zur Erfassung einer Dehnung dieses Ständers, wobei
die Presse bzw. die Stanz- oder Umformvorrichtung eine Korrektureinheit
aufweist zur Korrektur des von der Meßeinrichtung bereitgestellten
Meßwerts
in Abhängigkeit
vom Meßsignal
des Dehnungsmeßgliedes. Eine
derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, daß das zweite Meßglied auf
konstruktiv einfache Weise ortsfest an einem Ständer festgelegt werden kann,
wobei gleichzeitig eine möglicherweise
auftretende Dehnung des Ständers
mittels des Dehnungsmeßgliedes erfaßt und dadurch
ein möglicher
Meßfehler
der Meßeinrichtung
korrigiert werden kann.
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Die Ständer sind üblicherweise an den Eckpunkten
eines Rechteckes angeordnet. Vorzugsweise ist zumindest eine Meßeinrichtung
zwischen benachbarten Ständern,
beispielsweise im Bereich einer kürzeren Rechteckseite, positioniert.
Es hat sich gezeigt, daß eine
derartige Positionierung einen zuverlässigen Schutz der Meßeinrichtung
vor mechanischen Einwirkungen bietet, und auch die Gefahr einer
Verschmutzung der Meßeinrichtung
ist bei einer derartigen Positionierung gering.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
die Presse, Stanz- oder
Umformvorrichtung zumindest zwei Meßeinrichtungen, die in einander
diagonal gegenüberliegenden
Eckbereichen des Stößels angeordnet
sind, wobei mittels einer Signalverarbeitungseinheit ein Mittelwert
der von den beiden Meßeinrichtungen
bereitgestellten Meßwerte
berechenbar ist. Eventuell auftretende Kippmomente des Stößels können bei
einer derartigen Ausgestaltung zuverlässig erfaßt werden, so daß die Lage
des Stößelumkehrpunktes
im laufenden Betrieb der Presse, Stanz- oder Umformvorrichtung auch
bei außermittiger
Belastung des Stößels, wie
sie beispielsweise bei modular aufgebauten Mehrstufenwerkzeugen
auftreten können,
zuverlässig
erfaßt werden
kann. Modular aufgebaute Mehrstufenwerkzeuge können den Stößel mit hohen aussermittigen Umformkräften belasten,
wobei es im Verlauf der Umformoperation zu einer dynamischen Verschiebung
des Kraftschwerpunkts kommt. Eine gleichzeitige Messung der Stößelumkehrposition
an einander diagonal gegenüberliegenden
Eckbereichen ermöglicht
es, aufgrund der außermittigen
Belastung auftretende Führungsunsymmetrien
des Stößels zu
erfassen, so daß diese
gegebenenfalls ausgeglichen werden können.
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Wie bereits erläutert, wird die Stößelumkehrposition
bei der erfindungsgemässen
Presse, Stanz- oder Umformvorrichtung berührungslos erfaßt. Hierzu
können
die ersten und zweiten Meßglieder
der Meßeinrichtung
beispielsweise magnetisch zusammenwirken. Es kann zum Beispiel vorgesehen
sein, daß das
erste Meßglied
ein Steuerglied aufweist, das mit einem als magnetfeldempfindlichen
Sensor ausgestalteten zweiten Meßglied, vorzugsweise einem Hallsensor,
zusammenwirkt. Die am Sensor herrschende Magnetfeldstärke ist
von der Stellung des ersten Meßgliedes
abhängig
und somit von der Stellung des Stößels. Das Steuerglied des ersten
Meßgliedes
kann beispielsweise konisch ausgestaltet sein, so daß durch
eine Vertikalbewegung des Steuergliedes dessen Abstand zum magnetfeldempfindlichen
Sensor verändert
und dadurch die am Sensor herrschende Magnetfeldstärke beeinflußt wird.
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Es kann auch vorgesehen sein, daß die ersten
und zweiten Meßglieder
induktiv miteinander zusammenwirken. Hierbei kann eines der beiden
Meßglieder
in das andere Meßglied
eingreifen. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, daß eines
der beiden Meßglieder
eine Spule ausbildet, durch die ein von der Relativstellung der
beiden Meßglieder
abhängiger
Strom fließt.
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Vorzugsweise umfaßt eines der beiden Meßglieder
eine Vielzahl von in Reihe hintereinander angeordneter, einander
abwechselnder magnetischer Nord- und Südpolbereiche. Von Vorteil ist
es hierbei, wenn das am Stößel festgelegte
erste Meßglied
stangen- oder bandförmig
ausgebildet ist mit einer Vielzahl von Nord- und Südpolbereichen,
während
das zweite, ortsfest angeordnete Meßglied das erste Meßglied in
Umfangsrichtung zumindest teilweise umgreift. Letzteres kann beispielsweise
als Induktionsspule ausgestaltet sein, in der ein von der Relativverschiebung
des ersten Meßgliedes
abhängiger Strom
induziert wird, der wiederum von einem Strommesser erfaßt werden
kann.
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Die nachfolgende Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung.
Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung einer Stanz- oder Umformvorrichtung
und
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2:
eine Schnittansicht längs
der Linie 2-2 in 1.
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In der Zeichnung ist schematisch
eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte Stanzvorrichtung
dargestellt, die ein Gestell 12 aufweist mit einem Unterteil 13 und
einem Oberteil 14. Das Oberteil 14 ist mittels
vier an den Eckpunkten eines Rechteckes angeordneter Ständer 16 am
Unterteil 13 abgestützt.
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Das Unterteil 13 trägt eine
Aufspannplatte 18, an der ein Unterwerkzeug montiert werden
kann, und das Oberteil 14 nimmt eine Antriebseinrichtung 20 auf,
mit deren Hilfe ein in vertikaler Richtung hin- und herbewegbarer
Stößel 22 angetrieben
werden kann. Der Antrieb erfolgt mittels einer Exzenterwelle 24,
die am Oberteil 14 drehbar gelagert und mit Hilfe eines
an sich bekannten und deshalb in der Zeichnung nicht dargestellten
Antriebsmotors zu einer Drehbewegung antreibbar ist. Über eine
Kupplung 26 steht die Exzenterwelle 24 mit einem
Schwungrad 27 in Drehverbindung, und an der Exzenterwelle 24 sind mit
möglichst
großem
Abstand zueinander zwei Pleuel 29, 31 drehbar
gehalten, die mit ihrem freien Ende jeweils über eine zur Verstellung der
Umkehrposition des Stößels 22 vorgesehene
Verstelleinrichtung 33 mit dem Stößel 22 verbunden sind.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, ist an den Ständern 16,
jeweils einem Werkzeugeinbauraum 35 zugewandt jeweils eine
erste Führungsschiene 37 gehalten,
die mit einer an den Eckbereichen des Stößels 22 angeordneten
zweiten Führungsschiene 38 zusammenwirkt
zur Führung
des Stößels 22 in
vertikaler Richtung. Die ersten und zweiten Führungsschienen 37, 38 bilden
Führungselemente
aus, die auch bei sehr hohen Hubzahlen der Stanzvorrichtung 10 eine
präzise
Führung
des Stößels 22 sicherstellen.
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Alternativ könnten statt der ersten und
zweiten Führungsschienen 37, 38 bei
der Stanzvorrichtung 10 auch Führungssäulen und zugeordnete Gleit-
oder Wälzführungen
zum Einsatz kommen, wobei es günstig
ist, wenn die Führungssäulen unverschieblich
am Stößel 22 gehalten
sind und sowohl am Oberteil 14 als auch am Unterteil 13 mittels
Gleit- oder Wälzführungen
geführt
sind.
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Der Werkzeugeinbauraum 35 steht
zur Montage von Werkzeug und zur Zuführung von zu bearbeitenden
Werkstücken
zur Verfügung.
Hierbei kann das Oberwerkzeug an einer der Aufspannplatte 18 zugewandten
Stirnseite 40 des Stößels 22 montiert werden,
und ein zugeordnetes Unterwerkzeug kann an der Aufspannplatte 18 montiert
werden. In vertikaler Richtung wird somit der Werkzeugeinbauraum 35 durch
die Stirnseite 40 und die Oberseite der Aufspannplatte 18 begrenzt,
während
er in horizontaler Richtung durch die vier Ständer 16 definiert
wird.
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Außerhalb des Werkzeugeinbauraumes
35, nämlich oberhalb
der Stirnseite
40, sind im. Bereich zwischen den kürzeren Rechteckseiten
des von den Ständern
16 definierten
Rechteckes jeweils einem Ständer
16 zugeordnet
insgesamt vier identisch ausgestaltete Meßeinrichtungen
42 gehalten,
die jeweils ein am Stössel
22 festgelegtes
erstes Meßglied
44 und
ein diesem zugeordnetes zweites Meßglied
45 umfassen,
das am jeweiligen Ständer
16 festgelegt ist.
Das erste Meßglied
44 ist
stangenförmig
ausgebildet und erstreckt sich praktisch über die gesamte Höhe des Stößels
22.
Es weist eine Vielzahl von in Längsrichtung
hintereinander angeordneter magnetischer Nord- und Südpole auf
und wird vom zweiten Meßglied
45 in
Umfangsrichtung teilweise umgriffen. Das zweite Meßglied
45 weist
eine in der Zeichnung nicht dargestellte, an sich bekannte Induktionsspule auf
sowie ein mit dieser zusammenwirkendes Strommeßgerät. Wird der Stößel
22 in
vertikaler Richtung bewegt, so wird vom ersten Meßglied
44 in
der Induktionsspule des zweiten Meßgliedes
45 ein Induktionsstrom
induziert, der vom zugeordneten Strommeßgerät erfaßt wird. Derartige Meßein richtungen
42 sind
an sich bekannt und beispielsweise in der
EP 0 732 194 B1 beschrieben.
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Jeder Meßeinrichtung 42 benachbart
ist am jeweiligen Ständer 16 ein
Dehnungsmeßglied 47 angeordnet,
das ebenfalls oberhalb der Stirnseite 40 des Stößels 22 gehalten
ist und eine Dehnung des jeweiligen Ständers 16 erfassen
kann. Derartige Dehnungen können
insbesondere bei Temperaturänderungen
des jeweiligen Ständers 16 auftreten.
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Über
in der Zeichnung nicht dargestellte, dem Fachmann an sich bekannte
Verbindungsleitungen stehen die zweiten Meßglieder 45 ebenso
wie die zugeordneten Dehnungsmeßglieder 47 mit
einer Signalverarbeitungseinheit 50 in elektrischer Verbindung,
die ein Korrekturglied 52, ein Rechenglied 54 und
ein Regelglied 56 aufweist. Mittels des Korrekturgliedes 52 können die
jeweiligen Meßsignale
der zweiten Meßglieder 45 mit
den zugeordneten Meßsignalen
der Dehnungsmeßglieder 47 verknüpft werden,
um den Einfluß einer
Dehnung des jeweiligen Ständers 16 auf
den vom zweiten Meßglied 45 bereitgestellten
Meßwert
zu berücksichtigen.
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Mittels des Rechengliedes 54 können die – gegebenenfalls
korrigierten – Meßsignale
der insgesamt vier Meßeinrichtungen 42,
die in den Eckbereichen des Stößels 22 positioniert
sind, miteinander verknüpft
werden zur Erfassung einer möglichen Führungsunsymmetrie
des Stößels 22 sowie
zur Bildung eines Mittelwertes der von den insgesamt vier zum Einsatz
kommenden Meßeinrichtungen 42 erfaßten Stößelumkehrpositionen.
Die erfaßten
Stößelumkehrpositionen
können
als Ist-Wert dem Regelglied 56 zugeführt werden. Das Regelglied 56 erlaubt einen
Vergleich des Ist-Wertes mit einem vom Benutzer vorgebbaren Soll-Wert.
Bei Vorliegen einer einen vorgebbaren Toleranzbereich über schreitenden
Abweichung kann vom Regelglied 56 ein Steuersignal an mindestens
eine der beiden Verstelleinrichtungen 33 ausgegeben werden.
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Kommt es während des Betriebes der Stanzvorrichtung 10 zu
einer Veränderung
der Stößelumkehrposition,
d. h. des unteren Totpunktes des Stößels 22, wird dies
von den vier Meßeinrichtungen 42 registriert
und mittels des Regelgliedes 56 kann durch entsprechende
Ansteuerung der Verstelleinrichtungen 33 einer möglichen
Veränderung
der Stößelumkehrposition
gegengewirkt werden, indem die effektive Länge der Pleuel 29 und 31 nachjustiert wird.