DE3637545A1 - Hydraulische schnellhubpresse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Schnell­ hubpresse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Beim Formen, Beschichten und Verpressen von groß­ flächigen Werkstoffteilen geringer Wandstärke aus Kunst­ stoff, von Kunststoffverbundstoffen oder von faserver­ stärkten Kunststoffmatten zu Formteilen sind äußerst steife Pressen mit hoher Preßgenauigkeit sowie großem Preßdruck erforderlich. Auch im Automobilbau geht man inzwischen dazu über die bisher aus Stahlblech hergestellten größeren Formteile, wie Wagentüren, Wagendächer usw. aus Kunststoff oder aus Kunststoffverbundstoffen herzustellen. Viele neue Kunststoffe und Kunststoff-Kombinationen sind hierfür entwickelt worden, die die erforderlichen Eigen­ schaften aufweisen. Als Ausgangsmaterial können aber auch faserverstärkte Kunststoffmatten oder Kunststoffplatten Verwendung finden, die im kalten oder erwärmten Zustand in der Presse verdichtet und verformt werden. Insbesondere die Formgebung von großflächigen Karosserieteilen mit äußerst geringer Wandstärke, erfordert eine exakte Parallelführung der Formteile, um keine unterschiedliche Dickenbereiche im Werkstück zu erhalten.

Zur Erfüllung dieser Forderungen sind hydraulische Pressen nach der DE-OS 32 07 242 bekannt.

Um den oben geschilderten hohen Anforderungen gerecht zu werden, besteht eine solche Presse aus einer hohen, an langen seitlichen Rundsäulen verstellbaren, als Preß­ tisch dienenden oberen Pressenholm und einem ungünstig hoch bauenden, aus einem unteren Pressenholm mit aufge­ setzten Preßzylindern und Preßtisch bestehendemPressen­ unterteil. Bei dieser Presse wird der obere an den Rundsäulen zunächst verklemmte Pressenholm entriegelt und an den Rundsäulen in die untere Arbeitsstellung gezogen. Der obere Pressenholm wird anschließend wieder an den Rundsäulen festgeklemmt, wonach die untere Form­ hälfte mit dem unteren Pressenholm über die hydrostatisch gelagerten Preßzylinder zum Verdichten und Verformen nach oben gegen das Werkstoffteil gedrückt wird. Durch das zwangsläufig vorzugebende große Spiel zur Führung des oberen Pressenholms an den Rundsäulen, ist eine Parallelführung und Einstellung der Formhälften in der geforderten Genauigkeit kaum erreichbar.

Die verfahrens- und werkstofftechnische Weiterentwicklung in der Verarbeitung von duroplastischen und thermoplastischen faserverstärkten Werkstoffen erfordern jedoch weiter

• a) extrem kurze drucklose Liegezeiten für das relativ hochbeschleunigte in der Wärme aushär­ tende Material (z. B. Polyesterharze für SMC-Groß­ formteile) oder auch vorgewärmte thermoplastische Materialien, die in das kalte Werkzeug gelegt werden,
• b) kurze Druckaufbauzeiten, um vom Material­ kontakt (zwischen Patrize und Matrize) bis zur Ausformung auf eine Ausformungszeit von = < 1 Sek. zu kommen.

Die Erfüllung der Bedingungen gem. a) und b) ist die Voraussetzung für qualitativ einwandfreie Teile, um z. B. im Falle einer Voraushärtung oder zu rascher Abkühlung des noch nicht ausgeformten Materiales oder im Falle b) bei den schnell reagierenden Werkstoffen eine Ausformung auch bei langen Fließwegen und engen Fließquerschnitten zu gewährleisten.

Neben diesem für das sogen. "Kunststoffschmieden" vor­ liegenden Anforderungsprofil ist es außerdem im Hinblick auf eine hohe Formteil-Genauigkeit sowie einer gleich­ mäßigen Gestaltfestigkeit oder auch einer entsprechenden gleichmäßig dünnen Oberflächenbeschichtung im Werkzeug selbst erforderlich,

• c) daß eine exakte Parallellaufregelung während des schnellen Abfahrens des Preßbärs und während des Preßvorgangs in sehr engen Grenzen (gemessen über die 4 Eckpunkte des Preßtisches) sichergestellt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine hydraulische Schnellhubpresse zu schaffen, die bei Erfüllung obenge­ nannter drei Forderungen a), b) und c), extrem kurze Preßzyklen ermöglicht.

Durch die in den Unteransprüchen 2 bis 6 aufgeführten Maßnahmen und Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 angegebenen Schnellhubpresse möglich.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß praktisch ein stoß- und ver­ schleißfreies Ankuppeln durch die fahrtsynchrone und kraftschlüssige Verklemmung der Druckstangen bei kleinen wirksamen Massen erreicht wird, wobei die technische Durchführung durch die hydraulische Abdämpfung und selbsttätige Kompensation der zugeschalteten Massen in den vorgespannten Druckkissen ermöglicht wird. Die Neutralisierung des Gewichts der Druckstangen und der Kolben begünstigen durch die verbleibenden geringen Massen in vorteilhafterweise kürzere Abbremszeiten, größere Geschwindigkeit für die durchfahrbare Leerhub­ strecke, sowie hohe Schließgeschwindigkeiten. Dies ergibt extrem kurze Liegezeiten des zu verformenden Materials vom Einlegen in die Patrize bis zum Beginn der Formung und damit bessere Verformbarkeit bis in die äußersten Ecken des Werkstücks.

Von Vorteil ist auch, daß durch die steuerungs- und regeltechnischen Maßnahmen sowie den konstruktiven Ausbildungen eine Parallellaufgenauigkeit bereits beim Einfahren der Matrize in die Führungen und Tauchkanten der Patrize vor Beginn des Materialkontaktes gewähr­ leistet ist.

Von Vorteil ist weiter die konstruktive Einheit der hydraulischen Klemmhülsenverriegelung mit der hydraulischen Kurzhubzylinderkolben-Anordnung für kurze Druckaufbauzeiten, wobei die Verwendung der Kurzhubzylinder besonders hohe Preßgeschwindigkeiten ermöglicht. Bei Kurzhubzylinder­ kolben-Anordnungen ist auch der erforderliche Energiever­ brauch sowie die zu steuernden und regelnden Ölmengen sehr gering und aufgrund des geringen Ölvolumens in den Zylindern die Druckaufbauzeit aufgrund des geringen Kompressionsvolumens der Ölsäule sehr klein, d. h., die zu komprimierende Ölmenge ist ca 20fach geringer als bei einem vollhydraulischen System. Kleinere bewegte Ölmengen unterstützen wieder eine exakte NC-geregelte Bewegung des Pressenstößels während des Schließ- und Preßhubes im engen Toleranzbereich der "Soll-Ist-Abweichung" nach den vorgegebenen Geschwindigkeits-, Bremskraft- und Preßdruckprofil.

Im Vergleich zu anderen bekannten Kurzhub-Preßsystemen sind für die Schnellhubpresse gemäß der Erfindung keine aufwendigen Steuerungen für eine ununterbrochene Stößel­ bewegung sowie für eine Synchronbewegung zwischen Stößel und Preßdrucksystem nötig.

Im Ergebnis ergibt die erfindungsgemäße Schnellhubpresse einen kürzeren Preßzyklus für das zu erzeugende Werkstück und damit höheren Ausstoß bei höherer Qualität und weniger Ausschuß sowie eine längere Lebensdauer der Werkzeuge durch Schonung der Tauchkanten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 im Aufriß und Schnitt die hydraulische Klemmhülsenverriegelung und die Kurzhubzylinderkolben-Anordnung der Schnellhubpresse gemäß der Erfindung,

Fig. 2 die Schnellhubpresse gemäß der Erfindung im Aufriß und Schnitt und

Fig. 3 ein Weg-Zeit-Druck-Diagramm für die Schnellhubpresse nach Fig. 2.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt eine hydraulische Schnellhubpresse in Fensterrahmenbauweise, bestehend aus dem Pressenrahmen 1 mit dem oberen Querhaupt 15 und dem Pressentisch 14. Zwischen dem Querhaupt 15 und dem Pressen­ tisch 14 ist der die obere Werkzeughälfte bzw. Matrize 28 tragende und mittels dem hydraulischen Schnellfahrantrieb 9 und 10 heb- und senkbare Preßbär 6 angeordnet. Der Schnellfahrtantrieb besteht aus dem zentrisch am Preßbär 6 befestigten Stößel 9 und der im Querhaupt 15 verankerten hydraulischen Zylinderkolbenanordnung 10. An zwei oder vier (je nach Pressenausführung) im Querhaupt 15 geführten Druckstangen 5 ist der Preßbär 6 befestigt. Die hydraulische Klemmhülsenverriegelung 3, 7 und 13 und die mit ihr in Wirkverbindung stehende hydraulische Preß­ druckzylinder Kolbeanordnung 2, 4, 8, 11 und 12 bilden mit den Druckstangen 5 eine konstruktive Einheit.

Fig. 1 zeigt im Schnitt die Anordnung einer Druckstange 5 mit der hydraulischen Klemmhülsen­ verriegelung 3, 7 und 13 und der hydraulischen Differentialzylinder-Kolbenanordnung 2, 4, 8, 11 und 12 für den Preßdruck. Durch Einleitung von Druckmittel in die Zuleitung 13 erzeugen die Membranen 7 und 7′ Druck auf die Klemmhülse 3 und 3′, und die Druckstange 5 ist mit dem Ringkolben 2 des Differentialzylinders 4 kraftschlüssig verriegelt. Da die Differentialzylinder 4 im Querhaupt 15 verankert sind, sind die Druckstangen 5 damit auch mit diesem verbunden. Bereits bei Beginn oder vor dem Absenken des Preßbärs 6 wird aus einem Druckspeicher Druckmittel in die Druckkissen 11 eingeleitet, um darin eine Druckvorspannung zu erzeugen, die ausreicht, um das Gewicht aller Druckstangen 5 und aller Ringkolben 2 gegenüber dem Querhaupt 15 aufzu­ heben. Die fahrtsynchrone Verriegelung der Druckstangen 5 mit dem Querhaupt 15 bewirkt somit ein stoßfreies Abfangen der bewegten Massen. Nach der Verriegelung wird durch Einleitung von Druckmittel über die Zuleitung 12 in den Zylinderraum 8 der erforderliche Preßdruck für den Preßvorgang ausgeübt, wobei die Ringkolben 2 über die Druckstangen 5 den Preßbär 6 mit der Matrize 28 gegen die Patrize 29 und Pressentisch 14 drücken.

Am Anfang eines Preßzyklus ist in der oberen Position des Stößels 9 die Klemmhülsenverriegelung 3, 7 und 13 entriegelt. Mit Beginn der gesteuerten Abwärtsbewegung durch die Hydraulikzylinder-Kolbenanordnung 10 senken sich die Druckstangen 5 mit dem Preßbär 6 und der Matrize 28 ab. Unmittelbar vor Berührung der beiden Werkzeughälften Matrize 28 und Patrize 29 wird die schnelle Abwärtsbewegung des Preßbärs 6 und der mit ihm formschlüssig verbundenen Druckstangen 5 gebremst, wenn Kontakt 18 auf Anschlag 16 trifft. Bei dem fahrtsynchronen Kuppeln braucht lediglich die relativ geringe Masse der Ringkolben 2 gegen die entsprechend dem Eigengewicht leicht vorgespannte Druckkissen 11 von Geschwindigkeit V = 0 mm/sec auf Bremsfahrtgeschwindigkeit des Preßbärs 6 beschleunigt werden. Das kraftschlüssige Kuppeln mittels der Klemmhülsenverriegelung 2, 3, 7 und 13 kann somit ohne Unterbrechung der Preßbärbewegung stoßfrei für die Massen der Ringkolben 2 in gedämpfter Weise erfolgen. Mit Berührung des Anschlags 17 durch den Gegenkontakt 18 wird der Preßdruckaufbau eingeleitet und die Parallellauf­ regelung gestartet. Dabei ist jedem Differentialzylinder 4 ein auf das eingespeiste Druckmittel-Volumen proportional reagierendes Servo-Schaltventil als Stellglied direkt zugeordnet. Die mechanischen Anschläge 16 und 17 sind in den Führungsschienen 19 verstellbar befestigt, um verschieden starke Formteile 31 fertigen zu können. Die Fahrbewegung des Stößels 9 kann auch über ein zentrales Zeit- und/oder Wegmeßsystem gesteuert werden.

Die Fig. 3 zeigt in einem Weg-Zeit-Druck-Diagramm, mit schematischer Darstellung der Formteile 28 und 29, den erfindungsgemäßen Fertigungsablauf eines Werkstücks 31 vom Start des Stößels 9 bis 21 bis zum Ende der Kompressionszeit bei 33. Auf der Abzisse ist der Stößelhub und auf der Ordinate die Schließgeschwindigkeit eingezeichnet. Die Geschwindigkeitsprofil-Kurve zeigt bei 22 den Beginn und bei 23 das Ende des Kuppelns zwischen den Ringkolben 2 und Druckstangen 5 an. Während in 25 der Materialkontakt beginnt, zeigen die Pfeile bei 26 die kurze Druckaufbauzeit aufgrund der Kurzhubausführung der Differentialzylinder 4. Mit 27 ist der erforderliche Leerhub als Freiraum für den Beschick- und Entnahmeroboter dargestellt. Die schnelle Stößelbewegung von ca. 1000 mm/sec. Schließgeschwindigkeit wird kurz bis zur Berührung der Tauchkanten 20 über ein exakt vorgegebenes Geschwindigkeits- und Bremsfahrtprofil ausgeführt. Mit 24 ist der Weg im angenommenen Beispiel für einen parallelgeregelten Pressenhub bis zum Ende der Formung des Preßmaterials bzw. Formteils 31 auf die Dicke 32 bezeichnet.

Claims (6)

1. Hydraulische Schnellhubpresse in Rahmenbauweise mit Preßtisch, Querhaupt und dazwischen beweglichen Preßbär zum Formen, Beschichten und Verpressen von großflächigen Werkstoffteilen geringer Wandstärke aus Kunststoff oder Kunststoffverbundstoffen oder von faserverstärkten Kunststoffmatten zu Formteilen, mit einem die obere Formhälfte tragendemPreßbär, der mit einer hydraulischen Schnellaufeinrichtung für den Leerhub und einer hydraulischen Kurzhubein­ richtung für den Arbeitshub heb- und senkbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Preßbär (6) im Leerhub von einer im Querhaupt ( 15) zentrisch wirkenden, hydraulischen Schnellauf-Fahrantrieb (9 und 10) heb- und senkbar und mittels Druckstangen (5) im Querhaupt (15) gleitend geführt ist,
die Druckstangen (5) nach dem Leerhub über je eine hydraulische Klemmhülsenverriegelung (3, 7 und 13) an die Ringkolben (2) von im Querhaupt (15) verankerten Differentialzylinder (4) fahrtsynchron und kraftschlüssig ankuppelbar sind, der Arbeitshub über Differentialzylinder (4), auf die Ringkolben (2) und mit diesen verriegelten Druckstangen (5) durch­ geführt ist, wobei vor der Verriegelung die Ring­ kolben (2) gegenüber dem Differentialzylinder (4) unter hydraulischem Gegendruck vorgespannt sind.

2. Hydraulische Schnellhubpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Druckkissen (11) aufgebaute Gegen­ kraft etwas größer gehalten ist als das Gesamtgewicht aller Druckstangen (5) und Ringkolben (2).

3. Hydraulische Schnellhubpresse nach Anspruch 1 und 2, daß die hydraulische Klemmhülsenverriegelung (3, 7 und 13) und die hydraulische Differentialzylinder­ kolben-Anordnung (2 und 4) mit den Druckstangen (5) eine konstruktive Einheit bilden.

4. Hydraulische Schnellhubpresse nach den Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß stufenlos verstellbare, mechanische Kontakte (16 und 17) in den Führungsschienen (19) des Pressenrahmens und hochsensitive Meßsysteme eine gemeinsame hydraulische Schaltvorrichtung steuern zur Serienauslösung der zentralen Druckvorspannung in den Druckkissen (11), der hydraulischen Klemm­ hülsenverriegelung (3, 7 und 13), dem Druckaufbau in den Kurzhubzylinder (4), bei gleichzeitiger Parallellaufregelung des Preßbärs (6) durch volumetrische Gleichlaufsteuerung des Inhalts der Kurzhubzylinder (4).

5. Hydraulische Schnellhubpresse nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnellauf-Fahrantrieb (9 und 10) für den Leerhub bis kurz vor der Tauchkantenberührung (20) über ein exakt vorgegebenes Geschwindigkeits- und Bremsfahrt-Profil von einem numerisch kontrollierten Computer-System ausgeführt ist.

6. Hydraulische Schnellhubpresse nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Parallellaufregelung jedem Kurzhub­ zylinder (4) als Stellglied ein proportional reagierendes Servo-Schaltventil direkt zugeordnet ist.