DE3744177C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Tiefziehteilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Eine bei der Herstellung von Kraftfahrzeug-Rohbaukarosserien sehr we­ sentliche Vorstufe stellt die Blechumformung dar, da hier unter den Ge­ sichtspunkten Kostendruck, Gewichtseinsparung, Korrosionsschutz usw. der Einsatz rationeller und wirtschaftlicher Herstellungsverfahren ge­ fragt sind.

Beim Tiefziehen einer Platine entstehen im Werkstoff beispielsweise radiale Zug- und tangentiale Druckspannungen. Dies hat unter anderem eine unerwünschte Faltenbildung zur Folge, was in der Praxis durch einen Niederhalter (Blechhalter) zu vermeiden versucht wird, der die Platine mit einer meist konstant vorgegebenen Haltekraft beaufschlagt. Die Kraft, mit der ein Niederhalter auf die Randbereiche der Platine drückt, soll gerade so groß sein, daß die Faltenbildung vermieden wird. Der Platinen-Randbereich soll jedoch nicht so stark festgehalten wer­ den, daß ein Nachfließen des Werkstoffes in den Ziehspalt verhindert wird, bzw. daß Risse entstehen. Wünschenswert wäre, während des Ver­ formungsvorganges jeweils nur den gerade zur Verhinderung von Falten und Rissen erforderlichen Niederhaltedruck einzustellen. Beim Tiefzie­ hen mit Niederhalter ist nämlich die häufigste Versagensursache das Ab­ reißen des Ziehteilbodens. Dies kommt dann zustande, wenn die für die Verformung des Werkstoffes in der Formgebungszone erforderliche Umform­ kraft und die zur Überwindung der Reibung, insbesondere am Blechniederhalter, erforderliche Kraft die Kraft übersteigt, die von der Platine im Ziehteilboden maxi­ mal übertragen werden kann.

Bei der Umformung von verschiedenartigen Werkstoffen, wie z. B. unbe­ schichteter Stahl, verzinktes Blech, höherfeste Bleche oder sogar Alu­ minium mit dem gleichen Werkzeug, treten nach dem heutigen Stand der Pressentechnik fast unüberwindbare Schwierigkeiten auf. Dies ist sicherlich teilweise darauf zurückzuführen, daß in der Vergangenheit hinsichtlich Pressentechnik die Ziele im allgemeinen nur in Richtung Mechanisierung, Rationalisierung, Humanisierung und Zugänglichkeit bei Störfällen gesteckt waren, aber hinsichtlich der Bewegungsfunktionen von Stößel, Blechhalter und Ziehkissen wenig Anstrengungen erkennbar waren. Daher muß man auch heute noch zur Lösung von übergreifenden Problemen bei der Auslegung von Ziehwerkzeugen sowie bei der Werkzeug­ einarbeitung in großem Umfange erarbeitetes "know-how" (praktisch er­ probte Faustregeln, Einsichten und Erfahrungen) einbringen. Die Einlei­ tung des Blechhalterdruckes in den Blechhalter erfolgt beispielsweise bei diversen Ausführungsformen hydraulischer Pressen mittels vier an den Eckpunkten des Blechhalters angebrachte Hydraulikzylinder. Diese können gegebenenfalls mit unterschiedlichen, teilespezifischen Blech­ halterdrücken beaufschlagt werden, die dann aber während des gesamten Tiefziehvorganges konstant gehalten werden. Die Druckeinstellung selbst erfolgt beispielsweise mittels per Handrad zu betätigenden Vorsteuer­ ventilen für dem Hydraulikzylinder zugeordnete Druckminderventile. Die richtige Einstellung wird aufgrund von Erfahrungswerten gefunden bzw. durch Vorversuche ermittelt.

Dies ist eine aufwendige Prozedur, zumal dann, wenn, wie dies häufig der Fall ist, die verwendeten Tiefziehpressen als Mehrzweckanlagen ge­ nutzt werden. Dabei werden mit einem Werkzeug Tiefziehteile in einer ausreichenden Losmenge gefertigt, bis ein Vorrat für eine Reihe von Produktionstagen geschaffen worden ist. Danach erfolgt ein Werkzeug­ wechsel und der Umbau auf ein weiteres herzustellendes Teil. Dabei muß die Tiefziehpresse wieder vollständig auf die spezifische Erforder­ nisse beim Tiefziehen dieses Werkstückes eingestellt werden.

In dem Bestreben, ein optimales Arbeitsergebnis zu erhalten, wird seit einiger Zeit nach Möglichkeiten gesucht, um den Blechhalterdruck wäh­ rend des Ziehvorganges verändern zu können. Dabei wurde bereits der Einsatz von Federpaketen bzw. Gasfederelementen vorgeschlagen, die je­ weils unter dem Pressentisch anzuordnen sind. Da dort meist aber nur eine geringe Bauhöhe vorhanden ist, stößt dies häufig auf Probleme. Eine andere Variante, um an mechanischen Tiefziehpressen eine Änderung des Blechhalterdruckes zu ermöglichen ist das Anbringen einer Verstell­ einrichtung an die Höhe des Blechhalterdruckes bestimmenden Kurven­ scheiben, um dadurch eine Druckentlastung zu realisieren.

Als druckschriftlicher Stand der Technik ist zunächst auf die DE-PS 29 53 430 C2 hinzuweisen, die ein Verfahren zur Herstellung von hohlen Er­ zeugnissen durch Tiefziehen und eine Presse zur Durchführung dieses Verfahrens offenbart. Dabei wird der zentrale Teil einer auf einer Ma­ trize aufliegenden Platine vom peripheren Teil derselben hermetisch abgedichtet, so daß auf die Stirnseite des peripheren Platinenteils mit einer Hochdruckflüssigkeit eingewirkt werden kann, wobei während des Tiefziehens der Flüssigkeitsdruck nach einer vorgegebenen Formel ver­ ändert werden kann. Das Ziehen der Platine selbst geschieht mittels eines starren Stempels.

Dieses Verfahren mag gegebenenfalls bei der Herstellung tiefer, hohler Erzeugnisse in der Art eines Bechers (z. B. auch Hülsen, Buchsen) ge­ eignet sein, für die Verarbeitung von Tiefziehblechen für Karosserie­ elemente von Kraftfahrzeugen eignet sich dieses Verfahren jedenfalls nicht.

Weiterhin ist auf die DE-AS 25 25 514 B2 hinzuweisen, die ebenfalls ein Verfahren zum Tiefziehen von Platinen aufzeigt, wobei die zwischen Ma­ trize und Niederhalter eingespannte Platine entgegen der Wirkung eines im Verformungsbereich wirksamen Gegendruckes einer Flüssigkeit tiefge­ zogen wird. Dabei ist vorgesehen, daß die Ziehbewegung bis zum Errei­ chen der vollen Ziehtiefe mehrfach und jeweils für eine vorbestimmte Zeitdauer unterbrochen wird.

Diese Maßnahme gestaltet den einzelnen Ziehvorgang relativ zeitaufwen­ dig und somit auch unwirtschaftlich, so daß allein aus Kostengründen davon abzuraten ist.

Die beiden nachveröffentlichten Patentschriften DE 37 35 581 C1 und DE 37 35 582 C1 beschreiben eine Presse zum Ziehen von Blechteilen bzw. eine doppelwirkende Presse zum Ziehen von Blechteilen, denen gemeinsam ist, daß eine Platine während des durch einen mit einer Matrize zusammenwirkenden Stempel eines Pressenstößels hervorgerufenen Verformungsvorganges an ihren Randbereichen zwischen einem Blechhalter und einer Auflage eingespannt ist und der Blechhalterdruck von ventilgesteuerten Blechhaltezylindern aufgebracht wird, wobei weiterhin die den Blechhalterzylindern zugeordneten Ventile von einer elektronischen Regelung mit Schaltsignalen beaufschlagt werden, um den Druck der Blechhaltezylinder während des Verformungsvorganges mehrfach zu ändern.

Mit dergestalt aufgebauten Pressen ist es möglich, den Blechhaltedruck an die spezifischen Erfordernissen bezüglich des herzustellenden Tiefziehteiles anzugleichen und die Anpassung der hydraulischen Ziehpresse an die Herstellung anders zu formender Tiefziehteile schnell und einfach durchzuführen. Über den Verlauf des Blechhalterdruckes während des Verformungsvorganges im einzelnen ist in diesem Stand der Technik nichts wesentliches ausgesagt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Tiefziehteilen, insbesondere von Tiefziehblechen für Karosserieelemente von Kraftfahrzeugen bereitzustellen, mit dem bei einer schnellen und einfachen Anpaßbarkeit der Ziehpresse an die Herstellung anders zu formender Tiefziehteile insbesondere eine Optimierung der Qualität der hergestellten Tiefziehteile möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß unter Anwendung eines Verfahrens ge­ löst, welches die Merkmale des Patentanspruches 1 aufweist. Patentanspruch 12 offenbart eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer Tiefziehpressen-Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Zwar ist mit der DE-PS 7 35 158 eine Einrichtung zum Steuern des Druckes eines pneumatischen bzw. hydropneumatischen Faltenhalters einer Blechziehpresse bekanntgeworden, bei der in die zum Faltenhalterzylinder führende Druckmittelleitung eine Anzahl von auf verschiedene Druckhöhen eingestellte Ventile eingesetzt ist, die nacheinander zur Wirkung kommen. Diese Anordnung ist technologisch veraltet und wird heutigen Ansprüchen selbstverständlich nicht mehr gerecht. In den Fig. 5 und 6 dieser Patentschrift sind auf den Ziehweg bezogene Druckverläufe des Faltenhalterdruckes wiedergegeben, die zwar der erfindungsgemäßen Faltenhalterdruck-Sollkurve relativ nahekommen, in einem sehr wesentlichen Punkt allerdings dahingehend abweichen, als der Faltenhalterdruck am Ende des Tiefziehvorganges stets größer ist als zu Beginn dieses Arbeitsprozesses. Insoweit sind mit den vorbekannten Faltenhalterdruck-Sollkurven auch nicht die Arbeitsergebnisse erreichbar, wie dies mit der Erfindung möglich ist.

Wie erste praktische Anwendungen der Erfindung bei einer entsprechend gestalteten Tiefziehpresse gezeigt haben, gehen damit eine Reihe teils überraschender Ergebnisse und Vorteile einher. Bereits bei der Verarbeitung einfacher Ziehteile zeigte sich, daß neben den erhofften Qualitätsverbesserungen auch Materialeinsparungen zu verzeichnen sind. Dies resultiert daraus, daß das Blech zu Beginn des Ziehvorganges mit einem erheblich höheren Blechhalterdruck als bisher beaufschlagt werden kann. Dieser Druck kann im weiteren Ziehverlauf wieder reduziert und dann je nach Ziehteil optimiert werden. Die Materialeinsparung hat neben der Kostenreduzierung auch den Effekt, daß das Material mehr als bisher ausgestreckt wird. Diese Erhöhung der Materialausstreckung bringt darüber hinaus eine zusätzliche Steigerung der Bauteilsteifigkeit sowie eine Verringerung des Einsatzgewichtes mit sich. Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß es durch die Beaufschlagung des Tiefziehteiles (Karosserieteil) mit einem jeweils teilespezifischen Blechhalterdruck möglich ist, die durch die Anisotropie des Materials bedingte Neigung zur Faltenbildung zu verhindern, d. h. ein Abheben des Blechhalters wird durch die Beaufschlagung mit einem erhöhten Blechhalterdruck weitgehend verhindert. Das damit einhergehende kontrollierte Einfließen des Materials hat wiederum positiven Einfluß auf die Güte des Tiefziehteiles. Es hat sich ferner gezeigt, daß eine drastische Schmiermitteleinsparung möglich ist.

Durch die festgestellte Materialersparnis (ca. 2%) ergeben sich noch weitere positive Nebeneffekte. So verringert sich z. B. die Zeit zum Wechsel des Coils, die Lagerhaltung des Coils und dessen Transport.

Die Erfindung ist nachstehend beschrieben. Die zugehörige Zeichnung dient dabei der weiteren Erläuterung. Sie zeigt in

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung des prinzipiellen Aufbaues einer wegabhängigen Blechhalterdruckregelung unter Verwendung eines dreifachwirkenden Ziehwerkzeuges,

Fig. 2 ein Beispiel einer theoretischen Ziehweg-Druckkurve für die weg­ abhängige Blechhalterdruckregelung,

Fig. 3 einen Hydraulikplan mit einem eingebauten Proportional-Druck­ minder- und Druckbegrenzungsventil, sowie einem Wegeventil in einer Fernregelleitung,

Fig. 4 eine Einrichtung zur Wegaufnahme (Ziehweg) des Pressenstößels,

Fig. 5 einen Hydraulikplan für die Einbeziehung des Stößels in die Regelung,

Fig. 6 eine schematisierte Darstellung einer für das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung gelangenden elektronischen Regeleinheit und

Fig. 7 optimierte Kurvenverläufe für Blechhalter, Ziehkissen und Pressenstößel aus einer praktischen Anwendung.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau einer wegeabhängigen Blechhalter­ druckregelung in schematischer Darstellung gezeigt. Im Mittelpunkt steht dabei eine Tiefziehpresse (2), bestehend aus einem unterem Pressentisch (3), der ein Werkzeugunterteil (4), d. h. die Matrize trägt. Auf letz­ teres ist eine zu einem Tiefziehteil zu verformende Platine (5) gelegt. Der Platine (5) bzw. dem Pressentisch (3) ist ein Stempel (6) gegenüber­ gestellt, dessen untere Stirnfläche entsprechend der gewünschten Form der Platine (5) geformt ist. Deren Randbereich werden von einer Blechhal­ terbahn (7) überdeckt, die mit einem entsprechend geformten Ziehkissen (11) die Platine (5) während des Verformungsvorganges zwischen sich einspannen.

Dabei versteht sich von selbst, daß zunächst die nach unten sich be­ wegende Blechhalterbahn (7) das Ziehkissen (11) mitbewegt (entgegen der gegengerichteten Kraft von über Hydraulikzylinder beaufschlagten Zieh­ kissenbolzen (21), bis das Ziehkissen (11) auf dem Pressentisch (3) zur Auflage kommt. Erst danach setzt sinnvollerweise die ziehwegabhängige Blechhalterdruckregelung ein.

Gegenstand der Erfindung ist die wegeabhängige (Ziehweg) Regelung der von der Blechhalterbahn (7) übertragenen Anpreßkraft. Diese wird von einem Blechhalter (8) aufgebracht, der von 4 gleichmäßig verteilt ange­ ordneten und vorzugsweise baugleich gestalteten Blechhalterzylindern (9.1-9.4) beaufschlagt wird. Die Krafteinleitung auf dem Stempel (6) ist davon unabhängig und erfolgt mittels eines ihn tragenden Pressen­ stößels (10). Der Ziehweg des Stempels (6) wird mittels eines Wegauf­ nehmers (12) erfaßt und in einer Signalumwandlung (13) in ein elektri­ sches Signal umgewandelt, welches der elektronischen Regelung (14) zu­ geführt wird. Hierbei kann jeweils einem bestimmten Stempelweg ein be­ liebig wählbarer Druckwert (max. 4 Druckwerte für die 4 Blechhalter­ zylinder 9.1-9.4) zugeordnet werden. Die einem bestimmten Ziehweg zuge­ ordneten Blechhalterdruckwerte werden in elektrische Stromsignale ge­ wandelt und mittels Steuerleitungen (15) über näher noch zu beschrei­ bende Vorsteuerventile jeweils einem elektrisch schaltbaren Druckmin­ derventil (16.1-16.4) zugeleitet. Dabei ist jedem der Blechhalterzylin­ der (9.1-9.4) ein separates Druckminderventil (16.1-16.4) zugeord­ net, so daß ein in sich geschlossenes Hydrauliksystem für jeden dieser Blechhalterzylinder (9.1-9.4) geschaffen ist. Der in jedem Blechhalter­ zylinder (9.1-9.4) auftretende Mediumdruck wird über hier nicht näher gezeigte Druckmeßdosen (23.1-23.4) oder ähnliche geeignete Einrichtun­ gen gemessen und die entsprechenden Werte über Zuleitungen (17) einer Signalumformung (18) zugeleitet, die wiederum entsprechende elektri­ sche Signale erzeugt, die über Signalleitungen (19) der elektronischen Regelung (14) zugeführt werden. Dort werden sie dann mit den vorgege­ benen Drucksollwerten (Blechhalterdruck-Ziehweg-Kurve) verglichen. Er­ geben sich Abweichungen zwischen Drucksoll- und -istwert, so werden über die entsprechenden elektrischen Steuersignale die elektrisch schaltbaren Druckminderventile (16.1-16.4) angesteuert, um die ge­ wünschte Übereinstimmung zu realisieren, so daß der Regelkreis ge­ schlossen ist.

Fig. 2 zeigt für einen der 4 Blechhalterzylinder (9.1-9.4) den gefor­ derten (Sollwert) Verlauf der Druckkraft (Ordinate) über den Ziehweg (Abszisse). Durch entsprechende geometrische Zuordnung des Stempels (6) ist sichergestellt, daß zu dem Zeitpunkt, zu dem dieser erstmals Kon­ takt mit der Platine (5) aufnimmt, an dem Blechhalterzylinder (9.1-9.4) bereits die maximale Druckkraft anliegt. Grundsätzlich ist zu sagen, daß für jeden der verwendeten Blechhalterzylinder (9.1-9.4) eine ihm eigene, in Abhängigkeit von der gewollten Geometrie des Werkstückes frei wählbare Kurve vorgesehen werden kann. Die an den "Knickstellen" des Kurvenverlaufes angedeuteten Schaltpunkte 1-16 kennzeichnen das Wirksamwerden der Druckminderventile (16.1-16.4), die von Vorsteuerven­ tilen beaufschlagt werden, wobei letztere primär unter dem Einfluß der elektronischen Regelung der wegabhängigen Blechhalterdruckregelung ste­ hen. Auf den vorrichtungsgemäßen Sachverhalt zur Verwirklichung dieses Kurvenverlaufes wird noch eingangen werden. Es ist ersichtlich, daß mit einer höheren Zahl von Schaltpunkten, d. h. mit Erweiterung auf beispielsweise 40 Schaltpunkte (wie in der Anwendung bereits erprobt) ein wesentlich weicherer Kurvenverlauf (Wendepunkt, Übergang in Mini­ malwerte und Auslauf aus diesen Werten) erreichbar ist, so daß insge­ samt der Verformungsvorgang sowohl für das Tiefziehteil (Platine 5) als auch für die Tiefziehpresse (2) insgesamt materialschonender gestaltet werden kann.

Der Verlauf der Sollkurve (49) läßt sich in Bereiche A-H einteilen. Der Bereich -A- ist gekennzeichnet durch eine "starre Blechhalterung", d. h. die Platine (5) wird durch den Blechhalter (8) eingespannt und festgehalten, so daß das über der Matrize liegende Material bei Beginn der Umformung ohne Nachlauf von außen umgeformt wird.

Der Bereich -B- ist durch ein Absenken des Druckes auf niedrigeren Blechhalterdruck zur Einleitung des Materialnachlaufes des Platinenwerkstoffes für den weiteren Umformprozeß gekennzeichnet.

Der Bereich -C- ist durch ein weiteres Absenken des Druckes zur Erreichung weiteren Materialnachlaufes des Platinenwerkstoffes zur angepaßten Geometriefüllung des Tiefziehteiles unter Anlage an die Form des Stempels (6) gekennzeichnet.

Der Bereich -D- ist durch einen relativ konstanten Blechhalterdruck über einen definierten Ziehweg zur Erzeugung des hauptsächlichen, druckkontrollierten Materialeinlaufes für den weiteren Ziehvorgang mit gleichzeitigem Umformen der äußeren Bereiche der Platine (5) gekennzeichnet.

Der Bereich -E- ist durch einen Druckanstieg für einen verzögerten Materialeinlauf gekennzeichnet. In dieser Phase des Tiefziehvorganges wird im Bereich der Tiefziehzone das nachlaufende Material abgebremst und dem durch den Pressenstößel (10) erzeugten Kraftanstieg angepaßt.

Der diesem Druckanstieg in den Blechhalterzylindern (9.1-9.4) folgende Bereich -F- ist durch eine konstante Druckstufe zur weiteren Ausformung des Materials gekennzeichnet.

Bei dem durch einen weiteren Druckanstieg in den Blechhalterzylindern (9.1-9.4) gekennzeichnete Bereich -G- ist durch eine plastische Formgebung während des Vorformungsvorganges erreicht.

Die letzte Phase des Ziehziehvorganges ist durch einen Bereich -H- konstanten Druckes gekennzeichnet. Dort findet die Ausprägung der Form des Tiefziehteiles durch Berührung Stempel-Matrize ohne Materialnachlauf von außen statt.

In Fig. 3 ist für einen der 4 den Blechhalter (8) beaufschlagenden Blechhalterzylinder (9.1) der Hydraulikplan mit einem eingebauten Pro­ portional-Druckminderventil (16.1) einem Proportional-Druckbegren­ zungsventil (20.1) einem 4/2-Wegeventil (22.1) sowie mit einer, in Zusammenhang mit Fig. 1 bereits erwähnten, Druckmeßdose (23.1) als wesentliche Bauteile gezeigt. Die Fernregelung des Druckes in dem Blechhalterzylinder (9.1) wird durch Beaufschlagung eines Vorsteuerventiles (24.1) mit den elektrischen Stellsignale der Regelung (14) eingeleitet.

Für die in Fig. 3 gezeigte Hydraulikeinrichtung zur Regelung des Druckes für den Blechhalterzylinder (9.1) bei der wegeabhängigen Blech­ halterdruckregelung stehen im Prinzip sowohl die Proportional- als auch die Servohydraulik für eine mögliche Anwendung zur Verfügung.

Bei der Proportional-Hydraulik wird ein elektrisches Eingangssignal als Spannung (z. B. 0-9 Volt) in einem elektronischen Verstärker ent­ sprechend der Spannungshöhe in einen elektrischen Strom umgesetzt (z. B. ein mV entspricht einem mA). Proportional zu diesem elektrischen Strom als Eingangsgröße erzeugt ein Proportionalmagnet die Ausgangsgröße "Weg". Diese Größe "Weg" als Eingangsgröße für ein Hydraulikventil be­ wirkt proportional dazu einen bestimmten Volumenstrom oder einen Druck. Mit den Proportionalventilen sind einfache, schnelle und exakte Bewe­ gungsabläufe möglich, bei gleichzeitiger Verbesserung des Schaltvor­ ganges. Durch die kontrollierten Schaltübergänge können Druckspitzen vermieden werden. Die elektrische Signalgabe für Richtung und Durchfluß bzw. hydraulischen Druck ermöglicht die Anordnung der Proportionalven­ tile unmittelbar am Verbraucher. Damit wird das dynamische Verhalten der hydraulischen Steuerung verbessert.

Der Begriff Servo-Hydraulik bezeichnet die Funktion, daß ein kleines Eingangssignal ein großes Ausgangssignal bewirkt. Ein Ansteuersignal kleiner Leistung, z. B. 0,08 Watt, kann große Leistungen von mehreren hundert kW analog ansteuern. Ein Servoventil wird als elektrisch an­ steuerbarer hydraulischer Verstärker überwiegend in Regelkreisen einge­ setzt, d. h. es wird nicht nur ein elektrisches Eingangssignal in einen entsprechenden Ölstrom umgesetzt, sondern die Abweichungen von der vor­ gegebenen Geschwindigkeit oder Position werden elektrisch gemessen und dem Servoventil zur Korrektur zugeführt. Ein Servoventil besteht in der Regel aus einem Steuermotor und einer oder mehreren nachgeschalteten hydraulischen Stufen.

Für die Anwendung bei der vorliegenden Erfindung ist eindeutig die Pro­ portionaltechnik zu bevorzugen, da dabei keine besonderen Anforderungen an das Hydrauliksystem gestellt werden müssen. Entsprechende Meßergeb­ nisse haben überdies gezeigt, daß die Proportionaltechnik für den vor­ liegenden Fall auch wesentlich bessere Ergebnisse liefert, d. h. die durch den Regelungsvorgang erreichbare Annäherung der Blechhalterdruck/ Ziehweg-Istkurve an die gewünschte Sollkurve läßt sich besonders gut bewerkstelligen.

Die unmittelbare Beeinflussung des Mediumdruckes in dem Blechhalterzy­ linder (9.1) erfolgt mittels des in eine Ölzufuhrleitung (25) einge­ schalteten Druckminderventiles (16.1), welches steuerungstechnisch mit dem ihm zugeordneten Vorsteuerventil (24.1) gekoppelt ist. Das Vor­ steuerventil (24.1) wird durch die in der elektronischen Regelung auf­ grund des Ist-Sollwertvergleiches des Zylinderdruckes in Abhängigkeit vom Ziehweg ausgegebenen Signale beaufschlagt und steuert somit das Verhalten des Druckminderventiles (16.1). Da es gegebenenfalls sinnvoll sein kann, neben dem elektronischen Regelkreis eine mechanische Beauf­ schlagbarkeit des Vorsteuerventiles (24.1) vorzusehen (konventioneller Betrieb), ist das in Reihe geschaltete 4/2-Wegeventil (22.1) vorge­ sehen. Dieses ist erforderlich, um einen unerwünschten Ölrückfluß und einen damit verbundenen Druckverlust in der Fernregelleitung zu vermei­ den. Es hat die Aufgabe, bei der Umschaltung auf die elektronische Regelung die Fernregelleitung zu schließen und beim konventionellen Be­ trieb offen zu halten.

Das Druckbegrenzungsventil (20.1) hat die Aufgabe, den Ölstrom bei einem Druckabbau im Blechhalterzylinder (9.1) kontrolliert und so rasch wie erforderlich abfließen zu lassen.

Der in Fig. 3 gezeigte Hydraulikplan ist für die anderen Blechhalterzy­ linder (9.2-9.4), die den Blechhalter (8) beaufschlagen, identisch, so daß es ausreichend ist, die Arbeitsweise eines einzigen dieser Hydrau­ likkreise aufzuzeigen.

Um eine vom Ziehweg abhängige Regelung des über die Blechhalterzylinder (9.1-9.4) bewirkten Blechhalterdruckes zu bewerkstelligen, ist es er­ forderlich, den Ziehweg des Pressenstößels (10) bzw. des Stempels (6) exakt zu erfassen. Zu diesem Zweck ist am oberen Ende des Pressen­ stößels (10) ein Zahnriemen (26) befestigt (vgl. Fig. 4), der über eine Zahnscheibe (27) mit integriertem Drehgeber sowie eine zusätzliche Umlenkrolle (28) umgelenkt wird. Das andere Ende des Zahnriemens (26) ist an ein Gewicht (29) angeschlossen, welches die Aufgabe hat, ihn (26) vorzuspannen. Das Gewicht (29) ist zu diesem Zweck zwischen Führungsschienen (30) ge­ führt. Damit läßt sich die translatorische Bewegung des Pressenstößels (10) und somit auch des Spempels (6) über die Zahnscheibe (27) in eine Rotationsbewegung des darin integrierten Drehgebers umsetzen. Zur wei­ teren Optimierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es sinnvoll, den Stößel- und Ziehkissendruck in die Regelung einzubeziehen. Die Ein­ stellung des Stößel- und Ziehkissendruckes erfolgte bisher, wie die Einstellung des Blechhalterdruckes auch, mit Hilfe von hydraulisch fernsteuerbaren Druckbegrenzungsventilen. Durch die Einbeziehung des Stößel- und Ziehkissendruckes in die Regelung kann ein Gesamtsystem ge­ schaffen werden, bei dem unter Zuhilfenahme der Elektronik ein während des Verformungsvorganges optimal auf eine bestimmte Kontur des zu er­ stellenden Werkstückes abgestimmtes Verhalten der Tiefziehpresse (2) erreicht werden kann. Es soll dabei möglich sein, den Stößel- und Zieh­ kissendruck sowohl mit der bisherigen Fernsteuerung (hydraulisch an­ steuerbares Vorsteuerventil 34), als auch mit Hilfe der Elektronik durch entsprechende Ansteuerung eines Vorsteuerventiles (34) einstellen zu können.

Sowohl bei der Einbeziehung des Pressenstößels (10) als auch bei der des Ziehkissens (11) (vgl. Steuerleitung 50, 51 in Fig. 2) kann eine Hydraulikanordnung verwendet werden, die in prinzipiellen Aufbau iden­ tisch ist. Es genügt daher, zur entsprechenden Verdeutlichung lediglich einen Hydraulikplan darzustellen, wie dies in Fig. 5 geschehen ist. Zu diesem Zweck ist ein Proportional-Druckbegrenzungsventil (32) vorge­ sehen, welches einen Fernsteueranschluß aufweist. Um auch hier einen unerwünschten Ölrückfluß und damit verbundenen Druckabfall in den Fern­ regelleitungen zu vermeiden, wird wiederum ein 4/2-Wegeventil (33) eingebaut, das dieselbe Funktion hat, wie dasjenige, welches in den Hydraulikkreis für jeden der Blechhalterzylinder (9.1-9.4) zur Beauf­ schlagung des Blechhalters (8) eingebaut ist. Selbstverständlich sind auch hier als weitere Bestandteile das an das 4/2-Wegeventil (33) ange­ schlossene Vorsteuerventil (34) sowie eine Druckmeßdose (35) vorge­ sehen, die als wesentliche Elemente der hydraulischen Komponenten bei der Einbeziehung des Pressenstößels (10) bzw. des Ziehkissens (11) in die ziehwegabhängige Druckregelung einbezogen sind. Damit kann auch für den ziehwegabhängigen Druckverlauf bei Pressenstößel (10) und Zieh­ kissen (11) eine Sollkurve vorgegeben werden, wobei die nachstehend be­ schriebene Elektronik dafür Sorge trägt, daß durch die Einregulierung der jeweils herrschenden Zylinderdrücke, die durch die Proportional- Druckbegrenzungsventile (32) und die Vorsteuerventile (34) bestimmt werden, eine soweit als möglich optimale Annäherung an die gewünschte Sollkurve erreicht werden kann.

In Fig. 6 ist in schematisierter Darstellung die elektronische Regel­ einheit gezeigt, die ein wesentlicher Bestandteil der wegabhängigen Blechhalterdruckregelung ist. Sie hat die Aufgabe, alle Daten zu er­ fassen, die Beziehungen untereinander zu verknüpfen, eine Anzeige (Bildschirm) zu gewährleisten und die Ein- und Ausgabe der Daten sicherzustellen.

Erstes wesentliches Funktionselement ist ein Terminalschrank (36), der neben einer Druckereinheit (37) einen mit einem Bedienfeld (38) ge­ koppelten Farbmonitor (39) aufweist. Auf diesem Farbmonitor (39) können die Ist-/Solldruckkurven für die den Blechhalter (8) beaufschlagenden Blechhalterzylinder (9.1-9.4) sowie für die, das Ziehkissen (11) und den Pressenstößel (10) beaufschlagenden Hydraulikzylinder dargestellt werden. Zweckmäßigerweise ist die Bildschirmaufteilung so gewählt, daß sämtliche 6 Druck/Weg-Diagramme gleichzeitig angezeigt werden können.

Selbstverständlich ist mit den der EDV geläufigen Mitteln auch eine Einzelkurvendarstellung, Bereichvergrößerungen usw. möglich.

Die Eingabe des Soll-Druckverlaufes kann grafisch mit Hilfe einer Folientastatur erfolgen. Dabei können 40 Punkte (entspricht 40 Schalt­ vorgängen pro Sekunde bei den Vorsteuer-, Druckminder- und Druckbegren­ zungsventilen) der Druckkurve während des jeweiligen Ziehweges für eine umzuformende Platine eingegeben werden. Die Elektronik verbindet die eingegebenen Punkte und stellt somit den gewünschten Kurvenverlauf dar. Je höher die Anzahl der Schaltvorgänge pro Zeiteinheit für die Druck­ kurve gewählt wird, um so sanfter werden die Druckübergänge während des Tiefziehvorganges. Dabei ist es nicht nur möglich, eine Sollkurve einzu­ geben; denkbar wäre darüber hinaus, die Eingabe von Unter- und Ober­ grenzen des jeweils zugelassenen Ist-Druckes, wobei bei zu großen Ab­ weichungen von den vorgegebenen Werten eine Rückmeldung an die Bedie­ nungsperson oder andere Maßnahmen erfolgen können.

Der die eigentliche elektronische Regeleinheit enthaltende Prozeßrech­ ner ist in einem separaten Regelschrank (40) untergebracht, zu dem die entsprechenden Steuerleitungen geführt sind, bzw. von diesem ab­ gehen. In Verbindung zum Terminalschrank (36) sind dieses im wesent­ lichen eine Netz-/Steuerleitung (42), eine Potentiometerleitung (43) (zur Einstellung von Stößel- und Ziehkissendruck) sowie eine Datenlei­ tung (44). In Verbindung mit der Tiefziehpresse (2) sind dies Steuer­ leitungen (45) zur Beaufschlagung der Ventile, eine Sensorleitung (46) zur Übermittlung der verschiedenen Zylinderdruck-Istwerte, die durch die Druckmeßdosen (23.1-23.4, 35) ermittelt werden, die eine weitere Datenleitung (47), die den Drehgeber (48), der an die in Zusammenhang mit Fig. 4 erwähnte Zahnscheibe (27) angeschlossen ist, mit dem Prozeß­ rechner im Regelschrank (40) verbindet.

Die die Ventile beaufschlagende Steuerleitung (45) nimmt dabei mittel­ bar bzw. unmittelbar Einfluß auf die Schaltvorgänge bei den Druckmin­ derventilen (16.1-16.4), den Druckbegrenzungsventilen (20.1-20.4, 32) und insbesondere auch bei den Vorsteuerventilen (24.1-24.4 bzw. 34).

Die programmtechnische Gestaltung liegt im handwerklichen Können des diesbezüglichen Fachmannes und bedarf an dieser Stelle keiner weiteren Erläuterung. Zu erwähnen wäre lediglich noch, daß vorteilhafterweise die Ansteuerung der Proportionalventile über spezielle Reglerkarten er­ folgen sollte. Auf diesen Karten wird die berechnete Steuerspannung in einen Steuerstrom für die Ventilmagnete umgesetzt. Weiterhin sollten vorteilhafterweise die Komponenten des Prozeßrechners als Steckkarten ausgeführt sein. Selbstverständlich sind dabei auch Analog/Digitalwand­ ler vorzusehen, um beispielsweise die Drücke, die von den Druckmeßdosen aufgenommen und dem Prozeßrechner als Istwerte in Form einer Spannung zur Verfügung gestellt werden, für die weitere Verarbeitung in ein digitales Signal umzuwandeln. Gleichfalls sind Digital/Analogwandler vorzusehen, um die Regelgröße, die vom Prozeßrechner als digitales Signal ausgegeben wird, wieder in eine, von den Ventilen als Regelgröße benötigte Spannung umzuwandeln.

Es hat sich in der praktischen Anwendung gezeigt, daß eine ungefähre sinnvolle Obergrenze für die Ventil-Schaltfrequenz bei etwa 40 Schal­ tungen pro Sekunde liegt. Bis zu diesem Bereich ist das gegenüber der elektronischen Regelung doch wesentlich trägere Hydrauliksystem ohne weiteres auch noch in der Lage, den Druck-Istwert dem Druck-Sollwert anzunähern, um somit den gewünschten Druckverlauf während des Ziehweges zu erhalten.

Fig. 7 letztlich zeigt die optimierten Kurvenverläufe aus einer prak­ tischen Anwendung der (Herstellung eines Ziehteiles) (Rück­ wand/Hutablage) für eine Kfz-Karosserie für Blechhalter (8) sowie Zieh­ kissen (11) und Pressenstößel (10), wobei in gestrichelter Linie die jeweils vorgegebene Soll-Druckkurve (49.1-49.4) eingezeichnet ist.

Ergänzend sei noch darauf hingewiesen, daß die ziehwegabhängige Blech­ halterdruckregelung selbstverständlich auch bei anderen Bauarten von Tiefziehpressen, beispielsweise bei solchen mit einfachwirkenden- oder doppeltwirkenden Ziehwerkzeugen einsetzbar ist. Dabei entfällt ggf. das Ziehkissen, oder es kann im Prinzip funktionell an die Stelle des Blechhalters treten.

Claims (17)

1. Verfahren zum Herstellen von Tiefziehteilen, insbesondere von Tiefziehblechen für Karosserieelemente von Kraftfahrzeugen, mittels Tiefziehpressen, wobei eine Platine während des durch einen mit einer Matrize zusammenwirkenden Stempels eines Pressenstößels hervorgerufenen Verformungsvorganges an ihren Randbereichen zwischen einem Blechhalter und einer Auflage fest eingespannt ist und der Blechhalterdruck von ventilgesteuerten Blechhalterzylindern aufge­ bracht wird, wobei weiterhin die den Blechhalterzylindern zugeordneten Ventile von einer elektronischen Regelung mit Schaltsignalen beaufschlagt werden, um den Druck der Blechhalterzylinder während des Verformungsvorganges mehrfach zu ändern, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechhalterdruck-Sollkurve (49) folgende, teilweise für sich bekannte charakteristische Kurvenbereiche aufweist:

• - hoher Blechhalterdruck über einen definierten Ziehweg zur Herbeiführung einer solchen Blechhalterung, daß kein Materialnachlauf des durch den Blechhalter (8) beaufschlagten Materials erfolgt,
• - Absenken des Druckes auf niedrigen Blechhalterdruck zur Einleitung des Materialnachlaufes des Platinenwerkstoffes,
• - relativ konstanter Blechhalterdruck über einen definierten Ziehweg zur Herbeiführung des hauptsächlichen Materialeinlaufes des Platinenwerkstoffes,
• - mehr oder weniger starker Anstieg des Blechhalterdruckes während einer Endphase des Tiefziehvorganges zur Herbeiführung einer zunehmenden Verzögerung des Materialeinlaufes des Platinenwerkstoffes in Verbindung mit einer abschließenden Ausformung bzw. Formgebung des herzustellenden Tiefziehteiles, wobei der in der Endphase vorhandene Blechhalterdruck stets geringer ist, als der anfängliche Blechhalterdruck.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckanstieg des Blechhalterdruckes während der Endphase des Tiefziehvorganges gestuft ist.

3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Endphase des Tiefziehvorganges vorausgehenden Phasen des Tiefziehvorganges durch weitere, den charakteristischen Kurvenbereichen der Blechhalterdruck-Sollkurve (49) zwischengeschaltete Kurvenbereiche bestimmt sind, so daß eine Sollkurve (49) mit den Kurvenbereichen A-H entsteht:

• (A) starre Blechhalterung, wobei die Platine so fest eingespannt ist, daß das über der Matrize liegende Material bei Beginn der Umformung ohne Nachlauf von außen umgeformt wird,
• (B) Absenken des Druckes auf niedrigeren Blechhalterdruck zur Einleitung des Materialnachlaufes des Platinenwerkstoffes für den weiteren Umformungsprozeß,
• (C) weiteres Absenken des Druckes zur Erreichung weiteren Materialnachlaufes des Platinenwerkstoffes zur angepaßten Geometriefüllung des Tiefziehteiles unter Anlage an die Form des Stempels (6),
• (D) relativ konstanter Blechhalterdruck über einen definierten Ziehweg zur Erzeugung des hauptsächlichen, druckkontrollierten Materialeinlaufes für den weiteren Ziehvorgang mit gleichzeitigem Umformen der äußeren Bereiche der Platine (5),
• (E) Druckanstieg für verzögerten Materialeinlauf, so daß das nachlaufende Material abgebremst wird,
• (F) konstante Druckstufe zur weiteren Ausformung des Materials,
• (G) Druckanstieg zur Erreichung der letzten plastischen Formgebung während des Verformungsvorganges und
• (H) konstante Druckstufe zur Ausprägung der Form des Tiefziehteiles durch Berührung Stempel-Matrize ohne Materialnachlauf von außen.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der den Ziehweg charakterisierenden Bewegung des Pressenstößels (10) vorzugsweise bis 40 Ventilschaltungen vorgenommen werden.

5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Anzahl von Blechhalterzylindern (9.1-9.4) durch die der Blechhalterdruck-Sollkurve (49) entsprechenden Schaltsignale beaufschlagt wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anzahl von Blechhalterzylindern (9.1-9.4) unterschiedliche Blechhalterdruck-Sollkurven (49.1-49.4) vorgesehen werden können.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß für Abweichungen eines Blechhalterdruck-Ist-Kurvenverlaufes während des Ziehvorganges gegenüber dem Blechhalterdruck-Soll-Kurvenverlauf zulässige Unter- und Obergrenzen festgelegt werden.

8. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Stößeldruck des Pressenstößels (10) einer ziehwegabhängigen Regelung unterzogen wird, indem die den Stößeldruck bestimmenden Ventile (32, 34) von der elektronischen Regelung (14) beaufschlagt werden.

9. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als den Blechhalterdruck aufnehmende Auflage ein Ziehkissen (11) vorgesehen ist, wobei auch der mittels Hydraulikzylinder über zwischengeschaltete Ziehkissenbolzen (21) erzeugte Ziehkissendruck in die elektronische Regelung einbezogen ist, indem die den Ziehkissendruck bestimmenden Ventile (32, 34) von der elektronischen Regelung (14) angesteuert werden.

10. Verfahren nach den Patentansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ziehwegabhängige Regelung von Blechhalterdruck und Stößeldruck zeitlich nach der Regelung des Ziehkissendruckes erfolgt.

11. Verfahren nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ziehwegabhängige Regelung des Stößeldruckes zeitgleich mit der ziehwegabhängigen Regelung des Blechhalterdruckes erfolgt.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, mit einer Tiefziehpresse (2), die einen Pressentisch (3) aufweist, der ein Werkzeugunterteil (4) trägt, dem wiederum der vom Pressenstößel (10) getragene Stempel (6) gegenübergestellt ist, daß weiterhin die Randbereiche der Platine (5) von einer Blechhalterbahn (7) überdeckt werden, die mit einem entsprechend geformten Ziehkissen (11) zusammenwirkt, so daß beide die Platine (5) während des Verformungsvorganges zwischen sich einspannen, daß weiterhin der Blechhalter (8) von 4 gleichmäßig über seinen Umfang verteilt angeordneten Blechhalterzylindern (9.1-9.4) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Ziehweges ein Wegaufnehmer vorgesehen ist, dessen Werte in einer Signalumwandlung (13) in elektrische Signale umgewandelt werden, welche der elektronischen Regelung (14) zugeführt werden, die in Abhängigkeit davon sowie in Abhängigkeit von mittels Druckmeßdosen (23.1-23.4) ermittelten Blechhalterdruck-Istwerten den Blechhalterzylindern (9.1-9.4) zugeordnete Druckminderventile (16.1-16.4) ansteuert.

13. Vorrichtung nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikkreis eines jeden der den Blechhalter (8) beaufschlagenden Blechhalterzylinder (9.1-9.4) ein Druckminderventil (16.1-16.4), ein Druckbegrenzungsventil (20.1-20.4), ein 4/2-Wegeventil (22.1-22.4), eine dem Blechhalterzylinder (9.1-9.4) zugeordnete Druckmeßdose (23.1-23.4) sowie ein Vorsteuerventil (24.1-24.4) aufweist.

14. Vorrichtung nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Ventile nach dem Prinzip der Proportional-Hydraulik arbeiten.

15. Vorrichtung nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Ziehweges am oberen Ende des Pressenstößels (10) ein Zahnriemen (26) befestigt ist, der über eine Zahnscheibe (27) mit integriertem Drehgeber sowie eine zusätzliche Umlenkrolle (28) umgelenkt wird und sein anderes Ende an ein ihn vorspannendes Gewicht (29) angeschlossen ist, welches zwischen Führungsschienen (30) geführt ist.

16. Vorrichtung nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung von Pressenstößel- und Ziehkissendruck in den jeweiligen Hydraulikkreis ein durch die Elektronik (14) ansteuerbares Vorsteuerventil (34), ein diesem zugeordnetes 4/2-Wegeventil (33), ein Druckbegrenzungsventil (32) sowie eine den Ist-Druckverlauf erfassende Druckmeßdose (35) vorgesehen sind.

17. Vorrichtung nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefziehpresse (2) ein einen Prozeßrechner enthaltender Regelschrank (40) sowie ein Terminalschrank (36) zugeordnet sind, wobei letzterer, neben einer Druckereinheit (37), einen mit einem Bedienfeld (38) gekoppelten Farbmonitor (39) aufweist und die steuerungstechnische Verknüpfung der hydraulischen und mechanischen Baueinheiten (Ventile, Drehgeber) mit den elektronischen Baueinheiten (Terminalschrank, Regelschrank) über Steuer- und Datenleitungen (42-47) erfolgt.