DE4031645A1

DE4031645A1 - Steuerung fuer eine hydroelastische tiefzieheinrichtung

Info

Publication number: DE4031645A1
Application number: DE4031645A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Bernd Bielfeldt
Original assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Current assignee: Dieffenbacher GmbH and Co KG
Priority date: 1990-10-05
Filing date: 1990-10-05
Publication date: 1992-04-09
Also published as: US5168738A; IT1251905B; ITMI912594A0; ITMI912594A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung für eine hydroelastische Tiefzieheinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentansprüche 1.

Die Hauptanmeldung DE-P 40 08 377.2 bezieht sich auf eine hydroelastische Tiefzieheinrichtung bei Pressen zum Ziehen von Blechformteilen, mit einer vom Werkzeug gegenüber hydraulischen Druckzylindern und über Distanzhaltestiften abgestützten Blechhalteplatte und mit einem in Ziehrichtung bewegbar geführten Stempel, der sich an mindestens einem in einem Zylinder geführten und mit Hydraulik-Medium beaufschlagbaren Kolben abstützt. Dieser Anmeldung lag die Aufgabe zugrunde, ein rechnergestütztes, prozeßfähiges hydroelastisches Tiefziehen zu verwirklichen, bei dem entsprechend der Formgeometrie des Werkstückes die gemäß dem Lochbild angeordneten Druckzylinder und den darauf abgestützten Distanzhaltestiften für das Blechhalteplatten-Wirkungsfeld und das Ziehstempel-Wirkungsfeld zu aktivieren.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß

a) ein hydraulischer Ziehapparat mit Multipunkt-Ansteuerung entsprechend der Formgeometrie des Werkstücks vorgesehen ist, bei dem jedem Zielpunkt ein Druckzylinder mit aufsteckbarem Distanzhaltestift zugeordnet ist, wobei jedem Druckzylinder durch Drehung seines Zylindermantels mehrere Hydraulik-Steuerkreise zuschaltbar sind;
b) der Ziehstempel und/oder die Blechhalteplatte durch je einen Hydraulik-Steuerkreis entsprechend dem vorhandenen Werkstück-Wirkungsfeld und dem Blechhalteplatten-Wirkungsfeld über die auf die Druckzylinderkolben gesteckten Distanzhaltestiften aktivierbar sind;
c) mindestens eine Differenzialzylinder-Kolbenstange vom Ziehstempel und/oder mindestens zwei Differentialzylinder- Kolbenstangen der Blechhalteplatte in Hauptzylinder-Führungskreisen zu einer hydraulischen Ansteuerung von Blechhalteplatte und Ziehstempel aktivierbar sind und in bezug auf Beschleunigungsfahrt und Bremsfahrt sowie lagengeregelter Wegpositionen jede Wegposition mittels eines externen Wegmeßsysteme je nach Werkzeuganforderung steuerbar ist.

Mit der Erfindung nach der Hauptanmeldung ist es insbesondere gelungen, mit jeweils kommunizierend miteinander verbundenen Hydraulik-Zylindern für die Wirkungsfelder von Blechhalteplatte und Ziehstempel, den Verfahrensvorteil eines gummielastischen Blechhalter-Ziehkissensystems nachzuvollziehen, aber mit dem Vorteil und der Möglichkeit der rechnergestützten Prozeßsteuerung. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine Vielzahl von Hydraulik-Zylinder auf engstem Raum prozeßfähig und rechnergestützt, d. h. bei gleichem Programm identisch wiederholbar, ohne daß man jeden einzelnen Zylinder mit separat angesteuerten Ventilen versehen muß, zu aktivieren.

In der konventionellen Tiefzieh-Umformtechnik ruht die Blechhalteplatte auf den Ziehstiften, die wiederum auf der einheitlichen zentralen Ziehkissenplatte abgestützt sind. Die Ziehkissenplatte wiederum ist pneumatisch oder hydraulisch abgestützt. Bei hohen Stößelgeschwindigkeiten, insbesonders bei mechanischen Pressen, mit Auftreffgeschwindigkeiten im Bereich von 300 mm/sec und schwerem Blechhalteplattengewicht im Bereich von 1 bis 15 t, ist der Masseauftreffstoß auf dem Tiefziehblech so massiv, daß Auftreffmarkierungen auftreten, die dann später an den umgeformten Teilen z. T. sichtbar werden. Weiterhin wird durch den Auftreffstoß der auf das Tiefziehblech aufgebrachte Schmierfilm in der Oberflächentextur unkontrolliert verändert bzw. an kritischen Stellen z. T. ganz weggedrückt, so daß eine kontrollierte Prozeßführung nicht mehr möglich ist.

Insofern wird in der Fachwelt der Gedanke für das Abtauchen der Blechhalteplatten diskutiert, und zwar soll die Blechhalteplatte von ihrer stationären Position mit der Geschwindigkeit V=0 über den Abtauchhub synchron auf die Stößelgeschwindigkeit vorbeschleunigt werden, so daß der Masseauftreffstoß weitgehendst gegen Null abgebaut werden kann. Es fehlt dafür jedoch eine Lösung in bezug auf die Steuerung und eine entsprechende vorteilhafte Vorrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen sowie eine Steuerung anzugeben, damit beim Tiefziehvorgang der Masseauftreffstoß soweit entfällt, daß Auftreffmarkierungen am Werkstück vermieden werden.

Diese Aufgabe ist mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung erreicht damit den Vorteil, daß Werkstücke herstellbar sind, die frei sind von Auftreffmarkierungen und somit auch keiner Nacharbeiten zur Beseitigung dieser Fehlstellen bedürfen, was im Ergebnis auch einen Kostenvorteil erbringt.

Die Funktionstrennung zwischen den vier Führungszylindern und den eigentlichen Arbeitszylindern als passiv wirkende Gegenhaltezylinder der schwimmenden Kolben hat weiter den Vorteil, daß:

1. Die Abstützung der Blechhalteplatte auch bei relativ kleinen Blechhalteplattengewichten von =200 kN eine kraftschlüssige Abstützung der Blechhalteplatte auf den Führungszylinder ermöglicht, weil auch bei einem niedrigen hydraulischen Druck von ca. 10 bar die vier Zylinder hydraulisch eingespannt eine exakte Regelung der Beschleunigungs- und Bremsrampen für die Abwärts- bzw. Aufwärtsbewegung zulassen, und zwar:

a) Abwärtsbewegung für die Vorbeschleunigung über die Wegstrecke "h";
b) Aufwärtsbewegung während der Freistellung vom unteren Totpunkt bis zum oberen Totpunkt.

2. Im Gegensatz zu den minimalen Blechhalteplattengewichten können auch große Gewichte =20 000 kg der Blechhalteplatte mit den vier Führungszylindern servohydraulisch mit demselben Ventil zur Steuerung der Bewegung bei relativ kleinen Ölmengen (weil nur vier Zylinder!) zum Einsatz kommen. Kleine Ölmengen erfordern lediglich kleine Servoventile, d. h. nicht nur kostengünstig, sondern kleine Servoventile schalten exakter in sehr kurzen Ansprechzeiten. Weiterhin erlaubt das federelastisch aufgehängte Wegmeßsensorsystem in der direkten Abtastung der Differenzwege zwischen der Blechhalteplatte und des OT-Punktes der Ziehstifte eine exakte Voransteuerung über die Meßstrecke "s" zur Minimierung bzw. Verhinderung des hydraulischen Auftreffstoßes durch die exakte Voransteuerung der Servoventile. Das bedeutet wiederum, daß durch diese Funktionstrennung die Arbeitszylinder in den Kraftwirkungsfeldern für diese Vorbeschleunigung nicht aktiviert werden brauchen, wodurch sich eine wesentliche Vereinfachung der hydraulischen Steuerung ergibt.

3. Durch diese Funktionstrennung in schrittweiser Zusteuerung des Funktionsbereiches Blechhalteplatte und des später folgenden Wirkungsfeldbereiches für die Ziehstifte einmal der mechanisch dynamische Auftreff(Masse)stoß sowie der hydraulische Auftreffstoß im Bereich des Arbeitspunktes "c" weitgehendst gegen 0 abgebaut wird.

4. Insgesamt für diese Ansteuerung und Regelung dieser zwei Operationsbereiche für den Umformprozeß in Verbindung mit der Gesamtkonzeption des Ziehapparates eine relativ einfache Servohydraulik zum Einsatz kommt.

Weitere Ausgestalltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 die Tiefziehpresse nach der Erfindung in geöffneter Arbeitsstellung,

Fig. 2 die Tiefziehpresse nach Fig. 1 in geöffneter und in teilweiser Absenkung mit einem Zeit-Weg-Diagramm,

Fig. 3 die Tiefziehpresse nach Fig. 1 kurz vor und beim Auftreffen des Ziehformteils auf dem Werkstück,

Fig. 4 die Tiefziehpresse nach Fig. 1 beim Auftreffen des Ziehformteils auf dem Werkstück und in geschlossener Arbeitsstellung.

Fig. 5 die Tiefziehpresse nach Fig. 1 in geschlossener und in teilweise geöffneter Arbeitsstellung,

Fig. 6 einen Teilschnitt der Tiefziehpresse nach Fig. 1 mit einem Wegsensorsystem und

Fig. 7 das Lochbild für die Werkzeugwechselspannplatte mit den zugeordneten Wirkungsfeldern und Hydraulik-Steuerkreisen.

Zur Verwirklichung des hydroelastischen Tiefziehens mit mehreren Hydraulik-Steuerkreisen nach dem Hauptatent DE-P 40 08 377.2 sind die Druckzylinder 24 und/oder die Differenzialzylinder 16 entsprechend dem Lochbild 18 in der Werkzeugwechselspannplatte 6 nach den Fig. 1 und 7 senkrecht und eng aneinander auf der Grundplatte 29 zu einer Zylinderplatte aufgebaut und jeweils über Viereckflanschen, die an der oberen Stirnfläche der Zylindermäntel anliegen, mittels Schraubbolzen auf der Grundplatte 29 fixiert. Dabei ist entsprechend der Formgeometrie des Werkstücks 7 jedem Zielpunkt 20 ein Druckzylinder mit aufsteckbaren Distanzhaltestiften zugeordnet und jedem Druckzylinder durch Drehung seines Zylindermantels sind mehrere Hydraulik-Steuerkreise 26 und 27 zuschaltbar sowie der Ziehstempel 5 und/oder die Blechhalteplatte 12 durch je einen Hydraulik-Steuerkreis 26 und 27 entsprechend dem vorhandenen Werkstück-Wirkungsfeld 21 und dem Blechhalteplatten-Wirkungsfeld 22 über die auf die schwimmenden Kolben 13 gesteckten Distanzhaltestiften aktivierbar. Weiter sind über Differentialzylinder 16 und -Kolben 3 mindestens eine Differentialzylinder-Kolbenstange 3 vom Ziehstempel 5 und/oder mindestens zwei Differentialzylinder-Kolbenstangen 3 der Blechhalteplatte 12 in Hauptzylinder-Führungskreisen 15 und 25 zu einer hydraulischen Ansteuerung von Blechhalteplatte 12 und Ziehstempel 5 aktivierbar und in bezug auf Beschleunigungsfahrt und Bremsfahrt sowie lagengeregelter Wegpositionen jede Wegposition mittels eines externen Wegmeßsystems 23 je nach Werkzeuganforderung steuerbar.

Die Fig. 1 zeigt die Ausgangsposition im Arbeitstakt einer Tiefziehpresse 1. Der Stößel 2 ist in oberer Position, und die mechanischen Ziehstifte 8 befinden sich in ihrer obersten Arbeitsposition. Diese stützen sich wiederum auf die schwimmenden Kolben 13 ab, die sich gleichfalls am oberen mechanischen Anschlag befinden. Die Blechhalteplatte 12 stützt sich auf vier Differenzialkolben 3 ab. Die vier Differentialzylinder 16 als Führungszylinder für die Blechhalteplatte 12 sind hydraulisch mit dem zentralen Hauptzylinder und Führungskreis-Blechhalteplatte 25 verbunden. Durch diesen Führungskreis 25 werden die vier Differentialzylinder 16 im Gleichlauf in ihrer Abwärts- oder Aufwärtsbewegung hydraulisch geführt, d. h., die Blechhalteplatte 12 wird stets parallel, horizontal kraftschlüssig auf den vier Differenzialzylindern 16 gehalten. Entsprechend dem notwendigen Vorbeschleunigungshub "h" sind die Differenzialzylinder 16 gegenüber den Ziehstiften 8 weiter herausgefahren. Durch ein Transportsystem wird das bereitstehende Tiefziehblech 7 in den Blechhaltebereich des Werkzeuges eingefahren und abgelegt. Da die Blechhalteplatte 12 gegenüber dem Ziehstempel 5 höher steht, hängt das relativ dünne Blech (Durchbeulung) im Matrizendurchbruch der Blechhalteplatte 12 durch und stützt sich mittig auf dem Ziehstempel 5 ab.

Die Fig. 2B zeigt den Stößel 2 in Startposition und im Wegmeßsystem 23 für den Stößel 2 wird am Wegpunkt "a" durch den Kontaktgeber 28 das Startsignal für den Arbeitstakt ausgelöst.

Erreicht der Kontaktgeber 28 den Wegpunkt "b", Fig. 2C, wird die Blechhalteplatte 12 über den Vorbeschleunigungshub "h" von der Geschwindigkeit V=0 zum Synchronpunkt "c" beschleunigt.

Servohydraulisch erfolgt während der Beschleunigung der Blechhalteplatte 12 ein stetiger Vergleich des Geschwindigkeitsverlaufes des Hauptzylindersystems 25 in Fig. 7 zur Stößelgeschwindigkeit, so daß beim Erreichen des Wegpunktes "c" die Geschwindigkeit der Blechhalteplatte 12 V_B = V_Stössel ist.

Der Synchronpunkt "c" in Fig. 3D erfüllt mit der beschriebenen Vorrichtung nachstehend erläuterte Voraussetzungen.

Der Autftreffstoß ist durch die Synchronisation der Geschwindigkeit des Stössels 2 und der Blechhalteplatte 12 annähernd 0.

Der Durchhang des Tiefziehbleches 7 ist selbstätig kompensiert, wobei der Arbeitspunkt "c" mit den davorliegenden Steuersignalen "b" und "a" so gewählt werden kann, daß das Tiefziehblech zwischen Blechhalteplatte 12 und Ziehstempel 5 eine umformspezifische optimale Lage eingenommen hat, d. h. gemäß Fig. 3D eine horizontale Lage bzw. durch den Ziehstempel 5 ganz leicht nach oben gewölbt ist.

Die Blechhalteplatte 12 mit ihrer Unterseite 9 auf die im oberen Totpunkt bereitstehenden Ziehstifte 8 auftreffen.

Der hydraulische Auftreffstoß-Überschwinger 31, der bei den hydraulisch vorgespannten, schwimmenden Kolben 13 auftreten würde, wird durch die Voransteuerung der Servoventile 10 im hydraulischen Steuerkreis 26 nach Fig. 7, für die in diesem Ausführungsbeispiel gewählten vier Kraftwirkungsfelder, abgebaut. Die Voransteuerung entspricht bei einer Schaltzeit der Servoventile von t=15 ms in etwa T=25 ms.

Solche kurzen Zeiten erfordern eine sensorisch sichere Erfassung der Wegposition der Blechhalteplatte 12 zum oberen Totpunkt der Ziehstifte 8 (siehe Fig. 6) während der Abtauchbewegung über die Vorbeschleunigungsstrecke "h".

Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, im Bereich der Kraftwirkungsfelder unterhalb der projezierten Fläche der Blechhalteplatte 12 einen federelastisch angeordneten Wegtaster 11 zur Erfassung des Vorschaltweges "s" anzuordnen (Fig. 6). Als Begründung dafür ist anzuführen, daß bei relativ hohen Stößelgeschwindigkeiten mechanischer Kurbelpressen von V=300 mm/sec beträgt bei 25 mm/sec der Schaltweg "s"=7,5 mm beträgt. Bei langsameren hydraulischen Pressen mit z. B. Preßgeschwindigkeiten von nur 40 mm/sec beträgt dieser Schaltweg "s" lediglich 1 mm.

Die genaue Einjustierung des Vorschaltweges "s" durch ein Wegsensorsystem 19, mit Rücksicht auf die unterschiedlichen Arbeitsgeschwindikgkeiten in der Vorbeschleunigungsstrecke "h", insbesonders unmittelbar vor dem Punkt "c", ist bedeutsam. Aus diesem Grunde ist der federelastisch aufgehängte Wegtaster 11 mechanisch, z. B. durch ein Seilzugelement 30, so im Ziehapparat integriert, daß eine gut zugängliche Einstellung von außen möglich ist, und zwar in der Weise, daß auch mittels eines zusätzlichen Stellgliedes dieser Justierweg von einem zentralen Rechner vorgegeben werden kann.

Fig. 4 zeigt den Arbeitsablauf des Ziehapparates gemäß Fig. 7 vom Arbeitspunkt "c" bis zum unteren Totpunkt (Ende des Umformprozesses) UT (= Wegsignal "d").

Fig. 5 zeigt die Rückstellung der Blechhalteplatte 12 nach dem erfolgten Umformprozess in die Ausgangsposition der Blechhalteplatte 12 zum oberen Totpunkt OT derselben, wobei die Rückstellgeschwindigkeit = der Stößelgeschwindigkeit ist.

Die schwimmenden Kolben 13, auf denen sich die mechanischen Ziehstifte S abstützen, folgen den vier Differentialzylindern 16 in verminderter Geschwindigkeit allerdings so schnell, daß die Ziehstifte 8 ihre obere Totpunktlage zu der Zeit eingenommen habe, bis der Stößel 2 mit dem Abwärtssignal "a" erneut einen Arbeitstakt beginnt.

Die Fig. 6 zeigt anschaulich die Funktionstrennung zwischen Steuerung der Vorabbeschleunigung für die Blechhalteplatte 12 und der Minimierung des hydraulischen Auftreffstoßes auf die mechanischen Ziehstifte 8 durch den Vorschaltweg "s" und dem Wegsensorsystem 19.

Claims

1. Steuerung für eine hydroelastische Tiefzieheinrichtung bei Pressen zum Ziehen von Blechformteilen, mit einer vom Werkzeug gegenüber hydraulischen Druckhaltezylindern und über Distanzhaltestiften abgestützten Blechhalteplatte und mit einem in Ziehrichtung bewegbar geführten Stempel, der sich an mindestens einem in einem Zylinder geführten und mit Hydraulik-Medium beaufschlagbaren Kolben abstützt, wobei ein hydraulischer Ziehapparat mit Multipunkt-Ansteuerung entsprechend der Formgeometrie des Werkstücks vorgesehen ist, der Ziehstempel und/oder die Blechhalteplatte durch je einen Hydraulik-Steuerkreis entsprechend dem vorhandenen Werkstück-Wirkungsfeld und einem Blechhalteplatten-Wirkungsfeld mindestens eine Differentialzylinder-Kolbenstange vom Ziehstempel und/oder mindestens zwei Differentialzylinder-Kolbenstangen der Blechhalteplatte in Hauptzylinder-Führungskreisen zu einer hydraulischen Ansteuerung von Blechhalteplatte und Ziehstempel aktivierbar sind und in bezug auf Beschleunigungsfahrt und Bremsfahrt sowie lagengeregelter Wegpositionen jede Wegposition mittels eines externen Wegmeßsystems je nach Werkzeuganforderung steuerbar ist, nach DE-PS 40 08 377, gekennzeichnet durch eine Steuerung, bei der die Blechhalteplatte (12) um einen Vorbeschleunigungshub "h" höher angeordnet ist als der Ziehstempel (5), durch ein Startsignal abwärts bewegt und bis zu einem Synchronpunkt "c" beschleunigt wird, wenn der Stößel (2) im Arbeitstakt von Wegpunkt "a" den Wegpunkt "b" erreicht, wobei während der Beschleunigungsfahrt der Blechhalteplatte (12) ein stetiger Vergleich und Regelung des Geschwindigkeitsverlaufs V_B zur Stößelgeschwindigkeit V_St erfolgt, so daß bei Erreichung des Wegpunktes "c" die Geschwindigkeit der Blechhalteplatte (12) V_B=V_St ist, und dadurch, daß die Arbeitszylinder (24) auf Druckentlastung gesteuert werden, wenn ein Wegsensorsystem (19) das Signal gibt, daß die Blechhalteplatte (12) mit ihrer Unterseite (9) den Anfangspunkt eines Vorschaltweges "S", erreicht hat.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß bei Abfahrtbeginn der Blechhalteplatte (12) ein Wegsensorsystem (19) über einen Wegtaster (11) die Wegstrecke "e" (Vorbeschleunigungshub h weniger Vorschaltweg s; e=h-s) mißt und bei Erreichung dieses Wertes das Startsignal für die Druckentlastung der Arbeitszylinder (24) gibt.

3. Steuerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Wegstrecke "e" je nach Werkstück im Wegtaster (11) einstellbar und justierbar ist.