EP2104578A2 - Ziehkissenvorrichtung mit modularem hybridantrieb - Google Patents

Ziehkissenvorrichtung mit modularem hybridantrieb

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Publication number
EP2104578A2
EP2104578A2 EP07856049A EP07856049A EP2104578A2 EP 2104578 A2 EP2104578 A2 EP 2104578A2 EP 07856049 A EP07856049 A EP 07856049A EP 07856049 A EP07856049 A EP 07856049A EP 2104578 A2 EP2104578 A2 EP 2104578A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
die cushion
drive
cushion device
modules
piston rod
Prior art date
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Application number
EP07856049A
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English (en)
French (fr)
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EP2104578B1 (de
Inventor
Markus Müller
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Mueller Weingarten AG
Original Assignee
Mueller Weingarten AG
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Publication date
Application filed by Mueller Weingarten AG filed Critical Mueller Weingarten AG
Publication of EP2104578A2 publication Critical patent/EP2104578A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2104578B1 publication Critical patent/EP2104578B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D24/00—Special deep-drawing arrangements in, or in connection with, presses
    • B21D24/02—Die-cushions

Definitions

  • the invention relates to a die cushion device which, in combination of fluid and electric drive, is designed as a module and can be adapted as a drawing device in a press by the use of one or more modules on different part geometries.
  • hydraulic drawing devices are used to pull blanks, which are arranged in the press table and apply a defined force to the blank holder via press plates movable in the press table and via pressure pins, which presses the edge of the drawn part against the upper tool.
  • Complicated and large-scale drawn parts require a different force setting via the drawing part edge.
  • a drawing device which consists of a plurality of independently acting pressure cylinders and each pressure cylinder is associated with a pressure cheek, which applies an individually adjustable force on the blank holder and drawing edge.
  • the disadvantage here is the high control and control effort, which must be operated in particular for the synchronization during pre-acceleration and elevation and for the safety-oriented locking of the drawing device.
  • the use of complex hydraulic controls also requires the operator to have specially trained personnel for the maintenance and service of the die cushion device.
  • die cushion devices have been known which use only electric drives to control the cushion movements and to apply the counterforce force.
  • a compromise of high power density, an essential advantage of the hydraulic drive systems and a good maintainability and good controllability, a special property of the electric drives, are hybrid systems, as in WO 2006/000188 Al has become known.
  • hydraulically acting displacement cylinder take over the application of the counter-holding force during the drawing process and at least one electric cylinder, the control and regulation of the cushion movements outside the power flow with the press drive.
  • this hybrid-type die-cushion device only permits a limited design in the form of a module to a limited extent, since the two drive forms are not concentrated in one axis.
  • the previously known electrically driven die cushion devices with respect to the hydraulic die cushion do not have sufficient overload protection.
  • the electric drive is not able to correct a larger existing speed difference in the time of impact of the press ram on the die cushion device so that high accelerations on the inertia of the force act transmission mechanism and destroy it by high resulting forces.
  • Pneumatic drawing cushions have also been used for some time in forming technology.
  • pneumatic cylinders are located in the area of the press table. These pneumatic cylinders usually act on a pressure cheek and pressure pins on a blank holder.
  • the pressure chambers of the pneumatic cylinder are usually connected to a large-volume accumulator, which reduces the pressure increase to the lower reversal point.
  • the type of pneumatic cushions are closed systems and have no power control but no further control options. They are displaced by the press ram and immediately follow it in the downward movement, the force in the downward movement being equal to the force in the upward movement.
  • nitrogen cylinders are sometimes used in forming technology.
  • Nitro-Dyne gas spring system instead of steel springs, strips, sheets, tubes 11-1974
  • the applications of such nitrogen cylinders are described.
  • the nitrogen cylinder act similar to a mechanical spring, but offer some advantages, for example, acts in nitrogen springs
  • the force increase over the spring travel of a nitrogen spring is much lower than with conventional springs.
  • Yet advantage of nitrogen springs is the very high power density Forming technology used nitrogen cylinders there are different types.
  • piston and piston rod form one unit. The seal happens here on the piston. There is a scraper on the piston rod. The upper chamber is thus vented to the atmosphere.
  • the single-chamber system is characterized by a short stroke and a progressive force curve.
  • a tank system When such a system is connected to an external storage volume, it is referred to as a tank system.
  • a tank system In a tank system, it is possible to adapt the force increase of the spring over the spring travel to the requirements.
  • the invention is based on the object, starting from the prior art, to improve a die cushion device with hybrid drive such that for one of the drives a safe and easy-built overload protection is given and further that the space required for a single die cushion module is reduced ,
  • the first drive and the second drive form a die cushion module
  • the die cushion module comprises a component, by means of which the sinker holder of at least one of the drives with a lifting movement is movable upwards or with a lowering movement downwardly, while a a pulling operation of the upper tool on the component transferable, downwardly directed, a Niederfahrterrorism causing compressive force to avoid overstressing the second drive only by the first drive blockable or braked and wherein the component is decoupled from the second drive in the downward movement down.
  • the core of the invention is to integrate the second drive in the hybrid drive, that this can meet without any impairment of its tasks, in particular a sensitive control and regulation of a lifting movement of the board holder, but of forces or movements with which the upper tool on the board holder also acts on the hybrid drive or the die cushion module is decoupled.
  • Such a decoupling is achieved mechanically by a freewheel acting in a direction of movement between the second drive and the component which is directly or indirectly tucked with the sinker holder.
  • the freewheel protects the second drive from overloading, as this is caused by a
  • Utilization of the freewheeling function can not be transmitted to the second drive.
  • the invention provides, in particular, using the hybrid principle, the electric drive with his
  • the electric drive which is also referred to as a second drive
  • no immediate or no all forces and movements transmitting connection to the board holder or the pressure cheek has and at the moment of impact of the press ram on the board holder and disengaged in the event of an overload.
  • the electric drive preferably acts on a collar of the piston rod of the hydraulic cylinder via a ball or roller screw drive.
  • the hydraulic system consisting of cylinder, arranged on the outlet side proportional valve and pressure sensor, and arranged on the inlet side check valve and low-pressure accumulator, active and counteracts with a defined force the plunger.
  • the force is applied by a cylinder-controlled pressure acting on the piston surface.
  • the pressure is generated passively by oil displacement against a proportional valve.
  • the electric drive follows the piston rod and does not necessarily have to be in operative connection with it.
  • the overload protection is common as with hydraulic drawing cushion, given by a further discharge side arranged pressure relief valve.
  • the dimensioning of the electric drive also depends on the value of the resulting force i. a. approx. 10% to 20% of the nominal force of the cylinder. This is a further advantage in order to reduce the space compared to purely electrically driven die cushion devices.
  • the lower required nominal force of the electric drive allows a more favorable dimensioning of the power transmission elements, leads to lower mass moment of inertia, to a better dynamics of the drive and at the same time reduces the heat development.
  • the strict division of tasks of hydraulic and electrical system, the known advantages of a hybrid drive arise: the generation of pulling force required for pulling done by the hydraulic system with its high power density and its compact design and not executed in contact with the press ram movements of the die cushion device by run the simpler electric drive. It accounts z. As the additionally required safety valves in the hydraulic system, as dangerous movements can be safely prevented by the electric drive with simpler means.
  • the invention also provides for the first drive to use a nitrogen cylinder instead of a hydraulic cylinder or a mechanical cylinder.
  • a nitrogen cushion module is produced, consisting of an electric drive and a nitrogen cylinder, which acts like a spring during the forming process.
  • the amount of nitrogen in the cylinder during the operation of the nitrogen pad module remains constant, since the cylinder can be decoupled from the nitrogen supply during operation.
  • the nitrogen supply system consisting essentially of a high-pressure accumulator, a low pressure accumulator and a pressure booster, serves for presetting a spring force by filling or discharging nitrogen outside of the operation.
  • Nitrogen cushion module can still be operated regulated.
  • the control is effected by a superimposition of the nitrogen spring force and a force resulting from the electric drive.
  • the electric drive can generate a force which counteracts the nitrogen spring force.
  • the effective force is thus reduced during the drawing process by the electric drive.
  • a braking effect can be achieved by the electric drive. Due to the generator operation of the
  • Fig. 1 Press with die cushion device
  • Fig. 2 Basic structure of a die cushion module
  • FIG. 3 movement cycle of the die cushion device
  • Fig. 4 Basic structure of another die cushion module
  • FIGS. 5, 6 detailed representations of the one shown in FIG.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of a forming press 51 for drawing large-area parts 10, which are designed, for example, as blanks 53 made of plastic or sheet metal.
  • the press has a mechanical drive 1, which moves the plunger 2 with upper tool 3 up and down.
  • the press table 8 is a
  • Ziehkissenvorraum 50 arranged with hybrid drives 52, which consists of a press table 8 vertically displaceable pressure cheek 7 and several die cushion modules 9 and hybrid drives 52. Stand on the pressure cheek 7
  • the hydraulic system consists of a plunger cylinder or plunger cylinder 11 designed as a hydraulic cylinder with a piston rod 12 with splined shaft profile 13, a displacement measuring system 32 arranged on the bottom side and the proportional valve 21, pressure limiting valve 22 and pressure transmitter 23 arranged in the drainage line 24 the check valves 27 and 29 located in the supply line 30, the piston accumulator 28 and a pump 26 with a valve for pressure limiting 31.
  • the hydraulic cylinder 12 forms a first drive.
  • An electric drive 14, which forms a second drive includes a rotor 15 configured as a hollow shaft and optionally a spring-pressure safety brake 16.
  • a transmission for converting the rotational movement of the rotor 15 into a lifting and lowering movement of the piston rod 12 is a ball screw consisting of hollow Spindle 18 which is positively connected to the piston rod 12 and the spindle nut 17 which is fixedly connected to the rotor 15. About the collar 19 of the piston rod 12, the spindle 18 is in its downward movement with its collar 55 positively connected to the piston rod 12 in connection.
  • An anti-rotation device 20 connected to the housing of the hollow shaft or torque motor 14 fixes the piston rod 13 via the splined shaft profile and thus allows the translation of a rotational movement in a translational movement.
  • the pump 26 fills the piston accumulator 28 via a check valve 27 with hydraulic oil to a pressure value which corresponds to the sum of maximum possible mass and flow forces and the required force for lifting the drawn part 10 from the contour of the tool 5 ünterwerkmaschines. Excess pressure oil is z. B. returned to the tank via a pressure relief valve 31. At higher pressures, it will be used for energy reasons at this point a valve for accumulator charge control.
  • a check valve 29 connects the piston accumulator 28 with the supply line 30 of the cylinder 11 and prevents a return flow from the cylinder.
  • the electric drive is driven such that the piston rod can be moved to the desired position.
  • An arranged on the cylinder bottom displacement measuring system 32 detects the movement of the piston rod directly and supplies the actual value to the controller.
  • the hydraulic drive supplies the required energy.
  • the position is generally determined by the electric drive.
  • the proportional valve 21 remains closed.
  • the electric drive provides the kinetic energy and positions the piston rod as long as the plunger has not come into contact with the board holder. In this case, the proportional valve 21 must release the outflow from the cylinder.
  • the pressure in the cylinder is regulated to a value above the accumulator pressure.
  • the pressure transducer 23 provides the required actual pressure value.
  • a pressure-limiting valve 22 arranged on the outlet side prevents overloading of the cylinder and of the mechanical power transmission elements.
  • FIG. 3 describes a complete cycle of movement of the hybrid-type die-cushion device.
  • the electric drive assumes the positioning of the die cushion device. This preferably takes place synchronously with the movement of the plunger, in that corresponding to the torque motor or the hollow shaft motor corresponding position desired values are specified as a function of the crank angle of the press drive.
  • the electric drive of the piston rod runs, which is driven in this section by the plunger. This can be done by limiting the motor current or the torque to stay in contact with the piston rod with little force or by using another displacement measuring system which detects the position of the spindle. By comparing both position values, the spindle can be tracked without contact at a small distance.
  • the electric drive again takes over the guidance of the cushion movements and raises, for B.
  • the pressure cheek of the die cushion device delays to the plunger movement by a certain amount to allow transfer devices to remove the drawn part and then brings the die cushion device back to the starting position.
  • the padding operation is a special case, wherein the first portion of the run-up movement of the die cushion device takes place in contact with the plunger until the beginning of the braking phase.
  • the piston rods can create with the force of the hydraulic system against the board holder and plunger, the electric drive is performed with respect to the displacement measuring system of the plunger with a small distance above the collar 19 until the braking phase begins.
  • FIG. 4 shows the basic structure of a further die cushion module 101 according to the invention.
  • the die cushion module 101 essentially consists of two parts, namely the electric drive 102, which is also generally referred to as the second drive, and a spring 103, which is generally referred to as the first drive.
  • the spring 103 is preferably designed as a nitrogen cylinder, wherein the spring force of the spring 103 counteracts the pressing force.
  • the spring force of the nitrogen cylinder 103 can be regulated by filling or discharging nitrogen by means of a nitrogen supply unit 104.
  • This nitrogen supply unit 104 consists of a low-pressure accumulator 105, in which excess nitrogen can be discharged, a high-pressure accumulator 106, from which the nitrogen cylinder 3 can be filled with additional nitrogen, a pressure interrupter 107 connected therebetween and corresponding valve technology.
  • the nitrogen supply unit 104 can be arranged both directly on the nitrogen cylinder 103, as well as outside the press as a separate supply station. In that described in Figure 4
  • the electric drive 102 consists of a hollow shaft motor 108.
  • the gear for converting the rotational movement into a lifting and lowering movement of the piston rod 109 is a ball screw 110, consisting of a hollow spindle 18 which is positively connected to the piston rod 109 and a spindle nut 17th which is fixedly connected to a rotor 15 of the hollow shaft motor 108.
  • About a collar 19 of the piston rod 109 is the spindle 18 with its collar 55 during its downward movement form-fitting manner with the piston rod 109 in connection.
  • An anti-rotation 111 fixes the piston rod 109 via a spline shaft 13 and thus enables the translation of a rotational movement in one Translational motion.
  • the driving force of this translational movement is superimposed by the spring force of the nitrogen cylinder 103.
  • the nitrogen cylinder 103 is a closed system during operation, this superposition can solve all of the prior art control tasks for die cushions known in the art.
  • Figures 5 and 6 show detailed views of the die cushion module 9 shown in Figure 3, which is essentially formed by a hybrid drive 52, in different positions of the piston rod 12 and the hollow spindle 18.
  • the hybrid drive is used in particular the generation and control of a board holding force, with which a drawing part or a board of at least one board holder is pressed during the drawing operation against the upper tool.
  • the piston rod 12 has dropped in FIG. 5 with a lowering movement L in an arrow direction y '.
  • Such a lowering movement L of the piston rod 12, which is also generally referred to as component 12 results, for example, in the course of a drawing operation by a downward movement of the upper tool, which also acts indirectly on the piston rod 12.
  • the lowering movement L of the piston rod 12 along its axis a is independent of a position of the hollow spindle 18 of the electric drive 14.
  • a relative movement between the hollow spindle 18 and the spline 13 of the piston rod 12 is unimpeded, since the hollow spindle 18 on the spline 13th the piston rod 12 in the direction of the axis a can slide up and down unchecked.
  • the hollow spindle 18 is driven by the spindle nut 17 on the spline shaft 13 of the piston rod 12 in y- or y 'direction freely movable, but not with respect to the piston rod 12 about the longitudinal axis a rotatable.
  • the electric drive 14 also possible with its spindle 18, the piston rod 12 of the hydraulic drive formed by the cylinder 11, for example, to correct a struck position in the direction of arrow y 'to press down.
  • the force of the cylinder 11, with which this pushes the piston rod 12 upwards in the direction of arrow y preferably reduced.
  • the piston rod 12 at any time in y 'direction decrease without burdening the electric drive 14 when sinking.
  • the piston rod 12 which is a component 56 of the cylinder 11 which forms the first drive, is also used for the direct or indirect actuation of the board holder by the electric drive 14, which forms the second drive.
  • the invention is not limited to the described and illustrated embodiment. It also includes all expert embodiments within the scope of the inventive idea.
  • a common nitrogen pressure chamber can be used for several cushion modules, wherein a plurality of die cushion modules are connected to the common pressure chamber.
  • This common nitrogen pressure chamber can also be a pressure-tight cavity in the sliding table, this pressure chamber being provided in particular for a supply of several die cushion modules.
  • the invention also provides for arranging the nitrogen supply unit outside the press as set-up station. The invention also provides to control the amount of nitrogen in the nitrogen cylinder.
  • the amount of nitrogen in the nitrogen cylinder 103 not only as
  • Setup process can be changed, but also be regulated during operation.
  • the pressure cheek 7 shown in FIG. 1 can be designed to be split.
  • the die cushion modules 9 of the invention do not act on a common pressure cheek 7, but on individual pressure cheek segments. These segments in turn act on the board holder 4 via one or more pressure bolts 6.
  • the die cushion modules 9 are integrated in the mobile sliding table. That is, the die cushion modules 9 and the associated movement or force transmission means are housed in the sliding table body and at a
  • the invention further provides for the board holder (4) to be designed as a segment-elastic board holder. It is also envisaged that the die cushion modules in one or more
  • the invention provides to realize the electric drive functions of several die cushion modules via suitable motion transmission means of a common drive. It is also provided the hydraulic drive functions of several
  • Cushioning modules via suitable motion transmission means of a common drive to realize. Furthermore, the invention provides to control or regulate the electric drive functions of several die cushion modules individually and / or jointly. According to the invention, it is also provided to control or regulate the hydraulic drive functions of several die cushion modules individually and / or jointly. To increase safety, it is provided to allow by means of a spring-pressure safety brake locking the die cushion device in the upward direction. Finally, it is provided to prevent by means of safety-oriented valves in the discharge line of the cylinder rapid lowering movements of the die cushion device.

Description

Ziehkissenvorrichtung mit Hybridantrieb
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ziehkissenvorrichtung, die in Kombination von Fluid- und Elektroantrieb als ein Modul ausgeführt ist und als Zieheinrichtung in einer Presse durch die Verwendung von einem Modul oder mehrerer Module an unter- schiedliche Teilegeometrien anpassbar ist.
Stand der Technik
In Pressen werden zum Ziehen von Platinen hydraulische Zieh- einrichtungen verwendet, die im Pressentisch angeordnet sind und über im Pressentisch bewegliche Druckplatten und über Druckstifte eine definierte Kraft auf den Blechhalter aufbringen, der den Rand des Ziehteils gegen das Oberwerkzeug drückt. Komplizierte und großflächige Ziehteile erfordern eine unter- schiedliche Krafteinstellung über den Ziehteilrand. In DE
3807683 Al ist eine Zieheinrichtung bekannt, die aus mehreren unabhängig voneinander wirkenden Druckzylindern besteht und jedem Druckzylinder eine Druckwange zugeordnet ist, die eine individuell einstellbare Kraft auf den Blechhalter und Zieh- teilrand aufbringt. Nachteilig ist hierbei der hohe Regelungsund Steuerungsaufwand, der insbesondere für den Gleichlauf bei Vorbeschleunigung und Hochbringen und für die sicherheits- gerichtete Verriegelung der Zieheinrichtung betrieben werden muss. Die Verwendung komplexer hydraulischer Steuerungen ver- langt beim Betreiber außerdem speziell geschultes Personal für die Instandhaltung und Wartung der Ziehkissenvorrichtung. In letzter Zeit wurden Ziehkissenvorrichtungen bekannt, die ausschließlich elektrische Antriebe zur Steuerung der Kissenbewegungen und zum Aufbringen der Gegenhaltekraft verwenden. Aus DE 10 2005 028 903 Al sind Kissenmodule bekannt, die aus einem elektrischen Servomotor und einem Kraftübertragungsmechanismus zur Umwandlung der Drehbewegung in eine Hub- und Senkbewegung bestehen und über Kissenblöcke die gewünschte Kraft auf den Ziehteilrand übertragen. Nachteilig bei dieser Ausführung ist der erforderliche große Bauraum zur Unter- bringung des elektrischen Antriebs, insbesondere wenn hohe Nennkräfte erforderlich sind und mehrere Module innerhalb eines Pressentisches angeordnet werden müssen. Weiterhin ist es bei mechanisch angetriebenen Pressen schwierig, im unteren Umkehrbereich des Stößels mit dem elektrischen Antrieb eine ausreichend hohe Gegenhaltekraft aufrecht zu erhalten, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit gegen Null geht.
Einen Kompromiss aus hoher Leistungsdichte, einen wesentlichen Vorzug der hydraulischen Antriebssysteme und einer guten Wart- barkeit sowie guter Steuer- und Regelbarkeit, eine besondere Eigenschaft der elektrischen Antriebe, stellen Hybridsysteme dar, wie in WO 2006/000188 Al bekannt geworden ist. Dabei übernehmen hydraulisch wirkende Verdrängerzylinder die Aufbringung der Gegenhaltekraft während des Ziehvorgangs und mindestens ein Elektrozylinder die Steuerung und Regelung der Kissenbewegungen außerhalb des Kraftflusses mit dem Pressenantrieb. Diese Ziehkissenvorrichtung mit Hybridantrieb lässt jedoch eine kompakte Bauweise in Form eines Moduls nur bedingt zu, da die beiden Antriebsformen nicht in einer Achse konzentriert sind. Weiterhin verfügen die bisher bekannten elektrisch angetriebenen Ziehkissenvorrichtungen gegenüber den hydraulischen Ziehkissen über keinen ausreichenden Überlastungsschutz. So ist z.B. der elektrische Antrieb nicht in der Lage, eine größere bestehende Drehzahldifferenz in der Zeit des Auftreffens des Pressenstößels auf die Ziehkissenvorrichtung auszuregeln so dass hohe Beschleunigungen auf die Massenträgheiten des Kraft- übertragungsmechanismus wirken und diesen durch hohe resultierende Kräfte zerstören können.
Auch pneumatische Ziehkissen kommen seit längerem in der Umformtechnik zum Einsatz. In einfach wirkenden Pressen befinden sich dabei Pneumatikzylinder im Bereich des Pressentisches. Diese Pneumatikzylinder wirken meist über eine Druckwange und über Druckbolzen auf einen Blechhalter. Die Druckräume der Pneumatikzylinder sind in der Regel mit einem großvolumigen Druckspeicher verbunden, der den Druckanstieg zum unteren Umkehrpunkt hin reduziert. Die Art der pneumatischen Kissen sind geschlossene Systeme und besitzen außer einer Kraftvoreinstellung keine weiteren Steuerungsmöglichkeiten. Sie werden durch den Pressenstößel verdrängt und folgen ihm unmittelbar in der Abwärtsbewegung, wobei die Kraft in der Abwärtsbewegung gleich der Kraft in der Aufwärtsbewegung ist. Das an sich sehr einfache pneumatische Ziehkissen kompliziert sich zunehmend bei hohen Zieh- und Auswerfergeschwindigkeiten und benötigt bei großen Ziehkräften entweder sehr große Kolbendurchmesser oder eine sehr große Baulänge, bedingt durch das Hintereinanderschalten mehrerer Kolben. Der Anteil der bewegten Massen erzeugt mit zunehmenden Ziehgeschwindigkeiten hohe Trägheitskräfte, die im Moment des Ziehbeginns sich unkontrolliert zur Kissenkraft addieren.
Um den Nachteilen des pneumatischen Ziehkissens zu begegnen, werden vereinzelt auch Stickstoffzylinder in der Umformtechnik eingesetzt. In „Der Einsatz des Nitro-Dyne-Gasfedersystems anstelle von Stahlfedern, aus Bänder, Bleche, Rohre 11-1974" werden die Einsatzgebiete solcher Stickstoffzylinder beschrieben. Die Stickstoffzylinder wirken dabei ähnlich einer mechanischen Feder, bieten dabei aber einige Vorteile. Beispielsweise wirkt bei Stickstofffedern von Beginn an die volle Kraft. Außerdem ist der Kraftanstieg über den Federweg einer Stickstofffeder wesentlich geringer als bei konventionellen Federn. Ein weiterer Vorteil von Stickstofffedern ist die sehr hohe Kraftdichte. Bei den in der Umformtechnik eingesetzten StickstoffZylindern gibt es unterschiedliche Bauarten. Beim so genannten Einkammersystem bilden Kolben und Kolbenstange eine Einheit. Die Abdichtung geschieht hier am Kolben. An der Kolbenstange befindet sich ein Abstreifer. Die obere Kammer wird somit zur Atmosphäre hin belüftet. Das Einkammersystem zeichnet sich durch einen kurzen Hub und einen progressiven Kraftverlauf aus. Wird ein solches System an ein externes Speichervolumen angeschlossen, wird von einem Tanksystem gesprochen. Bei einem Tanksystem ist es möglich, den Kraftanstieg der Feder über den Federweg an die Erfordernisse anzupassen.
Aufgabe und Vorteil der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom Stand der Technik, eine Ziehkissenvorrichtung mit Hybridantrieb derart zu verbessern, dass für einen der Antriebe ein sicherer und einfach aufgebauterer Überlastungsschutz gegeben ist und dass weiterhin der Bauraum, der für ein einzelnes Ziehkissenmodul erforderlich ist, verringert wird.
Diese Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Merkmale sind vorteilhafte
Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Bei der erfindungsgemäßen Ziehkissenvorrichtung bilden der erste Antrieb und der zweite Antrieb ein Ziehkissenmodul, wobei das Ziehkissenmodul ein Bauteil umfasst, mittels welchem der Platinenhalter von wenigstens einem der Antriebe mit einer Hubbewegung nach oben bewegbar ist oder mit einer Absenkbewegung nach unten bewegbar ist, wobei eine während eines Ziehvorgangs von dem Oberwerkzeug auf das Bauteil übertragbare, nach unten gerichtete, eine Niederfahrbewegung verursachende Druckkraft zur Vermeidung einer Überbelastung des zweiten Antriebs nur durch den ersten Antrieb blockierbar oder abbremsbar ist und wobei bei der nach unten gerichteten Niederfahrbewegung das Bauteil von dem zweiten Antrieb entkoppelbar ist. Hierdurch ist ein sicherer
Überlastungsschutz des zweiten Antriebs gegenüber Kräften und Bewegungen erreicht, die von dem Oberwerkzeug ausgehen. Für den zweiten Antrieb kann somit auf aufwendige Schutzmaßnahmen oder eine teure Auslegung auf Belastungen durch das Oberwerkzeug verzichtet werden. Kern der Erfindung ist es, den zweiten Antrieb derart in den Hybridantrieb einzubinden, dass dieser ohne jede Beeinträchtigung seiner Aufgaben, insbesondere eine feinfühlige Steuerung und Regelung einer Hubbewegung der Platinenhalter erfüllen kann, jedoch von Kräften bzw. Bewegungen, mit welchen das Oberwerkzeug über den Platinenhalter auch auf den Hybridantrieb bzw. das Ziehkissenmodul einwirkt, entkoppelt ist. Eine derartige Entkopplung wird mechanisch durch einen in eine Bewegungsrichtung wirkenden Freilauf zwischen dem zweiten Antrieb und dem Bauteil, das direkt oder indirekt mit dem Platinenhalter gekeppelt ist, erreicht. Der Freilauf schützt den zweiten Antrieb vor Überlastungen, da diese durch eine
Ausnutzung der Freilauffunktion nicht auf den zweiten Antrieb übertragen werden können.
Die Erfindung sieht insbesondere vor, unter Nutzung des Hybridprinzips den elektrischen Antrieb mit seinem
Kraftübertragungsmechanismus in einer Achse zu einem hydraulischen Zylinder oder einem Stickstoffzylinder oder einem mechanisch gefederten Zylinder oder einem vergleichbaren Antrieb anzuordnen und die Kolbenstange des Zylinders durch den Kraftübertragungsmechanismus des elektrischen Antriebs hindurchzuführen und die Kolbenstange direkt oder indirekt, insbesondere über die Druckwange mit dem Platinenhalter in Wirkverbindung zu bringen. Hierdurch wird eine besonders kompakte Bauform erreicht, da ein Bauteil des ersten Antriebs, insbesondere eine Kolbenstange von beiden Antrieben als
Wirkverbindung zu den nachgeschalteten Komponenten verwendet wird und nicht doppelt ausgeführt werden muss wie dies bei bekannten Hybridantrieben der Fall ist.
Der große Vorteil dieser Anordnung besteht somit darin, dass der elektrische Antrieb, welcher auch als zweiter Antrieb bezeichnet ist, keine unmittelbare bzw. keine alle Kräfte und Bewegungen übertragende Verbindung zum Platinenhalter bzw. zur Druckwange besitzt und im Moment des Auftreffens des Pressenstößels auf den Platinenhalter sowie im Überlas- tungsfall außer Eingriff gerät. Der elektrische Antrieb wirkt vorzugsweise über einen Kugel- oder Rollengewindetrieb auf einen Bund der Kolbenstange des hydraulischen Zylinders.
In der Abwärtsbewegung wird die Kolbenstange vorbeschleunigt bis der Pressenstößel auf den Platinenhalter bzw. Blechhalter aufgesetzt hat. In diesem Moment wird das hydraulische System, bestehend aus Zylinder, abflussseitig angeordnetem Proportionalventil und Druckaufnehmer, sowie zulaufseitig angeordnetem Rückschlagventil und Niederdruckspeicher, aktiv und wirkt mit einer definierten Kraft dem Stößel entgegen. Die Kraft wird durch einen im Zylinder geregelten Druck, der auf die Kolbenfläche wirkt, aufgebracht. Die Druckerzeugung erfolgt passiv durch Ölverdrängung gegen ein Proportionalventil. Der elektrische Antrieb fährt der Kolbenstange hinterher und muss nicht zwangsläufig in Wirkverbindung zu dieser stehen.
Der Überlastschutz ist wie bei hydraulischen Ziehkissen üblich, durch ein weiteres abflussseitig angeordnetes Druckbegrenzungsventil gegeben.
Im unteren Umkehrpunkt des Stößels bzw. der Ziehkissenvorrichtung wird der Kontakt zwischen elektrischen Antrieb und Kolbenstange wieder hergestellt. Nach Beendigung der Ölverdrängung wirkt der Druck des Niederdruckspeichers über das Rück- schlagventil im Zylinder und drückt die Kolbenstange mit ihrem Bund gegen den elektrischen Antrieb. In diesem Zustand erfolgt die Aufwärtsbewegung, die durch den elektrischen Antrieb wie- derum geführt wird. Sinnvollerweise ist der Wert des Speicherdruckes so eingestellt, dass die Summe aus Masse- und Strömungskräfte sowie der erforderlichen Kräfte für das Ausheben des Ziehteils aus dem Unterwerkzeug aufgebracht werden kann. Ein am Zylinderboden angebrachtes Wegmesssystem erfasst direkt die Bewegung der Kolbenstange und liefert den Wert der Regeleinrichtung des elektrischen Antriebs.
Die Dimensionierung des elektrischen Antriebes richtet sich ebenfalls nach dem Wert der daraus resultierenden Kraft, die i. a. ca. 10% bis 20% der Nennkraft des Zylinders entspricht. Dies ist ein weiterer Vorzug, um den Bauraum im Vergleich zu rein elektrisch angetriebenen Ziehkissenvorrichtungen zu verkleinern. Die geringere erforderliche Nennkraft des elektri- sehen Antriebs ermöglicht eine günstigere Dimensionierung der Kraftübertragungselemente, führt zu geringeren Massenträgheitsmomenten, zu einer besseren Dynamik des Antriebs und reduziert gleichzeitig die Wärmeentwicklung. Durch die strikte Aufgabenteilung von hydraulischem und elektrischem System ergeben sich die bekannten Vorteile eines Hybridantriebs: die Erzeugung der zum Ziehen erforderlichen Gegenhaltekraft geschieht durch das Hydrauliksystem mit seiner hohen Leistungsdichte und seiner kompakten Bauweise und die nicht in Kontakt mit dem Pressenstößel ausgeführten Bewegungen der Ziehkissenvorrichtung werden durch den einfacheren elektrischen Antrieb ausgeführt. Es entfallen z. B. die zusätzlich erforderlichen sicherheitsgerichteten Ventile im Hydrauliksystem, da gefährliche Bewegungen durch den elektrischen Antrieb mit einfacheren Mitteln sicher unterbunden werden können.
Die Erfindung sieht auch vor für den ersten Antrieb, statt eines hydraulischen Zylinders oder eines mechanischen Zylinders einen Stickstoffzylinder zu verwenden. Es entsteht somit als Hybridantrieb bzw. als Ziehkissenmodul ein Stickstoff-Kissenmodul, bestehend aus einem elektrischen Antrieb und einem Stickstoffzylinder, welcher während des Umformvorganges ähnlich einer Feder wirkt. In einer bevorzugten Ausführungsform bleibt die Stickstoffmenge im Zylinder während des Betriebes des Stickstoff-Kissenmoduls konstant, da der Zylinder während des Betriebes von der StickstoffVersorgung entkoppelt werden kann. Somit dient das Stickstoffversorgungssystem, im Wesentlichen bestehend aus einem Hochdruckspeicher, einem Niederdruckspeicher und einem Druckübersetzer, zum Voreinstellen einer Federkraft durch Befüllen bzw. Ablassen von Stickstoff außerhalb des Betriebes. Obwohl während des Umformvorganges die Stickstoffmenge im Zylinder nicht verändert wird, kann das Gesamtsystem des
Stickstoff-Kissenmoduls dennoch geregelt betrieben werden. Die Regelung erfolgt durch eine Überlagerung der Stickstofffederkraft und einer Kraft, resultierend aus dem elektrischen Antrieb. Während der Umformung kann beispielsweise der elektrische Antrieb eine Kraft erzeugen, welche der Stickstofffederkraft entgegenwirkt. Die effektive Kraft ist also während des Ziehvorganges durch den elektrischen Antrieb reduzierbar. In der Aufwärtsbewegung wiederum kann durch den elektrischen Antrieb eine Bremswirkung erzielt werden. Durch den generatorischen Betrieb des
Elektromotors kann eine Energierückgewinnung im Aufwärtsgang realisiert werden. Durch diese regelungstechnischen Möglichkeiten kann bei der erfindungsgemäßen Ziehkissenvorrichtung die volle Funktionalität, wie Vorbeschleunigung, Niederhaltung, Lösehub und Endlagendämpfung gewährleistet werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung der Ziehkissen-Vorrichtung als Stickstoff-Kissenmodul liegt in der Möglichkeit das Ziehkissen abgekoppelt von der
Stickstoffversorgung zu betreiben. Dies ermöglicht den Aufbau von modularen Mehrpunkt-Ziehvorrichtungen, welche sowohl im Pressentisch, als auch direkt im Schiebetisch angeordnet werden können. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem, anhand der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel .
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem, anhand der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels .
Es zeigen:
Fig. 1: Presse mit Ziehkissenvorrichtung;
Fig. 2: Prinzipieller Aufbau eines Ziehkissenmoduls;
Fig. 3: Bewegungszyklus der Ziehkisseneinrichtung;
Fig. 4: Prinzipieller Aufbau eines weiteren Ziehkissenmoduls ;
Fig. 5, 6: Detaildarstellungen des in der Figur 3 gezeigten
Ziehkissenmoduls in unterschiedliche Stellungen der Kolbenstange und der Spindel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist der schematische Aufbau einer Umformpresse 51 zum Ziehen von großflächigen Teilen 10, welche zum Beispiel als Platinen 53 aus Kunststoff oder Blech ausgeführt sind, dargestellt. Die Presse verfügt über einen mechanischen Antrieb 1, der den Stößel 2 mit Oberwerkzeug 3 auf- und abwärts bewegt. Im Pressentisch 8 ist eine
Ziehkissenvorrichtung 50 mit Hybridantrieben 52 angeordnet, die aus einer im Pressentisch 8 vertikal verschiebbaren Druckwange 7 und mehreren Ziehkissenmodulen 9 bzw. Hybridantrieben 52 besteht. Auf der Druckwange 7 stehen
Druckbolzen β, die den Platinenhalter 4 mit dem Ziehteil 10 halten und von unten mit einer Platinenhaltekraft F53 auf das Ziehteil 10 wirken. Nach Aufsetzen des Stößels 2 kommt das Oberwerkzeug 3 über das Ziehteil 10 mit dem Platinenhalter 4 in Verbindung und verdrängt diesen gegen die Druckbolzen 6, die Druckwange 7 und die Ziehkissenmodule 9, die die Druckwange 7 abstützen. Jedes Ziehkissenmodul 9 wirkt mit einer einstellbaren Kraft der Stößelbewegung entgegen und verspannt so den Ziehteilrand zwischen Platinenhalter 4 und Oberwerkzeug 3 in definierter Weise. Dadurch lässt sich das Einfließen von Material des Ziehteils 10 in die durch Oberwerkzeug 3 und Unterwerkzeug 5 gebildete Form gezielt steuern bzw. regeln.
In Figur 2 wird der prinzipielle Aufbau eines Ziehkissenmoduls 9 gezeigt. Das hydraulische System besteht aus einem als hydraulischer Zylinder ausgeführten Tauchkolben- bzw. Plunger- zylinder 11 mit einer Kolbenstange 12 mit Keilwellenprofil 13, einem bodenseitig angeordneten Wegmesssystem 32 sowie den in der Abflussleitung 24 angeordneten Proportionalventil 21, Druckbegrenzungsventil 22 und dem Druckmessumformer 23. Weiterhin gehören die in der Zuleitung 30 befindlichen Rückschlagventile 27 und 29, der Kolbenspeicher 28 und eine Pumpe 26 mit einem Ventil zur Druckbegrenzung 31. Der hydraulische Zylinder 12 bildet einen ersten Antrieb. Ein elektrischer Antrieb 14, welcher einen zweiten Antrieb bildet, beinhaltet einen als Hohlwelle ausgebildeten Läufer 15 und optional eine Federdruck-Sicherheitsbremse 16. Ein Getriebe zur Umwandlung der Drehbewegung des Läufers 15 in eine Hub- und Senkbewegung der Kolbenstange 12 ist ein Kugelgewindetrieb bestehend aus hohler Spindel 18, die formschlüssig mit der Kolbenstange 12 verbunden ist und der Spindelmutter 17, die fest mit dem Läufer 15 verbunden ist. Über den Bund 19 der Kolbenstange 12 steht die Spindel 18 bei ihrer Abwärtsbewegung mit ihrem Bund 55 formschlüssig mit der Kolbenstange 12 in Verbindung. Eine mit dem Gehäuse des Hohlwellen-, bzw. Torque-Motors 14 verbundene Verdrehsicherung 20 fixiert die Kolbenstange 13 über das Keilwellenprofil und ermöglicht so die Übersetzung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung.
Die Pumpe 26 befüllt den Kolbenspeicher 28 über ein Rückschlagventil 27 mit Hydrauliköl auf einen Druckwert, der der Summe aus maximal möglichen Masse- und Strömungskräften und der erforderlichen Kraft zum Ausheben des Ziehteils 10 aus der Kontur des ünterwerkzeugs 5 entspricht. Überschüssiges Drucköl wird z. B. über ein Druckbegrenzungsventil 31 zum Tank zurückgeführt. Bei höheren Druckwerten wird man aus energetischen Gründen an dieser Stelle ein Ventil zur Speicherladeregelung verwenden.
Ein Rückschlagventil 29 verbindet den Kolbenspeicher 28 mit der Zuleitung 30 des Zylinders 11 und verhindert einen Rück- fluss aus dem Zylinder.
Der dadurch auf den Kolben 12 wirkende Druck hebt die Kolbenstange 13 an und presst diese an ihrem Bund 19 gegen die Spindel 18 des Kugelgewindetriebes. Durch eine nicht dargestellte, jedoch allgemein bekannte Steuereinrichtung wird der elektrische Antrieb derart angesteuert, dass die Kolbenstange in die gewünschte Position gefahren werden kann. Ein am Zylinderboden angeordnetes Wegmesssystem 32 erfasst die Bewegung der Kolbenstange direkt und liefert den Istwert an die Steuerung. Bei einer Aufwärtsbewegung liefert der hydraulische Antrieb die erforderliche Energie. Die Position wird jedoch generell durch den elektrischen Antrieb bestimmt. Das Proportionalventil 21 bleibt dabei geschlossen. Für die Abwärtsbewegung hingegen liefert der elektrische Antrieb die Bewegungsenergie und positioniert die Kolbenstange solange der Stößel nicht in Kontakt mit dem Platinenhalter gekommen ist. Dabei muss das Proportionalventil 21 den Abfluss aus dem Zylinder freigeben. Damit nicht unnötig Drucköl aus dem Speicher abströmt, wird der Druck im Zylinder auf einen Wert oberhalb des Speicherdruckes geregelt. Den erforderlichen Druckistwert liefert der Druckaufnehmer 23. Sobald der Stößel in Kontakt mit dem Platinenhalter gekommen ist, erfolgt die Regelung des für den Ziehprozess vorgegebenen Druckwertes. Das Aufsetzen des Stößels wird durch Vergleich der Positionen von Stößel und Kolbenstangen der Ziehkissen- module erkannt. Es ist bei höheren Differenzgeschwindigkeiten auch möglich, das Aufsetzen des Stößels durch einen Druckanstieg im Zylinder zu erkennen.
Im Versagensfall des Druckregelkreises oder des Proportional- ventils 21 verhindert ein abflussseitig angeordnetes Druckbegrenzungsventil 22 eine Überlastung des Zylinders und der mechanischen Kraftübertragungselemente .
Ein weiterer Versagensfall kann z. B. durch den Ausfall der Stromversorgung für den elektrischen Antrieb entstehen, der besonders kurz vor Auftreffen des Stößels bislang als kritisch galt. Da aufgrund des Nachlaufweges und der gespeicherten Energien der Stößel nicht rechtzeitig zum Stillstand kommt, wird dieser mit hoher Geschwindigkeit auf den Platinenhalter aufsetzen. Da die Kraftübertragungselemente der Ziehkissenvorrichtung aus Aufwands- und Platzgründen nicht auf die Nennkraft des Stößels ausgelegt werden können, sind Schädigungen absehbar. Aus diesem Grunde gibt es keine formschlüssige Verbindung zwischen dem elektrischen Antrieb 14 und Kolbenstange 13 in einer dem Stößel entgegen gesetzten Bewegungsrichtung, so dass die Kolbenstange mit hydraulisch begrenzter Kraft vom Stößel weiterbewegt werden kann während der elektrische Antrieb blockiert.
Eine sicherheitsgerichtete Verriegelung von Bewegungen der Ziehkissenvorrichtung in Aufwärtsrichtung ist mit Hilfe der Federdruck-Sicherheitsbremse 16 möglich. Das Bremsmoment wird durch Federkraft auf den Läufer 15 des Motors aufgebracht. Zusätzlich lassen sich schnelle Senkbewegungen durch Verwen- düng sicherheitsgerichteter Ventile in der Abflussleitung 24 des Zylinders verhindern. So kann optional das Proportionalventil 21 als ein Fail-Safe-Ventil ausgeführt werden. Figur 3 beschreibt einen kompletten Bewegungszyklus der Ziehkisseneinrichtung mit Hybridantrieb.
Außerhalb des Ziehbereiches übernimmt der elektrische Antrieb die Positionierung der Ziehkisseneinrichtung. Das erfolgt vorzugsweise synchron zur Bewegung des Stößels, indem in Abhängigkeit des Kurbelwinkels des Pressenantriebes dem Torque- Motor bzw. dem Hohlwellenmotor entsprechende Positionssollwerte vorgegeben werden. Innerhalb des Ziehbereiches läuft der elektrische Antrieb der Kolbenstange nach, die in diesem Abschnitt durch den Stößel angetrieben wird. Dies kann durch Begrenzung des Motorstromes oder des Drehmoments erfolgen, um mit geringer Kraft in Kontakt zur Kolbenstange zu bleiben oder durch Nutzung eines weiteren Wegmesssystems, welches die Position der Spindel erfasst. Durch Vergleich beider Positionswerte lässt sich dann die Spindel berührungslos im geringen Abstand nachführen.
Im unteren Umkehrpunkt der Presse übernimmt wieder der elekt- rische Antrieb die Führung der Kissenbewegungen und hebt z. B. die Druckwange der Ziehkissenvorrichtung verzögert zur Stößelbewegung um einen gewissen Betrag an, um Transfereinrichtungen das Entnehmen des Ziehteils zu ermöglichen und bringt danach die Ziehkissenvorrichtung wieder in Ausgangsstellung.
Der Polsterbetrieb stellt einen Sonderfall dar, wobei der erste Abschnitt der Hochlaufbewegung der Ziehkisseneinrichtung bis zum Beginn der Bremsphase in Kontakt mit dem Stößel erfolgt. Damit sich die Kolbenstangen mit der Kraft des Hydrauliksystems gegen den Platinenhalter und Stößel anlegen können, wird der elektrische Antrieb in Bezug zum Wegmesssystem des Stößels mit einem geringen Abstand oberhalb des Bundes 19 geführt, bis die Bremsphase beginnt.
Aufgrund der guten Regelbarkeit von elektrischen Antrieben ist ein präziser Gleichlauf mehrerer Ziehkissenmodule möglich, so dass unterschiedliche Anordnungsvarianten und Kombinationen möglich sind.
In Figur 4 ist der prinzipielle Aufbau eines weiteren erfindungsgemäßen Ziehkissenmoduls 101 zu sehen. Wir bereits beschrieben besteht das Ziehkissenmodul 101 im Wesentlichen aus zwei Teilen, nämlich aus dem elektrischen Antrieb 102, welcher allgemein auch als zweiter Antrieb bezeichnet wird, und aus einer Feder 103, welche allgemein als erster Antrieb bezeichnet wird. Die Feder 103 ist vorzugsweise als Stickstoffzylinder ausgeführt, wobei die Federkraft der Feder 103 der Presskraft entgegen wirkt. Die Federkraft des StickstoffZylinders 103 kann durch Befüllen bzw. Ablassen von Stickstoff mittels einer Stickstoff-Versorgungseinheit 104 reguliert bzw. voreingestellt werden. Diese Stickstoff- Versorgungseinheit 104 besteht aus einem Niederdruckspeicher 105, in den überschüssiger Stickstoff abgelassen werden kann, einem Hochdruckspeicher 106, aus dem der Stickstoffzylinder 3 mit zusätzlichem Stickstoff befüllt werden kann, einem dazwischen geschalteten Druckübersetzer 107 und entsprechender Ventiltechnik. Die Stickstoff-Versorgungseinheit 104 kann sowohl unmittelbar am Stickstoffzylinder 103, als auch außerhalb der Presse als separate Versorgungsstation angeordnet sein. In dem in Figur 4 beschriebenen
Ausführungsbeispiel besteht der elektrische Antrieb 102 aus einem Hohlwellenmotor 108. Das Getriebe zum Umwandeln der Drehbewegung in eine Hub- und Senkbewegung der Kolbenstange 109 ist ein Kugelgewindetrieb 110, bestehend aus einer hohlen Spindel 18, die formschlüssig mit der Kolbenstange 109 verbunden ist und einer Spindelmutter 17, die fest mit einem Läufer 15 des Hohlwellenmotors 108 verbunden ist. Über einen Bund 19 der Kolbenstange 109 steht die Spindel 18 mit ihrem Bund 55 bei ihrer Abwärtsbewegung formschlüssig mit der Kolbenstange 109 in Verbindung. Eine Verdrehsicherung 111 fixiert die Kolbenstange 109 über ein Keilwellenprofil 13 und ermöglicht so die Übersetzung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung. Die Antriebskraft dieser Translationsbewegung wird überlagert mit der Federkraft des StickstoffZylinders 103. Obwohl der Stickstoffzylinder 103 während des Betriebes ein geschlossenes System darstellt, können durch diese Überlagerung alle im Stand der Technik bekannten Regelaufgaben für Ziehkissen gelöst werden.
Die Figuren 5 und 6 zeigen Detaildarstellungen des in der Figur 3 gezeigten Ziehkissenmoduls 9, welches im wesentlichen durch einen Hybridantrieb 52 gebildet ist, in unterschiedliche Stellungen der Kolbenstange 12 und der hohlen Spindel 18. Der Hybridantrieb dient insbesondere der Erzeugung und Regelung einer Platinenhaltekraft, mit welcher ein Ziehteil bzw. eine Platine von wenigstens einem Platinenhalter während des Ziehvorgangs gegen das Oberwerkzeug gedrückt wird. Im Vergleich zu der in der Figur 3 gezeigten Stellung des Hybridantriebs ist die Kolbenstange 12 in der Figur 5 mit einer Absenkbewegung L in eine Pfeilrichtung y' abgesunken. Eine derartige Absenkbewegung L der Kolbenstange 12, welche allgemein auch als Bauteil 12 bezeichnet ist, ergibt sich beispielsweise im Verlauf eines Ziehvorgangs durch eine Niederfahrbewegung des Oberwerkzeugs, welches indirekt auch auf die Kolbenstange 12 wirkt. Die Absenkbewegung L der Kolbenstange 12 entlang ihrer Achse a erfolgt unabhängig von einer Stellung der hohlen Spindel 18 des elektrischen Antriebs 14. Eine Relativbewegung zwischen der hohlen Spindel 18 und dem Keilwellenprofil 13 der Kolbenstange 12 erfolgt ungehindert, da die hohle Spindel 18 auf dem Keilwellenprofil 13 der Kolbenstange 12 in Richtung der Achse a nach oben und unten ungebremst gleiten kann. Die hohle Spindel 18 ist angetrieben durch die Spindelmutter 17 auf dem Keilwellenprofil 13 der Kolbenstange 12 in y- bzw. y' -Richtung frei verfahrbar, aber nicht gegenüber der Kolbenstange 12 um deren Längsachse a verdrehbar. In der in der Figur 5 gezeigten Stellung, in welcher die Kolbenstange 12 gegenüber der hohlen Spindel 18 des zweiten Antriebs 14 abgesunken ist, ist der an der Kolbenstange 12 ausgebildete Bund 19 besonders gut erkennbar. Mit diesem in y' -Richtung betrachteten kreisringförmige Bund 19 trifft die Kolbenstange 12, wie in den Figuren 3 und 6 beispielhaft gezeigt, auf einen gegenüberliegenden ringförmigen Bund 55 der hohlen Spindel 18. Der elektrische bzw. zweite Antrieb 14 bildet mit seiner
Spindel 18 einen höhenverstellbaren Anschlag 54 für den ersten Antrieb bzw. für die Kolbenstange 12 des Zylinders 11. In der in der Figur 6 dargestellten Stellung des Hybridantriebs 52 hat der elektrische Antrieb 14 seine Spindel 18 in die Pfeilrichtung y' entlang der Achse a nach unten gefahren, so dass die Spindel 18 mit ihrem Bund 55 auf dem Bund 19 der Kolbenstange 12 aufliegt. Hierdurch ist die Kolbenstange 12 in der gezeigten Stellung gegen eine weitere Hubbewegung H in y- Richtung gesichert. Eine weitere Hubbewegung H der Kolbenstange 12 wird durch den elektrischen Antrieb 14 geregelt bzw. gesteuert, welcher sich in durch die Regelung vorgegebener Weise mit seiner Spindel 18 nach oben bewegt. Selbstverständlich ist es dem elektrischen Antrieb 14 auch möglich mit seiner Spindel 18 die Kolbenstange 12 des durch den Zylinder 11 gebildeten hydraulischen Antriebs beispielsweise zur Korrektur einer angefahrenen Position in die Pfeilrichtung y' nach unten zu drücken. Hierbei wird die Kraft des Zylinders 11, mit welcher dieser die Kolbenstange 12 nach oben in die Pfeilrichtung y drückt, vorzugsweise reduziert. Unabhängig von der Stellung der Spindel 18 kann die Kolbenstange 12 zu jeder Zeit in y' -Richtung absinken, ohne beim Absinken den elektrischen Antrieb 14 zu belasten. Somit ist der elektrische Antrieb 14, welcher auch als zweiter Antrieb 14 bezeichnet wird, ohne jeden steuerungstechnischen oder regelungstechnischen Aufwand vor den bislang für Ziehkissenvorrichtungen so gefährlichen Überlastungen geschützt. Die Kolbenstange 12, welche ein Bestandteil 56 des Zylinders 11, der den ersten Antrieb bildet, ist, wird zur direkten oder indirekten Betätigung des Platinenhalters auch von dem elektrischen Antrieb 14, der den zweiten Antrieb bildet, benutzt. Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst auch alle fachmännischen Ausgestaltungen im Rahmen des erfinderischen Gedankens .
Beispielsweise kann für mehrere Kissenmodule ein gemeinsamer Stickstoff-Druckraum eingesetzt werden, wobei mehrere Ziehkissenmodule mit dem gemeinsamen Druckraum verbunden sind. Dieser gemeinsame Stickstoff-Druckraum kann auch ein druckdichter Hohlraum im Schiebetisch sein, wobei dieser Druckraum insbesondere für eine Versorgung mehrere Ziehkissenmodule vorgesehen ist. Alternativ sieht die Erfindung auch vor, die Stickstoff-Versorgungseinheit außerhalb der Presse als Rüststation anzuordnen. Die Erfindung sieht auch vor, die Stickstoffmenge im Stickstoffzylinder zu regeln.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ziehkissen-Vorrichtung 101 kann die Stickstoffmenge im Stickstoffzylinder 103 nicht nur als
Rüstvorgang verändert werden, sondern auch während dem Betrieb geregelt werden.
Beispielsweise kann die in Figur 1 dargestellt Druckwange 7 geteilt ausgeführt werden. In diesem Falle wirken die erfindungsgemäßen Ziehkissenmodule 9 nicht auf eine gemeinsame Druckwange 7, sondern auf einzelne Druckwangensegmente. Diese Segmente wiederum wirken über einen oder mehrere Druckbolzen 6 auf den Platinenhalter 4.
Als weitere Variante kann auf die Druckwange 7 komplett verzichtet werden. Die Kolbenstangen der erfindungsgemäßen Ziehkissenmodule 9 wirken dann entweder direkt oder über Druckbolzen 6 auf den Platinenhalter 4. Der Platinenhalter 4 kann dabei sowohl als konventioneller, als auch als segmentelastischer Platinenhalter ausgeführt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Ziehkissenmodule 9 in den fahrbaren Schiebetisch integriert. Das heißt die Ziehkissenmodule 9 und die zugehörigen Bewegungs- bzw. Kraftübertragungsmittel werden im Schiebetischkörper untergebracht und bei einem
Werkzeugswechsel mit dem Schiebetisch aus- bzw. eingefahren.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, den Platinenhalter (4) als segmentelastischen Platinenhalter auszubilden. Es ist auch vorgesehen, die Ziehkissenmodule in einen oder mehrere
Schiebetische zu integrieren. Weiterhin sieht die Erfindung vor die elektrischen Antriebsfunktionen mehrerer Ziehkissenmodule über geeignete Bewegungsübertragungsmittel von einem gemeinsamen Antrieb zu realisieren. Es ist auch vorgesehen die hydraulischen Antriebsfunktionen mehrerer
Ziehkissenmodule über geeignete Bewegungsübertragungsmittel von einem gemeinsamen Antrieb zu realisieren. Weiterhin sieht die Erfindung vor, die elektrischen Antriebsfunktionen mehrerer Ziehkissenmodule einzeln und/oder gemeinsam zu steuern oder zu regeln. Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, die hydraulischen Antriebsfunktionen mehrerer Ziehkissenmodule einzeln und/oder gemeinsam zu steueren oder zu regeln. Zur Erhöhung der Sicherheit ist es vorgesehen, mittels einer Federdruck-Sicherheitsbremse eine Verriegelung der Ziehkissen-Vorrichtung in Aufwärtsrichtung zu ermöglichen. Schließlich ist es vorgesehen, mittels sicherheitsgerichteter Ventile in der Abflussleitung des Zylinders schnelle Senkbewegungen der Ziehkissen-Vorrichtung zu verhindern.
Bezugszeichenliste:
1 mechanischer Antrieb
2 Stößel 3 Oberwerkzeug
4 Platinenhalter bzw. Blechhalter
5 Unterwerkzeug
6 Druckbolzen
7 Druckwange 8 Pressentisch
9 Ziehkissenmodule
10 Ziehteil
11 Zylinder, Plunger-Zylinder (erster Antrieb)
12 Kolben 13 Keilwellenprofil
14. elektrischer Antrieb (zweiter Antrieb)
15 Läufer
16 Federdruck-Sicherheitsbremse
17 Spindelmutter 18 Spindel
19 Bund
20 Verdrehsicherung
21 Proportionalventil
22 Druckbegrenzungsventil 23 Druckmessumformer
24 Abflussleitung
25 Tank 2 β Pumpe
27 Rückschlagventil 28 Kolbenspeicher
29 Rückschlagventil
30 Zuleitung
31 Druckbegrenzung
32 Wegmesssystem
50 Ziehkissen-Vorrichtung
51 Umformpresse 52 Hybridantrieb
53 Platine bzw. Blech
54 höhenverstellbarer Anschlag
55 ringförmiger Bund an 18 56 Bestandteil von 11
101 Ziehkissenmodul
102 elektrischer Antrieb (zweiter Antrieb)
103 Feder, Stickstoffzylinder (erster Antrieb) 104 Stickstoff-Versorgungseinheit
105 Niederdruckspeicher
106 Hochdruckspeicher
107 Druckübersetzer
108 Hohlwellenmotor 109 Kolbenstange
110 Kugelgewindetrieb
111 Verdrehsicherung
F53 Platinenhaltekraft A Achse bzw. Längsachse von 12
H Hubbewegung von 12
L Absenkbewegung von 12 a Achse bzw. Längsachse von 12

Claims

Patentansprüche :
1. Ziehkissen-Vorrichtung (50) für eine Umformpresse (51) zur Erzeugung einer Platinenhaltekraft (F53) zwischen einem
Unterwerkzeug (5) und einem Oberwerkzeug (3) , wobei die Ziehkissen-Vorrichtung (50) wenigstens einen Hybridantrieb (52) umfasst, wobei der Hybridantrieb (52) auf wenigstens einen Platinenhalter (4) des Unterwerkzeugs (5) wirkt, wobei der Hybridantrieb (52) durch wenigstens einen ersten Antrieb (11, 103) und wenigstens einen zweiten Antrieb (14, 102) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antrieb (11, 103) und der zweite Antrieb (14, 102) ein Ziehkissenmodul (9) bilden, wobei das Ziehkissenmodul (9) ein Bauteil (12, 109) umfasst, mittels welchem der Platinenhalter (4) von wenigsten einem der Antriebe (11, 14) mit einer Hubbewegung (H) nach oben bewegbar ist oder mit einer Absenkbewegung (L) nach unten bewegbar ist, wobei eine während eines Ziehvorgangs von dem Oberwerkzeug (3) auf das Bauteil (12, 109) übertragbare, nach unten gerichtete, eine Niederfahrbewegung verursachende Druckkraft zur Vermeidung einer Überbelastung des zweiten Antriebs (14, 102) nur durch den ersten Antrieb (11, 103) blockierbar oder abbremsbar ist und wobei bei der nach unten gerichteten Niederfahrbewegung das Bauteil (12, 109) von dem zweiten Antrieb (14, 102) entkoppelbar ist.
2. Ziehkissen-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den ersten Antrieb (11, 103) erzeugbare Hubbewegung (H) in Richtung des Oberwerkzeugs (3) durch den zweiten Antrieb (11, 103) steuerbar bzw. regelbar.
3. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb
(14, 102) bezüglich des Bauteils (12, 109) einen höhenverstellbaren Anschlag- (54) bildet, wobei insbesondere die Hubbewegung des Bauteils (12, 109) durch den zweiten Antrieb (14, 102) fein justierbar ist.
4. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (12, 109) bei der Hubbewegung (H) nur durch den ersten Antrieb (11, 103; antreibbar ist.
5. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (12, 109) ein Bestandteil (56) des ersten Antriebs (11, 103) ist und insbesondere als Kolbenstange (12, 109) ausgebildet ist.
6. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Hybridantrieb
(52) bildenden Antriebe (11, 14; 103, 102) unterschiedliche ' Eigenschaften insbesondere hinsichtlich Antriebsart und/oder Antriebsstärke aufweisen.
7. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (12, 109) von dem zweiten Antrieb (11, 103) insbesondere gegen eine reduzierte Gegenkraft des ersten Antriebs (11, 103) absenkbar ist.
8. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Druckbeaufschlagung und die Bewegung des Platinenhalters (4) durch ein oder mehrere Ziehkissenmodule (9) erzeugt werden, wobei die Ziehkissenmodule (9) aus mindestens zwei Antrieben (11, 14; 103, 102) bestehen, deren Kraft- und Bewegungsrichtungen auf einer Achse (a) liegen.
9. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehkissenmodule
(9) aus einem elektrischen Antrieb (14) und einem hydraulischen Antrieb (11) bestehen.
10. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehkissenmodule
(101) aus einem elektrischen Antrieb (102) und einer Feder (103) bestehen, wobei die Feder (103) insbesondere ein Stickstoffzylinder ist.
11. Ziehkissen-Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoffzylinder (103) einen geschlossenen Druckraum hat, wobei die Stickstoffmenge veränderbar ist.
12. Ziehkissen-Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoffzylinder (103) mit einem Niederdruckspeicher (5) und/oder einem Hochdruckspeicher (106) verbindbar ist.
13. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehkissenmodule (101) aus einem elektrischen Antrieb (102) und einer Feder (103) bestehen, wobei die Feder (103) insbesondere eine mechanische Feder ist.
14. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Umformvorganges zwischen dem zweiten Antrieb (14, 102), welcher insbesondere als elektrischer Antrieb (14, 102) ausgeführt ist, und der Kolbenstange (12, 109) keine formschlüssige Verbindung in einer dem Stößel (2) entgegen gesetzten Bewegungsrichtung vorhanden ist.
15. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb (14, 102) auf einen Bund (19) der Kolbenstange (12) des Zylinders (11, 103) , insbesondere eines hydraulischen Zylinders (11) oder eines StickstoffZylinders (103) oder eines mechanisch gefederten Zylinders wirkt.
16. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb
(14, 102), welcher insbesondere als elektrischer Antrieb (14, 102) ausgebildet ist, mittels eines Kugel- oder Rollengewindetriebes (17, 18, 110) auf den Bund (19) der Kolbenstange (12) wirkt.
17. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb (14, 102), welcher insbesondere als elektrischer Antrieb (14, 102) ausgeführt ist, insbesondere ein Hohlwellen-Motor oder insbesondere Torque-Motor ist.
18. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kolbenstange
(12, 109) ein Keilwellenprofil (13) angebracht ist, welches mittels einer Verdrehsicherung (20, 111) ein Verdrehen der Kolbenstange (12, 109) um die Längsachse (a) der Kolbenstange (12, 109) verhindert.
19. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1- 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehkissenmodule (9) über eine gemeinsame Druckwange (7) und über Druckbolzen (6) auf den Platinenhalter (4) wirken.
20. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1- 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehkissenmodule (9) über mindestens zwei Druckwangensegmente und über Druckbolzen (6) auf den Platinenhalter (4) wirken.
21. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehkissenmodule (9) über Druckbolzen (6) auf den Platinenhalter (4) wirken.
22. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1- 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehkissenmodule (9) direkt auf den Platinenhalter (4) wirken.
23. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Platinenhalter (4) als segmentelastischer Platinenhalter ausgebildet ist.
24. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehkissenmodule (9) in einen oder mehrere Schiebetische integriert sind.
25. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Antriebsfunktionen mehrerer Ziehkissenmodule (9) über geeignete Bewegungsübertragungsmittel von einem gemeinsamen Antrieb realisiert werden.
26. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulischen
Antriebsfunktionen mehrerer Ziehkissenmodule (9) über geeignete Bewegungsübertragungsmittel von einem gemeinsamen Antrieb realisiert werden.
27. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Antriebsfunktionen mehrerer Ziehkissenmodule (9) einzeln und/oder gemeinsam gesteuert oder geregelt werden.
28. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulischen Antriebsfunktionen mehrerer Ziehkissenmodule (9) einzeln und/oder gemeinsam gesteuert oder geregelt werden.
29. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehkissenmodule (9) mittels einer Federdruck-Sicherheitsbremse (16) eine Verriegelung der Ziehkissen-Vorrichtung in Aufwärtsrichtung ermöglichen.
30. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mittels sicherheitsgerichteter Ventile in der Abflussleitung (24) des Zylinders (11, 103) schnelle Senkbewegungen der Ziehkissen- Vorrichtung verhindert werden.
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