EP2492027B1 - Vorrichtung zum Tiefziehen eines Werkstücks - Google Patents

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EP2492027B1
EP2492027B1 EP20110155585 EP11155585A EP2492027B1 EP 2492027 B1 EP2492027 B1 EP 2492027B1 EP 20110155585 EP20110155585 EP 20110155585 EP 11155585 A EP11155585 A EP 11155585A EP 2492027 B1 EP2492027 B1 EP 2492027B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
adjustment
tool
workpiece
soll
force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP20110155585
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2492027A1 (de
Inventor
Jürgen Büssert
Horst KÖRZDÖRFER
Oleg Schlegel
Elmar SCHÄFERS
Carsten Dr. Hamm
Michael Kaever
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP20110155585 priority Critical patent/EP2492027B1/de
Publication of EP2492027A1 publication Critical patent/EP2492027A1/de
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Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/16—Control arrangements for fluid-driven presses
    • B30B15/24—Control arrangements for fluid-driven presses controlling the movement of a plurality of actuating members to maintain parallel movement of the platen or press beam

Definitions

  • the present invention relates to a device for deep drawing a workpiece according to the preamble of claim 1. Moreover, the present invention relates to a method for deep drawing a workpiece according to the preamble of claim 6. Such a device or such a method is known from DE-A-10 2004 049 149 known.
  • Deep drawing is one of the most important forming processes used in industry and especially in manufacturing.
  • a workpiece for example a metal sheet
  • the geometry of the upper and lower tools determines the shape of the formed workpiece.
  • a mechanical force is exerted on the upper tool via a plunger and thus the workpiece is formed.
  • the geometry of the tools used and the process sizes which depend, for example, on the material of the workpiece, the process force and the duration of the process, can cause asymmetric loading of the ram.
  • This basically causes a tilting of the Stö- ⁇ els in his leadership, whereby the upper tool is no longer evenly loaded and thus twisted or tilted.
  • This results in long drawing distances to a one-sided narrowing of the lateral gap between the upper and lower tool, whereby the thickness of the formed workpiece can be partially reduced.
  • the quality of the formed workpiece can be reduced and its mechanical strength can be reduced.
  • the twisting or tilting can result in a collision of the upper and lower tool, which can lead to damage.
  • the leadership of the plunger can be designed such that the tiltability of the plunger is reduced.
  • the tiltability of the plunger can be further reduced by the plunger and the associated guide are designed so that they have a small play each other.
  • a favorable ratio of ram height to ram width here also has a positive effect.
  • Another possibility is to integrate corresponding guide holes and pins in the tool, by which a rotation or tilting of the individual parts of the tool is prevented.
  • the individual parts of the tool must be designed so that they can absorb the high mechanical stresses resulting from the process forces.
  • a device for producing and / or processing of parts is known.
  • the device is used in particular for producing stamped parts, with at least one tool which can be placed under pressure and / or force.
  • the device comprises a plurality of force-transmitting elements that can be both force-dependent and path-dependent independently and controlled and / or regulated as required.
  • the object of the present invention is to make the deep drawing of a workpiece, in particular at high process forces, more effective.
  • the tool which is used for deep drawing, this is supported on a corresponding reference plane, which may be, for example, the floor or the foundation.
  • the tool in particular a lower tool, is supported on at least two support points via a respective adjusting device.
  • the distance between the reference plane and the tool can be adjusted by the at least two adjusting devices.
  • a corresponding measuring device is provided for this purpose.
  • a measuring device can be provided, by means of which the adjustment paths are determined by all adjusting devices, as well as a separate measuring device can be provided on each adjustment.
  • the adjusting devices are regulated on the basis of the difference between the adjustment paths.
  • tilting or pivoting between the parts of the tool for example the upper and the lower tool
  • tilting or pivoting between the parts of the tool can be compensated by the corresponding control of the adjustment paths.
  • a symmetrical load is applied to the plunger, ⁇ urch which a force is transmitted to the upper tool.
  • the deep-drawing can be performed more effectively especially at high forces and the quality and the mechanical strength of the formed workpiece can be increased.
  • a Sollverstellkraft is regulated for each of the adjusting devices in dependence on the difference of the adjustment paths. From the difference of the adjustment of the adjustment can be concluded that an asymmetric load on the tool.
  • the respective Sollverstellkraft can be determined, which is to be applied by the respective adjustment means at the support points to compensate for the asymmetric load.
  • the respective desired adjusting force on the adjusting devices is compared with the force actually applied to the respective adjusting devices and regulated by a corresponding regulating device.
  • the setpoint adjustment force is additionally determined with the regulator device as a function of a proportion of a force acting on the workpiece.
  • the respective Sollverstell mean the Verstelleinrichwerden determined on the one hand by means of a regulator device from the difference of the adjustment and on the other hand additionally determined by a proportion of the force acting on the workpiece.
  • the force acting on the workpiece may, for example, be that force which is exerted on the upper tool and thus on the workpiece during deep drawing by the plunger.
  • process parameters such as, for example, the material and the geometry of the workpiece to be deformed as well as the duration of the deep-drawing process can also be taken into account in order to determine the time profile of the force acting on the workpiece.
  • the force acting on the workpiece force is determined by a suitable measuring device over the time course of the deep drawing operation. In this way, asymmetric loading of the tool can be counteracted particularly effectively.
  • an adjusting speed for each of the adjusting devices is regulated by the regulating device as a function of the difference between the adjusting paths.
  • a symmetrical loading of the individual parts of the tool and of the workpiece can be achieved by regulating the respective adjustment speeds of the adjusting devices.
  • the adjustment speeds are here also controlled in dependence on the difference of the adjustment paths in order to achieve a corresponding tilt compensation, by which an asymmetric load and / or tilting of the individual parts of the tool is prevented.
  • a respective Sollverstell from the difference of the adjustment paths and additionally determined in dependence on a force acting on the workpiece and adjusting forces generated by the adjusting means by the regulator means for each of the adjusting.
  • the respective adjustment speed of the adjusting devices is regulated here in each case as a function of a nominal displacement speed, which is determined on the one hand from the difference of the adjustment paths and additionally in dependence on the force acting on the workpiece.
  • the force acting on the workpiece is additionally compared with the actually generated forces of the respective adjusting devices. Also, by this embodiment of the apparatus for deep drawing a workpiece deep drawing can be made particularly effective.
  • the direction of the two adjusting forces and the direction of the force exerted on the workpiece are oppositely directed.
  • the force acting on the workpiece force can be compensated by the at least two adjusting forces by which the workpiece, in particular the lower tool, is supported on at least two support points.
  • Devices in which two or more drives act in the same direction are known, for example, from the so-called gantry drive.
  • the interpolation points are arranged point-symmetrically to the center or to the center of gravity of the tool.
  • the support points may for example be arranged at the diagonally opposite corners.
  • a separate adjusting device can likewise be provided for each corner of the workpiece.
  • the tool is adjustably supported on only two diagonally opposite corners or areas.
  • the interpolation points are arranged point-symmetrically to a center of gravity of the tool, in particular of the lower tool. In this way, asymmetric loading of the tool can be compensated for particularly easily.
  • the forming process can be carried out effectively and accurately, thus increasing the quality of the formed workpieces.
  • the tools of the thermoforming device can therefore be designed for a lower mechanical load. Therefore, the dimensions of the deep drawing apparatus and the weight can be reduced. In this way, in addition, the usability of the deep drawing process can be extended.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a control circuit 10 for a device for deep drawing a workpiece.
  • a tool not shown here by two adjusting devices 12, 14 at two points supported to a reference plane.
  • the adjustment paths x 1 , x 2 of the adjusting devices 12, 14 are determined.
  • the adjusting devices 12, 14 may be designed, for example, in the form of corresponding hydraulic cylinders or actuators.
  • the measuring device for determining the adjustment paths x 1 , x 2 may be designed as a separate measuring device or be integrated in the respective adjusting devices 12, 14.
  • the measuring device can be realized by distance or position sensors.
  • the two adjustment paths x 1 , x 2 are determined.
  • the difference between the two adjustment paths x 1 , x 2 is calculated, which can result in asymmetric loading of the tool, in particular of the lower tool, in consequence.
  • the difference between the two adjustment paths x 1 , x 2 is transmitted to a controller 18, which determines from the difference of the two adjustment paths x 1 , x 2 a difference in the forces generated by the adjusting devices 12 and 14.
  • the controller 18 may be designed in this embodiment as a PI controller or as a PID controller.
  • the force value generated at the output 20 of the controller 18 is added or subtracted at the nodes 22 and 24 with the respective proportion of the sum force F ⁇ , soll .
  • the sum force F ⁇ should correspond to the force which acts on the workpiece during the deep-drawing process.
  • the sum force F ⁇ , soll is known for example on the basis of the process parameters or can be determined with the aid of a corresponding measuring device over the entire time course of the deep drawing process.
  • the sum force F ⁇ shall be multiplied in this case by the factor 1/2, since in this control loop 10 two adjusting devices 12, 14 are provided, and the set force F ⁇ , should be divided equally to both parts of the control loop 10.
  • the difference of half of the desired force F ⁇ should be formed with the force value at the output 20 of the controller 18. Accordingly, the sum of half of the setpoint force F ⁇ , setpoint is formed at the node 24 with the force value provided at the output 20 of the controller 18.
  • the respective signs at the nodes 22 and 24 are corresponding to the difference of the adjustment paths x 1 and X 2, which is calculated at the node 16, predetermined.
  • the corresponding desired forces F 1 , should and F 2 should be determined at the nodes 26 and 28.
  • the Sollverstell concept F 1 , soll and F 2 , Soll are compared with the forces F 1 and F 2 , which are determined on the adjusting devices 12, 14 by means of a measuring device.
  • a measuring device can for example determine the forces F 1 and F 2 based on the respective pressure of the hydraulic fluid in the hydraulic actuators.
  • the respective forces F 1 , F 2 , on the adjusting devices 12, 14 are controlled by means of a force regulator 30, 32 in dependence on the Sollverstell characteristicn F 1 , should , F 2 , target .
  • valves in the adjusting devices 12, 14 can be actuated by the force regulators 30, 32.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a control circuit 34 for a device for deep drawing a workpiece.
  • the difference between the two adjustment paths x 1 and x 2 is initially formed at the node 36.
  • the difference of the adjustment paths x 1 and x 2 are fed to a controller 38.
  • this regulator 38 which may be designed, for example, as a P regulator, a corresponding speed signal is provided from the difference of the adjustment paths x 1 and x 2 at the output 40 of the regulator 38.
  • the adjusting forces F 1 and F 2 respectively generated by the adjusting devices 12, 14 are determined in the control loop 34 with the aid of a measuring device, not shown here.
  • the two adjusting forces F 1 and F 2 are added at the node 42 of the control loop 34.
  • the sum of the two adjusting forces F 1 and F 2 is deducted from the sum force F ⁇ , soll and the resulting force value is transferred to the controller 44, which may be designed, for example, as a PI controller.
  • the sum force F ⁇ should , as in the previous embodiment, the force which acts on the workpiece.
  • the signal at the output 40 of the regulator 38 is subtracted from the signal at the output 46 of the regulator 44.
  • the signal at the output 40 of the regulator 38 is correspondingly added to the signal at the output 46 of the regulator 44.
  • the signs at the nodes 48 and 50 are given according to the difference of the adjustment paths x 1 and x 2 which is determined at the node 36.
  • a target displacement speed V 1 , soll and V 2 shall be provided.
  • the desired adjustment speeds V 1 , Soll and V 2 , Soll are compared at the nodes 52 and 54 with the respective value of the adjustment speed v 1 and v 2 .
  • the adjustment speeds v 1 and v 2 can be determined, for example, based on the time derivative of the adjustment paths x 1 and x 2 . In this way, the adjustment speeds v 1 , v 2 by means of the two controllers 56 and 58, which may be formed, for example, as a PI controller or PID controller can be controlled.
  • control circuit 34 can basically be divided into two areas I and II.
  • the region of the control loop 34 denoted by I relates to a tilt compensation of the tool
  • the region of the control loop 34 denoted by II representing a corresponding equalization control.
  • control circuits 10 and 34 are shown by way of example for two adjusting devices 12, 14. It is also conceivable to use more than two adjusting devices in a device for deep drawing a workpiece.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Control Of Presses (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Tiefziehen eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Tiefziehen eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6. Eine solche Vorrichtung bzw. ein solches Verfahren ist aus der DE-A-10 2004 049 149 bekannt.
  • Das Tiefziehen zählt zu den wichtigsten Umformverfahren, welche in der Industrie und insbesondere in der Fertigung eingesetzt werden. Hierbei wird ein Werkstück, beispielsweise ein Metallblech, zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug angeordnet. Durch die Geometrie des Ober- und des Unterwerkzeugs wird die Formgebung des umgeformten Werkstücks festgelegt. Während des Tiefziehens wird beispielsweise über einen Stößel eine mechanische Kraft auf das Oberwerkzeug ausgeübt und somit das Werkstück umgeformt.
  • Die Geometrie der verwendeten Werkzeuge und die Prozessgrö-βen, welche beispielsweise von dem Material des Werkstücks, der Prozesskraft und der zeitlichen Dauer des Prozesses abhängen, können eine asymmetrische Belastung des Stößels bewirken. Diese verursacht grundsätzlich eine Kippung des Stö-βels in seiner Führung, wodurch das Oberwerkzeug nicht mehr gleichmäßig belastet wird und sich somit verdreht beziehungsweise verkippt. Dies führt bei langen Ziehstrecken zu einer einseitigen Verengung des seitlichen Zwischenraums zwischen Ober- und Unterwerkzeug, wodurch die Dicke des umgeformten Werkstücks bereichsweise reduziert werden kann. Dadurch kann die Qualität des umgeformten Werkstücks herabgesetzt werden und seine mechanische Festigkeit reduziert werden. Im schlimmsten Fall kann das Verdrehen beziehungsweise das Verkippen eine Kollision des Ober- und Unterwerkzeugs zur Folge haben, welche zu einer Beschädigung führen kann.
  • Um einer asymmetrischen Belastung des Stößels und/oder des Werkzeugs während des Tiefziehens entgegenzuwirken, kann beispielsweise die Führung des Stößels derart gestaltet werden, dass die Kippfähigkeit des Stößels reduziert wird. Die Kippfähigkeit des Stößels kann zusätzlich dadurch verringert werden, indem der Stößel und die dazugehörige Führung so ausgelegt sind, dass sie ein geringes Spiel zueinander aufweisen. Ein günstiges Verhältnis von Stößelhöhe zur Stößelbreite wirkt sich hier ebenfalls positiv aus. Eine andere Möglichkeit besteht darin, entsprechende Führungsbohrungen und Zapfen in dem Werkzeug zu integrieren, durch welche ein Verdrehen beziehungsweise ein Verkippen der einzelnen Teile des Werkzeugs verhindert wird. Die einzelnen Teile des Werkzeugs müssen hierbei so ausgelegt sein, dass sie die durch die Prozesskräfte entstehenden hohen mechanischen Belastungen aufnehmen können.
  • Aus der_ DE 10 2004 049 149 A1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen und/oder Bearbeiten von Teilen bekannt. Die Vorrichtung dient insbesondere zum Herstellen von Stanzteilen, mit zumindest einem unter Druck und/oder Kraft setzbaren Werkzeug. Um den auf das Werkzeug aufgebrachten Druck bzw. die auf das Werkzeug aufgebrachte Kraft im Werkzeug quer zur Druck- und/oder Kraftrichtung verteilen zu können, umfasst die Vorrichtung eine Mehrzahl von Kraft übertragenden Elementen, die unabhängig voneinander sowohl Kraft- wie auch wegabhängig sein können und je nach Erfordernissen gesteuert und/oder geregelt werden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Tiefziehen eines Werkstücks, insbesondere bei hohen Prozesskräften, effektiver zu gestalten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Das Werkzeug, welches zum Tiefziehen verwendet wird, ist hierzu an einer entsprechenden Bezugsebene, welche beispielsweise der Boden oder das Fundament sein kann, abgestützt. Bei dieser Vorrichtung ist das Werkzeug, insbesondere ein Unterwerkzeug, an mindestens zwei Stützpunkten über eine jeweilige Verstelleinrichtung abgestützt. Somit kann der Abstand zwischen der Bezugsebene und dem Werkzeug durch die mindestens zwei Verstelleinrichtungen eingestellt werden. Um die Verstellwege der jeweiligen Verstelleinrichtungen zu bestimmen, ist hierzu eine entsprechende Messeinrichtung vorgesehen. Hierbei kann eine Messeinrichtung vorgesehen sein, mittels welcher die Verstellwege von allen Verstelleinrichtungen bestimmt werden, ebenso kann an jeder Verstelleinrichtung eine separate Messeinrichtung vorgesehen sein. Mit einer Reglereinrichtung werden die Verstelleinrichtungen anhand der Differenz der Verstellwege geregelt. Durch diese Vorrichtung kann durch die entsprechende Regelung der Verstellwege ein Verkippen beziehungsweise Verschwenken zwischen den Teilen des Werkzeugs, beispielsweise dem Ober- und dem Unterwerkzeug, ausgeglichen werden. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass während des gesamten Vorgangs des Tiefziehens eine symmetrische Belastung an dem Stößel anliegt, βurch welchen eine Kraft auf das Oberwerkzeug übertragen wird. Durch diese Vorrichtung kann das Tiefziehen insbesondere bei hohen Kräften effektiver ausgeführt werden und die Qualität und die mechanische Festigkeit des umgeformten Werkstücks erhöht werden.
  • Mit der Reglereinrichtung wird eine Sollverstellkraft für jede der Verstelleinrichtungen in Abhängigkeit von der Differenz der Verstellwege geregelt. Aus der Differenz der Verstellwege der Verstelleinrichtungen kann auf eine asymmetrische Belastung des Werkzeugs geschlossen werden. Somit kann die jeweilige Sollverstellkraft bestimmt werden, welche durch die jeweiligen Verstelleinrichtungen an den Stützpunkten aufgebracht werden soll, um die asymmetrische Belastung auszugleichen. Die jeweilige Sollverstellkraft an den Verstelleinrichtungen wird hierzu mit der tatsächlich an den jeweiligen Verstelleinrichtungen aufgebrachten Kraft verglichen und durch eine entsprechende Reglereinrichtung geregelt.
  • Zudem wird mit der Reglereinrichtung die Sollverstellkraft zusätzlich in Abhängigkeit von einem Anteil einer auf das Werkstück wirkenden Kraft bestimmt. Die jeweiligen Sollverstellkräfte der Verstelleinrichwerden einerseits mit Hilfe einer Reglereinrichtung aus der Differenz der Verstellwege bestimmt und andererseits zusätzlich von einem Anteil der auf das Werkstück wirkenden Kraft bestimmt. Die Kraft, welche auf das Werkstück wirkt, kann beispielsweise diejenige Kraft sein, welche während des Tiefziehens von dem Stößel auf das Oberwerkzeug und somit auf das Werkstück ausgeübt wird. Hierzu können ebenfalls Prozessparameter wie beispielsweise das Material und die Geometrie des zu verformenden Werkstücks sowie die zeitliche Dauer des Tiefziehvorgangs berücksichtigt werden, um den zeitlichen Verlauf der auf das Werkstück wirkenden Kraft zu bestimmen. Ebenso ist es denkbar, dass die auf das Werkstück wirkende Kraft durch eine geeignete Messeinrichtung über den zeitlichen Verlauf des Tiefziehvorgangs bestimmt wird. Auf diese Weise kann einer asymmetrischen Belastung des Werkzeugs besonders effektiv entgegengewirkt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird durch die Reglereinrichtung eine Verstellgeschwindigkeit für jede der Verstelleinrichtungen in Abhängigkeit von der Differenz der Verstellwege geregelt. Ebenso kann eine symmetrische Belastung der einzelnen Teile des Werkzeugs und des Werkstücks dadurch erreicht werden, dass die jeweiligen Verstellgeschwindigkeiten der Verstelleinrichtungen geregelt werden. Die Verstellgeschwindigkeiten werden auch hierbei in Abhängigkeit von der Differenz der Verstellwege geregelt, um eine entsprechende Kippkompensation zu erreichen, durch welche eine asymmetrische Belastung und/oder ein Verkippen der einzelnen Teile des Werkzeugs verhindert wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird durch die Reglereinrichtung für jede der Verstelleinrichtungen eine jeweilige Sollverstellgeschwindigkeit aus der Differenz der Verstellwege und zusätzlich in Abhängigkeit von einer auf das Werkstück wirkenden Kraft und von den Verstelleinrichtungen erzeugten Verstellkräften bestimmt. Die jeweilige Verstellgeschwindigkeit der Verstelleinrichtungen wird hier jeweils in Abhängigkeit von einer Sollverstellgeschwindigkeit geregelt, welche einerseits aus der Differenz der Verstellwege und zusätzlich in Abhängigkeit von der auf das Werkstück wirkenden Kraft bestimmt wird. Die auf das Werkstück wirkende Kraft wird zusätzlich mit den tatsächlich erzeugten Kräften der jeweiligen Verstelleinrichtungen verglichen. Auch durch diese Ausführungsform der Vorrichtung zum Tiefziehen eines Werkstücks kann das Tiefziehen besonders effektiv ermöglicht werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und den beschriebenen Ausführungsformen sind die Richtung der beiden Verstellkräfte und die Richtung der auf das Werkstück ausgeübten Kraft entgegengesetzt gerichtet. Auf diese Weise kann die auf das Werkstück wirkende Kraft durch die mindestens zwei Verstellkräfte, durch welche das Werkstück, insbesondere das Unterwerkzeug, an mindestens zwei Stützstellen abgestützt wird, ausgeglichen werden. Vorrichtungen, bei welchen zwei oder mehr Antriebe in die gleiche Richtung wirken sind beispielsweise von dem sogenannten Gantry-Antrieb bekannt.
  • Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Stützpunkte punktsymmetrisch zum Mittelpunkt oder zum Schwerpunkt des Werkzeugs angeordnet sind. Bei einem Werkzeug, welches einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweist, können die Stützpunkte beispielsweise an den diagonal gegenüberliegenden Ecken angeordnet sein. Bei einem rechteckigen oder quadratischen Querschnitt des Werkzeugs können ebenso für jede Ecke des Werkstücks eine separate Verstelleinrichtung vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft ist es aber, wenn das Werkzeug an nur zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken beziehungsweise Bereichen verstellbar abgestützt ist. Somit wird die Anzahl der zu beeinflussenden Größen reduziert und die Komplexität eines entsprechenden Regelkreises reduziert, welches eine Verringerung der Kosten mit sich bringt. Ebenso ist es denkbar, dass die Stützpunkte punktsymmetrisch zu einem Schwerpunkt des Werkzeugs, insbesondere des Unterwerkzeugs, angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine asymmetrische Belastung des Werkzeugs besonders einfach ausgeglichen werden.
  • Schließlich wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6 bereitgestellt. Somit kann auf besonders vorteilhafte Weise eine symmetrische Belastung der Teile des Werkzeugs und des Werkstücks garantiert werden.
  • Somit kann der Umformprozess effektiv und präzise ausgeführt werden und somit die Qualität der umgeformten Werkstücke erhöht werden. Die Werkzeuge der Tiefziehvorrichtung können daher für eine geringere mechanische Belastung ausgelegt werden. Daher können die Dimensionen der Tiefziehvorrichtung und das Gewicht reduziert werden. Auf diese Weise kann zusätzlich die Nutzbarkeit des Tiefziehverfahrens erweitert werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
    • FIG 1
    eine erste Ausführungsform eines Regelkreises für eine Vorrichtung zum Tiefziehen eines Werkstücks und
    FIG 2
    eine zweite Ausführungsform eines Regelkreises für eine Vorrichtung zum Tiefziehen eines Werkstücks.
  • FIG 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Regelkreises 10 für eine Vorrichtung zum Tiefziehen eines Werkstücks. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein hier nicht gezeigtes Werkzeug durch zwei Verstelleinrichtungen 12, 14 an zwei Stützpunkten zu einer Bezugsebene abgestützt. Mit einer Messeinrichtung werden die Verstellwege x1, x2 der Verstelleinrichtungen 12, 14 bestimmt. Die Verstelleinrichtungen 12, 14 können beispielsweise in Form von entsprechenden hydraulischen Zylindern bzw. Aktoren ausgeführt sein. Die Messeinrichtung zum Bestimmen der Verstellwege x1, x2 kann als separate Messeinrichtung ausgeführt sein oder in den jeweiligen Verstelleinrichtungen 12, 14 integriert sein. Die Messeinrichtung kann durch Abstands- bzw. Positionssensoren realisiert werden.
  • Zunächst werden die beiden Verstellwege x1, x2 bestimmt. Am Knoten 16 des Regelkreises 10 wird die Differenz der beiden Verstellwege x1, x2 berechnet, welche in Folge eine asymmetrischen Belastung des Werkzeugs, insbesondere des Unterwerkzeugs, entstehen kann. Die Differenz der beiden Verstellwege x1, x2 wird an einen Regler 18 übertragen, welcher aus der Differenz der beiden Verstellwege x1, x2 einen Unterschied der Kräfte bestimmt, welche von den Verstelleinrichtungen 12 und 14 erzeugt werden. Der Regler 18 kann in diesem Ausführungsbeispiel als PI-Regler oder als PID-Regler ausgelegt sein.
  • Der am Ausgang 20 des Reglers 18 erzeugte Kraftwert wird an den Knoten 22 und 24 mit dem jeweiligen Anteil der Summenkraft F∑,soll addiert beziehungsweise subtrahiert. Die Summenkraft F∑,soll entspricht derjenigen Kraft, welche während des Tiefziehprozesses auf das Werkstück wirkt. Die Summenkraft F∑,soll ist beispielsweise aufgrund der Prozessparameter bekannt oder kann mit Hilfe einer entsprechenden Messeinrichtung über den gesamten zeitlichen Verlauf des Tiefziehprozesses bestimmt werden. Die Summenkraft F∑,soll wird in diesem Fall mit dem Faktor 1/2 multipliziert, da in diesem Regelkreis 10 zwei Verstelleinrichtungen 12, 14 vorgesehen sind, und die Sollkraft F∑,soll entsprechend auf beide Teile des Regelkreises 10 gleichmäßig aufgeteilt werden soll. An dem Knoten 22 wird die Differenz der Hälfte der Sollkraft F∑,soll mit dem Kraftwert am Ausgang 20 des Reglers 18 gebildet. Dementsprechend wird am Knoten 24 die Summe der Hälfte der Sollkraft F∑,Soll mit dem am Ausgang 20 des Reglers 18 bereitgestellten Kraftwert gebildet. Die jeweiligen Vorzeichen an den Knoten 22 und 24 sind entsprechend der Differenz der Verstellwege x1 und X2, welche an dem Knoten 16 berechnet wird, vorgegeben.
  • Auf diese Weise können die entsprechenden Sollkräfte F1,soll und F2,soll an den Knoten 26 und 28 bestimmt werden. Die Sollverstellkräfte F1,soll und F2,Soll werden mit den Kräften F1 und F2 verglichen, welche an den Verstelleinrichtungen 12, 14 mittels einer Messeinrichtung bestimmt werden. Eine solche Messeinrichtung kann beispielsweise die Kräften F1 und F2 anhand des jeweiligen Drucks der Hydraulikflüssigkeit in den hydraulischen Aktoren bestimmen. Die jeweiligen Kräfte F1, F2, an den Verstelleinrichtungen 12, 14 werden mit Hilfe eines Kraftreglers 30, 32 in Abhängigkeit von den Sollverstellkräften F1,soll,F2,Soll geregelt. Durch die Kraftregler 30, 32 können beispielsweise Ventile in den Verstelleinrichtungen 12, 14 angesteuert werden.
  • FIG 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Regelkreises 34 für eine Vorrichtung zum Tiefziehen eines Werkstücks. Bei dem Regelkreis 34 wird an dem Knoten 36 zunächst die Differenz der beiden Verstellwege x1 und x2 gebildet. Die Differenz der Verstellwege x1 und x2 werden zu einem Regler 38 geführt. Durch diesen Regler 38, welcher beispielsweise als P-Regler ausgeführt sein kann, wird aus der Differenz der Verstellwege x1 und x2 am Ausgang 40 des Reglers 38 ein entsprechendes Geschwindigkeitssignal bereitgestellt.
  • Zudem werden in dem Regelkreis 34 die jeweils von den Verstelleinrichtungen 12, 14 erzeugten Verstellkräfte F1 und F2 mit Hilfe einer hier nicht gezeigten Messeinrichtung bestimmt. Die beiden Verstellkräfte F1 und F2 werden am Knoten 42 des Regelkreises 34 addiert. Die Summe der beiden Verstellkräfte F1 und F2 wird von der Summenkraft F∑,soll abgezogen und der daraus resultierende Kraftwert wird an den Regler 44 übergeben, welcher zum Beispiel als PI-Regler ausgeführt sein kann. Die Summenkraft F∑,soll entspricht wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel der Kraft, welche auf das Werkstück wirkt.
  • An den Knoten 48 des Regelkreises 34 wird das Signal am Ausgang 40 des Reglers 38 von dem Signal am Ausgang 46 des Reglers 44 abgezogen. Am Knoten 50 wird entsprechend das Signal am Ausgang 40 des Reglers 38 zu dem Signal am Ausgang 46 des Reglers 44 addiert. Die Vorzeichen an den Knoten 48 und 50 sind entsprechend der Differenz der Verstellwege x1 und x2, welche am Knoten 36 bestimmt wird, vorgegeben.
  • An den Knoten 48 und 50 wird jeweils eines Sollverstellgeschwindigkeit V1,soll und V2,soll bereitgestellt. Die Sollverstellgeschwindigkeiten V1,Soll und V2,Soll werden jeweils an den Knoten 52 und 54 mit dem jeweiligen Wert der Verstellgeschwindigkeit v1 und v2 verglichen. Die Verstellgeschwindigkeiten v1 und v2 können zum Beispiel anhand der zeitliche Ableitung der Verstellwege x1 und x2 bestimmt werden. Auf diese Weise können die Verstellgeschwindigkeiten v1, v2 mittels der beiden Regler 56 und 58, welche zum Beispiel als PI-Regler oder PID-Regler ausgebildet sein können, geregelt werden.
  • Der in FIG 2 dargestellte Regelkreis 34 kann grundsätzlich in zwei Bereiche I und II unterteilt werden. Der mit I bezeichnete Bereich des Regelkreises 34 betrifft hierbei eine Kippkompensation des Werkzeugs, wobei der mit II bezeichnete Bereich des Regelkreises 34 eine entsprechende Ausgleichsregelung darstellt.
  • Die in FIG 1 und FIG 2 dargestellten Regelkreise 10 und 34 sind beispielhaft für zwei Verstelleinrichtungen 12, 14 dargestellt. Es ist ebenso denkbar, bei einer Vorrichtung zum Tiefziehen eines Werkstücks mehr als zwei Verstelleinrichtungen zu verwenden.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zum Tiefziehen eines Werkstücks mit
    - einem Werkzeug, das mindestens zwei Stützpunkte aufweist, und
    - mindestens zwei Verstelleinrichtungen (12, 14), mit denen das Werkzeug an den mindestens zwei Stützpunkten abgestützt ist,
    gekennzeichnet durch
    - eine Messeinrichtung zum Bestimmen von Verstellwegen (x1, x2) der Verstelleinrichtungen (12, 14), und
    - eine Reglereinrichtung, mit der die mindestens zwei Verstelleinrichtungen (12, 14) anhand einer Differenz der Verstellwege (x1, x2) regelbar sind, wobei
    - mit der Reglereinrichtung jeweilige Sollverstellkräfte (F1, soll, F2,soll) der Verstelleinrichtungen (12, 14) einerseits aus der Differenz der Verstellwege (x1, x2) und andererseits zusätzlich von einem Anteil der auf das Werkstück wirkenden Kraft (F∑,soll) bestimmt werden, so dass eine asymmetrische Belastung des Werkzeugs ausgeglichen wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Reglereinrichtung eine Verstellgeschwindigkeit (v1, v2) für jede der Verstelleinrichtungen (12, 14) in Abhängigkeit von der Differenz der Verstellwege (x1, x2) geregelt wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Reglereinrichtung für jede der Verstelleinrichtungen (12, 14) eine jeweilige Sollverstellgeschwindigkeit (v1,soll, v2,soll) aus der Differenz der Verstellwege (x1, x2) und zusätzlich in Abhängigkeit von einer auf das Werkstück wirkenden Kraft (F∑,soll) und von den Verstelleinrichtungen (12, 14) erzeugten Verstellkräften (F1, F2) bestimmt wird.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der beiden Verstellkräfte (F1, F2) und die Richtung der auf das Werkstück ausgeübten Kraft (F∑,soll) entgegengesetzt gerichtet sind.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützpunkte punktsymmetrisch zum Mittelpunkt oder Schwerpunkt des Werkzeugs angeordnet sind.
  6. Verfahren zum Tiefziehen eines Werkstücks durch
    - Bereitstellen eines Werkzeugs, das mindestens zwei Stützpunkte aufweist, und
    - Abstützen des Werkzeugs mit mindestens zwei Verstelleinrichtungen (12, 14) an den mindestens zwei Stützpunkten,
    gekennzeichnet durch
    - Bestimmen von Verstellwegen (x1, x2) der Verstelleinrichtungen (12, 14),
    - Regeln der Verstelleinrichtungen (12, 14) anhand der Differenz der Verstellwege (x1, x2),
    - Bestimmen von jeweiligen Sollverstellkräften (F1, soll, F2,soll) der Verstelleinrichtungen (12, 14) einerseits aus der Differenz der Verstellwege (x1, x2) und andererseits zusätzlich von einem Anteil der auf das Werkstück wirkenden Kraft (F∑,soll) mit der Reglereinrichtung, so dass eine asymmetrische Belastung des Werkzeugs ausgeglichen wird.
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