EP3115191A1 - Verfahren und vorrichtung zum reduzieren des schnittschlags in einer feinschneidpresse - Google Patents

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EP3115191A1
EP3115191A1 EP15002037.8A EP15002037A EP3115191A1 EP 3115191 A1 EP3115191 A1 EP 3115191A1 EP 15002037 A EP15002037 A EP 15002037A EP 3115191 A1 EP3115191 A1 EP 3115191A1
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EP
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pressure
main piston
pressure chamber
hydraulic
valve
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EP15002037.8A
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Hans-Ruedi Honegger
Andreas Dipl.-Ing. Walther
Alex Wehrli
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Feintool International Holding AG
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    • B30B15/22—Control arrangements for fluid-driven presses controlling the degree of pressure applied by the ram during the pressing stroke

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the cutting stroke in a finished with a hydraulic main fineblanking press, in which a guided in a master cylinder space of the foot piece, carrying a table top main piston performs a reciprocating motion in rapid traverse between UT and OT and in the power stroke, the cutting or forming operation, wherein the pressure chambers of the main piston are subjected to a predetermined by a central control and generated by a hydraulic pump unit working pressure of a hydraulic fluid from a hydraulic system.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method, with a arranged in the foot of a hydraulically driven fineblanking press Main cylinder space, in which the pressure chambers with hydraulic fluid acted upon, a lifting movement between UT and TDC in the direction Hubachse exporting and a table top carrying main piston / plunger is guided, and at least one hydraulic pump unit comprehensive hydraulic system for supplying the pressure chambers with the to a predetermined working pressure hydraulic fluid adjusted by a central control.
  • the cutting blow to presses and its causes are well known.
  • the cutting process is known to split into a clamping process in which the sheet material to be cut between the cutting plate and hold-down (guide plate) is clamped and then the cutting die touches the sheet material, a biasing process in which the cutting system of sheet material, cutting tool and press until reaching elastic the yield point is biased, a plastic forming process in which the sheet material is work hardened to a maximum value with increase of the cutting force and breaks the sheet material after reaching the limit of Umformzis cracking, a separation process in which the cut part separated from the sheet material, the cutting force drops abruptly and the potential energy stored in the system is released, whereby tool and press are suddenly relieved in the form of cutting impact, and release of elastic stresses, which leads to a springback of the material in the region of Sc and lead to wear of the punch and cutting plate.
  • From the DE 43 08 344 A1 is a method for controlling the drive of a hydraulic press for forming and / or cutting of sheets o.
  • Known which comprises at least one double-acting piston cylinder unit for driving a press ram, wherein the drive piston is acted upon by means of a hydraulic medium in the sense of a displacement. It is one provided the maximum working pressure hydraulic accumulator unit which supplies the piston of the piston-cylinder unit on both sides with hydraulic medium of the same pressure.
  • the known drive has a double-acting cylinder whose piston has an effective in the entry direction first working surface and an extension direction effective second working surface, each delimiting a pressure chamber, wherein for retracting and extending the piston in and out of the working cylinder on at least one of the work surfaces at least two different pressures can be switched by means of an actuator.
  • the hydraulic drive has an actuating unit which selectively enables a throttled backflow of hydraulic medium from the first pressure chamber delimited by the first working surface, the drive having control means with which the actuating unit can be actuated during or before a sudden acceleration of the piston due to its sudden release of force is that occurs by a directly or indirectly caused by the actuator throttling the back flow of hydraulic medium from the first pressure chamber, a hydraulic damping of the movement of the piston.
  • beats DE 10 2006 039 463 A1 To reduce the cutting stroke by two different opposing forces during a cutting operation within a closed hydraulic system Forces acting on the plunger, which are switched depending on the ram travel.
  • the present invention seeks to provide a method and apparatus of the type mentioned in fineblanking presses with which the force required for the cutting impact reduction force can be generated as a counterforce directly in the pressure chamber of the drive piston, so that the opposing force directly acts on the punch and simplifies the structure of the press, saving costs, eliminating the need for additional external hydraulic-mechanical means for cutting impact reduction and the loads on the press and the tool can be reduced.
  • reaction force can be adjusted particularly sensitively and precisely to the size of the cutting stroke by the pressure regulation in the first pressure chamber as a function of the working pressure in the second pressure chamber.
  • the working pressure in the second pressure chamber of the main piston at the power stroke with the central control via a controllable proportional valve, at least one pressure sensor for pressure detection, at least one pressure relief valve for limiting the pressure of the flow and a proportional valve for the delivery volume and the hydraulic pump unit is adjusted.
  • the TDC position of the main piston is controlled with the central control so that the delivery volume of the hydraulic pump unit is controlled back before reaching the TDC.
  • the object is further achieved by a device of the type mentioned above in that the main piston discususionnartig projecting work surfaces, the annular space in the master cylinder space above each other the first and second pressure chamber with a small stroke, each separate for detecting the pressure in the pressure chambers with the central Associated with a proportional valve via a pressure-controlled 4/3-way proportional valve for limiting the pressure of a tank valve and an amplifier, and that the main piston connected to the central control path-measuring unit for detecting the OT Position of the main piston is assigned.
  • a further advantageous embodiment of Device according to the invention provides that the second pressure chamber of the main piston is connected to a collecting tank via a controlled cartridge valve, at least one pressure sensor for pressure detection, at least one pressure relief valve for limiting the pressure of the flow for adjusting the flow rate with the hydraulic pump unit and the first pressure chamber via the tank valve ,
  • the main piston has the same or different sized work surfaces, whereby both constant velocity piston and other pistons can be used depending on the application.
  • the proportional valves are pressure-controlled cartridge valves, which can be used in the power stroke and the bypass channel and are easy to install.
  • the hydraulic pump unit comprises at least the proportional valve for adjusting the flow rate, at least the pressure transducer for controlling the proportional valve and at least the pressure relief valve for limiting the pressure of the flow.
  • the Fig. 1 shows the course of the cutting force in the shear cutting of a full-edged workpiece according to the prior art ( R.-A. Schmidt, "Forming and Fineblanking", Carl Hanser-Verlag, 2007, pp. 144-157 ). Thereafter, the cutting operation first undergoes a range of elastic deformation of the material (section I) and of the press frame in which the cutting force F s increases linearly without plastic deformation of the material occurring. With the further penetration of the stamp in the material, the material begins to flow plastically, the Cutting force F s further increases (area II).
  • the Fig. 2 shows in perspective view a hydraulically driven fineblanking press 1, the main drive 2 basically allows a stroke movement between a bottom dead center UT and a top dead center OT in the direction of stroke axis HU from bottom to top.
  • the press frame 3 of the press 1 comprises a head piece 4, a foot piece 5, box-shaped hollow columns 6 and tie rods 7.
  • the main drive 2 is supplied via hydraulic lines 41 by a hydraulic system 24 with hydraulic fluid.
  • a table top 8 is arranged on the upper side OS of the foot piece 5, which carries the lower tool part, not further shown.
  • a Schnellhubkolben whose piston rod 10 is connected to a carrier 11 which is fixed to a side wall 12 of the table top 8, so that the table top 8 with Tool lower part can be lifted at high speed in the direction of TDC or lowered in direction UT.
  • Fig. 4a . 4b and 5 show the spatial position of the fluid channels 19a to 19h and the discharge channel 33 in the foot piece 5 in a transparent representation and in section along the line AA Fig. 3 ,
  • a master cylinder space 13 is formed, whose axis HA lies on the lifting axis HU of the fineblanking press and receives the double-acting main piston 14.
  • the main piston 14 has a cylindrical shaft 15 which has disk-like top and bottom working surfaces 16a and 16b perpendicular to the axis HA, dividing the master cylinder space 13 into a first (upper) pressure space 17a and a second (lower) pressure space 17b with low lift height. so that the foot 5 is compact and has a low height.
  • the master cylinder chamber 13 and thus the upper pressure chamber 17 a is pressure-tightly sealed by a cover 18, which is fastened to the foot piece 5.
  • the lid 18 is formed so that it also forms a fixed stop 42 for the working surface 16a at top dead center TDC.
  • first (upper) fluid channels 19a, 19b, 19c and 19d and second (lower) fluid channels 19e, 19f, 19g and 19h are connected to the fluid channels 19e to 19h by a respective bypass channel 20.
  • a pressure-controlled proportional valve 21a, 21b, 21c, and 21d is employed as the cartridge valve which closes the respective bypass passage 20 when the hydraulic pressure of the second pressure chamber 17b is applied.
  • the lower fluid channel 19e is connected to a feed channel 23 lying parallel to the stroke axis HU in the foot piece 5 and to a branch channel 25 which leads away from the latter and via which the hydraulic system 24 (not further shown) is connected.
  • the first pressure chamber 17a opens a discharge channel 33, in which a tank valve 26 is used to open and close the discharge channel 33 as a cartridge valve.
  • the tank valve 26 is in the open position when the hydraulic fluid in the first pressure chamber 17a is displaced in the power stroke.
  • a path-measuring unit 28 for example in the form of an eddy current sensor, is assigned to the main piston 14.
  • the distance measuring unit 28 may be arranged along the first (upper) pressure chamber 17a in the foot piece 5. But it is also possible, the way-measuring unit 28 along the shaft 15 to position without departing from the invention. The only important thing is that the position data of the main piston 14 can be permanently detected during its stroke movement in the direction of TDC.
  • the path measuring unit 28 transfers the position data to the central controller 29 for further processing.
  • Fig. 6 shows the hydraulic train 30 for the power stroke of the main piston 14 and the hydraulic train 31 for the cutting impact control.
  • the Hydrauklikstrang 30 for the power stroke comprises a hydraulic pump unit 32, the at least one proportional valve for adjusting the flow rate, at least one pressure relief valve 34 for limiting the pressure of the flow and at least one pressure sensor 35 for pressure detection for power limitation and passing the pressure value to the central controller 29 for controlling the Pressure control valve 34 is assigned, a controlled cartridge valve 36, which releases the hydraulic fluid supplied to the second (lower) pressure chamber 17 b for the power stroke, a pressure sensor 37 for permanent detection of the working pressure P U in the second (lower) pressure chamber 17 b and the pressure chambers 17 a and 17b of the main piston 14th
  • the hydraulic train 31 includes the proportional valve 21a to 21d inserted in the fluid channels 19e to 19d which opens or closes the relief passage 33, a pressure transducer 38 associated with the first (upper) pressure chamber 17a for permanent detection of the working pressure P O in the first (upper) pressure chamber 17a who the sends detected pressure values to the central controller 29 for processing, an operational amplifier 39 connected to both the pressure transducer 37 for the second (lower) pressure chamber 17b and the pressure transducer 38 for the first (upper) pressure chamber 17a and with a pressure-controlled 4/3 Path proportional valve 40 is connected, which keeps a tank valve 26 in the power stroke open or pressure controlled open.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Presses And Accessory Devices Thereof (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren des Schnittschlages in einer hydraulisch angetriebenen Feinschneidpresse. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die für die Schnittschlagreduzierung erforderliche Kraft als Gegenkraft direkt im Druckraum des Antriebskolbens zu erzeugen, so dass die Gegenkraft unmittelbar auf den Schneidstempel wirkt und der Aufbau der Presse vereinfacht, Kosten gespart, zusätzliche externe hydraulisch-mechanische Mittel für die Schnittschlagreduzierung entfallen und die Belastungen für die Presse und das Werkzeug verringert werden können.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren des Schnittschlages in einer mit einem hydraulischen Hauptantrieb ausgerüsteten Feinschneidpresse, bei der ein in einem Hauptzylinderraum des Fußstückes geführter, eine Tischplatte tragender Hauptkolben eine Hubbewegung im Eilgang zwischen UT und OT und im Krafthub die Schneid- oder Umformoperation ausführt, wobei die Druckräume des Hauptkolbens mit einem von einer zentralen Steuerung vorgegebenen und durch eine Hydraulikpumpeneinheit erzeugten Arbeitsdruck eines Hydraulikfluides aus einem Hydrauliksystem beaufschlagt werden.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem im Fußstück einer hydraulisch angetriebenen Feinschneidpresse angeordneten Hauptzylinderraum, in welchem der über Druckräume mit Hydraulikfluid beaufschlagbare, im Eilgang eine Hubbewegung zwischen UT und OT in Richtung Hubachse ausführende und eine Tischplatte tragende Hauptkolben/Stößel geführt ist, und einem mindestens eine Hydraulikpumpeneinheit umfassendes Hydrauliksystem zur Versorgen der Druckräume mit dem auf einen vorgegebenen Arbeitsdruck durch eine zentrale Steuerung eingestellten Hydraulikfluid.
    • Stand der Technik
  • Der Schnittschlag an Pressen und seine Ursachen sind hinlänglich bekannt. Der Schneidvorgang teilt sich bekanntlich in einen Klemmvorgang, in dem das zu schneidende Blechmaterial zwischen Schneidplatte und Niederhalter (Führungsplatte) geklemmt wird und anschließend der Schneidstempel auf das Blechmaterial aufsetzt, einen Vorspannvorgang, in dem das Schneidsystem aus Blechmaterial, Schneidwerkzeug und Presse elastisch bis zum Erreichen der Fließgrenze vorgespannt wird, einen plastischen Umformvorgang, in dem das Blechmaterial unter Zunahme der Schneidkraft auf einen Maximalwert kaltverfestigt wird und nach Erreichen der Grenze des Umformvermögens das Blechmaterial unter Rissbildung durchbricht, einen Trennvorgang, in dem das Schnittteil vom Blechmaterial getrennt, die Schneidkraft schlagartig abfällt und die im System gespeicherte potentielle Energie freigesetzt wird, wodurch Werkzeug und Presse schlagartig in Form des Schnittschlages entlastet werden, und Freisetzen von elastischen Spannungen, die zu einer Rückfederung des Werkstoffs im Bereich der Schnittfläche und zum Verschleiß von Stempel und Schneidplatte führen.
  • Es gibt eine Vielzahl von Lösungen, die sich mit der Schnittschlagdämpfung an Pressen befassen.
    Aus der DE 22 48 024C , DE 23 50 378 C2 , DE 26 21 726C , DE 26 53 714 C , DE 102 52 625 B4 , DE 103 39 004 B4 , DE 10 2005 053 350 A1 oder DE 10 2009 39 004 B4 sind separat zum Stößel wirkende Zylinder-Kolben-Einheiten mit oder ohne Sensoren bekannt, mit denen die Rückverformung des Pressenrahmens gedämpft werden.
    Andere bekannte Lösungen ( DE 25 12 822 C , DE 10 2009 39 004 B4 ) versuchen den Schnittschlag durch ein elastisches Längen des Pressengestells aufzunehmen.
  • Beim Stand der Technik nach DE 28 24 176 C2 handelt es sich um eine hydraulische Presse mit großem Hub zum schnittschlagfreien Schneiden oder Stanzen mit wegeabhängiger servohydraulischer Regelung der Stößelbewegung, bei welcher ein Arbeitskolben für den Pressenstößel und mindestens ein Gegenkraftkolben gleichzeitig mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar sind, wobei ein Sollwertgeber zur Vorgabe eines Stößelbewegungsverlaufs die Regelung der Kolbenbewegungen über ein Servoventil bewirkt, das Glied eines Regelungskreises ist und der Arbeitszylinderraum für den Antrieb des Pressenstößels sowie der Gegenkraftzylinder räumlich voneinander getrennt sind.
  • Aus der DE 43 08 344 A1 ist ein Verfahren zur Regelung des Antriebs einer hydraulischen Presse zum Umformen und/oder Schneiden von Blechen o. dgl. bekannt, die wenigstens eine doppelseitig beaufschlagbare KolbenZylindereinheit zum Antrieb eines Pressenstößels umfasst, wobei der Antriebskolben mittels eines Hydraulikmediums im Sinne einer Wegverschiebung beaufschlagt wird. Es ist eine den maximalen Arbeitsdruck aufweisende hydraulische Speichereinheit vorgesehen, die den Kolben der KolbenZylindereinheit beidseitig mit Hydraulikmedium gleichen Drucks versorgt.
  • In der DE 10 2007 027 603 A1 ist ein hydraulischer Antrieb, insbesondere für eine Presse, Stanz- oder Nibbelmaschine, und ein Verfahren zum Steuern eines hydraulischen Antriebs beschrieben. Der bekannte Antrieb hat einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder, dessen Kolben eine in Einfahrtrichtung wirksame erste Arbeitsfläche und eine in Ausfahrtrichtung wirksame zweite Arbeitsfläche aufweist, die je einen Druckraum begrenzen, wobei zum Einfahren und Ausfahren des Kolbens in den und aus dem Arbeitszylinder auf zumindest eine der Arbeitsflächen zumindest zwei unterschiedliche Drücke mittels eines Stellgliedes aufgeschaltet werden können. Der hydraulische Antrieb weist eine Stelleinheit auf, die ein gedrosseltes Rückströmen von Hydraulikmedium aus dem von der ersten Arbeitsfläche begrenzten ersten Druckraum wahlweise ermöglicht, wobei der Antrieb Steuermittel aufweist, mit denen bei oder vor einem sprunghaften Beschleunigen des Kolbens aufgrund dessen plötzlicher Kraftentlastung die Stelleinheit derart ansteuerbar ist, dass durch eine von der Stelleinheit direkt oder indirekt bewirkte Drosselung der Rückströmung von Hydraulikmedium aus dem ersten Druckraum ein hydraulisches Dämpfen der Bewegung des Kolbens erfolgt.
  • Des weiteren schlägt die DE 10 2006 039 463 A1 vor, den Schnittschlag dadurch zu reduzieren, dass während eines Schneidvorganges innerhalb eines geschlossenen Hydrauliksystems zwei unterschiedliche entgegengesetzte Kräfte auf den Stößel wirken, die in Abhängigkeit des Stößelwegs umgeschaltet werden.
  • All diesen bekannten Lösungen ist der Nachteil gemeinsam, dass dem Schnittschlag mit zusätzlichen hydraulisch-mechanisch wirkenden Mittel entgegengewirkt wird, die den Aufwand für die Presse deutlich erhöhen, gleichzeitig die Konstruktion verkomplizieren und hohe Kosten verursachen. Insbesondere führen zwischen den Druckräumen des Antriebskolbens zusätzlich geschaltete Stell- und Drosseleinheiten oder separate geschlossene Hydrauliksysteme zu einer Vergrößerung der Reaktionszeit und erhöhen damit die Trägheit des gesamten Antriebssystems, so dass sich diese Lösungen nicht durchgesetzt haben. Des Weiteren sind Drosseleinheiten mit dem Nachteil behaftet, dass sie sich erhitzen, wodurch unwiederbringliche Energieverluste entstehen.
    • Aufgabenstellung
  • Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art an Feinschneidpressen zu schaffen, mit denen die für die Schnittschlagreduzierung erforderliche Kraft als Gegenkraft direkt im Druckraum des Antriebskolbens erzeugt werden kann, so dass die Gegenkraft unmittelbar auf den Schneidstempel wirkt und der Aufbau der Presse vereinfacht, Kosten gespart, zusätzliche externe hydraulischmechanische Mittel für die Schnittschlagreduzierung entfallen und die Belastungen für die Presse und das Werkzeug verringert werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens sind den Unteransprüchen entnehmbar.
  • Die erfindungsgemäße Lösung geht von der Grundidee aus, den Arbeitsdruck im ersten (oberen) Druckraum in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck im zweiten (unteren) Druckraum des Hauptkolbens über eine Druckbegrenzungsfunktion zu regeln.
    Dies wird durch folgende Schritte erreicht:
    • a) Erfassen der Position des Hauptkolbens während seiner Hubbewegung gegen einen Festanschlag deutlich vor Erreichen des OT durch eine dem Hauptkolben zugeordnete Weg-Mess-Einheit, die die Positionsdaten des Hauptkolbens detektiert und an die zentrale Steuerung zur Verarbeitung weiterleitet,
    • b) permanentes Erfassen der Arbeitsdrücke in den Druckräumen des Hauptkolbens durch Druckaufnehmer, die die Druckwerte detektieren und an die zentrale Steuerung übergeben,
    • c) Ermitteln des Anstiegs und des Maximums des Arbeitsdruckes im zweiten Druckraum,
    • d) Feststellen eines im zweiten Druckraum vorliegenden Kraftmaximums aus dem Produkt von detektiertem Arbeitsdruck und einer Arbeitsfläche des Hauptkolbens,
    • e) Einstellen des Druckes im ersten Druckraum über eine Druckbegrenzung eines dem ersten Druckraum zugeordneten Tankventils in Abhängigkeit des ermittelten Kraftmaximums gemäß Schritt d), derart, dass der Arbeitsdruck im ersten Druckraum zur Erzeugung einer dem Schnittschlag entgegen wirkenden Kraft entsprechend erhöht wird, sobald das Kraftmaximum überschritten und solange aufrechterhalten wird bis der Schneidvorgang beendet ist.
  • Von wesentlicher Bedeutung ist, dass die Gegenkraft besonders feinfühlig und genau an die Größe des Schnittschlags durch die Druckregelung im ersten Druckraum in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck im zweiten Druckraum angepasst werden kann.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Arbeitsdruck im zweiten Druckraum des Hauptkolbens beim Krafthub mit der zentralen Steuerung über ein ansteuerbares Proportionalventil, mindestens einen Druckaufnehmer zur Druckdetektion, mindestens ein Druckbegrenzungsventil zur Druckbegrenzung des Förderstromes und ein Proportionalventil für das Fördervolumen und der Hydraulikpumpeneinheit eingestellt wird.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die OT-Lage des Hauptkolbens mit der zentralen Steuerung so geregelt, dass das Fördervolumen der Hydraulikpumpeneinheit vor Erreichen des OT zurückgeregelt wird.
  • Von besonderem Vorteil ist weiterhin, dass als Weg-Mess-Einheit zum Erfassen der Position des Hauptkolbens Sensoren zum Einsatz kommen, die berührungslos und verschleißfrei arbeiten sowie gegenüber Feuchtigkeit, Ölen und sonstigen Verschmutzungen unempfindlich sind.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Hauptkolben diskusscheibenartig vorstehende Arbeitsflächen aufweist, die im Hauptzylinderraum kreisringähnlich übereinanderliegend den ersten und zweiten Druckraum mit geringem Hub abteilen, denen jeweils zur Detektion des Drucks in den Druckräumen separate mit der zentralen Steuerung verbundene Druckaufnehmer zugeordnet sind, welche mit einem Proportionalventil über ein druckgesteuertes 4/3-Wege-Proportionalventil zur Druckbegrenzung eines Tankventils und einem Verstärker verbunden sind, und dass dem Hauptkolben eine mit der zentralen Steuerung verbundene Weg-Mess-Einheit zum Erfassen der OT-Lage des Hauptkolbens zugeordnet ist.
  • In einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung münden in den ersten Druckraum ein mit dem Tankventil öffnungs- und schließbarer Entlastungskanal zum Abführen des aus dem ersten Druckraum verdrängten Hydraulikfluides und erste Fluidkanäle, welche über je einen Umgehungskanal mit in den zweiten Druckraum geführte zweite Fluidkanäle verbunden sind, in die jeweils ein Proportionalventil zum Öffnen und Schließen der Umgehungskanäle eingesetzt sind, wobei mindestens einer der zweiten Fluidkanäle zum Zuführen von Hydraulikfluid vorgegebenen Drucks aus dem Hydrauliksystem in den zweiten Druckraum mit einem Zuleitungskanal und einem Abzweigkanal verbunden ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der zweite Druckraum des Hauptkolbens beim Krafthub über ein gesteuertes Einbauventil, mindestens einen Druckaufnehmer zur Druckdetektion, mindestens ein Druckbegrenzungsventil zur Druckbegrenzung des Förderstromes zum Einstellen der Fördermenge mit der Hydraulikpumpeneinheit und der erste Druckraum über das Tankventil mit einem Auffangtank verbunden ist.
  • Zweckmäßig ist weiterhin, dass der Hauptkolben gleiche oder unterschiedlich große Arbeitsflächen aufweist, wodurch sowohl Gleichlaufkolben als auch andere Kolben je nach Einsatzfall zur Anwendung kommen können. Die Proportionalventile sind druckgesteuerte Einbauventile, welche in die Krafthubkanäle und den Umgehungskanal eingesetzt werden können und montagefreundlich sind.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Hydraulikpumpeneinheit mindestens das Proportionalventil zum Einstellen der Fördermenge, mindestens den Druckaufnehmer für die Ansteuerung des Proportionalventils und mindestens das Druckbegrenzungsventil zur Druckbegrenzung des Förderstromes.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
    • Ausführungsbeispiel
  • Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
  • Es zeigen
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung des Schneidkraftverlaufs in Abhängigkeit des Schneidvorgangs nach dem Stand der Technik,
    • Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Feinschneidpresse mit Anschluss an das Hydrauliksystem,
    • Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Fußstückes mit Tischplatte,
    • Fig. 4a und 4b eine perspektivische Ansicht des Fußstückes mit Darstellung der Lage der Fluidkanäle und des Entlastungskanals,
    • Fig. 5 einen Schnitt des Fußstückes mit Tischplatte gemäß Linie A-A der Fig. 3 und
    • Fig. 6 eine schematische Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die Fig. 1 zeigt den Verlauf der Schneidkraft beim Scherschneiden eines vollkantigen Werkstücks nach dem Stand der Technik (R.-A. Schmidt, "Umformen und Feinschneiden", Carl Hanser-Verlag, 2007, S. 144-157). Danach durchläuft der Schneidvorgang zunächst einen Bereich der elastischen Verformung des Werkstoffs (Abschnitt I) und des Pressengestells, in dem die Schneidkraft Fs linear ansteigt, ohne dass eine plastische Verformung des Werkstoffs auftritt. Mit dem weiteren Eindringen des Stempels in den Werkstoff beginnt der Werkstoff plastisch zu fließen, wobei die Schneidkraft Fs weitere ansteigt (Bereich II). In diesem Bereich wirken zwei gegensätzliche Mechanismen auf die Höhe der Schneidkraft Fs, nämlich die Zunahme des Schneidwiderstands durch Kaltverfestigung des Werkstoffs mit zunehmender Eindringtiefe des Schneidstempels in den Werkstoff und die Abnahme der Schneidkraft Fs durch die Reduzierung des kraftübertragenden Restquerschnitts des Werkstoffs. Bis zum Erreichen des Schneidkraftmaximums Fsmax überwiegt der Anteils der Kaltverfestigung, danach die Abnahme des Restquerschnitts, so dass die Schneidkraft Fs wieder absinkt.
    Die Trennphase ist durch das Auftreten von Rissen im Werkstoff charakterisiert, die das Erreichen des Formänderungsvermögens des Werkstoffs anzeigen (Bereich III). Der Werkstoff bricht durch und die Schneidkraft Fs fällt abrupt ab, wodurch der Schnittschlag entsteht, bei dem das Werkzeug und die Presse schlagartig entlastet werden. Das System (Werkzeug, Presse) beginnt wie eine entlastete Feder zu schwingen, wobei das Schwingverhalten von den Eigenfrequenzen des Werkzeugs und der Presse abhängen (Bereich IV). Hier setzt die Erfindung an.
  • Die Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung eine hydraulisch angetriebene Feinschneidpresse 1, deren Hauptantrieb 2 grundsätzlich eine Hubbewegung zwischen einem unteren Totpunkt UT und einem oberen Totpunkt OT in Richtung Hubachse HU von unten nach oben ermöglicht. Das Pressengestell 3 der Presse 1 umfasst ein Kopfstück 4, ein Fußstück 5, kastenförmige Hohlsäulen 6 und Zuganker 7. Der Hauptantrieb 2 wird über Hydraulikleitungen 41 von einem Hydrauliksystem 24 mit Hydraulikfluid versorgt.
  • Wie die Fig. 3 verdeutlicht, ist an der Oberseite OS des Fußstückes 5 eine Tischplatte 8 angeordnet, die das weiter nicht dargestellte Werkzeugunterteil trägt. Etwa mittig sind im Fußstück 5 zwei gegenüberliegende parallel zur Hubachse HU ausgerichtete Schnellhubzylinder 9 eingebracht, die je einen Schnellhubkolben aufnehmen, dessen Kolbenstange 10 mit einem Träger 11 verbunden ist, welcher an einer Seitenwand 12 der Tischplatte 8 befestigt ist, so dass die Tischplatte 8 mit Werkzeugunterteil im Eilgang in Richtung OT gehoben oder in Richtung UT abgesenkt werden kann.
  • Die Fig. 4a, 4b und 5 zeigen die räumliche Lage der Fluidkanäle 19a bis 19h und des Entlastungskanals 33 im Fußstück 5 in transparenter Darstellung sowie im Schnitt gemäß Linie A-A der Fig. 3.
    Im Fußstück 5 ist ein Hauptzylinderraum 13 ausgebildet, dessen Achse HA auf der Hubachse HU der Feinschneidpresse liegt'und den doppelt wirkenden Hauptkolben 14 aufnimmt.
    Der Hauptkolben 14 besitzt einen zylindrischen Schaft 15, welcher diskusscheibenartig senkrecht zur Achse HA vorspringende obere und untere Arbeitsflächen 16a und 16b aufweist, die den Hauptzylinderraum 13 in einen ersten (oberen) Druckraum 17a und einen zweiten (unteren) Druckraum 17b mit geringer Hubhöhe aufteilen, so dass das Fußstück 5 kompakt ist und eine geringe Bauhöhe hat.
    Der Hauptzylinderraum 13 und somit der obere Druckraum 17a ist durch einen Deckel 18 druckdicht verschlossen, welcher am Fußstück 5 befestigt ist. Der Deckel 18 ist so ausgebildet, dass er zugleich einen Festanschlag 42 für die Arbeitsfläche 16a am oberen Totpunkt OT bildet.
    In die Druckräume 17a und 17b des Hauptkolbens 14 führen im Fußstück 5 senkrecht zur Hubachse HU entsprechend der Höhenlage der Druckräume 17a und 17b übereinander liegende erste (obere) Fluidkanäle 19a, 19b, 19c und 19d sowie zweite (untere) Fluidkanäle 19e, 19f, 19g und 19h. Die Fluidkanäle 19a bis 19d sind mit den Fluidkanälen 19e bis 19h durch je einen Umgehungskanal 20 verbunden.
    Des Weiteren ist in jeden der zweiten (unteren) Fluidkanäle 19e bis 19h jeweils ein druckgesteuertes Proportionalventil 21a, 21b, 21c und 21d als Einbauventil eingesetzt, das den jeweiligen Umgehungskanal 20 schließt, wenn der zweite Druckraum 17b mit Hydraulikfluid vorgegebenen Drucks beaufschlagt wird. Der untere Fluidkanal 19e ist mit einem parallel zur Hubachse HU im Fußstück 5 liegenden Zuleitungskanal 23 und einem von letzteren abgehenden Abzweigkanal 25 verbunden, über den das weiter nicht dargestellte Hydrauliksystem 24 angeschlossen ist.
    Des Weiteren mündet in den ersten Druckraum 17a ein Entlastungskanal 33, in den ein Tankventil 26 um Öffnen und Schließen des Entlastungskanals 33 als Einbauventil eingesetzt ist. Das Tankventil 26 ist in Offenstellung, wenn im Krafthub das im ersten Druckraum 17a befindliche Hydraulikfluid verdrängt wird.
    Bei Beaufschlagung des Druckraums 17b mit Hydraulikfluid vorgegebenen Druckes via Abzweigkanal 26 und Zuleitungskanal 23 sowie Entlastung des ersten Druckraums 17a via Entlastungskanal 33 und Tankventil 26 führt der Hauptkolben 14 im Krafthub eine entsprechende Hubbewegung aus und bewirkt den Schneid- und Umformvorgang.
    Eine Weg-Mess-Einheit 28, beispielsweise in Form eines Wirbelstromsensors, ist dem Hauptkolben 14 zugeordnet. Die Weg-Mess-Einheit 28 kann entlang dem ersten (oberen) Druckraum 17a im Fußstück 5 angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, die Weg-Messeinheit 28 entlang dem Schaft 15 zu positionieren, ohne die Erfindung zu verlassen. Wichtig ist einzig und allein, dass die Positionsdaten des Hauptkolbens 14 bei seiner Hubbewegung in Richtung OT permanent erfasst werden können.
    Die Weg-Mess-Einheit 28 übergibt die Positionsdaten an die zentrale Steuerung 29 zur Weiterverarbeitung.
  • Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Fig. 6 beschrieben, die den Hydraulikstrang 30 für den Krafthub des Hauptkolbens 14 und den Hydraulikstrang 31 für die Schnittschlagregelung zeigt.
  • Der Hydrauklikstrang 30 für den Krafthub umfasst eine Hydraulikpumpeneinheit 32, der mindestens ein Proportionalventil zum Einstellen der Fördermenge, mindestens ein Druckbegrenzungsventil 34 zur Druckbegrenzung des Förderstroms und mindestens ein Druckaufnehmer 35 zur Druckdetektion für die Leistungsbegrenzung und Weitergabe des Druckwertes an die zentrale Steuerung 29 zur Ansteuerung des Druckbegrenzungsventils 34 zugeordnet ist, ein gesteuertes Einbauventil 36, welches das in den zweiten (unteren) Druckraum 17b zugeführte Hydraulikfluid für den Krafthub freigibt, einen Druckaufnehmer 37 zur permanenten Detektion des Arbeitsdruckes PU im zweiten (unteren) Druckraum 17b und die Druckräume 17a bzw. 17b des Hauptkolbens 14.
  • Zum Hydraulikstrang 31 gehören die in die Fluidkanäle 19e bis 19h eingesetzten Proportionalventil 21a bis 21d, das den Entlastungskanal 33 öffnet oder schließt, ein dem ersten (oberen) Druckraum 17a zugeordneter Druckaufnehmer 38 zur permanenten Detektion des Arbeitsdruckes PO im ersten (oberen) Druckraum 17a, der die detektierten Druckwerte an die zentrale Steuerung 29 zur Verarbeitung weiterleitet, einen Operationsverstärker 39, der sowohl mit dem Druckaufnehmer 37 für den zweiten (unteren) Druckraum 17b und dem Druckaufnehmer 38 für den ersten (oberen) Druckraum 17a als auch mit einem druckgesteuerten 4/3-Wege-Proportionalventil 40 verbunden ist, das ein Tankventil 26 im Krafthub offen oder druckgeregelt offen hält.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren läuft wie folgt ab:
    • a) Erfassen der Position des Hauptkolbens 14 während seiner Hubbewegung gegen einen Festanschlag 42 deutlich vor Erreichen des OT durch eine dem Hauptkolben 14 zugeordnete Weg-Mess-Einheit 28, die die Positionsdaten des Hauptkolbens 14 detektiert und an die zentrale Steuerung 29 zur Verarbeitung weiterleitet,
    • b) permanentes Erfassen der Arbeitsdrücke PO und PU in den Druckräumen 17 und 17b des Hauptkolbens 14 durch Druckaufnehmer 37 und 38, die die Druckwerte detektieren und an die zentrale Steuerung 29 übergeben,
    • c) Ermitteln des Anstiegs und des Maximums des Arbeitsdruckes PU im zweiten Druckraum 17b,
    • d) Feststellen eines im zweiten Druckraum 17b vorliegenden Kraftmaximums aus dem Produkt von detektiertem Arbeitsdruck PU und einer Arbeitsfläche 16b des Hauptkolbens 14 sowie Messen seines Abfalles,
    • e) Einstellen des Druckes im ersten Druckraum 17a über eine Druckbegrenzung eines dem ersten Druckraum zugeordneten Tankventils 26 in Abhängigkeit des ermittelten Kraftmaximums und dessen Abfalls gemäß Schritt d), derart, dass der Arbeitsdruck PO im ersten Druckraum 17a zum Erzeugen einer dem Schnittschlag entgegen wirkenden Kraft entsprechend erhöht wird, sobald das Kraftmaximum überschritten und solange aufrechterhalten wird bis der Schneidvorgang beendet ist.
    Bezugszeichenliste
    • Feinschneidpresse
    1
    Hauptantrieb
    2
    Pressengestell
    3
    Kopfstück
    4
    Fußstück
    5
    Hohlsäulen
    6
    Zuganker
    7
    Tischplatte
    8
    Schnellhubzylinder
    9
    Kolbenstange
    10
    Träger
    11
    Seitenwand der Tischplatte
    12
    Hauptzylinderraum
    13
    Hauptkolben
    14
    Schaft
    15
    Arbeitsflächen
    16a, 16b
    Erster (oberer) Druckraum
    17a
    Zweiter (unterer) Druckraum
    17b
    Deckel
    18
    Erster (obere) Fluidkanäle
    19a,19b, 19c,19d
    zweite (untere) Fluidkanäle
    19e,19f, 19g,19h
    Umgehungskanal
    20
    Proportionalventil für Fluidkanäle 19e bis 19h
    21a,21b, 21c,21d
    Zuleitungskanal
    23
    Hydrauliksystem
    24
    Abzweigkanal
    25
    Tankventil
    26
    Tank
    27
    Weg-Mess-Einheit
    28
    Zentrale Steuerung
    29
    Hydraulikstrang für den Krafthub
    30
    Hydraulikstrang für die Schnittschlagregelung
    31
    Hydrauklikpumpeneinheit
    32
    Entlastungskanal
    33
    Druckbegrenzungsventil für 32
    34
    Druckaufnehmer für 34
    35
    Gesteuertes Einbauventil für 17b
    36
    Druckaufnehmer für 17b
    37
    Druckaufnehmer für 17a
    38
    Operationsverstärker
    39
    4/3-Wege-Proportionalventil
    40
    Hydraulikleitung
    41
    Festanschlag
    42
    Schneidkraft
    FS
    Schneidkraft-Maximum
    FSmax
    Schneidkraft bei Abrissbeginn
    Fab
    Achse Hauptkolben
    HA
    Hubachse
    HU
    Oberer Totpunkt
    OT
    Oberseite von 5
    OS
    Arbeitsdruck in 17a
    PO
    Arbeitsdruck in 17b
    PU
    Unterer Totpunkt
    UT
    Elastische Werkstoffbeanspruchung
    I
    Schneidphase
    II
    Trennphase
    III
    Schwingphase
    IV

Claims (9)

  1. Verfahren zum Reduzieren des Schnittschlages in einer mit einem hydraulischen Hauptantrieb ausgerüsteten Feinschneidpresse, bei der ein in einem Hauptzylinderraum (13) des Fußstückes (5) geführter, eine Tischplatte (8) tragender Hauptkolben (14) eine Hubbewegung im Eilgang zwischen UT und OT und im Krafthub die Schneid- oder Umformoperation ausführt, wobei erste und zweite Druckräume (17a,17b) des Hauptkolbens (14) mit einem von einer zentralen Steuerung (29) vorgegebenen und durch eine Hydraulikpumpeneinheit (32) erzeugten Arbeitsdruck eines Hydraulikfluids aus einem Hydrauliksystem (24) beaufschlagt werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    a) Erfassen der Position des Hauptkolbens (14) während seiner Hubbewegung gegen einen Festanschlag (42) deutlich vor Erreichen des OT durch eine dem Hauptkolben (14) zugeordnete Weg-Mess-Einheit (28), die die Positionsdaten des Hauptkolbens (14) detektiert und an die zentrale Steuerung (29) zur Verarbeitung weiterleitet,
    b) permanentes Erfassen der Arbeitsdrücke (PO) und (PU) in den Druckräumen (17a,17b) des Hauptkolbens (14) durch Druckaufnehmer (37,38), die die Druckwerte detektieren und an die zentrale Steuerung (29) übergeben,
    c) Ermitteln des Anstiegs und des Maximums des Arbeitsdruckes (PU) im zweiten Druckraum (17b),
    d) Feststellen eines im zweiten Druckraum (17b) vorliegenden Kraftmaximums aus dem Produkt von detektiertem Arbeitsdruck (PU) und einer Arbeitsfläche (16b) des Hauptkolbens (14) sowie Messen seines Abfalles,
    e) Einstellen des Druckes im ersten Druckraum (17a) über eine Druckbegrenzung eines dem ersten Druckraum zugeordneten Tankventils (26) in Abhängigkeit des ermittelten Kraftmaximums und dessen Abfalls gemäß Schritt d), derart, dass der Arbeitsdruck (PO) im ersten Druckraum (17a) zur Erzeugung einer dem Schnittschlag entgegen wirkenden Kraft entsprechend erhöht wird, sobald das Kraftmaximum überschritten und solange aufrechterhalten wird bis der Schneidvorgang beendet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsdruck (PU) im zweiten Druckraum (17b) des Hauptkolbens (14) beim Krafthub mit der zentralen Steuerung (29) über ein ansteuerbares Proportionalventil (36), mindestens einen Druckaufnehmer (35) zur Druckdetektion, mindestens ein Druckbegrenzungsventil (34) zur Druckbegrenzung des Förderstromes und ein Proportionalventil (33) für das Fördervolumen und der Hydraulikpumpeneinheit (32) eingestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die OT-Lage des Hauptkolbens (14) mit der zentralen Steuerung (29) so eingestellt wird, dass das Fördervolumen der Hydraulikpumpeneinheit (32) vor Erreichen des OT zurückgeregelt wird.
  4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem im Fußstück (5) einer hydraulisch angetriebenen Feinschneidpresse angeordneten Hauptzylinderraum (13), in welchem der über erste und zweite Druckräume (17a,17b) mit Hydraulikfluid beaufschlagbare, im Eilgang eine Hubbewegung zwischen UT und OT in Richtung Hubachse (HU) ausführende und eine Tischplatte (8) tragende Hauptkolben/Stößel (14) geführt ist, und einem mindestens eine Hydraulikpumpeneinheit (32) umfassendes Hydrauliksystem (24) zur Versorgen der Druckräume (17a,17b) mit dem auf einen vorgegebenen Arbeitsdruck durch eine zentrale Steuerung (29) eingestellten Hydraulikfluid, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkolben (14) diskusscheibenartig vorstehende Arbeitsflächen (16a,16b) aufweist, die im Hauptzylinderraum (39) übereinanderliegende erste und zweite Druckräume (17a,17b) mit geringem Hub abteilen, denen jeweils zur Detektion des Drucks (PO, PU) in den Druckräumen (17a,17b) separate mit der zentralen Steuerung (29) verbundene Druckaufnehmer (37,38) zugeordnet sind, welche mit einem Proportionalventil (21,22) über ein druckgesteuertes 4/3-Wege-Proportionalventil (40) zur Druckbegrenzung eines Tankventils (26) und einen Verstärker (39) verbunden sind, und dass dem Hauptkolben (14) eine mit der zentralen Steuerung (29) verbundene Weg-Mess-Einheit (28) zum Erfassen der OT-Lage des Hauptkolbens (14) zugeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten Druckraum (17a) ein mit dem Tankventil (26) öffnungs- und schließbarer Entlastungskanal (33) zum Abführen des aus dem ersten Druckraum (17a) verdrängten Hydraulikfluides und erste Fluidkanäle (19a, 19b, 19ec 19d) münden, welche über je einen Umgehungskanal (20) mit in den zweiten Druckraum (17b) geführte zweite Fluidkanäle (19e, 19f, 19g, 19h) verbunden sind, in die jeweils ein Proportionalventil (21a bis 21d) zum Öffnen und Schließen der Umgehungskanäle (20) eingesetzt sind, wobei mindestens einer der zweiten Fluidkanäle zum Zuführen von Hydraulikfluid vorgegebenen Drucks aus dem Hydrauliksystem in den zweiten Druckraum (17b) mit einem Zuleitungskanal (23) und einem Abzweigkanal (25) verbunden ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Druckraum (17b) des Hauptkolbens (14) beim Krafthub über ein gesteuertes Einbauventil (36), mindestens einen Druckaufnehmer (35) zur Druckdetektion, mindestens ein Druckbegrenzungsventil (34) zur Druckbegrenzung des Förderstromes zum Einstellen der Fördermenge mit der Hydraulikpumpeneinheit (32) und der erste Druckraum (17a) über das Tankventil (26) mit einem Auffangtank (27) verbunden ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkolben (14) gleiche oder unterschiedlich große Arbeitsflächen (16a,16b) aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Proportionalventile (21a,21b,21c,21d) und das Tankventil (26) druckgesteuerte Einbauventile sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpeneinheit (32) mindestens das Proportionalventil (33) zum Einstellen der Fördermenge, mindestens den Druckaufnehmer (35) für die Ansteuerung des Proportionalventils (33) und mindestens das Druckbegrenzungsventil (34) zur Druckbegrenzung des Förderstromes umfasst.
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