EP4091733A1 - Ziehkissen und verfahren zum steuern desselben - Google Patents

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Publication number
EP4091733A1
EP4091733A1 EP22173268.8A EP22173268A EP4091733A1 EP 4091733 A1 EP4091733 A1 EP 4091733A1 EP 22173268 A EP22173268 A EP 22173268A EP 4091733 A1 EP4091733 A1 EP 4091733A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
hydraulic
branch
die cushion
hydraulic machine
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.)
Pending
Application number
EP22173268.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Heeg
Nicolas Cano
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4091733A1 publication Critical patent/EP4091733A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • B21D24/02—Die-cushions
    • 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
    • B21D24/10—Devices controlling or operating blank holders independently, or in conjunction with dies
    • B21D24/14—Devices controlling or operating blank holders independently, or in conjunction with dies pneumatically or hydraulically

Definitions

  • the invention relates to a hydraulically adjustable die cushion according to the preamble of claim 1 and a method for controlling a hydraulically adjustable die cushion.
  • Hydraulic drawing devices or hydraulically adjustable drawing cushions are increasingly being used for demanding tasks in body production, in particular with hydraulic presses and servo presses.
  • a hydraulically adjustable die cushion has means for holding and forming a workpiece or drawn part or blank, such as. B. a sheet metal holder, and a forming tool.
  • An upper tool or ram or an upper press die is moved in the direction of the die cushion by means of a drive.
  • the drawing part clamped in the means for holding the drawing cushion is deformed by a drawing/compression force exerted on the drawing part by the ram between the shaping means of the drawing cushion and the ram.
  • the adjustable die cushion can yield and be displaced by the pressing force exerted by the ram.
  • Proportional valves allow sensitive adjustment to different drawn parts and, if necessary, a drawing process with different drawing forces. Therefore, the advantage of the hydraulic die cushion lies in the exact adjustability of the pressing force generated by the ram.
  • the die cushion is operated using a hydraulic displacer.
  • the drawing force acts against a cylinder piston of a hydraulic cylinder (so-called displacer).
  • this is converted into hydraulic pressure, the so-called drawing pressure.
  • This pulling pressure is hydraulically limited by a pressure relief valve.
  • a disadvantage of current working methods with a die cushion is the comparatively slow build-up of pressure when the ram and die cushion hit each other at the beginning of a drawing process. This has a negative impact on the manufacturing quality of the drawn part.
  • the invention is based on the object of creating a hydraulically adjustable drawing cushion which is of simple design in terms of device technology and leads to an improved production quality of a drawn part.
  • the invention is based on the object of creating a cost-effective and simple method for controlling the die cushion.
  • a hydraulically adjustable die cushion for a press has a ram or upper press die, the ram being displaceable in the direction of the die cushion, in particular in a vertical direction, during operation of the press.
  • the die cushion can have at least one hydraulic displacer. At least one hydraulic cylinder is provided as the displacer, for example.
  • the displacer can be fluidically connected to an adjustable hydraulic machine via a hydraulic branch. Pressure medium can be fed to the displacer and/or discharged from the displacer via the hydraulic machine in order to control an adjusting movement and/or adjusting position of the die cushion.
  • a pressure-limiting valve for adjusting the pulling pressure can be arranged in the hydraulic branch.
  • the die cushion is advantageously designed in such a way that after the start of the drawing process, ie in particular after the blank or drawn part has been clamped, the pressure medium displaced by the displacer can be released via the hydraulic machine—in particular part.
  • the hydraulic machine can be driven in order to recuperate energy.
  • the further part of the pressure medium can also be released via the pressure-limiting valve in order to maintain the drawing pressure. It is thus conceivable to discharge part of the pressure medium via the hydraulic machine and at the same time part of the pressure medium via the pressure-limiting valve.
  • This solution has the advantage that a generator, for example, can be driven via the hydraulic machine for recuperation. If the pressure-limiting valve is additionally provided for releasing pressure medium, the drawing pressure or the drawing force can be easily adjusted via this valve.
  • the die cushion is preferably designed in such a way that the energy generated by the generator is fed back, for example, into the network or into an intermediate circuit.
  • recuperation i.e. the recovery of electrical energy
  • another advantage is that the recovered energy can be fed back into the grid or power grid at the same time during the drawing process.
  • the installed power on the hydraulic press can be reduced and therefore less energy from the network is required.
  • the recovered energy or at least part of it it would be used or taken into account in a higher-level energy management of a factory or production site.
  • the hydraulic machine can release pressure medium and recuperate energy.
  • the pressure relief valve releases pressure medium in order to keep the drawing pressure constant.
  • the pressure-limiting valve has, for example, a constant opening cross section.
  • the hydraulic machine When releasing pressure medium, in particular for recuperation, the hydraulic machine can be controlled via a quantity specification, in particular via a control unit.
  • the specified quantity can, for example, be calculated easily and inexpensively from the position of the upper press die and/or from the position of a cylinder piston if a hydraulic cylinder is provided as the displacer.
  • a large part of the moving pressure medium or the pressure medium displaced by the displacer is absorbed by a position-controlled, speed-variable hydraulic machine or drive with a percentage reference to the position of the ram (generator operation).
  • the hydraulic machine can drive the generator as a hydraulic motor.
  • the remaining volume flow of the pressure medium can be discharged via the pressure relief valve.
  • the pressure-limiting valve is designed in such a way that it can be used to set the drawing pressure or the drawing force. In this way, a variable-speed hydraulic machine is created with reference to the position of the ram and with adjustment of the drawing pressure on the proportional pressure-limiting valve.
  • a hydraulic cylinder is provided as the displacer, it is conceivable that this has a piston which separates a first cylinder space from a second cylinder space. When the piston retracts, i.e. when it is pulled, the first cylinder chamber can become smaller and the second correspondingly larger.
  • the first cylinder space is preferably connected to the hydraulic branch.
  • the die cushion is designed in such a way that pressure medium can be conveyed into the hydraulic branch via the hydraulic machine, so that it is prestressed with a prestressing pressure.
  • This is advantageous, for example, in order to make the die cushion pressure available immediately when required.
  • the prestressing takes place during operation of the press and before the start of a drawing process, in which a drawn part is clamped between the ram and the die cushion and the ram exerts a compressive force on the die cushion.
  • the adjustable hydraulic machine and/or the pressure-limiting valve which can be controlled, is/are preferably controllable in such a way that the hydraulic machine delivers pressure medium into the hydraulic branch in such a way that it is preloaded with a preload pressure.
  • the hydraulic machine preferably feeds pressure medium into the branch.
  • the pressure relief valve is included is advantageously controlled in such a way that the pressure-limiting valve is pre-opened before the ram hits the die cushion. It is conceivable that a predetermined preload pressure or setpoint preload pressure is set via the opening cross section of the pressure limiting valve and the pressure medium delivery quantity of the hydraulic machine. Furthermore, it is conceivable to detect an actual preload pressure directly via a pressure sensor and/or indirectly via the opening cross section and the speed and/or the swivel angle of the hydraulic machine. Due to the preload pressure, the drawing force can act on the drawn part without overshoot and without time delay. As a result, the drawing path and the cycle time can be shortened.
  • a premature drawing-compression prestressing can take place at the main stage and pre-opening of the main stage in order to arrive at the necessary drawing force without loss of time before the impact between the ram and the drawing device.
  • the main stage can be part of the pressure relief valve.
  • the displacer can be connected to the hydraulic branch via a check valve that opens in the direction of flow away from the displacer.
  • the prestressing pressure in the hydraulic branch can be formed in a particularly stable manner.
  • the hydraulic machine and/or the pressure-limiting valve can be connected to the displacer via the check valve.
  • the first cylinder chamber is preferably connected to the hydraulic branch via the check valve.
  • the hydraulic machine is preferably designed as a variable-speed hydraulic machine and/or a variable-speed hydraulic machine. It would be conceivable to use a hydraulic machine that can be operated in 2 or 4 quadrant operation. It would also be conceivable to use the hydraulic machine as a hydraulic pump and/or hydraulic motor.
  • a first hydraulic branch can be provided, which is configured fluidically parallel to the hydraulic branch.
  • the hydraulic branch can then be a second hydraulic branch.
  • a valve is preferably provided in the first hydraulic branch in order to control adjustment movements and/or adjustment positions of the die cushion. Pressure medium can be discharged from the die cushion via the second branch, which has already been mentioned above.
  • the first branch is also connected to the hydraulic machine.
  • the valve is preferably a directional valve that can be adjusted in particular proportionally. The proportionally adjustable directional valve allows sensitive adjustment to different drawn parts and, if necessary, a drawing process with different drawing forces.
  • the die cushion can be designed in such a way that during the drawing process during a certain drawing section and/or when a drawing speed is not reached or at a low working speed, pressure medium is fed into the branch or into the second branch via the hydraulic machine in order to to maintain even drawing pressure.
  • An end region of the drawing path in particular in the vicinity of the bottom dead center of the displacer and/or at the end of the drawing process, is preferably provided as the drawing section.
  • the final area of the drawing path begins, for example from 90% of the drawing path.
  • the described aspect avoids a hardening process and/or a plastic deformation of the drawn part having to be shortened. Thus, no extension of the drawing path is necessary.
  • the drawing pressure usually progressively decreases in the first cylinder space or the piston chamber due to the manufacturing tolerances caused by the hydraulic cylinder and the valves. This leads to the prior art a shortening of the hardening process and/or the plastic deformation of the drawn part. In order to avoid this, the drawing path is often lengthened in the prior art.
  • pressure medium can be supplied towards the end of the drawing process in order to maintain a uniform drawing pressure. Otherwise the quantity from the die cushion cylinder would no longer be sufficient to maintain the pressure at the pressure relief valve.
  • the hydraulic machine can again feed pressure medium into the hydraulic branch in the further course of the drawing process.
  • the pressure-limiting valve preferably has a main stage, which is pilot-controlled by a preliminary stage, in particular by a pressure-limiting valve that is in particular proportionally adjustable.
  • the main stage has, for example, a valve body which can be acted upon in the opening direction by the pressure medium of the branch or second branch and in the closing direction via a control chamber by a control pressure medium and a spring force of a spring.
  • the application of the control pressure medium can be controlled via the pressure-limiting valve used for the pilot control and as a preliminary stage.
  • a pressure medium connection between the branch and a tank can preferably be opened and closed via the valve body of the main stage.
  • the control chamber may be connected to the branch, in particular via a non-return valve which opens in the flow direction away from the branch.
  • control chamber can be connected to the branch via at least one throttle.
  • the pressure relief valve as a preliminary stage can be connected to the control chamber and open and close a pressure medium connection to the tank. It would be conceivable to control the pressure-limiting valve via an electrical actuator.
  • the hydraulically adjustable die cushion is configured such that, when the press is operated, before the start of a drawing process, the adjustable hydraulic machine can be controlled in such a way that pressure medium is conveyed into the second hydraulic branch in order to prestress it with a prestressing pressure.
  • a process during the operation of the press is referred to herein as a drawing process referred to in which the ram exerts a compressive force on the die cushion while a blank or drawn part is clamped between the ram and die cushion in order to plastically deform or draw it into a desired shape.
  • the preload pressure mentioned above can preferably be less than or equal to the drawing pressure.
  • the hydraulic branches can be connected to the first cylinder chamber via two safety-related switching valves arranged in series. This makes it possible to block the connection between the first cylinder space and the hydraulic branches by other means.
  • a method for controlling a hydraulically adjustable die cushion according to one or more of the aspects mentioned above is provided.
  • pressure medium can be conveyed through the adjustable hydraulic machine into the—particularly second—hydraulic branch. This causes this hydraulic branch to be preloaded with pressure medium.
  • the pumped pressure medium quantity is set with the adjustable hydraulic machine.
  • the preload pressure preferably causes a pre-opening of the pressure-limiting valve and/or the pressure-limiting valve is opened—for example via an actuator.
  • the prestressing pressure that is established is preferably less than or equal to the drawing pressure. In the case of the latter, the pressure-limiting valve can be opened in accordance with the preload pressure. Preferably the opening is floating.
  • the resulting bias pressure is preferably maintained until the ram comes into contact with the die cushion, thereby initiating the drawing process.
  • pressure medium can be conveyed through the adjustable hydraulic machine into the—in particular second—hydraulic branch during the drawing process. This occurs, for example, when the pressure by suitable means, such as. B. a arranged in the second hydraulic branch pressure sensor, for example in the second hydraulic branch can be detected, falls below the drawing pressure. This is used in the second hydraulic branch to maintain the drawing pressure, so that a clamped drawn part is correspondingly hardened and plastically deformed.
  • pressure medium can be discharged from the--particularly the second--hydraulic branch via the adjustable hydraulic machine.
  • the flow of pressure medium that thus flows through the adjustable hydraulic machine can drive the adjustable hydraulic machine.
  • the hydraulic machine acts as a hydraulic motor and in turn drives a generator to regenerate energy.
  • the quantity per unit of time of the pressure medium to be released via the adjustable hydraulic machine, ie the pressure medium volume flow, is controlled as a function of a height or position of the ram.
  • the position of the ram is determined by suitable means such as a sensor or the like.
  • a hydraulic circuit 10 of a hydraulically adjustable die cushion 1 has a hydraulic cylinder 20, a hydraulic displacement controller 30, a valve controller 40, a proportional pressure relief valve 50, two safety-related directional control valves 70 and 71, two check valves 73 and 74 and a pressure relief valve 75.
  • a ram 2 is arranged above the die cushion 1 and can be moved in the direction of the die cushion 1 and can subsequently exert a pressing force on the die cushion 1 .
  • a position sensor 3 can be provided which detects the position of the plunger 2, e.g. B. as a percentage of 0% at a highest position or top dead center or. Home position to 100% at a lowest position or bottom dead center.
  • the hydraulically adjustable die cushion 1 has the hydraulic cylinder 20, which is a differential cylinder here, for example, in which a piston 21 has a piston rod on only one side and which is divided by the piston 21 into an annular chamber 22 as the second cylinder space and a piston chamber 23 as the first cylinder space .
  • the hydraulic cylinder 20 with the piston 21 here forms a die-cushion axis, wherein at one end of the piston rod of the piston 21 outside of the hydraulic cylinder 20 means for holding and forming a tool or drawn part can be provided, which is not shown.
  • a drawing part clamped by the holding means can be deformed by the drawing force from the die cushion 1 and by the pressing force from the ram 2 in a later-described drawing process in which the die cushion 1 and the ram 2 are operated.
  • the piston chamber 23 can be connected to or disconnected from the hydraulic displacement control 30 via a flow path (first branch) Z1 via two safety-related directional control valves 70 and 71 and a valve control 40 .
  • the annular chamber 22 can also be connected to or separated from the hydraulic displacement control 30 via the valve control 40 via a further flow path parallel to the first branch Z1.
  • a flow path is connected to the first branch Z1 between the piston chamber 23 and the directional control valve 70, which connects it to a tank T and in which the pressure-limiting valve 75 is arranged in order to release pressure medium from the first branch when the directional control valve 70 is closed and the pressure is too high Drain Z1 into tank T.
  • the two safety-related directional valves 70 and 71 are two 2/2-way valves which can each be switched between an open or closed state via a slide and can thus open or close the first branch Z1.
  • the respective slide is acted upon by a spring force of a respective spring in a closing direction.
  • the closed state is monitored by the limit switch built into the 2/2-way valve after the safe basic position has been reached.
  • the valve control 40 arranged in the first branch Z1 between the hydraulic displacement control 30 and the annular chamber 22 and piston chamber 23 has a continuous or proportionally adjustable 4/3-way pilot valve 41, via which the annular chamber 22 or the piston chamber 23 can be controlled via the first branch Z1 are connectable to or disconnectable from the displacer controller 30.
  • the proportionally adjustable 4/3-way pilot valve 41 has a valve slide, which separates both chambers 22 and 23 from the displacement control 30 in a first slide position. In a second spool position, the valve spool connects the piston chamber 23 to the displacer control 30 and the annular chamber 22 to the tank T, as will be described in more detail later. In contrast, in a third spool position, the valve spool connects the annular chamber 22 to the displacement control 30 and the piston chamber 23 to the tank T.
  • a flow path (second branch) Z2 running parallel to the first branch Z1 is also provided in the hydraulic circuit 10 .
  • the second branch Z2 connects the displacement control 30 to the pressure-limiting valve 50 and is here at one end between the displacement control 30 and the valve control 40 and at its other end between the 4/3-way pilot valve 41 of the valve control 40 and the safety-related directional valve 71 connected to the first branch Z1.
  • the check valve 73 is arranged, which blocks a flow from the second branch Z2 into the first branch Z1.
  • a flow path is connected to the second branch Z2 between the displacement controller 30 and the pressure-limiting valve 50, which connects it to a tank T and in which the pressure-limiting valve 74 is arranged in order, if the pressure is too high, to pump pressure medium from the first branch Z2 into the tank T to drain
  • Displacer control 30 has a hydraulic machine 31 . It can be designed in such a way that it has a large stroke volume and low inertia. Furthermore, the hydraulic machine 31 has two connections A1, A2, via which pressure medium can preferably be supplied and discharged.
  • FIG. 2 shows a hydraulic circuit 10 of the hydraulically adjustable die cushion 1 according to a first embodiment.
  • the piston chamber 23 can be connected to or disconnected from the hydraulic displacement control 30 via the first branch Z1, which contains the two safety-related directional valves 70 and 71 and the valve control 40 with the proportionally adjustable 4/3-way pilot control valve 41.
  • the annular chamber 22 can be connected to or disconnected from the hydraulic displacement control 30 via a third branch Z3 provided parallel to the first branch Z1 and via the valve control 40 .
  • a fourth branch Z4 is connected to the first branch Z1 between the piston chamber 23 and the directional control valve 70 and connects the first branch Z1 to the tank T via the pressure-limiting valve 75 .
  • the proportionally adjustable 4/3-way pilot valve 41 here a pilot-controlled proportional 4/3-way valve with integrated electronics (OBE) and position feedback, has the valve spool mentioned above, which separates both chambers 22 and 23 from the displacement control 30 in the first spool position .
  • the valve spool In the second spool position, the valve spool connects the piston chamber 23 to the displacement control 30 via the first branch Z1 and the annular chamber 22 to the tank T via the third branch Z3 and the fourth branch Z4.
  • the valve spool connects the annular chamber 22 via the third spool position the third branch Z3 with the displacement control 30 and the piston chamber 23 via the first branch Z1 and the fourth branch Z4 with the tank T.
  • a fifth branch Z5 is connected to the first branch Z1 between the two safety-related 2/2-way valves 70 and 71, to the third branch Z3 between the annular chamber 22 and the valve control 40, to the fourth branch between the pressure relief valve 74 and the tank T and connected to a control branch S described later.
  • a valve control 80 with a directly controlled 4/3-way valve 81 is arranged in the fifth branch Z5.
  • the directly controlled 4/3-way valve 81 has a valve spool which separates the first branch Z1, the third branch Z3, the fourth branch Z4 and the control branch S in a first spool position.
  • valve slide of the directly controlled 4/3-way valve 81 connects the piston chamber 23 to the control branch S via the first branch Z1 and the annular chamber 22 to the tank T via the third branch Z3 and the fourth branch Z4.
  • valve slide connects of the directly controlled 4/3-way valve 81 in a third spool position, the piston chamber 23 via the first branch Z1 and the fourth branch Z4 with the tank T and the annular chamber 22 via the third branch Z3 with the control branch S.
  • the second branch Z2 which connects the displacement controller 30 to the pressure-limiting valve 50, is also provided in the hydraulic circuit 10.
  • the check valve 73 is arranged, which blocks a flow from the second branch Z2 into the first branch Z1.
  • Another check valve 72 is arranged in the second branch Z2 between the displacement control 30 and the pressure-limiting valve 50 , which blocks a flow from the pressure-limiting valve 50 to the displacement control 30 .
  • the pressure-limiting valve 50 is an adjustable, pilot-operated pressure-limiting valve that includes a main stage 51, a control chamber 52, via which a pressure for opening the main stage 51 can be set, and a pressure-limiting valve 53.
  • the aforementioned control branch S is connected to the second branch Z2 via a check valve 77, which blocks in the direction of the second branch Z2.
  • the control branch S connects the second branch Z2 to the control chamber 52 and, via the pressure relief valve 53, the second branch Z2 to the pilot-controlled proportional 4/3-way pilot valve 41 of the valve control 40, to the directly controlled 4/3-way valve 81 and an external return line SL.
  • the pressure relief valve 53 limits the pressure in the control branch S.
  • the displacement control 30 in this embodiment has an adjustable pump as the hydraulic machine 31, which can be used in 1-quadrant operation (or in 4-quadrant operation, not shown) and can be driven at a low speed by a position-controlled variable-speed drive or electric motor 32 .
  • a position-controlled variable-speed drive or electric motor 32 This is, for example, a torque motor with low inertia.
  • this can be designed in such a way that it can be used at a low speed. Due to the low inertia and the low speeds, the torque motor has high dynamics.
  • the displacer control 30 has a remotely controllable proportional pressure limiter 33, which adapts a stroke volume of the pump to its current consumption via the mechanical pump control MPS, so that a specified pressure in the second branch Z2 can be kept constant.
  • Port A1 of hydraulic machine 31 is connected to hydraulic circuit 10 and port A2 is connected to a tank, for example tank T, via a flow path, so that hydraulic machine 31 draws pressure medium from tank T at port A2 and through port A1 into the Hydraulic circuit 10 can promote.
  • hydraulic machine 31 it is possible for hydraulic machine 31 to take up pressure medium from hydraulic circuit 10 through port A1 and drain it into tank T through port A2.
  • FIG 3 shows a hydraulic circuit 10 of the hydraulically adjustable die cushion 1 according to a second embodiment.
  • the hydraulic circuit 10 according to the second embodiment differs from the hydraulic circuit 10 according to the first embodiment in that the check valve 72 is not provided and thus pressure medium can flow from the pressure relief valve 50 to the displacement controller 30 .
  • the displacement control 30 in this embodiment has an adjustable pump as the hydraulic machine 31, which can be used in 2-quadrant operation (or in 4-quadrant operation, not shown) and can be driven at one speed by a position-controlled, variable-speed drive or electric motor 32.
  • a position-controlled, variable-speed drive or electric motor 32 This is, for example, a torque motor with low inertia. Furthermore, this can be designed in such a way that it can be used at a low speed. Due to the low inertia and the low speeds, the torque motor has high dynamics.
  • the displacer control 30 has a remotely controllable proportional volumetric flow control 33, which adapts a displacement of the pump to its current consumption via the electric pump control EPS, so that a predetermined pressure in the second branch Z2 can be kept constant.
  • Port A1 of hydraulic machine 31 is connected to hydraulic circuit 10 and port A2 is connected to a tank, for example tank T, via a flow path, so that hydraulic machine 31 draws pressure medium from tank T at port A2 and through port A1 into the Hydraulic circuit 10 can promote.
  • hydraulic machine 31 it is possible for hydraulic machine 31 to take up pressure medium from hydraulic circuit 10 through port A1 and drain it into tank T through port A2.
  • the hydraulic machine 31 is a pump with a servomotor and flange block that can be operated in 4-quadrant operation.
  • the safety-related 2/2-way valves 70 and 71 are designed as controllable block installation valves and a further switchable pressure-limiting valve 76 is provided. This semi-closed concept should preferably be used in servo-hydraulic presses.
  • the die cushion 1 is preferably used in hydraulic presses and servo presses in body production.
  • a (height) position x is mapped over a time t.
  • the characteristic curve 100 shows the position of the die cushion 1 according to the invention in a press and the characteristic curve 200 above it shows the position of a ram 2.
  • diagram b) in figure 5 shows the course of a pressure P over a period of time t, which occurs in the hydraulic circuit 10 of the die cushion 1 according to the invention at the main stage 51 of the pressure-limiting valve 50 and in the piston chamber 23.
  • diagram c) shows in figure 5 the curve of a pressure P over a time t, which occurs in a hydraulic circuit of a die cushion known from the prior art at a pressure relief valve equivalent in its function to the pressure relief valve 50 and a piston chamber of a die cushion hydraulic cylinder.
  • the pressure relief valve 50 limits the pressure in the hydraulic circuit 10, More specifically, in the second branch Z2, which occurs in the second branch Z2 as a result of pressure medium being displaced from the piston chamber 23 by the drawing force exerted by the ram 2 on the die cushion 1 during the drawing process.
  • diagrams a) to c) in figure 5 the course of a pressure in a die-cushion hydraulic cylinder compared to the positions of ram and die-cushion over the course of a drawing process in which a drawing part is clamped between ram and die-cushion and deformed by the drawing force exerted by the ram on the die-cushion.
  • both the ram 2 and the die cushion 1 are in a starting position in the highest or lowest position, in which z. B. can be removed or inserted clamped a drawn part to be formed.
  • the press is put into operation and the ram 2 and the die cushion 1 are moved toward one another.
  • This will e.g. B. achieved in that the valve spool of the proportionally adjustable 4/3-way pilot valve 41 is switched to the second spool position, creating a connection between the hydraulic machine 31 of the displacement control 30 and the piston chamber 23 via the first branch Z1, and the hydraulic machine 31 is controlled in such a way that it conveys pressure medium from the tank T into the piston chamber 23, as a result of which the piston 21 is extended and the die cushion 1 is raised.
  • the piston 21 can be driven hydraulically or by a servo motor.
  • the pressure in the second branch Z2 is increased from a starting pressure to a predetermined prestressing pressure pp from a point in time t2 to a point in time t3 at which, as shown in diagram a), the ram 2 and the die cushion 1 are still moving towards one another.
  • the remotely controllable pressure limiter 33 can increase the pressure in the detect the second branch Z2 and adjust the displacement of the hydraulic machine 31 accordingly so that the specified preload pressure pp can be kept constant in the second branch Z2.
  • the preload pressure pp is set in such a way that it causes the main stage 51 of the pressure limiting valve 50 to preopen and the control chamber 52 of the pressure limiting valve 50 to be preloaded. Furthermore, it can be set so that it corresponds directly to a later-described drawing pressure pd and causes the pressure relief valve 50 to open. Furthermore, the preload pressure causes pp. On the other hand, as shown in diagram c) in figure 5 shown, at these times a die cushion known from the prior art is not preloaded with pressure.
  • the drawing pressure pd is maintained from time t5 to a time t6.
  • the hydraulic machine 31 is controlled in such a way that, as explained above, it delivers pressure medium from the tank T into the second branch Z2 and adjusts the delivery flow using the remote-controllable pressure limiter 33 so that the drawing pressure pd is kept constant can. It can thus be ensured that the drawn part to be formed is adequately hardened or plastically deformed.
  • the drawing process is ended at time t6 by the drawing cushion 1 being moved to the starting position.
  • This will e.g. B. achieved in that the valve spool of the proportionally adjustable 4/3-way pilot valve 41 is switched to the third spool position, with a connection between the hydraulic machine 31 of the displacement control 30 and the annular chamber 22 being created via the third branch Z3, and by the weight force of the die cushion 1 or by conveying pressure medium through the hydraulic machine 31 from the tank T into the annular chamber 22 of the piston 21 and the die cushion 1 is lowered. Then the plunger 2 can also be reset to its starting position.
  • hydraulic machine 31 is controlled in such a way that it releases pressure medium displaced from piston 21 from piston chamber 23 and a volume flow of the pressure medium to be released Adjusts pressure means of the detected by the position sensor 3 position of the plunger 2 accordingly.
  • the volume flow set in this way of the pressure medium moved by the piston 21 is supplied by the hydraulic machine 31, which here, for. B. can be a position-controlled variable-speed drive, which can be operated in 2-quadrant or 4-quadrant operation, and thereby operated the drive in a generator mode to generate electrical energy and feed it back into the grid.
  • the remaining residual volume flow of the pressure medium is routed via the main stage 51 of the pressure-limiting valve 50
  • displacement controller 30 first briefly sets the volume flow of the pressure medium to be released by hydraulic machine 31 to a small value, e.g. up to 20% of a value via main stage 51 of the pressure relief valve 50 and the hydraulic machine 31 to be discharged, so as in diagram b) in figure 5 shown the prestressing pressure pp can be quickly increased to the drawing pressure pd.
  • the drawing pressure pd is reached, e.g. B. at a ram position of 82%
  • displacement controller 30 sets the pressure medium volume flow to be discharged at the hydraulic machine 31 to a high value, e.g. e.g. B.

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Abstract

Ein hydraulisch verstellbares Ziehkissen für eine Presse, wobei die Presse einen Stößel (2) aufweist, der bei Betrieb der Presse in Richtung des Ziehkissens (1) hin- und wegführbar ist, wobei das Ziehkissen (1) wenigstens einen hydraulischen Verdränger (20) aufweist, der über einen hydraulischen Zweig mit einer verstellbaren Hydromaschine (31) fluidisch verbunden ist, über den Druckmittel zum Verdränger (20) zuführbar ist und/oder vom Verdränger (20) abführbar ist, um eine Stellbewegung und/oder Stellposition des Ziehkissens (1) zu steuern, wobei in dem hydraulischen Zweig ein Druckbegrenzungsventil (50) zum Einstellen des Ziehdrucks angeordnet ist, und

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein hydraulische verstellbares Ziehkissen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Steuern eines hydraulisch verstellbaren Ziehkissens.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Hydraulische Zieheinrichtungen beziehungsweise hydraulische verstellbare Ziehkissen werden zunehmend für anspruchsvolle Aufgaben in der Karosseriefertigung, insbesondere bei hydraulischen Pressen sowie Servopressen, eingesetzt. Typischerweise weist ein hydraulisch verstellbares Ziehkissen Mittel zum Halten und Umformen eines Werkstücks oder Ziehteils oder Blanks, wie z. B. einen Blechhalter, und ein Umformwerkzeug auf. Ein Oberwerkzeug oder Stößel oder eine obere Pressmatrize wird mittels eines Antriebs in Richtung des Ziehkissens bewegt. Das im Mittel zum Halten des Ziehkissens eingespannte Ziehteil wird durch eine vom Stößel auf das Ziehteil ausgeübte Zieh-Presskraft zwischen Umformmittel des Ziehkissens und Stößel umgeformt. Das verstellbare Ziehkissen kann dabei durch die vom Stößel ausgeübte Presskraft nachgeben und verschoben werden. Proportionalventile erlauben eine feinfühlige Anpassung an unterschiedliche Ziehteile und bei Bedarf auch einen Ziehverlauf mit unterschiedlichen Ziehkräften. Daher liegt der Vorteil des hydraulischen Ziehkissens in der exakten Einstellbarkeit der von dem Stößel erzeugten Presskraft.
  • In vielen dieser hydraulischen Pressen und Servopressen wird das Ziehkissen mithilfe eines hydraulischen Verdränger betrieben. Bei Auftreffen mit dem Stößel auf das Ziehteil wirkt die Ziehkraft gegen einen Zylinderkolben eines Hydrozylinders (sogenannter Verdränger). Mithilfe von wirkenden hydraulischen Arbeitsflächen des Zylinderkolbens wird diese in einen hydraulischen Druck umgewandelt, der sogenannte Ziehdruck. Dieser Ziehdruck wird hydraulisch über ein Druckbegrenzungsventil begrenzt. Beispiele für solche hydraulisch verstellbaren Ziehkissen sind in den Dokumente EP 2 377 629 B1 , EP 1 882 534 B1 und DE 10 2012 019 665 A1 offenbart.
  • Nachteilig bei aktuellen Arbeitsverfahren bei einem Ziehkissen ist der vergleichsweise langsame Druckaufbau beim Auftreffen zwischen Stößel und Ziehkissen zu Beginn eines Ziehvorgangs. Dies hat einen negativen Einfluss auf die Herstellungsqualität des Ziehteils.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisch verstellbares Ziehkissen zu schaffen, das vorrichtungstechnisch einfach ausgestaltet ist und zu einer verbesserten Herstellungsqualität eines Ziehteils führt. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein kostengünstiges und einfaches Verfahren zum Steuern des Ziehkissens zu schaffen.
  • Die Aufgabe hinsichtlich des Ziehkissens wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 13.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß ist ein hydraulisch verstellbares Ziehkissen für eine Presse vorgesehen. Die Presse hat einen Stößel oder obere Pressmatrize, wobei der Stößel bei Betrieb der Presse in Richtung des Ziehkissens verschiebbar ist, insbesondere in einer Vertikalrichtung. Das Ziehkissen kann wenigstens einen hydraulischen Verdränger aufweisen. Als Verdränger ist beispielsweise zumindest ein Hydrozylinder vorgesehen. Der Verdränger kann über einen hydraulischen Zweig mit einer verstellbaren Hydromaschine fluidisch verbunden sein. Über die Hydromaschine ist Druckmittel zum Verdränger zuführbar und/oder vom Verdränger abführbar, um eine Stellbewegung und/oder Stellposition des Ziehkissens zu steuern. In dem hydraulischen Zweig kann ein Druckbegrenzungsventil zum Einstellen des Ziehdrucks angeordnet sein.
  • Mit Vorteil ist das Ziehkissen derart ausgestaltet, dass nach Beginn des Ziehvorgangs, also insbesondere nachdem das Blank oder Ziehteil eingespannt ist, über die Hydromaschine - insbesondere ein Teil - des vom Verdränger verdrängten Druckmittels ablassbar ist. Hierdurch kann die Hydromaschine angetrieben werden, um Energie zu rekuperieren. Dies erfolgt beispielsweise in Zusammenwirken mit einem elektrischen Generator. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zusätzlich der weitere Teil des Druckmittels über das Druckbegrenzungsventil abgelassen sein, um den Ziehdruck aufrecht zu erhalten. Somit ist denkbar einen Teil des Druckmittels über die Hydromaschine und gleichzeitig einen Teil des Druckmittels über das Druckbegrenzungsventil abzulassen. Diese Lösung hat den Vorteil, dass über die Hydromaschine zur Rekuperation beispielsweise ein Generator antreibbar ist. Wird zusätzlich das Druckbegrenzungsventil zum Ablassen von Druckmittel vorgesehen, so kann über dieses einfach der Ziehdruck oder die Ziehkraft eingestellt werden.
  • Das Ziehkissen ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die vom Generator erzeugte Energie beispielsweise ins Netz oder in einen Zwischenkreis zurückgespeist wird. Somit ist neben der Rekuperation, also der Rückgewinnung von elektrischer Energie, ein weiterer Vorteil, dass die zurückgewonnene Energie während dem Ziehprozess gleichzeitig ins Netz oder Stromnetz zurückgespeist werden kann. Daraus ergibt sich, dass die installierte Leistung an der hydraulischen Presse reduziert werden kann und damit weniger Energie aus dem Netz benötigt wird. Alternativ oder zusätzlich wäre denkbar, dass die zurückgewonnene Energie oder zumindest ein Teil davon in einem übergeordneten Energiemanagement einer Fabrikanlage oder Produktionsstätte eingesetzt oder berücksichtigt wird.
  • Mit anderen Worten kann, sobald der Ziehvorgang begonnen hat, also das Blank eingespannt ist, - und vorzugsweise bis kurz vor dem Umkehrpunkt des Verdrängers - die Hydromaschine Druckmittel ablassen und Energie rekuperieren. Zusätzlich ist denkbar, dass das Druckbegrenzungsventil Druckmittel ablässt, um den Ziehdruck konstant zu halten. Das Druckbegrenzungsventil weist hierbei beispielsweise einen konstanten Öffnungsquerschnitt auf.
  • Die Hydromaschine kann beim Ablassen von Druckmittel, insbesondere für die Rekuperation, über eine Mengenvorgabe gesteuert sein, insbesondere über eine Steuereinheit.
  • Die Mengenvorgabe ist beispielsweise einfach und kostengünstig aus der Position der oberen Pressmatrize und/oder aus der Position eines Zylinderkolbens, wenn als Verdränger ein Hydrozylinder vorgesehen ist, berechenbar.
  • Mit anderen Worten wird beim Ziehprozess ein Großteil des bewegten Druckmittels oder des vom Verdränger verdrängten Druckmittels von einer positionsgeregelten drehzahlvariablen Hydromaschine oder Antrieb mit prozentualem Bezug auf die Position des Stößels aufgenommen (Generatorbetrieb). Hierdurch ergibt sich ein Staudruck, der durch das Druckbegrenzungsventil begrenzt ist. Die Hydromaschine kann als Hydromotor den Generator antreiben. Der verbleibende Restvolumenstrom des Druckmittels kann über das Druckbegrenzungsventil abgeführt werden. Das Druckbegrenzungsventil ist dabei derart ausgestaltet, dass über dieses der Ziehdruck oder die Ziehkraft eingestellt werden kann. Somit ist eine drehzahlvariable Hydromaschine mit Bezug auf die Position des Stößels und mit Ziehdruck-Einstellung am proportionalen Druckbegrenzungsventil geschaffen.
  • Ist als Verdränger ein Hydrozylinder vorgesehen, so ist denkbar, dass dieser einen Kolben hat, der einen ersten Zylinderraum von einem zweiten Zylinderraum trennt. Beim Einfahren des Kolbens, also beim Ziehen, kann sich der erste Zylinderraum verkleinern und der zweite entsprechend vergrößern. Der erste Zylinderraum ist vorzugsweise mit dem hydraulischen Zweig verbunden.
  • Bei einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist das Ziehkissen derart ausgestaltet, dass über die Hydromaschine Druckmittel in den hydraulischen Zweig förderbar ist, so dass dieser mit einem Vorspanndruck vorgespannt ist. Dies ist vorteilhaft, um beispielsweise den Ziehkissendruck bei Bedarf sofort zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise erfolgt die Vorspannung im Betrieb der Presse und vor Beginn eines Ziehvorgangs, in dem zwischen dem Stößel und dem Ziehkissen ein Ziehteil eingespannt ist und der Stößel auf das Ziehkissen eine Druckkraft ausübt. Die verstellbare Hydromaschine und/oder das Druckbegrenzungsventil, das steuerbar ist, ist/sind vorzugsweise derart ansteuerbar, dass die Hydromaschine Druckmittel in den hydraulischen Zweig so fördert, dass dieser mit einem Vorspanndruck vorgespannt ist. Somit führt die Hydromaschine vorzugsweise Druckmittel in den Zweig zu. Das Druckbegrenzungsventil ist dabei mit Vorteil derart angesteuert ist, dass vor dem Auftreffen des Stößels auf das Ziehkissen das Druckbegrenzungsventil vorgeöffnet ist. Es ist denkbar, dass über den Öffnungsquerschnitt des Druckbegrenzungsventils und die Druckmittelfördermenge der Hydromaschine ein vorbestimmter Vorspanndruck oder Soll-Vorspanndruck eingestellt wird. Weiterhin ist denkbar einen Ist-Vorspanndruck direkt über einen Drucksensor zu erfassen und/oder indirekt über den Öffnungsquerschnitt und die Drehzahl und/oder den Schwenkwinkel der Hydromaschine zu erfassen. Durch den Vorspanndruck kann die Ziehkraft ohne Überschwinger und ohne Zeitverzögerung auf das Ziehteil wirken. Hierdurch können der Ziehweg und die Taktzeit verkürzt werden.
  • Mit anderen Worten kann eine vorzeitige Ziehdruck-Vorspannung an der Hauptstufe und Voröffnung der Hauptstufe erfolgen, um vor dem Auftreffen zwischen Stößel und Zieheinrichtung auf die nötige Ziehkraft ohne Zeitverlust zu kommen. Die Hauptstufe kann ein Teil des Druckbegrenzungsventils sein.
  • Ist keine Ziehdruck-Vorspannung, wie im Stand der Technik, vorgesehen, so erfolgt ein verzögerter Druckaufbau, insbesondere im Steuerkreis für das Druckbegrenzungsventil. Eine fehlende Ziehdruck-Vorspannung führt zu einer zu großen Öffnung der Hauptstufe und damit zu einem Einbrechen des Ziehdrucks und zu einer verzögerten Ziehkraftwirkung. Außerdem, wenn keine Ziehdruck-Vorspannung vorgesehen ist, schließt die Hauptstufe sobald der Steuerdruck sich aufgebaut hat, was zu einer Druckspitze führt. Daraufhin schwingt die Hauptstufe bis das System sich selbst stabilisiert hat. Die aufgezeigten Nachteile sind durch die Ausgestaltung des Ziehkissens mit der Ziehdruck-Vorspannung überwunden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Verdränger mit dem hydraulischen Zweig über ein in Strömungsrichtung weg vom Verdränger sich öffnendes Rückschlagventil verbunden sein. Hierdurch kann insbesondere stabil der Vorspanndruck in dem hydraulischen Zweig ausgebildet werden. Mit anderen Worten kann die Hydromaschine und/oder das Druckbegrenzungsventil über das Rückschlagventil mit dem Verdränger verbunden sein. Vorzugsweise ist beim Verdränger in Form des Hydrozylinders der erste Zylinderraum über das Rückschlagventil mit dem hydraulischen Zweig verbunden.
  • Die Hydromaschine ist vorzugsweise als eine Verstellhydromaschine und/oder eine drehzahlvariabel gesteuerte Hydromaschine ausgebildet. Denkbar wäre eine Hydromaschine einzusetzen, die im 2- oder 4-Quadrantenbetrieb betreibbar ist. Denkbar wäre auch die Hydromaschine als Hydropumpe und/oder Hydromotor einzusetzen.
  • In weitere Ausgestaltung der Erfindung kann ein erster hydraulischer Zweig vorgesehen sein, der fluidisch parallel zum hydraulischen Zweig ausgebildet ist. Der hydraulische Zweig kann dann ein zweiter hydraulischer Zweig sein. Vorzugsweise ist im ersten hydraulischen Zweig ein Ventil vorgesehen, um Stellbewegungen und/oder Stellpositionen des Ziehkissens zu steuern. Über den zweiten Zweig kann Druckmittel aus dem Ziehkissen abführbar sein, was obenstehend bereits angeführt ist. Weiter vorzugsweise ist der erste Zweig ebenfalls mit der Hydromaschine verbunden. Bei dem Ventil handelt es sich vorzugsweise um ein Wegeventil, das insbesondere proportional verstellbar ist. Das proportional verstellbare Wegeventil erlaubt eine feinfühlige Anpassung an unterschiedliche Ziehteile und bei Bedarf auch einen Ziehverlauf mit unterschiedlichen Ziehkräften.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung kann das Ziehkissen derart ausgestaltet sein, dass beim Ziehvorgang während eines bestimmten Ziehabschnitts und/oder bei unterschreiten einer Ziehgeschwindigkeit oder bei einer niedrigen Arbeitsgeschwindigkeit über die Hydromaschine Druckmittel in den Zweig oder in den zweiten Zweig zugeführt ist, um einen gleichmäßigen Ziehdruck aufrecht zu erhalten. Als Ziehabschnitt ist vorzugsweise ein Endbereich des Ziehwegs, insbesondere in der Nähe des unteren Totpunkts des Verdrängers und/oder am Ende des Ziehvorgangs, vorgesehen. Der Endbereich des Ziehwegs beginnt, beispielsweise ab 90% des Ziehwegs. Somit kann bei niedrigen Arbeitsgeschwindigkeiten oder im unteren Totpunkt des Verdrängers sichergestellt werden, dass die plastische Verformung des Ziehteils weiterhin mit dem Ziehdruck ausgeführt wird. Es wird durch den beschriebenen Aspekt vermieden, dass ein Härteverfahren und/oder eine plastische Verformung des Ziehteils verkürzt werden muss. Somit ist auch keine Verlängerung des Ziehwegs notwendig. Bei niedrigen Arbeitsgeschwindigkeiten und/oder sobald der untere Totpunkt des Verdrängers, insbesondere in Form des Hydrozylinders, baut sich der Ziehdruck üblicherweise in dem ersten Zylinderraum oder der Kolbenkammer durch die vom Hydrozylinder und den Ventilen bedingten Fertigungstoleranzen progressiv ab. Dies führt im Stand der Technik zu einer Verkürzung des Härteverfahrens und/oder der plastischen Verformung des Ziehteils. Um dies zu umgehen, wird der Ziehweg im Stand der Technik häufig verlängert.
  • Mit anderen Worten kann gegen Ende des Ziehvorgangs Druckmittel zugeführt werden, um einen gleichmäßigen Ziehdruck aufrecht zu erhalten. Die Menge aus dem Ziehkissenzylinder würde sonst nicht mehr ausreichen, um den Druck am Druckbegrenzungsventil zu halten.
  • Ist eine Rekuperation der Energie vorgesehen, so erfolgt diese vorzugsweise bis zum Endbereich des Ziehwegs. Nach der Rekuperation kann somit die Hydromaschine wieder Druckmittel im weiteren Verlauf des Ziehvorgangs in den hydraulischen Zweig zuführen.
  • Das Druckbegrenzungsventil weist vorzugsweise eine Hauptstufe, die von einer Vorstufe, insbesondere von einem, insbesondere proportional verstellbaren, Druckbegrenzungsventil vorgesteuert ist. Die Hauptstufe hat beispielsweise einen Ventilkörper, der in Öffnungsrichtung vom Druckmittel des Zweigs oder zweiten Zweigs und in Schließrichtung über eine Steuerkammer von einem Steuerdruckmittel und einer Federkraft einer Feder beaufschlagbar ist. Die Beaufschlagung mit dem Steuerdruckmittel kann über das für die Vorsteuerung und als Vorstufe eingesetzte Druckbegrenzungsventil gesteuert sein. Über den Ventilkörper der Hauptstufe ist vorzugsweise eine Druckmittelverbindung zwischen dem Zweig und einem Tank auf- und zusteuerbar. Die Steuerkammer kann mit dem Zweig verbunden sein, insbesondere über ein Rückschlagventil, das sich in Strömungsrichtung weg vom Zweig öffnet. Außerdem kann die Steuerkammer über zumindest eine Drossel mit dem Zweig verbunden sein. Das Druckbegrenzungsventil als Vorstufe kann an die Steuerkammer angeschlossen sein und eine Druckmittelverbindung zum Tank auf- und zusteuern. Denkbar wäre das Druckbegrenzungsventil über einen elektrischen Aktor zu steuern.
  • Mit anderen Worten ist das hydraulisch verstellbare Ziehkissen so konfiguriert, dass, wenn die Presse betrieben wird, vor Beginn eines Ziehvorgangs die verstellbare Hydromaschine so ansteuerbar ist, dass durch diese Druckmittel in den zweiten hydraulischen Zweig gefördert wird, um diesen mit einem Vorspanndruck vorzuspannen. Als Ziehvorgang wird hierin insbesondere ein Vorgang während des Betriebs der Presse bezeichnet, in dem der Stößel auf das Ziehkissen eine Druckkraft ausübt während ein Blank bzw. Ziehteil zwischen Stößel und Ziehkissen eingespannt ist, um dieses in eine gewünschte Form plastisch zu verformen bzw. zu ziehen. Der vorstehend genannte Vorspanndruck kann dabei vorzugsweise kleiner als oder gleich dem Ziehdruck sein.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des hydraulisch verstellbaren Ziehkissens können die hydraulischen Zweige über zwei in Reihe angeordneter sicherheitsbezogener Schaltventile mit dem ersten Zylinderraum verbunden sein. Dies ermöglicht es, die Verbindung zwischen dem ersten Zylinderraum und den hydraulischen Zweigen mit weiteren Mitteln zu blockieren.
  • Des Weiteren ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Steuern eines hydraulisch verstellbares Ziehkissens nach einem oder mehreren der vorhergehend genannten Aspekte vorgesehen. In dem Verfahren kann gemäß einem ersten Verfahrensaspekt bei Betrieb der Presse und vor Beginn des Ziehvorgangs, also bevor der Stößel mit dem Ziehkissen in Kontakt kommt, Druckmittel durch die verstellbare Hydromaschine in den - insbesondere zweiten - hydraulischen Zweig gefördert werden. Dies bewirkt, dass dieser hydraulische Zweig mit Druckmittel vorgespannt wird. Mit der verstellbaren Hydromaschine wird die geförderte Druckmittelmenge eingestellt. Der Vorspanndruck bewirkt vorzugsweise eine Voröffnung des Druckbegrenzungsventils und/oder das Druckbegrenzungsventil wird - beispielsweise über einen Aktor - aufgesteuert. Der sich einstellende Vorspanndruck ist vorzugsweise kleiner als oder gleich dem Ziehdruck. Bei letzterem kann eine Öffnung des Druckbegrenzungsventils entsprechend dem Vorspanndruck bewirkt sein. Vorzugsweise ist die Öffnung schwimmend. Der sich ergebende Vorspanndruck wird vorzugsweise solange aufrechthalten, bis der Stößel mit dem Ziehkissen in Kontakt kommt, wodurch der Ziehvorgang initiiert wird.
  • In einer weiteren Variante des vorstehenden Verfahren zum Steuern eines hydraulisch verstellbares Ziehkissens kann alternativ oder zusätzlich zum ersten Verfahrensaspekt während des Ziehvorgangs Druckmittel durch die verstellbare Hydromaschine in den - insbesondere zweiten - hydraulischen Zweig gefördert werden. Dies erfolgt beispielsweise dann, wenn der Druck, der mit geeigneten Mitteln, wie z. B. einem im zweiten hydraulischen Zweig angeordneten Drucksensor, beispielsweise im zweiten hydraulischen Zweig erfasst werden kann, unter den Ziehdruck fällt. Dies dient dazu im zweiten hydraulischen Zweig den Ziehdruck aufrechtzuhalten, so dass ein eingespanntes Ziehteil entsprechend gehärtet und plastisch verformt wird.
  • Ferner kann im vorstehenden Verfahren zum Steuern eines hydraulisch verstellbares Ziehkissens alternativ oder zusätzlich in einem dritten Verfahrensaspekt während des Ziehvorgangs Druckmittel aus dem - insbesondere zweiten - hydraulischen Zweig über die verstellbare Hydromaschine abgelassen werden. Der somit durch die verstellbare Hydromaschine fließende Strom von Druckmittel kann die verstellbare Hydromaschine antreiben. Dabei wirkt die Hydromaschine als Hydromotor und treibt ihrerseits einen Generator an, um Energie zu regenerieren. Die Menge pro Zeiteinheit des über die verstellbare Hydromaschine abzulassenden Druckmittels, also der Druckmittelvolumenstrom, wird dabei in Abhängigkeit einer Höhe bzw. Position des Stößels gesteuert. Die Position des Stößels wird über geeignet Mittel wie einem Sensor oder Ähnlichem ermittelt.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 einen hydraulischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen hydraulisch verstellbaren Ziehkissens gemäß einer Ausführungsform, insbesondere mit Vorspannung und Voröffnung mit mechanisch verstellbarer Hydromaschine mit vorzugsweise 1-Quadranten,
    • Figur 2 einen hydraulischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen hydraulisch verstellbaren Ziehkissens gemäß einer weiteren Ausführungsform, insbesondere mit Vorspannung und Voröffnung mit elektrisch verstellbare Hydromaschine mit vorzugsweise 1-Quadranten,
    • Figur 3 einen hydraulischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen hydraulisch verstellbaren Ziehkissens gemäß einer weiteren Ausführungsform, insbesondere mit Vorspannung, Voröffnung und Rekuperation mit elektrisch verstellbarer Hydromaschine mit vorzugsweise 2-Quadranten,
    • Figur 4 einen hydraulischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen hydraulisch verstellbaren Ziehkissens gemäß einer weiteren Ausführungsform, insbesondere mit Vorspannung, Voröffnung und Rekuperation mit elektrisch verstellbarer Hydromaschine mit vorzugsweise 4-Quadranten, und
    • Figur 5 ist ein Diagramm, das Hubpositionen und Druckverläufe beim Betrieb einer Presse mit dem erfindungsgemäßen hydraulisch verstellbaren Ziehkissens zeigt.
    Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Gemäß Fig. 1 weist eine Hydraulikschaltung 10 eines hydraulisch verstellbaren Ziehkissens 1 einen Hydrozylinder 20, eine hydraulische Verdrängersteuerung 30, eine Ventilsteuerung 40, ein proportionales Druckbegrenzungsventil 50, zwei sicherheitsbezogene Wegeventile 70 und 71, zwei Rückschlagventile 73 und 74 und ein Druckbegrenzungsventil 75 auf. Oberhalb des Ziehkissens 1 ist ein Stößel 2 angeordnet, der in Richtung des Ziehkissens 1 bewegbar ist und in der Folge eine Presskraft auf das Ziehkissen 1 ausüben kann. Ferner kann ein Positionssensor 3 vorgesehen sein, der die Position des Stößels 2 erfasst, z. B. in Prozent von 0 % an einer höchsten Position oder oberen Totpunkt oder. Ausgangsposition bis 100 % an einer niedrigsten Position oder an einem unteren Totpunkt.
  • Die Ausgestaltung der Hydraulikschaltung 10 wird nun im Folgenden anhand Fig. 1 näher erläutert. Das hydraulisch verstellbare Ziehkissen 1 weist den Hydrozylinder 20 auf, der hier beispielsweise ein Differentialzylinder ist, bei dem ein Kolben 21 nur einseitig eine Kolbenstange aufweist und der durch den Kolben 21 in eine Ringkammer 22 als zweiter Zylinderraum und eine Kolbenkammer 23 als erster Zylinderraum unterteilt ist. Der Hydrozylinder 20 mit Kolben 21 bildet hier eine Ziehkissenachse, wobei an dem einen Ende der Kolbenstange des Kolbens 21 außerhalb des Hydrozylinders 20 nicht dargestellte Mittel zum Halten und Umformen eine Werkzeug- bzw. Ziehteils vorgesehen sein können. Ein durch die Mittel zum Halten eingespanntes Ziehteil kann in einem später beschriebenen Ziehvorgang, in dem das Ziehkissen 1 und der Stößel 2 betrieben werden, durch die Ziehkraft vom Ziehkissen 1 und durch die Presskraft vom Stößel 2 umgeformt werden.
  • Gemäß Fig. 1 ist die Kolbenkammer 23 ist über einen Strömungspfad (erster Zweig) Z1 über zwei sicherheitsbezogene Wegeventile 70 und 71 und eine Ventilsteuerung 40 mit der hydraulischen Verdrängersteuerung 30 verbindbar oder von dieser trennbar. Die Ringkammer 22 ist über einen zum ersten Zweig Z1 parallelen weiteren Strömungspfad ebenfalls über die Ventilsteuerung 40 mit der hydraulischen Verdrängersteuerung 30 verbindbar oder von dieser trennbar. An den ersten Zweig Z1 zwischen der Kolbenkammer 23 und dem Wegeventil 70 ist ein Strömungspfad angeschlossen, der diesen mit einem Tank T verbindet und in dem das Druckbegrenzungsventil 75 angeordnet ist, um bei geschlossenem Wegeventil 70 und bei einem zu hohen Druck Druckmittel aus dem ersten Zweig Z1 in den Tank T abzulassen.
  • Bei den beiden sicherheitsbezogenen Wegeventilen 70 und 71 handelt es sich in dieser Ausführungsform um zwei 2/2-Wegeventile, die jeweils über einen Schieber zwischen einem geöffneten oder geschlossenen Zustand umschaltbar sind und somit den ersten Zweig Z1 öffnen oder schließen können. Der jeweilige Schieber ist mit einer Federkraft einer jeweiligen Feder in eine Schließrichtung beaufschlagt. Des Weiterem wird der geschlossene Zustand von im dem 2/2-Wegeventil eingebauten Endschalter nach dem Erreichen der sicheren Grundstellung überwacht.
  • Die im ersten Zweig Z1 zwischen der hydraulischen Verdrängersteuerung 30 und der Ringkammer 22 und Kolbenkammer 23 angeordnete Ventilsteuerung 40 weist hier ein stetiges bzw. proportional verstellbares 4/3-Wegevorsteuerventil 41 auf, über das die Ringkammer 22 oder die Kolbenkammer 23 über den ersten Zweig Z1 mit der Verdrängersteuerung 30 verbindbar oder von dieser trennbar sind. Dazu weist das proportional verstellbare 4/3-Wegevorsteuerventil 41 einen Ventilschieber auf, der in einer ersten Schieberposition beide Kammern 22 und 23 von der Verdrängersteuerung 30 trennt. In einer zweiten Schieberposition verbindet der Ventilschieber die Kolbenkammer 23 mit der Verdrängersteuerung 30 und die Ringkammer 22 mit dem Tank T, was später genauer beschrieben wird. Demgegenüber verbindet der Ventilschieber in einer dritten Schieberposition die Ringkammer 22 mit der Verdrängersteuerung 30 und die Kolbenkammer 23 mit dem Tank T.
  • Gemäß Fig. 1 ist in der Hydraulikschaltung 10 ferner ein zum ersten Zweig Z1 parallel verlaufender Strömungspfad (zweiter Zweig) Z2 vorgesehen. Der zweite Zweig Z2 verbindet die Verdrängersteuerung 30 mit dem Druckbegrenzungsventil 50 und ist hier jeweils an seinem einen Ende zwischen der Verdrängersteuerung 30 und der Ventilsteuerung 40 und an seinem anderen Ende zwischen dem 4/3-Wegevorsteuerventil 41 der Ventilsteuerung 40 und dem sicherheitsbezogenen Wegeventil 71 an den ersten Zweig Z1 angeschlossen. In einem Abschnitt des zweiten Zweigs Z2, der an den ersten Zweig Z1 zwischen der Ventilsteuerung 40 und dem sicherheitsbezogenen Wegeventil 71 angeschlossen ist, ist dabei das Rückschlagventil 73 angeordnet, das einen Strom vom zweiten Zweig Z2 in den ersten Zweig Z1 sperrt. Ferner ist an den zweiten Zweig Z2 zwischen der Verdrängersteuerung 30 und dem Druckbegrenzungsventil 50 ein Strömungspfad angeschlossen, der diesen mit einem Tank T verbindet und in dem das Druckbegrenzungsventil 74 angeordnet, um bei einem zu hohen Druck Druckmittel aus dem ersten Zweig Z2 in den Tank T abzulassen.
  • Die Verdrängersteuerung 30 weist eine Hydromaschine 31 auf. Sie kann dabei derart ausgelegt sein, dass sie ein großes Hubvolumen und eine geringe Trägheit aufweist. Ferner weist die Hydromaschine 31 zwei Anschlüsse A1, A2 auf, über die vorzugsweise jeweils Druckmittel zuführbar und abführbar ist.
  • Fig. 2 zeigt eine Hydraulikschaltung 10 des hydraulisch verstellbaren Ziehkissens 1 gemäß einer ersten Ausführungsform.
  • Ähnlich wie vorstehend anhand Fig. 1 erläutert ist gemäß Fig. 2 die Kolbenkammer 23 über den ersten Zweig Z1, der die beiden sicherheitsbezogenen Wegeventile 70 und 71 und die Ventilsteuerung 40 mit dem proportional verstellbaren 4/3-Wegevorsteuerventil 41 enthält, mit der hydraulischen Verdrängersteuerung 30 verbindbar oder von dieser trennbar. Ferner ist die Ringkammer 22 über einen zum ersten Zweig Z1 parallel vorgesehen dritten Zweig Z3 und über die Ventilsteuerung 40 mit der hydraulischen Verdrängersteuerung 30 verbindbar oder von dieser trennbar. Ferner ist wie vorstehend anhand Fig.1 erläutert an den ersten Zweig Z1 zwischen der Kolbenkammer 23 und dem Wegeventil 70 ein vierter Zweig Z4 angeschlossen, der den ersten Zweig Z1 über das Druckbegrenzungsventil 75 mit dem Tank T verbindet.
  • Das proportional verstellbare 4/3-Wegevorsteuerventil 41, hier ein vorgesteuertes proportionales 4/3-Wegeventil mit integrierter Elektronik (OBE) und Positionsrückführung, weist den vorstehend genannten Ventilschieber auf, der in der ersten Schieberposition beide Kammern 22 und 23 von der Verdrängersteuerung 30 trennt. In der zweiten Schieberposition verbindet der Ventilschieber die Kolbenkammer 23 über den ersten Zweig Z1 mit der Verdrängersteuerung 30 und die Ringkammer 22 über den dritten Zweig Z3 und den vierten Zweig Z4 mit dem Tank T. Demgegenüber verbindet der Ventilschieber in der dritten Schieberposition die Ringkammer 22 über den dritten Zweig Z3 mit der Verdrängersteuerung 30 und die Kolbenkammer 23 über den ersten Zweig Z1 und den vierten Zweig Z4 mit dem Tank T.
  • Ein fünfter Zweig Z5 ist an den ersten Zweig Z1 zwischen den beiden sicherheitsbezogenen 2/2-Wegeventilen 70 und 71, an den dritten Zweig Z3 zwischen der Ringkammer 22 und der Ventilsteuerung 40, an den vierten Zweig zwischen dem Druckbegrenzungsventil 74 und dem Tank T und an einen später beschriebenen Steuerzweig S angeschlossen. Im fünften Zweig Z5 ist eine Ventilsteuerung 80 mit einem direktgesteuerten 4/3-Wegeventil 81 angeordnet. Das direktgesteuertes 4/3-Wegeventil 81 weist einen Ventilschieber auf, der in einer ersten Schieberposition den ersten Zweig Z1, den dritten Zweig Z3, den vierten Zweig Z4 und den Steuerzweig S trennt. In einer zweiten Schieberposition verbindet der Ventilschieber des direktgesteuerten 4/3-Wegeventils 81 die Kolbenkammer 23 über den ersten Zweig Z1 mit dem Steuerzweig S und die Ringkammer 22 über den dritten Zweig Z3 und den vierten Zweig Z4 mit dem Tank T. Demgegenüber verbindet der Ventilschieber des direktgesteuerten 4/3-Wegeventils 81 in einer dritten Schieberposition die Kolbenkammer 23 über den ersten Zweig Z1 und den vierten Zweig Z4 mit dem Tank T und die Ringkammer 22 über den dritten Zweig Z3 mit dem Steuerzweig S.
  • Gemäß Fig. 2 ist in der Hydraulikschaltung 10 ferner der zweite Zweig Z2 vorgesehen, der die Verdrängersteuerung 30 mit dem Druckbegrenzungsventil 50 verbindet. In einem Abschnitt des zweiten Zweigs Z2, der an den ersten Zweig Z1 zwischen der Ventilsteuerung 40 und dem Wegeventil 71 angeschlossen ist, ist dabei das Rückschlagventil 73 angeordnet, das einen Strom vom zweiten Zweig Z2 in den ersten Zweig Z1 sperrt.
  • Im zweiten Zweig Z2 ist ein weiteres Rückschlagventil 72 zwischen der Verdrängersteuerung 30 und dem Druckbegrenzungsventil 50 angeordnet, das einen Strom vom Druckbegrenzungsventils 50 zur Verdrängersteuerung 30 sperrt.
  • Das Druckbegrenzungsventil 50 ist hier ein verstellbares vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil, das eine Hauptstufe 51, eine Steuerkammer 52, über die ein Druck zum Öffnen der Hauptstufe 51 einstellbar ist, und ein Druckbegrenzungsventil 53 umfasst.
  • An den zweiten Zweig Z2 ist der vorstehend genannte Steuerzweig S über ein Rückschlagventil 77 angeschlossen, das in Richtung des zweiten Zweigs Z2 sperrt. Der Steuerzweig S verbindet den zweiten Zweig Z2 mit der Steuerkammer 52 und, über das Druckbegrenzungsventil 53, den zweiten Zweig Z2 mit dem vorgesteuerten proportionalen 4/3-Wegevorsteuerventil 41 der Ventilsteuerung 40, mit dem direktgesteuerten 4/3-Wegeventil 81 und einer externen Rücklaufleitung SL. Das Druckbegrenzungsventil 53 begrenzt den Druck im Steuerzweig S.
  • Die Verdrängersteuerung 30 in dieser Ausführungsform weist als Hydromaschine 31 eine verstellbare Pumpe auf, die im 1-Quadranten- Betrieb (oder im nicht gezeigten 4-Quadranten- Betrieb) einsetzbar und durch einen positionsgeregelten drehzahlvariablen Antrieb bzw. Elektromotor 32 mit einer kleinen Drehzahl antreibbar ist. Bei diesem handelt es sich beispielsweise um einen Torquemotor mit einer geringen Trägheit. Des Weiteren kann dieser derart ausgelegt sein, dass er mit einer geringen Drehzahl einsetzbar ist. Durch die geringe Trägheit und den geringen Drehzahlen weist der Torquemotor somit eine hohe Dynamik auf. Die Kombination des Elektromotors 32 mit der Hydromaschine 31, welche entsprechend der vorbeschriebenen Weise ausgelegt sind, führt zu einer Verdrängersteuerung, mit der innerhalb kürzester Zeit hohe Volumenströme umgesetzt werden können, womit der Kolben 21 des Zylinders 20 mit einer hohen Geschwindigkeit aus- und einfahrbar ist und schnelle Richtungsänderungen des Kolbens 21 erfolgen können oder schnell ein hoher Druck im zweiten Zweig Z2 aufgebaut und zuverlässig aufrechterhalten werden kann. Ferner weist die Verdrängersteuerung 30 eine fernsteuerbare proportionale Druckbegrenzung 33 auf, die ein Hubvolumen der Pumpe über die mechanische Pumpensteuerung MPS ihrem aktuellen Verbrauch anpasst, sodass ein vorgegebener Druck im zweiten Zweig Z2 konstant gehalten werden kann.
  • Der Anschluss A1 der Hydromaschine 31 ist mit der Hydraulikschaltung 10 und der Anschluss A2 über einen Strömungspfad mit einem Tank, beispielsweise dem Tank T verbunden, so dass die Hydromaschine 31 am Anschluss A2 ein Druckmittel aus dem Tank T ziehen und durch am Anschluss A1 in die Hydraulikschaltung 10 fördern kann. Auf der anderen Seite ist es möglich, dass die die Hydromaschine 31 durch den Anschluss A1 Druckmittel aus der Hydraulikschaltung 10 aufnimmt und durch den Anschluss A2 in den Tank T ablässt.
  • Fig. 3 zeigt eine Hydraulikschaltung 10 des hydraulisch verstellbaren Ziehkissens 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Hydraulikschaltung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Hydraulikschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass das Rückschlagventil 72 nicht vorgesehen ist und somit Druckmittel vom Druckbegrenzungsventils 50 zur Verdrängersteuerung 30 fließen kann.
  • Die Verdrängersteuerung 30 in dieser Ausführungsform weist als Hydromaschine 31 eine verstellbare Pumpe auf, die im 2- Quadranten- Betrieb (oder im nicht gezeigten 4-Quadranten- Betrieb) einsetzbar und durch einen positionsgeregelten drehzahlvariablen Antrieb bzw. Elektromotor 32 mit einer Drehzahl antreibbar ist. Bei diesem handelt es sich beispielsweise um einen Torquemotor mit einer geringen Trägheit. Des Weiteren kann dieser derart ausgelegt sein, dass er mit einer geringen Drehzahl einsetzbar ist. Durch die geringe Trägheit und den geringen Drehzahlen weist der Torquemotor somit eine hohe Dynamik auf. Die Kombination des Elektromotors 32 mit der Hydromaschine 31, welche entsprechend der vorbeschriebenen Weise ausgelegt sind, führt zu einer Verdrängersteuerung, mit der innerhalb kürzester Zeit hohe Volumenströme umgesetzt werden können, womit der Kolben 21 des Zylinders 20 mit einer hohen Geschwindigkeit aus- und einfahrbar ist und schnelle Richtungsänderungen des Kolbens 21 erfolgen können oder schnell ein hoher Druck im zweiten Zweig Z2 aufgebaut und zuverlässig aufrechterhalten werden kann. Ferner weist die Verdrängersteuerung 30 eine fernsteuerbare proportionale Volumenstromregelung 33 auf, die ein Hubvolumen der Pumpe über die elektrische Pumpensteuerung EPS ihrem aktuellen Verbrauch anpasst, sodass ein vorgegebener Druck im zweiten Zweig Z2 konstant gehalten werden kann.
  • Der Anschluss A1 der Hydromaschine 31 ist mit der Hydraulikschaltung 10 und der Anschluss A2 über einen Strömungspfad mit einem Tank, beispielsweise dem Tank T verbunden, so dass die Hydromaschine 31 am Anschluss A2 ein Druckmittel aus dem Tank T ziehen und durch am Anschluss A1 in die Hydraulikschaltung 10 fördern kann. Auf der anderen Seite ist es möglich, dass die die Hydromaschine 31 durch den Anschluss A1 Druckmittel aus der Hydraulikschaltung 10 aufnimmt und durch den Anschluss A2 in den Tank T ablässt.
  • Fig. 4 zeigt eine Hydraulikschaltung 10 des hydraulisch verstellbaren Ziehkissens 1 gemäß einer dritten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform ist die Hydromaschine 31 eine Pumpe mit Servomotor und Anflanschblock, die im 4-Quadranten Betrieb betreibbar ist. Die in sicherheitsbezogenen 2/2-Wegeventile 70 und 71 sind in dieser Ausführungsform als steuerbare Blockeinbauventile ausgeführt und es ist ein weiteres schaltbares Druckbegrenzungsventil 76 vorgesehen. Dieses halb-geschlossene Konzept soll vorzugsweise in Servo-hydraulischen Pressen Anwendung finden.
  • Im Folgenden werden anhand Fig. 5 beispielhafte Verfahren zum Steuern eines Ziehkissens 1 gemäß der in Fig. 2 bis 4 gezeigten ersten bis dritten Ausführungsformen in einem Ziehvorgangs erläutert. Wie vorstehend erläutert wird das Ziehkissen 1 vorzugsweise in hydraulischen Pressen sowie Servopressen in der Karosseriefertigung verwendet.
  • Im Diagramm a) in Fig. 5 ist eine (Höhen-)Position x über eine Zeit t abgebildet. Die Kennlinie 100 zeigt dabei die Position des erfindungsgemäßen Ziehkissens 1 in einer Presse und die darüber liegende Kennlinie 200 die Position eines Stößels 2.
  • Das Diagramm b) in Fig. 5 zeigt den Verlauf eines Drucks P über eine Zeit t, der in der Hydraulikschaltung 10 des erfindungsgemäßen Ziehkissens 1 an der Hauptstufe 51 des Druckbegrenzungsventils 50 und in der Kolbenkammer 23 auftritt. Demgegenüber zeigt das Diagramm c) in Fig. 5 den Verlauf eines Drucks P über eine Zeit t, der in einer Hydraulikschaltung eines aus dem Stand der Technik bekannten Ziehkissens an einem in seiner Funktion dem Druckbegrenzungsventil 50 äquivalenten Druckbegrenzungsventil und einer Kolbenkammer eines Ziehkissen-Hydrozylinders aufritt. Wie vorstehend erläutert begrenzt das Druckbegrenzungsventil 50 den Druck in der Hydraulikschaltung 10, genauer gesagt im zweiten Zweig Z2, der durch ein Verdrängen von Druckmittel aus der Kolbenkammer 23 durch die im Ziehvorgang vom Stößel 2 auf das Ziehkissen 1 ausgeübte Ziehkraft im zweiten Zweig Z2 auftritt.
  • Demzufolge zeigen die Diagramme a) bis c) in Fig. 5 den Verlauf eines Drucks in einem Ziehkissen-Hydrozylinder gegenüber der Positionen von Stößel und Ziehkissen über den Verlauf eines Ziehvorgangs, in dem eine Ziehteil zwischen Stößel und Ziehkissen eingespannt und durch die vom Stößel auf das Ziehkissen ausgeübte Ziehkraft umgeformt wird.
  • Zu einem Zeitpunkt t0 befinden sich sowohl der Stößel 2 als auch das Ziehkissen 1 in einer Ausgangsposition in der höchsten bzw. niedrigsten Position, in der z. B. ein umzuformendes Ziehteil eingespannt entnommen bzw. eingeführt werden kann.
  • Zu einem Zeitpunkt t1 wird die Presse in Betrieb genommen und der Stößel 2 und das Ziehkissen 1 aufeinander zubewegt. Dies wird z. B. dadurch erreicht, dass der Ventilschieber des proportional verstellbaren 4/3-Wegevorsteuerventil 41 in die zweite Schieberposition geschalten wird, wobei eine Verbindung zwischen der Hydromaschine 31 der Verdrängersteuerung 30 und der Kolbenkammer 23 über den ersten Zweig Z1 geschaffen wird, und die Hydromaschine 31 so angesteuert wird, dass sie Druckmittel aus dem Tank T in die Kolbenkammer 23 fördert, wodurch der Kolben 21 ausgefahren und das Ziehkissen 1 angehoben wird. Der Kolben 21 kann dabei hydraulisch oder servomotorisch angetrieben sein.
  • Gemäß dem Diagramm a) in Fig. 5 stoppt die Bewegung des Ziehkissens 1 kurz vor einem Zeitpunkt t2, wohingegen sich der Stößel 2 weiter auf das Ziehkissen 1 zubewegt
  • Gemäß dem Diagramm b) in Fig. 5 wird von einem Zeitpunkt t2 zu einem Zeitpunkt t3, zu denen sich wie in Diagramm a) gezeigt der Stößel 2 und das Ziehkissen 1 noch aufeinander zubewegen, der Druck im zweiten Zweig Z2 von einem Ausgangsdruck auf einen vorgegebenen Vorspanndruck pp angehoben. Dies wird dadurch erreicht, dass die Hydromaschine 31 der Verdrängersteuerung 30 so angesteuert wird, dass sie Druckmittel aus dem Tank T in den zweiten Zweig Z2 fördert und sich somit der Vorspanndruck pp aufbauen kann. Dabei kann die fernsteuerbare Druckbegrenzung 33 den Druck im zweiten Zweig Z2 erfassen und das Hubvolumen der Hydromaschine 31 dementsprechend so anpassen, dass der vorgegebene Vorspanndruck pp im zweiten Zweig Z2 konstant gehalten werden kann. Der Vorspanndruck pp ist dabei so eingestellt, dass er ein Voröffnen der Hauptstufe 51 des Druckbegrenzungsventils 50 und ein Vorspannen der Steuerkammer 52 des Druckbegrenzungsventils 50 bewirkt. Ferner kann er so eingestellt sein, dass er direkt einem später beschriebenen Ziehdruck pd entspricht und ein Öffnen des Druckbegrenzungsventils 50 bewirkt. Ferner bewirkt der der Vorspanndruck pp. Demgegenüber wird, wie in Diagramm c) in Fig. 5 gezeigt, zu diesen Zeitpunkten ein aus dem Stand der Technik bekannten Ziehkissen nicht mit Druck vorgespannt.
  • Gemäß dem Diagramm a) in Fig. 5 stoppt die Bewegung des Ziehkissens 1 kurz vor einem Zeitpunkt t4, wohingegen sich der Stößel 2 weiter auf das Ziehkissen 1 zubewegt. Zu einem Zeitpunkt t4 trifft der Stößel 2 auf das Ziehkissen 1 auf und bewirkt eine Verschiebung desselben bis zu einem Zeitpunkt t5.
  • Durch das Auftreffen des Stößels 2 auf das Ziehkissen 1 wird der Kolben 21 durch die vom Stößel 2 ausgeübte Presskraft eingefahren, verdrängt Druckmittel aus der Kolbenkammer 23 und fördert es zum Druckbegrenzungsventil 50. Gemäß dem Diagramm b) in Fig. 5 wird dadurch der Druck an der Hauptstufe 51 des Druckbegrenzungsventil 50 und in der Kolbenkammer 23 vom Vorspanndruck pp auf den vorgegeben Ziehdruck pd gesteigert. Der vorgegeben Ziehdruck pd bewirkt, dass sich die Hauptstufe 51 des vorgesteuerten Druckbegrenzungsventils 50 vollständig arbeitsgemäß öffnet und Druckmittel aus dem Hydraulikschaltung 10 in den Tank T entweichen kann. Da zum Zeitpunkt t4 durch den Vorspanndruck pp die Hauptstufe 51 des Druckbegrenzungsventils 50 vorgeöffnet, die Steuerkammer 52 des Druckbegrenzungsventils 50 vorgespannt und die Druckdifferenz zwischen Vorspanndruck pp und Ziehdruck pd gering ist, kommt es nicht zu einem Überschwingen der Hauptstufe. Ferner wird zum Zeitpunkt t4 die Hydromaschine 31 so angesteuert, dass sie das Fördern von Druckmittel in den zweiten Zweig Z2 einstellt.
  • Demgegenüber kommt es gemäß dem Diagramm c) in Fig. 5 zum Zeitpunkt t4 auf die vorstehend beschriebene Weise zu einem starken Druckanstieg am vorgesteuerten Druckbegrenzungsventil des aus dem Stand der Technik bekannten Ziehkissens. Im gezeigten Beispiel kommt es nach dem Aufbau eines Steuerdrucks in der Steuerkammer zu einem Schließen der Hauptstufe des Druckbegrenzungsventils, was zu einer Druckspitze führt. Anschließend schwingt die Hauptstufe um den Ziehdruck pd bis zum Zeitpunkt t5, wodurch der beabsichtigte Ziehdruck pd nur unzureichend erreicht werden kann.
  • Gemäß dem Diagramm a) in Fig. 5 erreicht der Stößel 2 zum Zeitpunkt t5 seinen Totpunkt UT, also seinen konstruktions- oder verfahrensbedingten Tiefpunkt, wodurch seine Bewegung sowie auch die Positionsverschiebung des Ziehkissens 1 gestoppt wird. Gemäß Diagramm c) in Fig. 5 kommt es daher am Druckbegrenzungsventil und in der Kolbenkammer des aus dem Stand der Technik bekannten Ziehkissens zu einer progressiven Abnahme des Ziehdrucks aufgrund von bedingten Leckage (minimaler Volumenstrom zum Tank) durch Fertigungstoleranzen vom Hydrozylinder und der Ventile, was schließlich zu einer Verkürzung eines Härteverfahrens bzw. einer plastischen Verformung des umzuformenden Ziehteils führt.
  • Um dies zu umgehen wird, wie in Diagramm b) in Fig. 5 gezeigt, der Ziehdruck pd vom Zeitpunkt t5 bis zu einem Zeitpunkt t6 aufrechtgehalten. Dies wird dadurch erreicht, dass zum Zeitpunkt t5 die Hydromaschine 31 so angesteuert wird, dass sie wie vorstehend erläutert Druckmittel aus dem Tank T in den zweiten Zweig Z2 fördert und den Förderstrom mithilfe der fernsteuerbare Druckbegrenzung 33 so einstellt, dass der Ziehdruck pd konstant gehalten werden kann. Somit kann sichergestellt werden, dass das umzuformende Ziehteils adäquat gehärtet bzw. plastische verformt wird.
  • Gemäß dem Diagramm a) in Fig. 5 wird der Ziehvorgang zum Zeitpunkt t6 beendet, indem das Ziehkissen 1 in die Ausgangsposition gefahren wird. Dies wird z. B. dadurch erreicht, dass der Ventilschieber des proportional verstellbaren 4/3-Wegevorsteuerventil 41 in die dritte Schieberposition geschalten wird, wobei eine Verbindung zwischen der Hydromaschine 31 der Verdrängersteuerung 30 und der Ringkammer 22 über den dritten Zweig Z3 geschaffen wird, und durch die Gewichtskraft des Ziehkissens 1 oder durch Fördern von Druckmittel durch die Hydromaschine 31 aus dem Tank T in die Ringkammer 22 der Kolben 21 eingefahren und das Ziehkissen 1 gesenkt wird. Anschließend kann auch der Stößel 2 in seine Ausgangsposition zurückgesetzt werden.
  • Gemäß den Diagramm b) und c) in Fig. 5 wird dadurch zum Zeitpunkt t6 der Druck auf den Ausgangsdruck gesenkt.
  • Im vorstehend erläuterten Verfahren ist es bei den in den Fig. 3 und 4 gezeigten zweiten und dritten Ausführungsform überdies möglich, einen zusätzlichen Rekuperationsschritt auszuführen, um während des Ziehvorgangs Energie zurückzugewinnen und diese beispielsweise in das Netz bzw. in einen Zwischenkreis zurückzuspeisen.
  • Dazu wird beispielsweise vom Zeitpunkt t4, zu dem der Ziehvorgang begonnen hat, bis zum Zeitpunkt t5, an dem der Totpunkt UT erreicht ist, die Hydromaschine 31 so angesteuert, dass sie vom Kolben 21 aus der Kolbenkammer 23 verdrängtes Druckmittel ablässt und einen Volumenstrom des abzulassenden Druckmittels der durch den Positionssensor 3 erfassten Position des Stößels 2 entsprechend einstellt. Der so eingestellte Volumenstrom des durch den Kolben 21 bewegten Druckmittels wird von der Hydromaschine 31, die hier z. B. ein positionsgeregelter drehzahlvariabler Antrieb sein kann, der im 2-Quadranten oder 4-Quadranten Betrieb betreibbar ist, aufgenommen und dadurch der Antrieb in einem Generatorbetrieb betrieben, um elektrische Energie zu erzeugen und diese ins Netz zurückzuspeisen. Der verbleibende Restvolumenstrom des Druckmittels wird über die Hauptstufe 51 des Druckbegrenzungsventil 50 geleitet
  • Nachfolgend wird anhand Fig. 5 ein beispielhafter Rekuperationsschritt erläutert.
  • So z. B. stellt die Verdrängersteuerung 30 bei einer Stößelposition von 80 %, an der sich der Stößel 2 beispielsweise zum Zeitpunkt t4 befindet, zunächst den Volumenstrom des durch die Hydromaschine 31 abzulassenden Druckmittels kurzzeitig auf einen kleinen Wert, z.B. bis 20% eines über die Hauptstufe 51 des Druckbegrenzungsventils 50 und die Hydromaschine 31 abzulassenden Gesamtvolumenstroms, damit wie in Diagramm b) in Fig. 5 gezeigt der Vorspanndruck pp schnell auf den Ziehdruck pd gesteigert werden kann. Sobald der Ziehdruck pd erreicht ist, z. B. an einer Stößelposition von 82 %, stellt Verdrängersteuerung 30 den abzulassenden Druckmittelvolumenstrom an der Hydromaschine 31 auf ein hohen Wert ein, z. B. z. B. 90 % des abzulassenden Gesamtvolumenstroms, da sich wie in Diagramm b) in Fig. 5 gezeigt der Stößel 2 und das Ziehkissen 1 an dieser Position schnell bewegen, wodurch der abzulassende Gesamtvolumenstrom groß ist und nur ein kleiner Teil davon ausreicht, die Hauptstufe 51 offen zu halten und somit den Ziehdruck aufrechtzuhalten. Ab einer Stößelposition von z. B. 92 %, an der sich der Stößel 2 und das Ziehkissen 1 immer mehr verlangsamen und somit der abzulassende Gesamtvolumenstrom abnimmt, verringert die Verdrängersteuerung 30 den über den abzulassenden Druckmittelvolumenstrom der Stößelposition an der Hydromaschine 31 entsprechend sukzessive, bis sie bei einer Stößelposition von 100 % der den über die Hydromaschine 31 abzulassenden Druckmittelvolumenstrom ganz einstellt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ziehkissen
    2
    Stößel
    3
    Positionssensor
    10
    Hydraulikschaltung
    20
    Hydrozylinder
    21
    Kolben
    22
    Ringkammer
    23
    Kolbenkammer
    30
    Verdrängersteuerung
    31
    Hydromaschine
    32
    drehzahlvariabler Antrieb
    33
    fernsteuerbare Druckbegrenzung
    34
    fernsteuerbare Volumenstromregelung
    40
    Ventilsteuerung
    41
    4/3-Wegevorsteuerventil
    50
    Druckbegrenzungsventil
    51
    Hauptstufe
    52
    Steuerkammer
    53, 74, 75,76
    Druckbegrenzungsventil
    70, 71
    sicherheitsbezogenes 2/2 Wegeventil
    72, 73, 77
    Rückschlagventil
    80
    Ventilsteuerung
    81
    4/3-Wegeventil
    100
    Positionskennlinie des Ziehkissens
    200
    Positionskennlinie des Stößels
    A1, A2
    Anschluss
    S
    Steuerzweig
    SL
    Rücklaufleitung
    T
    Tank
    Z1-Z5
    erster bis fünfter Zweig
    pp
    Vorspanndruck
    pd
    Ziehdruck
    UT
    Unterer Totpunkt

Claims (15)

  1. Hydraulisch verstellbares Ziehkissen für eine Presse, wobei die Presse einen Stößel (2) aufweist, der bei Betrieb der Presse in Richtung des Ziehkissens (1) hin- und wegführbar ist, wobei das Ziehkissen (1) wenigstens einen hydraulischen Verdränger (20) aufweist, der über einen hydraulischen Zweig mit einer verstellbaren Hydromaschine (31) fluidisch verbunden ist, über den Druckmittel zum Verdränger (20) zuführbar ist und/oder vom Verdränger (20) abführbar ist, um eine Stellbewegung und/oder Stellposition des Ziehkissens (1) zu steuern, wobei in dem hydraulischen Zweig ein Druckbegrenzungsventil (50) zum Einstellen des Ziehdrucks angeordnet ist.
  2. Ziehkissen nach Anspruch 1, wobei nach Beginn des Ziehvorgangs über die Hydromaschine ein Teil des vom Verdränger (20) verdrängten Druckmittels abgelassen ist, um Energie zu rekuperieren, und der andere Teil des Druckmittels über das Druckbegrenzungsventil (50) abgelassen ist, um den Ziehdruck aufrecht zu erhalten.
  3. Ziehkissen nach Anspruch 2, wobei die Hydromaschine (31) beim Ablassen von Druckmittel über eine Mengenvorgabe gesteuert ist.
  4. Ziehkissen nach Anspruch 3, wobei die Mengenvorgabe aus der Position des Stößels (2) über ein entsprechendes Mittel ermittelt ist.
  5. Ziehkissen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Betrieb der Presse und vor Beginn eines Ziehvorgangs, in dem zwischen dem Stößel (2) und dem Ziehkissen (1) ein Ziehteil eingespannt ist und der Stößel (2) auf das Ziehkissen eine Presskraft ausübt, die verstellbare Hydromaschine (31) und/oder das Druckbegrenzungsventil (50), das steuerbar ist, derart ansteuerbar ist/sind, dass die Hydromaschine (31) Druckmittel in den hydraulischen Zweig derart fördert, dass dieser mit einem Vorspanndruck vorgespannt ist.
  6. Ziehkissen nach Anspruch 5, wobei das Druckbegrenzungsventil (50) derart angesteuert ist, dass vor dem Auftreffen des Stößels (2) auf das Ziehkissen (1) das Druckbegrenzungsventil (50) vorgeöffnet ist.
  7. Ziehkissen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verdränger (20) mit dem hydraulischen Zweig über ein in Strömungsrichtung weg vom Verdränger sich öffnendes Rückschlagventil (73) verbunden ist.
  8. Ziehkissen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Ziehvorgang im Endbereich des Ziehwegs über die Hydromaschine (31) Druckmittel in den Zweig zugeführt ist, um einen gleichmäßigen Ziehdruck aufrecht zu erhalten.
  9. Ziehkissen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hydromaschine (31) eine Verstellhydromaschine und/oder eine drehzahlvariabel gesteuerte Hydromaschine ist.
  10. Ziehkissen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erster hydraulischer Zweig vorgesehen ist, der fluidisch parallel zum hydraulischen Zweig ausgebildet ist, wobei der hydraulische Zweig ein zweiter Zweig ist, wobei im ersten hydraulischen Zweig ein Ventil (40) vorgesehen ist, um Stellbewegungen des Ziehkissens (1) zu steuern.
  11. Ziehkissen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hydromaschine (31) mit einem elektrischen Antrieb im Generatorbetrieb verbunden ist, um die rekuperierte Energie in das Netz oder in den Zwischenkreis zurückzuspeisen.
  12. Ziehkissen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckbegrenzungsventil (50) eine Hauptstufe (51) hat, die von einem Druckbegrenzungsventil (53) als Vorstufe vorgesteuert ist.
  13. Verfahren zum Steuern eines hydraulisch verstellbares Ziehkissens (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den folgenden Schritten:
    - Fördern von Druckmittel durch die verstellbare Hydromaschine (31) in den zweiten hydraulischen Zweig (Z1) vor Beginn des Ziehvorgangs, wenn die Presse betrieben wird und der Stößel (2) noch nicht in Kontakt mit dem Ziehkissen (1) ist, um den zweiten hydraulischen Zweig (Z2) mit einem Druck vorzuspannen,
    - Einstellen des Drucks auf einen Vorspanndruck (pp), der eine Voröffnung des Druckbegrenzungsventils (50) bewirkt, indem der von der verstellbaren Hydromaschine (31) geförderten Strom von Druckmittel gesteuert wird, und
    - Aufrechthalten des Vorspanndrucks (pp) durch den durch die verstellbare Hydromaschine (31) geförderten Strom von Druckmittel in den zweiten hydraulischen Zweig bis zu einem Zeitpunkt, zu dem der Stößel (2) mit dem Ziehkissen (1) in Kontakt kommt.
  14. Verfahren zum Steuern eines hydraulisch verstellbares Ziehkissens (1) nach Anspruch 13, das die folgenden Schritte umfasst:
    - Erfassen des Drucks im zweiten hydraulischen Zweig (Z2) während des Ziehvorgangs mit geeigneten Mitteln (3), und
    - Fördern von Druckmittel durch die verstellbare Hydromaschine (31) in den zweiten hydraulischen Zweig (Z2) während des Ziehvorgangs, wenn der Druck im zweiten hydraulischen Zweig (Z2) unter den Ziehdruck (pd) fällt, um im zweiten hydraulischen Zweig (Z2) den Ziehdruck (pd) aufrechtzuhalten
  15. Verfahren zum Steuern eines hydraulisch verstellbares Ziehkissens (1) nach Anspruch 13 oder 14, das die folgenden Schritte umfasst:
    - Ablassen von Druckmittel aus dem zweiten hydraulischen Zweig (Z2) über die verstellbare Hydromaschine (31), nachdem mit dem Ziehvorgang begonnen wurde,
    - Antreiben der verstellbaren Hydromaschine (31) über den Strom des abgelassenen Druckmittels, wobei die Hydromaschine (31) hierbei als Hydromotor wirkt und einen elektrischen Antrieb im Generatorbetrieb zur Rekuperation von Energie antreibt, und
    - Einstellen des Volumenstroms des über die verstellbare Hydromaschine (31) aus dem zweiten Zweig (Z2) abzulassenden Druckmittels in Abhängigkeit einer Position des Stößels, die über geeignet Mittel (3) ermittelt wird.
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