WO2006000187A1 - Ziehkissen-vorrichtung mit nc-antrieben - Google Patents

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WO2006000187A1
WO2006000187A1 PCT/DE2005/001093 DE2005001093W WO2006000187A1 WO 2006000187 A1 WO2006000187 A1 WO 2006000187A1 DE 2005001093 W DE2005001093 W DE 2005001093W WO 2006000187 A1 WO2006000187 A1 WO 2006000187A1
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WO
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die cushion
cushion device
electric
pressure
controlled
Prior art date
Application number
PCT/DE2005/001093
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Ulrich
Uwe Darr
Rainer Reichenbach
Thomas Spiesshofer
Gebhard Engler
Markus Müller
Original Assignee
Müller Weingarten AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Müller Weingarten AG filed Critical Müller Weingarten AG
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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

Definitions

  • the invention relates to a die cushion device for a forming press according to the preamble of claims 1 or 2.
  • the force and movement of the sheet holder are controlled by electric motors.
  • proportional or servo valves are used to control or regulate the pressures in the sheet holder and thus to control the blank holder force, wherein the blank holder cylinder is associated with a sensor via a control unit, the desired pressure change in the blank holder cylinder in dependence on the respective drawing progress regulated by means of proportional or servo valves.
  • DE 32 42 705 C2 discloses a single-acting drawing press is disclosed, in which the arranged in the press table pressure cheek can be acted upon by several cylinder units with locally different cushion force, in particular to be able to machine asymmetric large drawn parts with locally different desired forces.
  • a different drawability in the respective areas of a workpiece can be achieved by targeted change of the drawing gap.
  • different pressures can be generated for the sheet metal holder. It follows a power regulation for a differentiated support of the pressure cheek, which forwards the different force to the sheet holding device or the workpiece.
  • a press to be used for drawing and deep drawing operations is also known, which is likewise designed as a single-acting press and whose hydraulically supported pressure cheek acts on the lower tool part or the drawing punch.
  • the drawing process on the drawing punch can be influenced in the sense of a sheet metal deformation by targeted pressure influencing of the pressure cheek.
  • hydraulic cylinders are used to condition a controllable force on the pressure cheek.
  • Wegfunk ⁇ functions such as pre-acceleration, run-up, safety-oriented holding in locking positions, drawing depth adjustment are not insignificant mechanical, fluid and control engineering expenses required.
  • increased expenses for movement control arise.
  • hydraulically defined minimum values can not be undershot.
  • the individual pressure points on the one hand allow a mutually differentiated force adjustment during the drawing process and on the other hand to avoid tilting of the pressure cheek due to off-center loading, known from the prior art synchronous coupling of the pressure points unsuitable to one another.
  • the coupling also requires increased expenses for synchronous operation of all involved in the drive for pre-acceleration, standstill, run-up, etc. Weg- transmission elements.
  • the two latter, known from the prior art devices have in common that the drive motors each linear converter, in the form of a rack-pinion pairing or spindle spindle nut and Umlenkgetrieben with the corresponding mechanical translation are arranged downstream.
  • the invention is based on the object starting from the prior art to improve a die cushion device so that when reducing the control and regulation effort, the control behavior is improved and that with a compact design possible a variable force distribution on the blank holder is made possible. Furthermore, the dynamics of the motor-driven pressure points should be improved by reducing the particular rotational moment of inertia for high performance of the die cushion device.
  • the core idea of the invention is to use in a die cushion device with NC drives for each pressure point of a sheet holder or a one-piece pressure cheek operatively connected to a blank holder each independent of adjacent pressure points electric drive, the one another electrically asynchronous or synchronous läge- and / or force-controlled are controllable and with the drives for the main movement of the plunger and / or the secondary movements of workpiece transport elements on the one hand via a, at least sequentially, usable guide shaft and on the other hand via energy storage and / or energy exchange modules are connected.
  • the following configurations are possible in particular for multipoint die-cushion devices:
  • All electric drives can be jointly force and position controlled.
  • At least one additional electric drive is position-controlled.
  • linear or rotary direct drives and on the other hand servomotors with downstream linear converters can be used.
  • linear direct drives Linear ⁇ motors in the interior or exterior of the pressure cheek can be arranged.
  • the secondary part belonging to the linear motor is fastened to the pressure cheek, which, depending on the force requirement, faces one or more primary parts mounted in the press table. It is also possible to exchange the primary and secondary parts with respect to their arrangement.
  • the external linear motor also allows the use of multi-part pressure cheeks sharing of primary or secondary parts by adjacent die cushion devices.
  • servomotors with downstream linear converter, such as a spindle / spindle nut, rack / pinion or a lever mechanism are applicable.
  • the servomotor can be integrated into the rotary part of the linear converter in a compact manner as a rotary direct drive, which higher outputs are possible on the output side by dispensing with additional transmission elements due to reduced moments of inertia.
  • a spindle nut on the one hand be axially connected to a rotary direct drive and on the other hand operatively connected to a rotatably mounted in the pressure cheek spindle.
  • linear converters with separately arranged servomotor, as so-called electric cylinder with, for example, integrated spindle / spindle nut possible.
  • the abovementioned embodiments have in common that one end of the linear transducer is articulated on the pressure cheek, whose pressure bolts are operatively connected to the plate holder of the lower tool.
  • the electric drives By the electric drives a force and position control is performed on the sheet holder, which allows in conjunction with the movement of the plunger pulling the moldings per press stroke.
  • the individual phases of movement on the die cushion device during the press stroke are explained in more detail in the embodiments.
  • pressures varying from one another at the associated plate holder zones can be set.
  • the electric drives can act both directly on the blank holder, as well as on a pressure cheek, which is arranged between the electric drives and the blank holder.
  • Figure 1 die cushion device with linear motors, first embodiment, in a sectional view.
  • Figure 2 die cushion device with linear motors, second embodiment, in a sectional view.
  • Figure 3 die cushion device with electric cylinder in a sectional view.
  • Figure 4 die cushion device with rotary direct drive in a first embodiment in a sectional view.
  • Figure 5 die cushion device with lever mechanism.
  • Figure 6 die cushion device with rotary direct drive in a second embodiment in a sectional view.
  • FIGS. 1 to 5 show, in a simplified representation, the detail of a press with a die-cushion device 2 arranged in the press table 1.
  • electric drives 15 are direct drives in the form of linear motors 7 whose primary and secondary parts 8, 9 are preferably arranged between press table 1 and pressure cheek 3.
  • the need-based arrangement of the primary parts 8 on the pressure cheek 3 or on the press table 1 is possible.
  • more linear motors 7 can be arranged.
  • the linear motors 7 can either take over the same time the leadership function of the pressure cheek 3 or the primary and secondary parts 8, 9 are arranged independently of additional guide elements.
  • adjacent pressure cheeks use a common primary or secondary part.
  • the associated secondary parts are operatively connected to the pressure cheeks of the adjacent die cushion device. It is also conceivable to arrange the secondary parts on the pressure cheeks, which are each in operative connection with an intermediate, jointly usable primary part.
  • the force and position-controlled linear motors 7 are arranged in the interior of the pressure cheek 3 for a die cushion device 2 in multi-point design. While each of the pressure cheek 3 supporting secondary part 6 shots of the storage of secondary parts 9 are used, mounted in the press table 1 primary sub-receptacles 17 are connected to the linear motor 7 belonging primary part 8. For requirements, increased forces, it is advantageous to each arranged between the secondary and primary recording 6, 17 a plurality of secondary and primary parts 9, 8 nested.
  • annular spaces are used in such a way that secondary parts 9 are located on both the outside and inside of the full annular space of the secondary part receptacle 9, each with the primary parts 8 on the outside and inside of the hollow annular space of the primary part receptacle 17 in operative connection.
  • the individual pressure points can be provided with separate guides for the linear motor 7 or the guide is integrated in the annular spaces of the secondary part and primary part holders 6, 17.
  • Figure 3 shows a die cushion device 2 according to a third embodiment with acting on the pressure cheek 3 electric cylinders 10.
  • the electric cylinder 10 are arranged in the inner region of the pressure cheek 3 and are based in the press table 1 from.
  • a linear transducer 16 comes in this embodiment, a system spindle / spindle nut 12, 11 are used.
  • the spindle nut 11 connected to the pressure jaw 3 is non-rotatable and axially movable synchronously with the pressure cheek 3.
  • the associated spindle 12 is axially fixed in the press table 1 rotatably mounted.
  • the remote from the spindle nut 11 end of the spindle 12 is connected via a coupling 13 with a servo motor 14 in operative connection.
  • several, for example, two smaller servomotors 14 with a downstream transfer case can be used instead of a large servo motor.
  • the sheet holder 5 Before placing the upper tool fastened on the ram (not shown) on the sheet metal holder 5 located in the lower tool, the sheet holder 5 is pre-accelerated with the blank or shaped part intended for forming in order to avoid a disadvantageous impact load in the direction of the ram movement.
  • the electric drive 15, either as a servomotor 14 or linear motor 7 in Wirkver ⁇ connection with a position measuring system or via guide shaft to the plunger movement is driven so that after a defined acceleration path, the upper tool impinges on the blank holder 5 with a remaining relative speed.
  • the electric drive 15 is reversed into the braking mode in the impact phase, whereby the electric drive 15 assumes the force function for generating the drawing force required for forming the blank or the molded part by resistance-controlled braking in generator operation.
  • the movement of the pressure cheek 3 takes place passively during the drawing process by the movement of the tappet, wherein the energy obtained in this phase can advantageously be fed back into the energy cycle of the system.
  • a synchronous movement of the die cushion device 2 takes place both to the main movement of the plunger, as well as the secondary movement of, for example workpiece transport elements, so that a collision freedom is secured even with a narrow tolerance window.
  • the aforementioned travel functions can be taken over synchronously by all electric drives 15 together or the travel function is taken over by only a portion of the electric drives 15 used for the force function in accordance with the energy requirement.
  • At least one additional, for example, centrally arranged electric drive 15 is used for the path function.
  • This last-mentioned electric drive 15 can be both a direct drive in the form of a linear motor 7 or an electric cylinder 10 with a downstream linear converter 16.
  • the electric drives 15, which are not actively involved in the run-up to start their operation in the generator mode also recovered energy in the energy cycle of the plant.
  • FIG. 5 An alternative embodiment of the linear transducer 16 can be seen from Figure 5, in which a respectively located at the output of the servo motor 14 lever 20 is operatively connected to the pressure cheek 3.
  • a respectively located at the output of the servo motor 14 lever 20 is operatively connected to the pressure cheek 3.
  • the left half of the pressure cheek 3 is in the highest position at the start of drawing.
  • the position in the right half represents the lowest level of the pressure cheek 3 after completion of the drawing phase and before the start of the run-up phase.

Abstract

Die Anmeldung betrifft eine Ziehkissen-Vorrichtung mit NC-Antrieben (15) für jeden Druckpunkt eines Blechhalters (5) oder einer mit einem Blechhalter (5) wirkverbundenen einteiligen Druckwange (3) einen jeweils von benachbarten Druckpunkten unabhangigen Elektroantrieb (15), die zueinander elektrisch asynchron oder synchron lage- und/oder kraftgeregelt steuerbar sind und mit den Antrieben für die Hauptbewegung des Stössels und/oder den Nebenbewegungen von Werkstucktransportelementen einerseits über eine, zumindest sequentiell, nutzbare Leitwelle und andererseits über Energiespeicher- und/oder Energieaustausch-Module verbunden Bind. Die Anmeldung betrifft ebenfalls eine Ziehkissen-Vorrichtung wobei die Druckbeaufschlagung auf den Blechhalter (5) mit mindestens einem linearen und/oder rotatorischen Direktantrieb (7, 21) regelbar ist.

Description

"Ziehkissen-Vorrichtung mit NC-Antrieben"
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Ziehkissen-Vorrichtung für eine Umformpresse nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 oder 2. Bei diesen Lösungen werden die Kraft und die Bewegung des Blechhalters mittels Elektromotoren gesteuert.
Stand der Technik
Mechanische und hydraulische Pressen sind Maschinen der Umformtechnik zur Bearbeitung von Werkstücken und insbesondere Blechteilen. Zum Umformen von Ziehteilen ist es erforderlich, das Werkstück in spezieller Weise zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug der Presse einzuspannen, wobei verschiedenartige Blechhaltesysteme bekannt sind. Aus der Zeitschrift Bleche Rohre Profile 39 (1992), Seiten 44 bis 48, sind Zieheinrichtungen bekannt geworden, die teilweise ein aufwendiges System mit Steuerung beinhalten, um eine gezielte Übertragung der Blechhaltekräfte zu ermöglichen. Bei Ziehpressen unterscheidet man zwischen den so genannten doppelt wirkenden und einfach wirkenden Pressen, wobei bei doppelt wirkenden Ziehpressen der den Pressenstößel umgebende Blechhalterstößel eine gegenüber diesem voreilende Bewegung durchführt und im nachfolgenden Stillstand das Blech so lange gezielt und ggf. geregelt nachgebend festhält, bis der Umformvorgang am Werkstück beendet ist. Eine solche Regelung der Blechhaltekraft während des Ziehvorgangs zeigt beispielsweise die DE 36 40 507 C2.
Bei dieser bekannten Einrichtung werden zur Steuerung bzw. Regelung der Drücke in den Blechhaltergarnituren und damit zur Regelung der Blechhalterkraft Proportional- oder Servoventile eingesetzt, wobei dem Blechhalterzylinder ein Sensor zugeordnet ist, der über ein Steuergerät die gewünschte Druckänderung im Blechhalterzylinder in Abhängigkeit von dem jeweiligen Ziehfortschritt mittels der Proportional- oder Servoventile regelt.
Bei einfach wirkenden Pressen ist demgegenüber nur ein einfacher Pressenstößel vorhanden. Durch eine Anordnung eines zusätzlichen Ziehapparates im Pressentisch wird bei einfach wirkenden Pressen ein Ziehstempel auf der Aufspannplatte eines Pressentisches befestigt, während ein zusätzlicher Blechhalter auf ihm verschiebbar gelagert ist und von unten her über mehrere Druckstifte unter Einwirkung einer Druckwange steht. Dabei ist die Ziehmatrize am Pressenstößel befestigt (Bleche Rohre Profile, 39 (1992), Seiten 44 und 45) .
In der DE 32 42 705 C2 ist eine einfach wirkende Ziehpresse offenbart, bei welcher die im Pressentisch angeordnete Druckwange von mehreren Zylindereinheiten mit örtlich unterschiedlicher Kissenkraft beaufschlagbar ist, um insbesondere auch asymmetrische große Ziehteile mit örtlich unterschiedlich erwünschten Kräften bearbeiten zu können. Durch diese unterschiedliche Regelung der Kräfte an einer Druckwange kann ein unterschiedliches Ziehvermögen in den jeweiligen Bereichen eines Werkstücks durch gezielte Veränderung des Ziehspaltes erreicht werden. Für Werkstücke, die eine asymmetrische Kraftbeaufschlagung erfordern, können damit unterschiedliche Drücke zur Blech- halterung erzeugt werden. Es folgt eine Kraftregulierung für eine differenzierte Unterstützung der Druckwange, wobei diese die unterschiedliche Kraft auf die Blechhalteeinrichtung bzw. das Werkstück weiterleitet. Aus der EP 01 73 184 Bl ist weiterhin eine für Zieh- und Tiefziehoperationen zu ver¬ wendende Presse bekannt, die ebenfalls als einfach wirkende Presse ausgebildet ist und deren hydraulisch abgestützte Druckwange auf das Werkzeugunterteil bzw. den Ziehstempel einwirkt. Auch hier kann durch eine gezielte Druckbeein¬ flussung der Druckwange der Ziehvorgang am Ziehstempel im Sinne einer Blechverformung beeinflusst werden.
Bei allen oben beschriebenen Ziehkissenvorrichtungen werden zur Aufbereitung einer regelbaren Kraft auf die Druckwange, Hydraulikzylinder eingesetzt. Für die Erzeugung der Wegfunk¬ tionen, wie Vorbeschleunigung, Hochlauf, sicherheitsgerechtes Halten in Rastpositionen, Ziehtiefenverstellung sind nicht unerhebliche mechanische, fluid- und steuerungstechnische Aufwendungen erforderlich. Zur Vermeidung von Kollisionen zwischen der Bewegung der Ziehkissen-Vorrichtung und beispielsweise den Formteil-Transportelementen entstehen erhöhte Aufwendungen zur Bewegungskontrolle. Bei der Regelung der Ziehkräfte können hydraulisch bedingt definierte Minimalwerte nicht unterschritten werden.
In jüngster Zeit sind Ziehkissen bekannt geworden, bei denen die Kissenkraft mittels elektrischer Antriebe erzeugt wird.
In der US 54 35 166 A ist eine, die Kissenkraft durch Servo¬ antriebe erzeugende Zieheinrichtung im Tisch einer Presse offenbart, wobei der Servoantrieb über ein Getriebe und Zahnstange mit der Kissenplatte verbunden ist. Dabei können entweder mehrere, jeweils untereinander mechanisch gekoppelte Servoantriebe auf eine gemeinsame Druckwange wirken oder ein Servoantrieb wirkt unabhängig von anderen auf je ein Druck- wangenelement einer mehrteiligen Druckwange.
Aus der DE 198 21 159 Al ist eine Vorrichtung im Tisch einer Probierpresse bekannt, deren Druckwange mit Motoren über ein System Spindel-/Spindelmutter so wirkverbunden ist, dass der an der Kissenplatte gegen die Abwärtsbewegung des Stößels erzeugte Widerstand durch die Motoren steuerbar ist. Mit den elektrisch oder mechanisch schlupffrei gekoppelten An- und Abtriebsmotoren soll die Kippungsbewegung der Druckwange verhindert werden.
Für eine Anwendung, insbesondere in Großpressen mit Mehrpunkt- zieheinrichtungen und einteiliger Druckwange, deren einzelne Druckpunkte einerseits eine untereinander differenzierte Krafteinstellung während des Ziehvorganges ermöglichen und andererseits eine Kippung der Druckwange infolge außermittiger Belastung vermeiden sollen, ist die aus dem Stand der Technik bekannte Synchronkopplung der Druckpunkte untereinander ungeeignet . Die Kopplung erfordert darüber hinaus erhöhte Aufwendungen für den Synchronlauf aller am Antrieb für die Vorbeschleunigung, Stillstand, Hochlauf usw. beteiligten Weg- Übertragungselemente. Den beiden letztgenannten, aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen ist gemeinsam, dass den Antriebsmotoren jeweils Linearwandler, in Form einer Zahnstangen-Ritzel-Paarung oder Spindel-Spindelmutter und Umlenkgetrieben mit der entsprechenden mechanischen Übersetzung nachgeordnet sind. Durch die Vielzahl der im Kraftfluss liegenden Elemente ist einerseits die Forderung nach hoher Steifigkeit der Ziehvorrichtung schwierig zu erfüllen und andererseits wird die Dynamik durch den erhöhten Anteil rotatorischer Trägheitsmomente beeinflusst. Darüber hinaus erfordert die Anwendung einer Spindel-Spindelmutter eine erhöhte Baulänge.
Aufgabe und Vorteil der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom Stand der Technik, eine Ziehkissen-Vorrichtung so zu verbessern, dass bei Reduzierung des Steuerungs- und Regelungsaufwandes das Regelverhalten verbessert wird und dass bei einer möglichst kompakten Bauform eine variable Kraftverteilung am Blechhalter ermöglicht wird. Des Weiteren soll die Dynamik der motorgetriebenen Druckpunkte durch Reduzierung der insbesondere rotatorischen Trägheitsmomente für eine hohe Leistung der Ziehkissen-Vorrichtung verbessert werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von jeweils einem der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Vorrichtung angegeben.
Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, in einer Ziehkissen-Vorrichtung mit NC-Antrieben für jeden Druckpunkt eines Blechhalters oder einer mit einem Blechhalter wirkverbundenen einteiligen Druckwange einen jeweils von benachbarten Druckpunkten unabhängigen Elektroantrieb einzusetzen, die zueinander elektrisch asynchron oder synchron läge- und/oder kraftgeregelt steuerbar sind und mit den Antrieben für die Hauptbewegung des Stößels und/oder den Nebenbewegungen von Werkstücktransportelementen einerseits über eine, zumindest sequentiell, nutzbare Leitwelle und andererseits über Energiespeicher- und/oder Energieaustausch- Module verbunden sind. Dabei sind insbesondere bei Mehrpunkt- Ziehkissen-Vorrichtungen folgende Konfigurationen möglich:
Alle Elektroantriebe können gemeinsam kraft- und lagegeregelt werden.
Von den kraftgeregelten Elektroantrieben wird nur ein Teil zusätzlich lagegeregelt.
- Neben den kraftgeregelten Elektroantrieben wird mindestens ein zusätzlicher Elektroantrieb lagegeregelt.
Als kraft- und/oder lagegeregelte Elektroantriebe können einerseits lineare oder rotatorische Direktantriebe und andererseits Servomotoren mit nachgeordneten Linearwandlern eingesetzt werden. Als lineare Direktantriebe sind Linear¬ motoren im Innen- oder Außenbereich der Druckwange anordenbar.
In vorteilhafter Weise ist das zum Linearmotor gehörende Sekundärteil an der Druckwange befestigt, dem je nach Kraftbedarf ein oder mehrere im Pressentisch gelagerte Primärteile gegenüber stehen. Es ist ebenso möglich, die Primär- und Sekundärteile bezüglich ihrer Anordnung zu vertauschen. Der außen liegende Linearmotor ermöglicht darüber hinaus bei Anwendung von mehrteiligen Druckwangen eine gemeinsame Nutzung von Primär- oder Sekundärteilen durch benachbarte Ziehkissen-Vorrichtungen.
Durch die direkte Energieumsetzung in eine lineare Kraft- und Wegfunktion kann auf aufwändige mechanische, erhöhte Trägheitsmomente verursachende Übersetzungen verzichtet werden. Anstelle von Linearmotoren sind Servomotoren mit nachgeordnetem Linearwandler, beispielsweise einer Spindel/Spindelmutter, Zahnstange/Ritzel oder einem Hebelmechanismus anwendbar. Dabei kann der Servomotor in den rotatorischen Teil des Linearwandlers in kompakter Weise als rotatorischer Direktantrieb integriert werden, wodurch mit Verzicht auf zusätzliche Übertragungselemente infolge reduzierter Trägheitsmomente höhere Leistungen abtriebsseitig möglich sind. Dabei kann beispielsweise eine Spindelmutter einerseits axialfest mit einem rotatorischen Direktantrieb und andererseits mit einer in der Druckwange verdrehfest gelagerten Spindel wirkverbunden sein. Es sind ebenso Linearwandler mit separat angeordneten Servomotor, als so genannte Elektrozylinder mit beispielsweise integrierter Spindel/Spindelmutter möglich.
Es ist ebenso möglich, den Blechhalter mittels einer Kombination aus mindestens einem linearen Direktantrieb und mindestens einem mit einem Elektroantrieb wirkverbundenen Linearwandler zu steuern. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt die Kraftregelung des Blechhalters vorteilhaft mittels der Elektroantriebe und nachgeordneten Linearwandler, wobei der lineare Direktantrieb die Lageregelung des Blechhalters übernimmt.
Den oben genannten Ausführungen ist gemeinsam, dass das eine Ende des Linearwandlers an der Druckwange angelenkt ist, deren Druckbolzen mit dem Blechhalter des Unterwerkzeuges wirkverbunden sind. Durch die Elektroantriebe erfolgt eine Kraft- und Lageregelung am Blechhalter, der in Verbindung mit der Bewegung des Stößels ein Ziehen der Formteile je Pressenhub ermöglicht. Die einzelnen während des Pressenhubes ablaufenden Bewegungsphasen an der Ziehkissen-Vorrichtung sind in den Ausführungsbeispielen näher erläutert. Mit der Möglichkeit, insbesondere in der Ziehphase, den einzelnen Elektroantrieb zwecks Aufbringung einer Kraft unabhängig von den benachbarten Elektroantrieben zu steuern, können an den zugeordneten Blechhalterzonen voneinander variierende Drücke eingestellt werden. Hierbei können die Elektroantriebe sowohl direkt auf den Blechhalter, als auch auf eine Druckwange, die zwischen den Elektroantrieben und dem Blechhalter angeordnet ist, wirken.
Die Anwendung von Elektroantrieben bietet die Möglichkeit, Energie sowohl zum Elektronetz, als auch zu weiteren in der Anlage befindlichen Elektroantrieben, wie z. B. dem Antrieb für die Hauptbewegung des Stößels für die Nebenbewegung der Werkstücktransportelemente und zwischen den Elektroantrieben der Ziehkissen-Vorrichtung auszutauschen. Dabei ist es vorteilhaft, die während der Ziehphase im Bremsmodus des Elektroantriebes gewonnene Energie rückzuspeisen, wodurch die Energiebilanz der Anlage verbessert wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind aus den Figuren ersichtlich und in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher dargestellt.
Es zeigen:
Figur 1 Ziehkissen-Vorrichtung mit Linearmotoren, erste Ausführung, in einer Schnittdarstellung.
Figur 2 Ziehkissen-Vorrichtung mit Linearmotoren, zweite Ausführung, in einer Schnittdarstellung.
Figur 3 Ziehkissen-Vorrichtung mit Elektrozylinder in einer Schnittdarstellung. Figur 4 Ziehkissen-Vorrichtung mit rotatorischem Direktantrieb in einer ersten Ausgestaltung in einer Schnittdarstellung.
Figur 5 Ziehkissen-Vorrichtung mit Hebelmechanismus.
Figur 6 Ziehkissen-Vorrichtung mit rotatorischem Direktantrieb in einer zweiten Ausgestaltung in einer Schnittdarstellung.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die Figuren 1 bis 5 zeigen in einer vereinfachten Darstellung den Ausschnitt einer Presse mit im Pressentisch 1 angeordneter Ziehkissen-Vorrichtung 2.
Die im Pressentisch 1 längsgeführte Druckwange 3 steht über Druckbolzen 4 mit dem Blechhalter 5 des Unterwerkzeuges in Wirkverbindung. Zur Erzeugung der einerseits für den Ziehvorgang erforderlichen, gegen das Oberwerkzeug im nicht dargestellten Pressenstößel gerichteten Blechhalterkraft und der andererseits aktiv gesteuerten Wegfunktionen, wie Vorbeschleunigung, Hochlauf einschließlich pick up, Rückfall und Halten in Rastphasen sind zwischen Druckwange 3 und Pressentisch 1 Elektroantriebe 15 angeordnet.
Nach Figur 1 kommen als Elektroantriebe 15 Direktantriebe in Form von Linearmotoren 7 zum Einsatz, deren Primär- und Sekundärteile 8,9 vorzugsweise zwischen Pressentisch 1 und Druckwange 3 angeordnet sind.
Dabei ist die bedarfsweise Anordnung der Primärteile 8 an der Druckwange 3 oder am Pressentisch 1 möglich. Je nach Kraftbedarf sind entlang der Druckwange 3 mehrere Linearmotoren 7 anordenbar. Dabei können die Linearmotoren 7 entweder gleichzeitig die Führungsfunktion der Druckwange 3 übernehmen oder die Primär- und Sekundärteile 8, 9 sind unabhängig von zusätzlichen Führungselementen angeordnet.
Bei einer Ziehkissen-Vorrichtung mit mehrteiliger Druckwange ist es vorteilhaft, dass benachbarte Druckwangen ein gemeinsames Primär- oder Sekundärteil nutzen. Dabei sind im Fall der Anordnung des Primärteils im Pressentisch die zugehörigen Sekundärteile mit den Druckwangen der benachbarten Ziehkissen-Vorrichtung wirkverbunden. Es ist ebenso denkbar, die Sekundärteile an den Druckwangen anzuordnen, die jeweils mit einem zwischenliegenden, gemeinsam nutzbaren Primärteil in Wirkverbindung stehen.
Bei einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung nach Figur 2 sind für eine Ziehkissen-Vorrichtung 2 in Mehrpunktausführung die kraft- und lagegeregelten Linearmotoren 7 im Innenbereich der Druckwange 3 angeordnet. Während die jeweils sich an der Druckwange 3 abstützenden Sekundärteilaufnahmen 6 der Lagerung von Sekundärteilen 9 dienen, sind die im Pressentisch 1 gelagerten Primärteilaufnahmen 17 mit dem zum Linearmotor 7 gehörenden Primärteil 8 verbunden. Für bedarfsweise erhöhte Kräfte ist es vorteilhaft, jeweils zwischen der Sekundär- und Primäraufnahme 6, 17 mehrere Sekundär- und Primärteile 9, 8 geschachtelt anzuordnen.
In der Ausgestaltung nach Figur 2 werden dazu Ringräume so genutzt, dass sich sowohl an der Außen- und Innenseite des vollen Ringraumes der Sekundärteilaufnahme 6 Sekundärteile 9 befinden, die jeweils mit den Primärteilen 8 an der Außen- und Innenseite des hohlen Ringraumes der Primärteilaufnahme 17 in Wirkverbindung stehen.
Die einzelnen Druckpunkte können mit separaten Führungen für den Linearmotor 7 versehen werden oder die Führung ist in den Ringräumen der Sekundärteil- und Primärteilaufnahmen 6, 17 integriert.
Allen vorgenannten Ausgestaltungen ist gemeinsam, dass die elektrische Energie des Linearmotors 7 direkt ohne zusätzliche mechanische Übersetzungen als geradlinige Wegfunktion über die Druckwange 3 auf den Blechhalter 5 wirkt.
Figur 3 zeigt eine Ziehkissen-Vorrichtung 2 nach einer dritten Ausgestaltung mit auf die Druckwange 3 wirkenden Elektro- Zylindern 10. Die Elektrozylinder 10 sind im Innenbereich der Druckwange 3 angeordnet und stützen sich im Pressentisch 1 ab. Als Linearwandler 16 kommt in dieser Ausgestaltung ein System Spindel/ Spindelmutter 12, 11 zum Einsatz. Die mit der Druck¬ wange 3 verbundene Spindelmutter 11 ist drehfest, und axial synchron mit der Druckwange 3 beweglich. Die zugehörige Spindel 12 ist axialfest im Pressentisch 1 drehbar gelagert. Das von der Spindelmutter 11 abgewandte Ende der Spindel 12 steht über eine Kupplung 13 mit einem Servomotor 14 in Wirkverbindung. Je nach Energiebedarf können anstelle eines großen Servomotors auch mehrere, beispielsweise zwei kleinere Servomotoren 14 mit einem nachgeordneten Verteilergetriebe zum Einsatz kommen.
Es ist ebenso möglich, entsprechend Figur 4 mit Verzicht auf zusätzliche Übertragungselemente, den Servomotor 14 direkt in den rotatorischen Teil des Linearwandlers 16 zu integrieren. Dazu ist es vorteilhaft, beispielsweise die verlängerte Welle 18 einer Spindel 12 als Rotor 19 des Servomotors 14 zu nutzen. Innerhalb des Pressenzyklus wiederholen sich in der Ziehkissen-Vorrichtung 2 mit NC-Antrieben folgende Funktionen:
Vor dem Aufsetzen des am nicht dargestellten Stößel befestig- ten Oberwerkzeuges auf dem im Unterwerkzeug befindlichen Blechhalter 5, wird der Blechhalter 5 mit der zur Umformung vorgesehenen Platine oder Formteil zwecks Vermeidung einer nachteiligen Auftreffstoß-Belastung in Richtung der Stößel¬ bewegung vorbeschleunigt. Dazu wird der Elektroantrieb 15, entweder als Servomotor 14 oder Linearmotor 7 in Wirkver¬ bindung mit einem Wegmeßsystem oder über Leitwelle zur Stößelbewegung angesteuert, sodass nach einem definierten Beschleunigungsweg das Oberwerkzeug auf den Blechhalter 5 mit einer verbleibenden Relativgeschwindigkeit auftrifft. Nach dieser Wegfunktion wird in der Auftreffphase der Elektro¬ antrieb 15 in den Bremsmodus umgesteuert, wodurch der Elektroantrieb 15 durch widerstandsgesteuerte Bremsung im Generatorbetrieb die Kraftfunktion zur Erzeugung der für die Umformung der Platine oder des Formteiles erforderlichen Ziehkraft übernimmt. Die Bewegung der Druckwange 3 erfolgt während des Ziehvorgangs passiv durch die Bewegung des Stößels, wobei die in dieser Phase gewonnene Energie vorteil¬ haft in den Energiekreislauf der Anlage rückgespeist werden kann.
Es ist möglich, in dieser Ziehphase sowohl die Ziehkraft je Elektroantrieb 15 zu variieren, als auch zeitlich differier¬ ende Ziehkräfte zwischen benachbarten Elektroantrieben 15 entsprechend den technologischen Anforderungen einzustellen. Nach Durchlauf des unteren Umkehrpunktes der Presse können sich an die vorangegangene Kraftfunktion folgende Weg¬ funktionen an der Ziehkissen-Vorrichtung 2 anschließen: Bei unverzögerter Hochlaufbewegung folgt die Druckwange 3 der aufwärtsgerichteten Stößelbewegung zwecks Auswerfens des umgeformten Ziehteiles synchron. Dazu wird die Bewegungs¬ richtung der Elektroantriebe 15 gewechselt und die Duckwange 3 im Motormodus aktiv angetrieben.
Es ist ebenso denkbar, bei verzögerter Hochlaufbewegung die Ziehkissen-Vorrichtung 2 nach Durchlauf des unteren Umkehr¬ punktes in ihrer Tiefstlage zu sperren. Die anschließende Hochlaufbewegung zur Übernahme einer neuen Platine oder Formteil erfolgt verzögert, ab einem definierten HochlaufStart nach Leitwelle zur Stößelbewegung.
Während der leitwellengesteuerten Wegfunktionen erfolgt eine synchrone Bewegung der Ziehkissen-Vorrichtung 2 sowohl zur Hauptbewegung des Stößels, als auch zur Nebenbewegung von beispielsweise Werkstücktransportelementen, so dass eine Kollisionsfreiheit auch bei engem Toleranzfenster gesichert wird. Bei der Hochlaufbewegung können die vorgenannten Wegfunktionen von allen Elektroantrieben 15 gemeinsam synchron übernommen werden oder die Wegfunktion wird entsprechend dem Energiebedarf nur von einem Anteil der für die Kraftfunktion eingesetzten Elektroantriebe 15 übernommen.
Es ist ebenso denkbar, dass neben den Elektroantrieben 15 für die Kraftfunktion mindestens ein zusätzlicher, beispielsweise zentrisch angeordneter Elektroantrieb 15 für die Wegfunktion eingesetzt wird. Dieser letztgenannte Elektroantrieb 15 kann dabei sowohl ein Direktantrieb in Form eines Linearmotors 7 oder ein Elektrozylinder 10 mit nachgeordnetem Linearwandler 16 sein. Dabei ist es möglich, dass die nicht aktiv am Hochlauf beteiligten Elektroantriebe 15 ihre im Generatormodus gewonnene Energie ebenfalls in den Energiekreislauf der Anlage rückspeisen.
Eine alternative Ausgestaltung des Linearwandlers 16 ist aus Figur 5 ersichtlich, bei dem ein jeweils am Ausgang des Servomotors 14 befindlicher Hebel 20 mit der Druckwange 3 wirkverbunden ist. In der linken Hälfte befindet sich die Druckwange 3 in Höchststellung bei Ziehbeginn. Die Position in der rechten Hälfte stellt die Tiefstlage der Druckwange 3 nach Beendigung der Ziehphase und vor Beginn der Hochlaufphase dar.
Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Fig.4 ist in der zweiten Ausgestaltung einer Ziehkissen-Vorrichtung 2 mit rotatorischem Direktantrieb 21 nach Figur 6 die Spindel 12 drehfest mit der Druckwange 3 verbunden und die zugehörige Spindelmutter 11 ist axialfest und drehbar im vorzugsweise als Torquemotor 22 ausgeführten Elektroantrieb gelagert. Bezugszeichenliste:
1 Pressentisch 2 Ziehkissen-Vorrichtung 3 Druckwange 4 Druckbolzen 5 Blechhalter 6 Sekundärteilaufnahme 7 Linearer Direktantrieb (Linearmotor) 8 Primärteil 9 Sekundärteil 10 Elektrozylinder 11 Spindelmutter 12 Spindel 13 Kupplung 14 Servomotor 15 Elektroantrieb lβ Linearwandler 17 Primärteilaufnahme 18 Welle 19 Rotor 20 Hebel 21 Rotatorischer Direktantrieb Torquemotor

Claims

Patentansprüche:
1. Ziehkissen-Vorrichtung für eine Umformpresse zur Regelung einer Blechhaltekraft zwischen Werkzeugunterteil und Werkzeugoberteil mittels Elektroantriebe (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung auf den Blechhalter (5) mit mindestens einem linearen und/oder rotatorischen Direktantrieb (7, 21) regelbar ist.
2. Ziehkissen-Vorrichtung für eine Umformpresse zur Regelung einer Blechhaltekraft zwischen Werkzeugunterteil und Werkzeugoberteil mittels Elektroantriebe (15) , dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung auf den Blechhalter (5) oder auf die mit dem Blechhalter (5) wirkverbundene einteilige Druckwange (3) mit unabhängig voneinander kraft- und/oder lagegeregelten Elektroantrieben (15) erfolgt.
3. Ziehkissen-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Elektroantrieb (15) während der Umformphase kraftgeregelt und außerhalb der Umformphase lagegeregelt betrieben wird.
4. Ziehkissen-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Elektroantrieb (15) während der Umformphase kraftgeregelt und mindestens ein weiterer Elektroantrieb (15) während der Umformphase kraftgeregelt und außerhalb der Umformphase lagegeregelt betrieben wird.
5. Ziehkissen-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Elektroantrieb (15) während der Umformphase kraftgeregelt und mindestens ein weiterer Elektroantrieb (15) außerhalb der Umformphase lagegeregelt betrieben wird.
6. Ziehkissen-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung auf den Blechhalter (5) in direkter Wirkverbindung mit mindestens einem Elektroantrieb (15) regelbar ist.
7. Ziehkissen-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung auf den Blechhalter (5) in indirekter Wirkverbindung über eine zwischenliegende Druckwange (3) mit mindestens einem Elektroantrieb (15) regelbar ist.
8. Ziehkissen-Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroantrieb (15) ein als linearer Direktantrieb (7) ausgestalteter Linearmotor ist
9. Ziehkissen-Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroantrieb (15) ein rotatorischer Direktantrieb (21) ist.
10. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Mehrpunkt-Ziehkissen- Vorrichtungen (2) der jedem Druckpunkt zugeordnete Primär¬ oder Sekundärteil (8, 9) mit einem für benachbarte Druckpunkte gemeinsam nutzbaren Sekundär- oder Primärteil (9, 8) in Wirkverbindung steht.
11. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckpunkte im Innenbereich der Druckwange (3) angeordnet sind.
12. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckpunkte im Außenbereich der Druckwange (3) angeordnet sind.
13. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von mehrteiligen Druckwangen (3) die zugeordneten Primär- und Sekundärteile (8, 9) mit einem für benachbarte Druck- wangen (3) gemeinsam nutzbare Sekundär- oder Primärteile (9, 8) wirkverbunden sind.
14. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein mit einem Servomotor (14) ausgestatteter Elektrozylinder (10) über einen Linearwandler (16) mit dem Blechhalter (5) wirkverbunden ist.
15. Ziehkissen-Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroantriebe (15) und die Linearwandler (16) in Form einer Zahnstange/Ritzel oder Spindel/Spindelmutter (12, 11) in einem kompakten Elektrozylinder (10) integriert sind.
16. Ziehkissen-Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (12) einerseits mit dem Blechhalter (5) oder der Druckwange (3) verdrehfest und andererseits mit der in einem rotatorischen Direktantrieb (21) axialfest angeordneten Spindelmutter (11) wirkverbunden ist.
17. Ziehkissen-Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (11) einerseits mit dem Blechhalter (5) oder der Druckwange (3) verdrehfest und andererseits mit der in einem rotatorischen Direktantrieb (21) axialfest angeordneten Spindel (12) wirkverbunden ist.
18. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearwandler (16) zwischen Elektroantrieb (15) und Druckwange (3) als Hebelmechanismus (20) ausgeführt sind.
19. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Linearwandler (16) mit mindestens zwei in Reihe oder parallel angeordneten Elektroantrieben (15) wirkverbunden ist.
20. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung auf den Blechhalter (5) und deren Bewegung mittels einer Kombination aus mindestens einem linearen Direktantrieb (7) und mindestens einem mit einem Elektroantrieb (15) wirkverbundenen Linearwandler (16) regelbar ist.
21. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroantriebe (15) den Blechhalter (5) einerseits durch widerstandsgesteuerte Bremsung im Generatorbetrieb kraftgeregelt und andererseits durch aktive Steuerung im Motorbetrieb lagegeregelt antreiben.
22. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroantriebe (15) innerhalb des Pressenzyklus sequentiell über eine Leitwelle mit der Stößelbewegung wirkverbindbar sind.
23. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroantriebe (15) mit einer Motorbremse ausrüstbar sind.
24. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwange (3) mit einer steuerbaren Klemmeinrichtung verriegelbar ist.
25. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die während des Ziehhubes im Elektroantrieb (15) erzeugte Bremsenergie generatorisch in den Energiekreislauf der Presse oder in das Elektronetz rückspeisbar ist.
26. Ziehkissen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die in allen am Kissenhochlauf nicht aktiv lagegeregelten Elektroantriebe (15) erzeugte Bremsenergie generatorisch in den Energiekreislauf der Presse oder in das Elektronetz rückspeisbar ist.
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