WO2011038947A1 - Vorrichtung und verfahren zur schnittschlagdämpfung für arbeitsmaschinen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur schnittschlagdämpfung für arbeitsmaschinen Download PDF

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WO2011038947A1
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Bernd Brahmer
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Voith Patent GmbH
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/02—Punching blanks or articles with or without obtaining scrap; Notching
    • B21D28/20—Applications of drives for reducing noise or wear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/16—Control arrangements for fluid-driven presses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/10—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using liquid only; using a fluid of which the nature is immaterial
    • F16F9/14—Devices with one or more members, e.g. pistons, vanes, moving to and fro in chambers and using throttling effect
    • F16F9/16—Devices with one or more members, e.g. pistons, vanes, moving to and fro in chambers and using throttling effect involving only straight-line movement of the effective parts
    • F16F9/22—Devices with one or more members, e.g. pistons, vanes, moving to and fro in chambers and using throttling effect involving only straight-line movement of the effective parts with one or more cylinders each having a single working space closed by a piston or plunger
    • F16F9/26—Devices with one or more members, e.g. pistons, vanes, moving to and fro in chambers and using throttling effect involving only straight-line movement of the effective parts with one or more cylinders each having a single working space closed by a piston or plunger with two cylinders in line and with the two pistons or plungers connected together

Definitions

  • the invention relates to a device for cutting impact damping for
  • Nibbling machines as well as a method for cutting impact damping.
  • the invention is used in working machines which have a
  • Work force exerted on a workpiece is elastically deformed, wherein the working drive is a control variable for determining the working drive
  • the working machines Due to the sudden re-deformation, the working machines, in particular the machine frame and attached functional elements, are subject to a particularly increased load. This can on the one hand the
  • DE 10 2005 053 350 A1 shows a controllable supporting device for generating a variable force between a plunger and a press table of a press.
  • Supporting device is controlled depending on the position of the plunger. The device is now adjusted to the workpiece to be machined, that at the moment of Thomas whobruchs the
  • Supporting receives the work force of the plunger.
  • This solution requires a technically complex sensor device for detecting the plunger position and makes it necessary to calibrate the support device for different materials and different geometric dimensions of the workpiece to be machined.
  • the invention has the object of providing an active cutting impact damping to reduce the burden, in particular of the machine frame, which can be operated in a simple and economical manner.
  • the device according to claim 1 provides a support cylinder with a movable along the working direction support piston, which has a
  • Supporting pressure space limited which is used to move the support piston
  • the support cylinder is arranged on the machine frame such that an elastic recovery of the machine frame via a movement of the support piston in the Support cylinder is damped, and that the device is one of the
  • Control variable of the working drive controllable actuating unit which between a throttle position and a passage position for
  • the actuator is designed such that a switching threshold can be specified, and that the actuator assumes the passage position when the control variable is below the switching threshold, and wherein the actuator for damping the elastic recovery in the throttle position switches when the control variable exceeds the switching threshold.
  • the support cylinder acts
  • the support cylinder provides at least for a short time a support force ready, the sudden rebound of the
  • Machine frame counteracts.
  • This support force thus acts on the machine frame at least for a short time in a manner that is similar to the effect of the worker just before or at the moment of cutting breakthrough.
  • the elastic recovery is then damped by a movement of the support piston in the support cylinder, for example by the
  • Support piston connected in the support cylinder.
  • the support piston can be supported directly or indirectly on the machine frame.
  • the cutting impact damping is not passive damping, but is actively controlled in dependence of the working drive.
  • the control criterion is the workforce related control variable of the working drive.
  • a threshold for the worker is set via the switching threshold for the control variable. If the worker exceeds this threshold while the work tool is building pressure on the workpiece
  • the actuator switches from the passage position to the throttle position.
  • the throttle position In the presence of the throttle position is an outflow of pressurized fluid from the support pressure chamber only slowly, that is throttled, possible.
  • the cutting impact damping of the rebound of the machine frame is insofar only activated when the labor expended exceeds the predetermined by the switching threshold for the control variable threshold.
  • a detrimental cutting blow occurs only at forces that exceed a certain minimum force and lead to an elastic deformation of a certain extent. Only in these cases a cutting impact damping is required.
  • the switching threshold can be selected such that the damping takes place only in the required cases. For example, if the workpiece to be punched very thin or easily stamped, the switching threshold is not exceeded and the cutting impact damping is not activated, as described above. This is particularly advantageous because a time delay is associated with the damping of the sudden elastic recovery.
  • the cutting shock damping invention improves the cutting shock damping invention
  • a working tool as known in the art may require a new calibration if the nature of the workpiece (eg, thickness or strength) is changed. Even if the cutting shock absorption is activated as a function of the time course of the machining process, a recalibration is required if the working process is changed.
  • the cutting impact damping according to the invention can be preset independently of the workpiece or the working process.
  • the switching threshold is preferably selected such that the cutting impact damping in the course of the working process for
  • Processing of the workpiece is activated before the cut breakthrough, and not only upon detection of a cut-through breakthrough as known from the prior art. It can thus be achieved that even those elastic recovery processes which take place within a very short time (within fractions of a millisecond) are completely excluded from the
  • Machine frame has a first frame portion on which the working drive is arranged, and the machine frame has a second frame portion on which the workpiece can be applied for its processing, wherein the support cylinder is arranged between the first frame portion and the second frame portion acting such that an elastic Reverse deformation of the
  • the support cylinder may be arranged on the first frame portion and the support piston act directly or indirectly against the second frame portion.
  • the support cylinder may be arranged on the second frame portion and the support piston act directly or indirectly against the first frame portion. It does not matter if the machine frame in the form of a circumferential
  • O-frame or in the form of a one-sided open frame (“C-frame”) is formed.
  • the machine frame provides a force connection between the working drive and the workpiece, via which the counterforce can be transmitted to the working force acting on the workpiece.
  • the actuating unit is arranged in a pressure line, via which the support pressure chamber is connectable to a reservoir for pressurized fluid.
  • the throttling then takes place within the pressure line. It is conceivable that via the pressure line and a connection of the support pressure chamber with a pressurized fluid supply (ND) is carried out.
  • ND pressurized fluid supply
  • the actuator is advantageously designed as a throttle valve
  • the actuating unit has a flow restrictor for throttling the outflow and a bypass line parallel to the flow restrictor, in which a control valve is arranged, which is closed in throttle position and open in passage position.
  • a control valve is arranged, which is closed in throttle position and open in passage position.
  • the working drive is designed as a hydraulic cylinder with a working pressure chamber, which for moving the working tool in
  • Working pressure space thus represents the control variable for determining the
  • Hydraulic drives are usually used advantageously when large workers are to be provided.
  • the actuating unit advantageously provides a hydraulic active surface, wherein the active surface for presetting the switching threshold in biasing position can be biased and the effective surface is acted upon by the pressure prevailing in the working pressure chamber pressure. Both the working drive and the actuating unit are thus operated in this embodiment by pressurization, in particular hydraulically.
  • Control of the actuator takes place by the pressure prevailing in the working pressure chamber.
  • the active surface is arranged in particular on an actuator, which is movable to switch from the passage position to the throttle position.
  • a mechanical spring may be provided for biasing in the passage position.
  • the actuating unit as a hydraulic valve with a
  • Double piston is formed, which limits a pressure chamber, which is for biasing the actuator in the passage position hydraulically
  • Working drive is designed as an electric drive, which is electrically powered to move the working tool with drive current.
  • the drive current is the control variable for determining the working force of the working drive.
  • an electric motor can be provided, which drives a working piston via a gear, on which the working tool is arranged. In the electric motor while the drive current is related to the torque of the electric motor and thus with the manpower.
  • the actuating unit advantageously has an electrically operable switching element for switching from the passage position in the
  • a solenoid valve which has a movable between the passage position and throttle position valve piston, which is biased in forward position.
  • a device with an electric working drive in particular in cooperation with the electrically actuable switching element, movable components usually with lower mass. This has the advantage that on the one hand fast movement changes and thus fast work processes of the working tool are possible, on the other hand, the cutting impact damping can be activated via a comparatively responsive, electrically actuated switching element within a very short time.
  • the invention is applicable to other drive concepts. For example, if the work tool of a
  • a control valve is provided, via which the support pressure chamber can be connected to a pressure fluid supply. This allows the support pressure chamber during a
  • Operation be filled with pressurized fluid such that the
  • Support piston performs one of the elastic deformation of the machine frame following movement active.
  • Support cylinder is biased.
  • control valve is arranged in the pressure line between the actuator and the reservoir, wherein the control valve is designed such that the actuator is selectively connectable to the pressure fluid supply or the reservoir.
  • This is to supply the support pressure chamber only a single pressure line provided, which allows a clear and compact design.
  • a control valve for example, a 3/2-way valve can be used, which has a connected to the pressure line control drive which can be connected either with a connected to the pressure fluid supply or with an access connected to the reservoir.
  • the machine frame has a support portion on which the workpiece can be placed for processing, wherein the support piston upon application of the
  • Supporting pressure chamber acts on the workpiece.
  • the support piston acts in the region on the workpiece in which the workpiece rests on the support portion.
  • At least one support bolt may be arranged with a support plate such that the support piston acts on the workpiece on a support pin.
  • Support piston on the workpiece on the machine frame has the advantage that the support piston can be arranged in close proximity to the work drive. This can be beneficial to the quality of the product
  • Deformation occurs mainly in the field of work drive. Since the support piston is supported on the workpiece, the space available to the workpiece during machining is not restricted. This is particularly advantageous if very large, for example
  • the embodiment described above makes it possible to arrange the support piston without obstruction of the workpiece just in the area in which a large deformation or rebounding of the machine frame occurs.
  • Supporting piston counter to the working direction can be acted upon with pressurized fluid. This makes it possible to retract the support piston in the support cylinder, which is advantageous for example for a change or feed of the workpiece or for conversion work on the machine and / or the device for cutting impact damping.
  • the support cylinders are arranged asymmetrically with respect to the working drive. This can be used, for example, in work machines with an asymmetric, e.g. as C-frame,
  • a machine frame side support cylinder which comprises a movable by acting on a support pressure chamber with a pressurized fluid support piston and which on such
  • Machine frame is arranged that an elastic recovery of the machine frame via a movement of the support piston in the
  • Support cylinder is damped.
  • the support pressure chamber is filled with pressurized fluid, whereby the support piston is moved in the support cylinder.
  • a switching threshold for the control variable is further predetermined, wherein the flow of pressurized fluid from the support pressure chamber is throttled for damping the elastic recovery of the machine frame, when the control variable is the switching threshold
  • the method is further configured in that the outflow from the support pressure chamber is throttled before the elastic
  • a particularly preferred method for cutting impact damping provides that the support pressure chamber during the elastic deformation of the machine frame for applying a supporting force is applied.
  • the machine frame is biased during the pressure buildup phase not only by the working drive, but also by the support cylinder with the supporting force. This has proven to be advantageous for the effectiveness of the cutting impact damping in the elastic recovery after cutting cut of the workpiece.
  • a uniform bias of the machine frame can be achieved, whereby an increased load due to asymmetric deformation can be avoided.
  • the punching machine 1 shows a schematic representation of a punching machine 1 with an inventive device 2 for cutting impact damping.
  • the punching machine 1 has a machine frame 3, which is designed in the form of a circumferentially closed O-frame. Alternatively, it is also conceivable that the machine frame 3 is open on one side
  • the "machine frame 3 has a first section 3 'and a second section 3", in the figure 1 the first section 3' of the upper half of the O-frame, the second section 3 "of the lower half of the O-frame is formed.
  • a working drive 5 which comprises a hydraulic cylinder 7 by a working piston 9 is guided along its central longitudinal axis.
  • Working piston 9 limits a working pressure chamber 1 1, which is hydraulically acted upon to move the working piston 9.
  • Work drive 5 are also means for moving the
  • Control valves provided, which are not shown in Figure 1.
  • working piston 9 On working piston 9 is a working tool 10 for processing a
  • the punching machine 1 further comprises a punching die 13 formed as a workpiece holder 14, which is the working drive 5 opposite to the second portion 3 "of the machine frame 3 is arranged.
  • Workpiece W moves. This defines a working direction for the working drive 5.
  • the working piston 9 is moved so far in the working direction that the working tool 10 rests on the workpiece W, it is by applying the working pressure chamber 1 1 a
  • Working pressure chamber 1 1 represents a control variable by means of which the manpower can be determined.
  • the device 2 for cutting impact damping provides a support cylinder 16, which is arranged on the first portion 3 'of the machine frame 3.
  • a further support cylinder 16 'designed identically to the support cylinder 16 is provided, which is arranged symmetrically with the support cylinder 16 with respect to the work drive 5 on the first section 3'.
  • the support cylinder 16 ' is connected to the
  • Support cylinder 16 operated together and in the same way, which is why in the following description for clarity only on the support cylinder 16 reference is made.
  • a support piston 18 is movably guided along the working direction of the working drive 5.
  • the support piston 18 defines a support pressure chamber 20, which for moving the support piston in
  • the support piston 18 also delimits, with a portion facing away from the support pressure chamber 20, a release pressure space 26, which leads to the
  • the support piston 18 has at its end facing the workpiece W a support plate 19.
  • the support bolts 22 are the support cylinders 16, 16 'arranged opposite one another in such a way that when moving the support piston 18 in the working direction of
  • Support plate 19 can act on the workpiece W on the associated support plate 23.
  • the support pressure chamber 20 is connected via a pressure line 28 with a control valve 30.
  • the control valve 30 is a 3/3-way valve with three
  • Accesses formed which in addition to a neutral position has two further switching positions, wherein in the one switching position the
  • the pressurized fluid supply ND is here as a
  • Pressure accumulator designed for pressurized fluid, which can provide pressurized fluid both under appropriate pressure and record.
  • the control valve may alternatively be designed as a 3/2 way valve with three accesses, via which the support pressure chamber 20 is selectively connectable to the reservoir T or the pressurized fluid supply ND.
  • the pressurized fluid supply ND also has a
  • Control valve 30 arranged as a hydraulic throttle valve 34 actuator 32 is arranged.
  • the throttle valve 34 has two approaches and two switching positions, wherein the one switching position of a
  • Passage position of the actuator 32, the other switching position corresponds to a throttle position of the actuator 32.
  • the throttle valve 34 is designed in such a way that in the throttle position, a flow cross-section for pressurized fluid which is reduced in relation to the passage position is provided.
  • Throttling of the flow of pressurized fluid is arranged, which is bypassed by an optionally closable bypass line.
  • a control valve is arranged in this, which is closed in throttle position and open in passage position.
  • the throttle valve 34 is in a conventional manner as hydraulic
  • the throttle valve 34 on an unillustrated actuator, which is guided between the passage position and the throttle position.
  • the actuator provides a hydraulic active surface, not shown, which is hydraulically acted upon by a first control access 36 of the throttle valve 34.
  • a second hydraulic active surface not shown, is provided, which can be acted upon via a second control access 38.
  • the second control access 38 is permanently connected to the pressure fluid supply ND via a further pressure line 39. This will do that
  • Throttle valve 34 and the actuator 32 biased in the forward position.
  • Switching is a switching threshold determined by the fact that the first hydraulic active surface has a certain fraction of the size of the second hydraulic active surface.
  • Throttle valve 34 is acted upon in the direction of the passage position.
  • Throttle valve 34 in the throttle position, whereby the flow cross-section for pressurized fluid is restricted.
  • the actuator 32 is in the passage position.
  • the control valve 30 is initially switched such that the support pressure chamber 20 is in communication with the reservoir T. Since the release pressure chamber 26 is permanently connected to the pressure fluid supply ND via the compensation pressure line 27, the support piston 18 is moved counter to the working direction, that is to say in FIG. 1 upwards. Thus, the area of the workpiece holder 14 is freely accessible and the punching machine 1, a workpiece W as shown in Figure 1 are supplied, wherein the workpiece W rests on the support plates 23 and on the punch holder 13. Then, the working piston 9 is moved in the working direction to the workpiece W. At the same time, the control valve 30 is switched such that the support pressure chamber 20 is connected via the pressure line 28 to the pressure fluid supply ND. In this case, the support pressure chamber 20 as long
  • the support pressure chamber 20 communicates via the control valve 30 with the pressure fluid supply ND, so that the support piston 18 is moved following the deformation of the machine frame 3.
  • a path bending leads the first
  • Frame portion 3 'of the second frame portion 3 "to the fact that the support piston 18 is extended and thus the support pressure chamber 20 pressurized fluid is supplied.
  • Throttle valve 34 is a switching threshold for the pressure in
  • Border worker selected by the machine frame 3 is not deformed much elastic (for example in the range of 30% of the maximum force of the working drive 5).
  • Machine frame 3 transmitted force, which to the elastic
  • Movement of the support piston 18 is connected in the support cylinder 16 is in the elastic remindverform ung the machine frame 3 after the cut-through opening of the workpiece W, the support piston 18 is moved back accordingly.
  • the support piston 18 during the return deformation is again pressed against the working direction in the support cylinder 16. This is associated with a corresponding change in volume of the support pressure chamber 20. Since the throttle valve 34 in the
  • Throttling position is present, the pressure fluid can flow only over a reduced flow area. The return movement of the support piston 16 is thus damped by the throttling. Depending on the switching position of the control valve 30 while the displaced pressurized fluid in the
  • the support piston 16 thus exerts a support force against a sudden
  • Punching machine 1 are punched without throttling the return movement of the support piston 16 is carried out.
  • the cutting impact damping can be permanently deactivated by means of the control valve 30. This can be, for example, for a tool change,
  • Workpiece replacement be advantageous during set-up of the machine or for default settings.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2) zur Schnittschlagdämpfung für Arbeitsmaschinen (1) insbesondere für Pressen, Stanz- oder Nibbelmaschinen, welche einen Maschinenrahmen (3) und einen Arbeitsantrieb (5) zum Bewegen eines Arbeitswerkzeugs (10) entlang einer Arbeitsrichtung aufweisen, und bei welchen der Maschinenrahmen (3) durch eine vom Arbeitsantrieb (5) zur Bearbeitung eines Werkstücks (W) ausgeübte Arbeitskraft elastisch verformt wird, wobei der Arbeitsantrieb (5) eine Steuergröße zur Ermittlung der Arbeitskraft vorsieht, wobei die Vorrichtung (2) zur Schnittschlagdämpfung einen Stützzylinder (16, 16') mit einem längs der Arbeitsrichtung bewegbaren Stützkolben (18) vorsieht, welcher einen Stützdruckraum (20) begrenzt, der zum Bewegen des Stützkolbens (18) mit Druckfluid beaufschlagbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Schnittschlagdämpfung.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR SCHNITTSCHLAGDÄMPFUNG FÜR
ARBEITSMASCHINEN
Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schnittschlagdämpfung für
Arbeitsmaschinen, insbesondere für Pressen, Stanz- oder
Nibbelmaschinen, sowie ein Verfahren zur Schnittschlagdämpfung. Die Erfindung kommt zum Einsatz bei Arbeitsmaschinen, welche einen
Maschinenrahmen und einen Arbeitsantrieb zum Bewegen eines
Arbeitswerkzeugs entlang einer Arbeitsrichtung aufweisen, und bei welchen der Maschinenrahmen durch eine vom Arbeitsantrieb zur
Bearbeitung eines Werkstücks ausgeübte Arbeitskraft elastisch verformt wird, wobei der Arbeitsantrieb eine Steuergröße zur Ermittlung der
Arbeitskraft vorsieht.
[0002] Beim Bearbeiten, beispielsweise beim Stanzen, eines festen Werkstückes, treten zwischen Arbeitswerkzeug und Maschinenrahmen zeitlich stark variierende Kräfte auf, die sich insbesondere auch sprunghaft ändern können. Dabei kann vereinfacht zwischen einer Druckaufbauphase und einer Schnittdurchbruchphase unterschieden werden. Während der Druckaufbauphase liegt das Arbeitswerkzeug auf dem Werkstück auf und es wird mittels des Arbeitsantriebs eine erhöhte Arbeitskraft aufgebaut. Der Maschinenrahmen nimmt die vom Arbeitsantrieb auf das Werkstück ausgeübte Arbeitskraft auf, da das Werkstück eine der Arbeitskraft entsprechende Gegenkraft bereitstellt. Dabei wird der Maschinenrahmen in einem gewissen Ausmaß elastisch verformt. Insbesondere findet eine Dehnung des Maschinenrahmens entlang der Richtung der Arbeitskraft des Arbeitsantriebs statt. Während der Druckaufbauphase kann dadurch eine vergleichsweise hohe Energie in der elastischen Verformung des Maschinenrahmens gespeichert werden.
[0003] Im Moment des Schnittdurchbruchs gibt das Werkstück dem
Arbeitswerkzeug schlagartig nach. Damit entfällt die durch das Werkstück bereitgestellte Gegenkraft plötzlich, was zu einer entsprechend
schlagartigen Entspannung des elastisch verformten Maschinenrahmens führt. Bei der Entspannung erfolgt somit eine elastische Rückverformung, typischerweise innerhalb von Bruchteilen einer Millisekunde. Die
gespeicherte Energie wird teilweise in Form von Schallwellen frei, was zu einer als„Schnittschlag" bezeichneten Lärmentwicklung führt.
[0004] Durch die plötzliche Rückverformung unterliegen die Arbeitsmaschinen, insbesondere der Maschinenrahmen und angebaute Funktionselemente, einer besonders erhöhten Belastung. Dies kann einerseits die
Lebensdauer der Arbeitsmaschine verringern, und andererseits nachteilig für die Qualität der Bearbeitung des Werkstücks sein.
[0005] Zur Dämpfung des unerwünschten Schnittschlages sind insbesondere
Vorrichtungen mit hydraulischen Dämpfungszylindern bekannt geworden. So zeigt beispielsweise die DE 10 2005 053 350 A1 eine steuerbare Abstützeinrichtung zur Erzeugung einer veränderlichen Kraft zwischen einem Stößel und einem Pressentisch einer Presse. Die
Abstützeinrichtung wird dabei in Abhängigkeit der Position des Stößels gesteuert. Die Vorrichtung wird nun so auf das zu bearbeitende Werkstück eingestellt, dass im Moment des Schnittdurchbruchs die
Abstützeinrichtung die Arbeitskraft des Stößels aufnimmt. Diese Lösung erfordert eine technisch aufwendige Sensoreinrichtung zur Erfassung der Stößelposition und macht es erforderlich, die Abstützeinrichtung für verschiedene Materialien und verschiedene geometrische Abmessungen des zu bearbeitenden Werkstückes zu kalibrieren.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Verringerung der Belastung, insbesondere des Maschinenrahmens, eine aktive Schnittschlagdämpfung bereitzustellen, welche auf einfache und wirtschaftliche Weise betrieben werden kann.
[0007] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 15, welche sich auf Arbeitsmaschinen der eingangs beschriebenen Art beziehen.
[0008] Die Vorrichtung nach Anspruch 1 sieht einen Stützzylinder mit einem längs der Arbeitsrichtung bewegbaren Stützkolben vor, welcher einen
Stützdruckraum begrenzt, der zum Bewegen des Stützkolbens mit
Druckfluid beaufschlagbar ist. In Zusammenwirkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs ist dabei vorgesehen, dass der Stützzylinder derart am Maschinenrahmen angeordnet ist, dass eine elastische Rückverformung des Maschinenrahmens über eine Bewegung des Stützkolbens im Stützzylinder dämpfbar ist, und dass die Vorrichtung eine von der
Steuergröße des Arbeitsantriebs steuerbare Stelleinheit aufweist, welche zwischen einer Drosselstellung und einer Durchlassstellung zur
wahlweisen Drosselung oder zur im Wesentlichen drosselfreien Freigabe des Abflusses von Druckfluid aus dem Stützdruckraum schaltbar ist. Die Stelleinheit ist dabei derart ausgebildet, dass ein Schaltschwellwert vorgebbar ist, und dass die Stelleinheit die Durchlassstellung einnimmt, wenn die Steuergröße unterhalb des Schaltschwellwertes liegt, und wobei die Stelleinheit zur Dämpfung der elastischen Rückverformung in die Drosselstellung schaltet, wenn die Steuergröße den Schaltschwellwert überschreitet.
[0009] Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wirkt der Stützzylinder
insbesondere auf solche Abschnitte des Maschinenrahmens, die durch die Arbeitskraft elastisch verformt werden und sich beim Schnittdurchbruch des Werkstückes entsprechend elastisch rückverformen. Im Moment des Schnittdurchbruchs stellt der Stützzylinder zumindest kurzzeitig eine Stützkraft bereit, die der schlagartigen Rückverformung des
Maschinenrahmens entgegenwirkt. Diese Stützkraft wirkt somit auf den Maschinenrahmen zumindest kurzzeitig in einer Weise, die der Wirkung der Arbeitskraft kurz vor oder im Moment des Schnittdurchbruches ähnlich ist. Die elastische Rückverformung wird dann durch eine Bewegung des Stützkolbens im Stützzylinder gedämpft, beispielsweise indem der
Stützkolben während der elastischen Rückverformung eingedrückt wird. Die elastische Rückverformung ist somit mit einer Bewegung des
Stützkolbens im Stützzylinder verbunden. Hierzu kann sich insbesondere der Stützkolben umittelbar oder mittelbar am Maschinenrahmen abstützen.
[0010] Die Schnittschlagdämpfung ist dabei keine passive Dämpfung, sondern wird aktiv in Abhängigkeit des Arbeitsantriebes gesteuert. Als
Steuerkriterium dient die mit der Arbeitskraft in Zusammenhang stehende Steuergröße des Arbeitsantriebs. Eine direkte Steuerung der Dämpfung über beispielsweise die Position des Arbeitswerkzeuges oder den
Zeitpunkt im Verlaufe eines Arbeitsvorganges, wie aus dem Stand der Technik bekannt, findet somit bei der erfindungsgemäßen Schnittschlagdämpfung gerade nicht statt.
[001 1] Über den Schaltschwellwert für die Steuergröße wird eine Schwelle für die Arbeitskraft festgelegt. Überschreitet die Arbeitskraft diese Schwelle während das Arbeitswerkzeug Druck auf das Werkstück aufbaut
(Druckaufbauphase), so schaltet die Stelleinheit von der Durchlassstellung in die Drosselstellung. Bei Vorliegen der Drosselstellung ist ein Abfluss von Druckfluid aus dem Stützdruckraum nur noch langsam, das heißt gedrosselt, möglich.
[0012] Beim Schnittdurchbruch des Werkstückes führt die elastische
Rückverformung zu einer Bewegung des Stützkolbens im Stützzylinder. Da diese Bewegung mit einer Volumensänderung des Stützdruckraumes verbunden ist, wirkt der Stützzylinder bei Vorliegen der Drosselstellung einer schnellen Rückverformung des Maschinenrahmens entgegen. Der eingangs geschilderte Schnittschlag und die damit verbundene
nachteiligen Wirkungen werden somit vermieden oder zumindest verringert.
[0013] Die Schnittschlagdämpfung der Rückverformung des Maschinenrahmens wird insofern nur dann aktiviert, wenn die aufgewendete Arbeitskraft die durch den Schaltschwellwert für die Steuergröße vorgegebene Schwelle überschreitet. In der Praxis entsteht ein schädlicher Schnittschlag nur bei Kräften, die eine gewisse Mindestkraft überschreiten und zu einer elastischen Verformung eines gewissen Ausmaßes führen. Nur in diesen Fällen ist eine Schnittschlagdämpfung erforderlich. Bei der
erfindungsgemäßen Schnittschlagdämpfung kann der Schaltschwellwert derart gewählt werden, dass die Dämpfung nur in den erforderlichen Fällen erfolgt. Ist beispielsweise das zu stanzende Werkstück sehr dünn oder leicht stanzbar, so wird die Schaltschwelle nicht überschritten und die Schnittschlagdämpfung nicht aktiviert, wie oben geschildert. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil mit der Dämpfung der schlagartigen elastischen Rückverformung eine Zeitverzögerung verbunden ist. Damit verbessert die erfindungsgemäße Schnittschlagdämpfung die
Wirtschaftlichkeit einer Arbeitsmaschine auch dadurch, dass eine
Prozessverlangsamung vermieden wird, wenn eine Schnittschlagdämpfung nicht erforderlich ist.
[0014] Die beschriebene Aktivierung der Schnittschlagdämpfung über den
Schaltschwellwert hat außerdem den Vorteil, dass die Voreinstellung der Schnittschlagdämpfung unabhängig vom konkret zu bearbeitenden Werkstück oder vom konkreten Zeitverlauf beziehungsweise Kraftverlauf des Arbeitsprozesses erfolgen kann. Bei einer Aktivierung der
Schnittschlagdämpfung in Abhängigkeit der Position des
Arbeitswerkzeuges, wie aus dem Stand der Technik bekannt, kann demgegenüber eine neue Kalibrierung erforderlich werden, wenn die Beschaffenheit des Werkstückes (zum Beispiel Dicke oder Festigkeit) geändert wird. Auch bei einer Aktivierung der Schnittschlagdämpfung in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufes des Bearbeitungsvorgangs ist eine Neukalibrierung erforderlich, wenn der Arbeitsprozess verändert wird. Die erfindungsgemäße Schnittschlagdämpfung hingegen kann unabhängig vom Werkstück oder vom Arbeitsprozess voreingestellt werden.
[0015] In der Praxis wird vorzugsweise die Schaltschwelle derart gewählt, dass die Schnittschlagdämpfung im Verlauf des Arbeitsprozesses zur
Bearbeitung des Werkstückes vor dem Schnittdurchbruch aktiviert wird, und nicht erst bei Detektierung eines Schnittdurchbruches wie aus dem Stand der Technik bekannt. Damit kann erreicht werden, dass auch solche elastische Rückverform prozesse, die innerhalb sehr kurzer Zeit (innerhalb von Bruchteilen von Millisekunden) erfolgen, vollständig von der
Schnittschlagdämpfung erfasst werden.
[0016] Die Erfindung wird dadurch weiter ausgestaltet, dass der
Maschinenrahmen einen ersten Rahmenabschnitt aufweist, an welchem der Arbeitsantrieb angeordnet ist, und der Maschinenrahmen einen zweiten Rahmenabschnitt aufweist, an welchem das Werkstück zu seiner Bearbeitung anlegbar ist, wobei der Stützzylinder derart zwischen dem ersten Rahmenabschnitt und dem zweiten Rahmenabschnitt wirkend angeordnet ist, dass eine elastische Rückverformung des
Maschinenrahmens dämpfbar ist. Hierbei kann der Stützzylinder am ersten Rahmenabschnitt angeordnet sein und der Stützkolben mittelbar oder unmittelbar gegen den zweiten Rahmenabschnitt wirken. Selbstverständlich kann auch umgekehrt der Stützzylinder am zweiten Rahmenabschnitt angeordnet sein und der Stützkolben mittelbar oder unmittelbar gegen den ersten Rahmenabschnitt wirken. Es spielt hierbei keine Rolle, ob der Maschinenrahmen in Form eines umlaufenden
Rahmens („O-Gestell"), oder in Form eines einseitig offenen Rahmens („C-Gestells") ausgebildet ist. In jedem Fall stellt der Maschinenrahmen eine Kraftverbindung zwischen dem Arbeitsantrieb und dem Werkstück bereit, über welche die Gegenkraft zur auf das Werkstück wirkenden Arbeitskraft übertragen werden kann.
[0017] Bevorzugterweise ist die Stelleinheit in einer Druckleitung angeordnet, über welche der Stützdruckraum mit einem Reservoir für Druckfluid verbindbar ist. Die Drosselung erfolgt dann innerhalb der Druckleitung. Denkbar ist, dass über die Druckleitung auch eine Verbindung des Stützdruckraumes mit einer Druckfluidversorgung (ND) erfolgt.
[0018] Die Stelleinheit ist vorteilhafterweise als Drosselventil ausgebildet,
welches in Drosselstellung einen gegenüber der Durchlassstellung verringerten Strömungsquerschnitt für Druckfluid aufweist. Sowohl in Drosselstellung, als auch in Durchlassstellung strömt somit das Druckfluid ausschließlich durch das Drosselventil.
[0019] Andererseits ist denkbar, dass die Stelleinheit eine Strömungsblende zur Drosselung des Abflusses und eine zur Strömungsblende parallele Bypass-Leitung aufweist, in welcher ein Stellventil angeordnet ist, das in Drosselstellung geschlossen und in Durchlassstellung geöffnet ist. Bei dieser Ausführungsform wird folglich in Durchlassstellung in zusätzlicher Strömungspfad parallel zur Drossel bereitgestellt.
[0020] Eine mögliche Weiterbildung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass der Arbeitsantrieb als hydraulischer Zylinder mit einem Arbeitsdruckraum ausgebildet ist, welcher zum Bewegen des Arbeitswerkzeuges in
Arbeitsrichtung mit Druck beaufschlagbar ist. Der Druck im
Arbeitsdruckraum stellt somit die Steuergröße zur Ermittlung der
Arbeitskraft des Arbeitsantriebs dar. Hydraulische Antriebe kommen meist dann vorteilhaft zum Einsatz, wenn große Arbeitskräfte bereitgestellt werden sollen. [0021] Zum Umschalten von der Durchlassstellung in die Drosselstellung sieht die Stelleinheit vorteilhafterweise eine hydraulische Wirkfläche vor, wobei die Wirkfläche zur Vorgabe des Schaltschwellwertes in Durchlassstellung vorspannbar ist und die Wirkfläche mit dem im Arbeitsdruckraum herrschenden Druck beaufschlagbar ist. Sowohl der Arbeitsantrieb als auch die Stelleinheit werden bei dieser Ausführungsform somit durch Druckbeaufschlagung, insbesondere hydraulisch, betrieben. Die
Steuerung der Stelleinheit erfolgt dabei durch den im Arbeitsdruckraum herrschenden Druck. Die Wirkfläche ist insbesondere an einem Stellglied angeordnet, welches zum Umschalten von der Durchlassstellung in die Drosselstellung bewegbar ist. Zur Vorspannung in Durchlassstellung kann beispielsweise eine mechanische Feder vorgesehen sein. Andererseits ist denkbar, dass die Stelleinheit als hydraulisches Ventil mit einem
Doppelkolben ausgebildet ist, welcher einen Druckraum begrenzt, der zur Vorspannung der Stelleinheit in Durchlassstellung hydraulisch
beaufschlagbar ist.
[0022] Anstelle des hydraulischen Arbeitsantriebs ist denkbar, dass der
Arbeitsantrieb als elektrischer Antrieb ausgebildet ist, der zum Bewegen des Arbeitswerkzeugs mit Antriebsstrom elektrisch versorgbar ist. Somit stellt der Antriebsstrom die Steuergröße zur Ermittlung der Arbeitskraft des Arbeitsantriebs dar. Beispielsweise kann ein Elektromotor vorgesehen sein, welcher über ein Getriebe einen Arbeitskolben antreibt, an dem das Arbeitswerkzeug angeordnet ist. Bei dem Elektromotor steht dabei der Antriebsstrom in einem Zusammenhang mit dem Drehmoment des Elektromotors und damit mit der Arbeitskraft.
[0023] Dabei weist die Stelleinheit vorteilhafterweise ein elektrisch betätigbares Schaltglied zum Umschalten von der Durchlassstellung in die
Drosselstellung auf, wobei das Schaltglied zur Vorgabe des
Schaltschwellwertes in Durchlassstellung vorspannbar ist und in
Abhängigkeit des Antriebsstromes in Drosselstellung schaltbar ist. Hierzu kann beispielsweise ein Magnetventil zum Einsatz kommen, welches einen zwischen Durchlassstellung und Drosselstellung bewegbaren Ventilkolben aufweist, der in Durchlassstellung vorgespannt ist. [0024] Gegenüber einer hydraulischen Ausführung weist eine Vorrichtung mit einem elektrischen Arbeitsantrieb, insbesondere in Zusammenwirkung mit dem elektrisch betätigbaren Schaltglied, bewegliche Bauteile mit üblicherweise geringerer Masse auf. Dies hat den Vorteil, dass einerseits schnelle Bewegungsänderungen und damit schnelle Arbeitsprozesse des Arbeitswerkzeuges möglich sind, andererseits die Schnittschlagdämpfung über ein vergleichsweise reaktionsschnelles, elektrisch betätigbares Schaltglied innerhalb sehr kurzer Zeit aktiviert werden kann.
[0025] Anstelle einer hydraulischen oder elektrischen Ausführung des
Arbeitsantriebs ist die Erfindung auch auf weitere Antriebskonzepte anwendbar. Wird beispielsweise das Arbeitswerkzeug von einem
Schwungrad über einen Exzenter angetrieben, so kann die Steuergröße zur Ermittlung der Arbeitskraft beispielsweise von entsprechend
angeordneten Kraft- oder Drehmomentsensoren bereitgestellt werden.
[0026] Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Regelventil vorgesehen, über welches der Stützdruckraum mit einer Druckfluidversorgung verbindbar ist. Dadurch kann der Stützdruckraum während eines
Arbeitsvorganges derart mit Druckfluid befüllt werden, dass der
Stützkolben eine der elastischen Verformung des Maschinenrahmens folgende Bewegung aktiv ausführt.
[0027] Insbesondere ist denkbar, dass der Stützdruckraum während des
Arbeitsprozesses mit Druckfluid beaufschlagt wird und dadurch der Stützkolben auf den Maschinenrahmen eine Kraft derart ausübt, dass der Maschinenrahmen in Richtung der elastischen Verformung vorgespannt wird. In diesem Zusammenhang hat sich herausgestellt, dass die beschriebene Schnittschlagdämpfung effektiver arbeitet, wenn der Maschinenrahmen während der elastischen Verformung über den
Stützzylinder vorgespannt wird.
[0028] Eine bevorzugte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, dass das Regelventil in der Druckleitung zwischen dem Stellglied und dem Reservoir angeordnet ist, wobei das Regelventil derart ausgebildet ist, dass das Stellglied wahlweise mit der Druckfluidversorgung oder dem Reservoir verbindbar ist. Damit ist zur Versorgung des Stützdruckraumes lediglich eine einzige Druckleitung vorgesehen, was einen übersichtlichen und kompakten Aufbau ermöglicht. Als Regelventil kann beispielsweise ein 3/2-Wegeventil zum Einsatz kommen, dass einen mit der Druckleitung verbundenen Steuerantrieb aufweist, welcher wahlweise mit einem mit der Druckfluidversorgung oder mit einem mit dem Reservoir verbundenen Zugang verbindbar ist.
[0029] Als besonders bevorzugte Ausgestaltung weist der Maschinenrahmen einen Auflageabschnitt auf, auf dem das Werkstück zur Bearbeitung auflegbar ist, wobei der Stützkolben bei Beaufschlagung des
Stützdruckraumes auf das Werkstück wirkt. Insbesondere wirkt der Stützkolben in dem Bereich auf das Werkstück, in dem das Werkstück auf dem Auflageabschnitt aufliegt.
[0030] Am Maschinenrahmen kann insbesondere wenigstens ein Stützbolzen mit einem Auflageteller derart angeordnet sein, dass der Stützkolben über das Werkstück auf einen Stützbolzen wirkt. Die mittelbare Wirkung des
Stützkolbens über das Werkstück auf den Maschinenrahmen hat den Vorteil, dass der Stützkolben in unmittelbarer Nähe zum Arbeitsantrieb angeordnet werden kann. Dies kann vorteilhaft für die Qualität der
Dämpfung der elastischen Rückverformung sein, da die elastische
Verformung hauptsächlich im Bereich des Arbeitsantriebs auftritt. Da sich der Stützkolben am Werkstück abstützt, wird der dem Werkstück während Bearbeitung zur Verfügung stehende Platz nicht eingeschränkt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sehr große, beispielsweise
plattenartige Werkstücke bearbeitet werden sollen. Dies macht oftmals Maschinenrahmen mit ausgedehnten Trägerabschnitten erforderlich, um genügend Raum zur Aufnahme eines großen Werkstückes bereitzustellen. Derartige Maschinenrahmen unterliegen jedoch im Bereich des
ausgedehnten Trägerabschnittes einer vergleichsweise starken
elastischen Verformung. Die oben beschriebene Ausgestaltung ermöglicht es, den Stützkolben ohne Behinderung des Werkstückes gerade in dem Bereich anzuordnen, in dem eine große Verformung beziehungsweise Rückverformung des Maschinenrahmens auftritt.
[0031] Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich daraus, dass der Stützkolben einen Freigabedruckraum begrenzt, welcher zum Bewegen des
Stützkolbens entgegen der Arbeitsrichtung mit Druckfluid beaufschlagbar ist. Dies ermöglicht es, den Stützkolben im Stützzylinder einzufahren, was beispielsweise für einen Wechsel oder Vorschub des Werkstückes oder für Umbauarbeiten an der Arbeitsmaschine und/oder der Vorrichtung zur Schnittschlagdämpfung vorteilhaft ist.
[0032] Bevorzugterweise sind wenigstens zwei gemeinsam wirkende
Stützzylinder vorgesehen, welche insbesondere symmetrisch in Bezug auf den Arbeitsantrieb angeordnet sind. Dadurch können asymmetrische Belastungen des Maschinenrahmens vermieden werden, da die
Dämpfung der elastischen Rückverformung symmetrisch in Bezug auf den die elastische Verformung hervorrufenden Arbeitsantrieb erfolgt.
Andererseits ist denkbar, dass die Stützzylinder asymmetrisch in Bezug auf den Arbeitsantrieb angeordnet sind. Dies kann beispielsweise bei Arbeitsmaschinen mit einem asymmetrisch, z.B. als C-Gestell,
ausgebildeten Maschinenrahmen vorteilhaft sein.
[0033] Die gestellte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur
Schnittschlagdämpfung gelöst, welches bei Arbeitsmaschinen der eingangs beschriebenen Art zum Einsatz kommt. Zur Durchführung des Verfahrens ist ein maschinenrahmenseitiger Stützzylinder erforderlich, welcher einen durch Beaufschlagung eines Stützdruckraumes mit einem Druckfluid bewegbaren Stützkolben umfasst und welcher derart am
Maschinenrahmen angeordnet ist, dass eine elastische Rückverformung des Maschinenrahmens über eine Bewegung des Stützkolbens im
Stützzylinder dämpfbar ist. Während der elastischen Verformung des Maschinenrahmens wird bei dem Verfahren der Stützdruckraum mit Druckfluid befüllt, wodurch der Stützkolben im Stützzylinder bewegt wird. Bei dem Verfahren ist ferner ein Schaltschwellwert für die Steuergröße vorgegeben, wobei zur Dämpfung der elastischen Rückverformung des Maschinenrahmens der Abfluss von Druckfluid aus dem Stützdruckraum gedrosselt wird, wenn die Steuergröße den Schaltschwellwert
überschreitet. Wie bereits weiter oben zur erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, ist der Abfluss von Druckfluid aus dem Stützdruckraum ansonsten im Wesentlichen freigegeben, sofern die Steuergröße unterhalb des Schaltschwellwertes liegt.
[0034] Das Verfahren wird dadurch weiter ausgestaltet, dass der Abfluss aus dem Stützdruckraum gedrosselt wird, bevor die elastische
Rückverformung bei Bearbeitung des Werkstückes stattfindet. Wie bereits erläutert, findet die Rückverformung gerade dann statt, wenn die
Arbeitskraft bei Bearbeitung des Werkstückes schlagartig nachlässt, insbesondere wenn das Werkstück dem Arbeitswerkzeug vollständig nachgibt (Schnittdurchbruchphase). Die beschriebene erfindungsgemäße Schnittschlagdämpfung wird somit vor dem Schnittdurchbruch aktiviert. Dadurch können auch Schnittschläge, welche über einen sehr kurzen Zeitraum (wenige Bruchteile einer Millisekunde) stattfinden, von der erfindungsgemäßen Schnittschlagdämpfung vollständig erfasst werden.
[0035] Ein besonders bevorzugtes Verfahren zur Schnittschlagdämpfung sieht vor, dass der Stützdruckraum während der elastischen Verformung des Maschinenrahmens zur Ausübung einer Stützkraft beaufschlagt wird.
Dadurch wird der Maschinenrahmen während der Druckaufbauphase nicht nur durch den Arbeitsantrieb, sondern auch durch den Stützzylinder mit der Stützkraft vorgespannt. Dies hat sich als vorteilhaft für die Wirksamkeit der Schnittschlagdämpfung bei der elastischen Rückverformung nach dem Schnittdurchbruch des Werkstückes herausgestellt. Insbesondere kann eine gleichmäßige Vorspannung des Maschinenrahmens erzielt werden, wodurch eine erhöhte Belastung durch asymmetrische Verformung vermieden werden kann.
[0036] Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in der Figur dargestellte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist.
[0037] Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Stanzmaschine 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zur Schnittschlagdämpfung. Die Stanzmaschine 1 hat einen Maschinenrahmen 3, welcher in Form eines umlaufend geschlossenen O-Gestells ausgebildet ist. Alternativ ist auch denkbar, dass der Maschinenrahmen 3 an einer Seite offen ist („C-Gestell"). Der Maschinenrahmen 3 weist einen ersten Abschnitt 3' und einen zweiten Abschnitt 3" auf, wobei in der Figur 1 der erste Abschnitt 3' von der oberen Hälfte des O-Gestells, der zweite Abschnitt 3" von der unteren Hälfte des O-Gestells gebildet wird.
[0038] Am ersten Abschnitt 3' des Maschinenrahmens 3 ist ein Arbeitsantrieb 5 angeordnet, der einen hydraulischen Zylinder 7 umfasst, indem ein Arbeitskolben 9 entlang seiner Mittellängsachse geführt ist. Der
Arbeitskolben 9 begrenzt einen Arbeitsdruckraum 1 1 , der zum Bewegen des Arbeitskolbens 9 hydraulisch beaufschlagbar ist. Für den
Arbeitsantrieb 5 sind ferner Einrichtungen zum Bewegen des
Arbeitskolbens 9, insbesondere eine Druckmittelversorgung und
Steuerventile vorgesehen, welche in Figur 1 nicht dargestellt sind. Am Arbeitskolben 9 ist ein Arbeitswerkzeug 10 zur Bearbeitung eines
Werkstückes W angeordnet.
[0039] Die Stanzmaschine 1 weist ferner eine als Stanzmatrize 13 ausgebildete Werkstückaufnahme 14, welche dem Arbeitsantrieb 5 gegenüberliegend am zweiten Abschnitt 3" des Maschinenrahmens 3 angeordnet ist.
[0040] Wird der Arbeitsdruckraum 1 1 hydraulisch beaufschlagt, so wird der
Arbeitskolben 9 entlang seiner Mittellängsachse in Richtung des
Werkstückes W bewegt. Dies definiert eine Arbeitsrichtung für den Arbeitsantrieb 5. Wenn der Arbeitskolben 9 so weit in Arbeitsrichtung bewegt ist, dass das Arbeitswerkzeug 10 auf dem Werkstück W aufliegt, so wird durch Beaufschlagung des Arbeitsdruckraumes 1 1 eine
Arbeitskraft auf das Werkstück W ausgeübt. Der Druck im
Arbeitsdruckraum 1 1 stellt dabei eine Steuergröße dar, mittels welcher die Arbeitskraft bestimmt werden kann.
[0041] Die Vorrichtung 2 zur Schnittschlagdämpfung sieht einen Stützzylinder 16 vor, welcher am ersten Abschnitt 3' des Maschinenrahmens 3 angeordnet ist. Bei der Vorrichtung 2 ist ein mit dem Stützzylinder 16 identisch ausgebildeter weiterer Stützzylinder 16' vorgesehen, welcher mit dem Stützzylinder 16 symmetrisch in Bezug auf den Arbeitsantrieb 5 am ersten Abschnitt 3' angeordnet ist. Der Stützzylinder 16' wird mit dem
Stützzylinder 16 gemeinsam und in gleicher Weise betrieben, weshalb in der folgenden Beschreibung zur besseren Übersichtlichkeit nur auf den Stützzylinder 16 Bezug genommen wird.
[0042] Im Stützzylinder 16 ist ein Stützkolben 18 entlang der Arbeitsrichtung des Arbeitsantriebs 5 beweglich geführt. Der Stützkolben 18 begrenzt einen Stützdruckraum 20, welcher zum Bewegen des Stützkolbens in
Arbeitsrichtung mit einem hydraulischen Druckfluid beaufschlagbar ist. Der Stützkolben 18 begrenzt außerdem mit einem den Stützdruckraum 20 abgewandten Abschnitt einen Freigabedruckraum 26, welcher zum
Bewegen des Stützkolbens 18 entgegen der Arbeitsrichtung mit Druckfluid beaufschlagbar ist. Der Stützkolben 18 weist an seinem dem Werkstück W zugewandten Endabschnitt eine Auflageplatte 19 auf.
[0043] Am zweiten Abschnitt 3" sind Stützbolzen 22 mit Stütztellern 23
vorgesehen, welche derart im Bereich der Stanzmatrize 13 angeordnet sind, dass ein maschinenrahmenseitiger Auflageabschnitt 24 für das zu bearbeitende Werkstück W bereitgestellt wird. Die Stützbolzen 22 sind dabei den Stützzylindern 16, 16' derart gegenüberliegend angeordnet, dass beim Bewegen des Stützkolbens 18 in Arbeitsrichtung der
Auflageteller 19 über das Werkstück W auf den zugeordneten Stützteller 23 wirken kann.
[0044] Der Stützdruckraum 20 ist über eine Druckleitung 28 mit einem Regelventil 30 verbunden. Das Regelventil 30 ist als 3/3-Wegenventil mit drei
Zugängen ausgebildet, welches neben einer Neutralstellung zwei weitere Schaltstellungen aufweist, wobei in der einen Schaltstellung die
Druckleitung 28 mit einem Reservoir T für Druckfluid und in der anderen Schaltstellung die Druckleitung 28 mit einer Druckfluidversorgung ND verbindbar ist. Die Druckfluidversorgung ND ist dabei als ein
Druckspeicher für Druckfluid ausgebildet, welcher Druckfluid sowohl unter entsprechendem Druck bereitstellen als auch aufnehmen kann. Das Regelventil kann alternativ auch als 3/2 -Wegeventil mit drei Zugängen ausgebildet sein, über welches der Stützdruckraum 20 wahlweise mit dem Reservoir T oder der Druckfluidversorgung ND verbindbar ist.
[0045] Die Druckfluidversorgung ND steht ferner über eine
Ausgleichsdruckleitung 27 in ständiger Verbindung mit dem Freigabedruckraum 26.
[0046] In der Druckleitung 28 ist zwischen dem Stützdruckraum 20 und dem
Regelventil 30 eine als hydraulisches Drosselventil 34 ausgebildete Stelleinheit 32 angeordnet. Das Drosselventil 34 weist zwei Zugänge und zwei Schaltstellungen auf, wobei die eine Schaltstellung einer
Durchlassstellung der Stelleinheit 32, die andere Schaltstellung einer Drosselstellung der Stelleinheit 32 entspricht. Das Drosselventil 34 ist dabei derart ausgebildet, dass in der Drosselstellung ein gegenüber der Durchlassstellung verringerter Strömungsquerschnitt für Druckfluid bereitgestellt wird.
[0047] Als nicht dargestellte alternative Lösung für das Drosselventil 34 ist
denkbar, dass in der Druckleitung 28 eine Strömungsblende zur
Drosselung des Durchflusses an Druckfluid angeordnet ist, welche von einer wahlweise schließbaren Bypass-Leitung umgangen wird. Zum Schließen der Bypass-Leitung ist in dieser ein Stellventil angeordnet, welches in Drosselstellung geschlossen und in Durchlassstellung geöffnet ist.
[0048] Das Drosselventil 34 ist in an sich bekannter Weise als hydraulisch
schaltbares Wegeventil ausgebildet. Hierzu weist das Drosselventil 34 ein nicht dargestelltes Stellglied auf, welches zwischen der Durchlassstellung und der Drosselstellung geführt ist. Das Stellglied sieht eine nicht dargestellte hydraulische Wirkfläche vor, welche über einen ersten Steuerzugang 36 des Drosselventils 34 hydraulisch beaufschlagbar ist. Bei Beaufschlagung des ersten Steuerzugangs 36 wird das Stellglied in die Drosselstellung gedrängt. Entsprechend ist eine nicht dargestellte zweite hydraulische Wirkfläche vorgesehen, die über einen zweiten Steuerzugang 38 beaufschlagbar ist. Dabei wird bei Beaufschlagung der zweiten Wirkfläche das Stellglied in die Durchlassstellung bewegt. Der zweite Steuerzugang 38 steht über eine weitere Druckleitung 39 dauernd mit der Druckfluidversorgung ND in Verbindung. Dadurch wird das
Drosselventil 34 beziehungsweise die Stelleinheit 32 in Durchlassstellung vorgespannt.
[0049] Bei der in der Figur 1 dargestellten Vorrichtung 2 ist der erste Steuerzugang 36 über eine Steuerdruckleitung 40 mit dem Arbeitsdruckraum 1 1 des Arbeitsantriebs 5 druckverbunden. Bei ansteigendem Druck im Arbeitsdruckraum 1 1 wird somit das Drosselventil 34 ausgehend von der durch die beschriebene Vorspannung gehaltenen Durchlassstellung in die Drosselstellung umgeschaltet. Für dieses
Umschalten ist ein Schaltschwellwert dadurch festgelegt, dass die erste hydraulische Wirkfläche einen bestimmten Bruchteil der Größe der zweiten hydraulischen Wirkfläche aufweist. Alternativ ist denkbar, die Vorspannung über den Druck der Druckfluidversorgung ND oder durch ein mechanisches Federmittel einzustellen, welches das Stellglied des
Drosselventils 34 in Richtung der Durchlassstellung beaufschlagt.
[0050] Somit liegt bei der Vorrichtung 2 das Drosselventil 34 in der
Durchlassstellung vor, solange der Druck im Arbeitsdruckraum 1 1 unter der durch den Schaltschwellwert festgelegten Grenze liegt. Steigt der Druck im Arbeitsdruckraum 1 1 über diese Grenze, so schaltet das
Drosselventil 34 in die Drosselstellung, wodurch der Strömungsquerschnitt für Druckfluid eingeschränkt wird.
[0051] Der weitere Stützzylinder 16' wird vom Drosselventil 34 in derselben
Weise beeinflusst wie der Stützzylinder 16.
[0052] Im Folgenden wird die Funktion der Vorrichtung 2 zur
Schnittschlagdämpfung beim Betrieb der Stanzmaschine 1 beschrieben.
[0053] Anfangs befindet sich der Arbeitskolben 9 in einem eingefahrenen
Zustand, in dem das Arbeitswerkzeug 10 von der Werkstückaufnahme 14 beabstandet ist. Aufgrund der Vorspannung liegt die Stelleinheit 32 in der Durchlassstellung vor. Das Regelventil 30 wird zunächst derart geschaltet, dass der Stützdruckraum 20 mit dem Reservoir T in Verbindung steht. Da der Freigabedruckraum 26 über die Ausgleichsdruckleitung 27 dauernd mit der Druckfluidversorgung ND in Verbindung steht, wird der Stützkolben 18 entgegen der Arbeitsrichtung bewegt, das heißt in der Figur 1 nach oben. Damit wird der Bereich der Werkstückaufnahme 14 frei zugänglich und der Stanzmaschine 1 kann ein Werkstück W wie in der Figur 1 dargestellt zugeführt werden, wobei das Werkstück W auf den Stütztellern 23 und auf der Stanzaufnahme 13 aufliegt. [0054] Daraufhin wird der Arbeitskolben 9 in Arbeitsrichtung zum Werkstück W bewegt. Gleichzeitig wird das Regelventil 30 derart geschaltet, dass der Stützdruckraum 20 über die Druckleitung 28 mit der Druckfluidversorgung ND verbunden wird. Dabei wird dem Stützdruckraum 20 so lange
Druckfluid zugeführt, bis die Auflageplatte 19 auf dem Werkstück W aufliegt und dieses an die Stützteller 23 andrückt.
[0055] Sobald das Arbeitswerkzeug 10 auf dem Werkstück W aufliegt, führt eine stärkere Beaufschlagung des Arbeitsdruckraumes 1 1 zum Aufbau einer Arbeitskraft auf das Werkstück W (Druckaufbauphase). Dabei bringt das Werkstück W eine entsprechende Gegenkraft zur Arbeitskraft des
Arbeitsantriebs 5 auf. Während der Druckaufbauphase wirken somit Kräfte auf den Maschinenrahmen 3, insbesondere zwischen dem ersten
Rahmenabschnitt 3' und dem zweiten Rahmenabschnitt 3". Dies führt zu einer elastischen Verformung des Maschinenrahmens 3, wobei
insbesondere der erste Rahmenabschnitt 3' vom zweiten
Rahmenabschnitt 3" weggedrückt wird.
[0056] Während der Druckaufbauphase steht der Stützdruckraum 20 über das Regelventil 30 mit der Druckfluidversorgung ND in Verbindung, so dass der Stützkolben 18 der Verformung des Maschinenrahmens 3 folgend bewegt wird. Insbesondere führt ein Wegbiegen des ersten
Rahmenabschnitts 3' vom zweiten Rahmenabschnitt 3" dazu, dass der Stützkolben 18 ausgefahren wird und somit dem Stützdruckraum 20 Druckfluid zugeführt wird.
[0057] Über das Größenverhältnis der hydraulischen Wirkflächen des
Drosselventils 34 ist ein Schaltschwellwert für den Druck im
Arbeitsdruckraum 1 1 vorgegeben. Dieser ist entsprechend einer
Grenzarbeitskraft gewählt, durch die der Maschinenrahmen 3 noch nicht wesentlich elastisch verformt wird (beispielsweise im Bereich von 30% der Maximalkraft des Arbeitsantriebs 5).
[0058] Steigt der Druck im Arbeitsdruckraum 1 1 während der Druckaufbauphase über den Schaltschwellwert, so wird das Drosselventil 34 gegen die beschriebene Vorspannung in die Drosselstellung geschaltet.
[0059] Überschreitet die Arbeitskraft die maximale Kraft, welche das Werkstück W in der Stanzmatrize 13 aufnehmen kann, so gibt das Werkstück W im Wesentlichen schlagartig nach (Schnittdurchbruchphase).
Dementsprechend lässt auch die über das Werkstück W auf den
Maschinenrahmen 3 übertragene Kraft, welche zur elastischen
Verformung des Maschinenrahmens 3 führt, schlagartig nach. Da die elastische Verformung des Maschinenrahmens 3 jedoch mit einer
Bewegung des Stützkolbens 18 im Stützzylinder 16 verbunden ist, wird bei der elastischen Rückverform ung des Maschinenrahmens 3 nach dem Schnittdurchbruch des Werkstückes W der Stützkolben 18 entsprechend zurückbewegt. Im Falle der Figur 1 wird der Stützkolben 18 während der Rückverform ung wieder entgegen der Arbeitsrichtung in den Stützzylinder 16 eingedrückt. Dies ist mit einer entsprechenden Volumensänderung des Stützdruckraumes 20 verbunden. Da das Drosselventil 34 in der
Drosselstellung vorliegt, kann das Druckfluid nur über einen verkleinerten Strömungsquerschnitt abfließen. Die Rückbewegung des Stützkolbens 16 wird somit durch die Drosselung gedämpft. Je nach Schaltstellung des Regelventils 30 wird dabei das verdrängte Druckfluid in die
Druckfluidversorgung ND oder in das Reservoir T abgeführt.
[0060] Der Stützkolben 16 übt damit eine Stützkraft gegen eine schlagartig
elastische Rückverform ung des Maschinenrahmens 3 aus, was zu einer langsamen und für den Maschinenrahmen 3 weniger schädlichen oder unschädlichen Rückverformbewegung führt.
[0061] Die beschriebene Schnittschlagdämpfung bei der elastischen
Rückverform ung des Maschinenrahmens 3 erfolgt jedoch nur dann, wenn die zum Schnittdurchbruch des Werkstückes W erforderliche Kraft über der durch den Schaltschwellwert gegebenen Mindestkraft liegt. Ein weniger stabiles oder dünneres Werkstück kann folglich mit der
Stanzmaschine 1 gestanzt werden, ohne dass eine Drosselung der Rückbewegung des Stützkolben 16 erfolgt. Darüber hinaus kann mittels des Regelventils 30 die Schnittschlagdämpfung dauerhaft deaktiviert werden. Dies kann beispielsweise für einen Werkzeugwechsel,
Werkstückwechsel, beim Einrichtbetrieb der Arbeitsmaschine oder für Voreinstellungen vorteilhaft sein.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (2) zur Schnittschlagdämpfung für Arbeitsmaschinen (1 ),
insbesondere für Pressen, Stanz- oder Nibbelmaschinen, welche einen Maschinenrahmen (3) und einen Arbeitsantrieb (5) zum Bewegen eines Arbeitswerkzeugs (10) entlang einer Arbeitsrichtung aufweisen, und bei welchen der Maschinenrahmen (3) durch eine vom Arbeitsantrieb (5) zur Bearbeitung eines Werkstücks (W) ausgeübte Arbeitskraft elastisch verformt wird, wobei der Arbeitsantrieb (5) eine Steuergröße zur Ermittlung der
Arbeitskraft vorsieht,
wobei die Vorrichtung (2) zur Schnittschlagdämpfung einen Stützzylinder (16, 16') mit einem längs der Arbeitsrichtung bewegbaren Stützkolben (18) vorsieht, welcher einen Stützdruckraum (20) begrenzt, der zum Bewegen des Stützkolbens (18) mit Druckfluid beaufschlagbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stützzylinder (16, 16') derart am
Maschinenrahmen (3) angeordnet ist, dass eine elastische Rückverformung des Maschinenrahmens (3) über eine Bewegung des Stützkolbens (18) im Stützzylinder (16, 16') dämpfbar ist,
und dass die Vorrichtung (2) eine von der Steuergröße des Arbeitsantriebs (5) steuerbare Stelleinheit (32) aufweist, welche zwischen einer Drosselstellung und einer Durchlassstellung zur wahlweisen Drosselung oder zur im
wesentlichen drosselfreien Freigabe des Abflusses von Druckfluid aus dem Stützdruckraum (20) schaltbar ist,
wobei die Stelleinheit (32) derart ausgebildet ist, dass ein Schaltschwellwert vorgebbar ist, und dass die Stelleinheit (32) die Durchlassstellung einnimmt, wenn die Steuergröße unterhalt des Schaltschwellwertes liegt, und wobei die Stelleinheit (32) zur Dämpfung der elastischen Rückverformung in die
Drosselstellung schaltet, wenn die Steuergröße den Schaltschwellwert überschreitet.
2. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Maschinenrahmen (3) einen ersten Rahmenabschnitt (3') aufweist, an welchem der Arbeitsantrieb (5) angeordnet ist, und der Maschinenrahmen (3) einen zweiten Rahmenabschnitt (3") aufweist, an welchem das Werkstück (W) zu seiner Bearbeitung anlegbar ist, wobei der Stützzylinder (16, 16') derart zwischen dem ersten Rahmenabschnitt (3') und dem zweiten Rahmenabschnitt (3") wirkend angeordnet ist, dass eine elastische
Rückverformung des Maschinenrahmens (3) dämpfbar ist.
3. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die Stelleinheit (32) in einer Druckleitung (28) angeordnet ist, über welche der Stützdruckraum (20) mit einem Reservoir (T) für Druckfluid und/oder mit einer Druckfluidversorgung (ND) verbindbar ist.
4. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das die Stelleinheit (32) als Drosselventil (34) ausgebildet ist, welches in
Drosselstellung einen gegenüber der Durchlassstellung verringerten
Strömungsquerschnitt für Druckfluid aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (32) eine Strömungsblende zur Drosselung des Abflusses und eine zur Strömungsblende parallele Bypass-Leitung aufweist, in welcher ein Stellventil angeordnet ist, das in Drosselstellung geschlossen und in
Durchlassstellung geöffnet ist.
6. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Arbeitsantrieb (5) als hydraulischer Zylinder (7) mit einem Arbeitsdruckraum (1 1 ) ausgebildet ist, welcher zum Bewegen des Arbeitswerkzeugs (10) in Arbeitsrichtung mit Druck beaufschlagbar ist.
7. Vorrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Stelleinheit (32) eine hydraulische Wirkfläche zum Umschalten von der Durchlassstellung in die Drosselstellung vorsieht, wobei die Wirkfläche zur Vorgabe des Schaltschwellwertes in Durchlassstellung vorspannbar ist und die Wirkfläche mit dem im Arbeitsdruckraum (1 1 ) herrschenden Druck
beaufschlagbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der
Arbeitsantrieb (5) als elektrischer Antrieb ausgebildet ist, der zum Bewegen des Arbeitswerkzeuges (10) mit Antriebsstrom elektrisch versorgbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (32) ein elektrisch betätigbares Schaltglied zum Umschalten von der
Durchlassstellung in die Drosselstellung aufweist, welches zur Vorgabe des Schaltschwellwertes in Durchlassstellung vorspannbar ist und in Abhängigkeit des Antriebstromes in Drosselstellung schaltbar ist.
10. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Regelventil (30) vorgesehen ist, über welches der Stützdruckraum (20) mit einer Druckfluidversorgung (ND) verbindbar ist.
1 1. Vorrichtung (2) nach Anspruch 3 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (30) in der Druckleitung (28) zwischen dem Stellglied (32) und dem Reservoir (T) angeordnet ist, wobei das Regelventil (30) derart ausgebildet ist, dass das Stellglied (32) wahlweise mit der Druckfluidversorgung (ND) oder dem Reservoir (T) verbindbar ist.
12. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Maschinenrahmen (3) einen Auflageabschnitt (24) vorsieht, auf den das Werkstück (W) zur Bearbeitung auflegbar ist und dass der Stützkolben (18) bei Beaufschlagung des Stützdruckraumes (20) auf das Werkstück (W) wirkt.
13. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Stützkolben (18) einen Freigabedruckraum (26) begrenzt, welcher zum Bewegen des Stützkolbens (18) entgegen der
Arbeitsrichtung mit Druckfluid beaufschlagbar ist.
14. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass wenigstens zwei gemeinsam wirkende Stützzylinder (16, 16') vorgesehen sind, welche insbesondere symmetrisch in Bezug auf den Arbeitsantrieb (5) angeordnet sind.
15. Verfahren, insbesondere zum Betreiben einer Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 - 14, zur Schnittschlagdämpfung für Arbeitsmaschinen (1 ), welche einen Maschinenrahmen (3) und einen Arbeitsantrieb (5) zum
Bewegen eines Arbeitswerkzeugs (10) entlang einer Arbeitsrichtung
aufweisen, und bei welchen der Maschinenrahmen (3) durch eine vom
Arbeitsantrieb (5) zur Bearbeitung eines Werkstücks (W) ausgeübte
Arbeitskraft elastisch verformt wird, wobei der Arbeitsantrieb (5) eine
Steuergröße zur Ermittlung der Arbeitskraft vorsieht,
und welche außerdem einen maschinenrahmenseitigen Stützzylinder (16, 16') aufweisen, welcher einen durch Beaufschlagung eines Stützdruckraumes (20) mit einem Druckfluid bewegbaren Stützkolben (18) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützzylinder (16, 16') derart am
Maschinenrahmen (3) angeordnet ist, dass eine elastische Rückverformung des Maschinenrahmens (3) über eine Bewegung des Stützkolbens (18) im Stützzylinder (16, 16') dämpfbar ist,
wobei bei dem Verfahren der Stützdruckraum (20) während der elastischen Verformung des Maschinenrahmens (3) mit Druckfluid befüllt wird,
und ein Schaltschwellwert für die Steuergröße vorgegeben ist, und wobei zur Dämpfung der elastischen Rückverformung des Maschinenrahmens (3) der Abfluss von Druckfluid aus dem Stützdruckraum (20) gedrosselt wird, wenn die Steuergröße den Schaltschwellwert überschreitet.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der
Schaltschwellwert derart gewählt ist, dass der Abfluss aus dem
Stützdruckraum (20) gedrosselt wird, bevor die elastische Rückverformung stattfindet.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der
Stützdruckraum (20) während der elastischen Verformung des
Maschinenrahmens (3) zur Ausübung einer Stützkraft beaufschlagt wird.
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