EP0278897A2 - Presse zum spanlosen Bearbeiten eines flachen Halbzeuges - Google Patents

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EP0278897A2
EP0278897A2 EP88810022A EP88810022A EP0278897A2 EP 0278897 A2 EP0278897 A2 EP 0278897A2 EP 88810022 A EP88810022 A EP 88810022A EP 88810022 A EP88810022 A EP 88810022A EP 0278897 A2 EP0278897 A2 EP 0278897A2
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EP
European Patent Office
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cylinder unit
hold
press
finished product
down device
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EP88810022A
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EP0278897A3 (de
Inventor
Hanspeter Beer
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Schweizerische Industrie Gesellschaft
Original Assignee
Schweizerische Industrie Gesellschaft
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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
    • B21D24/04—Blank holders; Mounting means therefor
    • B21D24/08—Pneumatically or hydraulically loaded blank holders

Definitions

  • the semi-finished product When non-cutting processing of semi-finished products, such as sheet metal or a film, the semi-finished product is usually pressed against a counterholder using a hold-down device and then processed using a processing tool, such as a punch, a punching mandrel or a pressing or bending tool.
  • a press of this type is known in which the hold-down device is connected to a first hydraulic cylinder unit controlled by a first hydraulic valve.
  • a second cylinder unit arranged in the piston of the first cylinder unit is connected on the piston side to the piston side of the first cylinder unit and on the rod side to a pressure control valve. This enables the force acting on the tool to be adjusted in relation to the pressing force of the hold-down device.
  • the hold-down device runs against the counter-holder at full speed and is braked here over a very short distance. This results in unpleasant noise and high material stress on both the press and the semi-finished product.
  • the invention has for its object to develop a press according to the preamble of claim 1 such that the changeover time can be drastically reduced. This object is achieved by the characterizing features of claim 1.
  • the design of the first hydraulic valve as a servo valve with position feedback has the advantage that the hold-down device can be moved in rapid traverse at a much higher speed than with known presses to the plant in front of the system and can be braked hydraulically there so that it touches down gently. This prevents noise and high material stress. The changeover to other material thicknesses is very simple and quick, by reprogramming the control unit.
  • the design of the second hydraulic valve as a servo valve with position feedback also has the advantage that the tool movement can be programmed so that the tool attaches gently and noise is avoided. In addition, this design can be used, for example, for deep drawing to ensure that the drawing speed can be regulated.
  • the press comprises a holding-down device 2, a counter-holding device 3 and a deep-drawing die 4.
  • the holding-down device 2 is actuated by a first hydraulic cylinder unit 5, the die 4 by a second cylinder unit 6.
  • Both cylinder units 5, 6 are each connected to a servo valve 8, 9 controlled by a control unit 7 and having a return path.
  • the two cylinder units 5, 6 are arranged coaxially, the piston of the unit 5 connected to the hold-down device 2 via a hollow piston rod 14 being designed as an annular piston 15 which is guided on the cylinder 16 of the cylinder unit 6.
  • the piston 17 of the inner cylinder unit 6 is connected to the plunger 4 via a piston rod 18.
  • the two servo valves 8, 9 are constructed identically, so that only the structure and the mode of operation of the valve 9 are described below.
  • the valve 9 has a stepper motor 22 as an input element. This is connected to the control unit 7.
  • the angle of rotation and the angular velocity of its output shaft 23 correspond to the stroke predetermined by the control unit 7 and the stroke speed of the plunger 4.
  • the output shaft 23 of the stepping motor 22 carries a flange 24 to which a flange 25 of a control shaft 26 is coupled in a rotationally rigid but axially movable manner.
  • the control shaft 26 has a thread 27 at its opposite end. This is engaged by a nut 28 which is rotatably mounted in the housing 29 of the valve 9 but is axially immovable.
  • the nut 28 is rigidly connected to a threaded spindle 30 with a steep thread, in which a nut 31 of the piston 17 of the cylinder unit 6 engages.
  • the valve 9 has a slide 32 which is axially displaceably mounted in the housing 29.
  • the slide 32 has two flanges 33, 34 which, with control edges in the housing 29, the inflow of oil from a pressure chamber 35, which is under feed pressure P, into working chambers 36, 37 , and control the outflow from the working chambers 36, 37 into the return spaces 38.
  • the working chambers 36, 37 are each connected to one of the working spaces 39, 40 of the cylinder unit 6.
  • the slider 32 is pressed against a shoulder of the control shaft 26 by means of a spring 41 so that it follows the axial movements of the control shaft 26.
  • the stamp drive operates as follows: If the output shaft 23 of the stepping motor 22, viewed in the output direction, is rotated clockwise by a certain angle, it drives the control shaft 26 via the coupling 24, 25. This screwed into the nut 28 and moves axially downwards.
  • the slide 32 follows this axial displacement and opens the connection between the pressure chamber 35 and the working chamber 37, and between the working chamber 36 and the return chamber 38.
  • the piston 17 moves downward. Whose axial displacement causes a rotation of the nut 28 in the direction of rotation of the output shaft 23 via the nut 31 and the threaded spindle 30.
  • the control shaft 26 with the slide 32 is thereby displaced upwards again.
  • the slide 32 is again in the neutral position shown when the rotation of the output shaft 23 and the nut 28 are equal in terms of amount.
  • the axial position of the piston 17 thus follows the angle of rotation of the output shaft 23.
  • the servo valve 8 is constructed in the same way as the servo valve 9, except that here the nut 31 ⁇ for returning the annular piston 15 is connected directly to the hold-down device 2 and the threaded spindle 30 ⁇ is correspondingly longer.
  • the hold-down device 2 is first lowered.
  • the control unit 7 is programmed in such a way that the annular piston 15 is moved in rapid traverse at the maximum speed predetermined by the maximum opening of the valve 8 and the feed pressure P up to immediately above the system on the film 1.
  • the hold-down device is braked hydraulically. It then sets onto the film 1 resting on the counter-holder 3 at a very low speed and therefore with a small kinetic energy.
  • both the film 1 and the hold-down device 2 and the counter-holder 3 are protected and the noise which is customary in conventional presses is completely avoided.
  • the end stroke of the hold-down device 2 preselected by the control unit 7 is selected to be a few tenths of a millimeter larger than the stroke that can actually be achieved.
  • the slide 32 ⁇ of the valve 8 remains somewhat deflected in the end position, so that the full feed pressure P acts on the annular piston 15. If the material thickness of the film 1 changes, only the end position of the hold-down device 2 and the position in which the hold-down device 2 is braked need be reprogrammed on the control unit 7. This changeover is therefore possible very quickly.
  • the punch 4 is lowered, also at the maximum delivery speed until immediately before it hits the film 1.
  • the delivery speed is reduced to the level desired for deep drawing.
  • the stamp 4 is therefore also placed gently and without noise on the film 4 and pulls a cup from it, the depth of which is given by the stroke of the stamp 4 pre-programmed by the control unit 7. A change in cup depth is therefore possible very simply and quickly by reprogramming the control unit 7 without the need to replace or adjust tools or stops.
  • the hold-down device 2 are provided with a cutting edge, so that if the counter-holder 3 is designed accordingly, a shaped piece is first punched out of a foil strip and then the punched-out part is deep-drawn.
  • the press shown is not only suitable for deep drawing, but also for punching, embossing, bending, punching, etc., as well as combinations thereof, when using appropriate tools.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Presses And Accessory Devices Thereof (AREA)

Abstract

Die Presse hat einen Niederhalter (2), einen Gegenhalter (3) und ein Werkzeug (4), z.B. einen Tiefziehstempel. Nie­derhalter (2) und Werkzeug (4) werden durch je ein Hydraulik­zylinderaggregat (5,6) betätigt. Die beiden Aggregate (5,6) sind mit je einem Servoventil (8,9) mit Wegrückführung des Kolbenhubes verbunden. Die Ventile (8,9) werden durch eine programmierbare Steuereinheit (7) betätigt. Durch diese Aus­bildung der Presse kann der bei bekannten Pressen übliche Lärm vermieden und die Materialbeanspruchung reduziert wer­den. Die Umstellung auf andere Materialstärken des Halb­zeuges (1) oder z.B. andere Ziehtiefen ist sehr einfach durch Umprogrammieren der Steuereinheit (7) möglich.

Description

  • Beim spanlosen Bearbeiten von Halbzeug, z.B. einem Blech oder einer Folie, wird meist das Halbzeug mittels eines Nie­derhalters gegen einen Gegenhalter angepresst und hierauf mittels eines Bearbeitungswerkzeuges, z.B. eines Ziehstem­pels, eines Stanzdorns oder eines Drück- oder Biegewerk­zeuges bearbeitet. Aus der DE-OS 3'039'351, gegen welche der Anspruch 1 abgegrenzt ist, ist eine Presse dieser Art bekannt, bei welcher der Niederhalter mit einem durch ein erstes Hydraulikventil angesteuerten ersten Hydraulikzylin­deraggregat verbunden ist. Ein im Kolben des ersten Zylin­deraggregates angeordnetes zweites Zylinderaggregat ist kolbenseitig mit der Kolbenseite des ersten Zylinderaggre­gates und stangenseitig mit einem Druckregelventil verbun­den. Damit lässt sich die auf das Werkzeug wirkende Kraft im Verhältnis zur Anpresskraft des Niederhalters einstel­len.
  • Bei diesen bekannten Pressen fährt der Niederhalter mit vol­ler Geschwindigkeit gegen den Gegenhalter und wird hier über eine sehr kurze Distanz abgebremst. Dies hat unange­nehmen Lärm und grosse Materialbeanspruchung sowohl der Presse, als auch des Halbzeuges zur Folge.
  • Zur Vermeidung dieser Nachteile ist schon vorgeschlagen wor­den, den Gegenhalter federnd zu lagern, so dass er den Schlag des Niederhalters elastisch auffängt (z.B. DE-OS 2'332'522). Dies bringt jedoch nur bedingt Abhilfe, weil an die Stelle der Verzögerung des Niederhalters die Be­schleunigung des ebenfalls recht massiven Gegenhalters tritt. EP-A 74'421 versucht dieses Problem dadurch zu lö­sen, dass der Gegenhalter unmittelbar vor dem Auftreffen des Niederhalters mittels eines Hydraulikkolbens nach unten beschleunigt wird. Dieser Vorschlag führt jedoch zu sehr aufwendigen Einstellarbeiten und langen Umrüstzeiten.
  • Ein weiteres Problem, z.B. beim Tiefziehen in bekannten Pressen, besteht darin, dass der Hub des Tiefziehstempels mechanisch begrenzt wird, z.B. im Betätigungszylinder oder durch die Form des Gesenkes. Sollen z.B. Behälter unter­schiedlicher Tiefe hergestellt werden, so sind jeweils auf­wendige Umrüstarbeiten erforderlich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Presse ge­mäss Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die Umrüstzeit drastisch reduziert werden kann. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An­spruchs 1 gelöst.
  • Die Ausbildung des ersten Hydraulikventils als Servoventil mit Wegrückführung hat den Vorteil, dass der Niederhalter im Eilgang mit erheblich grösserer Geschwindigkeit als bei bekannten Pressen bis unmittelbar vor die Anlage am Halb­zeug gefahren und dort hydraulisch abgebremst werden kann, so dass er sanft aufsetzt. Dadurch können Lärm und hohe Materialbeanspruchungen vermieden werden. Die Umstellung auf andere Materialstärken ist sehr einfach und rasch durch Umprogrammieren der Steuereinheit möglich. Die Ausbildung des zweiten Hydraulikventils als Servoventil mit Wegrück­führung hat ebenfalls den Vorteil, dass die Werkzeugbewe­gung so programmiert werden kann, dass das Werkzeug sanft aufsetzt und damit Lärm vermieden wird. Ausserdem kann mit dieser Ausbildung z.B. beim Tiefziehen erreicht werden, dass die Ziehgeschwindigkeit regelbar ist. Dies führt bei geringfügig variierenden Materialstärken des Halbzeuges zu besser konstanten Arbeitsresultaten als bei der über den Druck regelbaren Ziehkraft. Beim Tiefziehen von z.B. Be­chern kann die Bechertiefe sehr rasch durch Umprogrammieren des Stempelhubes verändert werden, so dass sich geringe Um­rüstzeiten ergeben.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an­hand der Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Axialschnitt durch eine Tiefziehpresse.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung in der Anwendung bei einer Tiefziehpresse zum Herstellen von Verpackungsbechern aus einer Aluminiumfolie 1 erläutert. Die Presse umfasst einen Niederhalter 2, einen Gegenhalter 3 und einen Tiefziehstempel 4. Der Niederhalter 2 wird durch ein erstes Hydraulikzylinderaggregat 5, der Stempel 4 durch ein zweites Zylinderaggregat 6 betätigt. Beide Zylinder­aggregate 5, 6 sind mit je einem durch eine Steuereinheit 7 angesteuerten Servoventil 8, 9 mit Wegrückführung verbun­den. Die beiden Zylinderaggregate 5, 6 sind koaxial angeord­net, wobei der mit dem Niederhalter 2 über eine hohle Kolben­stange 14 verbundene Kolben des Aggregates 5 als Ringkolben 15 ausgebildet ist, der auf dem Zylinder 16 des Zylinder­aggregates 6 geführt ist. Der Kolben 17 des inneren Zylinder­aggregates 6 ist über eine Kolbenstange 18 mit dem Stempel 4 verbunden. Die beiden Servoventile 8, 9 sind gleich auf­gebaut, so dass nachfolgend lediglich der Aufbau und die Betriebsweise des Ventils 9 beschrieben ist.
  • Das Ventil 9 hat als Eingangsglied einen Schrittmotor 22. Dieser ist mit der Steuereinheit 7 verbunden. Der Dreh­winkel und die Winkelgeschwindigkeit seiner Abtriebswelle 23 entsprechen dem durch die Steuereinheit 7 vorgegebenen Hub und der Hubgeschwindigkeit des Stempels 4. Die Abtriebswelle 23 des Schrittmotors 22 trägt einen Flansch 24, mit welchem rotationssteif, aber axial beweglich ein Flansch 25 einer Steuerwelle 26 gekoppelt ist. Die Steuerwelle 26 hat an ihrem gegenüberliegenden Ende ein Gewinde 27. In dieses greift eine Mutter 28 ein, die im Gehäuse 29 des Ventils 9 drehbar, aber axial unverschiebbar gelagert ist. Die Mutter 28 ist starr mit einer Gewindespindel 30 mit Steilgewinde verbunden, in die eine Mutter 31 des Kolbens 17 des Zylin­deraggregates 6 eingreift. Das Ventil 9 hat einen im Gehäuse 29 axial verschiebbar gelagerten Schieber 32. Der Schieber 32 hat zwei Flansche 33, 34, die mit Steuerkanten im Gehäuse 29 den Zufluss von Oel aus einem Druckraum 35, der unter Speisedruck P steht, in Arbeitskammern 36, 37, sowie den Abfluss aus den Arbeitskammern 36, 37 in Rücklaufräume 38 steuern. Die Arbeitskammern 36, 37 sind mit je einem der Arbeitsräume 39, 40 des Zylinderaggregates 6 verbunden. Der Schieber 32 ist mittels einer Feder 41 gegen eine Schulter der Steuerwelle 26 gedrückt, so dass er den Axialbewegungen der Steuerwelle 26 folgt.
  • Im Betrieb arbeitet der Stempelantrieb wie folgt: Wird die Abtriebswelle 23 des Schrittmotors 22 in Abtriebsrichtung betrachtet um einen bestimmten Winkel im Uhrzeigersinn ge­dreht, so nimmt sie über die Kupplung 24, 25 die Steuer­welle 26 mit. Diese schraubt sich in die Mutter 28 ein und verschiebt sich axial nach unten. Der Schieber 32 folgt dieser Axialverschiebung und öffnet die Verbindung zwischen dem Druckraum 35 und der Arbeitskammer 37, sowie zwischen der Arbeitskammer 36 und dem Rücklaufraum 38. Der Kolben 17 bewegt sich nach unten. Dessen Axialverschiebung bewirkt über die Mutter 31 und die Gewindespindel 30 eine Drehung der Mutter 28 im Drehsinn der Abtriebswelle 23. Die Steuer­welle 26 mit dem Schieber 32 wird dadurch wieder nach oben verschoben. Der Schieber 32 befindet sich wieder in der dar­gestellten Neutrallage, wenn die Drehung der Abtriebswelle 23 und der Mutter 28 betragsmässig gleich sind. Die Axial­lage des Kolbens 17 folgt also dem Drehwinkel der Abtriebs­welle 23.
  • Das Servoventil 8 ist gleich aufgebaut wie das Servoventil 9, nur dass hier die Mutter 31ʹ zur Wegrückführung des Ring­kolbens 15 direkt mit dem Niederhalter 2 verbunden und die Gewindespindel 30ʹ entsprechend länger ist.
  • Zum Tiefziehen der das Halbzeug bildenden Folie 1 wird zu­nächst der Niederhalter 2 abgesenkt. Dazu ist die Steuer­einheit 7 so programmiert, dass der Ringkolben 15 mit der durch die maximale Oeffnung des Ventils 8 und den Speise­druck P vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit im Eilgang bis unmittelbar oberhalb der Anlage an der Folie 1 bewegt wird. An dieser Stelle wird die Absenkgeschwindigkeit verlangsamt, der Niederhalter also hydraulisch gebremst. Er setzt dann mit sehr geringer Geschwindigkeit und daher kleiner kinetischer Energie auf die auf dem Gegenhalter 3 aufliegende Folie 1 auf. Dadurch wird sowohl die Folie 1, als auch der Nieder­halter 2 und der Gegenhalter 3 geschont und der bei herkömm­lichen Pressen übliche Lärm wird vollständig vermieden. Der durch die Steuereinheit 7 vorgewählte Endhub des Niederhal­ters 2 wird um wenige Zehntelsmillimeter grösser gewählt als der tatsächlich erreichbare Hub. Dadurch bleibt der Schieber 32ʹ des Ventils 8 in der Endstellung etwas ausge­lenkt, so dass der volle Speisedruck P auf den Ringkolben 15 wirkt. Bei einer Aenderung der Materialstärke der Folie 1 muss an der Steuereinheit 7 lediglich die Endstellung des Niederhalters 2 sowie die Stellung umprogrammiert werden, in welcher der Niederhalter 2 abgebremst wird. Diese Umstellung ist daher sehr rasch möglich.
  • Sobald der Niederhalter 2 gegen die Folie 1 angepresst ist, wird der Stempel 4 abgesenkt, und zwar ebenfalls mit maxi­maler Zustellgeschwindigkeit bis unmittelbar vor seinem Auftreffen auf die Folie 1. Hier wird die Zustellgeschwin­digkeit auf das für das Tiefziehen gewünschte Mass reduziert. Der Stempel 4 setzt daher ebenfalls sanft und ohne Lärm auf die Folie 4 auf und zieht aus ihr einen Becher, dessen Tiefe durch den mittels der Steuereinheit 7 vorprogrammierten Hub des Stempels 4 gegeben ist. Eine Aenderung der Bechertiefe ist daher sehr einfach und rasch durch Umprogrammieren der Steuereinheit 7 möglich, ohne dass Werkzeuge oder Anschläge ausgewechselt oder verstellt werden müssen.
  • Durch den Einsatz von anderen Werkzeugen auf die beiden Kol­benstangen 14, 18 kann z.B. der Niederhalter 2 mit einer Schneide versehen werden, so dass bei entsprechender Ausbil­dung des Gegenhalters 3 zuerst ein Formstück aus einem Fo­lienband ausgestanzt und dann das ausgestanzte Teil tiefge­zogen wird.
  • Je nach Aufgabe und Art des Werkzeuges kann es zweckmässig sein, weitere koaxiale Zylinderaggregate um die Aggregate 5, 6 herum anzuordnen, wobei die weiteren Zylinderaggregate wiederum Ringkolben und hohle Kolbenstangen haben und zweck­mässig ebenfalls durch je ein separates Servoventil mit Weg­rückführung des Kolbenhubes angesteuert werden.
  • Die dargestellte Presse eignet sich nicht nur zum Tief­ziehen, sondern bei Einsatz entsprechender Werkzeuge auch zum Stanzen, Prägen, Biegen, Lochen usw. sowie Kombinationen davon.

Claims (7)

1. Presse zum spanlosen Bearbeiten eines flachen Halbzeuges (1), umfassend ein über ein erstes Hydraulikven­til (8) angesteuertes erstes Hydraulikzylinderaggregat (5), das mit einem Niederhalter (2) verbunden ist zum Anpressen des Niederhalters (2) gegen das auf einem Gegenhalter (3) aufgelegte Halbzeug (1), sowie ein über ein zweites Hydrau­likventil (9) angesteuertes zweites Hydraulikzylinderaggre­gat (6), das mit einem Bearbeitungswerkzeug (4) zum Bear­beiten des Halbzeuges (1) verbunden ist, dadurch gekennzeich­net, dass mindestens eines der Ventile als Servoventil (8,9) mit einer Wegrückführung des Hubes des zugehörigen Zylinder­aggregates (5,6) ausgebildet ist, und dass das Servoventil (8,9) mit einer Steuereinheit (7) verbunden ist, über welche mindestens der Hub des zugehörigen Zylinderaggregates (5,6) vorwählbar ist.
2. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Servoventil (8,9) durch einen Schrittmotor (22) angesteuert ist.
3. Presse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, dass die Wegrückführung eine Gewindespindel (30) umfasst.
4. Presse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (30) in eine Mutter (31) am beweg­ten Glied (15,17) des zugehörigen Zylinderaggregates (5,6) eingeschraubt ist.
5. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, dass die beiden Zylinderaggregate (5,6) koaxial angeordnet sind, wobei das äussere erste Zy­linderaggregat (5) einen Ringkolben (15) und eine hohle Kolbenstange (14) hat.
6. Presse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (15) des ersten Zylinderaggregates (5) auf dem Zylinder (16) des zweiten Zylinderaggregates (6) geführt ist.
7. Presse nach Anspruch 5 jeder 6, dadurch gekenn­zeichnet, dass sie mindestens ein weiteres koaxiales Zylin­deraggregat mit einem weiteren Ringkolben und einer weite­ren hohlen Kolbenstange aufweist.
EP88810022A 1987-02-13 1988-01-18 Presse zum spanlosen Bearbeiten eines flachen Halbzeuges Withdrawn EP0278897A3 (de)

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EP0278897A3 EP0278897A3 (de) 1990-07-25

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US3908429A (en) * 1974-01-21 1975-09-30 Mts System Corp Hydraulic servo valve controlled cupping press
DE3505984A1 (de) * 1985-02-21 1986-08-21 L. Schuler GmbH, 7320 Göppingen Ziehapparat an pressen

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