DE2609916A1

DE2609916A1 - Niederhaltevorrichtung an einer tiefziehpresse

Info

Publication number: DE2609916A1
Application number: DE19762609916
Authority: DE
Inventors: Antonio Dr Ing Celi
Original assignee: HERMANN ETSCHEID oHG
Current assignee: HERMANN ETSCHEID oHG
Priority date: 1976-03-10
Filing date: 1976-03-10
Publication date: 1977-09-15
Also published as: US4121449A; FR2343526B1; IT1085337B; FR2343526A1; GB1577855A

Description

LJOLGER ARENTOFT 5461 Kasbach-Ohlenberg 2.März 1976

« Tel. Linz 2612, Vorwahl 02644

GP 323

Anmelder: Hermann Etscheid oHG.
Neustadt/Wied

Niederhaltevorrichtung an einer Tiefziehpresse

Die Erfindung betrifft eine Niederhaltevorrichtung an einer Tiefziehpresse. Bekanntlich ist beim Tiefziehen insbesondere schwererer Platinen das Niederhalten der Platine durch den Blechhalter von sehr großer Bedeutung für die Güte des Werkstücks. Die Einsetzung der jeweils richtigen Niederhaltekraft entscheidet darüber, ob das Werkstück nachher glatt und ohne Palten oder Risse am Ziehflansch und in der Umformzone aus der Tiefziehpresse herauskommt. Eine zu hohe Niederhaltekraft erschwert die im Zuge des Tiefziehens entstehende Verringerung des Werkstückdurchmessers und überbeansprucht daher die randnahe Umformzone. Eine zu niedrige Niederhaltekraft führt zu Faltenbildungen.

Bisher hat man als Niederhaltevorrichtung vorwiegend Stahlfedern in der Gestalt von Schraubenfedern und Tellerfedern zwischen der Preßplatte der Tiefziehpresse und dem Blechhalter eingespannt. Auch Gummifedern fanden Verwendung. Alle diesen Federn weisen den gemeinsamen Nachteil auf, daß ihre Federkraft im Laufe des Federweges relativ steil ansteigt. Die entsprechenden Federkennlinien sind auf Fig. 1 schematisch dargestellt, und zwar als Kennlinie "A" für Schraubenfedern und als Kennlinie "B" für Tellerfedern. Nähere Erläuterungen der Darstellungen Fig. 1 werden am Anfang des Ausführungsbeiapieles gegeben.

Eine optimale Tiefziehwirkung kommt nur dann zustande, wenn man die Niederhaltekraft materialgerecht und werkzeuggerecht dosiert und diese Kraft während des gesamten Tiefziehvorgangs konstant bleibt, also im Sinne der Darstellung Fig. 1 eine mit der Abszisse parallele Kennlinie I aufweist. Dieses

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Kriterium kann mit Stahl- oder Gummifedern nicht verwirklicht werden, denn deren Kennlinien schneiden die ideale Kennlinie I in einem einzigen Punkt; die von ihnen ausgeübte Nieder— haltekraft bleibt auf dem vor diesem Punkt liegenden Federweg zu gering und wird nach dem Idealpunkt zu groß. Wenn man die Federn ohne Vorspannung einsetzen würde, wäre die von ihnen ausgeübte Niederhaltekraft am Anfang des Tiefziehvorganges gleich Null.

Ein weiterer Nachteil der bekannten, aus Federelementen bestehenden Niederhaltevorrichtungen kommt durch den kurzen wirksamen Federweg zustande, der infolge der unumgänglichen Vorspannung noch kürzer wird, vgl. Fig. 1. Wegen des kurzen Federweges ist man gezwungen, den Tiefziehvorgang in mehreren Zügen durchzuführen, es sei denn, es handelt sich um flache Werkstücke.

In Erkenntnis dieser Sachlage ist man in den letzten Jahren bestrebt gewesen, Gasfedern zu entwickeln, die eine flachere Kennlinie aufweisen. Eine solche pneumatische Niederhaltevorrichtung ist auf dem Markt sehr bekannt geworden. Sie besteht aus einer Anzahl von Kolbenzylindern, deren Zylinderräume mit einem größeren Druckbehälter kommunizieren. Kolbenzylinder und Druckbehälter sind mit Stickstoff unter hohem Druck in der Größenordnung von 100 bar gefüllt. Das Gesamtvolumen aller Kolbenzylinder soll erheblich kleiner sein als das Volumen des ihr zugeordneten Druckbehälters. Unter dieser Voraussetzung ändert ein Eintauchen aller Kolben in die Kolbenzylinder den Gesamtdruck relativ wenig. Wenn die Kolbenzylinder als Niederhaltevorrichtungen zwischen Preßplatte und Blechhalter angebracht sind, wird der Gaswiderstand gegen die Kolbenbewegung somit annähernd konstant bleiben, vorausgesetzt, daß das Behältervolumen ausreichend viel größer als die Summe der Zylindervolumina ist.

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Die Kennlinie dieses bekannten Stickstoff-Federelements verläuft unbestreitbar in einem sehr spitzen Winkel zu der Koordinatenachse des Federweges. Diese Kennlinie ist auf Fig. 1 mit "C" bezeichnet und schneidet die Ideallinie I in dem Punkt I_. Ihre Neigung im Verhältnis zu der Ideallinie beträgt nach der Zeitschrift "bänder bleche rohre", Seite 449/19 74 rd. 10 %, d.h. einem Winkel von etwa 6° entsprechend.

Eine offenbare Schwierigkeit dieses Systems bildet der auch außerhalb der Kolbenzylinder erforderliche sehr hohe Druck. Sowohl der großvolumige Druckbehälter als auch die von diesem Behälter zu den Kolbenzylindern führenden Druckschläuche müssen aus Sicherheitsgründen entsprechend dimensioniert sein und sind denn auch entsprechend kostspielig. Außerdem ist es für einen Betrieb umständlich und aufwendig, einen besonderen Vorrat an hochkomprimiertem Stickstoff auf Lager haben zu müssen, den man zu nichts Anderem verwenden könnte.

Die Wirkungsweise der bekannten Stickstoffgasfeder beruht auf dem Boyle-Mariotte-Gesetz. Dieses Gesetz ist jedoch auf ein ideales Gas bezogen und gilt nur mit Einschränkungen für ein reales Gas wie Stickstoff. Eine brauchbare Annäherung setzt z.B. voraus, daß die Gase unter hohem Druck eine bestimmte, für jedes Gas spezifische Temperatur, die sogenannte Boyle-Tempera tür, aufweisen. Für Stickstoff beträgt die Boyle-Temperatur 56 C.

Während des Tiefziehvorganges wird die Temperatur des in einem Kolbenzylinder vorhandenen Stickstoffs schnell auf sehr viel höhere Werte ansteigen. Der im Druckbehälter befindliche Stickstoff verbleibt dagegen bei Raumtemperatur; wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit des Gases kann die im Kolbenzylinder erzeugte Wärme nicht auf den Stickstoff im Druckbehälter übertragen werden, weil in dem geschlossenen System keine Strömung vorhanden ist. Die beiden Boyle-Mariotte-Volumina arbeiten folglich mit weit unterschiedlichen

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Temperaturen. Die Folge ist, daß man das Verhältnis Druckbehälter-Rauminhalt/Kolbenzylindervolumina sehr groß halten muß, um die Gesetzmäßigkeit des Boyle-Mariotte-Gesetzes mit ausreichender Annäherung zu gewährleisten.

Vermutlich aus Kosten- und Sicherheitsgründen geht man in der Praxis einen anderen Weg : man baut den Druckbehälter der Stickstoffgas-Federelemente in eine sogenannte Grundplatte ein, auf welcher die Federelemente als Niederhalteelemente befestigt sind. Durch diese Maßnahme vermeidet man die schwerfälligen und aufwendigen Hochdruckschläuche, handelt sich dafür aber naturgemäß ein ungünstiges Volumenverhältnis und eine entsprechend steilere Kennlinie ein. Ein weiterer Nachteil ist, daß der Tiefziehvorgang bei dieser Anordnung ausschließlich von unten nach oben erfolgen kann und daher bei vielen Pressen nicht durchführbar ist.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Niederhaltevorrichtung zu schaffen, welche die Nachteile der oben beschriebenen bekannten Niederhaltevorrichtungen nicht aufweist, konstruktiv und bedienungsmäßig einfach ist und keine großen Aufwendungen erfordert. Vor allem soll die erfindungsgemäße Niederhaltevorrichtung während des gesamten Tiefziehweges eine stets gleichbleibende und in einfacher Weise zu regelnde Niederhaltekraft leisten und imstande sein, ein präzise dosiertes Niederhalten des Platinenrandes auch bei tiefen Werkstücken ohne stufenweise Unterbrechung des Tiefziehvorganges zu bewerkstelligen. Als einzige Druckquelle außer dem Preßdruck soll die erfindungsgemäße Niederhaltevorrichtung die betriebliche Druckluftanlage beanspruchen; ist eine solche nicht vorhanden, soll die Niederhaltevorrichtung notfalls auch ohne sie auskommen. In einer besonders für schnelle Massenfertigung geeigneten Ausführungsform soll die Niederhaltevorrichtung den Blechhalter überflüssig machen.

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Um diese Erfindungsziele zu verwirklichen, ist der Erfindungsgedanke von dem bisher herrschenden Federprinzip gelöst worden und auf dem Prinzip der nicht-elastischen Hydraulik begründet. Der über die Preßplatte auf die mindestens ein Druckorgan aufweisende Niederhaltevorrichtung übertragene Tiefziehpreßdruck wird von jedem Druckorgan auf je einem von diesem beeinflußten, mit Hydrauliköl gefüllten Druckraum weitergeleitet, der über ein regelbares Reduzierventil sowie über ein Ausgleichsventil mit einem unter annähernd konstantem Druck stehenden, teils Hydrauliköl und teils Gas enthaltenden geschlossenen Ausgleichsraum kommuniziert, indem das Reduzierventil in der Strömungsrichtung vom Druckraum weg und das Ausgleichsventil in der Strömungsrichtung nach dem Druckraum hin öffnen. Hierbei kann der Ausgleichsraum in unmittelbarer Verbindung mit einem Druckerzeuger, vorzugsweise mit der Druckluftanlage des Betriebs, stehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Niederhaltevorrichtung mehrere nebeneinander aufstellbäre Niederhalteelemente auf, von denen jedes einzelne aus je einem einen zentralen Zylinderraum und einen koaxial mit diesem angeordneten zylindermantelformigen Ausgleichsraum enthaltenden, mit einem Deckel druckdicht geschlossenen Zylindergehäuse besteht, in dessen zentralen Zylinderraum ein auf dem Hydrauliköl aufliegender Druckkolben eintaucht, während der im Ausgleichsraum befindliche ringförmige Luftraum über einen Druckschlauch mit der Druckluftanlage verbunden ist.

Das den Druckraum mit dem Ausgleichsraum verbindende Reduzierventil kann in eine im Boden des Gehäuses eingearbeitete, teilweise mit Gewinde versehene Radialbohrung eingeschraubt und als Nadelschieberventil ausgebildet sein, das mittels eines an der Außenwand des Gehäuses befindlichen Regelgriffs längsverschieblich angeordnet ist, wobei die Radialbohrung

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eine im Gehäuseboden des zentralen Zylinderraums vorhandene Bohrung und eine im Gehäuseboden des zylxndermantelformxgen Ausgleichsraums vorhandene Bohrung miteinander verbindet.

Das in den Gehäuseboden des zylxndermantelformxgen Ausgleichsraums eingeschraubte Ausgleichsventil kann in eine im Boden des Gehäuses eingearbeitete Radialbohrung einmünden und über diese Radialbohrung und eine etwa zylinderachsparallele Bohrung im Boden des zentralen Zylinderraums mit diesem verbunden sein, wobei die Radialbohrung nach außen hin mit einer einschraubbaren Stopfbuchse druckdicht abgedichtet ist. Ebenso kann ein in den Gehäuseboden des zylxndermantelformxgen Ausgleichsraums eingeschraubtes Überdruckventil in eine im Gehäuseboden vorhandene, nach außen hin mittels einer Stopfbuchse druckdicht abgedichtete Radialbohrung einmünden, die mit einer im zentralen Zylinderraum angeordneten Bohrung verbunden ist.

Zwecks Befestigung des Niederhalteelements an dem Blechhalter kann an der Außenseite des Gehäusebodens ein mit Gewinde versehener Befestigungsstutzen ausgebildet sein.

In einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Niederhaltevorrichtung als unmittelbar auf die Platine aufzulegender Blechhalter ausgebildet, indem das Gehäuse einen für den Durchgang des Ziehstempels vorgesehenen zentralen durchgehenden zylindrischen Raum aufweist, um welchen zwei mit gemeinsamem ringförmigem Boden und gemeinsamem ringförmigem Gehäusedeckel ausgerüstete zylindermantelförmige Druckräume gleichaxial angeordnet und über ein regelbares Reduzierventil sowie über ein Ausgleichsventil und ein Überdruckventil miteinander verbunden sind, wobei ein mittels Dichtringe druckdicht abgedichteter zylindermantelförmiger Druckkolben in den inneren zylxndermantelformxgen Druckraum eintaucht und auf der Ölfüllung aufliegt, während über dem in dem äußeren zylxndermantelformxgen Druckraum befindlichen Öl ein Luftraum vorhanden ist.

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Schließlich kann in die zu dem luftgefüllten Teil des zylindermantelförmigen Ausgleichsraumes führende Gewindebohrung anstelle des Schlauchstutzens ein Dichtstopfen eingeschraubt sein.

Anhand der Zeichnungen wird in der Folge ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Kennliniendiagram, rein schematisch, mit

Kennlinien A = Schraubenfeder, B = Tellerfeder und C - Gasfeder, sämtlich in Relation zu der Idealkennlinie einer Niederhaltekraft,

Figur 2 ein erfindungsgemäßes Niederhalteelement als Teil einer Niederhaltevorrichtung, in perspektivischer Sicht,

Figur 3 den Schnitt X-X der Fig. 2,
Figur 4 den Schnitt Y-Y der Fig. 2,

Figur 5 eine aus Niederhalteelementen Figuren 1 bis 3 zusammengesetzte erfindungsgemäße Niederhaltevorrichtung in einer Draufsicht (Schnitt Z-Z der Fig. 6),

Figur 6 die Niederhaltevorrichtung Fig. 5 in einer Seitenansicht, unter einer Preßplatte und auf eine Ziehmatrize aufgestellt,

Figur 7 eine andere Form des Niederhalteelements Figuren 1 bis 3,

Figur 8 den Schnitt U-U der Fig. 7

und

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Figur 9 eine aus einem einzigen Element bestehende Niederhaltevorrichtung gemäß der Erfindung, zugleich als Blechhalter ausgebildet und ^den Ziehstempel aufnehmend, in einer Seitenansicht und unter einer Preßplatte auf einer Ziehmatrize angebracht.

Wie bereits eingangs erwähnt, zeigt auf Fig. 1 die mit der Abszisse parallel verlaufende Linie I die ideale Kennlinie einer Niederhaltekraft P -bei einem gegebenen Tiefziehvorgang. Die Niederhaltekraft P bleibt über den ganzen Tiefziehweg s konstant. Die Kennlinien A und B der als Niederhalteelemente eingesetzten Schraubenfeder und Tellerfeder schneiden die Ideallinie I an Punkten I, und I_R, d.h. lediglich an diesen Punkten erfüllt das betreffende Niederhalteelement seine Aufgabe in optimaler Weise. Während des Tiefziehweges s des Ziehstempels 35 in die Ziehmatrize 33 hinein ist die Federkraft der Schrauben- und Tellerfeder A,E bis zum Erreichen des jeweiligen Optimalpunktes I , I_n der gestellten Aufgabe des Niederhaltens nicht gewachsen; es drohen Faltenbildungen am Ziehflansch und an der Umformzone. Nach dem Durchschreiten des Optimalpunkts leisten die Niederhaltefedern eine größere Niederhaltekraft als erforderlich. Steigt die Niederhaltekraft, zu steil an, behindert sie das Zusammenziehen der Platine auf einen kleineren Querschnitt, mit der Folge, daß die Umformzone am Matrizenrand eine zu hohe Belastung erfährt und Risse erleidet.

Wie Fig. 1 ebenfalls zeigt, besitzt das eingangs beschriebene Stickstoffgasfederelement eine erheblich flachere Federcharakteristik als die Stahlfedern. Aber auch dieses Federelement weist nur im Schneidepunkt I_c eine optimale - d.h. eine der Aufgabe des Niederhaltens genau entsprechende - Niederhaltefunktion auf.

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Die Überlegenheit des Stickstoff-Federelements gegenüber den herkömmlichen Stahlfederelementen ist aus der Darstellung Fig. 1 unmittelbar ersichtlich. Im Verhältnis zu dem früheren Stand der Technik bildet das Stickstoff-Federelement einen großen Fortschritt. Jedoch bleibt die Tatsache bestehend, daß die Kennlinie der Stickstoffgasfeder nicht unerheblich von der Ideallinie abweicht.

Dagegen weist die erfindungsgemäße Niederhaltevorrichtung, das in der Folge zunächst in der Gestalt eines zusammen mit anderen Niederhalteelementen eine Niederhaltevorrichtung bildenden Niederhalteelements beschrieben wird, eine über den ganzen Tiefziehweg konstant bleibende Niederhaltekraft P auf, die stufenlos einstellbar ist und somit auf den jeweils günstigste P_T-Wert eingestellt xverden kann. Dieses erfindungsgemäße Niederhalteelement (Figuren 2, 3 und 4) besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 1, in welchem gleichaxial mit der äußeren Zylinderwand 2 eine innere Zylinderwand 3 angeordnet ist. Das Gehäuse 1 ist mit einem Gehäusedeckel 4 versehen, in welchem sich eine Zentralbohrung 5 befindet. Der Innenraum des Gehäuses 1 ist in einem inneren Zylinderraum·6 und einem äußeren zylindermantelförmigen Ringraum 7 aufgeteilt, vgl. insbesondere Fig. 4. Der Gehäusedeckel 4 ist mittels Dichtringe 8 gegen die Zylinderkanten 1,2 druckdicht abgedichtet.

In den inneren Zylinderraum 3 taucht ein Druckkolben 9 mit Kolbenstange 10 ein. Am Unterteil des Gehäuses kann ein mit Schraubengewinde versehener Befestigungsstutzen 11 ausgebildet sein.

Am Oberteil der äußeren Zylinderwand 2 befindet sich eine Gewindebohrung 12, in welche ein Schlauchstutzen 13 mit Druckschlauch 14 eingeschraubt und mit einer Dichtung 15 druckdicht abgedichtet ist. Der Druckschlauch 14 führt zu der Druckluftanlage -16 des Betriebes.

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Der Gehäuseboden des Gehäuses 1 weist zwei radial verlaufende Ventilbohrungen 17,18 auf. Die Ventilbohrung 17 verbindet eine Vertikalbohrung 19 des Ringraums 7 mit einer Vertikalbohrung 20 des inneren Zylinderraums 6. Zwischen der äußeren Zylinderwand 2 und der Vertikalbohrung 19 des Ringraums ist die Ventilbohrung 17 mit einem Gewinde 21 versehen. In dieses Gewinde 21 ist ein als nadeiförmiger Schieber ausgebildetes Reduzierventil 22 eingeschraubt und mittels einer Dichtung 23 druckdicht abgeschlossen. Durch Drehung des Regelgriffs 24 kann man den Durchgangsquerschnitt der Ventilbohrung 17 und damit die Strömungsgeschwindigkeit des durchströmenden Öls regeln. Die Strömungsgeschwindigkeit ist für die Größe der wirksamen Niederhaltekraft maßgebend, weil von ihr der Druck im Zylinderraum 6 abhängt.

Die Ventilbohrung 18 ist über eine Vertikalbohrung 25 mit dem inneren Zylinderraum 6 und über zwei weitere Vertikalbohrungen mit dem zylindermantelförmigen Ringraum 7 verbunden. Die Vertikalbohrungen 26,27 sind mit Gewinden versehen. In die Vertikalbohrung 26 ist ein Ausgleichsventil 28 eingeschraubt, das sich dann öffnet, wenn der Druck im Ringraum dem im inneren Zylinderraum 6 herrschenden Druck übersteigt. Die Durchgangsöffnung des Ausgleichsventils 28 weist einen relativ großen Querschnitt auf und läßt das Öl schnell durch. Die Gewindebohrung 27 nimmt ein Überdruckventil 29 auf, dessen Durchgang in die entgegengesetzte Druckrichtung ausgerichtet und auf einen auf den inneren Zylinderraum 6 bezogenen maximalen Sicherheitsdruck eingestellt ist. Die Ventilbohrung 18 ist nach außen hin mittels einer Verschlußschraube 30 und einer Dichtung 31 druckdicht verschlossen.

Wie auf Fig. 3 gezeigt, befindet sich sowohl in dem inneren Zylinderraum 6 als auch in dem Ringraum 7 HydrauLiköl (Oe), wobei irr Ringraum 7 über dem Ölpegel ein ringförmiger Luftraum L vorhanden ist.

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Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Anzahl erfindungsgemäßer Niederhaltelemente, welche auf einem ringförmigen Blechhalter 32 befestigt sind und in ihrer Gesamtheit eine erfindungsgemäße Miederhaltevorrichtung bilden. Zwischen dem Blechhalter 32 und der Ziehmatrize 3 3 ist die zu bearbeitende Platine 34 angebracht. Auf der Platine 34 ruht der Ziehstempel 35 mit Stempelstange 36. Die Preßplatte 3 7 der hydraulischen Ziehpresse (sonst nicht gezeichnet) liegt sowohl auf der Stempelstange 36 als gleichzeitig auch auf den Kolbenstößeln 10 der Niederhalteelemente auf. Die Reduzierventile 22 sind auf eine der betreffenden Platine und der gegebenen Verformungsaufgäbe entsprechende Niederhalte— kraft eingestellt.

Indem die Preßρlatte 37 den Ziehstempel 35 und die Kolbenstößel 10 der Niederhalteelemente nach unten drückt, treibt in jedem Niederhaltelelement der dortige Druckkolben 9 Hydrau— liköl aus dem inneren Zylinderraum 6 durch das regelbare Reduzierventil 22 in den zylindermantelformigen Ringraum 7 hinein. Der im inneren Zylinderraum 6 entstehende Druck ist während des gesamten Kolbenwegs konstant und mit dem Preß— druck proportional. Die Proportionalität wird von der Regeleinstellung am Reduzierventil 22 bestimmt : je schneller das Öl in den Ringraum 7 abströmt, desto kleiner ist der Druckanteil, der auf den Boden des Zylinderraums 6 ausgeübt wird und der als Niederhaltekraft auf Blechhalter 32 und Platinenrand einwirkt.

Das in den Ringraum 7 einfließende Öl bewirkt einen allmählichen Anstieg des Ölpegels und eine Verkleinerung des ringförmigen Luftraums L. Dabei bleibt der Druck unverändert, weil der Luftraum L mit dem Druckluftsystem des Betriebes verbunden ist. Der Druck im Luftraum L wie auch im gesamten Ringraum 7 überhaupt ist daher stets dem in der betrieblichen

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Druckluftanlage herrschenden Druck gleich, normal-'r^ti'ä er 8 bis 15 bar. Die Höhe dieses Drucks ist an sich ohne Bedeutung, sie muß nur etwa konstant bleiben und - wie es nachher erläutert werden soll - mindestens 2 bar sein.

Das Öl, das aus dem Zylinderraum 6 durch das Reduzierventil 22 in den Ringraum 7 einströmt, trifft dort auf einen konstanten Gegendruck und weist daher vom Anfang bis zum Ende der Kolbenbewegung eine konstante Strömungsgeschwindigkeit auf. Die Niederhaltekraft bleibt folglich während des gesamten Tiefziehvorgangs konstant und zeigt die auf Pig. I dargestellte Kennlinie I. Durch Einstellung des regelbaren Reduzierventils 22 kann man die für die jeweiligen Tiefziehaufgabe und für die jeweilige Platine optimale Kennlinie I_p erzielen.

Wenn nach beendetem Tiefziehvorgang der Ziehpreßdruck aufhört und der Ziehstempel 35 sowie die Kolbenstöße 10 und Kolben 9 sich nach oben begeben, fällt in jedem inneren Zylinderraum 6 der Druck abrupt auf Null bzw. auf Unterdruck herunter, während im Ringraum 7 der Druck der betrieblichen Druckluftanlage weiterhin herrscht. Dieser Druck öffnet nun das Ausgleichsventil 28 und drückt das Öl schlagartig aus dem Ringraum 7 in den inneren Zylinderraum 6 zurück. Der Tiefziehvorgang kann von vorne anfangen.

Wie bereits erwähnt, regelt man die Niederhaltekraft, indem man mittels des Reduzierventils 22 den auf den Zylinderraum 6 übertragenen Preßdruck auf einen der gewünschten Niederhaltekraft entsprechenden Druck einstimmt. Als Einstellwert kann man den von einem Manometer 38 ermittelten Druckwert verwenden; das Manometer ist über eine Druckleitung 381 mit dem Zylinderraum 6 verbunden, vgl. Fig. 3. Die Darstellung Fig. 3 ist allerdings nur als symbolisch zu betrachten, denn in der Praxis wird man das Manometer sicherlich mit der Ventilbohrung 18 verbinden, evt. über den Stopfen 30. Jedenfalls aber muß das Manometer 38 in der Nähe des Regelgriffs

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24 angeordnet sein.

Fig. 9 zeigt eine einstückige Niederhaltevorrichtung, die gleichzeitig als Blechhalter wirkt. Es handelt sich hier um eine interessante und vorteilhafte Ausführungs.form der Erfindung, die besonders für eine Massenfertigung im schnellen Arbeitstempo in Frage kommt. Das Gehäuse 101 enthält hier einen relativ großen zentralen, nach oben und unten hin offenen Zylinderraum 39, den eine gleichaxiale innere Zylinderwand 301 umschließt, ferner einen mittleren, zwischen den Zylinderwänden 301 und 302 befindlichen Zylindermantelraum 601 und einen äußeren, zwischen 201 und 302 befindlichen Zylindermantelraum 701. Die Zylindermantelräume 601,701 besitzen einen gemeinsamen ringförmigen Boden 40; der äußere Zylindermantelraum 701 weist einen ringförmigen Gehäusedekkel 401 auf.

In dem ringförmigen Gehäuseboden 40 befinden sich - analog zu der Beschreibung der Ausführungsform Fig.3 - Radialbohrungen 17,18, die in bereits vorhin beschriebener Weise in Vertikalbohrungen 19,26,27 im Boden des äußeren Zylindermantelraums 701 sowie in Vertikalbohrungen im Boden des inneren Zylindermantelraums 601 einmünden und über Reduzierventil 22, Ausgleichsventil 28 und Überdruckventil 29 den äußeren Zylindermantelraum 701 mit dem inneren Zylindermantelraum 601 verbinden, wie in der Beschreibung der Ausführungsform Fig.3 in allen Einzelheiten erläutert.

In den als Druckraum wirkenden inneren Zylindermantelraum 601 taucht ein mit Dichtringen 41 ausgerüsteter zylindermantelförmiger Druckkolben 901 ein und liegt auf der Ölfüllung Oe des Druckraums auf. Der äußere, als Ausgleichsraum wirkende Zylindermantelraum 701 enthält zu 50 bis 70 % Öl und über dem Öl einen Luftraum L, der mittels eines Schlauchstutzens 13 und eines Druckschiauchs 14 mit der Druckluftanlage 16 des Betriebs verbunden ist. In dem Ausgleichsraum 701 herrscht ständig der in der betrieblichen Druckluftanlage 16 vorhandene

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Druck, üblicherweise 5 bis 15 bai^%.

Zwischen der Ziehmatrize 33 und der Niederhaltevorrichtung ist die Platine 34 angeordnet, indem die Niederhaltevorrichtung gleichzeitig als Blechhalter wirkt. Auf der Platine 34 ist der im offenen Zylinderraum 39 der Niederhaltevorrichtung angebrachte Ziehstempel 35 mit Stempelstange 36 aufgestellt. Die Preßplatte 3 7 ruht auf der Stempelstange sowie auf dem Rand des zylindermantelförmigen Druckkolbens 91.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist analog mit derjenigen, die vorhin anhand der Figuren 2 bis 6 erläutert worden ist. Der einzige grundsätzliche Unterschied besteht darin, daß die Niederhaltevorrichtung lediglich ein einziges Niederhalteelement aufweist, das den Ziehstempel aufnimmt und als Blechhalter wirkt. Die Einstückigkeit bringt den Vorteil, daß Preßplatte, Ziehstempel und Niederhaltevorrichtung zu einer Einheit zusammengefaßt werden können, die ein schnelles Aufsetzen und Abheben ermöglicht.

Falls der Betrieb kein Druckluftsystem besitzt, kann man als Notlösung den Schlauchstutzen 13 durch einen Dichtstopfen (nicht gezeichnet) ersetzen. Man füllt dann den ringförmigen Luftraum L mit Druckluft mit einem Druck von mindestens 2 bar. Dieser Anfangsdruck ist notwendig, damit gegen Ende des Tiefziehvorganges ein ausreichender Druck vorhanden ist, um das Öl schnell über das Ausgleichsventil 28 in den inneren Zylinderraum 6 bzw. den inneren Zylindermantelraum 601 zu verbringen. Andererseits ist es zweckmäßig, den Anfangsluftdruck so gering wie möglich anzusetzen,um die Federwirkung der relativ kleinen Luftmasse in kleinen Grenzen zu halten.

In diesem Ausnahmefall tritt nämlich in der erfindungsgemäßen Niederhaltevorrichtung eine kleine Federwirkung ein, die die Kennlinie beeinflußt und ihr eine Neigung mitteilt. Wie groß diese Neigung ist, soll das folgende Zahlenbeispiel erläutern :

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Die durch das Reduzierventil 22 stattfindende Strömung wird von dem im zylindermantelförmigen Ausgleichsraum 7 bzw. 701 herrschenden Gegendruck gehemmt. Ist der Ausgleichsraum an die betriebliche Druckluftanlage angeschlossen, spielt die Größe des Gegendrucks keine Rolle, denn der im Druckraum 6 bzw. 601 herrschende Druck ist sehr viel größer, und der Gegendruck bleibt konstant. Wenn aber zwischen Anfangsgegendruck und Endgegendruck ein erheblicher Unterschied besteht, wird die Strömungsgeschwindigkeit und damit die resultierende Niederhaltekraft beeinflußt.

Wird beispielsweise das Volumen des ringförmigen Luftraums L im Laufe der Kolbenbewegung auf die Hälfte reduziert - der Ringraum 7 bzw. 701 ist wesentlich größer als der Druckraum 6 bzw. 601 - und beträgt der Anfangsgegendruck, wie vorhin gesagt, 2 bar, steigt der Enddruck auf rd. 4 bar an. Es kommt somit eine Druckdifferenz Anfangsgegendruck-Endgegendruck = 2 bar zustande, d.h. es wirkt bei einem wirksamen Strömungs—

querschnitt 4 mm im Reduzierventil in der Endphase des Tiefziehvorganges eine Gegenkraft auf die Strömung, die um 0.08 kp größer ist als zu Anfang. Die Strömung erfolgt unter einem Druck zwischen 50 und 100 bar und erzeugt folglich am Durchgangsquerschnitt eine Kraft zwischen 2 und 4 kp. Die sich hieraus ergebenden Kennlinien bilden je einen Winkel von 1 bzw. 2 mit der Ideallinie I der Pig. I, entsprechend einer Neigung von 2 % bzw. 4 %.

Die Erfindung nimmt hier eine schwache Federwirkung in Kauf, die jedoch in einer Größenordnung verläuft, die bei den meisten Tiefziehfertigungen ohne Bedeutung ist. Trotzdem soll wiederholt werden, daß es sich um einen Ausnahmefall, ein Kompromiß handelt : eine Notlösung, die in der Praxis selten vorkommen wird, da die allermeisten ±_n Präge kommenden Betriebe über Druckluftanlagen verfügen.

Auf jeden Fall aber stellt auch diese Ausfuhrungsform der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik einen technischen

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Fortschritt dar, indem es bei wesentlich besseren Ergebnissen als bisher möglich geworden ist, ohne Züsatzvolumen aus zukommen.

Im Gegensatz zu den bekannten Niederhalteelementen aus Stahlfedern ist die Wirksamkeit des im Ausführungsbeispiel beschriebenen Niederhalteelements nicht auf eine begrenzte Zuglänge eingeschränkt, sondern man kann das erfindungsgemäße Niederhalteelement in bezug auf Länge des Kolbenweges jeder in der Praxis durchführbaren Tiefziehtiefe anpassen. Fig. 7 zeigt als Beispiel ein im Verhältnis zu dem auf Figuren 2 und 3 dargestellten Niederhalteelement langgestreckt gestaltetes Element, während Fig. 8 den Schnitt U-U der Fig. 7 darstellt. Eine unabdingbare Maßnahme auch bei einer solchen schlanken Konstruktion ist, daß das Volumenverhältnis Zylindermantelraum 7 : Zylinderraum 6 den Wert 4 : 1 nicht unterschreiten darf (im Beispiel Fig. 3 beträgt dieses Verhältnis 5 : 1, im Beispiel Figuren 7,8 4 : 1).

Im Sinne der auf Figuren 5 und 6 dargestellten Niederhaltevorrichtung für kreisrunde Stempel- und Matrizenguerschnitte kann man mit erfindungsgemäßen Niederhalteelementen nach Figuren 2 und 3 schnell und mühelos Blechhalter für jede denkbare Stempelkontur rüsten. Soll mit solchen Blechhaltern mehrere Werkstücke gefertigt werden, kann man den Blechhalter mit Gewindebohrungen versehen, die der Kontur genau entsprechen, und in diese-Bohrungen die Befestigungselemente 11 der Niederhalteelemente einschrauben.

Bisher galt in Fachkreisen der Tiefziehtechnik als herrschende Maxime, daß eine Niederhaltevorrichtung nur aus Federelementen erstellt werden könne, also zwangsläufig elastisch nachgiebig sein müsse. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung

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hat jedoch erkannt, daß diese Maxime in krassem Widerspruch zu dem zwingenden Erfordernis einer während des gesamten Tiefziehwegs konstanten oder zumindest etwa konstanten Niederhaltekraft steht, weil die Kennlinie einer jeden Feder, sei es eine Stahl- oder eine Gasfeder, einen Winkel mit der Koordinatenachse des Federweges bildet, vgl. Fig.l. Diese Tatsache liegt in der Natur der Federspannung begründet und läßt sich durch keinen technischen Kunstgriff ändern. Zweifelsohne haben auch viele andere Fachleute diese Zusammenhänge längst erkannt. Bisher hat aber niemand einen Weg zur Lösung der Problematik gefunden.

Die von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung aufgezeigte Problemlösung ist im Prinzip überraschend einfach: in bewußter Abkehr von der herrschenden Fachmeinung schafft er ein unelastisches Niederhalteelement. Die Niederhaltekraft wird erfindungsgemäß nicht von elastischen Organen, sondern von unelastischen Ölsäulen übertragen, welche im Takte des fortschreitenden Ziehstempels stufenlos kürzer werden, ständig aber denselben Druck ausüben. Dieser Druck ist regelbar und wird entsprechend dem Material, der zu bildenden Gestalt des Werkstücks und dem Preßdruck eingestellt.

Die technischen und wirtschaftlichen Vorteile dieses neuen und für die Fachwelt völlig überraschenden Niederhalteprinzips sind aus der im Ausführungsbeispiel gegebenen Beschreibung klar zu erkennen. Sie sollen abschließend hier kurz zusammengefaßt werden :

- die Niederhaltekraft ist während des gesamten Tiefziehweges konstant (Alternativ: der Luftraum L wird als Notlösung hermetisch eingeschlossen, wodurch eine geringe Abweichung stattfindet, vgl. Seite 14 - 15),

- die Niederhaltekraft ist in einfacher Weise regelbar,

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die erfindungsgemäße Niederhaltevorrichtung ist konstruktiv und bedienungsmäßig einfach und kostenmäßig wenig aufwendig,

gegenüber den mit Stahlfederelementen versehenen
Niederhaltevorrichtungen ist die erfindungsgemäße
Niederhaltevorrichtung unvergleichbar viel genauer
und ermöglicht es, alle praktisch denkbaren Tiefziehvorgänge in einem einzigen Zug - also ohne
Stufen - auszuführen,

die erfindungsgemäße Niederhaltevorrichtung kann in
allen Fällen wahlweise sowohl für ein Tiefziehen von oben nach unten, als auch für ein Tiefziehen von unten nach oben verwendet werden,

die erfindungsgemäße Niederhaltevorrichtung kann
einstückig gestaltet und als Blechhalter ausgebildet sein und den Ziehstempel zentral aufnehmen.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. JNiederhaltevorrichtung an einer Tiefziehpresse, bei welcher von der Preßplatte der Tiefziehpresse betätigte Druckorgane mittelbar über ein Zwischenorgan den Ziehpressendruck in eine Niederhaltekraft umwandeln und diese mittelbar oder unmittelbar auf die Platine übertragen,

dadurch gekennzeichnet, daß ein von jedem Druckorgan (9) beeinflußter, mit Hydraullköl gefüllter Druckraum (6) über ein regelbares Reduzierventil (22) sowie über ein Ausgleichsventil (28) mit einem unter annähernd konstantem Druck stehenden, teils Hydrauliköl und teils Gas enthaltenden geschlossenen Ausgleichsraum (7) kommuniziert, indem das Reduzierventil (22) in der Strömungsrichtung vom Druckraum (6) weg und das Ausgleichsventil (28) in der Strömungsrichtung nach dem Druckraum (6) hin öffnen.

2. Niederhaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Ausgleichsraums (7) in unmittelbarer Verbindung mit einem Druckbehälter (16), vorzugsweise mit der Druckanlage des Betriebs, steht.

3. Niederhaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederhaltevorrichtung mehrere nebeneinander aufstellbare Niederhalteelemente aufweist, von denen jedes einzelne Niederhalteelement aus einem einen zentralen Zylinderraum (6) und einen koaxial mit diesem angeordneten zylindermantelförmigen Ausgleichsraum (7) enthaltenden, mit einem Deckel (4) druckdicht verschlossenen Zylindergehäuse (1) besteht, in dessen zentralen Zylinderraum ein mit einem Druckkolbenstößel (10) versehener und auf dem Hydrauliköl aufliegender Druckkolben (9) eintaucht, während der im Ausgleichsraum (7) vorhandene ringförmige Luftraum (L) über einen Druckschlauch (14) mit der betrieblichen Druckluftanlage (16) verbunden ist.

709837/0302

-2A- GP 323

4. Miederhaltevorrichtung nach Ansprüche ι 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduzierventil (22) in eine im Boden des Gehäuses (1) eingearbeitete, teilweise mit Gewinde versehene Radialbohrung (17) eingeschraubt und als nadeiförmiges, mittels eines an der Außenwand (2) des Gehäuses (1) befindlichen Regelgriffs (24) längsverschiebbaren Schieberventil (24) ausgebildet ist, wobei die Radialbohrung (17) über eine im Gehäuseboden des zentralen Zylinderraums (6) vorhandene Bohrung (20) und eine im Gehäuseboden des zylindermantelformigen Ausgleichsraum (7) vorhandene Bohrung (19) die beiden Räume (6,7) miteinander verbindet.

5. Niederhaltevorrichtung nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Gehäuseboden des zylindermantelformigen Ausgleichsraums (7) eingeschraubte Ausgleichsventil (28) in eine im Boden des Gehäuses (1) eingearbeitete Radialbohrung (18) einmündet und über diese Radialbohrung und eine etwa zylinderachsparalelle Bohrung (25) im Boden des zentralen Zylinderraums (6) mit dem Zylinderraum (6) verbunden ist, v/obei die Radialbohrung (18) nach außen ?iin mit einer einschraubbaren Stopfbuchse (30) druckdicht abgedichtet ist.

6. Niederhaltevorrichtung nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein in den Gehäuseboden des zylindermantelformigen Ausgleichsraums (7) eingeschraubtes Überdruckventil (29) in eine im Gehäuseboden vorhandene, nach außen hin mittels einer Stopfbuchse (30) druckdicht abgedichtete Radialbohrung (18) einmündet, die mit einer im zentralen Zylinderraum (6) angeordnete, etwa zylinderachsparallele Bohrung (25) verbunden ist, wobei das Überdruckventil sich in Strömungsrichtung nach dem Ausgleichsraum (7) hin öffnet.

Ϋ09837/030Ι

GP 32 3

7. Miederhaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederhaltevorrichtung einstückig als unmittelbar auf die Platine aufzulegender Blechhalter ausgebildet ist, indem das Gehäuse (101) einen für den, Durchgang des Ziehstempels (35) vorgesehenen zentralen, nach oben und unten hin offenen zylindrischen Raum (38) aufweist, um welchen zwei mit gemeinsamem ringförmigem Boden (39) und gemeinsamem ringförmigem Gehäusedeckel (401) versehene zylindermantelförmige Druckräume (601,701) gleichaxial angeordnet und über ein regelbares Reduzierventil (22), ein Ausgleichsventil (38) und ein Überdruckventil (29) miteinander verbunden sind, wobei ein zylindermantelförmiger Druckkolben (901) in den inneren zylindermantelförmigen Raum (601-) eintaucht und auf der Ölfüllung aufliegt, während über dem in dem äußeren zylindermantelförmigen Druckraum (701) befindlichen Öl ein Luftraum (L) vorhanden ist, der über Schlauchstutzen (13) und Druckschlauch (14) mit einer Druckluftanlage (16) verbindbar ist.

8. Niederhaltevorrichtung nach Ansprüchen 1, 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die zu dem luftgefüllten Teil (L) des sylindermantelförmigen Ausgleichsraumes (7,701) führende Gewindebohrung (12) anstelle des Schlauchstutzens (13) ein Dichtstopfen (nicht gezeichnet) eingeschraxibt ist.

9. Niederhaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenwand (2, 201) des Gehäuses (1,101) ein mit dem inneren Zylinderraum (6) bzw. mit dem inneren zylindermantelförmigen Druckraum (601) in Verbindung stehendes Manometer (38) angeordnet ist.

Für die Anmelderin:

A*rentof "Patentanwalt ^!/

709837/0102