DE2609916A1 - Niederhaltevorrichtung an einer tiefziehpresse - Google Patents
Niederhaltevorrichtung an einer tiefziehpresseInfo
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Description
LJOLGER ARENTOFT 5461 Kasbach-Ohlenberg 2.März 1976
« Tel. Linz 2612, Vorwahl 02644
GP 323
Anmelder: Hermann Etscheid oHG.
Neustadt/Wied
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 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 IR, 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 , In 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 Ic 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 PT-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 Ip 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,
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,
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.
einstückig gestaltet und als Blechhalter ausgebildet sein und den Ziehstempel zentral aufnehmen.
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Leerseite
Claims (9)
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.
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-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
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Legal Events
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