O+P Fluidtechnik 11-12/2018

ZIEHKISSENSYSTEM

ZIEHKISSENSYSTEM PRODUKTE UND ANWENDUNGEN TITEL MODULARES ZIEHKISSENSYSTEM FÜR HYDRAULIKPRESSEN DER ZUKUNFT Das Tiefziehen ist eine zentrale Verfahrensstufe beim Umformen von Halbzeugen auf Pressen. Ziehkissen nehmen dabei eine Schlüsselfunktion ein. Sie bauen die Ziehkraft auf und regeln sie, mindern den Stößelaufprall auf das Werkstück und sorgen für die gewünschte Produktqualität. Das Modulare Ziehkissensystem von Moog ermöglicht Pressenherstellern, Maschinen mit höchster Produktivität und Flexibilität zu entwickeln. Autoren: Dr. Kristof Schlemmer, Engineering Manager, Sascha Dany, Engineer Hydraulic Systems, Reiner Kohlhaas, Senior Engineer Hydraulic Systems, Moog Luxemburg; Andreas Heydlauff, Teamleiter Application Software, Moog Böblingen Die Anforderungen an hydraulische Pressen zur Umsetzung von Tiefzieh-Arbeitsgängen sind einem stetigen Wandel unterworfen. Dafür gibt es technologische und wirtschaftliche Gründe. Bei der Herstellung von Karosserieteilen beispielsweise ist eine sehr genaue Prozessregelung erforderlich. Anders sind neue, schwer umformbare Werkstoffe nicht in die gewünschte Form zu bringen. Aber auch das Umformen zu immer komplexer werdenden Geometrien würde nicht gelingen. Hinzu kommt, dass Produktionsprozesse immer flexibler werden, um kürzere Produktzyklen und Werkzeugwechselzeiten zu realisieren. Und am Ende muss der Ausschuss an Blechteilen so gering wie möglich sein, um Pressen effizient betreiben zu können. All diese Anforderungen an den Produktionsprozess und die Produktqualität sind mit modernen hydraulischen Ziehkissenregelungen zu bewältigen. PERFEKTES ZUSAMMENSPIEL FÜR OPTIMALE PRODUKTQUALITÄT Eine hydraulische Ziehpresse besteht aus den Elementen der Oberkolbenpresse (Pressenstößel) sowie den Komponenten des Ziehkissens. Dieses befindet sich unterhalb des Blechhalterrings und beinhaltet den Druckkasten inklusive Druckbolzen sowie die Ziehkissenzylinder und deren Hydraulikmodule. Die Zylinder sind über die Zylinderaufnahme mit dem Pressengestell verbunden (Bild 01). Das Ziehkissen ist das „Herzstück“ für den Umformprozess. Es hat entscheidenden Einfluss auf die Qualität der gepressten Teile. Beim Ziehvorgang wird ein Blechrohling in eine durch das Ober- und Unterwerkzeug vorgegebene Form – bei gleichbleibender Blechstärke – hineingezogen und umgeformt. Damit keine Falten und Risse entstehen, darf das Blech beim Pressvorgang nicht unkontrolliert nachrücken. Das Ziehkissen verhindert dies, in dem es über die Blechhalter die Werkstücke fixiert und bei der Umformung für die genaue Nachführung des Blechs sorgt. Die Kraft des Oberkolbens wird über den Blechhalterring und die Druckbolzen in das Ziehkissen geleitet. Vor dem Kraftschluss zwischen Oberkolben und Ziehkissen werden dabei die beweglichen Elemente des Ziehkissens vorbeschleunigt, um den Aufprall abzumildern. Nach dem Klemmen des Werkstücks an die Blechhalter wird das Ziehkissen in einer Kraftregelung bewegt. Die Regelungen sind hochdynamisch und verhindern eine Beschädigung des Ziehteils und des Werkzeugs. Zur lokalen Anpassung der Ziehkräfte bei unsymmetrischen Werkstücken und Belastungen wird die Gesamtziehkraft häufig auf mehrere Druckpunkte mit unabhängig arbeitenden Zylindern verteilt (z.B. Zweipunkt-, Vierpunkt- oder Sechspunkt-Ziehkissen). Durch die Kombination mehrerer Ziehkissenmodule können – bezogen auf den Druckpunkt – unterschiedliche Ziehkräfte realisiert werden. Jede Achse ist eigenständig in ihrer Funktion und wird durch die übergeordnete Regelung des Gesamtsystems gesteuert. MODULARE BAUSTEINE FÜR KUNDENSPEZIFISCHE SYSTEME Das Modulare Ziehkissensystem von Moog ermöglicht die Konstruktion hydraulischer Ziehkissen für besondere Anforderungen an Genauigkeit, Dynamik und Zuverlässigkeit. Hydraulik-, Elektronik- und Software- Bausteine bilden gemeinsam ein System, das in Verbindung mit einer übergeordneten Steuerung geeignet ist für den Einsatz in hydraulischen Pressen nach DIN EN 693. Die Modularität der Bausteine erlaubt die 16 O+P Fluidtechnik 11-12/2018

einfache Anpassung an kundenspezifische Anforderungen und vorhandene Systeme und trägt somit zu einer Beschleunigung von Systementwurf, Konstruktion und Angebotserstellung bei. Das Konzept eignet sich für mechanische und hydraulische Einzelpressen ebenso wie für Pressenstraßen. Bild 02 zeigt den typischen Arbeitszyklus des Ziehprozesses. Das Modulare Ziehkissensystem von Moog bietet die Möglichkeit, den Arbeitszyklus flexibel anzupassen. So kann das Ziehkissen am unteren Totpunkt der Oberkolbenbewegung seine Abwärtsbewegung fortsetzen oder mit einer definierten Presskraft mit dem Oberkolben geschlossen hochfahren. In beiden Fällen kann das Ziehkissen das gepresste Bauteil zur Entnahme und erneuten Bestückung in eine definierte Position bewegen. AUFBAU DES MODULAREN ZIEHKISSENSYSTEMS 01 Aufbau einer Ziehpresse: 1) Ziehteil, 2) Unterwerkzeug, 3) Blechhalterring/Druckbolzen, 4) Ziehkissenzylinder, 5) Druckkasten/ Ziehkissenplatte, 6) Zylinderaufnahme Das Baukasten-System enthält als Hauptkomponenten die Zylinder mit integriertem Wegmesssystem und angeflanschten Steuerblöcken sowie Druckspeicher, Hydraulikaggregat und die Software-Bausteine und Hardware-Komponenten der Regelung (Bild 03). Der Kissenblock inklusive Speicheradapterblock und Druckspeicher wird direkt an den Zylinder geflanscht. So entsteht ein kompaktes, steifes Hydrauliksystem, mit dem hochdynamische Regelungen möglich sind. Die Regelung wird mit separaten Hardund Softwaremodulen im System implementiert. So werden Kraftüberschwinger reduziert und kundenspezifische Kraftverläufe mit hoher Genauigkeit umgesetzt. Der Systemaufbau der Hydraulik ist in allen Nenngrößen identisch. Er besteht aus einem Aggregat mit Druckversorgung und einem separaten Nebenstrom-Filter- und Kühlkreislauf. Der Druck der von der Hauptpumpe geladenen Hydrospeicher steht kontinuierlich auf der Stangenseite der Zylinder an. Das Proportionalventil steuert die Zylinder, auf denen sich der Druckkasten abstützt. Übergeordnet steht das Regelungskonzept. Es liest die Daten der Druckund Positionssensoren aus und verfährt die Zylinder über die jeweiligen Proportionalventile in entsprechend abgestimmten Druck- oder Positionsregelkreisen. Integriert ist auch der sicherheitsgerichtete Teil der hydraulischen Steuerung gemäß Maschinenrichtlinie 2006/42/EG. Sowohl der Druckaufbau als auch die Lastseite der Achse sind dabei redundant abgesichert. Somit werden mögliche Gefahren während des Tiefziehprozesses, wie beispielsweise eine gefahrbringende Aufwärtsbewegung der Achse vermieden und eine sichere Abtrennung der Druckversorgung ermöglicht. HYDRAULIKMODULE IN WÄHLBAREN VARIANTEN Die Hydraulik besteht aus standardisierten Modulen: Zylinder, Kissenblock, Speicheradapterblock und Hydraulikaggregat inklusive Pumpensteuerblock. Das Zylindermodul wird nach der maximalen Ziehkraft und der Druckpunktzahl bestimmt. Zur Auswahl stehen standardisierte Module mit festgelegten Dimensionen, wobei die Hublänge angepasst werden kann. Die maximale Ziehkraft der Zylindermodule kann sich durch eine Anpassung des System- und Ziehdrucks erhöhen. Vorteile des realisierten Zylinderaufbaus sind eine einfache und kompakte Montage des Hydraulikblocks am Zylinder. Das Wegmesssystem führt durch den Hydraulikblock, was eine kompakte Bauweise ermöglicht. Der Zylinder wird über eine verlängerte Zylinderstange in das Pressengestell integriert. Er wird mit einer Kalottenplatte an die Druckwange des Ziehkissens angeflanscht, die Kippwinkel bis zu zwei Grad ausgleichen kann. Alle Zylinder sind mit reibungsarmen Dichtungen bestückt, um Stick-Slip-Effekte zu vermeiden. Das Modul Kissenblock ist abhängig vom maximalen Volumenstrom und somit von der Auswahl des Zylindermoduls und der maximalen Zylindergeschwindigkeit. Unterschiedliche Modulgrößen mit variablen Zylinderflanschversionen stehen zur Verfügung. Für den Aufbau der Kissenblockmodule werden Ventile und Anschlüsse der Leitungen auf der Unterseite des Steuerblocks montiert. Das bietet eine gute Zugänglichkeit zu allen Ventilen und eine große Variabilität für die Positionierung des Hydraulikaggregates. Zudem kann der Steuerblock in eine beliebige Position gedreht werden, um die Position des Speicheradapterblocks frei auszurichten. Die verwendeten Moog-Proportionalventile sind Plattenaufbauventile in digitaler oder analoger Bauart, in einer speziellen 3/3-Wege­ Version. Sie reduzieren die Druckverluste beim Verfahren des Zylinders und bewirken damit eine höhere Auswurfkraft und eine geringere minimale Ziehkraft. Das Speicheradaptermodul ist für einen, zwei oder drei Speicher in verschiedenen