DE19648708A1

DE19648708A1 - Controlled cooling method for hot-forming tool in hot-forming presses

Info

Publication number: DE19648708A1
Application number: DE1996148708
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Rueger
Original assignee: Langenstein and Schemann GmbH
Current assignee: Langenstein and Schemann GmbH
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1996-11-25
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2016-11-26
Also published as: DE19648708C2

Abstract

The method assigns a device responding to infrared radiation to a measurement point of the tool (2), and the coolant flow to this point is adjusted on the basis of comparison of the measured temperature with a specified target value. The method is characterised by the following facts: a) that there are several measurement points (12) with their temperature measurement devices (9) and separately adjustable supply (6) of coolant (5); b) that a calculator-adjuster unit (8) is foreseen for comparative calculations and adjustment processes; c) that the temperature measurement device is a thermal imaging camera which provides the calculator-adjuster unit with data about temperatures at the measurement points in the form of a general heat distribution pattern.

Description

Die Erfindung betrifft eine gesteuerte Kühlung eines Warmumform-Werkzeugs, bei der einer Meßstelle des Werkzeugs ein auf Infrarotlicht ansprechendes Temperaturmeßorgan zugeordnet ist, bei der eine Kühlmittelzufuhr zu der Meßstelle vorgesehen ist und bei der ein Vergleich des Temperatur-Meßwerts mit einem Temperatur-Sollwert vorgesehen ist und aus dem Vergleich unter Rechnung die Einstellung der Kühlmittelzufuhr erfolgt.The invention relates to a controlled cooling of a hot forming tool in which a measuring point of the tool a temperature measuring element responsive to infrared light is assigned, in which a coolant supply to the measuring point is provided and in which a comparison of the measured temperature value with a desired temperature value is provided and the setting of the coolant supply takes place from the comparison under calculation.

Ein Warmumform-Werkzeug ist z. B. ein Gesenkwerkzeug und umfaßt z. B. nur eine Gravur bzw. Form für ein Werkstück, d. h. nur ein Einzelwerkzeug, oder mehrere Gra vuren bzw. Formen für mehrere Werkstücke, d. h. mehrere Einzelwerkzeuge. Da das Werkstück für die Umformung heiß ist, ist das Werkzeug großen thermischen Belastungen ausgesetzt. Um diese Belastungen beherrschen zu können, wird das Werkzeug gekühlt. Die Kühlung erfolgt entweder durch Besprühen der Werkzeugoberfläche mit einem Wasser- Luft-Gemisch als Kühlmittel oder, indem eine Flüssigkeit als Kühlmittel durch Kühlkanäle im Inneren des Werkzeugs geleitet wird. Für einen wirtschaftlichen Einsatz des Werkzeugs ist es zweckmäßig, das Werkzeug innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs zu betreiben. Ist die Temperatur des Werkzeugs gegenüber dem bestimmten Temperatur bereich zu niedrig, kommt es bei Berührung mit dem warmen Werkstück zu unzulässig hohen Thermospannungen im Werkzeug. Ist die Temperatur zu hoch, steigt der Verschleiß des Werkzeugs wegen sinkender mechanischer Belastbarkeit.A hot forming tool is e.g. B. a die tool and includes z. B. only one Engraving or shape for a workpiece, d. H. just a single tool, or several grades vuren or forms for several workpieces, d. H. several individual tools. Since that Workpiece for forming is hot, the tool is subjected to high thermal loads exposed. The tool is cooled in order to master these loads. The Cooling takes place either by spraying the tool surface with a water Air mixture as a coolant or by adding a liquid as a coolant through cooling channels is guided inside the tool. For economical use of the tool it is advisable to close the tool within a certain temperature range operate. Is the temperature of the tool compared to the determined temperature range too low, contact with the warm workpiece is inadmissible high thermal stresses in the tool. If the temperature is too high, the wear increases of the tool due to decreasing mechanical resilience.

Bei einer durch die Praxis bekannten gesteuerten Kühlung der eingangs genannten Art ist einem als Dorn ausgebildeten Werkzeug ein Temperaturmeßorgan in Form nur eines Tem peratursensors zugeordnet. Die vom Temperatursensor ermittelte Temperatur einer Meß stelle des Dorns wird von einem Bedienungsmann abgelesen und im Kopf mit einem Sollwert verglichen. Daraus errechnet sich der Bedienungsmann im Kopf eine bestimmte Einstellung der Kühlmittelzufuhr, die er manuell verwirklicht. Es wird mit mehreren, z. B. 30 Sprühdüsen Kühlmittel auf den Dorn gesprüht. In vielen Fällen, z. B. wenn die Gestal tung des Werkzeugs komplex ist, lassen sich mit nur einem Temperatursensor an dem Werkzeug mehrere verschiedene Temperaturen an verschiedenen Stellen nicht verwirk lichen, die für einen wirtschaftlichen Einsatz des Werkzeugs zweckmäßig sind.In the case of a controlled cooling of the type mentioned at the outset known from practice a tool designed as a mandrel, a temperature measuring element in the form of only a tem assigned temperature sensor. The temperature of a measurement determined by the temperature sensor position of the mandrel is read by an operator and in the head with a Setpoint compared. From this, the operator calculates a certain one in the head Setting the coolant supply, which he realizes manually. It is used with several, e.g. B. 30 Spray nozzles coolant sprayed on the mandrel. In many cases, e.g. B. if the gestal tool is complex, can be measured with just one temperature sensor Tool did not realize several different temperatures in different places Lichen that are appropriate for an economic use of the tool.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gesteuerte Kühlung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der an mehreren verschiedenen Stellen des Warmumform-Werkzeugs verschiedene Temperaturen bzw. Temperaturbereiche überwachbar bzw. einhaltbar sind. Die erfindungsgemäß gesteuerte Kühlung ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Vielzahl von Meßstellen mit jeweils zugeordnetem Temperaturmeß organ und jeweils zugeordneter gesonderter und gesondert einstellbarer Kühlmittelzufuhr vorgesehen ist, daß für die vergleichende Rechnung und die Einstellung ein Rechner- Einstell-Gerät vorgesehen ist und daß der Vielzahl von Meßstellen als Temperaturmeß organ eine Wärmebildkamera zugeordnet ist, die die Temperaturen der vielzähligen Meß stellen in Form eines gemessenen Wärmeverteilungsbildes an das Rechner-Einstell-Gerät liefert.An object of the invention is therefore a controlled cooling of the aforementioned Art to create with at several different places on the hot forming tool different temperatures or temperature ranges can be monitored or maintained. The cooling controlled according to the invention is, in order to achieve this object, characterized records that a large number of measuring points, each with associated temperature measurement organ and respectively assigned separate and separately adjustable coolant supply It is envisaged that for the comparative calculation and the setting a computer Setting device is provided and that the large number of measuring points as temperature measurement organ is assigned a thermal imager, which measures the temperatures of the many measurements put in the form of a measured heat distribution image to the computer setting device delivers.

Entsprechend der Komplexität des zu kühlenden Warmumform-Werkzeugs sind die viel zähligen Meßstellen vorgesehen. Mit Vielzahl ist gemeint, daß z. B. 100 Stellen des Werkzeugs betrachtet und ggf. im Rechner-Einstell-Gerät verarbeitet werden. Wegen der Vielzahl von Meßstellen sind das Rechnen und das Einstellen mittels des Rechner-Einstell-Geräts automatisiert und damit unabhängig von einem Bedienungsmann. Entscheidend für die Erfindung ist, daß nicht entsprechend der Vielzahl von Meßstellen eine Vielzahl von Wärmesensoren vorgesehen ist, sondern die Wärmebildkamera, die berührungslos arbeitet. Durch diese Verwendung der Wärmebildkamera in einem Regelkreis und mit einer automatisierten Steuerfunktion sind die Vielzahl von einzelnen Temperatursensoren und deren Nachteile vermieden. Mit Wärmeverteilungsbild ist hier die Summe der Information gemeint, die die Wärmebildkamera von der betrachteten Wärmeverteilung des Werkzeugs aufnimmt und zur Verwertung weitergibt. Das Problem der verbesserten Kühlung eines komplexen Warmumform-Werkzeugs ist mit Hilfe der Wärmebildkamera und eines elektronischen Bildverarbeitungssystems sowie einer geeigneten nachgeschalteten Werk zeug-Kühleinrichtung auf sehr wirtschaftliche Art und Weise gelöst. Das Rechner-Einstell-Gerät enthält ein Sollwert-Wärmeverteilungsbild, das mit dem gemessenen Wärmevertei lungsbild verglichen wird. Eine geeignete Wärmebildkamera und ein geeignetes Rechner- Einstell-Gerät-System sind durch die Unternehmen Siemens und Agema bekannt.Depending on the complexity of the hot-forming tool to be cooled, they are many Numerous measuring points provided. By variety is meant that z. B. 100 digits of the Tool considered and possibly processed in the computer setting device. Because of the Numerous measuring points are computing and setting using the computer setting device automated and therefore independent of an operator. Crucial for the invention is that not according to the large number of measuring points Heat sensors are provided, but the thermal imager, which works without contact. By using the thermal imager in one control loop and with one automated control function are the multitude of individual temperature sensors and avoided their disadvantages. With heat distribution image here is the sum of the information meant that the thermal imaging camera considered the heat distribution of the tool records and passes on for recycling. The problem of improved cooling one complex hot forming tool is using the thermal imaging camera and one electronic image processing system and a suitable downstream plant Tool cooling device solved in a very economical way. The computer setting device contains a setpoint heat distribution image that corresponds to the measured heat distribution is compared. A suitable thermal imaging camera and a suitable computer Setting device systems are known by the companies Siemens and Agema.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn der Wärmebildkamera ein Sichtschirm zur sichtbaren Darstellung des gemessenen Wärmeverteilungsbildes zugeordnet ist. Der Sichtschirm erlaubt es, den gesteuerten Kühlungsvorgang laufend visuell zu verfolgen und das Rechner-Einstell-Gerät in Anpassung an das jeweilige Werkstück und den jeweiligen Umformvorgang zu justieren.It is particularly expedient and advantageous if the thermal imaging camera has a viewing screen assigned to the visible representation of the measured heat distribution image. Of the Viewing screen allows the controlled cooling process to be tracked visually and continuously the computer setting device in adaptation to the respective workpiece and the respective To adjust the forming process.

Aufgrund der Erfindung wird z. B. folgendermaßen gearbeitet: Nach jedem Arbeitsspiel der das Werkzeug aufweisenden Umformmaschine wird mit der Wärmebildkamera von dem Werkzeug ein Bild aufgenommen. Das aufgenommene, gemessene Wärmeverteilungsbild wird mittels des nachgeschalteten Bildverarbeitungssystems auf dem Sichtschirm darge stellt. Er zeigt, z. B. durch eine farbliche Darstellung, die unterschiedlichen Temperaturen. Man gibt in das Rechner-Einstell-Gerät Grenzwerte bzw. Sollwertbereiche, z. B. in Form von Farben, ein. Wird einer dieser Grenzwerte an irgendeiner Stelle überschritten, so wird automatisch an dieser Stelle intensiver gekühlt, indem das entsprechende Steuerventil etwas länger angesteuert wird. Bei Unterschreitung bestimmter Grenzwerte erfolgt die Korrektur in umgekehrter Richtung. Das Ergebnis von Einstellungsänderungen kann man sofort nach dem nächsten Arbeitsspiel der Umformmaschine am Sichtschirm begutachten. Dies geschieht bei laufender Umformmaschine.Due to the invention, for. B. worked as follows: after each work cycle the forming machine with the tool is removed from the thermal imaging camera by the Tool taken a picture. The recorded, measured heat distribution image is Darge on the screen by means of the downstream image processing system poses. He shows e.g. B. by a color, the different temperatures. Limit values or setpoint ranges are entered into the computer setting device, e.g. B. in the form of colors, a. If one of these limit values is exceeded at any point, then automatically cooled more intensely at this point by using the corresponding control valve is controlled longer. The correction is made if certain limit values are undershot in the opposite direction. The result of changes in settings can be seen immediately examine the next working cycle of the forming machine on the viewing screen. This happens with the forming machine running.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn die gesteuerte Kühlmittelzufuhr jeweils mittels Sprühdüse erfolgt. Da die erfindungsgemäß gesteuerte Kühlung schnell arbeiten soll, ist eine schnell wirksame Kühlmittelzufuhr zweckmäßig, die mittels innerer Kühlkanäle nur schwer zu erreichen ist.It is particularly expedient and advantageous if the controlled coolant supply in each case by means of a spray nozzle. Since the cooling controlled according to the invention should work quickly, a quick-acting coolant supply is expedient, using internal cooling channels is difficult to reach.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es auch, wenn das Warmumform-Werkzeug mehrere Gravuren (Formen) umfaßt und die Vielzahl von Meßstellen auf die mehreren Gravuren verteilt ist. Besonders bei einem Gesenk-Werkzeug mit mehreren Gravuren ist die Zahl der zu überwachenden Meßstellen so groß, daß die Überwachung mittels einzelner Wärmesensoren unzweckmäßig ist.It is also particularly expedient and advantageous if the hot-forming tool includes several engravings (forms) and the multitude of measuring points on the several Engravings is distributed. Especially with a die with multiple engravings the number of measuring points to be monitored is so large that monitoring by means of individual Heat sensors are inappropriate.

In der Regel ist einem Warmumform-Werkzeug eine einstellbare Schmiermittelzufuhr mittels Sprühdüse zugeordnet. Je nach der Temperatur des Werkzeugs ist mehr oder weniger Schmiermittel aufzutragen. Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es daher, wenn die Schmiermittelzufuhr mittels des Rechner-Einstell-Geräts gesteuert ist. Es wird also das Schmiermittel an den einzelnen Werkzeugstellen in der Menge aufgetragen, die der gemessenen Temperatur der Werkzeugstelle entspricht.As a rule, an adjustable lubricant supply is a hot forming tool assigned by means of spray nozzle. Depending on the temperature of the tool is more or apply less lubricant. It is therefore particularly expedient and advantageous if the lubricant supply is controlled by the computer setting device. It will So the lubricant applied to the individual tool points in the amount that the measured temperature of the tool point.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und zwar eine schematische Darstellung einer gesteuerten Kühlung eines Warmumform-Werkzeugs.In the drawing, a preferred embodiment of the invention is shown, namely is a schematic representation of a controlled cooling of a hot forming tool.

Die gesteuerte Kühlung gemäß Zeichnung gehört zu einer nicht näher gezeigten Umform maschine, die auf einem Maschinentisch 1 ein Warmumform-Gesenk-Werkzeug 2 trägt, das aus mehreren Einzelwerkzeugen 3 in Form von Gravuren bzw. Formen besteht. Das Werkzeug 2 ist zu einem Zeitpunkt gezeigt, in dem die Einzelwerkzeuge frei sind von Werkstücken und in dem in die Einzelwerkzeuge Sprühdüsen 4 eingefahren sind. Es sind pro Einzelwerkzeug 3 mehrere Sprühdüsen 4 vorgesehen und diese sind Bestandteil einer Kühlmittelzuführung 5. In der Kühlmittelzuführung 5 ist jeder Sprühdüse 4 ein Steuer ventil 6 zugeordnet und die Steuerventile sind über Steuerleitung 7 an ein Rechner-Einstell-Gerät 3 angeschlossen. Dieses Gerät 8 wird von einer Wärmebildkamera 9 gespeist, die auch auf einen Sichtschirm 10 arbeitet und zur Aufnahme eines Wärmebildes in das Werk zeug 2 sieht. Das Rechner-Einstell-Gerät 8 ist mit einem Einstellbereich 11 versehen, um ein Sollwert-Wärmeverteilungsbild von Hand eingeben zu können.The controlled cooling according to the drawing is part of a forming machine, not shown, which carries a hot-forming die tool 2 on a machine table 1 , which consists of several individual tools 3 in the form of engravings or shapes. The tool 2 is shown at a time when the individual tools are free of workpieces and at which spray nozzles 4 are inserted into the individual tools. There are several spray nozzles 4 per individual tool 3 and these are part of a coolant supply 5 . In the coolant supply 5 , a spray valve 6 is assigned to each spray nozzle 4 and the control valves are connected via control line 7 to a computer setting device 3 . This device 8 is fed by a thermal imaging camera 9 , which also works on a viewing screen 10 and sees 2 for recording a thermal image in the work. The computer setting device 8 is provided with a setting area 11 in order to be able to enter a setpoint heat distribution image by hand.

Die Wärmebildkamera 9 nimmt von der von ihr einsehbaren Seite bzw. Fläche des Werkzeugs 2 ein Istwert-Wärmebild auf, das jede Stelle dieser Seite bzw. Fläche des Werkzeugs umfaßt. Im Gerät 8 werden ausgesuchte Stellen als Meßstellen 12 bewertet, denen die Sprühdüsen 4 zugeordnet sind. Man ist bestrebt, die Verhältnisse so einzurichten, daß die Sprühdüsen unmittelbar auf die Meßstellen 12 kühlend sprühen. Es ist aber auch möglich, daß die kühlend besprühten Stellen verschieden von den Meßstellen sind und die Kühlung an den Meßstellen mittelbar wirksam wird. Wenn die Kühlung des Werkzeugs erfolgt ist, wird die Kühlmittelzuführung 5 wegbewegt und erfolgt ein weiteres Arbeitsspiel der Umformmaschine, bei dem warme Werkstücke in das Werkzeug eingelegt und in dem Werkzeug umgeformt werden.The thermal imaging camera 9 records an actual-value thermal image from the side or surface of the tool 2 that it can see, which includes every point on this side or surface of the tool. In the device 8 , selected points are evaluated as measuring points 12 , to which the spray nozzles 4 are assigned. Efforts are made to set up the conditions so that the spray nozzles spray directly onto the measuring points 12 in a cooling manner. However, it is also possible that the cooling sprayed points are different from the measuring points and the cooling at the measuring points is indirectly effective. When the cooling of the tool has taken place, the coolant supply 5 is moved away and another working cycle of the forming machine takes place, in which warm workpieces are inserted into the tool and formed in the tool.

Claims

1. Controlled cooling of a hot forming tool,
at which a measuring point of the tool is assigned a temperature measuring element that responds to infrared light,
in which a coolant supply to the measuring point is provided and
in which a comparison of the measured temperature value with a desired temperature value is provided and the setting of the coolant supply takes place from the comparison under calculation,
characterized by
that a plurality of measuring points ( 12 ), each with an associated temperature measuring element ( 9 ) and respectively associated separate and separately adjustable ( 6 ) coolant supply ( 5 ) is provided,
that a computer-setting device ( 8 ) is provided for the comparative calculation and setting and
that the plurality of measuring points ( 12 ) is assigned a thermal imaging camera ( 9 ) as a temperature measuring element, which supplies the temperatures of the numerous measuring points in the form of a measured heat distribution image to the computer setting device ( 8 ).

2. Controlled cooling according to claim 1, characterized in that the thermal imaging camera ( 9 ) is associated with a viewing screen ( 10 ) for the visible representation of the measured heat distribution image.

3. Controlled cooling according to claim 1 or 2, characterized in that the ge controlled ( 6 ) coolant supply ( 5 ) takes place in each case by means of a spray nozzle ( 4 ).

4. Controlled cooling according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the hot forming tool ( 2 ) comprises a plurality of engravings (forms) and the plurality of measuring points ( 12 ) is distributed over the plurality of engravings.

5. Controlled cooling according to one of the preceding claims, in which an adjustable lubricant supply by means of a spray nozzle is provided, characterized in that the lubricant supply is controlled as a function of the measured heat distribution pattern by means of the computer setting device ( 8 ).