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WO2013144036A1 - Hydraulische taktpresse - Google Patents

Hydraulische taktpresse Download PDF

Info

Publication number
WO2013144036A1
WO2013144036A1 PCT/EP2013/056151 EP2013056151W WO2013144036A1 WO 2013144036 A1 WO2013144036 A1 WO 2013144036A1 EP 2013056151 W EP2013056151 W EP 2013056151W WO 2013144036 A1 WO2013144036 A1 WO 2013144036A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
press
pressing
control
upper tool
cylinders
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/056151
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lothar Sebastian
Klaus Schürmann
Horst Weiss
Original Assignee
Siempelkamp Maschinen- Und Anlagenbau Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siempelkamp Maschinen- Und Anlagenbau Gmbh & Co. Kg filed Critical Siempelkamp Maschinen- Und Anlagenbau Gmbh & Co. Kg
Publication of WO2013144036A1 publication Critical patent/WO2013144036A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B1/00—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen
    • B30B1/32—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by plungers under fluid pressure
    • B30B1/34—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by plungers under fluid pressure involving a plurality of plungers acting on the platen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/06—Platens or press rams
    • B30B15/068—Drive connections, e.g. pivotal

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic cycle press for the production of molded plastic parts, in particular fiber composite plastic, in a tool consisting of upper tool and lower tool press tool, with - a press frame with upper beam, lower beam and side panels, an upper tool carrier and a plurality of attached to the upper beam pressing cylinders whose pistons are working on the upper tool carrier, wherein the lower tool is arranged on the lower beam / and the upper tool is attached to the upper tool carrier or fastened.
  • Plastic means z.
  • thermosetting plastics that is in particular resins
  • z As epoxy resins, polyester resins or polyurethane resins which are initially liquid, viscous or powdery and harden under the action of a hardener and / or pressure and / or heat.
  • the invention also includes the production of molded parts made of thermoplastic materials, the z. B. heated (as a melt) are introduced into the mold and then cure by cooling.
  • Plastic in the context of the invention particularly preferably means a fiber-reinforced plastic and consequently a fiber composite material in which fibers are embedded or embedded in a matrix of plastic.
  • the fibers may preferably be glass fibers and / or carbon fibers or carbon fibers, but also ceramic fibers, metal fibers and / or natural fibers and corresponding combinations
  • the fibers may be loose, but preferably in the form of semi-finished products, for. B. as fiber mats or the like.
  • Moldings means z. B. molded parts for the automotive industry, for. As body parts, or moldings for aerospace engineering, z. B. fuselage, wing parts or the like for aircraft construction. Furthermore, it may be components for mechanical engineering, z. B. components for power plant construction, plant construction and in particular wind turbines or the like.
  • the invention preferably relates to a hydraulic cycle press for the production of molded parts made of fiber composite materials by means of transfer molding, which is also referred to as RTM process (Resin Transfer Molding).
  • RTM process Resin Transfer Molding
  • the fibers eg a semifinished fiber product
  • the molding compound eg a two-component molding compound comprising a resin and a hardener
  • the mold can be subjected to negative pressure or vacuum.
  • the molding material usually not only by the hardener or z. As heat, but in particular cures under pressure, it is necessary to clamp the tool halves against each other.
  • the tool halves are mounted in a press, so that the molding compounds is injected after inserting the fibers and after closing in the closed mold.
  • Such presses operate in clock mode.
  • plunger cylinders as press cylinders and additionally more or less complex closing devices and possibly retraction devices,
  • z. B. Retract cylinder provide.
  • the structure of the known from practice hydraulic presses for the production of molded parts made of fiber composite material is relatively expensive. This is also related to the fact that very high pressing forces must be applied.
  • separate opening devices have been proposed so that only small paths can be covered with the pressing cylinders.
  • the known concepts have in common that the tool carrier is usually moved with long-stroke cylinders and clamped or locked against the press frame. For applying the pressing force or closing force and for accurate control separate Kurzhubzylinder are provided. To describe z. B.
  • DE 36 37 544 A1 and DE 36 37 545 A1 discloses a hydraulic Schnellhubpresse in window frame construction for the production of fiber-reinforced plastic Fornn really, with a the upper mold half carrying Pressbär, with a hydraulic high-speed device for the idle stroke and a hydraulic Kurzhub adopted for the working stroke can be raised and lowered. Differenziaizylinder be used for the working stroke.
  • the Pressbär however, in the idle stroke of a centrally acting in the crosshead, hydraulic high-speed traction drive can be raised and lowered and slidably guided by push rods in the crosshead.
  • a press in the embodiment as a direct drive servo screw press, the press comprising a machine frame comprising at least one press table, a head piece with at least one drive assembly and at least one side stand with slide guides.
  • At least one linear absolute displacement measuring system is assigned to the control circuit of the drives, in which each drive is acted on either by the signals of a permanently assigned measuring system or in which signals defined and computationally processed are assigned to each drive. This should be done an active and dynamic compensation of the constantly fluctuating distance error between the lower edge of the plunger and the surface of the press table.
  • DE 10 2010 017 912 A1 discloses a hydraulic press drive for a forming or forging press with a cylinder and a plunger movably mounted in the cylinder, wherein the plunger divides the cylinder into a compression pressure space and a return stroke space.
  • a control unit is provided, which controls the pressure generating means as a function of the respective stroke position of the plunger and / or of the respective pressure prevailing in the compression pressure space and / or return stroke space
  • the control is set up in such a way that, when the pressure generating means are actuated to generate a pressing stroke, the pressure generating means for generating a counterpressure in the return stroke chamber are controlled in such a way that the force resulting from the pressing pressure is greater than the force resulting from the counterpressure , so that hydraulic fluid is compressed from the remindhubraum urged.
  • DE 195 24 042 A1 describes a drive for hydraulic presses with a high number of strokes, in particular for forming and / or cutting of sheets, plastics or the like.
  • a circuit arrangement for controlling the fast feed and return of press dies, in particular on high-pressure hydraulic presses, is also known from DE 274 385 A1.
  • DE 10 2004 046 493 A1 proposes a press for the production of plastic moldings in which both the idle stroke and the drive for the press ram are effected by means of a toggle lever system comprising a controlled drive.
  • the invention has for its object to provide a hydraulic cycle press, which enables a simple construction of an economical production of molded plastic parts, in particular fiber composite material.
  • the invention teaches in a generic hydraulic timing press for the production of plastic moldings, in particular fiber composite plastic, that the pressing cylinders are designed as double-acting differential cylinders whose pistons are connected by train / pressure connections directly to the upper tool carrier and are arranged both for opening and closing and for applying the pressing force.
  • the invention is based on the recognition that the structure and operation of a hydraulic cycle press can be considerably simplified if the plunger cylinder known in principle are replaced by double-acting differential cylinder and also dispenses with additional impression cylinder, retraction cylinder, quick lift drives or the like. Rather, the cycle press according to the invention has exclusively the double-acting press cylinder, so is dispensed with additional linear actuators. This can be based on a positioning of the pressing cylinder itself, z. B. by separate spindle drives or the like can be omitted. Even complex locking devices are not required.
  • Both the opening and closing of the press and the application of the pressing force is realized solely on the press cylinder, which are connected in the sense of a train / pressure connection with the upper tool carrier, so that an exact positioning of the upper tool and / or an exact adjustment of the pressing force without additional cylinders can be realized.
  • the press thus operates with only two axes, without the need for additional axes for further linear drives.
  • four press cylinders, six press cylinders or even more press cylinders are provided between the upper beam and the upper tool carrier, so that work is then carried out with four axes or six axes.
  • Press cylinder with suitable valves and a suitable control and / or regulating device not only allows the production of high pressing forces with high accuracy, but in particular an exact positioning of the upper tool relative to the lower tool.
  • the pistons of the pressing cylinders can be positioned with a path accuracy of 0.05 mm, preferably with a path accuracy of 0.02 mm. This means within the scope of the invention that deviations of the actual position of the piston and thus also of the upper tool from a desired value amount to a maximum of 0.05 mm, preferably a maximum of 0.02 mm.
  • the invention also includes presses for production in the "closed-die mode", in which upper tool and lower tool abut each other directly.
  • the pressing cylinders are connected as double-acting differential cylinders by means of tension / pressure connections directly to the upper tool carrier. It is expedient if the pistons of the pressing cylinder are pivotally connected to the upper tool carrier. Preferably, then, a connection can be realized with the interposition of pressure and tension resilient, spherical plain bearings. This technology is known z. B. in continuous presses for the production of wood-based panels, in which the pistons of the press
  • Cylinder are pivotally connected to a press plate (see, for example, DE 10 2005 009 298 A1).
  • a press plate see, for example, DE 10 2005 009 298 A1.
  • the cylinder pivotally connected to the upper beam it is expedient to connect the cylinder pivotally connected to the upper beam.
  • the upper tool carrier is guided in the vertical direction laterally on the side parts of the press frame, so that a proper positioning of the upper tool relative to the lower tool, taking into account the small gap widths in the dipping edges is possible.
  • Such leadership is z. B. then makes sense if the cylinders are "hinged" on both sides.
  • the press according to the invention can in particular moldings made of fiber composite plastics, for. B. for the automotive industry and / or aerospace engineering.
  • the existing of upper tool and lower tool press tool generally has a large mass of more than 10 t, z. B. also more than 25 t.
  • the press according to the invention is usually equipped or connected to a control and / or regulating device. Consequently, the pressing cylinder or its control valves are connected to the control and regulating device, preferably for a pressure control and / or path control. Such a press can thus be regulated and / or operated pressure-controlled.
  • the control and / or regulating device of the press can be set up in such a way that during the pressing, the pressures in the individual cylinder chambers or the resulting pressing forces of all the pressing cylinders are ascertainable and can be supplied to the control / regulating device. With the control / regulating device, from the determined pressures / forces, taking into account
  • the pressing cylinders can be acted upon in such a way that the determined deformations can be compensated in this way and consequently compensated.
  • the deformations of the press frame are continuously iteratively ascertainable during the increase of the pressing pressure and / or during the pressing and can be compensated taking into account finite element calculations carried out on-line.
  • the compensation of deformations of the press frame can take place taking into account temperature values which are recorded at several points of the press frame (eg with temperature sensors).
  • mold parts can be produced quickly in a particularly economical manner with the hydraulic cycle press according to the invention with a simple structure.
  • Modern double-acting differential cylinders allow, despite relatively large volumes of oil, a quick and accurate closing and opening and also the application of even the highest pressing forces.
  • double-acting Differenziaizylindern as a press cylinder in a hydraulic cycle press for the production of moldings made of plastic, in particular fiber composite plastic.
  • these press cylinders for a RTM press.
  • the invention also relates to a process for the production of molded plastic, in particular fiber composite plastic, with a press of the type described. According to the invention during the production of molded plastic, in particular fiber composite plastic, with a press of the type described. According to the invention during the production of molded plastic, in particular fiber composite plastic, with a press of the type described. According to the invention during the production of molded plastic, in particular fiber composite plastic, with a press of the type described. According to the invention during the
  • the deformations of the press frame or of the frame structure are determined continuously during the pressing or during the increase of the pressing pressure iteratively and compensated for taking into account online calculations (eg, according to the finite element method). This can be done in principle compensation for deformations of the entire frame structure waiving separate position or displacement measuring in the field of press tool.
  • the control / regulating device is designed as a powerful data processing system in which comprehensive information about the frame structure is stored. By means of the chamber pressures in the cylinders, it is possible, during the pressure build-up or during the pressing, taking into account the stored data, to draw conclusions about structural deformations which can then be correspondingly compensated. This is achieved in particular by online finite element calculations performed online. In this way, the required accuracy in the field of press tool for complex RTM processes can be achieved, so that can produce economically manufactured moldings of the highest quality. Alternatively or additionally, it may be expedient, the compensation also under
  • the sole figure shows a hydraulic cycle press (as RTM press) in a highly simplified representation.
  • a hydraulic cycle press for the production of plastic moldings, in particular fiber composite plastic.
  • a press tool is mounted, which is composed of upper tool 1 a and lower tool 1 b.
  • Such a mold can, for. B. fed with a semi-finished fiber and then closed. After loading, the mold cavity can be filled with the molding compound, eg. As resin and hardener to be filled. The molding compound cures using pressure and possibly heat in the press.
  • the press has a press frame 2 with upper beam 3 and lower beam 4 and side parts 5. It can be z.
  • a frame-type press is used which is composed of a plurality of (closed) press frames arranged one behind the other.
  • the press has an in
  • press cylinders 8 are designed as double-acting differential cylinders, the pistons 9 are connected by train / pressure connections directly to the upper tool carrier 7, so that not only the pressing force is applied with these Differenzialzyl by 8, but also the opening and closing of the press ,
  • the stroke of the pressing cylinder 8 is sufficiently large, so that a tool change and adaptation to different tool geometries and in particular tool heights is possible. Additional linear drives for positioning the tool carrier are therefore dispensed with.
  • the known combinations of z. B. long-stroke cylinders and Kurzhubzylindern be replaced by the differential cylinder according to the invention. In the front view of the press only two juxtaposed pressing cylinder 8 can be seen.
  • the upper tool carrier 7 can be guided laterally on the side parts 5 of the press frame 2 in the vertical direction. This is not shown in the figure.
  • the pistons 9 of the pressing cylinder 8 are pivotally connected to the upper tool carrier 7.
  • a connection is indicated with the interposition of loadable on pressure and train spherical spherical bearings 10.
  • the cylinders 8 are pivotally connected to the press frame, namely hinged to the upper beam 3, also with the interposition of spherical spherical plain bearings 6.
  • the pressing cylinder 8 are equipped in a known manner with control valves 1 1, via which the two volumes of double-acting differential cylinder are acted upon.
  • the pressure cylinder 8 and its control valves 1 1 are connected to at least one (not shown) control or regulating device with which an exact control / regulation of the pressing pressure and / or the path and consequently the position is possible.
  • the pistons 9 of the pressing cylinder 8 can be positioned with a path accuracy of 0.05 mm or optionally also 0.02 mm, so that a total of a simple construction with a very precise control.
  • deformations of the frame structure can be compensated by suitable press control.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Taktpresse für die Herstellung von Formteilen aus Kunststoff, insbesondere aus Faserverbundkunststoff, in einem aus Oberwerkzeug (1a) und Unterwerkzeug (1b) bestehenden Pressenwerkzeug, mit -einem Pressengestell (2) mit Oberholm (3), Unterholm (4) und Seitenteilen (5), -einem oberen Werkzeugträger (7) und -mehreren an dem Oberholm (3) befestigten Presszylindern (8), deren Kolben (9) auf den oberen Werkzeugträger (7) arbeiten, wobei das Unterwerkzeug (1b) auf dem Unterholm (4) angeordnet ist/wird und das Oberwerkzeug (1a) an dem oberen Werkzeugträger (7) befestigt oder befestigbar ist. Diese Taktpresse ist dadurch gekennzeichnet, dass die Presszylinder (8) als doppelt wirkende Differenzialzylinder ausgebildetsind, deren Kolben (9) mittels Zug/Druck-Anbindungen direkt an den oberen Werkzeugträger (7) angeschlossen sind und sowohl zum Öffnen und Schließen als auch zum Aufbringen der Presskraft eingerichtet sind.

Description

Hydraulische Taktpresse Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Taktpresse für die Herstellung von Formteilen aus Kunststoff, insbesondere aus Faserverbund kunststoff, in einem aus Oberwerkzeug und Unterwerkzeug bestehenden Pressen Werkzeug, mit - einem Pressengestell mit Oberholm, Unterholm und Seitenteilen, einem oberen Werkzeugträger und mehreren an dem Oberholm befestigten Presszylindern, deren Kolben auf den oberen Werkzeugträger arbeiten, wobei das Unterwerkzeug auf dem Unterholm angeordnet ist/wird und das Oberwerkzeug an dem oberen Werkzeugträger befestigt oder befestigbar ist. Kunststoff meint z. B. duroplastische Kunststoffe, das heißt insbesondere Harze, z. B. Epoxydharze, Polyesterharze oder Polyurethanharze, die zunächst flüssig, zähflüssig oder pulverformig vorliegen und unter Wirkung eines Härters und/oder durch Druck und/oder Wärme aushärten. Grundsätzlich umfasst die Erfindung aber auch die Herstellung von Formteilen aus thermoplastischen Kunststoffen, die z. B. erwärmt (als Schmelze) in die Form eingebracht werden und dann durch Kühlung aushärten. Besonders bevorzugt meint Kunststoff im Rahmen der Erfindung einen faserverstärkten Kunststoff und folglich einen Faserverbundwerkstoff, bei dem Fasern in eine Matrix aus Kunststoff eingebettet werden bzw. eingebettet sind. Bei den Fasern kann es sich bevorzugt um Glasfasern und/oder Carbonfasern bzw. Kohlefasern, aber auch um Keramikfasern, Metallfasern und/oder Naturfasern sowie entsprechende Kombinationen
handeln. Die Fasern können lose, bevorzugt jedoch in Form von Halbzeugen, z. B. als Fasermatten oder dergleichen vorliegen. Formteile meint z. B. Formteile für die Kraftfahrzeugindustrie, z. B. Karosserieteile, oder Formteile für die Luft- und Raumfahrtechnik, z. B. Rumpf-, Flügelteile oder dergleichen für den Flugzeugbau. Ferner kann es sich um Komponenten für den Maschinenbau, z. B. Komponenten für den Kraftwerkbau, Anlagenbau und insbesondere Windkraftanlagen oder dergleichen handeln.
Bevorzugt betrifft die Erfindung eine hydraulische Taktpresse für die Herstellung von Formteilen aus Faserverbundwerkstoffen im Wege des Spritzpressens, das auch als RTM-Verfahren (Resin Transfer Moulding) bezeichnet wird. Bei diesem bekannten Verfahren werden zunächst die Fasern (z. B. ein Faserhalbzeug) in ein Formwerkzeug eingelegt, das in der Regel aus Oberwerkzeug und Unterwerkzeug besteht. Nach dem Schließen des Werkzeuges wird die Form- masse (z. B. eine Zwei-Komponenten-Formmasse aus einem Harz und einem Härter) in den Formraum eingespritzt, sodass die Formmasse die Fasern als Matrix umschließt und unter Bildung des Formteils aushärtet. Vor und/oder während des Einspritzens der Formmasse kann die Form mit Unterdruck bzw. Vakuum beaufschlagt werden. Da die Formmasse in der Regel nicht nur durch den Härter oder z. B. Wärme, sondern insbesondere auch unter Druck aushärtet, ist es erforderlich, die Werkzeughälften gegeneinander zu verspannen. Dazu werden die Werkzeughälften in einer Presse montiert, sodass die Formmassen nach dem Einlegen der Fasern und nach dem Schließen in das geschlossene Werkzeug eingespritzt wird.
Solche Pressen arbeiten im Taktbetrieb. In der Praxis ist es dabei üblich, Plungerzylinder als Presszylinder zu verwenden und zusätzlich mehr oder weniger aufwendige Schließvorrichtungen sowie ggf. Rückzugseinrichtungen,
z. B. Rückzugszylinder vorzusehen. Der Aufbau der aus der Praxis bekannten Hydraulikpressen für die Herstellung von Formteilen aus Faserverbundwerkstoff ist verhältnismäßig aufwendig. Dieses hängt auch damit zusammen, dass sehr hohe Presskräfte aufgebracht werden müssen. Um mit Presszylindern mit ver- hältnismäßig geringen Hydraulikflüssigkeitsvolumen arbeiten zu können und dennoch Pressenwerkzeuge unterschiedlicher Dimension einsetzen zu können, wurden separate Öffnungsvorrichtungen vorgeschlagen, sodass mit den Presszylindern lediglich geringe Wege zurückgelegt werden können/müssen. Den bekannten Konzepten ist gemeinsam, dass der Werkzeugträger in der Regel mit Langhubzylindern bewegt und gegenüber dem Pressengestell verklemmt oder verriegelt wird. Zum Aufbringen der Presskraft bzw. Schließkraft sowie zum genauen Steuern sind separate Kurzhubzylinder vorgesehen. So beschreiben z. B. die DE 36 37 544 A1 und die DE 36 37 545 A1 eine hydraulische Schnellhubpresse in Fensterrahmenbauweise für die Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-Fornnteilen, mit einem die obere Formhälfte tragenden Pressbär, der mit einer hydraulischen Schnelllaufeinrichtung für den Leerhub und einer hydraulischen Kurzhubeinrichtung für den Arbeitshub heb- und senkbar ist. Für den Arbeitshub werden Differenziaizylinder eingesetzt. Der Pressbär ist jedoch im Leerhub von einem im Querhaupt zentrisch wirkenden, hydraulischen Schnelllauf-Fahrantrieb heb- und senkbar und mittels Druckstangen im Querhaupt gleitend geführt. Aus der DE 35 23 164 C1 ist eine hydraulische Presse für die Herstellung von Pressteilen aus faserverstärktem Kunststoff bekannt, die ebenfalls über einen Schließhubantrieb und einen Presshubantrieb verfügt. Dabei ist der Schließhubantrieb mit zumindest einer Schließhubzylinderkolbenanordnung ausgerüs-
tet, die zwischen oberem (beweglichen) Pressenholm und Pressentraverse arbeitet, wobei der am oberen (beweglichen) Pressenholm angeordnete Presshubantrieb eine Mehrzahl von Presshubzylinderkolbenanordnungen mit Hohlkolben und umgebenden Zylindern aufweist.
Die DE 20 2010 007 238 U1 beschreibt alternativ eine Presse in der Ausführungsform als Servospindelpresse mit Direktantrieb, wobei die Presse einen Maschinenrahmen umfasst, der zumindest einen Pressentisch, ein Kopfstück mit mindestens einer Antriebsbaugruppe und mindestens einen Seitenständer mit Stößelführungen aufweist. Dem Regelkreis der Antriebe ist zumindest ein lineares absolutes Wegmesssystem zugeordnet, in dem jeder Antrieb entweder mit den Signalen eines fest zugeordneten Messsystems beaufschlagt wird oder in dem jedem Antrieb definierte und rechentechnisch verarbeitete Signale zugeordnet werden. Damit soll eine aktive und dynamische Kompensation des ständig schwankenden Abstandsfehlers zwischen der Stößelunterkante und der Fläche am Pressentisch erfolgen.
Insgesamt haben sich die bekannten Pressen in der Praxis grundsätzlich bewährt. Der Aufbau ist jedoch verhältnismäßig aufwendig. Der Aufbau ist jedoch verhältnismäßig aufwendig.
Aus der DE 10 2010 017 912 A1 kennt man im Übrigen einen hydraulischen Pressenantrieb für eine Umform- oder Schmiedepresse mit einem Zylinder und einem in dem Zylinder verfahrbar gelagerten Presskolben, wobei der Presskol- ben den Zylinder in einen Pressdruckraum und einen Rückhubraum unterteilt. Dabei ist eine Steuereinheit vorgesehen, die die Druckerzeugungsmittel in Abhängigkeit von der jeweiligen Hublage des Presskolbens und/oder vom jeweiligen im Pressdruckraum und/oder Rückhubraum herrschenden Druck
regelt. Die Regelung ist derart eingerichtet, dass dann, wenn die Druckerzeu- gungsmittel zur Erzeugung eines Presshubes angesteuert werden, auch die Druckerzeugungsmittel zur Erzeugung eines Gegendrucks im Rückhubraum derart angesteuert werden, dass die aus dem Pressdruck resultierende Kraft größer ist als die aus dem Gegendruck resultierende Kraft, so dass Hydraulikflüssigkeit komprimiert aus dem Rückhubraum gedrängt wird.
Ein ähnliches hydrostatisches Antriebssystem ist im Zusammenhang mit Spritzgießmaschinen aus der DE 198 42 534 A1 bekannt.
Die DE 195 24 042 A1 beschreibt einen Antrieb für hydraulische Pressen mit hoher Hubzahl, insbesondere zum Umformen und/oder Schneiden von Blechen, Kunststoffen od. dgl.. Eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des schnellen Vor- und Rücklaufes von Pressenstempeln, insbesondere an hydraulischen Hochdruckpressen, ist ferner aus der DE 274 385 A1 bekannt.
Schließlich wird in der DE 10 2004 046 493 A1 eine Presse zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff vorgeschlagen, bei welcher sowohl der Leerhub als auch der Antrieb für den Pressenstößel mittels eines Kniehebelsystems erfolgt, welches einen geregelten Antrieb umfasst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Taktpresse zu schaffen, die bei einfachem Aufbau eine wirtschaftliche Herstellung von Formteilen aus Kunststoff, insbesondere Faserverbundwerkstoff ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen hydraulischen Taktpresse für die Herstellung von Formteilen aus Kunststoff, insbesondere aus Faserverbund kunststoff, dass die Presszylinder als doppelt wirkende Differenzialzylinder ausgebildet sind, deren Kolben mittels Zug/Druck- Anbindungen direkt an den oberen Werkzeugträger angeschlossen sind und sowohl zum Öffnen und Schließen als auch zum Aufbringen der Presskraft eingerichtet sind.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass sich der Aufbau und die Funktionsweise einer hydraulischen Taktpresse erheblich vereinfachen lassen, wenn die grundsätzlich bekannten Plungerzylinder durch doppelt wirkende Differenzialzylinder ersetzt werden und außerdem auf zusätzliche Gegendruckzylinder, Rückzugszylinder, Schnellhubantriebe oder dergleichen verzichtet wird. Vielmehr verfügt die erfindungsgemäße Taktpresse ausschließlich über die doppelt wirkenden Presszylinder, sodass auf zusätzliche Linearantriebe verzichtet wird. Damit kann auf eine Positionierung der Presszylinder selbst, z. B. durch separate Spindeltriebe oder dergleichen, verzichtet werden. Auch aufwendige Verriegelungseinrichtungen sind nicht erforderlich. Sowohl das Öffnen und Schließen der Presse als auch das Aufbringen der Presskraft wird allein über die Presszylinder realisiert, welche im Sinne einer Zug/Druck- Anbindung mit dem oberen Werkzeugträger verbunden sind, sodass eine exakte Positionierung des Oberwerkzeuges und/oder eine exakte Einstellung der Presskraft ohne zusätzliche Zylinder realisieren lässt. Im Falle von zwei Presszylindern arbeitet die Presse folglich mit lediglich zwei Achsen, ohne dass zusätzliche Achsen für weitere Linearantriebe erforderlich sind. Bevorzugt sind zwischen Oberholm und dem oberen Werkzeugträger jedoch vier Presszylinder, sechs Presszylinder oder auch mehr Presszylinder vorgesehen, sodass dann mit vier Achsen bzw. sechs Achsen gearbeitet wird. Der Einsatz moderner
Presszylinder mit geeigneten Ventilen und einer geeigneten Steuer- und/oder Regeleinrichtung ermöglicht nicht nur die Erzeugung hoher Presskräfte mit hoher Genauigkeit, sondern insbesondere auch eine exakte Positionierung des Oberwerkzeuges relativ zum Unterwerkzeug. Erfindungsgemäß sind die Kolben der Presszylinder mit einer Weggenauigkeit von 0,05 mm, vorzugsweise mit einer Weggenauigkeit von 0,02 mm positionierbar. Dieses meint im Rahmen der Erfindung, dass Abweichungen der tatsächlichen Position des Kolbens und damit auch des Oberwerkzeuges von einem Sollwert maximal 0,05 mm betragen, vorzugsweise maximal 0,02 mm. Dieses ist bei der Herstellung von Faser- Verbundwerkstoffen insbesondere im sogenannten "Open-Die-Modus" vorteilhaft, bei welchem Oberwerkzeug und Unterwerkzeug nicht unmittelbar aneinander liegen, sondern unter Zwischenschaltung der in den Formraum eingebrachten Formmasse durch einen (kleinen) Spalt beabstandet voneinander sind, wobei ein solcher Spalt in der Größenordnung von z. B. 0,1 bis 1 mm liegen kann. Grundsätzlich umfasst die Erfindung aber auch Pressen für die Herstellung im "Closed-Die-Modus", bei welchem Oberwerkzeug und Unterwerkzeug unmittelbar aneinander anliegen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden erläutert:
Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass die Presszylinder als doppelt wirkende Differenzialzylinder mittels Zug/Druck-Anbindungen direkt an den oberen Werkzeugträger angeschlossen sind. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Kolben der Presszylinder schwenkbar an den oberen Werkzeugträger an- geschlossen sind. Bevorzugt kann dann eine Anbindung unter Zwischenschaltung von auf Druck und Zug belastbaren, sphärischen Gelenklagern realisiert sein. Diese Technologie kennt man z. B. bei kontinuierlich arbeitenden Pressen für die Herstellung von Holzwerkstoffplatten, bei denen die Kolben der Press-
zylinder gelenkig an eine Pressenplatte angeschlossen sind (vgl. z. B. DE 10 2005 009 298 A1 ). In gleicher Weise ist es zweckmäßig, die Zylinder schwenkbar an den Oberholm anzuschließen. Ferner ist es zweckmäßig, wenn der obere Werkzeugträger in vertikaler Richtung seitlich an den Seitenteilen des Pressengestells geführt ist, sodass eine einwandfreie Positionierung des Oberwerkzeuges relativ zu dem Unterwerkzeug unter Berücksichtigung der geringen Spaltweiten im Bereich der Tauchkanten möglich wird. Eine solche Führung ist z. B. dann sinnvoll, wenn die Zylinder "beidseitig" gelenkig angebunden sind.
Mit der erfindungsgemäßen Presse lassen sich insbesondere Formteile aus Faserverbund kunststoffen herstellen, z. B. für die Fahrzeugindustrie und/oder die Luft- und Raumfahrttechnik. Das aus Oberwerkzeug und Unterwerkzeug bestehende Pressenwerkzeug weist dabei in der Regel eine große Masse von mehr als 10 t, z. B. auch mehr als 25 t auf.
Die erfindungsgemäße Presse ist in der Regel mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung ausgerüstet oder verbunden. Folglich sind die Presszylinder bzw. deren Steuerventile mit der Steuer- und Regeleinrichtung verbunden, und zwar bevorzugt für eine Druckregelung und/oder Wegregelung. Eine solche Presse kann folglich weggeregelt und/oder druckgeregelt betrieben werden.
Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Presse kann derart eingerichtet sein, dass während des Pressens fortlaufend die Drücke in den einzelnen Zylinderkammern bzw. die sich daraus ergebenden Presskräfte sämtlicher Presszylinder ermittelbar und der Steuer-/Regeleinrichtung zuführbar sind. Mit der Steuer- /Regeleinrichtung sind aus den ermittelten Drücken/Kräften unter Berücksichti-
gung von in der Steuer-/Regeleinrichtung abgelegten Strukturdaten der Presse fortlaufend Verformungen des Pressengestells ermittelbar. Dabei sind die Presszylinder unter Berücksichtigung der ermittelten Verformungen des Pressengestells derart beaufschlagbar, dass die ermittelten Verformungen auf diese Weise kompensierbar sind und folglich kompensiert werden. Die Verformungen des Pressengestells sind während der Erhöhung des Pressdruckes und/oder während des Pressens fortlaufend iterativ ermittelbar und unter Berücksichtigung von online durchgeführten Finite-Elemente-Berechnungen kompensierbar. Dabei kann die Kompensation von Verformungen des Pressen- gestells unter Berücksichtigung von Temperaturwerten erfolgen, die an mehreren Stellen des Pressengestells (z. B. mit Temperatursensoren) aufgenommen werden.
Insgesamt lassen sich mit der erfindungsgemäßen hydraulischen Taktpresse bei einfachem Aufbau Formteile in besonders wirtschaftlicher Weise schnell herstellen. Moderne doppelt wirkende Differenzialzylinder ermöglich trotz verhältnismäßig großer Ölvolumina ein schnelles und exaktes Schließen und Öffnen und außerdem das Aufbringen selbst höchster Presskräfte. Von besonderer Bedeutung ist im Rahmen der Erfindung folglich die Verwendung von doppelt wirkenden Differenziaizylindern als Presszylinder in einer hydraulischen Taktpresse für die Herstellung von Formteilen aus Kunststoff, insbesondere aus Faserverbund kunststoff. Von besonderer Bedeutung ist die Verwendung dieser Presszylinder für eine RTM-Presse.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff, insbesondere aus Faserverbund kunststoff, mit einer Presse der beschriebenen Art. Erfindungsgemäß werden während des
Pressens fortlaufend die Drücke in den einzelnen Zylinderkammern bzw. die sich daraus ergebenden Presskräfte sämtlicher Presszylinder ermittelt und einer Steuer/Regeleinrichtung zugeführt. Diese Steuer/Regeleinrichtung ermittelt aus den ermittelten Drücken/Kräften unter Berücksichtigung von in der Steuer/Regeleinrichtung abgelegten Strukturdaten der Presse fortlaufend Verformungen des Pressengestells. Damit werden dann die Presszylinder unter Berücksichtigung dieser ermittelten Verformungen des Pressengestells derart beaufschlagt, dass die ermittelten Verformungen (bei der Einstellung der Sollwerte) kompensiert werden. Erfindungsgemäß erfolgt folglich eine rechne- rische Kompensation der Verformungen der gesamten Rahmenstruktur. Die Verformungen des Pressengestells bzw. der Rahmenstruktur werden fortlaufend während des Pressens bzw. während der Erhöhung des Pressdruckes iterativ ermittelt und unter Berücksichtigung von online durchgeführten Berechnungen (z, B. nach der Finite-Elemente-Methode) kompensiert. Damit kann grundsätzlich eine Kompensation von Verformungen der gesamten Rahmenstruktur unter Verzicht auf separate Positions- bzw. Wegmesssysteme im Bereich des Pressenwerkzeuges erfolgen. Die Steuer/Regeleinrichtung ist als leistungsfähige Datenverarbeitungsanlage ausgebildet, in welcher umfassende Informationen über die Rahmenstruktur abgelegt sind. Über die Kammerdrücke in den Zylindern kann während des Druckaufbaus bzw. während des Pressens unter Berücksichtigung der abgelegten Daten auf Strukturverformungen geschlossen werden, welche dann entsprechend kompensiert werden können. Dieses gelingt insbesondere durch im Hintergrund online ablaufende bzw. online durchgeführte Finite-Elemente-Berechnungen. Auf diese Weise lässt sich die erforderliche Genauigkeit im Bereich des Pressenwerkzeuges für aufwendige RTM-Prozesse erreichen, so dass sich in wirtschaftlicher Weise Formteile höchster Qualität herstellen lassen. Alternativ oder ergänzend kann es zweckmäßig sein, die Kompensation auch unter
Berücksichtigung von Temperaturwerten durchzuführen, die an mehreren Stellen des Pressengestells aufgenommen werden. Auf diese Weise können dann nicht nur (über die Presszylinder) mechanische Verformungen festgestellt werden, sondern insbesondere auch Verformungen durch Temperatureinflüsse, die in der Praxis aus verschiedenen Gründen in Kauf genommen werden müssen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine hydraulische Taktpresse (als RTM-Presse) in einer stark vereinfachten Darstellung.
Es handelt sich um eine hydraulische Taktpresse (z. B. RTM-Presse) für die Herstellung von Formteilen aus Kunststoff, insbesondere Faserverbundkunst- stoff. In einer solchen Taktpresse wird ein Pressenwerkzeug montiert, welches sich aus Oberwerkzeug 1 a und Unterwerkzeug 1 b zusammensetzt. Ein solches Formwerkzeug kann z. B. mit einem Faserhalbzeug beschickt und dann geschlossen werden. Nach dem Beschicken kann der Formraum mit der Form- masse, z. B. Harz und Härter, befüllt werden. Die Formmasse härtet unter Anwendung von Druck und ggf. Wärme in der Presse aus.
Die Presse weist ein Pressengestell 2 mit Oberholm 3 und Unterholm 4 sowie Seitenteilen 5 auf. Es kann sich z. B. um eine Presse in Rahmenbauweise han- dein, die aus einer Vielzahl von (geschlossenen) hintereinander angeordneten Pressenrahmen zusammengesetzt ist. Alternativ kommt jedoch auch eine Presse in Säulenbauweise in Betracht, sodass die Seitenteile dann von Pressensäulen oder dergleichen gebildet werden. Die Presse weist einen in
vertikaler Richtung verfahrbaren oberen Werkzeugträger 7 auf, an dem das Oberwerkzeug 1 a befestigt wird. Das Unterwerkzeug 1 b ruht in der Regel ortsfest auf dem Unterholm 4 oder einem auf den Unterholm 4 angeordnetem Pressentisch 4'. An dem Oberholm 3 des Pressengestells 2 sind mehrere Presszylinder 8 befestigt, deren Kolben 9 auf den oberen Werkzeugträger 7 arbeiten.
Diese Presszylinder 8 sind als doppelt wirkende Differenzialzylinder ausgebildet, deren Kolben 9 mittels Zug/Druck-Anbindungen direkt an den oberen Werkzeugträger 7 angeschlossen sind, sodass mit diesen Differenzialzyl indem 8 nicht nur die Presskraft aufgebracht wird, sondern auch das Öffnen und Schließen der Presse erfolgt. Der Hub der Presszylinder 8 ist dabei ausreichend groß, sodass auch ein Werkzeugwechsel und eine Anpassung an unterschiedliche Werkzeuggeometrien und insbesondere Werkzeughöhen möglich ist. Auf zusätzliche lineare Antriebe zur Positionierung des Werkzeugträgers wird folglich verzichtet. Die bekannten Kombinationen aus z. B. Langhubzylindern und Kurzhubzylindern werden durch die erfindungsgemäßen Differenzialzylinder ersetzt. In der Stirnansicht auf die Presse sind lediglich zwei nebeneinander angeordnete Presszylinder 8 erkennbar. Es ist jedoch zweckmäßig, mehrere solche Zylinderreihen hintereinander vorzusehen, sodass z. B. mit insgesamt vier Presszylindern oder auch sechs Presszylindern gearbeitet werden kann. Auf zusätzliche Linearantriebe und insbesondere Schließzylinder oder dergleichen wird jedoch verzichtet.
Der obere Werkzeugträger 7 kann in vertikaler Richtung seitlich an den Seitenteilen 5 des Pressengestells 2 geführt sein. Dieses ist in der Figur nicht darge-
stellt. Um eine exakte und variable Positionierung des Oberwerkzeuges relativ zu dem Unterwerkzeug zu ermöglichen, sind die Kolben 9 der Presszylinder 8 schwenkbar an den oberen Werkzeugträger 7 angeschlossen. Im Ausführungsbeispiel ist eine Anbindung unter Zwischenschaltung von auf Druck und Zug belastbaren, sphärischen Gelenklagern 10 angedeutet. Auch die Zylinder 8 sind schwenkbar an das Pressengestell, nämlich an den Oberholm 3 angelenkt, und zwar ebenfalls unter Zwischenschaltung sphärischer Gelenklager 6. Ferner ist angedeutet, dass die Presszylinder 8 in bekannter Weise mit Steuerventilen 1 1 ausgerüstet sind, über welche die beiden Volumina der doppelt wirkenden Differenzialzylinder beaufschlagt werden. Die Presszylinder 8 bzw. deren Steuerventile 1 1 sind dabei mit zumindest einer (nicht dargestellten) Steueroder Regeleinrichtung verbunden, mit welcher eine exakte Steuerung/Regelung des Pressdruckes und/oder des Weges und folglich der Position möglich ist. Die Kolben 9 der Presszylinder 8 sind dabei mit einer Weggenauigkeit von 0,05 mm oder ggf. auch 0,02 mm positionierbar, sodass insgesamt bei einfachem Aufbau eine sehr exakte Regelung erfolgt.
Dabei können insbesondere auch Verformungen der Rahmenstruktur durch geeignete Pressensteuerung kompensiert werden.

Claims

Patentansprüche:
1 . Hydraulische Taktpresse für die Herstellung von Formteilen aus Kunststoff, insbesondere aus Faserverbundkunststoff, in einem aus Oberwerkzeug (1 a) und Unterzwerkzeug (1 b) bestehenden Pressen Werkzeug, mit - einem Pressengestell (2) mit Oberholm (3), Unterholm (4) und
Seitenteilen (5), einem oberen Werkzeugträger (7) und - mehreren an dem Oberholm (3) befestigten Presszylindern (8), deren Kolben (9) auf den oberen Werkzeugträger (7) arbeiten, wobei das Unterwerkzeug (1 b) auf dem Unterholm (4) angeordnet ist/wird und das Oberwerkzeug (1 a) an dem oberen Werkzeugträger (7) befestigt oder befestigbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Presszylinder (8) als doppelt wirkende Differenziaizylinder ausgebildet sind, deren Kolben (9) mittels Zug/Druck-Anbindungen direkt an den oberen Werkzeugträger (7) angeschlossen sind und sowohl zum Öffnen und Schließen als auch zum Aufbringen der Presskraft eingerichtet sind.
2. Presse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Oberholm (3) und oberem Werkzeugträger (7) vier oder mehr Presszylinder (8) angeordnet sind.
3. Presse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Presszylinder (8) schwenkbar an den Oberholm (3) und/oder die Kolben (9) der Presszylinder (8) schwenkbar an den oberen Werkzeugträger (7) ange-
schlössen sind, z. B. unter Zwischenschaltung von auf Druck und Zug belastbaren, sphärischen Gelenklagern (6, 10).
4. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Werkzeugträger (7) in vertikaler Richtung seitlich an den Seitenteilen (5) des Pressengestells (2) geführt ist.
5. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressenwerkzeug (1 a, 1 b) eine Masse von mehr als 10 1 aufweist.
6. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Presszylinder (8) bzw. deren Steuerventile (1 1 ) mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Drucksteuerung oder -regelung und/oder eine Wegsteuerung oder -regelung ausgerüstet oder verbunden sind.
7. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (9) der Presszylinder (8) mit der bzw. mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung mit einer Weggenauigkeit von 0,05 mm, vorzugsweise 0,02 mm positionierbar sind.
8. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Steuer-/Regeleinrichtung, welche derart eingerichtet ist, dass während des Pressens fortlaufend die Drücke in den einzelnen Zylinderkammern bzw. die sich daraus ergebenden Presskräfte sämtlicher Presszylinder ermittelbar und der Steuer-/Regeleinrichtung zuführbar sind, dass mit der Steuer-/Regeleinrichtung aus den ermittelten Drücken/Kräften unter Berücksichtigung von in der Steuer-/Regeleinrichtung abgelegten Struk-
turdaten der Presse fortlaufend Verformungen des Pressengestells ermittelbar sind und dass die Presszylinder unter Berücksichtigung der ermittelten Verformungen des Pressengestells derart beaufschlagbar sind, dass die ermittelten Verformungen kompensierbar sind.
9. Verwendung von doppelt wirkenden Differenzialzylindern als Presszylinder einer hydraulischen Taktpresse für die Herstellung von Formteilen aus Kunststoff, insbesondere aus Faserverbund kunststoff, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere einer hydraulischen RTM-Presse.
10. Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Kunststoff, insbesondere aus Faserverbund kunststoff, mit einer Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des Pressens fortlaufend die Drücke in den einzelnen Zylinderkammern bzw. die sich daraus ergebenden Presskräfte sämtlicher Presszylinder ermittelt und einer Steuer/Regeleinrichtung zugeführt werden, dass die Steuer/Regeleinrichtung aus den ermittelten Drücken/Kräften unter Berücksichtigung von in der Steuer/Regeleinrichtung abgelegten Strukturdaten der Presse fortlaufend Verformungen des Pressengestells ermittelt und dass die Presszylinder unter Berücksichtigung der ermittelten Verformungen des Pressengestells derart beaufschlagt werden, dass die ermittelten Verformungen kompensiert werden.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungen des Pressengestells während der Erhöhung des Pressdruckes und/oder während des Pressens fortlaufend iterativ ermittelt und unter Berücksichtigung von online durchgeführten Finite-Elemente-Berechnungen kompen- siert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation von Verformungen des Pressengestells unter Berücksichtigung von Temperaturwerten erfolgt, die an mehreren Stellen des Pressengestells aufgenommen werden.
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