DE10016804A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Bauteilen aus einer tiefziehbaren Platine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus einer aus einem umformbaren Material, insbesondere Stahl, bestehenden Platine (1), bei dem die Platine (1) während der Verformung durch ein Fluidpolster (F) gegen ein formgebendes Werkzeug (5) gestützt wird, sowie eine insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens bestimmte Vorrichtung. DOLLAR A Im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Platine (1) mittels des Werkzeugs (5) in eine Zwischenform umgeformt. Anschließend wird die zur Zwischenform verformte Platine (1) mittels eines Gegenformstücks (6) örtlich begrenzt verformt, welches entgegen der Wirkrichtung (R) des Werkzeugs (5) gegen die Platine (1) bewegt wird. Auf diese Weise lassen sich kostengünstig exakt geformte Bauteile ohne die Gefahr von Qualitätseinbußen herstellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus einer aus einem umformbaren Material, insbesondere Stahl, bestehenden Platine, bei dem die Platine während der Verformung durch ein Fluidpolster gegen ein formgebendes Werkzeug gestützt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, welche insbesondere zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignet ist. Derartige Vorrichtungen weisen in der Regel einen Behälter auf, in welchen als Wirkmedium ein Fluid, beispielsweise Wasser oder eine vergleichbare Flüssigkeit, gefüllt ist. Durch geeignete Einrichtungen wird eine Platine über der Öffnung des Behälters gehalten, so daß sie beispielsweise durch einen in der Öffnung positionierten und in den Behälter hinein bewegbaren Stempel verformt werden kann. Während der Verformung stützt in diesem Fall das in dem Behälter enthaltene Fluid die Platine als Polster gegen den von dem Stempel ausgeübten Druck ab, so daß die Platine mit fortschreitendem Weg des Stempels die durch den Stempel vorgegebene Form annimmt.

Bei einem alternativen Verfahren der eingangs angegeben Art wird die Platine durch Erhöhung des von dem in dem Behälter enthaltenen Fluids ausgeübten Druck gegen ein stehendes, in oder über der Behälteröffnung positioniertes Werkzeug gedrückt, durch welches die Form des zu erzeugenden Werkstücks bestimmt ist. Ebenso sind Kombinationen der erläuterten Verfahren im Einsatz.

Verfahren und Vorrichtungen der voranstehend genannten Art eignen sich für die Herstellung von komplexen Bauteilen mit verbesserten Eigenschaften. Dabei besteht der Vorteil der mit Hilfe eines durch ein fließfähiges Wirkmedium gebildeten Polsters erfolgenden Verformung darin, daß, anders als beim herkömmlichen Tiefziehen, bei dem ein Stempel die Platine in einer die Gegenform bildenden Matrize verformt, das Fließen des Werkstoffs in die Endform erleichtert wird. Problematisch ist allerdings, daß für eine exakte Ausbildung der gewünschten Bauteilform sehr hohe Drücke benötigt werden. Daher findet bei herkömmlicher Vorgehensweise am Ende des Umformvorgangs ein Kalibrieren des vorgeformten Bauteils statt, bei dem durch eine starke Druckerhöhung im Fluidpolster die Abformgenauigkeit erhöht wird.

Besonders problematisch erweist sich in der Praxis die Herstellung sogenannter "Nebenformelemente", die kleine Radien besitzen. Derartige Nebenformelemente können erst in das Bauteil eingeformt werden, nachdem die Platine in die Hauptform des Bauteils verformt worden ist.

Die zum Abformen der Nebenformelemente erforderlichen, hohen Kalibrierdrücke führen insbesondere bei großflächigen Bauelementen zu großen Kräften, welche für das Halten der Platine in der jeweiligen Vorrichtung während des Verformungsvorgangs benötigt werden. Sowohl der dazu notwendige apparative Aufwand als auch der technische Aufwand, der für die Erzeugung der hohen Kalibrierdrücke sowie für das Abdichten des mit diesen hohen Drücken beaufschlagten Gesamtsystems betrieben werden muß, führen zu hohen Kosten für die Erstellung und den Betrieb von Vorrichtungen der in Rede stehenden Art.

Es ist versucht worden, diesen Aufwand dadurch zu mindern, daß entsprechend der konventionellen Tiefziehverformung von Platinen im Behälter der jeweiligen Vorrichtung Gegenformstücke fest montiert werden. Gegen diese statisch feststehenden Gegenformstücke wird die Platine im Zuge der vom Werkzeug ausgeführten Bewegung gedrückt, so daß die Ausbildung des jeweiligen Nebenformelements erzwungen wird. Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist, daß durch die starren Gegenformelemente im Behälter schon zu einem Zeitpunkt in die Umformung eingegriffen wird, in dem der Hauptwerkstofffluß noch nicht abgeschlossen ist und daher unkontrollierter Werkstofffluß verursacht werden kann. Dies kann wiederum zu Nachlaufkanten, lokalen Beschädigungen der Oberfläche und Einfallstellen führen, welche die Qualität des hergestellten Bauteils mindern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der voranstehend erläuterten Art zu schaffen, mit welchem sich kostengünstig exakt geformte Bauteile ohne die Gefahr von Qualitätseinbußen herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird einerseits durch ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen gelöst, bei dem eine aus einem umformbaren Material, insbesondere Stahl, bestehenden Platine während der Verformung durch ein Fluidpolster gegen ein formgebendes Werkzeug gestützt wird und folgende Schritte absolviert werden:

• - Verformen der Platine mittels des Werkzeugs in eine Zwischenform und
• - anschließendes örtlich begrenztes Verformen der zur Zwischenform verformten Platine mittels eines Gegenformstücks, welches entgegen der Wirkrichtung des Werkzeugs gegen die Platine bewegt wird.

Gemäß der Erfindung ist die Umformung der Platine in mindestens zwei Schritte geteilt. Im ersten Schritt findet der Hauptteil der Verformung statt, indem mit dem Werkzeug die Platine soweit umgeformt wird, daß alle Grundelemente der Bauteilform im wesentlich ausgebildet sind. Ist diese Hauptverformung abgeschlossen, so werden die Nebenformelemente erzeugt.

Anders als beim Stand der Technik wird dazu ein aktiv beweg- und steuerbares Gegenformstück gegen die Platine bewegt. Dessen Abmessungen sind so ausgebildet, daß jeweils eine auf den Bereich des Nebenformelements beschränkte Verformung der Platine stattfindet. Da das Gegenformstück aktiv gegen die Platine arbeitet, wirkt es selbst nach Art eines formgebenden Werkzeugs. Das die Hauptverformung bewirkende Werkzeug dagegen bildet während der Ausbildung des jeweiligen Nebenformelements die "Matrize", an der die Platine abgeformt wird.

Der Vorteil der erfindungsgemäß mindestens zweigeteilten Vorgehensweise besteht darin, daß die Hauptverformung unbeeinflußt durch ein festes Gegenelement nur gegen den Druck des Fluidpolsters erfolgt. Dabei kann sowohl der Materialfluß als auch die Formbildung derart ausgelegt werden, daß optimale Bedingungen für das abschließende Ausformen der jeweiligen Nebenformelemente gegeben sind.

So lassen sich Nebenformelemente von komplexer Gestalt exakt erzeugen, ohne daß dazu die noch beim Stand der Technik erforderliche extreme Druckerhöhung benötigt wird. Den optischen Eindruck störende Beschädigungen der Platine oder Fehler der Materialverteilung werden mit hoher Sicherheit vermieden. Auf erfindungsgemäße Weise lassen sich folglich bei vermindertem apparativen Aufwand Bauteile aus Platinen herstellen, die höchsten Anforderungen genügen.

Eine Ausgestaltung der Erfindung, welche eine besonders zweckentsprechende Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein in seiner Lage verstellbarer Stempel ist. Mit einem derart beweglichen, auf die Platine zustellbaren Stempelwerkzeug läßt sich die herzustellende Form des Werkstücks unter optimaler Ausnutzung der stützenden Wirkung des Fluidpolsters mit hoher Abformgenauigkeit erzeugen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die örtlich begrenzte Verformung erst ausgeführt wird, wenn der Druck im Fluidpolster einen Mindestwert erreicht hat. Dieser Mindestwert des Drucks kann sich selbsttätig im Zuge der Hauptverformung der Platine einstellen. Ist dies nicht der Fall, so kann durch eine ergänzende Druckerhöhung im Fluidpolster ein für die Ausbildung des jeweiligen Nebenformelements günstiger Druckzustand hergestellt werden. Je nach Ablauf und Komplexität der Formgebung des Nebenformelements kann es darüber hinaus zweckmäßig sein, den Druck des Fluidpolsters während der Verformung mittels des Gegenformelementes gegenüber dem zuvor vorhandenen Druck zu variieren. Der im Fluidpolster vorhandene Mindestdruck sollte dabei vorzugsweise dem Druck entsprechen, bei dem eine durch den Druck des Fluidpolsters bedingte Abformung des Nebenformelements einsetzt.

Die Erzeugung eines bestimmten Druckzustandes zu Beginn und während der Herstellung der Nebenformelemente durch das Gegenformstück dient der weiteren Verbesserung des Arbeitsergebnisses. Indem die Platine mit einem ausreichend hohen Druck gegen das Formwerkzeug gestützt wird, ist die Gefahr des Einsetzens von unkontrollierten Materialflüssen während der Ausformung des jeweiligen Nebenformelements reduziert. Oberflächenbeschädigungen des Bauteils können auf diese Weise sicher verhindert werden.

Weiter erhöht werden kann die Formgenauigkeit des erfindungsgemäß hergestellten Bauteils dadurch, daß der Druck des Fluidpolsters nach Erreichen der Endform erhöht wird. Diese abschließende Druckerhöhung dient nach Art des bei herkömmlicher Vorgehensweise üblichen Kalibriervorgangs dazu, die sich gegebenenfalls in Folge der Erzeugung des Nebenformelements einstellenden Veränderungen der vom Formwerkzeug erzeugten Hauptform des Bauteils zu korrigieren.

In Bezug auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Bauteilen aus einer aus einem umformbaren Material, insbesondere Stahl, bestehenden Platine, welche mit einem mit einem Fluid gefüllten Behälter, mit einer Einrichtung zum Halten der Platine über einer Öffnung des Behälters und mit einem formgebenden Werkzeug ausgestattet ist, welcher über einer Öffnung des Behälters positionierbar ist, wird die voranstehend angegebene Aufgabe andererseits dadurch gelöst, daß in dem Behälter mindestens ein entgegen der Wirkrichtung des Werkzeugs gegen die Platine bewegbares Gegenformstück angeordnet ist. Eine solche mit einem aktiv verstellbaren Gegenformstück ausgestattete Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, weil das Gegenformstück so steuerbar ist, daß es erst dann in den Verformungsvorgang eingreift, wenn die Hauptverformung der Platine durch das Werkzeug abgeschlossen ist. Auf diese Weise ist eine extreme Druckerhöhung, wie sie noch beim Stand der Technik zur Ausbildung komplexer Nebenformelemente benötigt wurde, beim Betrieb einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung nicht mehr benötigt. Daher lassen sich derartige Vorrichtungen zu geringeren Kosten herstellen und betreiben.

Eine besonders leistungsfähige Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art läßt sich dadurch verwirklichen, daß das Werkzeug ein in seiner Lage verstellbarer Stempel ist.

Vorzugsweise ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Steuereinrichtung ausgestattet, welche ein Signal zum Verstellen des Gegenformelements gegen die Platine abgibt, sobald eine bestimmte Verformung der Platine erreicht ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung eignet sich insbesondere zum automatisierten Herstellen von tiefgezogenen Bauteilen. Grundsätzlich denkbar ist es in diesem Zusammenhang, daß das betreffende Signal zum Verstellen des Gegenformstücks beispielsweise in Abhängigkeit vom zurückgelegten Stellweg des Formwerkzeuges abgegeben wird. Vorzugsweise gibt jedoch die Steuereinrichtung das Signal zum Verstellen dann ab, wenn der Druck in dem im Behälter enthaltenen Fluid einen bestimmten, für die Abformung des Nebenformelements günstigen Wert überschritten hat.

Um den in dem Behälter vorhandenen Druck gezielt einstellen zu können, sollte ein steuerbares Ventil vorgesehen sein, mittels dessen der Druck im Behälter veränderbar ist. Günstig ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung eine Druckerzeugungseinrichtung vorhanden ist, mittels derer der Druck des in dem Behälter enthaltenen Drucks erhöhbar ist. Mit einer solchen Druckerzeugungseinrichtung läßt sich der für die Ausbildung des Nebenformelements günstige Druckzustand gezielt einstellen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteils aus einer Platine in einer ersten Betriebsstellung in einem Längsschnitt;

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einer zweiten Betriebsstellung;

Fig. 3 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einer dritten Betriebsstellung;

Fig. 4 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einer vierten Betriebsstellung.

Die in den Figuren gezeigte Vorrichtung dient zum Herstellen beispielsweise eines Karosseriebauelements aus einer Platine 1, die aus einem Feinblech zugeschnitten ist. Zu diesem Zweck umfaßt die Vorrichtung einen kastenartig ausgebildeten, nach oben offenen Behälter 2, eine als Niederhalterring ausgebildete und auf den oberen, die Behälteröffnung umgebenden Rand 3 des Behälters 2 aufsetzbare Einrichtung 4 zum Halten der Platine 1 und einen ein formgebendes Werkzeug bildenden Stempel 5, der in Stellrichtung R mittels einer nicht dargestellten Stelleinrichtung aus einer oberhalb des Behälters angeordneten Ruhestellung (Fig. 1) in die Öffnung des Behälters 2 einführbar ist.

Zusätzlich befindet sich in dem Behälter 2 ein Gegenformstück 6, welches von einem mittels einer Stelleinrichtung 7 hydraulisch in einer entgegen der Stellrichtung R des Stempels gerichteten Stellrichtung S verstellbaren Kolben 8 getragen wird. Zum Befüllen des Behälters 2 mit einer Flüssigkeit F, beispielsweise Wasser, ist eine Druckerzeugungseinrichtung 9 vorgesehen.

Der Stempel 5 weist auf seiner der Platine 1 zugeordneten Seite eine Form auf, welche der Form des aus der Platine zu erzeugenden Bauteils entspricht. Dabei ist in einem Bereich A ein Nebenformelement N ausgebildet, an dem zwei annähernd rechtwinklig aufeinander zulaufende Wandelemente des zu erzeugenden Bauteils in einem kleinen Radius ineinander übergehen. Das zur Erzeugung dieses Nebenformelements N vorgesehene, in vertikaler Richtung fluchtend mit dem Nebenformelement N angeordnete Gegenformstück 6 weist auf seiner der Platine 1 zugeordneten Seite eine dem Gegenstück zur Form des Nebenformelements N entsprechende Gestalt auf.

In der in Fig. 1 dargestellten Betriebsstellung befinden sich der Stempel 5 und die Einrichtung 4 in ihrer angehobenen Ruhestellung, so daß die Platine 1 ungehindert auf den Rand 3 des Behälters 2 aufgelegt werden kann. Gleichzeitig befindet sich das Gegenstück 6 in seiner dem Behälterboden nächstbenachbarten Ausgangsstellung, in welcher der Abstand zwischen der Platine 1 und dem Gegenstück 6 größer ist als der bei der Verformung der Platine 1 ausgeführte Hub des Stempels 5. Der Behälter 2 ist mit Flüssigkeit F gefüllt.

Nach dem Einlegen der Platine 1 wird die Einrichtung 4 abgesenkt, so daß der Rand der Platine 1 zwischen der Einrichtung 4 und dem oberen Rand 3 des Behälters 2 über der Behälteröffnung gespannt gehalten ist. Der Stempel 5 wird in eine Stellung gebracht, von der ausgehend die Verformung der Platine 1 erfolgt. Das Gegenstück 6 befindet sich nach wie vor in seiner Ruhestellung. Erforderlichenfalls wird zu diesem Zeitpunkt eine Vorverformung der Platine 1 in Richtung des Stempels 5 durchgeführt, indem der Druck der in den Behälter 2 gefüllten Flüssigkeit F erhöht wird. Auf diese Weise wird die Formänderung im Bereich der Platinenmitte erhöht und Material für die anschließende Hauptverformung im Bereich des Behälters 2 bevorratet (Fig. 2).

Anschließend wird der Stempel 5 in Stellrichtung R in die Öffnung des Behälters 2 eingeführt, so daß die Platine 1 verformt wird. Dabei sind, in Abhängigkeit vom Stahlmaterial der Platine 1 und/oder der zu erzeugenden Bauteilform die von der Einrichtung 4 ausgeübten Haltekräfte so bemessen, daß ausgehend vom Rand der Platine 1 ein Werkstofffluß in den Innenraum des Behälters ermöglicht wird oder daß der Rand der Platine 1 fest fixiert ist. Während der Verformung der Platine 1 durch den Stempel 5 bildet die in dem Behälter 2 gefüllte Flüssigkeit F ein Fluidpolster, durch welches die Platine 1 auf ihrer vom Stempel 5 abgewandten Seite gestützt wird. Der Stützdruck P in der Flüssigkeit F wird dabei entsprechend dem durch den Stempel 5 hervorgerufenen Fortschritt der Verformung der Platine 1 gesteuert bzw. geregelt. Am Ende des Hubweges des Stempels 5 hat die Platine 1 eine Zwischenform erhalten, bei der bis auf das Nebenformelement N alle Formelemente des Bauteils ihre Endform erreicht haben. Die vom Stempel 5 durchgeführte Hauptverformung der Platine 1 ist damit abgeschlossen (Fig. 3).

Zur Erzeugung des Nebenformelements N wird der Stützdruck P durch die Druckerzeugungseinrichtung 9 auf einen Mindestwert erhöht, bei dem die Ausformung des Nebenformelements N aufgrund des von der Flüssigkeit F ausgeübten Stützdrucks P gerade einsetzt. Eine weitere Druckerhöhung erfolgt jedoch zu diesem Zeitpunkt nicht. Statt dessen wird nun das Gegenformstück 6 in Stellrichtung 5 auf die Platine 1 zugestellt, so daß die Platine 1 in die durch den zu diesem Zeitpunkt stillstehenden Stempel 5 vorgegebene Form des Nebenformelements N gezogen wird (Fig. 4).

Nach Abschluß der Erzeugung des Nebenformelements N wird der Stützdruck P nochmals erhöht, um die Form der Platine 1 an dem Stempel 5 endgültig zu kalibrieren.

Schließlich werden der Stempel 5, die Einrichtung 4 und das Gegenformstück 6 zurück in ihre in Fig. 1 dargestellte Ausgangstellung bewegt, so daß das fertige Bauteil aus der Vorrichtung entnommen werden kann.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Platine

2

Behälter

3

Rand des Behälters

2

4

Einrichtung zum Halten der Platine

1

5

Stempel

6

Gegenformstück

7

Stelleinrichtung

8

Kolben

9

Druckerzeugungseinrichtung
A Bereich
F Flüssigkeit
N Nebenformelement
R Stellrichtung
S Stellrichtung

Claims (13)

1. Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus einer aus einem umformbaren Material, insbesondere Stahl, bestehenden Platine (1), bei dem die Platine (1) während der Verformung durch ein Fluidpolster (F) gegen ein formgebendes Werkzeug (5) gestützt wird, umfassend folgende Schritte:

• - Verformen der Platine (1) mittels des Werkzeugs (5) in eine Zwischenform und
• - anschließendes örtlich begrenztes Verformen der zur Zwischenform verformten Platine (1) mittels eines Gegenformstücks (6), welches entgegen der Wirkrichtung (R) des Werkzeugs (5) gegen die Platine (1) bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein in seiner Lage verstellbarer Stempel ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die örtlich begrenzte Verformung ausgeführt wird, sobald der Druck (P) im Fluidpolster (F) einen Mindestwert erreicht hat.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mindestwert des Drucks (P) im Fluidpolster (F) dem Druck entspricht, bei dem eine durch den Druck des Fluidpolsters (F) bedingte Abformung des Nebenformelements (N) einsetzt.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (P) des Fluidpolsters (F) während der Verformung mittels des Gegenformstücks (6) gegenüber dem zuvor vorhandenen Druck variiert wird.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (P) des Fluidpolsters (F) nach Erreichen der Endform erhöht wird.

7. Vorrichtung zum Herstellen von Bauteilen aus einer aus einem umformbaren Material, insbesondere Stahl, bestehenden Platine (1), mit einem mit einem Fluid gefüllten Behälter (2), mit einer Einrichtung (4) zum Halten der Platine (1) über einer Öffnung des Behälters (2) und mit einem formgebenden Werkzeug (5), welches im Bereich der Öffnung eines Behälters (2) positionierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter (2) mindestens ein entgegen der Wirkrichtung (R) des Werkzeugs (5) gegen die Platine (1) bewegbares Gegenformstück (6) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das formgebende Werkzeug ein in seiner Lage verstellbarer Stempel (5) ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, welche ein Signal zum Verstellen des Gegenformstücks (6) gegen die Platine (1) abgibt, sobald eine bestimmte Verformung der Platine (1) erreicht ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung das Signal zum Verstellen abgibt, sobald der Druck (P) in dem im Behälter (2) enthaltenen Fluid einen bestimmten Wert überschritten hat.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch ein steuerbares Ventil, mittels dessen der Druck (P) im Behälter (2) veränderbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch eine Druckerzeugungseinrichtung (9), mittels derer der Druck (P) des in dem Behälter (2) enthaltenen Drucks (P) erhöhbar ist.

13. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12 zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.