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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugeinrichtung zum Umformen mindestens
eines Abschnitts an einem weniger genau positionierten Körper um
einen Betrag, dass der umzuformende Abschnitt gegenüber dem
Körper
in einer genauer definierten Position liegen wird, mit mindestens
einer ortsbeweglichen Halteeinrichtung und mindestens einem in Richtung der
Halteeinrichtung bewegbaren Formstempel, wobei der umzuformende
Abschnitt zwischen der Halteeinrichtung und dem Formstempel angeordnet
ist, wobei der Formstempel beim Umformen relativ zu dem umzuformenden
Abschnitt und der Halteeinrichtung aus einer Auusgangsposition in
eine definierte, mittels eines Anschlags vorgegebene Endposition gebracht
wird, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Umformverfahren mittels einer vorab
beschriebenen Werkzeugeinrichtung zum Umformen mindestens eines
Abschnitts an einem weniger genau positionierten Körper um
einen Betrag, dass der umzuformende Abschnitt gegenüber dem
Körper
in einer genauer definierten Position liegen wird, gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 12.
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Aus
der deutschen Patentschrift
DE
36 42 900 C2 ist ein Verfahren zum Umformen mindestens eines
Abschnitts an einem weniger genau positionierten Körper um
einen solchen Betrag be kannt, dass dessen Oberfläche demgegenüber in einer
genauer definierten Position liegt. Das bekannte Umformverfahren
wird mittels einer ortsbeweglichen Haltevorrichtung durchgeführt, die
mindestens einen feststehenden Gegenhalter, dem oder den gegenüber bewegliche
und arretierbare Haltemittel und mindestens einen in Richtung des
oder der Gegenhalter bewegbaren Formblock aufweist, wobei der oder
die Gegenhalter und die Haltemittel der ersten Oberfläche des
Körpers
und der oder die Formblöcke
diesen gegenüberliegend
der zweiten Oberfläche
des Körpers
zugewandt vorgesehen sind. Das bekannte Verfahren weist die folgenden
Schritte auf: Exaktes Positionieren des oder der Gegenhalter im
Bereich des oder der umzuformenden Abschnitte oberhalb der ersten
Oberfläche
des Körpers;
dann Anlegen des oder der Haltemittel an der ersten Oberfläche des Körpers in
diesem Bereich; danach Verriegeln des oder der Haltemittel in dieser
Position und Aufsetzen und schließlich formendes Bewegen des
oder der Formblöcke
bis zur Anlage der Oberfläche(n)
des oder der umzuformenden Abschnitte am oder an den Gegenhaltern.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 199 27 101 A1 ist ein Verfahren zum mechanischen Fügen von
zwei flächigen
Fügeteilen
mittels Clinchen ohne Schneidanteil durch einen aktiven Stempel
mit einer geradlinigen, schlagenden oder taumelnden Bewegung, einem
Gegenstempel, einer festen oder beweglichen Matrize sowie einem
Niederhalter zum Vorspannen der Fügeteile unter Ausbildung eines Halsbereiches
und eines Hinterschnittbereiches bekannt. Das bekannte Verfahren
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstempel schon vor, während oder
unmittelbar nach Beginn des Clinchvorgangs aktiv in Kontakt mit
dem matrizenseitigen Fügeteil
kommt und damit zum Stauchen beider Fügeteile herangezogen wird,
so dass das stempelseitige Fügeteil
durch die verringerte Abstreckung einen dickeren Halsbereich ausbildet
und weiteres Material aus beiden Fügeteilen aus dem späteren Bodenbereich
durch das Stauchen in den Halsbereich und den Hinterschnittbereich
verdrängt
wird.
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Aus
der deutschen Patentschrift
DE 197 47 267 C2 ist ein Verfahren zum Durchsetzfügen von
flächig
aufeinander liegenden Blechteilen, bei dem mittels eines Werkzeugsatzes
aus einem Stempel und einer einen Amboss aufweisenden Matrize Blechteile unter
der Wirkung einer Umformenergie aus der Blechebene gemeinsam herausverlagert
und gequetscht werden bekannt. Das bekannte Verfahren ist dadurch
gezeichnet, dass die Umformenergie durch mehrere Impulse einer beschleunigt
am Werkzeugsatz auftreffenden Masse zugeführt wird.
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Aus
der deutschen Patentschrift
DE 195 24 164 C1 ist ein Verfahren zur Positionierung
fertiggeformter Blechpressteile und eines robotergeführten Werkzeugs
und die Herstellung von Schraubverbindungsstellen an fertiggeformten
Blechpressteilen einer Fahrzeugkarosserie zum Ausgleich von Bauteiltoleranzen
zwischen dem Blechpressteil und einem mit ihm zu verbindenden Karosserieteil
und einer Einrichtung zur Durchführung
desselben bekannt. Um in einfacher Weise eine präzise Positionierung und einen
Bauteiltoleranzausgleich der Schraubverbindungsstellen am Blechpressteil
zu gewährleisten, wird
vorgeschlagen, dass die exakte Ist-Lage des Blechpressteils innerhalb
des Arbeitsraums eines Industrieroboters in Relation zu ihm und
die exakte Ist-Kontur nach dem Umfangsverlauf ermittelt werden.
Diese Ist-Kontur wird mit den abgespeicherten Daten eines Referenzmodells
verglichen und in maximale Überdeckung
mit dem zu bearbeitenden Blechpressteil gebracht.
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Aus
der deutschen Patentschrift
DE
39 32 532 C2 ist eine Werkzeugeinheit für kraftintensive Umformverfahren
mit zwei Werkzeugelementen und zwei gegenüberliegenden, entgegenge setzt
linear wirkenden pneumatischen oder hydraulischen Antrieben bekannt.
Die bekannte Werkzeugeinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass die
beiden Antriebe in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht und außerhalb
der Kraftwirkungslinie der beiden Werkzeugelemente angeordnet sind,
wobei jedes Werkzeugelement an einem Bügel gehalten ist, so dass die
einander gegenüberliegend
angeordneten Bügel längs des
gemeinsamen Gehäuses
der Antriebe gleichzeitig linear verschiebbar gehalten sind, wobei jeder
Bügel mit
dem beweglichen Teil des betreffenden Antriebs lösbar verbunden ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine alternative Werkzeugeinrichtung und ein
alternatives Umformverfahren zu schaffen.
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Die
Aufgabe ist bei einer Werkzeugeinrichtung der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass
der Anschlag so an der Werkzeugeinrichtung angebracht ist, dass
der umzuformende Abschnitt sowohl in der Ausgangsposition als auch
in der Endposition von dem Anschlag beabstandet ist unter Ausbildung
einer Werkzeugeinrichtung zur freien Blechumformung. Unter „freier
Blechumformung" wird
hierbei ein Umformvorgang verstanden, bei dem der Formstempel beziehungsweise
der von dem Formstempel verformte Abschnitt nicht an eine feststehende
(ortsfeste) Matrize in Anschlag kommt, wie es bei herkömmlichen
Werkzeugeinrichtungen der Fall ist. Weder der Formstempel selbst
noch der umzuformende Abschnitt kommen mit einem ortsfesten Anschlag
direkt in Berührung.
Die Fläche
an dem umzuformenden Abschnitt wird lediglich durch den Formstempel
beaufschlagt und durch selbigen in eine lagegenau definierte Position
gebracht. Dagegen wird bei den herkömmlichen Werkzeugeinrichtungen
die entsprechende Fläche
durch die als ortsfester Anschlag dienende Matrize in eine lagegenaue Sollstellung
positioniert, indem die Fläche
mittels des Formstempels in direkten Anlagekontakt mit der Matrize
gebracht wird.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Werkzeugeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Formstempel
an einem Ende eines Bügels befestigt
ist, der verschiebbar an einem Grundkörper der Werkzeugeinrichtung
angebracht ist. Der Grundkörper
und der Bügel
bilden eine Umformzange. Die Halteeinrichtung und ein insbesondere
elektromotorischer oder hydraulischer Antrieb für den Formstempel sind vorzugsweise
in den Grundkörper
integriert.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Werkzeugeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebebewegung
des Bügels durch
den Anschlag begrenzt wird. Vorzugsweise ist der Formstempel an
einem Ende des Bügels
angebracht. Vorzugsweise kommt das andere Ende des Bügels an
dem Anschlag zur Anlage. Der Anschlag wirkt also nicht wie bei der
aus der deutschen Patentschrift
DE 36 42 900 C2 bekannten Vorrichtung mit dem
Formstempel zusammen, sondern mit dem Bügel. Dadurch ist es möglich, den
Anschlag in den Grundkörper
der Werkzeugeinrichtung zu integrieren. Das liefert den Vorteil,
dass die Halteeinrichtung einfacher aufgebaut sein kann als bei
der bekannten Vorrichtung.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Werkzeugeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag
lageverstellbar an einem Grundkörper
der Werkzeugeinrichtung angeordnet ist. Dadurch kann der Anschlag
-je nach Anwendungvariiert werden, insbesondere zur flexiblen Kompensation
von Toleranzen und/oder Verformungen der Werkzeugeinrichtung.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Werkzeugeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung
einen Haltekörper
umfasst, der in Richtung des Formstempels verschiebbar in dem Grundkörper der
Werkzeugeinrichtung geführt
ist. Der Haltekörper
hat vorzugsweise die Gestalt eines Kreiszylindermantels, der konzentrisch
zu dem Formstempel angeordnet und zum Beispiel elektromotorisch
angetrieben ist.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Werkzeugeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung
mindestens ein relativ zu dem Haltekörper bewegbares und in Richtung
des umzuformenden Abschnitts vorgespanntes Haltemittel umfasst.
Das Haltemittel fungiert beim Umformen als Ziehkissen und gewährleistet
eine planare Umformfläche
an dem umzuformenden Körper. Das
Haltemittel hat vorzugsweise die Gestalt eines Kreiszylindermantels,
der zum Beispiel in dem Haltekörper
verschiebbar geführt
ist.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Werkzeugeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem
Haltekörper
eine Messeinrichtung angebracht ist, die dazu dient, die Bewegung des
Haltekörpers
zu erfassen. Der erfasste Wert wird benutzt, um einen Korrekturwert
zur Kompensation von Ungenauigkeiten in der Bewegung des Formstempels
zu bilden. Beim Umformen kann es passieren, dass sich die Werkzeugeinrichtung
aufbiegt. Aus dem Verschiebeweg des Haltekörpers kann anhand einer Kennlinie
der Korrekturwert ermittelt werden. Dieser Korrekturwert in Form
eines zusätzlichen
Umformweges kann entweder durch eine Bewegung der Werkzeugeinrichtung,
zum Beispiel mit Hilfe eines Industrieroboters, oder durch Verändern des
Anschlags umgesetzt werden. Die Messeinrichtung umfasst vorzugsweise
eine Sensoreinrichtung, insbesondere eine Kontaktsensoreinrichtung
und/oder eine Wegsensoreinrichtung.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Werkzeugeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der
Seite des Formstempels ein in Richtung des umzuformenden Abschnitts
bewegbares und vorgespanntes Haltemittel vorgesehen ist. Das vorgespannte
Haltemittel kommt beim Vorpositionieren des Formstempels an dem
umzuformenden Abschnitt in Anlage, bevor der Formstempel an dem umzuformenden
Abschnitt in Anlage kommt. Das Haltemittel dient dazu, den umzuformenden
Körper in
dem umzuformenden Abschnitt durch Klemmung gegen die Halteeinrichtung
zu fixieren.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Werkzeugeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Stanzwerkzeug
durch die Halteeinrichtung hindurch bewegbar ist. Mit Hilfe des Stanzwerkzeugs
kann mindestens ein Durchgangsloch, das zum Beispiel zur Aufnahme
von Befestigungsmitteln dient, in dem umzuformenden Abschnitt erzeugt
werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Werkzeugeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Formstempel
an einem Schenkel eines im Wesentlichen L-förmigen Bügels befestigt ist, dessen
anderer Schenkel an dem Grundkörper der
Werkzeugeinrichtung angebracht ist. Der Grundkörper und der Bügel bilden
eine Umformzange. Die Halteeinrichtung und der Antrieb für den Formstempel
sowie ein Antrieb für
die Halteeinrichtung sind vorzugsweise in den Grundkörper integriert.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Werkzeugeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der
Werkzeugeinrichtung eine Sensoreinrichtung angebracht ist, welche
die Bewegung der Halteeinrichtung erfasst, wobei der erfasste Wert
benutzt wird, um einen Korrekturwert zur Kompensation von Ungenauigkeiten
in der Bewegung des Formstempels zu bilden. Beim Umformen kann es
passieren, dass sich die Werkzeugeinrichtung aufbiegt. Aus dem Verschiebeweg
der Halteeinrichtung kann anhand einer Kennlinie der Korrekturwert
ermittelt werden. Dieser Korrekturwert in Form eines zusätzlichen
Umformweges kann entweder durch eine Bewegung der Werkzeugein richtung,
zum Beispiel mit Hilfe eines Roboters, oder durch ein Verändern des
Anschlags umgesetzt werden.
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Die
Aufgabe wird ferner durch ein Umformverfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 12 gelöst.
Das Umformverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Umformen
ohne eine feststehende, den Umformweg begrenzende Matrize erfolgt.
Das Umformverfahren kann allerdings unter Einsatz einer bewegbaren,
beispielsweise federgelagerten Matrize erfolgen, wobei die Matrize
wenigstens zeitweise lediglich eine Umformführungsfunktion für den betreffenden
Abschnitt aufweist, jedoch keine Endpositionierungsaufgabe für den umzuformenden
Abschnitt erfüllt.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
verschiedene Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind. Hierbei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten Merkmale
jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Werkzeugeinrichtung mit
einem Formstempel in seiner Ausgangsstellung;
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2 die
Werkzeugeinrichtung aus 1 mit dem Formstempel in der
Endstellung;
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3 eine
schematische Darstellung einer Variante der in den 1 und 2 dargestellten Werkzeugeinrichtung
mit einer zusätzlichen
Messeinrichtung, wobei sich der Formstempel in seiner Ausgangsstellung
befindet, und
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4 die
Werkzeugeinrichtung aus 3 mit dem Formstempel in seiner
Endstellung.
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In 1 ist
eine Werkzeugeinrichtung 1 schematisch dargestellt, die
einen Grundkörper 3 umfasst.
Der Grundkörper 3 der
Werkzeugeinrichtung 1 ist an einem Roboter 4 (Industrieroboter)
oder an einem Roboterarm befestigt, so dass der Grundkörper 3 über den
Roboter 4 in verschiedenen Richtungen im Raum bewegbar
ist.
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An
dem Grundkörper 3 ist
ein im Wesentlichen L-förmiger
Bügel 6 so
angebracht, dass er in Richtung eines Doppelpfeils 7 hin
und her bewegbar ist. Der Bügel 6 ist
durch einen elektromotorischen Antrieb 8 angetrieben, der
in den Grundkörper 3 der Werkzeugeinrichtung 1 integriert
ist. Der Bügel 6 weist
einen Schenkel 16 auf, der senkrecht zu einem weiteren
Schenkel 17 des Bügels 6 angeordnet
ist. Das freie Ende des Schenkels 16 des Bügels 6 ist
an dem Grundkörper 3 der
Werkzeugeinrichtung 1 in Richtung des Doppelpfeils 7 hin
und her bewegbar geführt.
Außerdem
ist das freie Ende des Schenkels 16 über eine Koppelstange 11 mit
dem Antrieb 8 gekoppelt. In der in 1 dargestellten
Stellung des Bügels 6 ist
das freie Ende des Schenkels 16 in einem Abstand w zu einem
ortsfest an dem Grundkörper 3 vorgesehenen
Anschlag 9 angeordnet.
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An
dem freien Ende des weiteren Schenkels 17 des Bügels 6 ist
ein im Wesentlichen kreiszylinderförmiger Formstempel 10 starr,
d. h. nicht relativbewegbar, befestigt, wobei sich der Formstempel 10 parallel
zu dem Schenkel 16 des Bügels 6 erstreckt. An
dem Formstempel 10 ist ein federvorgespannter Spannhalter 12 in
axialer Richtung des Formstempels 10 hin und her bewegbar
geführt.
Der Spannhalter 12 hat im Wesentlichen die Gestalt eines
Kreiszylindermantels, dessen Innendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser
des Form stempels 10 ist, so dass der Formstempel 10 und
der Spannhalter 12 relativ zueinander in axialer Richtung
verschiebbar sind.
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Gegenüber dem
Formstempel 10 ist eine Halteeinrichtung 15 an
dem Grundkörper 3 der
Werkzeugeinrichtung 1 befestigt. Die Halteeinrichtung 15 weist
einen Haltekörper 18 auf,
der in Richtung eines Doppelpfeils 19 hin und her bewegbar
an dem Grundkörper 3 angebracht
ist. Der Haltekörper 18 ist durch
einen (nicht dargestellten) Antrieb, zum Beispiel einem elektromotorischen
Antrieb, angetrieben. Der Haltekörper 18 hat
im Wesentlichen die Gestalt eines Kreiszylindermantels, der konzentrisch
zu dem Formstempel 10 angeordnet ist.
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In
dem Haltekörper 18 ist
ein federvorgespannter Spannhalter 22 hin und her bewegbar
aufgenommen, der im Wesentlichen die Gestalt eines Kreiszylindermantels
aufweist, dessen Außendurchmesser
kleiner als der Innendurchmesser des Haltekörpers 18 ist. In dem
Spannhalter 22 ist ein Ende eines Stanzwerkzeugs 24 aufgenommen,
dessen anderes Ende in einer Stanzvorrichtung 25 aufgenommen
ist, die in dem Grundkörper 3 integriert
ist.
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Zwischen
dem Formstempel 10 und der Halteeinrichtung 15 ist
ein Körper 27 mit
einem umzuformenden Abschnitt 28 angeordnet. Der umzuformende
Abschnitt 28 weist eine Oberfläche 29, die dem Formstempel 10 zugewandt
ist, und eine Oberfläche 30 auf,
die der Halteeinrichtung 15 zugewandt ist.
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Im
Betrieb wird die Werkzeugeinrichtung 1, die auch als Umformzange
bezeichnet wird, mit Hilfe des Roboters 4 in die in 1 dargestellte
Ausgangsposition gebracht. Der Bügel 6 mit
dem Formstempel 10 ist in Richtung des Doppelpfeils 7 relativ zu
dem Grundkörper 3 der
Werkzeugeinrichtung 1 über
den elektromotorischen Antrieb 8 exakt positionierbar.
Die erfindungsgemäße Werkzeugeinrichtung und
das erfindungsgemäße Verfahren
dienen dazu, den umzuformenden Abschnitt 28 an dem weniger genau
positionierten Körper 27 um
einen solchen Betrag umzuformen, dass dessen Oberfläche 29 -und somit
indirekt auch dessen Oberfläche 30 -demgegenüber in einer
genau definierten Position zu liegen kommen.
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Der
in 1 in seiner Ausgangsstellung dargestellte Formstempel 10 kann
an dem umzuformenden Abschnitt 28 vorpositioniert werden.
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Gegebenenfalls
nach dem Vorpositionieren wird der Haltekörper 18 auf den umzuformenden
Abschnitt 28 zu bewegt. Die Umformbewegung des Formstempels 10 erfolgt
vorzugsweise erst dann, wenn sich sowohl der Formstempel 10 als
auch der Haltekörper 18 und/oder
die beiden federvorgespannten Spannhalter 12, 22 in
Anlage an dem umzuformenden Abschnitt 28 befinden.
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Beim
Umformen wird der Formstempel 10 über den Bügel 6 weiter in axialer
Richtung auf die Stanzvorrichtung 25 zu bewegt, bis das
freie Ende des Schenkels 16 des Bügels 6 an dem Anschlag 9 zur
Anlage kommt. Dabei erfolgt gleichzeitig eine Relativbewegung des
Formstempels 10 zum federgelagerten Spannhalter 12 in
der axialen Richtung. Die Endposition des Formstempels 10 ist
in 2 dargestellt. Die Endposition des Formstempels 10 ist
unabhängig
von dem federvorgespannten Spannhalter 22 und von dem in
Richtung des Doppelpfeils 19 bewegbaren Haltekörper 18.
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Als
letzter Verfahrensschritt wird der positionsgenau umgeformte Abschnitt 28 mit
Hilfe des Stanzwerkzeugs 24 gelocht.
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In
den 3 und 4 ist ein ähnliches Ausführungsbeispiel
wie in den 1 und 2 schematisch
dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung
der 1 und 2 verwiesen. Im Folgenden wird
nur auf die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen
eingegangen.
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Bei
dem in den 3 und 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist an dem freien Ende des Schenkels 16 des Bügels 6 ein
Anschlagstempel 33 angebracht, dessen freies Ende sich
in 3 in einem Abstand w zu einem Anschlag 9 befindet,
der ortsfest an dem Grundkörper 3 der
Werkzeugeinrichtung 1 angebracht ist und bei Bedarf lageverstellt werden
kann. Außerdem
ist an dem Haltekörper 18 eine
Messeinrichtung 40 angebracht, die dazu dient, den Verschiebeweg
des Haltekörpers 18 zu
erfassen. Der erfasste Verschiebeweg des Haltekörpers 18 wird verwendet,
um anhand einer Kennlinie einen Korrekturwert zu ermitteln. Bei
dem Korrekturwert handelt es sich um eine zusätzlich Umformtiefe oder Prägetiefe,
durch die eine unerwünschte
Aufbiegung des Bügels 6 und
die damit zusammenhängende
Ungenauigkeit der Umformtiefe beziehungsweise Prägetiefe kompensiert werden
können.
Der Korrekturwert kann entweder durch Verfahren des Roboters 4 oder
durch Verändern
des Festanschlags 9 eingegeben werden.