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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugeinrichtung zum Umformen wenigstens eines Abschnitts eines weniger genau positionierten Körpers nach dem Oberbegriff desAnspruchs 1 sowie Verfahren zum Umformen mit Hilfe dieser Werkzeugeinrichtung.
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Aus der
DE 10 2004 038 208 A1 ist eine Werkzeugeinrichtung zum Umformen wenigstens eines Abschnitts eines weniger genau positionierten Körpers um einen solchen Betrag, dass der umzuformende Abschnitt demgegenüber in einer genauer definierten Position liegt, bekannt. Diese Werkzeugeinrichtung umfasst eine ortsbewegliche Halteeinrichtung sowie einen in Richtung der Halteeinrichtung bewegbaren Formstempel, wobei der umzuformende Abschnitt zwischen Halteeinrichtung und Formstempel angeordnet ist. Beim Umformen wird zunächst die Halteeinrichtung an dem umzuformenden Abschnitt positioniert. Dann wird der Formstempel in Richtung der Halteeinrichtung bewegt, was zu einer Umformung des Abschnitts, der zwischen Halteeinrichtung und Formstempel angeordnet ist, führt.
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Die
EP 0 815 980 A1 offenbart eine Clinchvorrichtung mit einer Matrize und einem Formstempel. Die Matrize kann über einen Schieber, der zwei parallele Flächen aufweist, die über eine winklige Rampe miteinander verbunden sind, in ihre obere oder untere Position verschoben werden.
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Nach dem sogenannten freien Umformen wird am umgeformten Abschnitt meist ein weiterer Verfahrensschritt durchgeführt, beispielsweise das Stanzen eines Loches in diesem Abschnitt. Dazu muss zunächst die Oberfläche dieses Abschnitts geglättet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in der gattungsgemäßen Werkzeugeinrichtung Mittel vorzusehen, mit denen das freie Umformen sowie sich an das freie Umformen anschließende Verfahrensschritte auf einfache Weise und mit möglichst geringem Bauraum durchgeführt werden können.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach umfasst die Halteeinrichtung ein Keilelement, welches derart in Anlagekontakt mit der eine entsprechend dem Keilelement gestaltete abgewandte Oberfläche aufweisenden Halteeinrichtung und/oder einer Matrize steht, dass eine Bewegung des Keilelements eine Bewegung der Halteeinrichtung und/oder der Matrize in Umformrichtung bewirkt.
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Unter Matrize soll im Folgenden ein Element verstanden werden, welches eine Relativbewegung auf den umzuformenden Abschnitt ausübt und dabei eine weitere Umformung des Abschnitts bewirkt, während unter Halteeinrichtung ein Element verstanden werden soll, welches in Anlagekontakt mit dem Körper steht oder gebracht wird und die Funktion eines Gegenhalters hat.
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Auf diese Weise steht auf der einen Seite eine Matrize zum Glätten der Oberfläche zur Verfügung, die durch eine Antriebsbewegung in einer Richtung, die nicht direkt in Umformrichtung liegt, bewegt werden kann. So wird kein Bauraum für den Antrieb der Matrize in der eigentlichen Umformbewegung blockiert. Daher kann die Werkzeugeinrichtung sehr schmal ausgeführt werden und auch bei beengten Raumverhältnissen zum Umformen von Abschnitten verwendet werden, die nur von einer Seite zugänglich sind. Sie kann daher insbesondere dann eingesetzt werden, wenn Abschnitte von Körpern umgeformt werden sollen, die schon in eine größere Einheit, beispielsweise eine Kraftfahrzeugkarosserie, montiert sind.
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Weiterhin können durch das Keilelement die sehr hohen Kräfte, die zum Glätten der Oberfläche des Abschnitts oder zum Gegenhalten beim Umformen erforderlich sind, ohne weitere Klemm-Maßnahmen aufgenommen werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Formstempel an einem Schenkel eines im Wesentlichen L-förmigen Bügels befestigt, dessen anderer Schenkel verschiebbar am Ende eines Grundkörpers der Werkzeugeinrichtung angebracht ist. Grundkörper und Bügel bilden dabei eine Umformzange, die geeignet ist, in Zwischenräume eingeführt zu werden (Anspruch 2).
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Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Werkzeugeinrichtung ist das Keilelement durch einen Keilschieber gebildet, der im Grundkörper geführt ist. Dieser kann dann durch einen ebenfalls am Grundkörper angebrachten Zylinder auf sehr einfache Weise bewegt werden. Zur Bewegung der Keilfläche muss nur eine sehr geringe Kraft durch den Zylinder aufgebracht werden (Ansprüche 3 und 4).
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Weiterhin umfasst die Werkzeugeinrichtung vorteilhafterweise ein Stanzwerkzeug. Mit Hilfe eines Stanzwerkzeugs kann ein Durchgangsloch, das zum Beispiel zur Aufnahme von Befestigungsmitteln dient, in dem umzuformenden Abschnitt erzeugt werden (Anspruch 5).
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In einem weiteren möglichen Ausführungsbeispiel ist zwischen Keilelement und Halteeinrichtung und/oder Matrize eine Federlagerung vorgesehen. Auf diese Weise kann eine Vorspannkraft auf die Matrize oder die Halteeinrichtung ausgeübt werden, was eine einfache Rückkehr dieser Elemente in ihre Ausgangspositionen ermöglicht (Anspruch 6).
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Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 7 oder 8. Dieses Verfahren zeichnet sich durch die Verwendung eines Keilelements zur Bewegung einer Matrize und/oder einer Halteeinrichtung zum Glätten der Oberfläche des umgeformten Abschnitts oder zur Erzeugung einer Gegenkraft aus. Durch dieses einfache und bauraumsparende Mittel kann das Verfahren vorteilhaft auch bei schwer zugänglichen Körpern angewendet werden. Zunächst erfolgt die Positionierung der Halteeinrichtung an dem umzuformenden Abschnitt, dann wird der umzuformende Abschnitt durch eine Bewegung des Formstempels in Richtung der Halteeinrichtung umgeformt. Anschließend wird die Matrize innerhalb der Halteeinrichtung in Richtung des Formstempels mit Hilfe des Keilelements zum Glätten der Oberfläche des umgeformten Abschnitts verschoben (Anspruch 7).
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Bei einer Alternative erfolgt zunächst die Positionierung der Halteeinrichtung gegenüber dem umzuformenden Abschnitt, ohne dass eine Berührung zwischen Halteeinrichtung und Abschnitt erfolgt. Dann erfolgt ein gemeinsames Verschieben von Matrize und Halteeinrichtung, bis eine Berührung zwischen Halteeinrichtung und Abschnitt erfolgt. Anschließend wird der umzuformende Abschnitt durch eine Bewegung des Formstempels in Richtung der Halteeinrichtung gegen den Widerstand der federgelagerten Matrize umgeformt. Auf diese Weise wird das Antasten der Halteeinrichtung an den umzuformenden Abschnitt beschleunigt und vereinfacht (Anspruch 8).
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird durch Keilelement und Matrize ein Anschlag gebildet, bis zu dem der umzuformende Abschnitt durch den Formstempel umgeformt wird. So erhält der Keil eine weitere Funktion und dient zur Bildung eines Anschlags, der darüber hinaus in Umformrichtung in der Höhe einstellbar ist. Weiterhin wird dabei der umgeformte Abschnitt gleichzeitig geglättet (Anspruch 10).
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Vorteilhafterweise wird anschließend ein Stanzvorgang an dem umgeformten Abschnitt durchgeführt. Dies kann auf einfache und präzise Weise an der im Vorfeld geglätteten Oberfläche des umgeformten Abschnitts durchgeführt werden (Anspruch 11).
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Werkzeugeinrichtung,
- 2 eine Detaildarstellung der Werkzeugeinrichtung nach 1 mit dem Formstempel in Ausgangsposition,
- 3 die Detaildarstellung nach 2 mit dem Formstempel in Endposition,
- 4 die Detaildarstellung nach 3 mit der Matrize beim Glätten des umzuformenden Abschnitts,
- 5 eine Detaildarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Werkzeugeinrichtung mit dem Formstempel in Ausgangsposition,
- 6 die Detaildarstellung nach 5 nach dem Antasten der Halteeinrichtung sowie
- 7 die Detaildarstellung nach 5 nach dem Umformen des umzuformenden Abschnitts.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Werkzeugeinrichtung 1, die einen Grundkörper 27 umfasst, der beispielsweise an einem Industrieroboter oder an einem Roboterarm befestigt ist und durch diesen im Raum bewegt werden kann.
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An diesem Grundkörper 27 ist ein im Wesentlichen L-förmiger Bügel 23 angebracht, der in Richtung des Doppelpfeils 37, beispielsweise durch einen hier nicht dargestellten elektromotorischen Antrieb 47, relativ zum Grundkörper 27 bewegbar ist. Der Bügel 23 umfasst zwei Schenkel 21,25, die senkrecht zueinander angeordnet sind, so dass das freie Ende des zweiten Schenkels 25 verschiebbar gegenüber dem Grundkörper 27 ist. An diesem freien Ende befindet sich ein im Wesentlichen kreiszylindrischer Formstempel 9, der mit dem zweiten Schenkel 25 starr verbunden ist. Die Längsachse des Formstempels 9 entspricht der Umformrichtung 17 und verläuft damit parallel zum ersten Schenkel 21 des Bügels 23.
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Gegenüber dem Formstempel 9 befindet sich am Grundkörper 27 der Werkzeugeinrichtung 1 eine Halteeinrichtung 7. Diese umfasst einen starr mit dem Grundkörper 27 verbundenen Haltekörper 8, der im Wesentlichen die Form eines Kreiszylindermantels aufweist. Weiterhin umfasst die Werkzeugeinrichtung eine Matrize 15. Die Matrize 15 ist dabei im Wesentlichen kreiszylindrisch, wobei ihr Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Haltekörpers 8. So ist die Matrize 15 innerhalb des Haltekörpers 8 in axialer Richtung bewegbar. Diese Werkzeugeinrichtung 1 wird auch als Umformzange bezeichnet.
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2 zeigt. eine Detailansicht der Werkzeugeinrichtung 1. Dort ist zu erkennen, dass die Bewegung der Matrize 15 und der Halteeinrichtung 7 in Umformrichtung 17 erzeugt wird durch eine entsprechende Linearbewegung 39 eines Keilelements 19, das sich in Anlage mit entsprechend gestalteten abgewandten Oberflächen 41,43 der Matrize 15 bzw. des Haltekörpers 8 befindet. Die Linearbewegung 39 des Keilelements 19 wird dabei durch die Keilform um 90° umgelenkt, so dass die Matrize 15 sowie der Haltekörper 8 eine Bewegung in Umformrichtung 17 erfahren. Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel ist es prinzipiell möglich, Matrize 15 und Halteeinrichtung 7 einzeln oder gemeinsam zu verschieben, wie im folgenden erläutert werden wird.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird das Keilelement 19 durch einen Keilschieber 29 gebildet. Dieser ist innerhalb des Grundkörpers 27 geführt und in diesem bewegbar. Der Antrieb des Keilschiebers 29 erfolgt durch einen mit dem Grundkörper 27 verbundenen beispielsweise pneumatischen Zylinder 31. Der Antrieb kann aber auch hydraulisch oder elektrisch erfolgen, in Abhängigkeit von der gewünschten Antriebsleistung. Durch die Umlenkung der Bewegung des Keilschiebers 29 um 90° kann die Werkzeugeinrichtung 1 in Umformrichtung 17 sehr schmal ausgeführt werden, so dass sie auch bei geringem zur Verfügung stehendem Arbeitsraum eingesetzt werden kann.
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Neben der translatorischen Bewegung des Keilschiebers 29 ist auch eine rotatorische Bewegung des Keilelements 19 oder eine kombinierte rotatorische und translatorische Bewegung desselben möglich. So kann beispielsweise das Keilelement 19 zusätzlich eine nicht rotationssymmetrische Geometrie aufweisen, durch die eine Drehung des Keilschiebers 29 eine Bewegung der Matrize und/oder der Halteeinrichtung 7 in Umformrichtung 17 bewirkt. Dies könnte beispielsweise eine kegelförmige kombiniert mit einer exzentrischen Geometrie sein.
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Im Betrieb wird die Werkzeugeinrichtung 1 mit Hilfe eines Roboters in die in 2 dargestellte Ausgangsposition 11 gebracht. In dieser Ausgangsposition 11 befindet sich dabei der Haltekörper 8 in Anlagekontakt mit einem umzuformenden Abschnitt 3 eines Körpers 5, beispielsweise eines Karosserieblechbauteils.
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Anschließend findet eine Schiebebewegung des Bügels 23 mit dem daran befestigten Formstempel 9 in Umformrichtung 17 relativ zum unbewegten Grundkörper 27 statt. Dabei wird der umzuformende Abschnitt 3 durch den Formstempel 9 in Richtung der Matrize 15 umgeformt, bis der Formstempel 9 die in 3 dargestellte Endposition 13 erreicht hat. Dabei befindet sich der Formstempel 9 in der Endposition 13 nicht in Anschlag mit einem Teil der Halteeinrichtung 7, es handelt sich also um ein so genanntes freies Umformen. Die definierte Bewegung des Formstempels 9 zum Umformen kann weggesteuert oder begrenzt durch einen entfernt vom Formstempel 9 und der Halteeinrichtung 7 angeordneten Anschlag erfolgen.
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Anschließend an die Umformung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel eine Glättung des umgeformten Abschnitts 3. Diese ist erforderlich, da die Prägefläche nach dem freien Umformen Unebenheiten aufweist, die eine weitere Bearbeitung erschweren. Eine ebene Prägefläche wird erzielt, indem die Matrize 15, wie in 4 dargestellt, durch eine Linearbewegung 39 des Keilschiebers 29 in Umformrichtung 17 auf den umgeformten Abschnitt 3 zu bewegt wird. Die Matrize 15 übt dann eine entsprechend hohe Kraft auf den Abschnitt 3 aus, was zu einer Glättung dieses Abschnitts 3 führt. Beispielsweise übt dabei der Zylinder 31 über einen gewissen Zeitraum eine Sollkraft auf den Keilschieber 39 aus, den dieser auf die Matrize 15 überträgt. Dieser Vorgang des Prägens mit anschließender Oberflächenglättung wird auch als Richtprägen bezeichnet.
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In einem anschließenden Verfahrensschritt kann beispielsweise mit Hilfe des Stanzwerkzeugs 33, welches sich in diesem Ausführungsbeispiel hinter dem Formstempel 9 befindet und durch diesen hindurch bewegt wird, wenigstens ein durchgehendes Loch in den positionsgenau umgeformten Abschnitt 3 gestanzt, um dort beispielsweise ein Befestigungsmittel anzubringen.
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In den 5 bis 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Werkzeugeinrichtung 1 dargestellt. Gleiche Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen eingegangen.
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Das Beispiel gemäß 5 bis 7 unterscheidet sich von dem ersten Beispiel dadurch, dass das Keilelement 19 genutzt wird, um die Halteeinrichtung 7 sowie die Matrize 15 so zu positionieren, dass das freie Umformen durchgeführt werden kann. Es handelt sich also um einen Antastvorgang. Dabei sind Haltekörper 8 sowie Matrize 15 gemeinsam durch das Keilelement 19 in Umformrichtung 17 verschiebbar. Weiterhin ist zwischen Matrize 15 und Keilelement 19 eine Federlagerung 35 vorgesehen, so dass die Matrize 15 wiederum in Umformrichtung 17 relativ zum Haltekörper 8 bewegbar ist.
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Im Betrieb wird nun zunächst die Werkzeugeinrichtung 1 relativ zum Körper 5 bzw. zum umzuformenden Abschnitt 3 vorpositioniert, beispielsweise durch den Roboter. Anschließend wird, wie in 6 dargestellt, über den Zylinder 31 der Keilschieber 29 betätigt, so dass sich durch die Bewegung des Keilelements 19 Gegenkörper 8 sowie Matrize 15 gemeinsam in der um 90° zur Keilschieberbewegung 39 geneigten Umformrichtung 17 bewegen, bis sie zum Anliegen am Abschnitt 3 kommen. Dabei muss der Druck des Zylinders 31 so eingestellt sein, dass noch keine Verformung des Abschnitts 3 stattfindet. Durch die Auslegung des Keilelements 19 tritt nun beim Aufbringen einer Gegenkraft in Abhängigkeit von dem Winkel des Keilelements 19 und dessen Material eine Selbsthemmung ein, so dass der Haltekörper 8 sich axial nicht mehr bewegen kann.
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Anschließend wird der Formstempel 9 wieder um einen definierten Weg in die Endposition 13 verfahren, wie in 7 dargestellt, so dass die Umformung des Abschnitts 3, wie im ersten Beispiel erläutert, erfolgt. Die Matrize 15 gibt dabei entsprechend nach. Bei einem nachfolgenden Stanzvorgang wird die Matrize 15 dabei benötigt, um dem Stanzwerkzeug 33 den erforderlichen Widerstand zu bieten.
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Bei dem Verfahren, das in den 5. bis 7 dargestellt ist, ist es weiterhin möglich, nach dem freien Umformen ein zusätzliches Glätten des Abschnitts 3 durchzuführen. Bei dünnen Blechen erfolgt das Glätten des Abschnitts 3 automatisch durch die Federkraft, die durch die Federlagerung 35 auf die Matrize 15 ausgeübt wird. Handelt es sich um dickere Bleche, kann zum Glätten nach dem Umformen ein zweites, relativ zum ersten bewegbares Keilelement vorgesehen werden, das in einem anschließenden Verfahrensschritt eine Bewegung der Matrize 15 in Richtung des Abschnitts 3 relativ zum Haltekörper 8 bewirkt, so dass die Matrize 15 die zum Glätten notwendige Kraft auf den Abschnitt 3 ausübt. Dies könnte auch durch eine Kombination aus einer translatorischen Bewegung des Keilelements 19 für die Festsetzung des Haltekörpers 8 mit einer nachfolgenden rotatorischen Bewegung zur Bewegung des Keilelements 19 in Umformrichtung 17 zum Abschnitt 3 mit der zum Glätten erforderlichen Kraft erfolgen. Dazu müsste das Keilelement 19 eine entsprechende Geometrie aufweisen, wie oben erläutert.
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Mit der in den 5 bis 7 dargestellten Anordnung ist es weiterhin möglich, die Matrize 15 als Anschlag für den Formstempel 9 bei der Umformung des Abschnitts 3 zu nutzen. Dazu muss entweder die Matrize 15 unbeweglich gegenüber der Halteeinrichtung 7 angeordnet sein mit dem axialen Abstand zur dem Körper 5 zugewandten Oberfläche 45, der der gewünschten Umformtiefe des Abschnitts 3 entspricht. Alternativ kann die Federlagerung 35 so ausgelegt sein, dass die Matrize 15 sich wie dargestellt zurückzieht und bei einer definierten Tiefe einen ausreichend hohen Widerstand bietet, um die Umformung zu begrenzen.
