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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 und ein Bearbeitungsverfahren gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 13.
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Aus
der WO 2004/105976 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung individualisierter
Fahrzeugteile, insbesondere individualisierter Außenhautteile
aus in Serienfertigung hergestellten Serienteilen bekannt, bei dem
eine derartige Bearbeitungsvorrichtung verwendet wird. Der Kern
des dort beschriebenen Verfahrens besteht darin, in Serienfertigung
hergestellte Außenhautteile
mittels eines dornartigen Umformwerkzeugs nachzubearbeiten, z.B.
um in einem vorangegangenen Tiefziehprozess vorgeprägte Charakterlinien
stärker
auszuprägen
bzw. zusätzliche
dreidimensionale Linien bzw. oder andere Formen nachträglich in
das Außenhautteil
einzuprägen.
Das Umformwerkzeug ist hierbei in einen Werkzeughalter eingespannt.
Während
der Blechbearbeitung wird das Umformwerkzeug gegen das zu bearbeitende Blech
gedrückt
und gleichzeitig relativ zu dem Blech verfahren, wodurch sich vielfältige dreidimensionale Konturen
in das Blech einprägen
lassen.
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In
der
DE 2004 15 976
A1 ist auch erwähnt, dass
das dornartige Umformwerkzeug um seine Längsachse rotieren bzw. oszillieren
kann. Mit dem in der WO 2004/105976 A1 beschriebenen Verfahren können dreidimensionale
Geometrien nachträglich
in Serienaußenhautteile
eingeprägt
werden, die nachgewiesenermaßen
sehr hohen Qualitätsanforderungen
genügen.
So werden die Charakterlinien der Motorhaube des im Jahr 2006 der Öffentlichkeit
vorgestellten BMW Z4 Coupe mit dem in der WO 2004/105976 A1 beschriebenen
Verfahren hergestellt.
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Das
in der WO 2004/105976 A1 beschriebene Verfahren ist hervorragend
geeignet, um linienartige Geometrien in ein Blechteil einzuprägen. Zwar können auch
breitere Vertiefungen mit diesem Verfahren hergestellt werden, indem
das dornartige Umformwerkzeug inkrementell zugestellt und meanderförmig bewegt
wird. Bei großflächigeren
Geometrien ist dies jedoch mit einem gewissen Zeitaufwand verbunden
ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Bearbeitungsvorrichtung mit einem dornartigen
Umformwerkzeug zu schaffen, mit dem auch großflächigere, insbesondere breitere
Geometrien qualitativ hochwertig und mit vergleichsweise kurzen
Taktzeiten in Blechteile eingeprägt
werden können,
sowie ein Bearbeitungsverfahren, bei dem eine derartige Bearbeitungsvorrichtung
eingesetzt wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 13 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Ausgangspunkt
der Erfindung ist eine Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung flächiger Teile, insbesondere
zur Bearbeitung von Blechen, mit einem dornartigen Umformwerkzeug,
das eine in einer Dornlängsrichtung
verlaufende Mittelachse aufweist. Das dornartige Umformwerkzeug
wird durch einen Werkzeughalter gehalten. Während der Blechbearbeitung
wird das Umformwerkzeug mittels des Werkzeughalters gegen das zu
bearbeitende Blech gedrückt
und gleichzeitig relativ zu dem Blech verfahren.
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Der
Kern der Erfindung besteht darin, dass eine Antriebseinrichtung
vorgesehen ist, welche den Werkzeughalter rotatorisch um eine Rotationsachse antreibt,
wobei das dornartige Umformwerkzeug schräg zur Rotationsachse angeordnet
ist.
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Der
Begriff „rotatorisch" ist so zu verstehen, dass
er sowohl „drehende" Bewegungen, vergleichbar
mit dem Spannfutter einer Bohrmaschine, als auch „oszillierende" Bewegungen umfaßt.
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„Schräg" bedeutet in obigem
Zusammenghang, dass die Mittellängsachse
des Umformwerkzeugs steht schräg
zur Rotationsachse steht, um die der Werkzeughalter rotiert.
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Durch
die Schrägstellung
des Umformwerkzeugs lassen sich relativ einfach und schnell auch breitere
Vertiefungen in einem Arbeitsgang in ein Blech einprägen. Ein
wesentlicher Vorteil der Rotationsbewegung des Werkzeughalters und
damit auch des Umformdorns ist darin zu sehen, dass nur relativ geringere
Belastungen auf den Werkzeughalter bzw. auf einen Roboterarm, an
dem der Werkzeughalter angeordnet ist, ausgeübt werden.
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Die
rotatorische Bewegung des Werkzeughalters kann entweder dadurch
erzeugt werden, dass dieser in eine CNC-Fräsmaschine eingespannt ist. Alternativ
dazu kann der Werkzeughalter auch an einem Roboterarm angeordnet
und mittels eines elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen
Antriebs angetrieben sein.
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Der
Werkzeugdorn kann ein relativ zum Werkzeughalter drehbar angeordnetes
Dornende aufweisen. Alternativ dazu kann das dornartige Umformwerkzeug
auch fest am Werkzeughalter angeordnet bzw. fest in den Werkzeughalter
eingespannt sein. Je nach Anwendung kann das dornartige Umformwerkzeug
beheizt oder gekühlt
sein oder bei Umgebungstemperatur eingesetzt werden. Das dornartige
Umformwerkzeug muss nicht rotationssymmetrisch gestaltet sein, sondern
kann auch exzentrisch ausgeführt
sein.
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Wie
bereits erwähnt,
wird das dornartige Umformwerkzeug während der Blechbearbeitung
gegen das zu bearbeitende Blech gedrückt und gleichzeitig relativ
zu dem Blech verfahren. Zur Herstellung tieferer Geometrien kann
ein "Gegenhalter" bzw. eine Matrize
verwendet werden, die von der dem Umformwerkzeug abgewandten Seite
her das zu bearbeitende Blech abstützt und im Bearbeitungsbereich
eine entsprechende Vertiefung aufweist, in die der zu bearbeitende
Blechbereich „hineinverformt" werden kann.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist das Umformwerkzeug um seine
Mittellängsachse drehbar
in Bezug auf den Werkzeughalter angeordnet. Zusätzlich zu der von der Antriebseinrichtung
auf den Werkzeughalter ausgeübten
Rotationsbewegung kann sich also der Umformdorn relativ zum Werkzeughalter
drehen. Das Umformwerkzeug kann beispielsweise mittels einer Wälzlageranordnung drehbar
gelagert an dem Werkzeughalter angeordnet bzw. in dem Werkzeughalter
drehbar gelagert sein.
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Darüber hinaus
kann vorgesehen sein, dass in den Werkzeughalter eine Antriebseinrichtung
integriert ist, mittels der das Umformwerkzeug relativ zu dem Werkzeughalter
angetrieben werden kann. Eine derartige "zweite Antriebseinrichtung" ist aber nicht notwendigerweise
erforderlich.
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Die
räumliche
Lage der Mittellängsachse
in Bezug auf den Werkzeughalter bzw. in Bezug auf dessen Rotationsachse
muss nicht notwendigerweise fest vorgegeben sein. Vielmehr kann,
funktional gesehen, „zwischen" dem Umformwerkzeug
und dem Werkzeughalter eine „Verstelleinrichtung" vorgesehen sein,
mittels der das dornartige Umformwerkzeug senkrecht zur Rotationsachse
des Umformwerkzeugs verschoben werden kann. Durch eine derartige
Verstelleinrichtung kann die "Exzentrizität" des Umformwerkzugs
in Bezug auf die Rotationsachse des Werkzeughalters je nach Bedarf
verstellt werden.
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Bei
der Verstelleinrichtung kann es sich um einen Exzentermechanismus
handeln. In konstruktiv einfacher Weise kann ein derartiger Exzentermechanismus
dargestellt werden, durch eine im Werkzeughalter vorgesehene kreiszylindrische
Ausnehmung, die exzentrisch zur Rotationsachse des Werkzeughalters
ist, und durch ein in diese Ausnehmung eingesetztes "Komplementärteil", an dem das Umformwerkzeug
angeordnet ist. Das Umformwerkzeug kann in einer Ausnehmung des
Komplementärteils gelagert
sein.
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Hinsichtlich
der schrägen
Anordnung des dornartigen Umformwerkzeugs gibt es wiederum verschiedene
Möglichkeiten.
Zum einen kann das Umformwerkzeug so angeordnet sein, dass seine
Mittellängsachse
die Rotationsachse des Werkzeughalters schneidet. Alternativ dazu
kann das Umformwerkzeug so angeordnet sein, dass seine Mittellängsachse
im mathematisch-geometrischen Sinne "windschief" in Bezug auf die Rotationsachse ist.
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Auch
hinsichtlich der Exzentrizität
des Bearbeitungsbereichs des dornartigen Umformwerkzeugendes gibt
es verschiedene Möglichkeiten.
Das Umformwerkzeug kann beispielsweise derart angeordnet sein, dass
ein stirnseitiger Punkt, an dem die gedachte Mittellängsachse
des Umformwerkzeugs aus dessen Mantelfläche austritt, neben der Rotationsachse
des Werkzeughalters liegt. Alternativ dazu kann das Umformwerkzeug
auch so angeordnet sein, dass der stirnseitige Punkt, an dem die
Mittellängsachse
des Umformwerkzeugs aus dessen Mantelfläche austritt, exakt auf der
Rotationsachse des Werkzeughalters liegt.
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Ferner
kann das dornartige Umformwerkzeug so angeordnet sein, dass die
Mantelfläche
des Umformwerkzeugs, die das zu bearbeitende Teil, insbesondere
das zu bearbeitende Blech, während
der Bearbeitung berührt,
vollständig
neben der Rotationsachse des Werkzeughalters liegt. In diesem Fall liegt
der Berührpunkt
bzw. der Berührflächenbereich zwischen
dem Umformwerkzeug und dem zur bearbeitenden Teil vollständig neben
der Rotationsachse.
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Ausdrücklich sei
erwähnt,
dass die oben beschriebene Bearbeitungsvorrichtung analog zur WO 2004/105976
A1 zur Herstellung von Fahrzeugteilen, insbesondere zur Herstellung
individualisierter Außenhautteilen
aus in Serienfertigung hergestellten Serienteilen von Fahrzeugen
verwendet werden kann. Hierbei wird aus einem Ausgangsmaterial,
insbesondere aus einem Karosserieblech ein dreidimensional vorgeformtes
halbfertiges oder fertiges Serienteil, insbesondere ein Serienaußenhautteil
für einen
in Serienproduktion gefertigten Fahrzeugtyp hergestellt. Die Herstellung
des Außenhautteils
kann beispielsweise durch Tiefziehen in einer Tiefziehpresse erfolgen.
In einem nachgelagerten Fertigungsschritt wird dann mittels der
oben beschriebenen Bearbeitungsvorrichtung aus dem vorgeformten Serienteil
ein individualisiertes Außenhautteil
hergestellt. Indem das Umformwerkzeug der oben beschriebenen Bearbeitungsvorrichtung
von einer Seite her gegen das Serienteil gedrückt und gleichzeitig relativ
zu dem Serienteil verfahren wird, kann „nachträglich" eine dreidimensionale Kontur in das
im Tiefziehverfahren hergestellte Serienteil eingeprägt werden.
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Selbstverständlich können mit
der beschriebenen Bearbeitungsvorrichtung bzw. mit dem beschriebenen
Verfahren auch komplette Bauteile mit allen ihren Geometrien aus
Platinen hergestellt werden.
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Denkbar
ist auch, dass die Bearbeitungsvorrichtung im wesentlichen fest
eingespannt ist und das „Bauteil" während des
Bearbeitungsvorgangs durch eine Maschine (Robtor) oder von Hand
relativ zu der Bearbeitungsvorrichtung bewegt wird.
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Im
Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1–5 Ein
erstes Ausführungsbeispiel der
Erfindung; und
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6–8 ein
zweites Ausführungsbeispiel
gemäß der Erfindung
mit einer andersartigen Verstelleinrichtung.
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Die 1–5 zeigen
ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Bearbeitungsvorrichtung 1 zur Bearbeitung flächiger Teile,
insbesondere zur Bearbeitung von Blechen. Die Bearbeitungsvorrichtung 1 weist
ein dornartiges Umformwerkzeug 2 mit einer in Dornlängsrichtung
verlaufenden Mittellängsachse 3 auf.
Bei dem in den 1–5 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist der Umformdorn 2 an einem Werkzeughalter 4 angeordnet.
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Der
Werkzeughalter 4 hält
den Umformdorn 2. Während
des Bearbeitungsvorgangs bzw. während
der Blechbearbeitung wird der Umformdorn 2 mittels des
Werkzeughalters 4 gegen ein zu bearbeitendes Blech 5 gedrückt und
gleichzeitig relativ zu dem Blech 5 verfahren, wodurch
vielfältige
Vertiefungen 6 in dem Blech 5 hergestellt werden
können.
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Der
Werkzeughalter 4 kann an einem Ende eines Roboterarms angeordnet
oder in das Spannfutter einer CNC-Fräsmaschine (nicht dargestellt)
eingespannt sein. Mittels einer hier ebenfalls nicht dargestellten
Antriebseinrichtung wird der Werkzeughalter 4 während des
Bearbeitungsvorgangs angetrieben, d.h. um eine Rotationsachse 7 rotiert
oder oszilliert.
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Wie
insbesondere aus den 2 und 5 ersichtlich
ist, ist der Umformdorn 2 schräg angeordnet. "Schräg" bedeutet in diesem
Zusammenhang, dass die Mittellängsachse 3 des
Umformdorns 2 schräg
zu der Rotationsachse 7 des Werkzeughalters steht.
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Wie
am besten aus 5 ersichtlich ist, ist der Umformdorn 2 drehbar
um seine Mittellängsachse 3 und
somit drehbar in Bezug auf den Werkzeughalter 4 an dem
Werkzeughalter 4 angeordnet.
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Wie
aus den 3 und 5 ersichtlich
ist, ist der Umformdorn 2 – "funktional gesehen" – über eine
Exzenterverstelleinrichtung 8 drehbar an dem Werkzeughalter 4 angeordnet.
Die Exzenterverstelleinrichtung 8 bzw. der Exzentermechanismus
weist ein Komplementärteil 10 auf,
das in eine kreiszylindrische Ausnehmung 9 eingesetzt ist,
die in dem Werkzeughalter 4 vorgesehen ist. Wie am besten
aus 3 ersichtlich ist, ist die kreiszylindrische Ausnehmung 9 exzentrisch
zur Rotationsachse 7 des Werkzeughalters. Das Komplementärteil 10 wiederum weist
eine kreiszylindrische Ausnehmung 11 auf, in der über Wälzlager 12, 13 der
Umformdorn 2 gelagert ist. Das Komplementärteil 10 wird
mittels einer Spannmutter 14 gehalten und relativ zu dem
Werkzeughalter 4 fixiert (5).
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Da
der Umformdorn 2 in dem in der Ausnehmung 9 des
Werkzeughalters 4 angeordneten Komplementärteil 10 drehbar
gelagert ist, kann sich der Umformdorn 2 während des
Bearbeitungsvorgangs relativ zu dem Werkzeughalter 4 um
seine Mittellängsachse 3 drehen.
Durch diesen „Relativdrehungsfreiheitsgrad" des Umformdorns
wird erreicht, dass während
des Bearbeitungsvorgangs das freie Ende bzw. die "Spitze" des Umformdorns 2 auf
dem zu bearbeitenden Blech abwälzen
kann. Im Vergleich zu einem feststehenden Umformdorn verringert
sich hierdurch der am Dornende auftretende Verschleiß. Zusätzlich erreicht
man bei dem zu bearbeitenden Blech eine höhere Oberflächenqualität.
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Mittels
der Exzenterverstelleinrichtung 8 kann die "Exzentrizität" des Umformdorns,
d.h. die räumliche
Lage des Umformdorns 2 in Bezug auf die Rotationsachse 7,
verstellt werden. Durch Lösen
der Spannmutter 14 kann das Komplementärteil 10 in der Ausnehmung 9 des
Werkzeughalters 4 verdreht werden. Durch Verdrehen des
Komplementärteils 10 in der
Ausnehmung 9 wird der Umformdorn 2 parallel zur
Zeichenebene, d.h. in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse 7,
verschoben. Wenn die gewünschte
Exzentrizität
des Umformdorns 2 in Bezug auf die Rotationsachse 7 eingestellt
ist, braucht lediglich die Spannmutter 14 festgezogen werden.
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Der
Umformdorn 2 kann, wie beim Ausführungsbeispiel der 1–5 so
angeordnet sein, dass seine Mittellängsachse 3 die Rotationsachse 7 des
Werkzeughalters schneidet. Alternativ dazu kann der Umformdorn 2 im
mathematisch-geometrischen Sinn „windschief" in Bezug auf die
Rotationsachse 7 angeordnet sein. In diesem Fall verläuft die
Mittellängsachse 3 des
Umformdorns zwar schräg
zur Rotationsachse 7, schneidet diese aber nicht.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 1–5 ist
der Umformdorn 2 so angeordnet, dass ein stirnseitiger
Punkt 16, an dem die Mittellängsachse 3 des Umformdorns 2 aus
der Mantelfläche
des Umformdorns 2 austritt, stets neben der Rotationsachse 7 des
Werkzeughalters 4 liegt.
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Durch
Verdrehen des Komplementärteils 10 kann
die Exzentrizität
des Umformdorns so vergrößert werden,
dass der gesamte Berührflächenbereich
der Spitze 15 des Umformdorns 2 stets vollständig neben
der Rotationsachse 7 des Werkzeughalters 4 liegt.
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Die 6–8 zeigen
ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1–5 ist
hier keine Exzenterverstelleinrichtung vorgesehen. Eine Verstellmöglichkeit
der Exzentrizität
des Umformdorns 2 wird durch einen Werkzeughalter erreicht,
der zweiteilig aufgebaut ist. Er weist ein Werkzeughalteroberteil 4a und
ein Werkzeughalterunterteil 4b auf, die relativ zueinander
verschoben werden. Wenn die gewünschte
Exzentrizität
eingestellt ist, können
können die
beiden Werkzeughalterteile mittels Spannschrauben 17, 18 in
ihrer relativen Lage zueinander fixiert werden.