DE102006031438B4

DE102006031438B4 - Vorrichtung zum Umformen von Platinen

Info

Publication number: DE102006031438B4
Application number: DE102006031438A
Authority: DE
Inventors: Matthias Kerschner; Bernd Griesbach; Matthias Golle; Ingo Faaß
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2026-07-08
Also published as: DE102006031438A1

Abstract

Vorrichtung zum Umformen von Platinen (19) mit einem ersten Tiefziehwerkzeug (5), einem gegenüberliegenden zweiten Tiefziehwerkzeug (7) und einem Niederhalter (9), der gegenüber dem zweiten Tiefziehwerkzeug (7) beweglich ist und während eines Umformprozesses die Platine (19) mit ihrem Platinenflansch (25) gegen das erste Tiefziehwerkzeug (5) drückt, wobei der Vorrichtung zumindest ein höhenverstellbares Distanzelement (23) zugeordnet ist, das der Niederhalter (9) zusammen mit dem Platinenflansch (25) gegen das erste Tiefziehwerkzeug (7) drückt, wobei durch Höhenverstellung des Distanzelementes (23) der auf den Platinenflansch (25) wirkende Kraftanteil (F_FL) und der auf das Distanzelement (23) wirkende Kraftanteil (F_Z) variierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzelement (23) ein hubkolbenartiges Druckstück (31) sowie einen Grundkörper (33) aufweist, der am Niederhalter (9) ortsfest montierbar ist und in dem das Druckstück (31) höhenverstellbar geführt ist, wobei der Niederhalter (9) eine Montagefläche (21) aufweist, die umfangsseitig um einen Auflagesockel (17) für den Platinenflansch (25) angeordnet ist, wobei die Lage des...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen von Platinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Beim Tiefziehen von Blechplatinen kommt der Steuerung des Materialflusses im Bereich des Platinenflansches große Bedeutung für die Qualität der gezogenen Platine zu. Üblicherweise erfolgt die Steuerung des Materialflusses durch eine Einstellung der Niederhaltekraft eines, den Platinenflansch gegen ein Tiefziehwerkzeug drückenden Niederhalters. Bei einer zu geringen Niederhaltekraft erhöht sich der Materialfluss im Flanschbereich der Platine, wodurch es zu einer Faltenbildung kommen kann. Bei einer zu großen Niederhaltekraft wird dagegen der Materialfluss so stark behindert, dass es im Flanschbereich der Platine zu Reißern kommen kann.
So ist aus der DE 199 54 310 A1 eine Ziehpresse zum Umformen von Platinen bekannt, der ein erstes Tiefziehwerkzeug und ein gegenüberliegendes zweites Tiefziehwerkzeug aufweist. Während eines Umformprozesses drückt der gegenüber dem zweiten Tiefziehwerkzeug bewegliche Niederhalter die Blechplatine mit ihrem Platinenflansch gegen das erste Tiefziehwerkzeug.
Konkret ist der Niederhalter auf hydraulischen oder pneumatischen Druckkolben verschiebbar gegenüber einem Pressentisch gelagert. Zwischen den Druckkolben und dem Niederhalter sind in konstruktiv aufwendiger Weise piezoelektrische Aktoren angeordnet, die eine zusätzliche Verschiebung des Niederhalters gegenüber dem Druckkolben ermöglichen. Die Grobeinstellung der Niederhaltekraft erfolgt mittels der Druckkolben, während die Feineinstellung der Niederhaltekraft mittels der piezoelektrischen Aktuatoren erfolgt.
Aus der DE 103 60 417 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Umformen von Platinen bekannt. Zwischen einem Blechhalter und einem Gegenhalter der Vorrichtung sind Distanzelemente vorgesehen. Jedes der Distanzelemente weist zur Höhenverstellung ein keilförmiges unteres Druckstück sowie ein keilförmiges oberes Druckstück auf. Bei einem Verschieben des unteren Druckstückes in horizontaler Richtung kann das obere Druckstück in vertikaler Richtung auf- oder abbewegt werden. Dadurch kann ein auf dem zwischengeklemmten Platinenflansch wirkender Kraftanteil und ein auf das Distanzelement wirkender Kraftanteil variiert werden.
Aus der DE 103 60 417 A1 ist eine weitere Vorrichtung zum Umformen von Platinen bekannt, bei der eine auf eine Härtetemperatur erhitzte Platine zwischen einer Matrize und einem Blechhalter mit zugeordnetem Stempel einführbar ist. Um eine ungleichmäßige Abkühlung der Platine während des Umformvorganges zu vermeiden, sind zwischen der Matrize und dem Niederhalter Distanzelemente vorgesehen, die einen Spaltabstand zwischen der Matrize und dem Blechhalter festlegen. Aus der DE 198 05 706 A1 ist eine weitere Vorrichtung zum Umformen von Platinen bekannt, bei der Hubkolben eingesetzt werden, die auf einen Blechhalter einwirken.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Umformen von Platinen sowie ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die Steuerung eines Werkstoffflusses im Bereich eines Platinenflansches in konstruktiv einfacher Weise erfolgt.
Die Aufgabe der Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist der Vorrichtung zumindest ein Distanzelement zugeordnet, das der Niederhalter zusammen mit dem Platinenflansch gegen das erste Tiefziehwerkzeug drückt. Das erfindungsgemäße Distanzelement ist montagetechnisch günstig oberhalb des Niederhalters angeordnet. Das Distanzelement kann daher in einfacher Weise im Bedarfsfall nachgerüstet werden.
Das Distanzelement ist höhenverstellbar, wodurch ein auf ein Platinenflansch wirkender Kraftanteil der Niederhaltekraft einstellbar ist. Für den Fall, dass das Distanzelement außerhalb der Platine zwischen dem ersten Tiefziehwerkzeug und dem Niederhalter abstützbar ist, wird die Niederhaltekraft des Niederhalters in einen auf das Distanzelement wirkenden Kraftanteil und in einen auf den Platinenflansch wirkenden Kraftanteil aufgeteilt. In Abhängigkeit von der Höhe des Distanzelements erfolgt dann in einfacher Weise eine Einstellung des auf den Platinenflansch wirkenden Kraftanteils. Bevorzugt kann dabei durch die Höhenverstellung des Distanzelements bei konstanter Niederhaltekraft der auf den Platinenflansch wirkende Kraftanteil reduziert und in korrespondierender Weise der auf das Distanzelement wirkende Kraftanteil erhöht werden und umgekehrt.
Erfindungsgemäß bleibt daher bei der Steuerung des Werkstoffflusses im Bereich des Platinenflansches die Niederhaltekraft des gegen das erste Tiefziehwerkzeug drückenden Niederhalters konstant, während lediglich ein auf den Platinenflansch wirkender Kraftanteil der Niederhaltekraft geändert wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Distanzelement kann in einfacher Weise auf eine Änderung von Prozessparametern, insbesondere auf Blechdicken–Schwankungen der Platine reagiert werden, die sich auf die Qualität der gezogenen Platine auswirken.
Eine Feineinstellung der auf den Platinenflansch wirkenden Kraft kann weiter verbessert werden, wenn eine Mehrzahl von Distanzelementen vorgesehen sind, die jeweils unabhängig voneinander höhenverstellbar sind. Dadurch kann aufgrund der vereinfachten Montage bzw. Demontage der Distanzelemente bzw. aufgrund der unabhängig voneinander erfolgenden Regelung schnell auf lokale Blechdickenschwankungen in der Platine reagiert werden.
Das Distanzelement weist für die Höhenverstellung ein hubkolbenartiges Druckstück auf, das in einen Grundkörper verschiebbar geführt ist, während der Grundkörper ortsfest am Niederhalter montierbar ist. Hierzu weist der Niederhalter eine Montagefläche auf, die sich umfangsseitig um einen Auflagesockel für den Platinenflansch erstreckt und gegenüber dem Auflagesockel zurückgesetzt angeordnet ist. Die Lage des erfindungsgemäßen Distanzelements ist daher entlang der umfangsseitig verlaufenden Montagefläche frei wählbar.
Zur Bestimmung der auf das Distanzelement und auf den Platinenflansch wirkenden Kraftanteile der Niederhaltekraft des Niederhalters kann das Distanzelement einen Kraftsensor aufweisen. Durch Erfassung des auf das Distanzelement wirkenden Kraftanteils kann bei bekannter Niederhaltekraft indirekt der auf den Platinenflansch wirkende Kraftanteil ermittelt werden.
Bevorzugt ist es, wenn das Distanzelement in einem Regelkreis eingebunden ist, in dem eine Regeleinrichtung in Abhängigkeit von messtechnisch erfassten Einflussgrößen eine Sollhöhe des Distanzelements ermittelt und das Distanzelement entsprechend ansteuert. Dadurch ist eine schnelle Korrektur des auf den Platinenflansch wirkenden Kraftanteils ermöglicht. So kann die Regeleinrichtung in Verbindung mit dem Kraftsensor einen auf das Distanzelement wirkenden Ist-Kraftanteil erfassen und mit einem Grenzwert vergleichen. In Abhängigkeit von diesem Vergleich kann für einen folgenden Umformprozess die Regeleinrichtung die Sollhöhe des Distanzelements ggf. ändern. Beispielhaft können durch entsprechende Sensoren Werkstoffkennwerte der Platine, deren tribologische Kennwerte, die Platinentemperatur oder deren Blechdicke einer Regelung der Sollhöhe des Distanzelements zugrundegelegt werden.
Das höhenverstellbare Druckstück des Distanzelements kann vorzugsweise mechanisch über einen Gewinde-, Exzenter-, Schnecken- oder Keiltrieb angetrieben werden, der bevorzugt selbsthemmend ausgelegt ist. Alternativ kann das Druckstück des Distanzelements über eine Hydraulikanordnung angetrieben werden.
Wie aus der Vorbeschreibung hervorgeht, kann erfindungsgemäß ein Werkstofffluss im Flanschbereich einer Platine gesteuert werden. Dabei kann die Niederhaltekraft des Niederhalters durch die Zwischenschaltung des zumindest einen Distanzelements in einen auf das Distanzelement wirkenden Kraftanteil und in einen auf den Platinenflansch wirkenden Kraftanteil aufgeteilt werden. Die Kraftanteile der konstant gehaltenen Niederhaltekraft sind abhängig von der eingestellten Höhe des Distanzelements änderbar, wodurch entsprechend ein Werkstofffluss im Flanschbereich gesteuert werden kann.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:
1 in einer schematischen Seitendarstellung eine Tiefziehvorrichtung;
2 in einer perspektivischen Ansicht einen Niederhalter mit dem Stempel der Tiefziehvorrichtung;
3 in einer perspektivischen Halbschnittansicht ein Distanzelement;
4 bis 6 jeweils unterschiedliche Abwandlungen des Distanzelements in vergrößerten perspektivischen Halbschnittdarstellungen; und
7 und 8 jeweils eine vergrößerte Einzelheit X aus der 1 in verschiedenen Betriebszuständen.
In der 1 ist eine Tiefziehvorrichtung gezeigt, die einen hubbeweglich antreibbaren Pressenstößel 1 sowie ein ortsfestes Unterteil 3 aufweist. Der Pressenstößel 1 trägt an seiner Unterseite als ein erstes Tiefziehwerkzeug eine Matrize 5, während ein Stempel 7 als ein zweites Tiefziehwerkzeug gegenüberliegend ortsfest am Boden des Unterteils 3 gelagert ist. In der 1 ist der Stempel 7 umfangsseitig von einem Niederhalter 9 umgeben, der über hydraulisch betätigbare Druckstifte 11 gegenüber dem Unterteil 3 und dem Stempel 7 verschiebbar ist. Hierzu ragen die am Niederhalter 9 befestigten Druckstifte 11 bodenseitig durch das ortsfeste Unterteil 3 und sind diese mit einem Ziehkissen 13 in Verbindung, das über hydraulische Verdrängungszylinder 15 hubbeweglich gelagert ist.
In der 2 ist der Niederhalter 9 zusammen mit einem der Distanzelemente 23 perspektivisch dargestellt. Wie aus der 2 hervorgeht, ist der Niederhalter 9 auf seiner Oberseite mit einem Auflagesockel 17 ausgebildet, auf dem in der 1 eine Blechplatine 19 liegt. Der Auflagesockel 17 ist von einer abgestuften Ringfläche 21 umgeben, auf der das höhenverstellbare Distanzelement 23 angeordnet ist. Das Distanzelement 23 liegt gemäß der 1 zusammen mit einem randseitigen Platinenflansch 25 einer Anlagefläche 27 der vertikal beabstandet angeordneten Matrize 5 gegenüber. Der Auflagesockel 17 umgibt dabei ringförmig den ortsfest am Unterteil 3 gelagerten Stempel 7. In der 2 ist das Distanzelement 23 auf der abgestuften Ringfläche 21 des Niederhalters montiert gezeigt. Das Distanzelement 23 ist mit einem Aktuator 29 gekoppelt, der über eine später beschriebene Regeleinrichtung eine Höhe des Distanzelements 23 einstellt.
Der Aufbau und die Funktionsweise des höhenverstellbaren Distanzelements 23 ist anhand der 3 nachfolgend beschrieben. Demzufolge weist das Distanzelement 23 ein höhenverstellbares, zylindrisches Druckstück 31 auf, das in einem Grundkörper 33 vertikal verschiebbar geführt ist. Der Grundkörper 33 ist über angedeutete Schraubverbindungen 35 an der Ringfläche 21 des Niederhalters 9 befestigt. Das zylindrische Druckstück 31 weist einen schräg gestellten Zylinderboden auf, der flächig auf einem Keil 37 liegt. Der Keil 37 ist in einer Führungsschiene 39 des Grundkörpers 33 horizontal verschiebbar geführt und an seiner einen Stirnseite mit dem Aktuator 29 gekoppelt. Eine Längsbewegung des Aktuators 29 ergibt somit eine horizontale Stellbewegung des Keils 37, der in Abhängigkeit von seiner Bewegungsrichtung das Druckstück 31 hebt oder senkt. Der Keilwinkel α ist dabei derart gering gewählt, dass sich im nicht aktuatorbetätigten Zustand des Keils 37 eine Selbsthemmung zwischen dem Druckstück 31 und dem Keil 37 einstellt.
Alternativ kann der Keil 37 mittels einer nicht gezeigten Spindelanordnung angetrieben werden. Hierzu kann der Keil 37 mit einem Spindelansatz verlängert sein. Eine drehbetätigbare Spindel kann sich in Gewindeeingriff mit dem Spindelansatz des Keils 37 befinden. Bei Drehbetätigung der Spindel erfolgt daher eine Längsbewegung des horizontal verschiebbar geführten Keils.
In der 3 ist in einer Querbohrung des Druckstückes 31 ein Kraftsensor 32 angeordnet, der im Betrieb der Tiefziehvorrichtung eine auf das Distanzelement 23 wirkende Kraft erfasst und über eine Signalleitung 34 an eine nicht gezeigte Regeleinrichtung leitet.
Weitere alternative Hubmechanismen für das höhenverstellbare Distanzelement 23 sind in den folgenden 4 bis 6 dargestellt. Gemäß der 4 ist das Druckstück 31 Teil eines hydraulisch verschiebbaren Kolbens 39, der eine mit Hydrauliköl gefüllte Arbeitskammer 41 im Grundkörper 33 begrenzt. Bei entsprechender Druckbeaufschlagung der Arbeitskammer 41 kann das Druckstück 31 gehoben oder gesenkt werden.
In der 5 weist das Druckstück 31 als ein Innengewinde ein Trapezgewinde auf, das mit einem am Grundkörper 33 vorgesehenen Gewindeansatz 43 in Schraubverbindung ist. An seinem Außenumfang ist das Druckstück 31 mit einem Zahnkranz 45 gebildet, der gemäß der 5 mit einer antreibbaren Schneckenwelle 47 kämmt. Bei einer Drehbewegung der Schneckenwelle 47 kann sich daher das Druckstück 31 gegenüber dem Gewindeansatz 43 des Grundkörpers 33 höhenverstellen. Alternativ ist gemäß der 6 das Druckstück 31 auf einer horizontal angeordneten Exzenterwelle 49 höhenverstellbar gelagert. Ein Exzenterabschnitt 47 der Exzenterwelle 49 wälzt sich bei deren Betätigung auf einem druckstückseitigen Gegenlager ab, wodurch sich das Druckstück 31 höhenverstellt.
Wie bereits oben erwähnt, sind die Distanzelemente 23 in einen Regelkreis eingebunden, wodurch Blechdickenschwankungen der Platine 19 ausgeglichen werden können und ein reproduzierbares Tragbild der Distanzelemente 22 bereitstellbar ist.
Gemäß einer ersten Regelvariante wird zunächst der Niederhalter 9 mittels der Verdrängerzylinder 15 gegen die Anlagefläche 27 der Matrize 5 bewegt, wodurch der Niederhalter 9 den Platinenflansch 25 zusammen mit dem Distanzelement 23 mit einer Niederhaltekraft F_N gegen die Matrize 5 verspannt. Die ortsfest in einem Abstand oberhalb des Unterteils 3 angeordnete Matrize 5 drückt mit einer Gegenkraft F_S auf den Platinenflansch 25 und das Distanzelement 23, wie es in der 7 gezeigt ist. Die Gegenkraft F_S der Matrize 5 entspricht in der 7 der Niederhaltekraft F_N. Der Kraftfluss zwischen dem Pressenstößel 1 und dem Niederhalter 9 verläuft daher in der 7 mit einem ersten Kraftanteil F_FL über den Platinenflansch 25 und über einen zweiten Kraftanteil F_Z über das Distanzelement 23.
Mittels des in der 3 gezeigten Kraftsensors 32 wird der auf das Distanzelement 23 wirkende Kraftanteil F_Z erfasst und an die Regeleinrichtung geleitet, die bei bekannter Niederhaltekraft den auf den Platinenflansch 25 wirkenden Kraftanteil F_FL ermittelt.
Dieser ermittelte, auf den Platinenflansch 25 wirkende Kraftanteil F_FL wird mit einem gespeicherten Grenzwert verglichen. In Abhängigkeit dieses Vergleichs wird, nachdem der Niederhalter 9 abermals gesenkt worden ist, eine Sollhöhe des Distanzelements 23 von der Regeleinrichtung eingestellt. Mit dieser Sollhöhe des Distanzelements wird nachfolgend der Tiefziehprozess gestartet, wie er in der 8 gezeigt ist.
In einer zweiten Regelungsvariante werden über nicht gezeigte Sensoren Prozessparameter, die die Qualität gezogener Platinen beeinflussen, von der Regeleinrichtung erfasst. Solche Prozessparameter sind etwa mechanische Werkstoffkennwerte, tribologische Kennwerte, Werkzeug-/Platinentemperatur oder die Blechdicke. Auf der Grundlage der erfassten Prozessparameter ermittelt die Regeleinrichtung mittels eines Regelalgorithmus eine Sollhöhe des Distanzelements 23 und steuert die Regeleinrichtung das Distanzelement 23 entsprechend an.
Nach der erfolgten Höheneinstellung des Distanzelements 23 wird der Tiefziehprozess, wie er in der 8 gezeigt ist, gestartet. D. h., dass gemäß der 8 zunächst der Niederhalter 9 den Platinenflansch 25 mit einem für den Materialfluss im Flanschbereich günstigen Kraftanteil F_FL gegen die Matrize 5 verspannt. Im Anschluss wird der Niederhalter 9 während eines Ziehhubes von dem Pressenstößel 1 nach unten gedrückt und weicht der Niederhalter 9 mit einem definierten Widerstand aus, der der Niederhaltekraft F_N entspricht, wodurch ein reißer- und faltenfreies Ziehteil herstellbar ist.

Claims

Vorrichtung zum Umformen von Platinen (19) mit einem ersten Tiefziehwerkzeug (5), einem gegenüberliegenden zweiten Tiefziehwerkzeug (7) und einem Niederhalter (9), der gegenüber dem zweiten Tiefziehwerkzeug (7) beweglich ist und während eines Umformprozesses die Platine (19) mit ihrem Platinenflansch (25) gegen das erste Tiefziehwerkzeug (5) drückt, wobei der Vorrichtung zumindest ein höhenverstellbares Distanzelement (23) zugeordnet ist, das der Niederhalter (9) zusammen mit dem Platinenflansch (25) gegen das erste Tiefziehwerkzeug (7) drückt, wobei durch Höhenverstellung des Distanzelementes (23) der auf den Platinenflansch (25) wirkende Kraftanteil (F_FL) und der auf das Distanzelement (23) wirkende Kraftanteil (F_Z) variierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzelement (23) ein hubkolbenartiges Druckstück (31) sowie einen Grundkörper (33) aufweist, der am Niederhalter (9) ortsfest montierbar ist und in dem das Druckstück (31) höhenverstellbar geführt ist, wobei der Niederhalter (9) eine Montagefläche (21) aufweist, die umfangsseitig um einen Auflagesockel (17) für den Platinenflansch (25) angeordnet ist, wobei die Lage des Grundkörpers (33) mit dem Distanzelement (23) entlang der umfangsseitig verlaufenden Montagefläche (21) frei wählbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzelement (23) zwischen dem ersten Tiefziehwerkzeug (5) und dem Niederhalter (9) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzelement (23) außerhalb der Platine (19) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Höhenverstellung des Distanzelements (23) bei konstanter Niederhaltekraft (F_N) der auf den Platinenflansch (25) wirkende Kraftanteil (F_FL) und der auf das Distanzelement (23) wirkende Kraftanteil (F_Z) variierbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Mehrzahl von Distanzelementen (23) jedes der Distanzelemente (23) voneinander unabhängig höhenverstellbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagefläche (21) des Niederhalter (9) gegenüber dem Auflagesockel (17) zurückgesetzt angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzelement (23) einen Kraftsensor (32) aufweist, der den auf das Distanzelement (23) wirkenden Kraftanteil (F_Z) der Niederhaltekraft (F_N) erfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzelement (23) in einen Regelkreis eingebunden ist, in dem eine Regeleinrichtung in Abhängigkeit von messtechnisch erfassten Einflussgrößen eine Sollhöhe des Distanzelements (23) ermittelt und das Distanzelement (23) entsprechend ansteuert.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung während des Umformprozesses mittels des Kraftsensors (32) des Distanzelements (23) den auf dasselbige wirkenden Kraftanteil (F_Z) erfasst sowie mit einem Grenzwert vergleicht, und in Abhängigkeit davon für einen folgenden Umformprozess die Sollhöhe des Distanzelements ermittelt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das höhenverstellbare Druckstück (31) des Distanzelements (23) über einen selbsthemmenden Gewinde-, Exzenter-, Schnecken- oder Keiltrieb antreibbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (31) des Distanzelements (23) über eine Hydraulikanordnung höhenverstellbar ist.