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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Abkanten
und Prägen von Blechen.
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Stand der Technik
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Blechbearbeitungsverfahren
durch Abkanten bzw. Biegen oder auch Ziehen von Blechen sind allgemein
bekannt und werden vielfach in der Automobilindustrie zur Umformung
von Blechen eingesetzt. Dazu wird ein abzukantendes Blech auf eine
Matrize gelegt und mit einem Stempel oder einem Schieber abgekantet
bzw. auf eine Matrize gezogen.
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Des
Weiteren sind Prägeverfahren zum Prägen von Blechen
allgemein bekannt. Bei dem Prägen wird das umzuformende
Blech mittels eines Stempels oder Schiebers in eine Prägeform
gedrückt.
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Im
Automobilbau werden häufig komplex geformte Blechbauteile
benötigt. Die Blechbauteile werden aus Blechplatinen in
vielfältigen Arbeitsschritten umgeformt, wobei die Bleche
in aller Regel auch abgekantet und/oder tiefgezogen, geprägt
und soweit erforderlich, gestanzt werden. Sämtliche Arbeitsschritte
werden an einzelnen Stationen durchgeführt, was mit sich
bringt, dass die zu bearbeitenden Bleche immer wieder aus der jeweiligen
Bearbeitungsmaschine herausgenommen und in die nächste
Maschine eingelegt werden müssen.
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Daraus
resultiert der weitere Nachteil, dass das endgültige Bauteil
zu großen Toleranzen neigt, da die Bleche in jeder Werkzeugmaschine
neu positioniert werden müssen. Dadurch können
sich mehrere Toleranzfehler aufaddieren und die fertigen Bleche
untauglich aufgrund ungenügender Maßhaltigkeit
werden.
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Aus
der
DE 102 18 986
B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters
bekannt, der aus zwei schalenförmigen Behälterteilen
aus Stahlblech besteht, die an jeweils an den Rändern ausgebildeten
Flanschen miteinander zu verschweißen sind. Die Flansche
werden zum Schweißen aufgebogen und überschüssiges
Blechmaterial abgeschnitten. Schneiden und Aufbiegen der Flansche
wird mit ein- und demselben Werkzeug in einem einzigen Arbeitsgang
vorgenommen.
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Aus
der
EP 1 057 548 B1 ist
ein Biegewerkzeug für eine Metallblech-Biegemaschine bekannt, die
zwei Biegezähne aufweist, die von einem einzigen Körper
des Biegewerkzeugs in Richtungen im Wesentlichen orthogonal zueinander
weisen. Damit soll erreicht werden, dass ein Blech in zwei Richtungen
gleichzeitig gebogen werden kann und nicht nur in eine Richtung.
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Aufgabe
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Daraus
ergibt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren anzugeben,
die einerseits die Herstellungszeiten reduzieren, andererseits geringere
Werkstücktoleranzen erzeugen und darüber hinaus
die Investitionskosten zum Aufbau einer Produktionsstraße
zur Produktion von mit mehreren Umformverfahren zu bearbeitenden
Blechen deutlich reduzieren.
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Darstellung der Erfindung
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Die
Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß dem
unabhängigen Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß dem
unabhängigen Anspruch 11.
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Erfindungsgemäß ist
eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Blechen durch Abkanten und
Prägen mit einem Abkantschieber und einem Prägeschiebereinsatz
vorgesehen, wobei Abkantschieber und Prägeschiebereinsatz
entlang einer gemeinsamen Wirkrichtung betätigbar sind.
Abkantschieber und Prägeschiebereinsatz stellen in ihrer
Funktion gleichsam Stempel dar, welche das Blech um eine Matrize
herum formen. Statt Blechen sind mit einer entsprechend gestalteten
Vorrichtung auch andere umformbare Materialien bearbeitbar.
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Erfindungsgemäß ist
der Prägeschieber als Prägeschiebereinsatz in
den Abkantschieber eingesetzt, wodurch sich als Werkzeug ein gemeinsamer Abkant-Prägeschieber
bildet. Weiterhin sind Abkantschieber und Prägeschiebereinsatz
entlang einer gemeinsamen Wirkrichtung des Werkzeugs betätigbar, das
heißt, dass der Abkant-Präge-Schieber entlang einer
einzelnen Richtung betätigt werden müssen, um
beide Umformarbeiten durchzuführen. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Bearbeitungsvorrichtung lassen sich also in einem einzelnen Arbeitstakt
mehrere unterschiedliche Umformarbeiten am Blech durchführen,
nämlich zunächst Abkanten des Bleches und anschließend
Prägen. Dadurch, dass die beiden Bearbeitungsschritte Abkanten
und Prägen in einer gemeinsamen Vorrichtung durchgeführt
werden, steigt die Bearbeitungsgenauigkeit, da die Abkantbiegungen
und die Prägebiegungen genau zueinander ausgerichtet sind.
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Vorteilhafterweise
ist zur Betätigung von Abkantschieber und Prägeschiebereinsatz
ein gemeinsamer Aktuator vorgesehen. Geeignet sind z. B. hydraulische,
pneumatische oder elektrische Aktuatoren. Der Aktuator wirkt bevorzugt
auf den Abkantschieber. Auf diese Weise lässt sich die
Anzahl erforderlicher bewegbarer und betätigbarer Bauteile
reduzieren, was einerseits die Herstellungskosten der Vorrichtung
reduziert und was andererseits die Wartungs- und Betriebskosten
verringert und die Auswahlwahrscheinlichkeit der Vorrichtung reduziert. Darüber
hinaus ist die Steuerung der entsprechenden Vorrichtung einfacher,
da nicht mehrere Aktuatoren aufeinander abgestimmt werden müssen.
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Alternativ
dazu können mehrere parallel geschaltete Aktuatoren vorgesehen
sein, wobei sämtliche Aktuatoren eine gemeinsame Wirkrichtung
aufweisen. Eine Mehrzahl von Aktuatoren ist mit Vorteil dann vorzusehen,
wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zu große
Dimensionen für einen einzelnen Aktuator annimmt, sodass
bei der Betätigung mit nur einem Aktuator keine gleichmäßige
Bearbeitung über die ganze Länge des Schiebers
hinweg möglich ist oder die Gefahr besteht, dass der Aktuator
aufgrund ungleichmäßiger Krafteinleitung verkantet
oder dergleichen.
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Weiterhin
kann mit Vorteil vorgesehen werden, dass das Werkzeug, bestehend
aus Abkantschieber und Prägeschiebereinsatz, an einer gemeinsamen
Führungsvorrichtung geführt ist. Gegenüber
separaten Führungsvorrichtungen für Abkantschieber
und Prägeschiebereinsatz reduziert sich dadurch der Konstruktionsaufwand.
Darüber hinaus lässt sich die Prozessgenauigkeit
erhöhen.
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Bevorzugt
ist an der Führungsvorrichtung eine Treiberfläche
ausgebildet, die schräg zu der Wirkrichtung angeordnet
ist. Die Abkantfläche dient zur Führung des Abkantschiebers
und die Treiberfläche dient zum Vorschub des Prägeschiebereinsatzes
in einem Winkel zur Wirkrichtung des Werkzeuges. Mit Hilfe der winkligen
Ausbildung von Abkantfläche und Treiberfläche
lassen sich darüber hinaus exakt die Winkel zwischen Abkantbewegung
und Prägebewegung auf besonders einfache Weise festlegen.
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In
vorteilhafter Weiterbildung dessen ist weiterhin vorgesehen, dass
der Prägeschiebereinsatz eine Betätigungsschräge
aufweist, die im Wesentlichen komplementär zur Treiberfläche
ausgebildet ist. Dies führt zu einer besonders exakten
Führung des Prägeschiebereinsatzes in der Führungsvorrichtung und
führt weiterhin dazu, dass der Prägeschieber beim
Auftreffen auf die Treiberfläche im Wesentlichen flächig
anliegt, wodurch die Betätigungstoleranzen reduziert sind.
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Besonders
vorteilhaft ist weiterhin, wenn der Prägeschiebereinsatz
relativ zum Abkantschieber in einer von der Wirkrichtung der Vorrichtung
abweichenden Richtung geführt ist. Damit lassen sich Umformarbeiten
mit unterschiedlichen Kraftrichtungen von Abkantschieber und Prägeschiebereinsatz
bewerkstelligen.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn zwischen Abkantschieber und Prägeschieber
eine Feder angeordnet ist. Die Feder kann als normale Spiralfeder
ausgebildet sein oder als sonstiges federelastisches Element, beispielsweise
als ein Elastomer. Auf diese Weise lässt sich der Prägeschiebereinsatz
gegen den Abkantschieber verspannen, was nach Abschluss des Arbeitstaktes
auf einfache und zuverlässige Weise dazu führt,
dass der Prägeschiebereinsatz eine eindeutig definierte
Ausgangsposition zum Abkantschieber einnimmt.
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Im
zuvor beschriebenen Falle, dass Abkantfläche und Wirkrichtung
schräg zueinander angeordnet sind, wird bei Einwirken auf
den Abkant-Prägeschieber mittels eines oder mehreren Aktuatoren
der Abkant- und Prägeschiebereinsatz in Wirkrichtung der
Vorrichtung verstellt, wobei der Prägeschieber im Laufe
der Betätigung mit einer Führungsfläche
auf die Treiberfläche aufläuft und durch die Treiberfläche winklig
zur Wirkrichtung des Werkzeugs, beispielsweise im 90°-Winkel,
betätigt wird. Bei der Rückkehr der Vorrichtung
in eine Ausgangsposition vor der Bearbeitung des nächsten
Blechs, muss dafür Sorge getragen werden, dass der Prägeschiebereinsatz
in seine ursprüngliche Position zurückkehrt, was
durch eine in Richtung der Abkantfläche der Führungsvorrichtung
wirkende Feder besonders einfach realisierbar ist.
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Mit
Vorteil ist daher vorgesehen, dass die Feder gegen die Führungsvorrichtung
und/oder gegen den Abkantschieber gespannt ist. Bevorzugt ist weiterhin
der Prägeschieber an dem Abkantschieber geführt.
Auf diese Weise lässt sich eine besonders leichte Betätigung
des Prägeschiebereinsatzes erreichen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung eine Biege- und Prägematrize
mit Niederhalter aufweist, entlang derer die zu bearbeitenden Bleche
geformt werden. Auf diese Weise lässt sich die Präzision
der Herstellung der Bleche erhöhen.
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Bevorzugt
sind Haltevorrichtungen für die Bleche vorgesehen, damit
diese beim Abkanten und Prägen in Position gehalten werden.
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Wenn
die Führungsvorrichtung über Zustellmittel auf
die Biege- und Prägematrize hin zugestellt werden kann,
ergibt sich der Vorteil, dass die zu bearbeitenden Bleche besonders
leicht einlegbar sind.
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Ein
unabhängiger Gedanke der Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Abkanten und Prägen von Blechen, wobei die zu bearbeitenden
Bleche zuerst mittels eines Abkantschiebers abgekantet und anschließend
mittels eines Prägeschiebereinsatzes geprägt werden,
wobei Abkantschieber und Prägeschiebereinsatz entlang einer
gemeinsamen Wirkrichtung betätigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht die Bearbeitung von Blechen auf zwei unterschiedliche
Umformarten in einem einzigen Bearbeitungsschritt.
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Mit
Vorteil ist dabei vorgesehen, dass Abkantschieber und Prägeschiebereinsatz
mit einem einzelnen Aktuator oder mehreren parallel geschalteten
Aktuatoren betrieben werden. Eine derartige Vorrichtung lässt
sich besonders leicht steuern.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn Abkantschieber und Prägeschiebereinsatz
an einer gemeinsamen Führungsvorrichtung geführt
werden, wobei an der Führungsvorrichtung besonders bevorzugt eine
Abkantfläche und eine Treiberfläche gebildet sind,
die zueinander in einem Winkel angeordnet sind. Auf diese Weise
lässt sich die Führung besonders leicht bewerkstelligen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn Abkantschieber und Prägeschiebereinsatz
und/oder Führungsvorrichtung auf eine Biege- und Prägematrize zu
Beginn der Bearbeitung zugestellt werden. Damit werden das Einlegen
von zu bearbeitenden Blechen und die Entfernung von zu bearbeitenden
Blechen vereinfacht.
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Weitere
Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Dabei bilden
sämtliche beschriebenen und/oder bildlich dargestellten
Merkmale in ihrer sinnvollen Kombination den Gegenstand der vorliegenden
Erfindung, auch unabhängig von den Patentansprüchen
und deren Rückbezügen.
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Kurzbezeichnung der Figuren
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Es
zeigen schematisch:
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1 eine
Seitenansicht eines Abschnitts der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer ersten Ausrichtung;
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2 die
Maschine aus 1 beim Abkanten;
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3 die
Maschine aus 1 beim Prägen;
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4 eine
Darstellung zur Verdeutlichung der nacheinander ablaufenden Verfahrensschritte;
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5 eine
perspektivische Darstellung einer Matrize der Vorrichtung mit einem
aufgelegten Blech sowie
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6 eine
perspektivische Darstellung eines Abschnitts der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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1 zeigt
schematisch eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung 2 zum Bearbeiten von Blechen 7 durch
Abkanten und Prägen.
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Die
Vorrichtung 2 weist eine in der Regel feststehend angeordnete
Matrize 4 auf und eine auf die Matrize 4 zustellbare
Führungsvorrichtung 6. Die Führungsvorrichtung 6 kann
in geeigneter Weise auf die Matrize 4 und von dieser weg
positioniert werden, um zu bearbeitende Bleche 7 in der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 positionieren
zu können. Das Blech 7 wird mittels eines Niederhalters 9 auf
die Matrize 4 gespannt.
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Auf
der Führungsvorrichtung 6 ist ein Abkant-Prägeschieber-Werkzeug 8 vorgesehen,
der einen Abkantschieber 10 und einen Prägeschiebereinsatz 12 aufweist.
Der Prägeschiebereinsatz 12 ist an dem Abkantschieber 10 über
nicht dargestellte Führungsmittel oder gleitend geführt.
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Der
Abkantschieber 10 wird an der Führungsvorrichtung 6 auf
einer Abkantfläche 13 geführt, wozu zum
Beispiel nicht dargestellte Gleitführungen vorgesehen sein
können. Mit Hilfe eines hydraulischen Aktuators 14 kann
der Abkantschieber 10 entlang einer Wirkrichtung W verschoben
werden. Mit dem Abkantschieber 10 wird der an dem Abkantschieber 10 geführte
Prägeschiebereinsatz 12 ebenfalls in Wirkrichtung
W der Vorrichtung 2 bewegt. Zur Vorspannung des Prägeschiebereinsatzes 12 ist
eine Feder 15 vorgesehen, mit Hilfe derer der Prägeschiebereinsatz 12 gegen
den Abkantschieber 10 gespannt wird.
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Weiterhin
ist der Treiber 17 mit einer Treiberfläche 18 vorgesehen,
die schräg zur Wirkrichtung W angeordnet ist. Der Prägeschiebereinsatz 12 weist eine
Betätigungsschräge 20 auf, die komplementär zur
Treiberfläche 18 ist.
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Zum
Abkanten und Prägen des Bleches 7 wird nun zunächst
das Blech 7 in die Vorrichtung auf die Matrize gelegt bzw.
mittels des Niederhalters 9 gespannt und anschließend
die Führungsvorrichtung 6 mit dem Abkant-Präge-Schieber 8 auf
die Matrize zugestellt, sodass der Abkantschieber 10 das
Blech 7 durch Betätigung des Abkantschiebers 10 in
Wirkrichtung W mit einer Abkantfläche 13 abkanten kann.
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Sobald
der Abkant-Präge-Schieber 8 so weit in Wirkrichtung
zugestellt wurde, dass die Betätigungsschräge 20 des
Prägeschiebereinsatzes 12 in Anlage zur Treiberfläche 18 gelangt
(2), wird die Bewegung des Abkantschiebers 10 in
Wirkrichtung W überlagert durch eine Relativbewegung des
Prägeschiebereinsatzes 12 in einer von W abweichenden
Richtung. Die Richtung, in der der Prägeschiebereinsatz 12 bewegt
wird, hängt von dem Winkel von Treiberfläche 18 bzw.
Betätigungsschräge 20 ab.
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Durch
Betätigung des Werkzeuges 8 entlang der Wirkrichtung
W werden somit im Werkzeug 8 zwei Bewegungskomponenten
bewirkt, eine Bewegung des Abkantschiebers 10 in Wirkrichtung
W und eine Bewegung des Prägeschiebereinsatzes 12 in eine
davon abweichende Richtung V.
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Durch
weiteres Zustellen des Werkzeuges 8 in Wirkrichtung W prägt
der Prägeschieber 12 das zu bearbeitende Blech
(3).
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4 zeigt
eine schematische Darstellung der Matrize 4 mit einem darauf
aufgelegten Blech 30, das abgekantet und geprägt
werden soll. In einem ersten Schritt I wird das Blech 30 durch
Bewegung des Werkzeugs 8 in Richtung W und mittels des
Abkantschiebers abgekantet und dann in einem zweiten Schritt II
in einer Richtung V schräg oder quer zu W mittels des Prägeschiebereinsatzes 12 geprägt.
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5 zeigt
eine perspektivische schematische Darstellung einer Matrize 4 mit
einem darauf aufgelegten Blech 7.
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Durch
unterschiedliche Schraffuren sind auf der Matrize 4 Bereiche
gekennzeichnet, in denen ausschließlich ein Abkanten stattfindet
und andere Bereiche, in denen das Blech 30 nach dem Abkanten auch
geprägt wird.
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Ausgefüllt
dargestellt sind Bereiche 34, die in einem weiteren Arbeitsschritt
gestanzt werden.
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6 zeigt
eine perspektivische schematische Darstellung einer geschnitten
Vorrichtung 2.
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Das
Werkzeug 8 ist mittels der Führungsvorrichtung 6 soweit
auf den Treiber 17 zugestellt, dass der Prägeschiebereinsatz 12 mit
seiner Betätigungsschräge 20 an der Treiberfläche 18 aufliegt
und beim Vorschub des Werkzeuges 8 in Wirkrichtung W in Richtung
V zum Prägen des Bleches 7 betätigt wird.
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Die
in 6 nicht dargestellte Feder kann, anders als in 1 bis 3 gezeichnet,
sich auch an einer Unterseite des Abkantschiebers 10 und
an einem dahingehend verlängerten Flansch des Prägeschiebereinsatzes 12 abstützen.
Dann wirkt die Feder 15 entgegen der Darstellung nach den 1 bis 3 als
Druckfeder und nicht als Zugfeder.
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Mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind somit
komplexe Formgebungen möglich, die sehr viele Anwendungsfälle,
die im Automobilbau auftreten können, abdecken.
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- 2
- Vorrichtung
- 4
- Matrize
- 6
- Führungsvorrichtung
- 7
- Blech
- 8
- Werkzeug
- 9
- Niederhalter
- 10
- Abkantschieber
- 12
- Prägeschiebereinsatz
- 13
- Abkantfläche
- 14
- Aktuator
- 15
- Feder
- 16
- Abkantfläche
- 17
- Treiber
- 18
- Treiberfläche
- 20
- Betätigungsschräge
- 30
- Abkantbereich
- 32
- Prägebereich
- 34
- Stanzbereiche
- W
- Wirkrichtung
- V
- Betätigungsrichtung
Prägeschieber
- I
- erster
Schritt
- II
- zweiter
Schritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10218986
B4 [0006]
- - EP 105754881 [0007]