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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug zur Herstellung
von metallischen Pressteilen, insbesondere von Verstärkungsrahmen aus
Metall, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1. Des Weiteren
betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung derartiger
Pressteile.
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Die
Reduktion des Gewichtes von Bauteilen ist insbesondere im Fahrzeugbau
seit jeher ein wichtiger Verbesserungsprozess. Dabei soll die Gewichtsersparnis
nicht auf Kosten der Stabilität und Maßhaltigkeit
erreicht werden. Aluminium ist aufgrund seines geringen spezifischen
Gewichts besonders für eine Leichtbauweise geeignet. Beispielsweise
können Schiebe-/Hebedächer mit transparentem Dachfensterausschnitt
mit einem Verstärkungsrahmen aus Aluminiumguss ausgestattet
sein. Dieser Konstruktionsaufbau ist aber zum einen teuer und zum
anderen aufwendig in der Herstellung und weist Maßhaltigkeitsprobleme
während der Fertigung und auch im späteren Einsatz
auf. Wird stattdessen ein Verstärkungsrahmen aus Aluminiumblech
mit Umkantungen und eventuellen Profilierungen verwendet, kann ein
Verstärkungsrahmen aus Aluminiumguss eingespart werden,
ohne dass die Stabilität des Bauteils darunter leidet.
Besonders im Fall von Schiebe-/Hebedächern, die einen Dachfensterausschnitt
besitzen, erhöhen die Abkantungen zum einen die Stabilität
und können zum anderen als Flansch zur Montage des Dachfensters
oder weiterer Bauteile verwendet werden.
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Somit
ist es heute durchaus üblich, Bauteile aus Blech durch
Abkantungen und Profilierungen zu verstärken. Dabei wird
eine Abkantung z. B. mit einem Abkantwinkel von 90° durch
ein Umformwerkzeug mit einem Abkantstempel hergestellt. Nachteilig an
dieser Herstellung ist, dass die Abkantung nach Entnahme aus dem
Umformwerkzeug teilweise zurückspringt und sich somit ein
von 90° abweichender Winkel als 90° einstellt.
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Dies
ist zum einen nachteilig für die Stabilität und
erschwert zum anderen die nachträgliche Montage des Aluminiumbleches.
Des Weiteren ist die Maßhaltigkeit in einer Operation bzgl.
der Abkantung verschlechtert.
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Ein
Verfahren zur Herstellung von rückfederungsarmen Halbschalen
ist in der
DE
10 2006 020 000 B3 beschrieben. Dabei werden Halbschalen
aus einem Metallblech in einem Tiefziehwerkzeug gezogen. Die Entspannung
der Halbschale zur Verbesserung der Rückfederungseigenschaft
wird durch das Anstauchen einer Ecke senkrecht zur Wand des tiefgezogenen
Bereichs des Bleches erreicht. Die überstehenden Flansche
werden anschließend mit einem Schergesenk abgeschnitten,
so dass eine Schnittfläche entsteht, die einen optimalen
I-Stoß für die nachträgliche Verschweißung
zweier Halbschalen gewährleistet. Hier umfasst ein geeignetes
Werkzeug im Wesentlichen einen Niederhalter und einen Stempel zur
Ausformung der Abkantung.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für ein Umformwerkzeug bzw. Herstellungsverfahren der eingangs
genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben,
die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass nach dem Umformvorgang,
wenn möglich in einem Arbeitsschritt, genau der gewünschte
Sollwinkel vorliegt.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen
Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Kerngedanke
der Erfindung ist somit das Überbiegen von Abkantungen
metallischer Pressteile unter Berücksichtigung des Rückspringmaßes.
Hierzu wird nach Herstellung der Abkantung im Umformwerkzeug in
einem weiteren Arbeitsschritt, wenn möglich durch das gleiche
Umformwerkzeug, die Abkantung über den Abkantwinkel hinaus überbogen. Nach Öffnen
des Umformwerkzeugs und Druckentlastung des Pressteils, springt
die überbogene Abkantung teilweise zurück, so
dass sich durch Überbiegen und Zurückspringen
der gewünschte Sollwinkel ergibt. Vorteilhaft ist die Ausprägung
der Abkantung mit gewünschtem Sollwinkel in einem Arbeitsschritt
und die hohe Maßhaltigkeit und Stabilität von metallischen
Pressteilen mit so hergestellten Abkantungen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile des Umformwerkzeugs ergeben sich aus der folgenden
detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
geöffnete Umformwerkzeug mit eingelegtem metallischen Pressteil,
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2 das
Umformwerkzeug bei geschlossenen Niederhaltern,
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3 das
Umformwerkzeug mit teilweise abgesenktem ersten Stempel,
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4 das
Umformwerkzeug mit vollständig abgesenktem ersten Stempel,
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5 das
Umformwerkzeug mit angehobenem zweiten Stempel,
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6 das
geöffnete Umformwerkzeug mit eingelegtem metallischen Pressteil
und Abkantungen.
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Entsprechend 1 umfasst
ein Umformwerkzeug 1 mehrere Niederhalter 2, 2', 3, 3',
einen ersten Stempel 4, im folgenden als oberer Stempel 4 oder
Abkantstempel 4 bezeichnet, einen gegenläufigen
zweiten Stempel 5, im folgenden als unterer Stempel 5 oder Überbiegestempel 5 bezeichnet,
eine Öffnung 6 zwischen den beiden Stempeln 4, 5 und Öffnungen 7, 7' zwischen
den Niederhaltern 2, 2', 3, 3'.
Es ist klar, dass die Stempel 4, 5 auch aus mehreren
Teilstempeln aufgebaut sein können. In 1 ist das
Werkzeug im geöffneten Zustand dargestellt.
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Die
dem oberen Stempel 4 zugeordneten Niederhalter 2, 2',
werden im folgenden auch als oberer linker Niederhalter 2 und
oberer rechter Niederhalter 2' bezeichnet und die dem unteren
Stempel 5 zugeordneten Niederhalter 3, 3' als
unterer linker Niederhalter 3 und unterer rechter Niederhalter 3'.
Es ist klar, dass mehr als zwei Niederhalter oder auch nur ein einziger
Niederhalter das obere und/oder untere Niederhalterelement ausformen
können.
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Dabei
bilden die unteren Niederhalter 3, 3' eine Matrize,
da sie das für die Abkantung formgebende Element darstellen.
In diesem Fall ist der Überbiegestempel 5 in der
Matrize versenkt und aus derselben ausfahrbar ausgestaltet.
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Die
unteren Niederhalter 3, 3' sind mit einem Abkantungsrand 10, 10' und
einem bezüglich des Abkantstempels 4 im Anschluss
an den Abkantungsrand 10, 10' beginnenden Hinterschnitt 11, 11' ausgestattet.
Der Überbiegestempel 5 ist mit einer Schulter 12, 12' und
einem verjüngten Abschnitt 13, 13' ausgeformt.
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Ein
in das Unformwerkzeug 1 eingelegtes Pressteil 20, 20' ragt
mit seinem zu kantenden Überstand 21, 21' in
einen Raum der Öffnung 6 zwischen den Stempeln 4, 5.
Die Niederhalter 2, 2', 3, 3' sind im
gezeigten Beispiel mit Profilierungen 22, 22', 23, 23' ausgeformt.
Die Profilierungen 22, 22', 23, 23' können
anders ausgeformt sein oder auch weggelassen werden. Denkbar ist
auch die Ausformung der Profilierungen durch die Niederhalter 2, 2', 3, 3' in
einem vorangehenden Umformschritt. In diesem Fall fungieren die
Niederhalter 2, 2', 3, 3' zum
einen als Stempel, die die jeweilige Profilierung erzeugen, und zum
anderen als Niederhalter für die nachfolgenden Umformprozesse.
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2 zeigt
das Umformwerkzeug 1 mit eingelegtem Pressteil 20 und
abgesenktem bzw. das Pressteil 20 fixierenden Niederhaltern 2, 2', 3, 3', nach
einem eventuell vorangegangenen Umformschritt zur Ausprägung
der Profilierung 22, 22', 23, 23' durch
die Niederhalter 2, 2', 3, 3'.
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Durch
Absenken des Abkantstempels 4, wie in 3 dargestellt,
wird der in den Zwischenraum 6 hineinragende Überstand 21, 21' des
Pressteils 20, 20' abgekantet. Dabei kann das
Absenken bzw. Eintauchen des Abkantstempels 4 auch durch
relative Bewegung der Niederhalter 2, 2', 3, 3' und
des Überbiegestempels 6 zum Abkantstempel 4 herbeigeführt werden.
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Der
Abkantstempel 4 wird, wie in 4 dargestellt,
vollständig abgesenkt, bis er mit dem Überbiegestempel 5 Kontakt
erhält. Dadurch bildet der Abkantstempel 4 mit
dem verjüngten Abschnitt 13, 13' des Überbiegestempels 5 eine
gemeinsame durchgehende Fläche 25, 25'.
Des Weiteren verbleibt ein Zwischenraum 26, 26' zwischen
den Stempeln 4, 5 und den Niederhaltern 3, 3',
aufgrund der Hinterschnitte 11, 11', der Verjüngung 13, 13' und
der Schultern 12, 12'. Öffnet man nach
diesem Arbeitsschritt das Umformwerkzeug 1 und entnimmt
das Pressteil 20, würde die Abkantung 21, 21' um
ein Rückspringmaß zurückspringen und
es würde sich ein vom Abkantwinkel abweichender Winkel
einstellen.
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Wie
nun in 5 abgebildet ist, wird durch relative Bewegung
der geschlossenen Niederhalter 2, 2', 3, 3' zu
den in Kontakt miteinander stehenden Stempeln 4, 5 der
verbleibende Zwischenraum 26, 26' durch die Schulter 12, 12' des Überbiegestempels 5 ausgefüllt.
Der gekantete Überstand 21, 21' gleitet,
geführt durch die Fläche 25, 25',
zur Schulter 12, 12' des Überbiegestempels 5 und
wird letztendlich durch Zusammenwirken der Schulter 12, 12' des Überbiegestempels 5 mit
dem Hinterschnitt 11, 11' des Niederhalters 3, 3' gemäß dem
durch Schulter 12, 12' und Hinterschnitt 11, 11' festgelegten Überbiegewinkel überbogen.
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Nach Öffnen
des Umformwerkzeuges 1, wie in 6 abgebildet
und gleichzeitigem, vorangegangenem oder nachfolgendem Zurückfahren
des Überbiegestempels 5 oder durch relative Bewegung
von Überbiegestempel 5 zu den Niederhaltern 2, 2' 3, 3' und
dem Abkantwinkel 4 springt bzw. federt der zunächst
gekantete und danach überbogene Überstand 21, 21' bzw.
die Abkantung 21, 21' teilweise zurück
und es stellt sich jetzt erst der gewünschte Abkantwinkel
ein. Ein bevorzugter Winkel ist dabei 90°. In dieser geöffneten
Stellung des Umformwerkzeuges 1 kann das fertig geformte
Pressteil 20, 20' über die Werkzeugöffnung 6 entnommen
werden.
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Die
Abkantung 21, 21' wird also unter Berücksichtigung
des Rückspringmaßes überbogen. Dieses
Rückspringmaß kann empirisch durch Probebiegungen
ermittelt werden oder, wenn vorhanden, aus Tabellenwerken entnommen
oder berechnet werden. Im Falle von Probebiegungen wird ein Pressteil 20, 20' über
den Sollwinkel hinaus, bis hin zum Überbiegewinkel überbogen.
Wenn möglich in zwei aufeinander folgenden Arbeitsschritten.
Nach Druckentlastung des Pressteils 20, 20' wird
der sich einstellende Winkel ermittelt. Stimmt dieser Winkel mit
dem Sollwinkel überein, hat man Überbiegewinkel
und Rückspringmaß gefunden. Diese sind in der Konstruktion
von Hinterschnitt 11, 11' und Schulter 12, 12' des
Umformwerkzeugs 1 zu berücksichtigen.
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Das
in den Figuren dargestellte Umformwerkzeug 1 erzeugt in
der offenbarten bevorzugten Ausführungsform Abkantungen 21, 21' innerhalb
einer Aussparung in einem Metallblech. Aufgrund seines Gewichts
wird bevorzugt Aluminiumblech verwendet. In diese Aussparung kann
in nachfolgenden Arbeitsschritten ein transparentes Bauteil eingesetzt werden,
wodurch z. B. ein transparentes Hebe-/Schiebedach in Leichtbauweise
entsteht. Die Abkantung 21, 21' kann dabei als
Flansch für die Montage von weiteren Bauteilen verwendet
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform, sind die Niederhalter 2, 2', 3, 3' und
der Abkantstempel 4 durch Federkräfte gesteuert,
während der Überbiegestempel 5 fest mit
einem Antrieb verbunden ist und die relative Bewegung der Elemente 2, 2', 3, 3', 4, 5 des
Umformwerkzeugs 1 zueinander induziert. Es ist aber auch
klar, dass jedes einzelne Element 2, 2', 3, 3', 4, 5 des
Umformwerkzeugs 1 davon abweichend auch auf andere Art
bewegt werden kann. Als Bewegungskräfte sind Federkräfte,
Druckkräfte und von einem Antrieb übertragene
Kräfte ebenso geeignet wie auch andere hier nicht aufgeführte.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den
Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können
sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination oder in Alleinstellung
für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen
Ausführungsformen wesentlich sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006020000
B3 [0005]