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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Biegeverfahren und eine Biegevorrichtung mit einem Biegestempel und einer eine Biegekante aufweisenden Matrize. Ebenso ist eine Verwendung des Biegeverfahrens Gegenstand der Erfindung.
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Es ist bekannt, Bleche mit Strukturelementen durch Falzen zu verbinden. Dabei werden die Kanten der Bleche um entsprechende Vorsprünge der Strukturelemente um ca. 180° umgebogen. Bei den üblichen Verfahren ist es notwendig, die Kanten der Bleche zunächst auf ca. 90° abzukanten und anschließend auf z. B. 120° bis 135° vorzufalzen, bevor die Bleche schließlich durch das eigentliche Falzen auf ca. 180° fest mit dem Strukturelement verbunden werden können. Für die Herstellung einer Falzverbindung werden jedenfalls mindestens drei Arbeitsschritte benötigt. Zudem werden für den Abkantschritt und den Vorfalzschritt zwei verschiedene Werkzeuge benötigt. Beim Falzen müssen die Bleche nicht zwangsläufig mit einem Strukturelement verbunden werden. Das Falzen kann auch zur Herstellung weniger scharfkantiger Bauteilkanten mit einem entsprechend verringerten Verletzungsrisiko dienen.
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In der
DE 102 23 637 B4 ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, mit dem Bleche überbogen, d. h. um einen Winkel von mehr als 90° abgekantet werden können. Damit soll in erster Linie einem Zurückfedern auf einen Winkel von weniger als 90° entgegengewirkt werden. Die dazu vorgeschlagene Vorrichtung zeichnet sich jedoch durch einen sehr komplexen Aufbau auf.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Biegeverfahren anzugeben, mit dem bei reduziertem Anlagen- und Kostenaufwand auf prozesssichere Weise Blechelemente mit überbogenen Abschnitten hergestellt werden können. Ebenso soll eine Biegevorrichtung zur Verfügung gestellt werden, mit der sich das Biegeverfahren durchführen lässt. Schließlich soll eine vorteilhafte Verwendung des Biegeverfahrens angegeben werden.
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Nach einer ersten Lehre der Erfindung wird diese Aufgabe verfahrensmäßig durch ein Biegeverfahren gelöst, bei welchem durch Zusammenfahren einer eine Biegekante aufweisenden Matrize und eines ein Schwenkelement aufweisenden Biegestempels das Schwenkelement mit einem Halteabschnitt eines zwischen der Matrize und dem Biegestempel angeordneten Bleches in Kontakt gebracht wird, das Schwenkelement durch den Kontakt mit dem Halteabschnitt des Bleches verschwenkt wird und durch das Schwenken des Schwenkelements ein Biegeabschnitt des Bleches um die Biegekante der Matrize gebogen wird.
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Das Zusammenfahren kann durch eine Bewegung des Biegestempels gegenüber einer feststehenden Matrize oder eine Bewegung der Matrize gegenüber einem feststehenden Biegestempel gewährleistet werden. Es ist aber ebenfalls denkbar, sowohl Matrize als auch Biegestempel relativ zueinander zu bewegen.
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Es hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren trotz der linearen Relativbewegung von Matrize und Biegestempel ein sehr weiches Umformen des Blechs ermöglicht wird. Das Risiko einer Rissbildung beim Biegen kann somit verringert werden. Vor allem werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch größere Biegewinkel in einem Arbeitsgang ermöglicht.
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Eine erste Ausgestaltung sieht vor, dass ein Kontaktabschnitt des Schwenkelementes mit dem Halteabschnitt des Bleches in Kontakt gebracht wird und durch das Schwenken des Schwenkelements mit einem Umformabschnitt des Schwenkelementes eine Kraft auf den Biegeabschnitt des Bleches ausgeübt wird, welche eine winklig zur Biegekante, in der Ebene des Halteabschnittes liegende Komponente aufweist. Auf diese Weise kann die für die Umformung des Bleches zur Verfügung stehende Kraft besser genutzt werden. Sie einem günstigeren Winkel an dem Biegeabschnitt an und lässt somit ein noch weicheres Umformen des Biegeabschnittes zu. Im Extremfall ist es auch denkbar, die Kraft in einer im Wesentlichen ausschließlich in einer zur Biegekante winkligen, in der Ebene des Halteabschnittes liegenden Richtung auf den Biegeabschnitt des Bleches auszuüben.
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In einer nächsten Weiterbildung des Biegeverfahrens wird der Kontaktabschnitt des Schwenkelementes während des Biegens auf dem Halteabschnitt des Bleches abgerollt. Durch die Abrollbewegung kann das Auftreten von Kratzern oder Druckstellen auf der Oberfläche des Halteabschnittes vermieden werden. Daher ist es denkbar, auch Bleche mit einer sehr empfindlichen, beispielsweise einer lackierten, verchromten und/oder hochglänzenden, Oberfläche mit Biegeverfahren zu biegen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird das Blech während des Biegens von einem Niederhalter an der Matrize gehalten. Auf diese Weise lässt sich eine Bewegung des Bleches während des Umformvorgangs verhindern, so dass die Maßhaltigkeit des gebogenen Bleches verbessert werden kann.
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Weiterbilden lässt sich das Verfahren ferner dadurch, dass der Biegeabschnitt des Bleches um einen Biegewinkel von mehr als 90°, mehr als 105°, mehr als 120°, bis zu 135° um die Biegekante gebogen wird. Bei einem Biegewinkel von mehr als 90° können auch bei einem zurückfedernden Blechmaterial Blechteile mit einer senkrechten Abkantung zur Verfügung gestellt werden. Ein Biegen um einen Biegewinkel von mehr als 105° ermöglicht es auf besonders einfache Weise, in dem gebildeten spitzen Winkel von 75° ein Strukturelement anzuordnen und dieses durch Falzen mit dem Blech zu verbinden. Mit einem Biegewinkel von mehr als 120° kann bei einem geringfügigen Einschränken des für das Anordnen eines Strukturelements benötigten Montageraums das nachfolgende Falzen deutlich vereinfacht werden. Indem der Biegewinkel auf weniger als 135° limitiert wird, lässt sich der für das Biegen benötigte Kraftaufwand auf ein praxisgerechtes Maß begrenzen.
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In einer nächsten Weiterbildung des Verfahrens wird ein Verbundblech, ein Vollblech oder ein Leichtblech gebogen.
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Verbundbleche sind mehrlagige Bleche, bei denen mindestens zwei Lagen aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Typischerweise werden beispielsweise Lagen aus Kunststoff mit Metalllagen kombiniert. Verbundbleche können bei gleicher Dicke zu Gewichtseinsparungen im Vergleich zu einem Vollblech führen.
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Als Verbundbleche kommen insbesondere solche Bleche in Frage, die aus zwei außen liegenden Deckblechen beispielsweise aus Stahl und einer diese verbindenden Schicht aus einem Kunststoff gefertigt sind. Die Dicke der Deckbleche beträgt beispielsweise 0,30 bis 2,00 mm; die Dicke der Schicht aus Kunststoff beispielsweise 0,05 bis 1,5 mm. Derartige Verbundbleche zeichnen sich durch eine besonders hohe Körperschalldämpfung aus. Als Leichtbleche werden Verbundblech bezeichnet, welche aus sehr dünnen beispielsweise Stahlblechen bestehen, die eine Kunststoffschicht einschließen. Die Dicken der Stahlbleche betragen 0,1 mm bis 0,3 mm. Als Kernschicht kann beispielsweise eine 0,05 mm bis 1,5 mm dicke Schicht aus beispielsweise thermoplastischem Kunststoff vorgesehen sein. Der thermoplastische Kunststoff zeichnet sich nicht nur durch eine gute Umformbarkeit, insbesondere bei höheren Temperaturen aus, sondern kann die Herstellung des Leichtblechs deutlich vereinfachen. Ein Leichtblech bietet bei sehr guter Steifigkeit vor allem Gewichtsvorteile.
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Durch die Verwendung eines Vollbleches können bei gleicher Materialstärke sehr hohe Biegesteifigkeiten erzielt werden.
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Ferner sieht eine Weiterbildung vor, dass nach dem Biegen des Biegeabschnittes des Bleches um einen ersten Biegewinkel der Biegeabschnitt des Bleches um einen zweiten Winkel zurückgebogen wird. Dadurch lassen sich in dem Blech durch das Biegen erzeugte Spannungen zumindest teilweise abbauen. Insbesondere kann einer zeitverzögerten Delamination im Übergangsbereich vom Halteabschnitt und Biegeabschnitt eines Verbundbleches entgegengewirkt werden. Unter einer zeitverzögerten Delamination wird dabei ein ungewolltes Trennen des inneren Deckbleches und/oder des äußeren Deckbleches des Verbundbleches von der das innere Deckblech und das äußere Deckblech verbindenden Kunststoffschicht verstanden, wobei dies nicht direkt beim Biegen erfolgen muss, sondern auch erst nach einer gewissen Zeit auftreten kann.
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Weiter sieht eine Ausgestaltung des Biegeverfahrens vor, dass das Blech gefalzt wird. Das Falzen erlaubt es einerseits aus dem Blech Bauteile mit abgerundeten und somit weniger verletzungsträchtigen Kanten herzustellen. Andererseits kann durch das Falzen das Blech mit weiteren Blechen und/oder Strukturelementen auf besonders einfache Weise verbunden werden, ohne dass dazu besondere Verbindungsmittel wie Nieten, Klebstoffe oder Lote benötigt werden. Die Kosten und der Arbeitsaufwand bei der Herstellung von Blechbauteilen lassen sich somit weiter reduzieren.
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Nach einer zweiten Lehre der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe in Bezug auf die Vorrichtung durch eine Biegevorrichtung zur Durchführung eines voranstehend genannten Verfahrens mit einem Biegestempel und einer eine Biegekante aufweisenden Matrize gelöst, wobei der Biegestempel ein schwenkbar gelagertes Schwenkelement mit einem Kontaktabschnitt und einem Umformabschnitt aufweist, das Schwenkelement durch Kontakt des Kontaktabschnittes mit einem Halteabschnitt eines zu biegenden Bleches verschwenkbar ist und, indem durch das Schwenken der Umformabschnitt eine Kraft auf den Biegeabschnitt des zu biegenden Bleches ausüben kann, welche eine winklig zur Biegekante, in der Ebene des Halteabschnittes liegende Komponente aufweist, der Biegeabschnitt des zu biegenden Bleches um die Biegekante der Matrize biegbar ist. Die Vorrichtung erlaubt es, die für die Umformung des Bleches zur Verfügung stehende Kraft besser zu nutzen. Sie kann in einem günstigeren Winkel an dem zu biegenden Biegeabschnitt angreifen, so dass ein weicheres Umformen gewährleistet werden kann.
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Eine erste Ausgestaltung sieht vor, dass der Kontaktabschnitt und der Umformabschnitt des Schwenkelements starr miteinander verbunden sind. Die starre Verbindung ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau der Vorrichtung und somit eine kostengünstige Vorrichtung. Zudem lässt sich durch die starre Verbindung des Kontaktabschnittes mit dem Umformabschnitt die Zuverlässigkeit der Vorrichtung und somit die Prozesssicherheit des Biegeverfahrens weiter erhöhen.
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Weiterbilden lässt sich die Vorrichtung ferner, indem das Schwenkelement mit einer Schwenkachse in dem Biegestempel gelagert ist. Auf diese Weise wird ein besonders einfacher Aufbau der Biegevorrichtung ermöglicht. Es ist denkbar, die Schwenkachse bezogen auf dem Biegestempel ortsfest oder bewegbar anzuordnen. Eine bewegbar angeordnete Schwenkachse ermöglicht einen einfachen Aufbau des Gesenks des Biegestempels, da dieser lediglich eine vertikale Bewegung durchführt. Die am Biegestempel ortsfest angeordnete Schwenkachse vereinfacht dagegen den Aufbau des Biegestempels selbst.
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Eine nächste Weiterbildung sieht vor, dass, indem die Schwenkachse in dem Biegestempel in Radialrichtung beweglich ist und das Schwenkelement von einem Führungselement, insbesondere an seiner Außenkontur, führbar ist, der Kontaktabschnitt des Schwenkelementes auf dem zu biegenden Blech abrollbar ist. Diese Ausgestaltung der Biegevorrichtung ermöglicht einen besonders oberflächenschonenden Biegevorgang, so dass auch Bleche mit empfindlichen Oberflächen gebogen werden können.
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Sofern in einer weiteren Ausgestaltung die Schwenkachse parallel zur Biegekante ausgerichtet ist, kann der Biegeabschnitt des Bleches zeitgleich über seine gesamte Breite gebogen werden.
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Ausgestalten lässt sich die Vorrichtung auch dadurch, dass die Biegevorrichtung einen Niederhalter aufweist. Dieser erlaubt es, den Halteabschnitt eines zu biegenden Bleches genau zu fixieren und somit eine besonders hohe Maßhaltigkeit im Hinblick auf das gebogene Blech zu erreichen.
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Weiter kann die Biegekante der Matrize mit einer entlang der Biegekante verlaufenden Ausnehmung versehen sein. Während des Biegens kommt es an der Innenseite des Bleches zwangsläufig zu einer Druckbelastung und an der Außenseite des Bleches zu einer korrespondierenden Zugbelastung. In der Ausnehmung kann Material des Bleches aufgenommen werden und somit die Druck- und Zugbelastungen verringert werden. Die Gefahr einer Rissbildung an der Außenseite kann demzufolge weiter reduziert werden. Beispielsweise kann Material des innen liegenden Deckbleches eines Verbundbleches im Übergangsbereich von Halteabschnitt zu Biegeabschnitt von der Ausnehmung aufgenommen und eine Delamination in diesem Bereich zwischen innen liegendem Deckblech und Kunststoffschicht und/oder zwischen Kunststoffschicht und außen liegendem Deckblech und Kunststoffschicht bewirkt werden. Dadurch kann das Risiko einer Rissbildung im außen liegenden Deckblech beim Falzen von Verbundblechen verringert werden.
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Weiter ausgestalten lässt sich die Biegevorrichtung dadurch, dass die Biegekante der Matrize auswechselbar ist. Die Biegevorrichtung kann somit einfach an unterschiedliche Biegeradien und unterschiedliche Biegewinkel angepasst werden. Ebenfalls können auf diese Weise sowohl Biegekanten mit einer entlang der Biegekante verlaufenden Ausnehmung als auch Biegekanten die keine solche Ausnehmung aufweisen, in derselben Biegevorrichtung verwendet werden.
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In Bezug auf die Verwendung wurde die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass das Biegeverfahren zur Herstellung eines Fahrzeugelements, insbesondere eines Stirnwandelementes und/oder Motorhaubenelementes verwendet wird.
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Im Weiteren soll die Erfindung anhand einer Zeichnung in Verbindung mit Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen Positionen;
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2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen Positionen;
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3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verwendung des Biegeverfahrens;
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4 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines weiteren, optionalen Schrittes des Biegeverfahrens.
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung mit einem Biegestempel 4 und einer Matrize 2 dargestellt. Der Biegestempel 4 weist ein Schwenkelement 3 mit einem Kontaktabschnitt 8 und einem starr mit dem Kontaktabschnitt 8 verbundenen Umformabschnitt 9 auf. In der 1a wird der Zustand der Biegevorrichtung zu Beginn des Biegevorgangs gezeigt. Ein Blech 6 wird mit seinem Halteabschnitt 5 von einem Niederhalter 10 so an der Matrize 2 gehalten, dass es mit seinem Biegeabschnitt 7 seitlich über die auswechselbare Biegekante 1 der Matrize 2 hinaus ragt. Bei dem gezeigten Blech 6 handelt es sich um ein Vollblech 6.
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Durch Zusammenfahren der Matrize 2 und des Biegestempels 4 wird der Kontaktabschnitt 8 des Schwenkelementes 3 mit dem Halteabschnitt 5 des Bleches 6 in Kontakt gebracht und das Schwenkelement 3 verschwenkt. In Folge des Schwenkens des Schwenkelements 3 wird der Biegeabschnitt 7 des Bleches 6 um einen Biegewinkel α von 130° um die Biegekante 1 der Matrize 2 gebogen.
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Das Schwenkelement 3 ist mit einer Schwenkachse 11 in dem Biegestempel 4 gelagert. Die Schwenkachse 11 ist dabei parallel zur Biegekante 1 ausgerichtet. Während des Schwenkens des Schwenkelements 3 kann sich die Schwenkachse 11 in dem Biegestempel 4 in Radialrichtung bewegen. Dabei wird das Schwenkelement 3 mit einem Führungselement 12 geführt, so dass der Kontaktabschnitt 8 des Schwenkelements 3 auf dem Halteabschnitt 5 des Bleches 6 abrollen kann. Die Oberfläche des Halteabschnittes 5 des Bleches 6 wird somit während des Biegens geschont. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Führungselement 12, mit dem die Rotationsbewegung des Schwenkelementes 3 mit der Translationsbewegung der Schwenkachse 11 gekoppelt wird, als Anschlag ausgebildet, der mit der Außenkontur 14 des Schwenkelementes 3 zusammenwirkt. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Arten der Kopplung beispielsweise über Zahnräder und Zahnstangen denkbar.
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Die Schwenkachse 11 kann jedoch auch, wie gestrichelt in der 1a angedeutet, bezogen auf den Biegestempel 4 ortsfest angeordnet werden und somit eine Biegevorrichtung mit einer erhöhten Steifigkeit zur Verfügung gestellt werden.
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2 zeigt die gleiche Biegevorrichtung wie 1, bei der die Matrize 2' allerdings eine Biegekante 1' mit einer entlang der Biegekante 1' verlaufenden Ausnehmung 14' aufweist. Der technische Effekt dieser Ausnehmung 14' beim Biegen wird anhand eines Verbundbleches 6' erläutert.
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Die äußeren Deckbleche 16', 17' des Verbundbleches 6' sind aus einem Stahlblech mit einer Dicke von 400 μm gefertigt und über eine mittlere, aus einem viskoelastischen Kunststoff bestehende Schicht 18' von 25 μm miteinander verbunden.
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Beim Biegen des Verbundbleches 6' kann Material vom inneren Deckblech 16' des Verbundbleches 6' in die Ausnehmung 14' fließen. Dadurch wird in dem Übergangsbereich von Halteabschnitt 5' und Biegeabschnitt 7' eine Delamination bewirkt. Mit anderen Worten wird das innere Deckblech 16' von der Kunststoffschicht 18', über die es mit dem äußeren Deckblech 17' verbunden war, getrennt. Infolge der Materialverdrängung in die Ausnehmung 14' hinein, reduziert sich die Zugbelastung auf das äußere Deckblech 17', so dass das Risiko des Auftretens von Rissen im äußeren Deckblech 17' nach dem Biegen reduziert ist. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Verbundblech 6' im Anschluss gefalzt wird.
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Eine erfindungsgemäße Verwendung des beanspruchten Biegeverfahrens wird in der 3 veranschaulicht. Diese zeigt einen Ausschnitt eines Fahrzeugelements 15'' in Form einer Motorhaube. Diese weist Verbundblech 6'' und ein Strukturelement 19'' auf. Der Biegeabschnitt 7'' des Verbundbleches 6'' wurde zunächst entsprechend der in 2 gezeigten Vorgehensweise um einen Biegewinkel von mehr als 90° gebogen und das innere Deckblech 16'' durch Delamination im Übergangsbereich von Halteabschnitt 5'' und Biegeabschnitt 7'' von der Kunststoffschicht 18'' getrennt. Im gebildeten spitzen Winkel des Verbundbleches 6'' wurde sodann ein Strukturelement 19'' angeordnet und im Anschluss durch Falzen des Verbundbleches 6'' dieses fest mit dem Strukturelement 19'' verbunden. Das äußere Deckblech 17'' weist auch nach der 180°-Falzung keine Risse auf.
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In der 4 wird eine Vorrichtung gezeigt, die das Zurückbiegen eines mit beispielsweise der in der 1 gezeigten Biegevorrichtung um einen Biegewinkel α''' gebogenen Biegeabschnitt 7''' eines Bleches 6''' um einen Biegewinkel β''' ermöglicht. Dabei handelt es sich im vorliegenden Fall um ein Verbundblech 6'''. Die Vorrichtung weist dazu einen Rahmen 20''' auf, mit dem der Winkel β''' vorgegeben wird, um den der Biegeabschnitt 7''' des Bleches 6''' zurückgebogen werden soll. Der Rahmen 20''' dient dabei gleichzeitig dazu das Blech 6''' am Maschinentisch 21''' zu halten. Grundsätzlich ist es allerdings auch möglich, für diese beiden Funktionen jeweils ein eigenes Vorrichtungselement vorzusehen. Weiter ist ein Stempel 22''' vorgesehen, mit dem die für das Biegen benötigte Kraft in das Blech 6''' eingeleitet wird. Der Stempel 22''' wird dabei entweder hydraulisch oder pneumatisch angetrieben. Ebenso ist es allerdings denkbar einen Elektromotor, z. B. beispielsweise einen Linearmotor, für diesen Zweck vorzusehen.
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Durch das Zurückbiegen um den Biegewinkel β''' werden die aus dem Biegen folgenden Spannungen zwischen dem innen liegenden Deckblech 16''' und dem außen liegenden Deckblech 17''' kompensiert. Das so bearbeitete Blech 6''' zeichnet sich somit durch eine deutlich geringere Neigung zur zeitverzögerten Delamination im Biegebereich aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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