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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum inkrementellen Umformen von Platinen und ein Baukastensystem, mit dem solche Vorrichtungen erstellt werden können, sowie ein entsprechendes Verfahren, mittels dessen unter Verwendung des Baukastensystems erfindungsgemäße Umformvorrichtungen erstellt werden können.
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Bei der wirtschaftlichen Herstellung von Blechteilen in kleinen Losgrößen hat sich erwiesen, dass die inkrementelle Blechumformung, die im Wesentlichen asymmetrisch erfolgt, aus ökonomischer Sicht günstiger ist als entsprechende Tiefziehverfahren. Die Umformwerkzeuge variieren dabei im Wesentlichen hinsichtlich der Beschaffenheit des Gegenwerkzeuges, der sogenannten Patrize, die dem umzuformenden Metallblech abstützend unterlegt wird. Bei der Ausführung der Patrize stehen sich Geometriegenauigkeit sowie Kosten und Flexibilität gegenüber.
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Das Verfahren der asymmetrischen inkrementellen Blechumformung (AIGU) mit kontinuierlichem Werkzeugkontakt wird grundlegend etwa in
Junk, S.: „Inkrementelle Blechumformung mit CNC-Werkzeugmaschinen: Verfahrensgrenzen und Umformstrategien." Dissertation, Universität des Saarlandes, Saarbrücken 2003 und in
Jeswiet, J.; Micari, F.; Hirt, G.; Bramley, A.; Duflou, J. & Allwood, J.: „Asymmetric Single Point Incremental Forming of Sheet Metal" CIRP ANNALS-Manufacturing Technology", 2005, dargelegt: Dort werden die ausgeführten Verfahrensvarianten in Bezug auf Art und Vorhandensein eines Gegenwerkzeuges, einer sogenannten Patrize, die dem umzuformenden Metallblech abstützend unterlegt wird, unterteilt. Grundsätzlich lassen sich durch eine verstärke und verbesserte Unterstützung durch ein Gegenwerkzeug bessere Formgenauigkeiten erzielen als ohne solche, was bei Verwendung von bisher bekannten Werkzeugen zu Lasten der Prozessflexibilität geht, da für jede neue Umformgeometrie eine neue Patrize zu erzeugen ist.
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Alternativ zu Vollpatrizen wurden bereits Teilpatrizen beschrieben, siehe Jadhav, S.: „Basic Investigations of the incremental sheet metal forming process an a CNC milling machine" Dissertation, Universität Dortmund, Shaker Verlag Aachen, 2004. Die Teilpatrizen sind wie ein Gerippe ausgeführt, das das umzuformende Bauteil lokal an instabilen Stellen unterstützt. Solche Teilpatrizen sind als Schweißkonstruktion einfacher herstellbar als eine Vollpatrize, jedoch ebenfalls an die Geometrie eines spezifischen Bauteiles gebunden. Teilpatrizen sind gezielt überbiegbar, so dass Geometrieabweichungen nachträglich in einem begrenzten Umfang korrigiert werden können, ohne die Patrize selbst aufwändig spanend bearbeiten zu müssen. Ferner können mit Teilpatrizen mittels einer mehrstufigen Umformung nahezu senkrechte Bauteilwände geschaffen werden, was mit einer Vollpatrize nicht gelingt.
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Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur inkrementellen Blechumformung ist aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 002 146 A1 bekannt: Um das umzuformende Metallblech bei der inkrementellen Blechumformung, insbesondere bei kompliziert auszuformenden Bauteilbereichen während des Umformprozesses gut zu unterstützen, wird dort eine Skelettpatrize beschrieben, die aus mehreren beabstandet zueinander angeordneten flächenhaften Blechschablonen erstellt ist, die in einem Blechhalter gehalten werden. Üblicherweise sind die Blechschablonen näherungsweise senkrecht zur Ebene des Blechhalters angeordnet. Die Erstellung einer neuen Umformgeometrie erfordert das Ausschneiden entsprechender, neuer Blechschablonen, die mittels eines CAD-Verfahrens aus Blechtafeln gefertigt werden.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ergibt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zum inkrementellen Umformen einer Metall-, Kunststoff-, Verbundwerkstoff oder einer, aus sonstigem umformbaren Material bestehende Platine zu einem Bauteil zu schaffen, die kostengünstig auf leichte Weise zu fertigen und variabel veränderbar ist. Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Weiter ergibt sich die Aufgabe der Schaffung einer vielfältig veränderbaren Vorrichtung zum inkrementellen Umformen von Platinen zu einem Bauteil. Diese Aufgabe wird durch ein Baukastensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
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Ferner ist es wünschenswert, ein Verfahren bereit zu stellen, mittels dessen auf einfache Weise flexibel veränderbare Vorrichtungen zum inkrementellen Umformen von Metallplatinen zu einem Bauteil erstellbar sind. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
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Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur inkrementellen Umformen einer Platine zu einem Bauteil umfasst eine Trägervorrichtung und eine auf dieser Trägervorrichtung befestigte Teilpatrize. Unter einer „Patrize” wird dabei hierin ein freistehendes konvexes Unterstützungselement nach Art eines Stempels verstanden, um oder über dem teilweise eine Blechplatine geformt wird, indem die Platine druckbeaufschlagt wird, was etwa mit einem Drückstichel geschehen kann. Dieses Unterstützungselement kann auch in der Form einer Kavität – im Folgenden dann Matrize genannt – realisiert werden.
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Die Teilpatrize wird aus mehreren länglichen Flachprofilen, aus mehreren Winkelprofilen und aus mehreren Gewindestangen errichtet, die jeweils durch Befestigungsstifte, respektive Gewindestifte (Schrauben) oder ähnliche Verbindungs- oder Spannelemente miteinander verbunden werden. Die Gewindestangen sind vorzugsweise wenigstens höhenverstellbar, können jedoch auch in weiteren Ausführungsformen hinsichtlich ihrer horizontalen Positionierung auf der Trägervorrichtung verschiebbar angeordnet sein. Grundsätzlich sind die Gewindestangen auf der Trägervorrichtung in einer vertikalen Orientierung angeordnet und sie markieren die Eckpunkte einer geometrischen Form des durch Umformung der Metallplatine zu fertigenden Bauteils.
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Jedes der Flachprofile weist mindestens ein Langloch auf, das sich innerhalb des Flachprofils von einem Ende in Richtung des anderen Endes erstreckt, wobei sich das Langloch nicht über die gesamte Länge des Flachprofils erstreckt, da am anderen Ende des Flachprofils eine Durchtrittsöffnung angeordnet ist, die, genau wie das Langloch, dazu vorgesehen ist, Befestigungsstifte wie Schrauben und andere geeignete Befestigungsmittel aufzunehmen. Jedes der Flachprofile ist über an beiden Enden angeordnete Winkelprofile mit jeweils zwei der auf der Trägervorrichtung angeordneten Gewindestangen befestigt. Das wird erreicht, indem ein erstes Verbindungselement durch das Langloch des Flachprofils geführt, justiert und dann an dem Winkelprofil befestigt wird. Ein zweites Verbindungselement wird durch die Durchtrittsöffnung des Flachprofils geführt und mit einem zweiten Winkelprofil verbunden, das entsprechend an der zweiten Gewindestange festgelegt ist. Die Anordnung der Flachprofile erfolgt dabei derart, dass die Flächen der Flachprofile vertikal positioniert sind. Die Winkelprofile sind so gestaltet, dass jedes der Winkelprofile an seinem oberen Ende mit jeweils wenigstens drei Flachprofilen verbindbar ist, wobei die Flachprofile jeweils zu drei beabstandeten Gewindestangen führen. Das Winkelprofil stellt insofern einen Eckverbinder dar. Insgesamt lässt sich die Kontur des umzuformenden Bauteils durch die Skelettstruktur der Patrize mit hoher Präzision abbilden, die, ähnlich einem Dachgerüst, eine partielle Unterstützung für die Umformung bildet.
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Die Gewindestangen können an ihrem oberen Ende ein Außengewinde aufweisen, das mit einem Innengewinde korrespondiert, das in der entsprechenden Aufnahmebohrung des Winkelprofils vorgesehen ist, so dass die Gewindestangen durch Verschrauben mit dem Winkelprofil verbunden werden können. Alternativ kann eine Mutter auf der Gewindestange auf die richtige Höhe eingestellt werden, um das Winkelprofil darauf abzulegen. Die Höhe des Profils ist dann unabhängig von der Drehung um die Gewindestange. Die Gewindestangen können zusätzlich beidseitig Außengewinde aufweisen, wobei die der Trägervorrichtung zugewandten unteren Außengewinde in entsprechende Aufnahmeöffnungen, die in der Trägervorrichtung vorliegen, mit Innengewinden für die Gewindestangen, durch Verschrauben in Eingriff bringbar und sogar höhenverstellbar sein können.
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Die Aufnahmevorrichtungen, die in der Trägervorrichtung vorgesehen sind, können dabei Bohrungen sein, es kann sich hierbei auch um Langlöcher handeln, so dass sich der Vorteil ergibt, dass die Gewindestangen nicht nur vertikal verstellbar, also höhenverstellbar, sondern auch in der horizontalen Ebene der Trägervorrichtung verschiebbar angeordnet sind. Hieraus resultiert, dass mit den vorliegenden Bauelementen auf der Trägervorrichtung vorteilhaft eine Patrize als skelettartiges Gerüst zur Abstützung einer umzuformenden Metallplatine errichtet werden kann, die jederzeit durch wenige Handgriffe oder gegebenenfalls automatisch hinsichtlich ihrer Form sowohl in der Trägervorrichtungsebene als auch hinsichtlich des Höhenprofils verändert werden kann, ohne das komplexe Werkzeugumrüstarbeiten auszuführen sind.
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Die Trägervorrichtung, auf der die erfindungsgemäße Patrize angeordnet ist, kann eine konventionelle Montageplatte sein, in der entsprechend der Eckpunkte eines oder mehrere mit dieser Montageplatte herzustellender Bauteilformen eine Anzahl von Aufnahmebohrungen für Gewindestangen vorgesehen ist. Vorteilhaft wird die Montageplatte auf Haltefüßen ruhen, damit die Höhenverstellbarkeit und die Handhabbarkeit der Gewindestangen erleichtert wird.
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Zur Erreichung einer leichteren Bauweise können statt der Montageplatte auch mehrere Profilelemente so zusammengefügt werden, dass sie etwa eine Kreuz- oder eine Sternform ergeben und dass die Aufnahmebohrungen jeweils in Flächen der Profilelemente angeordnet sind. Bevorzugt werden zur Realisierung dieser Bauform U-Profile, die mit ihrer Öffnung nach unten weisend auf einer Arbeitsfläche abgestellt werden können und die kreuz- oder sternförmig zusammengesteckt werden können, verwendet. Es ist dabei sogar denkbar, dass die Profilelemente oder U-Profile derart lösbar zusammengesteckt sind, dass unterschiedliche Geometrien durch die U-Profile fügbar sind. Die Aufnahmebohrungen liegen bei den U-Profilen in der Fläche vor, die der U-Profil-Öffnung entsprechend gegenüberliegt.
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Bei dem Winkelprofil handelt es sich vorteilhaft um ein Bauteil mit vertikaler länglicher Ausdehnung. Der vertikale Abschnitt des Winkelprofils wird in einer Ausführungsform durch zwei flache Plattenabschnitte gebildet, die winklig zueinander angeordnet sind. An ihrem unteren Ende sind die beiden flachen Plattenabschnitte an den Kanten einer horizontalen Plattenabschnittsfläche miteinander verbunden. An einem oberen Ende eines der flachen Plattenabschnitte ist ferner eine Lasche angeschnitten, die sich von der Seite der zwei flachen Plattenabschnitte weg erstreckt, die den Winkel einschließt. Ein derartiges Bauelement, mit dem speziellen Fall des rechten Winkels zwischen den beiden vertikalen, flachen Plattenabschnitten kann etwa erhalten werden, indem ein L-förmiges Blechteil ausgestanzt wird, dessen Schenkellängen gleich sind. Dann werden die Schenkel aus der horizontalen in die vertikale Lage nach oben gebogen, so dass nur das Verbindungseck in der Horizontalen bleibt. Im Zuschnitt ist die Lasche unmittelbar an einem der Schenkel, oder wenn andere Winkelprofile gestaltet werden sollen, an beiden Schenkeln vorzusehen. Weiter weisen die Plattenabschnitte in Höhe der Lasche, die am oberen Ende des vertikalen Abschnitts ist, Bohrungen auf, die die vorgenannten Befestigungsstifte aufnehmen, damit das Winkelprofil mit den entsprechenden drei Flachprofilen verbunden werden kann. In dem horizontalen Plattenabschnitt ist die Bohrung mit dem vorgenannten Innengewinde vorgesehen, durch die die Gewindestange geschraubt wird.
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Grundsätzlich ist es denkbar, dass zwei oder gar mehr Laschen an das Winkelelement angeschnitten sind, um entsprechend mehr Flachprofile zur Darstellung komplexerer Bauteilgeometrien aufzunehmen.
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In einer anderen Ausführungsform kann das Winkelelement in Differentialbauweise ausgeführt werden, wodurch eine höhere Flexibilität hinsichtlich der Einstellbarkeit der Geometrie erreicht werden kann. Hierzu werden die Laschen mit einem Verbindungselement, beispielsweise einer kurzen, angeschweißten Gewindestange versehen. Diese Gewindestange kann mittels zweier Muttern an einem Halteelement gekontert werden. Das Halteelement weist dazu mehrere Langlöcher auf, um die Aufnahmeposition der Laschen flexibel einstellen zu können. Somit ist eine genauere und flexiblere Positionierung der Laschen hinsichtlich der ihrer relativen Ausrichtung zueinander möglich.
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Die Gewindestangen können manuell auf der Trägervorrichtung eingerichtet, justiert und verstellt werden, es ist jedoch auch denkbar, dass in einer Ausführungsform pneumatische oder hydraulische Verstellmittel zur Höhenverstellung der Gewindestangen vorgesehen sind. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Horizontalverstellung der Gewindestangen auf der Trägervorrichtung mittels solcher pneumatischer, hydraulischer oder anderer geeigneter Verstellmittel erfolgt.
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Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem oder mehreren Aktuatoren ausgestattet sein. Dabei wird unter einem Aktuator ein Element aus der Antriebstechnik verstanden, das eine Bewegung erzeugt und das ein elektronisches Signal wie etwa einen von einem Steuerungscomputer ausgehenden Befehl in mechanische Bewegung umsetzt.
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Vorliegend ist der Aktuator mit der pneumatischen oder mit der hydraulischen oder anderen geeigneten Verstellvorrichtung und mit einem Steuerungscomputer kommunikativ oder elektronisch gekoppelt, der eine Datenspeichereinheit für Bauteilgeometriedaten aufweist. So kann, wenn die Umformvorrichtung zur Darstellung einer veränderten Bauteilgeometrie umgerüstet werden muss, eine solche Umrüstung automatisch erfolgen, indem die Bauteilgeometriedaten von dem Steuerungscomputer an den Aktuator übermittelt werden, der operativ mit der pneumatischen oder hydraulischen oder anderen Verstellvorrichtungen gekoppelt ist, so dass die Verstellung oder eine Nachjustierung der Patrize automatisiert erfolgt.
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Vorteilhaft können die vorgenannten Bauteile zum Errichten einer Vorrichtung zum inkrementellen Umformen einer Metallplatine zu einem Bauteil in Form eines Baukastensystem zusammengestellt werden, so dass, bei Vorliegen einer Anzahl von Flachprofilen unterschiedlicher Formlängen, eine Vielzahl von Bauteilgeometrien mit einem einzigen Bausatz errichtet werden kann. Ferner wird durch das Baukastensystem zugleich die Variabilität der Umformkonturen gesteigert und es wird eine Vereinfachung der dazu benötigten Mittel erreicht.
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Um daher die erfindungsgemäßen Teilpatrizen mittels Flachprofilen, den Winkelprofilen, den höhenverstellbaren Gewindestangen und den Befestigungsstiften des Baukastens herzustellen, werden zunächst die Gewindestangen vertikal auf der Trägervorrichtung angeordnet und ausgerichtet, wobei die Anordnung und Ausrichtung den Eckpunkten einer geometrischen Grundform des Bauteils und dem Zielhöhenprofil des Bauteils entspricht. So dann werden Flachprofile über die an beiden Enden angeordneten Winkelprofile mit den Gewindestangen verbunden, indem die Befestigungsstifte durch im Flachprofil vorgesehenen Durchtrittsöffnungen bzw. das Langloch und die Bohrung, geführt werden. Die Anordnung der Flachprofile ist dabei derart, dass die Flächen vertikal ausgerichtet sind. Das Winkelprofil verbindet dabei wenigstens drei Flachprofile, von denen wenigstens eins in eine andere Ebene weist als die anderen.
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Wenn die Vorrichtung mit einem Steuerungscomputer und mindestens einem Aktuator ausgestattet ist, so kann, alternativ zu einer händischen Umrüstung des Werkzeugs, ein Umbau für die Fertigung von Bauteilen mit einer veränderten Bauteilsgeometrie erfolgen, indem die Bauteilgeometriedaten von dem Steuerungscomputer, der eine entsprechende Datenspeichereinheit mit Bauteilgeometriedaten enthält, diese an einen Aktuator übermittelt werden, der mit der pneumatischen oder hydraulischen Verstellvorrichtung operativ verbunden ist. Der Aktuator erhält Informationen von dem Steuerungscomputer hinsichtlich der geänderten Bauteilgeometrie und setzt diese durch die operative Verbindung mit der pneumatischen oder hydraulischen Verstellvorrichtung über das Verstellen der Gewindestangen in der Vertikalen oder in der Horizontalen auf der Trägervorrichtung um. Durch die Bereitstellung der Langlöcher in den Flachprofilen sind dabei nahezu beliebige Winkel der Flachprofile zueinander herstellbar.
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Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren weiter verdeutlicht.
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Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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Dabei zeigt:
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1 eine perspektivische Draufsicht auf eine Anordnung von Bauteilen zur Errichtung einer Patrize, noch nicht aneinander festgelegt,
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2 eine perspektivische Ansicht eines Winkelprofils von der Seite,
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3 eine Draufsicht auf das Winkelprofil aus 2,
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4 eine perspektivische Draufsicht auf eine pyramidale Patrizenform mit angedeutetem, in der Umformung begriffenem Bauteil,
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5 eine Seitenansicht des Gegenstands aus 4,
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6 eine Seitenansicht einer Patrize zur Darstellung einer weiteren pyramidalen Bauteilform,
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7 eine perspektivische Draufsicht auf eine Patrize zur Darstellung einer konkaven Bauteilsform mit rechteckiger Grundform,
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8 eine Seitenansicht des Gegenstands aus 7.
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9 eine perspektivische Ansicht des Winkelprofils in Differentialbauweise zur flexiblen Einstellung der relativen Position und Ausrichtung der Haltelaschen.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum inkrementellen Umformen einer Platine, die aus Metall oder einem anderen geeigneten Werkstoff sein kann, zu einem Bauteil umfasst eine Trägervorrichtung, auf der eine Teilpatrize angeordnet ist. Die Teilpatrize wird dabei erfindungsgemäße aus einer Anzahl länglicher Flachprofile, Winkelprofile, höhenverstellbaren Gewindestangen und Befestigungsstiften errichtet, wie gezeigt in 1 und 3 bis 8.
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Entsprechend der geometrischen Grundform des Bauteils werden dabei die Gewindestangen auf der Trägervorrichtung angeordnet. Die Gewindestangen können mit einer dem Zielhöhenprofil des Bauteils entsprechenden Höhe eingestellt werden; grundsätzlich wird das Zielhöhenprofil jedoch über Laschen der erfindungsgemäßen Winkelprofile, an denen das umzuformende Material aufliegt, hergestellt.
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Wie 1 zeigt, kann es sich bei der Trägervorrichtung um eine herkömmliche Montageplatte 2 handeln, die auf Haltefüßen 5 angeordnet ist. Durch die Haltefüße 5 erhält die Montageplatte 2 eine Beabstandung zum Untergrund, so dass die Gewindestangen 3, die in der beispielhaft gezeigten Patrize aus 1 ein Bauteil mit rechteckigem Grundschnitt abstützen sollen, an den entsprechenden Eckpunkten des vorgesehenen Bauteils in Aufnahmeöffnungen der Montageplatte 2 vertikal ausgerichtet eingeschraubt werden können. Wie zu sehen ist, sind die Gewindestangen 3 so angeordnet, dass vier Gewindestangen 3, die die Eckpunkte einer ersten rechteckigen Grundfläche markieren, eine niedrigere Höhe aufweisen, als vier Gewindestangen 3, die die Eckpunkte eines zweiten Rechtecks innerhalb des ersten Rechtecks markieren: So wird, nachdem über Winkelprofile 20 die vier Flachprofile 1 am oberen Ende der äußeren Gewindestangen 3 angeordnet worden sind, und nachdem vier weitere Flachprofile 1 an den höher liegenden oberen Enden der inneren Gewindestangen 3 angeordnet worden sind, und nachdem ferner erfindungsgemäß die Eckpunkte des unteren Rechtecks durch Flachprofile 1 mit den Eckpunkten des oberen Rechtecks ebenfalls an den Gewindestangen 3 verbunden worden sind, eine Patrizenform realisiert, die es erlaubt, eine Platine zu einem konvexen Bauteil inkrementell umzuformen. Dies wird erreicht, indem Druckbeaufschlagung mittels eines Drückstichels, der etwa in 4 gezeigt ist, erfolgt.
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Die Gestaltung des Flachprofils 1 ist derart, dass unabhängig von der Flachprofillänge dieses zum einen mindestens ein Langloch 1' aufweist, das sich von einem ersten Ende des Flachprofils 1 in Richtung des zweiten Endes erstreckt, jedoch nicht über die gesamte Länge des Flachprofils 1. Und nahe seinem zweiten Ende des Flachprofils 1 weist dieses eine weitere Durchtrittsöffnung 1'' auf. Durch die Bereitstellung des Langlochs 1' wird eine hohe Flexibilität bei der Errichtung von Patrizen erreicht: Zum einen können Beabstandungen zweier Gewindestangen 3 voneinander variiert werden, zum anderen können Flachprofile 1, die aus der Trägerebene heraus weisen, mit nahezu beliebigen Neigungswinkeln eingestellt werden.
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So ist es etwa möglich, auch Bauteile mit sehr steilen Wandungen in mehreren Stufen umzufertigen, indem in mehreren Umformstufen die Flachprofile, die eine untere Flachprofilebene mit einer oberen Flachprofilebene verbinden, vergrößert werden, bis eine Wandung mit gewünschter Steilheit erreicht ist.
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Die Verstellbarkeit der erfindungsgemäßen Patrize wird insbesondere durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Winkelprofile 20, siehe 2 und 3, ermöglicht. Die dort gezeigte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Winkelprofils 20 zeigt, dass dieses Bauteil eine vertikale längliche Ausdehnung hat, wobei der vertikale Abschnitt durch zwei flache Plattenabschnitte 22, 23 gebildet ist. Diese stehen hier in einem rechten Winkel zueinander und sind an einem unteren Ende durch zwei Kanten eines horizontalen Plattenabschnitts 21 verbunden. Grundsätzlich können auch andere als rechte Winkel zwischen den Plattenabschnitten liegen; dies hängt von der zu gestaltenden Bauteilform ab.
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Zur variablen Einstellung der Winkel kann das Winkelprofil 20' auch gemäß der in 9 gezeigten Darstellung als sogenanntes Differentialelement gestaltet sein; die Längs- und die Plattenabschnitte 22, 23, 21 können dabei einen einstellbaren Winkel bilden, indem die flachen Längsplattenabschnitte 23, 22 mittels eines Befestigungselementes, hier mittels eines angeschweißten Gewindeelements 25 an dem horizontalen Plattenabschnitt 21 miteinander verbunden sind. Auf diesem horizontalen Plattenabschnitt 21 sind Langlöcher 26 eingebracht, die eine Feinjustierung der Plattenabschnitte 22, 23 zueinander erlaubt. Zudem können die relative Höhe und winklige Ausrichtung zueinander vor der mechanischen Verbindung eingestellt werden.
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An dem oberen Ende des einen flachen Plattenabschnitts 23 der Winkelelemente 20, 20' ist ferner eine Lasche 24 angeschnitten, die sich von der Seite der zwei flachen Plattenabschnitte 22, 23 weg erstreckt, die den Winkel, der im gezeigten Beispiel ein rechter Winkel ist, einschließen. Am oberen Ende jedes der Plattenabschnitte 22, 23 sowie in der Lasche 24 sind Bohrungen 22', 23', 24' untergebracht, die der Aufnahme von Befestigungsstiften 4, siehe etwa 4, dienen.
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Bei diesen Befestigungsstiften kann es sich vorteilhaft um Schrauben handeln, die entsprechend durch Muttern gekontert werden können.
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Die Bohrungen an der oberen Seite des vertikalen länglichen Winkelprofilbauteils dienen der Befestigung von Flachprofilen 1, siehe etwa 1, 4, 5, 6, 7 und 8, wohingegen die in dem horizontalen Plattenabschnitt 21 vorgesehene Bohrung 21' der Aufnahme einer Gewindestange 3, siehe 1 und weitere, dient. Vorteilhaft weist der horizontale Plattenabschnitt 21 eine Bohrung 21' mit Innengewinde auf, die auf ein Außengewinde am oberen Ende der Gewindestange 3 abgestimmt ist, so dass die Gewindestange auf einfache Weise in das Winkelprofil 20 verstellbar eingeschraubt werden kann.
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Alternativ kann die Höheneinstellung auch durch zwei Muttern erfolgen, zwischen denen die Winkelprofile 20, 20' gekontert werden.
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Vorteilhaft weisen die Gewindestangen 3 auch an ihrem unteren Ende ein Gewinde auf, das in entsprechende Aufnahmeöffnungen der Trägervorrichtung eingeschraubt werden kann. Vorliegend sind in den Figuren die Aufnahmeöffnungen als Bohrungen 3' ausgeführt, siehe etwa 4, grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, zur Bereitstellung einer Horizontalverschiebung der Gewindestangen 3 auf der Trägervorrichtung Langlöcher vorzusehen, in denen die Gewindestangen durch entsprechende, gegebenenfalls beidseitig der Trägervorrichtung anzuordnende Muttern befestigt werden können. Alternativ ist auch hier eine Konterverbindung, wie in Bezug auf das Winkelprofil ausgeführt, möglich.
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Wie ferner aus 4 deutlich wird, kann statt einer Montageplatte 2, siehe 1, die Trägervorrichtung auch aus mehreren zusammengesteckten Profilelementen gestaltet werden. Damit wird ein leichtes Trägervorrichtungsbauteil erhalten, das, wenn die Profilelemente lösbar zusammengesteckt sind, entsprechend demontierbar ist und damit kompakt verwahrt werden kann.
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Derartige Profilelemente können kreuz- oder sternförmig oder auf andere geeignete Weise entsprechend der geometrischen Grundform des zu fertigenden Bauteils beziehungsweise entsprechenden Bauteilarten zusammengesteckt werden. In 4 bis 8 sind jeweils vier kreuzförmig zusammengesteckte U-Profile 12 gezeigt, die an den Schnittstellen auf entsprechend geeignete Weise angespitzt sind. Wie zu sehen ist, weist die U-Form mit der Öffnung nach unten, so dass analog zu der Gestaltung mit Montageplatte und Füßen, eine Beabstandung von der Auflagefläche, auf der die Trägervorrichtung angeordnet wird, erreicht wird. Dies dient der Handhabbarkeit und der Verstellbarkeit der Gewindestangen, die auf der Trägervorrichtung befestigt werden.
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Entsprechend der geometrischen Bauformen wird entweder auf der Montageplatte oder durch die Gestaltung der U-Profile ein Muster an Aufnahmeöffnungen bereitgestellt, das geeigneter Weise so gestaltet ist, dass mit einer einzigen Trägervorrichtung eine Vielzahl unterschiedlich großer Bauteile unterschiedlich geformter Bauteile errichtet werden kann. Figurativ nicht dargestellt ist, dass die Verstellung der Gewindestangen in den Aufnahmeöffnungen pneumatisch oder hydraulisch erfolgen kann, um ein leichtes und präzises Verändern oder Nachjustieren der Patrize zu erreichen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Darstellung von Patrizen, die nahezu beliebige Bauteilkonturen aus Metallplatinen inkrementell umformen lassen. Beispiele sind in 4 bis 8 angedeutet; die Bauteile 30 sind dort als Teilschnitte angedeutet.
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Während mit den in 4 und 5 gezeigten Patrizen einfache Pyramidenformen realisiert werden können, zeigt 6 eine komplexere, im Wesentlichen pyramidale konvexe Form, bei der die zwei gezeigten geneigten Abschnitte des Bauteils unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen. Wie aus 6 sehr deutlich wird, lassen sich diese unterschiedlichen Neigungswinkel der erfindungsgemäßen Patrize sehr leicht darstellen, da die mit ihren Flächen vertikal positionierten Flachprofile 1, die zur Erreichung der Neigung erforderlich sind, durch die Bereitstellung der Langlöcher 1' mit den geeigneten Winkeln montiert werden können.
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Wie auch aus 6 deutlich wird, ist das zuvorderst liegende Flachprofil 1 mit einer Seite an einer Gewindestange 3 größerer Höhe und mit der anderen Seite über die Durchtrittsöffnung 1'' mit einer Gewindestange 3, die auf niedrigeres Niveau eingestellt ist, verbunden. Wie zu sehen ist, sind die Winkelprofile 20 jeweils an den oberen Enden der auf verschiedene Höhen eingestellten Gewindestangen 3 befestigt.
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Der in 4 bis 8 angedeutete Drückstichel 40 ist das entsprechende Werkzeug, das mit der als Gegenwerkzeug wirkenden Vorrichtung zum inkrementellen Umformen entsprechend der vorliegenden Erfindung zusammenwirkt.
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In 7 und 8 wird beispielhaft ferner gezeigt, dass selbstverständlich auch konkave Formen darstellbar sind, in diesem Fall sind die innen liegenden Eckpunkte tiefer eingestellt als die äußeren.
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Die erfindungsgemäße Patrize kann mit einer entsprechenden Trägervorrichtung vorteilhaft als Baukastensystem zusammengestellt werden. Dazu ist es lediglich erforderlich, eine Anzahl von länglichen Flachprofilen, Winkelprofilen, Höhenverstellbaren Gewindestangen und Befestigungsstiften im Set entweder mit einer Montageplatte oder entsprechenden, zusammensteckbaren Trägerprofilen anzuordnen. Es ist hierzu vorteilhaft, wenn entsprechend der zu fertigenden Bauteile Flachprofile unterschiedlicher Längen und gegebenenfalls auch Gewindestangen unterschiedlicher Höhen in dem Baukastensystem bereitgestellt werden. So ist es möglich, nahezu jede Bauteilkontur durch die skelettartige Patrizenform abzubilden und diese als unterstützendes Gegenwerkzeug zur Umformung einer Metallplatine zu einem entsprechenden Bauteil zu verwenden.
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Grundsätzlich ist es ferner möglich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung einen oder mehrere Aktuatoren aufweist, die, wenn die Gewindestangen pneumatisch oder hydraulisch verstellbar sind, mit der entsprechenden Verstellvorrichtung zusammenwirken können. Eine weitere, in diesem Fall kommunikative Kopplung mit einem Steuerungscomputer, der über entsprechende Bauteilgeometriedaten verfügt, ermöglicht, dass die Umrüstung des erfindungsgemäßen Gegenwerkzeugs nahezu vollautomatisiert ausgeführt werden kann. Damit werden Standzeiten der Maschinen verringert und die Fertigungsökonomie wird verbessert.
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Das erfindungsgemäße Baukastensystem reduziert vorteilhaft weiter Lagerhaltungskosten, da nicht für jede zu fertigende Bauteilform eine eigene Patrize benötigt wird, sondern da vielmehr aus dem bereitgestellten Baukasten die benötigten Teile entnommen und zu einer gewünschten Patrize montiert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006002146 A1 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Junk, S.: „Inkrementelle Blechumformung mit CNC-Werkzeugmaschinen: Verfahrensgrenzen und Umformstrategien.” Dissertation, Universität des Saarlandes, Saarbrücken 2003 [0003]
- Jeswiet, J.; Micari, F.; Hirt, G.; Bramley, A.; Duflou, J. & Allwood, J.: „Asymmetric Single Point Incremental Forming of Sheet Metal” CIRP ANNALS-Manufacturing Technology”, 2005 [0003]
- Jadhav, S.: „Basic Investigations of the incremental sheet metal forming process an a CNC milling machine” Dissertation, Universität Dortmund, Shaker Verlag Aachen, 2004 [0004]
