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Die Erfindung betrifft eine Pressenvorrichtung zur Herstellung eines schalenförmigen Bauteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, ein diesbezügliches Herstellungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 5 sowie ein schalenförmige Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 8.
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Schalenförmige Bauteile können durch ein Verfahren gemäß
DE 199 01 304 A1 zum Bearbeiten von Werkstücken in einer Anzahl von Stationen eines Presswerkzeugs hergestellt werden. Die Werkzeuge des beschriebenen Presswerkzeugs arbeiten in vertikaler oder horizontaler Richtung. Dabei wird ein tiefgezogenes Bauteil aus einer Platine hergestellt und in nachfolgenden Verfahrensschritten, beispielsweise durch Beschneiden, weiter bearbeitet. Dort werden die herzustellenden Bauteile von einer Presse in einem einzelnen Hub tiefgezogen und die gesamte mögliche Ziehtiefe von mehr als 150 mm ausgeschöpft. Mit zunehmender Ziehtiefe verlängert sich die Fertigungszeit. Das Maß der Ziehtiefe wird in dem bekannten Verfahren größer ausgelegt als die Zieltiefe des fertigen Bauteils, um bei der Fertigung durch Beschneiden, beispielsweise mit Schiebermessern, das Endmaß des Bauteils herzustellen. Aufgrund der großen Ziehtiefe können insbesondere bei komplexen Bauteilkonstruktionen Auffaltungen oder gar Reißer auftreten, die die Prozesssicherheit der Herstellung zumindest einschränken. Während des Herstellungsverfahrens werden die tiefgezogenen bzw. weiter bearbeiteten Bauteile von Robotern aufgenommen und der jeweils nächsten Arbeitsstation zugeführt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ergibt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, schalenförmige Bauteile unter verringerter Fertigungszeit bei verbesserter Prozesssicherheit zu schaffen. Des Weiteren soll ein entsprechendes Verfahren angegeben werden, mit dem diese Bauteile problemlos und kostengünstig herstellbar sind. Schließlich soll ein Bauteil bereit gestellt werden, das mit dem Verfahren bzw. mittels der Vorrichtung hergestellt werden kann und das besser fügbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 hinsichtlich der Vorrichtung, durch die Merkmale des Anspruches 5 hinsichtlich des Verfahrens und durch die Merkmale des Anspruches 8 hinsichtlich des Bauteils gelöst.
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Die Erfindung stellt eine Pressenvorrichtung zur Herstellung eines schalenförmigen Bauteils bereit, die durch eine Transferpresse gebildet ist, die eine Tiefziehpresse mit wenigstens einem Niederhalter, einem Ziehstempel und einer Matrize beinhaltet. Des Weiteren umfasst die Transferpresse eine Schneidvorrichtung und eine Abkantvorrichtung, die in aufeinander folgenden Arbeitsstationen der Transferpresse eingesetzt sind. Wesentlich ist, dass die Matrizentiefe geringer ist als die Zieltiefe des fertig geformten schalenförmigen Bauteils.
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In der Transferpresse ist eine Schneidmatrize der Schneidvorrichtung vertikal verfahrbar. Die Schneidvorrichtung weist einen Niederhalter mit einer Ziehflanschanlagefläche auf, die nur einen Teilabschnitt des Ziehflansches des aus der Tiefziehpresse hervorgegangenen vorgeformten Bauteils mit einer Breite abstützt, die der Differenz zwischen der Matrizentiefe der Ziehpresse und der Tiefe (Zieltiefe) des fertig geformten schalenförmigen Bauteils entspricht. Dabei ist ein Arbeitshub der Schneidvorrichtung gleich oder entgegen gesetzt zum Pressenhub der Tiefziehpresse gerichtet ausführbar.
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Die Angaben ”vertikal” und ”horizontal” werden in der vorliegenden Beschreibung generell in Bezug auf die Ebene der eingesetzten Platine verwendet, die zum schalenförmigen Bauteil verarbeitet wird.
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Dadurch, dass die Schneidmatrize vertikal verfahrbar ist und ihr Hub in der gleichen oder entgegen gesetzten Richtung zum Pressenhub der Tiefziehpresse gerichtet ist, kann die erfindungsgemäße Transferpresse gegenüber einer Vorrichtung mit Robotertechnik mechanisch einfacher aufgebaut werden. Da nur Arbeitshübe vertikal zur eingesetzten Platine ausgeführt werden, ist eine kürzere Taktung möglich. Die Taktung wird erfindungsgemäß dadurch weiter verkürzt, dass die Matrizentiefe in der Tiefziehpresse geringer als die Zieltiefe des schalenförmigen Bauteils ist, was die Fertigungszeit verringert.
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Die Abkantvorrichtung ist bezüglich des Tiefziehpressenhubes gegenläufig verfahrbar, wobei der Randstreifen des Bleches, der nach dem Beschnitt mittels der Schneidvorrichtung den Teilabschnitt des Ziehflansches bildet, aufgestellt wird, wodurch die Zieltiefe des Bauteils erreicht wird.
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Die Transferpresse weist daher gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass sich mit ihr schalenförmige Bauteile in einer kürzeren Taktung und mit höherer Ausbringung von Parallel-Bauteilen herstellen lassen. Demgegenüber werden im Stand der Technik, insbesondere für das Beschneiden einer tiefgezogenen Platine, horizontale Arbeitshübe zur Bewegung von Schneidwerkzeugen benötigt. Da schalenförmige Bauteile herkömmlicher Weise hergestellt werden, indem eine Platine über die Zieltiefe des fertigen Bauteils hinaus tiefgezogen wird, kann der Beschnitt auf das Endmaß nur von der Seite her, das heißt, in horizontaler Richtung bezogen auf die Platine, erfolgen. Hierzu sind entsprechende Presswerkzeuge notwendig, die in der Fertigungsanlage mehr Platz benötigen als vertikal wirkende Pressen.
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In Weiterbildung der Transferpresse weist die Abkantvorrichtung wenigstens einen Abkantbacken auf, der zumindest teilweise mit einer Wellenkontur versehen ist. Während herkömmlicher Weise beim Abkanten in Abhängigkeit von der Länge des Ziehflansches, von dem Bauteilmaterial und von dem umzusetzenden Radius der Bauteilkontur zumindest in Randbereichen eines schalenförmigen Bauteils Auffaltungen des Bauteilmaterials entstehen, die aufwendig nachbearbeitet werden müssen, werden durch die Wellenkontur des einen Abkantbackens in den kritischen Randbereichen des schalenförmigen Bauteils definierte Ausformungen erhalten, welche genügend Material verbrauchen, um solche Auffaltungen zu verhindern.
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Vorteilhaft liegt die Wellenkontur zumindest an einem Abschnitt des oder der Abkantbacken vor, an dem die tiefgezogene Platine mit einem Abschnitt, der einen engen Radius des Bauteils bildet, anliegt. Da die vorstehend beschriebenen Auffaltungen insbesondere in Abschnitten des Bauteils auftreten, die einen engen Radius haben, ist eine solche Wellenkontur an den engen Radien des Abkantbackens zweckmäßig, um die Auffaltungen zu verhindern.
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Eine Vorrichtung mit nur einem Abkantbacken ergibt sich, wenn der Abkantbacken umlaufend um einen Abkantstempel der Abkantvorrichtung angeordnet ist. Abhängig von der Größe und Form des herzustellenden schalenförmigen Bauteils kann es technisch zweckmäßig sein, mehr als einen Abkantbacken vorzusehen. Der eine oder die mehreren Abkantbacken sind umlaufend um den Abkantstempel angeordnet, um den Ziehflansch der tiefgezogenen Platine vollumfänglich abzukanten.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung schalenförmige Bauteile, das die vorstehend beschriebene Pressenvorrichtung in Form einer Transferpresse verwendet. Das Verfahren umfasst zunächst das Positionieren der Platine in der Tiefziehpresse und das Ausführen eines Tiefziehvorgangs. Dabei wird die tiefgezogene Platine mit dem Ziehflansch gebildet, wobei die Ziehtiefe geringer ist als die Zieltiefe des fertig geformten schalenförmigen Bauteils. Anschließend wird die tiefgezogene Platine in die Schneidvorrichtung transferiert und ein Schneidvorgang durch vertikales Verfahren der Schneidmatrize ausgeführt. Dabei wird die Schneidbewegung in der gleichen oder entgegengesetzten Richtung wie die Tiefziehbewegung ausgeführt. Es verbleibt ein Randstreifen des Ziehflansches an der tiefgezogenen Platine, der eine Breite aufweist, die der Differenz zwischen Ziehtiefe und Zieltiefe des fertig geformten Bauteils entspricht.
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Als weiterer Schritt erfolgt das Transferieren der beschnittenen tiefgezogenen Platine in die Abkantvorrichtung und Ausführen des Abkantvorgangs. Hierbei wird die Zieltiefe erreicht. Anschließend erfolgt die Entnahme des schalenförmigen Bauteils aus der Transferpresse.
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Im Tiefziehvorgang wird die Ziehtiefe der Platine durch die reduzierte Matrizentiefe der Tiefziehpresse begrenzt, wodurch die Fertigungszeit für die tiefgezogene Platine verringert werden kann. Weiter wird der Schneidvorgang nach dem Tiefziehen der Platine in vertikaler Richtung, das heißt, in der gleichen oder entgegengesetzten Richtung wie die Tiefziehbewegung, ausgeführt. Hierdurch ist es möglich, das Verfahren auf der vorstehend beschriebenen Transferpresse durchzuführen, deren Hubbewegungen nur in der vertikalen Richtung stattfinden. Diese Vereinfachung des Verfahrens führt zu einer Verkürzung der Fertigungszeit, da die tiefgezogenen Platinen schneller beschnitten werden können. Eine größere Stückzahl von schalenförmigen Bauteilen kann somit ausgebracht werden. Ferner wird durch die verringerte Ziehtiefe die Prozesssicherheit bei der Entnahme der schalenförmigen Bauteile verbessert.
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Beim Schneidvorgang in der vertikalen Richtung fällt nur ein geringer Verschnitt an der tiefgezogenen Platine an. Demgegenüber sind bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Beschneiden in horizontaler Richtung im Werkzeug in der Regel Schiebermesser angeordnet, die aus Gründen der mechanischen Stabilität eine bestimmte Dicke aufweisen müssen. Folglich muss die Ziehtiefe im Stand der Technik größer sein, so dass ein deutlich höherer Verschnitt anfällt. Nach dem Schneidvorgang im erfindungsgemäßen Verfahren verbleibt ein Randstreifen des Ziehflansches an der tiefgezogenen Platine, der so bemessen ist, dass nach dem nachfolgenden Abkantvorgang die Zieltiefe des schalenförmigen Bauteils erreicht wird. Somit wird beim Abkantvorgang das schalenförmige Bauteil fertig gestellt, ohne dass abschließend weitere Schneidvorgänge oder Bearbeitungsschritte notwendig werden.
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In einer Weiterbildung umfasst das Verfahren den Schritt des Ausbildens definierter Ausformungen zumindest in Bereichen kleiner Radien des schalenförmigen Bauteils während des Abkantvorgangs durch den wenigstens einen Abkantbacken mit Wellenkontur. Beim Abkanten tiefgezogener Platinen entstehen im gattungsgemäßen Verfahren häufig in Bereichen kleiner Radien Auffaltungen des Bauteilmaterials. Durch das Ausbilden der definierten Ausformungen in dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ausreichend Bauteilmaterial verbraucht, so dass keine Auffaltungen entstehen, die aufwendig entfernt oder nachgearbeitet werden müssten.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Ausbildens definierter Ausformungen auch in den geradlinigen Bereich des schalenförmigen Bauteils. Die definierten Ausformungen liegen damit in einem Bereich, der für Fügevorgänge des schalenförmigen Bauteils verwendet wird. Die erfindungsgemäß erzeugten definierten Ausformungen verkleinern die Anlagefläche für die montagebedingten Fügevorgänge, was sich positiv auf die Fertigungstoleranzen auswirkt.
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Die Erfindung schafft weiter ein tiefgezogenes schalenförmiges Bauteil, das insbesondere durch das vorstehend beschriebene Verfahren einschließlich seiner Weiterbildungen und Ausführungsformen erhältlich ist. Das Bauteil zeichnet sich dadurch aus, dass in seinem umlaufenden Rand zumindest im Bereich kleiner Radien und/oder in den geradlinigen Bereichen definierte Ausformungen, insbesondere als Material verbrauchende Sicken ausgebildet sind.
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Solche Ausformungen verhindern in Bereichen kleiner Radien des Bauteils die Bildung von Auffaltungen des Bauteilmaterials. Zudem wird durch die definierten Ausformungen in den Bereichen enger Radien und den geradlinigen Bereichen die Anlagefläche für montagebedingte Fügevorgänge verkleinert, so dass Fertigungstoleranzen verringert werden können.
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Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht einer Tiefziehpresse einer erfindungsgemäßen Pressenvorrichtung,
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2 eine schematische Schnittansicht einer Schneidvorrichtung einer erfindungsgemäßen Pressenvorrichtung,
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3 eine schematische Schnittansicht einer Abkantvorrichtung einer erfindungsgemäßen Pressenvorrichtung,
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4 eine schematische Perspektivansicht eines schalenförmigen Bauteils in einer bevorzugten Ausführungsform hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren und
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5 eine schematische Detailansicht des in 4 dargestellten schalenförmigen Bauteils.
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Zur Herstellung eines schalenförmigen Bauteils 1 aus einer Platine 2 in einer eine Pressenvorrichtung bildenden Transferpresse wird die Platine 2 in der Tiefziehpresse 3 positioniert und ein Tiefziehvorgang ausgeführt. 1 stellt schematisch eine Tiefziehpresse 3 in einer Schnittansicht dar. Die Platine 2 ist zwischen einer Matrize 5 und einem Niederhalter 4 positioniert. Durch einen Ziehstempel 6 wird der Tiefziehvorgang durchgeführt, wodurch die tiefgezogene Platine 2 mit einem Ziehflansch 15 gebildet wird. Durch eine geeignete Einrichtung der Transferpresse wird die tiefgezogene Platine 2 anschließend in die Schneidvorrichtung 7 transferiert, die in 2 schematisch in einer Schnittansicht dargestellt ist. Dort wird der Schneidvorgang durchgeführt. In Bezug auf die tiefgezogene Platine 2 wird die Schneidmatrize 9 vertikal verfahren, so dass der Ziehflansch 15 beschnitten wird. Nach dem Beschnitt fällt ein geringer Verschnittrand 16' an und ein Randstreifen 16 des Ziehflansches 15 verbleibt an der tiefgezogene Platine 2. Während des Schneidvorgangs ist die tiefgezogene Platine 2 zwischen dem Niederhalter 10 der Schneidvorrichtung 7 und dem Schneidstempel 11 fixiert. Dabei weisen der Schneidstempel 11 und der Niederhalter 10 jeweils eine Form auf, die der Form der tiefgezogenen Platine 2 entspricht, wobei die Ziehflanschanlagefläche 11' schmaler ist als der Ziehflansch 15. Die Ziehflanschanlagefläche 11' entspricht in ihrer Breite der Differenz zwischen Ziehtiefe und Zieltiefe des Bauteils 1.
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3 stellt schematisch in einer Schnittansicht die Abkantvorrichtung 8 dar. Nach dem Beschneiden der tiefgezogenen Platine 2 wird diese in die Abkantvorrichtung 8 transferiert und der Abkantvorgang ausgeführt. Hierbei wird die tiefgezogene Platine 2 zwischen dem Niederhalter 13 und dem Abkantstempel 14 positioniert. Der Abkantbacken 12 wird in vertikaler Richtung in Bezug auf die tiefgezogene Platine 2 verfahren, so dass der aus dem Beschnitt des Ziehflansches 15 resultierende Randstreifen 16 auf die Umfangsfläche des Abkantstempels 14 abgekantet wird.
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Der Abkantbacken 12 ist mit einer Wellenkontur versehen, die in den Bereichen kleiner Radien und in den geradlinigen Bereichen des schalenförmigen Bauteils 1 definierte Ausformungen 17 in Form von Material verbrauchenden Sicken ausbildet. Dabei ist der Abkantbacken 12 zumindest teilweise mit einer Wellenkontur versehen.
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Ferner ist es möglich, dass auch der Abkantstempel 14 in dem Abschnitt, auf den der Randstreifen 16 abgekantet wird, teilweise oder vollständig mit einer Wellenkontur versehen wird. Hierdurch besteht die Möglichkeit, den abgekanteten Randstreifen 16 beidseitig mit den Sicken zu versehen.
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Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Arbeitshübe der Tiefziehpresse, der Schneid- und Abkantvorrichtung so aufeinander abgestimmt sind, dass die Arbeitshübe die gleiche Zeit benötigen.
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Durch die erfindungsgemäße Pressenvorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines schalenförmigen Bauteils 1 unter Bearbeitung einer Platine 2 wird die Ziehtiefe reduziert. Hierbei wird durch die Bauteilgestaltung die Fertigung optimiert, indem nach einem nur teilweise durchgeführten Tiefziehen ein nachträgliches Fertigformen durch Abkanten des Randstreifens 16 auf die Zieltiefe des schalenförmigen Bauteils 1 ermöglicht wird. Die Sicken 17 verhindern das Entstehen von Auffaltungen oder Stauchungen des Bauteilmaterials und ermöglichen, die Anlagefläche für anschließende Fügevorgänge des tiefgezogenen schalenförmigen Bauteils 1 um ca. 50% zu reduzieren. Hierdurch wird die Genauigkeit des schalenförmigen Bauteils 1 an den Fügestellen erhöht.
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Da nach der vorliegenden Erfindung die Ziehtiefe reduziert ist, kann die Herstellung des schalenförmigen Bauteils 1 in einer Transferpresse, insbesondere in einer Groß-Transferpressenstraße ausgeführt werden, so dass apparativ aufwändigere Roboterpressenstraßen mit geringerer Fertigungsrate umgangen werden können. Die Reduzierung der Ziehtiefe für das schalenförmige Bauteil 1 ermöglicht es zudem, die Hubzahl deutlich zu erhöhen und die Ausbringung von tiefgezogenen schalenförmigen Bauteilen 1 auf ungefähr das Dreifache zu erhöhen.
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4 zeigt eine schematische Ansicht von zwei spiegelbildlich gefertigten tiefgezogenen schalenförmigen Bauteilen 1. Insbesondere handelt es sich hier um einen Kraftfahrzeugunterboden mit der unteren Stirnwand. Am Beispiel dieses schalenförmigen Bauteils 1 wurde nachgewiesen, dass die Materialnutzung der Platine 2 umlaufend um etwa 40 mm verbessert wurde. Hierdurch wird gegenüber dem Stand der Technik und zusätzlich zu dem verringerten Verschnitt die Wirtschaftlichkeit weiter erhöht.
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5 ist eine Detailansicht des in 4 dargestellten Bauteils 1, bei dem die Sicken in einem Bereich mit engem Radius vorliegen. Wie deutlich zu erkennen ist, stehen für die nachfolgenden Fügevorgänge die Erhebungen der Sicken zur Verfügung, so dass die Anlagefläche des schalenförmigen Bauteils 1 verkleinert ist.
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Am Beispiel des Kraftfahrzeugunterbodens mit unterer Stirnwand kann der Kostenvorteil des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens noch weiter verdeutlicht werden, indem durch einen Herstellungsvorgang mit Tiefziehen, Beschneiden und Abkanten vier Bauteile gleichzeitig hergestellt werden können. Dabei werden beim Tiefziehvorgang beispielsweise zwei rechte und zwei linke Unterbodenteile mit unterer Stirnwand ausgebildet. Im Schneidvorgang werden die vier Bauteile aus der tiefgezogenen Platine vereinzelt und im anschließenden Abkantvorgang auf das vorgesehene Endmaß gefertigt. In diesem konkreten Beispiel des Kraftfahrzeugunterbodens konnte die notwendige Ziehtiefe des Tiefziehvorgangs um mehr als 20 mm verringert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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