DE10305654B3

DE10305654B3 - Werkzeugmaschine für das Außenhochdruckumformen von Platinen

Info

Publication number: DE10305654B3
Application number: DE2003105654
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Ing. Schwarz; Sascha Dipl.-Ing. Sikora; Bernd Dipl.-Ing. Stieler
Original assignee: ThyssenKrupp Stahl AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2023-02-13
Also published as: EP1447153A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine aus zwei Werkzeughälften (1, 2) aufgebaute Werkzeugmaschine zum Außenhochdruckumformen von Platinen (7), insbesondere zum Herstellen von Wandpaneelen, mit einem in der ersten Werkzeughälfte (1) ausgebildeten, in Richtung der zweiten Werkzeughälfte (2) über ein Druckmittel verschiebbaren Formstempel (9c) und einem in der zweiten Werkzeughälfte (2) ausgebildeten, mit einem Formhohlkörper (3, 4), in dem ein mit einem die Platine (7) abstützenden, druckbeaufschlagten Wirkmedium gefüllter Formhohlraum (5) ausgebildet ist, wobei die Platine (7) an ihrem umlaufenden Rand zwischen einem in der ersten Werkzeughälfte (1) vorgesehenen Niederhalter (8c) und der Berandung (4a) des Formhohlraums (5) einklemmbar ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Platine (7) einwirkenden Flächen des Niederhalters (8) und des Formstempels (9) sowie der Formhohlkörper (3, 4) jeweils von einem auswechselbaren Einsatz (8c, 9c, 4) gebildet sind. Dadurch ist eine kostengünstige und schnell durchführbare Umrüstung der Werkzeugmaschine zur Modifikation der Werkzeuggeometrie bzw. der Werkzeugoberfläche möglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine aus zwei Werkzeughälften aufgebaute Werkzeugmaschine zum Außenhochdruckumformen von Platinen, insbesondere zum Herstellen von Wandpaneelen, mit einem in der ersten Werkzeughälfte ausgebildeten, in Richtung der zweiten Werkzeughälfte über ein Druckmittel verschiebbaren Formstempel und einem in der zweiten Werkzeughälfte ausgebildeten, mit einem die Platine abstützenden, druckbeaufschlagten Wirkmedium gefüllten Formhohlraum eines Formhohlkörpers, wobei die Platine an ihrem umlaufenden Rand zwischen einem in der ersten Werkzeughälfte vorgesehenen Niederhalter und der Berandung des Formhohlraums einklemmbar ist.

Die Technologie des Außenhochdruckumformens von Platinen als Tiefziehverfahren mit Wirkmedium, d.h. ohne feste Matrize, ist seit vielen Jahren bekannt ( DE 12 40 801 B ; EP 1095717 A2 ). Das Prinzip dieses Verfahrens besteht darin, daß die umzuformende Platine unter Festklemmen ihres umlaufenden Randbereichs auf der einen Seite von einem Formstempel druckbeaufschlagt wird und auf der anderen Seite an einem in einen Formhohlkörper gefüllten, unter Druck stehenden Wirkmedium, beispielsweise einer Flüssigkeit oder einem Gel, abgestützt ist. Dabei wird die neue Form der Platine durch die Form des Formstempels vorgegeben. Der Vorteil des Außenhochdruckumformens besteht darin, daß es die Produktion von Bauteilen mit hoher Maßhaltigkeit erlaubt. Zudem zeichnet sich das Außenhochdruckumformen dadurch aus, daß die Platine auf der Wirkmedienseite sehr schonend behandelt wird. Deshalb wird dieses Verfahren bevorzugt dann eingesetzt, wenn eine Seite der Platine eine empfindliche Oberfläche, z.B. eine lackierte Oberfläche, aufweist.

Im Falle mittels Außenhochdruckumformens hergestellter Wandpaneele ermöglicht die hohe Maßhaltigkeit ein exaktes Fugenbild an einer mit Wandpaneelen verkleideten Gebäudefassade und somit ein hochwertiges optisches Erscheinungsbild.

Wie bei vielen anderen Umformverfahren ist auch beim Außenhochdruckumformen als nachteilig anzusehen, daß dieses Verfahren hinsichtlich auch nur geringfügiger Änderungen der zu erzeugenden Bauteilgeometrie unflexibel ist, d.h. daß eine Geometrieänderung nur durch den Aufbau eines völlig neuen Werkzeugs möglich ist. Dies erschwert eine wirtschaftliche Produktion von Bauteilserien kleiner und mittlerer Stückzahl oder von Sonderbauteilen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art anzugeben, mit der sich Bauteile unterschiedlicher Geometrie kostengünstig produzieren lassen.

Diese Aufgabe wird bei einer Werkzeugmaschine der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß

– die auf die Platine einwirkenden Flächen des Niederhalters und des Formstempels jeweils von einem auswechselbaren Einsatz gebildet sind, und
– der Formhohlkörper einen auswechselbaren, mit dem Wirkmedium gefüllten Einsatz aufweist, dessen seinen Formhohlraum begrenzende Berandung mit dem auswechselbaren Einsatz des Niederhalters zum Einklemmen der Platine zusammenwirkt.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine besteht darin, daß durch die Verwendung auswechselbarer Einsätze in beiden Werkzeughälften, d.h. sowohl für den Niederhalter und Formstempel als auch für den das Wirkmedium aufnehmenden Formhohlkörper, eine kostengünstige und schnell durchführbare Umrüstung der Werkzeugmaschine zur Modifikation der Werkzeuggeometrie bzw. der Werkzeugoberfläche möglich ist. Vor allem braucht der auswechselbare Einsatz der Formhohlkörpers nicht aus einem hochfesten Material zu sein, weil er an dem übrigen Formhohlkörper abgestützt ist. Er kann also aus einem Material bestehen, aus dem sich preisgünstig die gewünschte Form herstellen läßt. Eine weitere Variationsmöglichkeit kann ohne größeren Aufwand erhalten werden, wenn der Formstempel zwischen seinem platinenseitig angeordneten Einsatz und einem Sockelelement, über das er mit dem Druckmittel verbunden ist, eine auswechselbare Distanzplatte zur Variation des Verschiebeweges aufweist. Diese Distanzplatte dient auch zur Überbrückung des Übergangs vom Sockelelement zum auswechselbaren Einsatz des Niederhalters, der den sonst freiliegenden Formstempel umgibt. Insbesondere im Bereich der Prototypen- und Kleinserienfertigung führen diese mit wenig Aufwand verbundenen Umrüstmöglichkeiten zu einer nennenswerten Senkung der Bauteilkosten.

Im Falle von mittels Außenhochdruckumformens herzustellender Wandpaneele kann durch das Auswechseln der Einsätze für Niederhalter, Formstempel und Formhohlkörper einfach eine Modifikation der Abmessungen der Paneele, beispielsweise zur Anpassung an Gebäudeecken, Fenstern oder Türen erfolgen, ohne daß, wie bisher üblich, eine Nachbearbeitung von Paneelen in Standardgröße erforderlich wäre. Ebenso lassen sich zur Aufwertung des äußeren Erscheinungsbildes Designelemente, Graphiken in die Paneele einbringen. Es versteht sich dabei, daß die Anwendung einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine nicht auf den Baubereich beschränkt, sondern ebenso in der Automobil- oder Weißwarenindustrie möglich ist.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung weist der auswechselbare Einsatz des Formhohlkörpers im Bereich der Berandung seines von ihm umschlossenen Formhohlraums mindestens eine Aussparung auf, in die auswechselbare Formsegmente zur Variation der Geometrie des Öffnungsquerschnittes des Formhohlraums einsetzbar sind. Dies ermöglicht, daß beispielsweise im Falle allein bezüglich ihrer äußeren Abmessungen unterschiedlich gestalteter Bauteile, insbesondere im Falle unterschiedlich dimensionierter Flachbauteile, der mit dem Wirkmedium gefüllte Einsatz im Formhohlkörper belassen werden kann und lediglich sein Öffnungsquerschnitt durch den Austausch einzelner Formsegmente entsprechend den geometrischen Vorgaben angepaßt wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die auswechselbare Distanzplatte und/oder mindestens einer der auswechselbaren Einsätze und/oder Segmente aus Kunststoff bestehen. Durch der Verwendung von Kunststoff als Werkstoff lassen sich die genannten Werkzeugkomponenten kostengünstig und mit hoher geometrischer Variabilität herstellen. Gleichzeitig ist somit eine schonende Einwirkung auf die Oberfläche der umzuformenden Platine gewährleistet. Neben dem Einsatz von Kunststoff ist jedoch ebenso denkbar, daß die auswechselbare Distanzplatte und/oder mindestens einer der auswechselbaren Einsätze und/oder Segmente aus Werkzeugstahl, einer Zinklegierung oder Beton bestehen.

Bei der Verwendung von Werkzeugstahl ist darüber hinaus die Fertigung der Einsätze bzw. Formsegmente als Lamellenwerkzeuge im Rahmen eines Rapid-Tooling-Prozesses denkbar.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
1 eine Werkzeugmaschine zum Außenhochdruckumformen in Querschnitt und
2a, b jeweils einen Formhohlkörpereinsatz mit eingesetztem Formsegment in Draufsicht.
Die Werkzeugmaschine umfaßt zwei Werkzeughälften 1, 2, die nach Art einer Presse unter Einschluß einer umzuformenden Platine zusammengefahren werden können.
Gemäß 1 weist die untere, stationäre Werkzeughälfte 2 einen aus einem nach unten geschlossenen, formsteifen Aufnahmerahmen 3z.B. aus Metall und einen darin eingesetzten Formhohlkörpereinsatz 4z.B. aus Kunststoff bestehenden Formhohlkörper auf. In dem Formhohlkörpereinsatz 4 ist ein wannenförmiger Formhohlraum 5 ausgebildet. Über eine in dem Aufnahmerahmen 3 und dem Formhohlkörpereinsatz 4 ausgebildete Druckleitung 6 ist der Formhohlraum 5 mit einem Wirkmedium, beispielsweise Wasser, befüllbar. Der Formhohlkörpereinsatz 4 weist an der oberen Berandung 4a des Formhohlraums 5 innenseitig eine umlaufende, abgerundete Ziehkante 4b auf. Auf die Berandung 4a ist eine den Formhohlraum überdeckende, umzuformende Platine 7 aufgelegt.
Die obere Werkzeughälfte 1 umfaßt eine Niederhaltereinheit 8, welche ihrerseits eine Umformeinheit 9 umgibt.
Im einzelnen umfaßt die Niederhaltereinheit 8 einen Antrieb 8a, der mit einem darunter befindlichen Sockelelement 8b verbunden ist, so daß dieses in Richtung der unteren Werkzeughälfte 2 verstellbar ist. Das Sockelelement 8b ist unterseitig mit einem auswechselbaren Einsatz 8c, welcher beispielsweise aus Kunststoff gefertigt ist, versehen.
Die Umformeinheit 9 umfaflt ein Sockelelement 9a, welches durch ein nicht dargestelltes Druckmittel, z.B. einen Hydraulikzylinder, in Richtung der unteren Werkzeughälfte 2 verstellbar und mit Druck beaufschlagbar ist. Das Sockelelement 9a weist unterseitig eine beispielsweise aus Stahl gefertigte, auswechselbare Distanzplatte 9b auf, die teilweise in die Ausnehmung des auswechselbaren Einsatzes 8c hineinragt. In Abhängigkeit der Dicke der jeweils eingesetzten Distanzplatte 9b läßt sich der Stellweg des Druckmittels einstellen. An der Unterseite der Distanzplatte 9b wiederum ist ein Formstempeleinsatz 9c montiert, dessen auf die Platine 7 einwirkende Oberfläche die Form des aus der Platine 7 zu formenden Bauteils bestimmt.
Zum Umformen der Platine 7 wird diese zunächst an ihrem umlaufenden Rand zwischen der oberen Berandung 4a des Formhohlraums 5 und der Unterseite des auswechselbaren Einsatzes 8c der Niederhaltereinheit 8 eingeklemmt und dadurch der Hohlraum 5 so abgedichtet, daß kein Wirkmedium zwischen der Berandung 4a und der Platine 7 austreten kann. Dies erfolgt durch entsprechendes Verfahren des Sockelelementes 8b und des Einsatzes 8c durch den Antrieb 8a. Sodann wird die Umformeinheit 9 durch das nicht dargestellte Druckmittel so weit nach unten verstellt, daß der Formstempeleinsatz 9c in den des Formhohlkörpereinsatzes 4 eintaucht, wobei die nachgebend an ihrem Rand eingeklemmte Platine 7 über die den Formhohlraum 5 begrenzende Ziehkante 4b des Formhohlkörpereinsatzes 4 gezogen und in der gewünschten Weise umgeformt wird.
In den in 2a in Draufsicht dargestellten Aufnahmerahmen 10 ist ein Formhohlkörpereinsatz 11 eingesetzt, welcher dahingehend von dem in 1 dargestellten abweicht, daß er im Bereich der einen Längskante des eingeschlossenen Hohlraums 12 eine Aussparung aufweist, in die ein auswechselbares Formsegment 13 eingesetzt ist, das den Öffnungsquerschnitt des Formhohlkörpereinsatzes 11 bestimmt. Wie in 2b dargestellt, kann durch einfaches Ersetzen des Formsegmentes 13 durch ein anderes Formsegment 13' der Öffnungsquerschnitt schnell, insbesondere ohne Austauschen des in der Regel großen Formhohlkörpereinsatzes 11 in der Breite verändert werden, wodurch die Flexibilität der Werkzeugmaschine weiter erhöht wird.
Es versteht sich, dass in diesem Fall auch der Einsatz 8c des Sockelelementes 8b und der Formstempeleinsatz 9c ausgewechselt werden müssen.

Claims

Aus zwei Werkzeughälften (1, 2) aufgebaute Werkzeugmaschine zum Außenhochdruckumformen von Platinen, insbesondere zum Herstellen von Wandpaneelen, mit einem in der ersten Werkzeughälfte (1) ausgebildeten, in Richtung der zweiten Werkzeughälfte (2) über ein Druckmittel verschiebbaren Formstempel (9) und einem in der zweiten Werkzeughälfte ausgebildeten, mit einem Formhohlkörper(3, 4), in dem ein mit einem die Platine (7) abstützenden, druckbeaufschlagten Wirkmedium gefüllter Formhohlraum (5) ausgebildet ist, wobei die Platine (7) an ihrem umlaufenden Rand zwischen einem in der ersten Werkzeughälfte vorgesehenen Niederhalter (8) und der Berandung (4a) des Formhohlraums (5) des Formhohlkörpers (3, 4) einklemmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß – die auf die Platine (7) einwirkenden Flächen des Niederhalters (8) und des Formstempels (9) jeweils von einem auswechselbaren Einsatz (8c, 9c) gebildet sind, und – der Formhohlkörper einen auswechselbaren, mit dem Wirkmedium gefüllten Einsatz (4) aufweist, dessen Berandung (4a) mit dem auswechselbaren Einsatz (8c) des Niederhalters (8) zum Einklemmen der Platine (7) zusammenwirkt.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstempel zwischen seinem platinenseitig angeordneten Einsatz (9c) und einem Sockelelement (9a), über das er mit dem Druckmittel verbunden ist, eine auswechselbare Distanzplatte (9b) zur der Einstellung seines Stellweges aufweist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der auswechselbare Einsatz (4) des Formhohlkörpers (3, 4) im Bereich der Berandung (4a) des von ihm umschlossenen Formhohlraums (5) mindestens eine Aussparung aufweist, in die auswechselbare Formsegmente (13, 13') zur Variation der Geometrie des Öffnungsquerschnittes des Formhohlraums (4) einsetzbar sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auswechselbare Distanzplatte (9b) und/oder mindestens einer der auswechselbaren Einsätze (8c, 9c, 4) und/oder Formsegmente (13, 13') aus Kunststoff bestehen.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auswechselbare Distanzplatte (9b) und/oder mindestens einer der auswechselbaren Einsätze (8c, 9c, 4) und/oder Formsegmente (13, 13') aus Werkzeugstahl, einer Zinklegierung oder Beton bestehen.