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 1 240 801 B;
EP 1 095 717 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:
- Fig. 1
- eine Werkzeugmaschine zum
Außenhochdruckumformen in Querschnitt und
- Fig. 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 Fig. 1 weist die untere, stationäre Werkzeughälfte
2 einen aus einem nach unten geschlossenen, formsteifen
Aufnahmerahmen 3 z.B. aus Metall und einen darin
eingesetzten Formhohlkörpereinsatz 4 z.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 umfaßt 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 Fig. 2a in Draufsicht dargestellten
Aufnahmerahmen 10 ist ein Formhohlkörpereinsatz 11
eingesetzt, welcher dahingehend von dem in Fig. 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 Fig. 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.