DE10114629A1 - Vorrichtung zum hydromechanischen Tiefziehen eines Metallbleches - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum hydraulischen Tiefziehen eines Metallbleches besitzt ein 1. Werkzeug, das eine Formkontur aufweist, und ein 2. Werkzeug in Form eines einen inneren Fluidraum bildenden Wasserkastens mit einer Bodenplatte und einer umlaufenden, in lösbarer Weise dicht auf der Bodenplatte angebrachten Seitenwand. Das umzuformende Blech kann in einer den inneren Fluidraum überspannenden Weise auf die Seitenwand aufgelegt und mittels eines Blechhalters fluiddicht gegen die Seitenwand gespannt werden. Um in einfacher Weise eine Anpassung des 2. Werkzeugs an verschiedene Bauteilformen zu ermöglichen, umfaßt die Seitenwand zumindest ein auf der Bodenplatte aufgelagertes Stützteil und einen Druckring, der auf der dem 1. Werkzeug abgewandten Außenseite des Stützteils im Abstand zu diesem angeordnet ist, wobei auf das Stützteil und den Druckring eine von einer Spannvorrichtung beaufschlagte Konturplatte dichtend aufgelagert ist, über die das Stützteil und das Dichtungsteil gegen die Bodenplatte gespannt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum hydromechani­ schen Tiefziehen eines Metallbleches, mit einem 1. Werk­ zeug, das eine Formkontur aufweist, und einem 2. Werkzeug in Form eines einen inneren Fluidraum bildenden Wasserka­ stens mit einer Bodenplatte und einer umlaufenden, in lös­ barer Weise dicht auf der Bodenplatte angebrachten Seiten­ wand, wobei das umzuformende Blech in einer den inneren Fluidraum überspannenden Weise auf die Seitenwand auflager­ bar und mittels eines Blechhalters fluiddicht gegen die Seitenwand spannbar ist.

Um ein Metallblech umzuformen, ist es neben dem seit langer Zeit üblichen mechanischen Tiefziehen bekannt, ein Hydrau­ likmedium und insbesondere Wasser als Wirkmedium einzuset­ zen. Bei diesem hydromechanischen Tiefziehen, wie es in der EP 0 704 258 A1 beschrieben ist, ist ein wannenartiges 2. Werkzeug in Form eines Wasserkastens vorgesehen, der eine Bodenplatte und eine umlaufende, mit der Bodenplatte ver­ bundene Seitenwand aufweist, so daß ein innerer Fluidraum gebildet ist, dem das Wirkmedium über entsprechende An­ schlußleitungen zugeführt werden kann, wobei das Volumen und der Druck des Wirkmediums in dem inneren Fluidraum ver­ änderbar bzw. regelbar ist. Auf die Oberseite der Seiten­ wand wird das umzuformende Metallblech so aufgelegt, daß es den Fluidraum überdeckt. Mittels eines oder mehrerer von oben auf das Metallblech absenkbarer Blechhalter kann das Metallblech dichtend gegen die Oberseite der Seitenwand ge­ spannt und mit der daraus resultierenden Blechhalterkraft ein kontrollierter Blecheinzug realisiert werden. Mit einem die Formkontur aufweisenden 1. Werkzeug wird das Blech dann gegen das als Kissen wirkende Wirkmedium umgeformt und die­ ses dabei entsprechend dem Vorschub des formenden Oberwerk­ zeuges verdrängt, wobei der innere, dem Fluidraum zugewand­ te Randbereich der Oberseite der Seitenwand die Randkontur des aus dem Blech geformten Bauteils bestimmt.

Die Seitenwand des Wasserkastens bzw. des 2. Werkzeug wird bei der Durchführung des Verfahrens von oben durch die Kraft des Blechhalters und auf ihrer Innenseite durch den Druck des Wirkmediums belastet. Dies führt zu räumlichen Spannungszuständen, die eine hohe Stabilität des Wasserka­ stens notwendig machen. Aus diesem Grund wird zumindest die Seitenwand des Wasserkastens bei bekannten Vorrichtungen zum hydromechanischen Tiefziehen eines Metallblechs der ge­ nannten Art aus einem massiven Metallwerkstoff, beispiels­ weise einem geschmiedeten Werkzeugstahl gefertigt, der in aufwendiger Weise bearbeitet werden muß. Auf diese Weise ist die Herstellung des 2. Werkzeug bzw. des Wasserkastens Zeit- und kostenintensiv. Desweiteren ist es insbesondere nachteilig, daß die Gestalt der Seitenwand des Wasserka­ stens auf das aus dem Metallblech zu formende Bauteil abge­ stimmt ist und somit für jede neue Bauteilabmessung auch ein neuer Wasserkasten hergestellt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum hydromechanischen Tiefziehen eines Metallbleches zu schaffen, bei der eine Anpassung des 2. Werkzeug an eine Bauteilform in einfacher Weise möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der genannten Art dadurch gelöst, daß die Seitenwand zumin­ dest ein auf der Bodenplatte aufgelagertes Stützteil und einen Druckring umfaßt, der auf der dem 1. Werkzeug abge­ wandten Außenseite des Stützteils in Abstand zu diesem an­ geordnet ist, wobei auf das Stützteil und den Druckring eine von einer Spannvorrichtung beaufschlagte Konturplatte dichtend aufgelagert ist, über die das Stützteil und das Dichtungsteil gegen die Bodenplatte gespannt sind und die in ihrem inneren, dem inneren Fluidraum zugewandten Randbe­ reich die Randkontur des aus dem Blech geformten Bauteils bestimmt.

Erfindungsgemäß wird von einem modulartig zusammensetzbaren Wasserkasten ausgegangen, dessen einzelne Bauteile jeweils auf eine spezielle Funktion ausgerichtet sind. Die Boden­ platte des Wasserkastens wird dabei vorzugsweise von einer massiven Werkzeug-Grundplatte gebildet, die für alle Ausge­ staltungen des Wasserkastens verwendet und somit nicht aus­ gewechselt wird. Individuell anpaßbar ist die Form und An­ ordnung der Seitenwand des Wasserkastens, die aus zumindest einem Stützteil, einem Druckring und einer Konturplatte be­ steht, wobei bei einem Wechsel der Bauteilform lediglich die Konturplatte ausgetauscht zu werden braucht. Somit ist ein Wechsel der Bauteilform sowohl in schneller als auch in kostengünstiger Weise zu erzielen. Dabei umfaßt die Seiten­ wand das zumindest eine auf die Bodenplatte aufgelagerte Stützteil, das mittels einer lösbaren Spannvorrichtung vor­ zugsweise fluiddicht gegen die Bodenplatte gespannt ist, und den außenliegenden Druckring, der den Wirkmediumdruck aufnimmt und die Dichtung sicherstellt. Der Druckring kann einen gewickelten Mantel mit Kohlefasern bzw. Draht aufwei­ sen oder aus einem massiven Metallkörper bestehen. Auch der Druckring ist mittels der Spannvorrichtung fluiddicht gegen die Bodenplatte gespannt, wobei es sich bei der Spannvor­ richtung beispielsweise um übliche Spannschrauben oder ähn­ liches handeln kann.

Wie bereits erwähnt wurde, muß die Seitenwand sowohl die von oben aufgebrachte Kraft des Blechhalters als auch die auf der Innenseite des Wasserkastens wirksame Kraft infolge des Wirkmediumdrucks aufnehmen und ableiten. In Ausgestal­ tung der Erfindung ist vorgesehen, diese Funktionen zu trennen. Dies wird dadurch erreicht, daß auf der dem 1. Werkzeug abgewandten Außenseite des Stützteils in Abstand zu diesem der umlaufende Druckring angeordnet und dichtend gegen die Bodenplatte gespannt ist. Der Druckring übernimmt die Abdichtung der Seitenwand gegenüber der Bodenplatte und nimmt somit den Druck des im Wasserkasten befindlichen Wirkmediums auf. Das Stützteil braucht nicht dichtend auf den Boden gespannt zu sein, so daß es von beiden Seiten mit dem Druck des Wirkmediums beaufschlagt ist und sich gegen­ über dem Wirkmediumdruck im Kräftegleichgewicht befindet. Das Stützteil dient in diesem Fall im wesentlichen zur Auf­ nahme und Ableitung der Kräfte des Blechhalters, weshalb vorgesehen sein sollte, daß das Stützteil im wesentlichen unterhalb des Blechhalter angeordnet ist, um übermäßige Versatzmomente zu vermeiden.

Damit sich auf beiden Seiten des Stützteils der Wirkmedium­ druck aufbauen kann, muß zwischen dem Stützteil und dem Druckring ein äußerer, gegenüber der Umgebung abgedichteter Fluidraum ausgebildet sein. Dieser äußere Fluidraum zwi­ schen dem Stützteil und dem Druckring ist unterseitig von der Bodenplatte und oberseitig von der Konturplatte be­ grenzt, die auf das Stützteil und den Druckring aufgelagert und von der Spannvorrichtung beaufschlagt ist. Mittels der Konturplatte sind das Stützteil und der Druckring gegen die Bodenplatte gespannt. Um einen zuverlässigen Druckausgleich zwischen dem inneren Fluidraum unterhalb des umzuformenden Metallbleches und dem äußeren Fluidraum zu schaffen, sollte der innere Fluidraum mit dem äußeren Fluidraum in Verbin­ dung stehen. Dies läßt sich beispielsweise dadurch errei­ chen, daß in dem Stützteil zumindest ein den inneren Flul­ draum mit dem äußeren Fluidraum verbindender Durchlaß aus­ gebildet ist.

Wenn die Seitenwand des Wasserkastens aus dem Stützteil, dem umlaufenden Druckring und der oberen Konturplatte ein­ schließlich der Spannvorrichtungen besteht, ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß bei einer Änderung der Bauteilform nur die Konturplatte ausgetauscht zu werden braucht, wäh­ rend die anderen Komponenten weiterverwendet werden können.

Bei dem Stützteil kann es sich um einen den inneren Fluid­ raum umgebenden Stützring handeln, bevorzugterweise ist das Stützteil jedoch von mehreren in Umfangsrichtung des inne­ ren Fluidraums diskontinuierlich angeordneten, insbesondere stützen- oder zylinderförmigen Stützelementen gebildet.

Der Druckring, der den Druck des Wirkmediums aufnehmen und die Dichtung sicherstellen muß, kann beispielsweise eine radial nach innen gerichtete Vorspannung aufweisen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich, wobei die einzige Figur einen ausschnittsweisen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung im Bereich der Seitenwand zeigt.

Eine Vorrichtung 10 zum hydromechanischen Tiefziehen umfaßt ein 1. Werkzeug in Form eines verfahrbaren Oberwerkzeugs 11, dessen Unterseite die gewünschte Formkontur trägt, so­ wie ein als Wasserkasten ausgebildetes 2. Werkzeug bzw. Un­ terwerkzeug 12. Das Unterwerkzeug 12 besteht aus einer Bo­ denplatte 14 in Form einer horizontalen Werkzeug- Grundplatte, auf die eine mehrteilige Seitenwand 13 aufge­ lagert ist, die umlaufend ausgebildet ist und einen inneren Fluidraum 21 außenseitig begrenzt.

Die Seitenwand 13 umfaßt zumindest ein inneres Stützteil 15, das mit einem Durchlaß 15a versehen ist. Das Stützteil 15 kann beispielsweise in Ringform kontinuierlich umlaufen oder auch von mehreren in Umfangsrichtung des inneren Flui­ draums 21 diskontinuierlich auf Abstand angeordneten Stütz­ elementen gebildet sein.

Auf der äußeren, dem Oberwerkzeug 11 abgewandten Seite des Stützteils 15 ist in Abstand zu diesem ein kontinuierlich umlaufender Druckring 19 angeordnet. Auf die Oberseite des Stützteils 15 und des Druckring 19 ist eine gemeinsame Kon­ turplatte 17 aufgelagert, die als umlaufende Ringscheibe ausgebildet ist. Im Bereich zwischen dem Stützteil 15 und dem äußeren Druckring 19 verlaufen zwischen der Konturplat­ te 17 und der Bodenplatte 14 mehrere vertikale Spannschrau­ ben 18, über die die Konturplatte 17 von oben auf das Stützteil 15 und den Druckring 19 spannbar ist, wodurch zu­ mindest eine Abdichtung sowohl zwischen der Bodenplatte 14 und der Unterseite des Druckrings 19 als auch zwischen der Konturplatte 17 und der Oberseite des Druckrings 19 er­ reicht ist.

Oberhalb des Stützteils 15 ist ein an sich bekannter Blech­ halter 16 angeordnet, der einerseits die Dichtkraft zwi­ schen dem umzuformenden Metallbleches 20 und der Kontur­ platte 17 aufbringt und andererseits den Blecheinzug wäh­ rend des Umformvorgangs beeinflußt. Das umzuformende Me­ tallblech 20 wird mit seinen Randbereichen so auf die Ober­ seite der Konturplatte 17 der Seitenwand 13 aufgelegt, daß es den inneren Fluidraum 21 überdeckt. Mittels der Blech­ halter 16, die von oben auf die Randbereiche des Metallble­ ches 20 abgesenkt werden und dieses gegen die Oberseite der Konturplatte 17 spannen, ist das Metallblech in abgedichte­ ter Weise fixiert.

Zwischen dem Stützteil 15 und dem Druckring 19 ist ein un­ terseitig durch die Bodenplatte 14 und oberseitig durch die Konturplatte 17 begrenzter, abgedichteter äußerer Fluidraum 22 gebildet, der über den Durchlaß 15a des Stützteils 15 mit dem inneren Fluidraum 21 in Verbindung steht. Wenn der innere Fluidraum 21 mit dem Wirkmedium, beispielsweise Was­ ser, gefüllt wird, füllt sich auch der äußere Fluidraum 22. Bei Aufbringung eines Drucks in dem inneren Fluidraum 21 baut sich dieser über den Durchlaß 15a auch in dem äußeren Fluidraum 22 auf. Der Fluiddruck kommt somit auf beiden Seiten des Stützteils 15 zur Wirkung, so daß dieses hin­ sichtlich des Fluiddrucks im Kräftegleichgewicht ist. Da der Blechhalter 16 oberhalb des Stützteils 15 angeordnet ist, werden die vom Blechhalter 16 auf die Konturplatte 17 ausgeübten Kräfte über das Stützteil 15 direkt in die Bo­ denplatte 14 abgeleitet.

Die Dichtung des Unterwerkzeugs 12 bzw. des Wasserkastens gegenüber der Umgebung wird durch den Druckring 19 im Zu­ sammenwirken mit der Konturplatte 17 erreicht. Zum Umformen des Metallblechs 20 wird das Oberwerkzeug 11 in bekannter Weise nach unten verfahren, wodurch das Blech mit der Form­ kontur des Oberwerkzeuges gegen das als Kissen wirkende, im inneren Fluidraum befindliche Wirkmedium umgeformt und das Wirkmedium entsprechend dem Vorschub des Oberwerkzeuges aus dem inneren Fluidraum 21 verdrängt wird.

Zum Auswechseln der Konturplatte 17 werden die Spannschrau­ ben 18 gelöst und die Konturplatte 17 abgenommen, woraufhin eine neue Konturplatte eingebracht werden kann, wobei das Stützteil 15 und/oder der Druckring 19 zur Anpassung an ei­ ne neue Bauteilabmessung gegebenenfalls auf der Bodenplatte 12 verschoben werden können. Durch Festziehen der Spann­ schrauben 18 wird dann die neue Konturplatte zusammen mit dem Stützteil 15 und dem Druckring 19 in ihrer Lage fi­ xiert.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum hydromechanischen Tiefziehen eines Me­ tallblechs (20), mit einem 1. Werkzeug (11), das eine Formkontur aufweist, und einem 2. Werkzeug (12) in Form eines einen inneren Fluidraum (21) bildenden Was­ serkastens mit einer Bodenplatte (14) und einer umlau­ fenden, in lösbarer Weise dicht auf der Bodenplatte (14) angebrachten Seitenwand (13), wobei das umzufor­ mende Blech (20) in einer den inneren Fluidraum (21) überspannenden Weise auf die Seitenwand (13) auflegbar und mittels eines Blechhalters (16) fluiddicht gegen die Seitenwand (13) spannbar ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Seitenwand (13) zumindest ein auf der Bo­ denplatte (14) aufgelagertes Stützteil (15) und einen Druckring (19) umfaßt, der auf der dem 1. Werkzeug (11) abgewandten Außenseite des Stützteils (15) in Ab­ stand zu diesem angeordnet ist, wobei auf das Stütz­ teil (15) und den Druckring (19) eine von einer Spann­ vorrichtung (18) beaufschlagte Konturplatte (17) dich­ tend aufgelagert ist, über die das Stützteil (15) und das Dichtungsteil (19) gegen die Bodenplatte (14) ge­ spannt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stützteil (15) und dem Druckring (19) ein von der Bodenplatte (14) und der Konturplatte (17) begrenzter äußerer Fluidraum (22) gebildet ist, der mit dem inneren Fluidraum (21) in Verbindung steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stützteil (15) zumindest ein den inneren Fluidraum (21) mit dem äußeren Fluidraum (22) verbin­ dender Durchlaß (15a) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützteil von mehreren in Um­ fangsrichtung des inneren Fluidraums (21) diskontinu­ ierlich angeordneten Stützelementen gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützteil ein den inneren Fluidraum (21) umgebender Stützring ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützteil (15) im wesentlichen unterhalb des Blechhalters (16) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckring (19) radial nach in­ nen vorgespannt ist.