-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Verformung von Blechen und Kunststoffen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ein Formwerkzeug zum Tiefziehen von Blechen und Kunststoffen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9.
-
Stand der Technik
-
Sollen Bleche oder Kunststoff in eine bestimmte Form gebracht werden, geschieht dies meist durch Tiefziehen der Materialien. Dafür benötigt man eine entsprechende Form, in die ein Stempel mit entsprechender Gegenform hineindrückt, so dass das Blech oder der Kunststoff in die gewünschte Form gepresst wird. Das Herstellen einer solchen Form und Gegenform ist ziemlich aufwendig. Werden nur wenige Stücke in der bestimmten Form gebraucht (so genannte Kleinserien), so ist der Aufwand zur Herstellung der entsprechenden individuellen Matrizen verhältnismäßig aufwändig und teuer.
-
Aus diesem Grund gibt es verschiedene Überlegungen, die es erlauben, relativ schnell und einfach diese Formungsformen herzustellen, wobei nach Einlegen des zu bearbeitenden Materials und Verformung mittels Tiefziehen ein Rohprodukt entsteht, welches noch nachgearbeitet werden muss.
-
Beispielsweise zeigt
US 4212188 A ein Werkzeug zum Formen von Blechen etc. bei welchem zwei gegenüberliegende Kolbensets aus vielen kleinen Kolben Anwendung finden. Die einzelnen Kolben sind individuell beweglich und positionierbar, so dass die Form entsprechend des gewünschten Ergebnisses eingestellt wird. Die Kolben werden motorisch eingestellt, wobei die Kontrolle mittels eines Mikroprozessors erfolgt.
-
US 5 187 969 A beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Metallverformung wobei die Form und die Gegenform aus einer Mehrzahl so genannter Formfinger bestehen, die mit Hilfe eines Kontrollmechanismus in ihrer Höhe so eingestellt werden, dass die gewünschte Form entsteht.
-
US 5 546 784 A zeigt eine Computer gesteuerte selbsteinstellende Formmatrize, die schnell in der gewünschten Kontur eingestellt werden kann. Ein ähnliches System ist in
US 5 796 620 A dargestellt. Hierbei findet CAD/CAM Software zur Positionierung der einzelnen Stifte Verwendung.
-
US 5 954 175 A und
US 6 012 314 A zeigen eine einstellbare Matrize, die ebenfalls aus einer Vielzahl von Stiften besteht, wobei jeder Stifte mittels eines individuellen Verbindungsmechanismus mit der Basis verbunden ist. Die Einstellung der Position der Stifte erfolgt wiederum Computer gesteuert.
-
US 6 053 026 A beschreibt eine Matrize zur Herstellung eine Form zur Verwendung zum Umformen von Metall mit einer Vielzahl von Stiften, die in einer Schachtel angeordnet sind, wobei die Stifte longitudinal verlängert werden können, um die gewünschte Kontur herzustellen. Die motorische Positionierung der Stifte wird durch einen Computer kontrolliert.
-
DE 199 21 176 A1 stellt ein Werkzeug zur Herstellung von unregelmäßig gekrümmten Blechen dar. Der dabei verwendete Stempel und die Matrize bestehen aus einer Vielzahl von Polyonen, die höhenverstellbar und unabhängig voneinander steuerbar sind.
-
US 6 089 061 und
US 6209380 B1 zeigen ebenfalls einstellbare Matrizen mit einer Vielzahl von Stiften, wobei die individuelle Einstellung der einzelnen Stifte Computer kontrolliert erfolgt.
-
Beschreibung
-
Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine universelle Form herzustellen, die individuell an das gewünschte Produkt angepasst werden kann und dann als Matrize dient, um Bleche und/oder Kunststoffe mittels Umformung durch Pressen oder Tiefziehen in die gewünschte Form zu bringen.
-
Dieses Ziel der Erfindung wird mit dem Verfahren und dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 1 und 8 erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs welches zum Herstellen von unregelmäßig gekrümmten Blechen oder Kunststoffen durch Umformen, insbesondere Pressen oder Tiefziehen verwendet wird. Das herzustellende Werkzeug besteht aus einem Ober- und einem Unterwerkzeug, die in einer Presse eingesetzt werden, wobei mindestens eines der beiden Teil-Werkzeuge bzw. Formen aus einer Vielzahl von Stempeln besteht, die individuell in axialer Richtung verstellbar sind.
-
Zum Einstellen bzw. Anpassen der Stempel kann beispielsweise das nachzuformende Prototypbauteil, ein Originalbauteil, eine aus Pappschablonen oder ähnlichem hergestellte Form etc. auf oder an die Ober- bzw. Unterform gelegt werden, so dass die beweglichen unverspannten Stempel selbstständig die gewünschte Position einnehmen können und anschließend in dieser Position durch Verspannen fixiert werden.
-
Vorzugsweise erfolgt das Einstellen der Stempel, wenn sich das Ober- und/oder das Unterwerkzeug in einer vertikalen Einstell-Lage befindet und die Spannvorrichtung gelöst ist. Die nun horizontal ausgerichteten Stempel sind nun frei beweglich und können entsprechend verschoben oder auch aus der Form entnommen werden. Die Ausrichtung der Stempel erfolgt aufgrund individueller Einstellung oder beispielsweise durch Auflegen eines Musters. Das Prinzip entspricht hierbei den so genannten Nagelbildern, die zur spielerischen dreidimensionalen Abtastung und plastischen Darstellung von Gegenständen (beispielsweise Händen) verwendet werden können.
-
Dann wird die Spannvorrichtung wieder angezogen und die Stempel sind in ihrer Lage fixiert, so dass sie ihre Position nicht mehr ändern können. Anschließen kann die Ober- oder Unterform wieder in die horizontale Lage gebracht werden, in der die Stifte vertikal ausgerichtet sind.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Positionierung der Stempel auch erfolgen, wenn sich das Ober- und/oder das Unterwerkzeug in einer horizontalen Arbeits-Lage befindet und mit einem plastischen Gegendruckmittel unterlegt ist. Dabei handelt es sich beispielsweise um ein Kissen mit plastischem Inhalt, beispielsweise mit einer Art Knetgummi. Die Ausrichtung der Stäbe erfolgt dann von der Pressseite her. Das Kissen kann zudem als zweite Funktion der Stabilitätserhöhung der Unterform dienen. Dazu wird das Kissen nach Einstellen und Verspannen der Unterform ebenfalls mittels einer Spannvorrichtung oder durch weiteres Aufpumpen unter Druck gesetzt und dient zur Abstützung der Gegenseite. Dies stellt einen zusätzlichen Schutz gegen ein Verrutschen der durch Spannung fixierten Stempel dar.
-
Nachdem das Ober- oder das Unterwerkzeug angepasst worden ist, kann die Anpassung des anderen einfach vorgenommen werden. Als Beispiel wird die Anpassung des Oberwerkzeugs aufgrund eines bereits justierten Unterwerkzeugs beschrieben. Analog ist die Anpassung eines Unterwerkzeugs aufgrund eines zuerst justierten Oberwerkzeugs zu bewerkstelligen.
-
Die einzustellende Oberform wird exakt auf die Unterform aufgesetzt. Nach lösen der Spannvorrichtung der Oberform passen sich die Stempel exakt den Positionen der Unterform an, d. h. die Unterform dient als Matrize zur Herstellung der individuell angepassten Oberform. Durch Spannen der Spannvorrichtung der Oberform erfolgt eine Fixierung der Stifte in der Oberform. Entsprechend der Stabilisierung der Unterform mittels eines plastischen Kissens, kann auch die Oberform mit einem Presskissen stabilisiert werden.
-
Anstelle einer individuell angepassten Oberform kann auch ein Presskissen Verwendung finden, dass auf das Blech, welches in die Unterform eingelegt wurde Druck ausübt und sich der Unterform anpasst, so dass die gewünschte Umformung des Bleches oder Kunststoffes erfolgt.
-
Die Verspannung der Stempel in der Spannvorrichtung kann beispielsweise durch Verschraubung einer Spannplatte von einer Seite her erfolgen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Verspannung auch zweifach, beispielsweise von der Seite und von vorn her oder aber von der Seite und der Gegenseite her, erfolgen.
-
Durch zweifache Verspannung wird die Reibekraft zwischen den einzelnen Stäben weiter erhöht.
-
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Werkzeug, dass nach dem oben beschriebenen Verfahren individuell angepasst werden kann. Die Vorrichtung besteht aus eine Ober- und einer Unterform. Mindestens eine der beiden Werkzeugformen weist eine Vielzahl von länglichen Stiften bzw. Stempeln auf, die in einem Raster in einer Spannvorrichtung angeordnet sind.
-
Die Stempel im Ober- und/oder im Unterwerkzeug können in der gewünschten Lage radial von außen fixiert werden. Beispielsweise sind die Stempel in einem U-förmigen Rahmen angeordnet, der von der offenen Seite her mit einer Platte verschlossen und verspannt werden kann. Als Spannmittel können Schrauben dienen. Ebenso ist es möglich, dass die Verschlussplatte mit Federkraft auf die Stempel drückt.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das entsprechende Teilwerkzeug an mindestens zwei Seiten durch Spannmittel begrenzt werden, so dass eine noch stärkere Verspannung der Stifte möglich ist.
-
Befindet sich das Werkzeug in der Einstell- Lage, so wir die Verspannung gelöst und die Stempel können axial bewegt oder sogar herausgenommen werden. Die Einsteil-Lage kann beispielsweise vertikal sein, so dass die Stempel horizontal ausgerichtet sind. Die Position der Stempel wird wunschgemäß eingestellt und anschließend wird das Ober- bzw. das Unterwerkzeug verspannt und die Position der Stempel somit unbeweglich fixiert, bevor es in die horizontale Arbeitslage gebracht wird.
-
Die Stempel weisen einen rechteckigen, insbesondere einen quadratischen Querschnitt auf und sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform an der Spitze abgerundet. Es ist allerdings auch die Verwendung von Stempeln mit anderen Querschnitten, beispielsweise rund, oval, mehreckig etc. möglich. Die Spitze der Stempel kann auch plan sein, allerdings ist dann die Gefahr von zusätzlichen Dellen im Blech bzw. Kunststoff erhöht. Allerdings kann dieser Effekt auch bei bestimmten Produkten gewünscht sein. Der Querschnitt der Stempel kann je nach Bedarf verschieden groß bzw. klein gewählt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden kleine Querschnitte gewählt, um eine möglichst gleichmäßige Oberfläche zu erzielen. Die Größe der Stempelquerschnitte trägt dazu bei, das Ergebnis des Pressvorgangs zu variieren. Durch Verwendung verschiedener Querschnittsgrößen kann die Beschaffenheit des Rohprodukts verbessert werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Ober- oder das Unterwerkzeug eine Spannvorrichtung mit Stempeln, während die Gegenform aus einem Presskissen besteht, dass sich aufgrund des ausgeübten Drucks entsprechend der Stempelmatrize anpasst.
-
Um die Stabilität der angepassten Formen, d. h. der Oberform und/oder der Unterform weiter zu erhöhen, kann diese auf ein plastisches Gegendruckmittel aufgesetzt werden. Die kann beispielsweise ein aufpumpbares Kissen sein, das mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und durch Aufpumpen oder mittels einer Spannvorrichtung unter Druck gesetzt werden kann, so dass die als Ober- oder Unterform dienende Stempel-Matrize von der Gegenseite zusätzlich abgestützt wird. Dieses plastische Gegendruckmittel dient als zusätzlicher Schutz gegen ein Verrutschen der durch Spannung fixierten Stempel.
-
Diese individuell einstellbaren Werkzeugformen können vor allem beim Bau von Prototypen und/oder bei der Herstellung von Kleinserien und/oder Herstellung von Einzelteilen Verwendung finden.
-
Die entsprechenden Stempelmatrizen können sowohl manuell als auch maschinell angepasst werden.
-
Ergeben erste Pressversuche, dass bei einer oder beiden Werkzeugformen die Stempellage nachkorrigiert werden muss, so wird die entsprechende Form in die vertikal Lage gebracht, leicht entspannt und die Stempel entsprechend verschoben. Hierfür müssen im Allgemeinen nicht wieder alle Stempel aus der Spannvorrichtung herausgenommen werden. Häufig ist es ausreichend mit einem Hammer, einem kleinem Meißel oder einem anderen Handwerkzeug die Lage einzelner auch unten liegender Stempel zu verändern.
-
Aufgrund der Verwendung der Vielzahl kleiner Stempel entsteht kein fertiges Produkt sondern ein Rohling bei dem die grobe Maßhaltigkeit und Form vorgegeben ist. Der Rohling kann dann entsprechend nachgearbeitet beispielsweise geglättet werden. Dafür können die herkömmlichen Bearbeitungsmaschinen herangezogen werden.
-
Die Nacharbeitung des Rohlings kann aber auch bewusst weggelassen werden. Durch die vielen kleinen Stempel mit abgerundeten Spitzen entstehen wölbende Verformungen im Blech, die die Stabilität des Produktes erhöhen. Dies kann für viele Produkte einen positiven Nebeneffekt darstellen.
-
Dementsprechend können die Formen auch dazu verwendet werden, die Oberfläche von Blechen zu bombieren und dadurch zu verstärken. Durch die mittels der Stempeloberflächen eingebrachten regelmäßigen Wölbungen kann eine Versteifung des Materials erreicht werden.
-
Ein enormer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die normalerweise sehr aufwändige und teure Herstellung einer entsprechenden Matrize vereinfacht wird. Es können ohne großen Aufwand Originalvorlagen, beispielsweise Oldtimer Karosserieteile, schnell vervielfacht werden. Aufgrund der vorliegenden Erfindung ist eine schnelle und kostensparende Herstellung von Kleinserien und Einzelstücken durch Umformen oder Tiefziehen von Blechen oder Kunststoffen möglich.
-
Die Größe der herzustellenden Produkte ist hierbei variabel. Mit der vorliegenden Erfindung können auch große Teile, beispielsweise Motorhauben, PKW-Türen usw. hergestellt werden. Die Spannvorrichtung und Anzahl der Stempel muss in diesen Fällen entsprechend groß gewählt werden.
-
Figurenbeschreibung
-
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Gleiche Bauteile weisen dabei grundsätzlich gleiche Bezugszeichen auf und werden teilweise nicht mehrfach erläutert.
-
1 zeigt den vertikalen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Teilwerkzeug;
-
2 zeigt eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Teilwerkzeug mit einem Spannmittel;
-
3 zeigt eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Teilwerkzeug mit zwei gegenüberliegenden Spannmitteln;
-
4 zeigt eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Teilwerkzeug mit zwei Spannmitteln, die im 45° Winkel zueinander angeordnet sind;
-
5 zeigt eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Teilwerkzeug bestehend aus zwei L-förmigen Rahmenteilen, die mittels zweier Schrauben miteinander verspannt werden;
-
6 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Tiefziehwerkzeug bestehend aus einem Ober- und einem Unterwerkzeug und
-
7 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Tiefziehwerkzeug bestehend aus einem Ober- und einem Unterwerkzeug, wobei das Unterwerkzeug auf einem plastischen Gegendruckmittel angeordnet ist.
-
Eine mögliche Ausgestaltung eines Tiefziehwerkzeugs 10 bestehend aus einem Oberwerkzeug 12 und einem Unterwerkzeug 14 mit erfindungsgemäß verspannter Stempelmatrix wird anhand von 4 illustriert.
-
1 zeigt den vertikalen Querschnitt durch ein Ober- oder ein Unterwerkzeug 12, 14. Dieses besteht aus einer Vielzahl von Stempeln 22, die in einem Rahmen 20 angeordnet sind. 2 und 3 zeigen jeweils eine Aufsicht auf verschiedene Ausführungsformen eines Teil-Werkzeugs 12, 14.
-
In 2 werden die Stempel 22 von einem U-förmigen Rahmen 20 umfasst, wobei die offene Seite des U mittels eines verschraubbaren Rahmenabschnitts 24 verschlossen wird. Durch Zudrehen der Schrauben 26 werden die stiftartigen Stempel 22 gegeneinander gepresst und somit verspannt. Durch Aufdrehen der Schrauben 26 erfolgt ein Entspannen der Stempel untereinander, so dass diese axial gegeneinander beweglich sind.
-
3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Stempel 22 an zwei Seiten mit starren Rahmenelementen 20 begrenzt werden und die Verspannung durch zwei bewegliche Rahmenelemente 24 von zwei Seiten her erfolgt.
-
Gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform kann auch ein starres L-förmiges Rahmenelement 20 auf den offenen Seiten durch zwei, im 45° Winkel zueinander liegenden Rahmenelementen 24 begrenzt werden, die mittels Schrauben 26 verspannt werden, so dass die Stempel 22 unbeweglich fixiert sind.
-
Die in 5 dargestellte Ausführungsform besteht aus zwei L-förmigen Rahmenelementen 20, die durch Schrauben 26 miteinander verbunden sind. Durch Lockern der Schrauben werden die Stempel 22 entspannt und zueinander beweglich, so dass die Form entsprechend angepasst werden kann. Nach dem Festziehen der Schrauben 26 sind die Stempel untereinander unbeweglich fixiert.
-
6 und 7 zeigen ein zusammengesetztes Tiefziehwerkzeug 10 bestehend aus einer Oberform 12 und einer entsprechenden Unterform 14. Zur weiteren Stabilisierung der Stempel 22 in der Ober- und/oder der Unterform 12; 14, können Wasserkissen 30 verwendet werden. Das Presskissen 30 dient als flexibles Widerlager, dass ein Verrutschen der durch Verspannung fixierten Stempel 22 verhindern soll. Das Kissen 30 kann beispielsweise von einer Kevlarhaut umgeben sein, um zu verhindern, dass es durch spitze Kanten der Stempel 22 beschädigt wird. Anstelle von Wasser kann das Kissen 30 auch eine Öl-Wasser-Emulsion oder eine andere plastische Substanz, die einen entsprechenden Gegendruck ausübt, aufweisen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 20
- Rahmen
- 22
- Stempel
- 24
- Spannmittel/Druckplatte
- 26
- Schraube
- 30
- Wasserkissen/Presskissen
