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Die
Erfindung betrifft ein Formgebungswerkzeug, insbesondere ein Umform-
und/oder Beschneidewerkzeug.
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Formgebungswerkzeuge
werden in der Praxis verwendet, um insbesondere große,
aber auch kleinere Karosserieteile durch umformende, spanende oder
schneidende Formgebung in ihre Gebrauchs- oder Einbauform zu überführen.
Dabei werden im Allgemeinen dünnwandige Ausgangsmaterialien
wie Blech- oder Kunststoffbahnen verwendet, und es werden häufig
große Stückzahlen benötigt. Daher werden
für jedes einzelne Karosserieteil spezielle Formgebungswerkzeuge
angefertigt, die auf den durchzuführenden Formgebungsprozess
hin ausgelegt sind.
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Formgebungswerkzeuge,
mit denen Schneid- oder Prägeprozesse durchgeführt
werden, umfassen dabei insbesondere bei großen Werkstücken
wie Fahrzeugklappen und -dächern einen Grundkörper,
an dem Funktionselemente, die auch als Eingriffskonturen bezeichnet
werden können, angeordnet oder ausgebildet sind. Die Grundkörper sind
dabei der jeweils zu schaffenden Kontur entsprechend individuell
gestaltet. Die Herstellung solcher Formgebungswerkzeuge wird häufig
auch als Großwerkzeugbau bezeichnet.
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In
der Praxis des Großwerkzeugbaus werden die Funktionselemente
zum Beispiel zum Schneiden, Abkanten, Prägen oder Nachformen
im Allgemeinen als kleinere Einzelelemente oder als große
Formaufsätze separat hergestellt und auf den Grundkörper,
der ein Werkstückunterteil, -oberteil oder ein Schieber
sein kann, aufgeschraubt. Der Grundkörper (Oberteile und
Unterteile) besteht in der Regel aus kostengünstigem Grauguss
(Lamellen- oder Kugelgraphitguss). Für die Funktionen zum Schneiden
oder Formen der Karosserieteile werden härtere und verschleißbeständigere
Werkstoffe eingesetzt.
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Die
Herstellung der Formgebungswerkzeuge mit aufgesetzten Funktionselementen,
insbesondere Schneidemessern erfordert umfangreiche Arbeitsschritte,
wobei insbesondere die Bearbeitung der Einzelteile aufwendig ist.
Insbesondere wird bei der Bearbeitung von Großgussteilen
nach der Grundbearbeitung eine 5-Seitenbearbeitung durchgeführt. Dabei
werden Werkzeugfunktionsflächen und auch die Messer- oder
Abkantbackensitzflächen gefräst und die Befestigungsgewinde
und Vorbohrungen für die Fixierstifte eingebracht. Die
Beschneidemesser werden dann montiert und an den Stößen
und gegebenenfalls Schultern eingepasst. Danach können
auf den Messerrücken und sonstigen Anlageflächen
des Bauteiles die Bauteilform und die Umrisse für die Schneidflächen
zunächst geschruppt und dann geschlichtet bzw. HSC-gefräst
werden.
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Um
den genannten großen Aufwand zu verringern, ist in der
WO 03/041895 A1 vorgeschlagen worden,
Funktionsteile und Grundkörper in einem Gießprozess
miteinander zu verbinden. Das Verfahren soll so erfolgen, dass eine
Vermischung des Materials der Funktionsteile und des Grundkörpers
nicht erfolgt, wobei davon ausgegangen wird, dass an einen vorgefertigten
Grundkörper die Funktionsteile angegossen werden.
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Die
beiden zuvor beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten
Alternativen zur Herstellung von Großwerkzeugen erfordern
einen hohen Material- und Bearbeitungsaufwand, wobei dieser Aufwand
auch bei der Herstellung von Werkzeugen für Prototypen
und Kleinserien nicht wesentlich geringer ist. Dies gilt insbesondere
für die Herstellung von Werkzeugen für flächige
Umformverfahren, wie sie insbesondere für die Blechfertigung
für den Karosseriebau benötigt werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstig
herstellbares Formgebungswerkzeug zur Verfügung zu stellen.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 2.
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Gemäß der
Erfindung ist bei einem Formgebungswerkzeug mit einem Grundkörper,
an dem mindestens eine erste Eingriffskontur vorgesehen ist, vorgesehen,
dass der Grundkörper mindestens ein erstes, werkstückunspezifisches
Adapterelement aufweist, an dem eine erste Grundkörper-Adapterstruktur
ausgebildet ist, die mit einer an der ersten Eingriffskontur ausgebildeten
Eingriffskontur-Adapterstruktur zusammenwirkt. Mit der Erfindung
steht ein Formgebungswerkzeug zur Verfügung, welches eine
dem zu erzeugenden Werkstück entsprechend individuell ausgebildete
Eingriffskontur aufweist, die von einem Grundkörper getragen
wird, der aus mindestens einem ersten werkstückunspezifischen
Adapterelement aufgebaut ist. Dies bedeutet, dass die werkstückunspezifischen
Adapterelemente nach einem Verschleiß der Eingriffskontur
oder bei einer etwaigen Änderung der Eingriffskontur weiter
verwendet werden können und dass nur die Eingriffskontur zu
ersetzen ist. Damit ist insbesondere eine Reduzierung von Werkzeugkosten
für die Herstellung von Prototyp-, Kleinserien- und Serienteilen
aus Blech möglich. Durch die Verwendung von werkstückunspezifischen
Adapterelementen, die auch als universelle Werkzeugmodule oder Werkzeugmodulkomponenten
gezeichnet werden können, wird so ein geringer Materialeinsatz
und ein niedriger Fertigungsaufwand für die Herstellung
von werkstückspezifischen Werkzeugen erreicht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Grundkörper
mindestens ein zweites, vorzugsweise ein zweites und weitere werkstückunspezifische
Adapterelemente auf, die einem Satz werkstückunspezifischer
Adapterelemente entnommen sind. Dies erlaubt es, quasi unter Rückgriff auf
einen Bausatz in kurzer Zeit verschiedenartigste Formgebungswerkzeuge
aufzubauen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen das zweite,
vorzugsweise das zweite und weitere werkstückunspezifische
Adapterelemente Grundkörper-Adapterstrukturen auf, die
zu zweiten bzw. weiteren Eingriffskontur-Adapterstrukturen komplementär
ausgebildet sind. Durch an dem Grundkörper bzw. an der
Eingriffskontur ausgebildete, auf einander bezogene Adapterstrukturen
ist es besonders einfach möglich, die jeweils individuelle
Eingriffskontur an dem Grundkörper anzuschließen.
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Vorteilhafterweise
ist dabei erfindungsgemäß ein Adapterelement als
flächige Verbindungsplatte, beispielsweise als Stahlplatte
mit einer Dicke von 5 mm bis 150 mm vorzugsweise 20 mm bis 100 mm,
auszugestalten, welche durch mindestens eine standardisierte Adapterstruktur
einen universellen Anschluss an unterschiedliche Eingriffskonturen und/oder
an konventionelle Werkzeuggrundplatten aufweist. Eine standardisierte
Adapterstruktur ist dabei durch geeignete Formelemente, wie stufenförmige
Absätze oder zylinderförmige Zapfen, auszugestalten,
vorzugsweise mittels zerspanender Bearbeitungstechnik. Alternativ
kann dazu auch jegliche andere geeignete Bearbeitungstechnik, beispielsweise Erodieren,
Laser- oder Wasserstrahlschneiden, Verwendung finden. Gleichfalls
ist es auch im Sinne der Erfindung, geeignete Formelemente durch
entsprechende Fügeverfahren, wie z. B. Löten oder
Schweißen, oder mittels entsprechender Fügemittel,
wie z. B. Schrauben, an ein Adapterelement anzufügen. Dabei
ist ein wesentlicher Vorteil einer solchen flächigen Verbindungsplatte,
dass die Übertragung der Umformkräfte über
eine entsprechend große Fläche erfolgt und somit
die Werkzeugbelastung reduziert wird.
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Alternativ
ist als Adapterelement auch die Verwendung von standardisierten
Stangenmaterialien, beispielsweise von Strangpressprofilen, insbesondere
von Sechseckprofilen, vorteilhaft, welche auf entsprechende Länge
geschnitten werden und anschließend zu einem im Wesentlichen
flächigen Adapterelement aneinander gefügt werden.
Derartige Fügeverbindungen sind dauerhaft, beispielsweise durch
Schweißverfahren, oder lösbar, beispielsweise durch
Schrauben und/oder Nutverbindungen, auszugestalten. Weiterhin sind
derartige Adapterelemente alternativ auch beweglich auszugestalten,
beispielsweise in Form von Pinolen, vorzugsweise in Verbindung mit
einer Verbindungsplatte, welche ein entsprechendes Raster von Löchern
oder Durchbrüchen aufweist, in dem die einzelnen Pinole
geführt werden. Bewegliche Adapterelemente sind insbesondere
für bewegbare Werkzeugteile eines Formgebungswerkzeugs,
wie z. B. der Stempel eines Umformwerkzeugs, erforderlich. Ein weiterer
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung
ist, dass die unterschiedlichen Adapterelemente miteinander kombinierbar sind,
so dass verschiedenartige Adapterelemente miteinander zusammen wirken.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Formgebungswerkzeugs
ist, dass die eigentliche formgebende Eingriffskontur auf äußerst
wirtschaftliche Weise herstellbar ist, da das erforderliche Materialvolumen
wesentlich reduziert wird und die Herstellzeit sowie die dabei erforderlichen
Bearbeitungsschritte signifikant reduziert werden. Beispielsweise ist
die Eingriffskontur in Form einer Gussschale oder einer oder mehreren,
geschichteten Metallplatten und insbesondere Stahlplatten herstellbar,
wobei die formgebende Endkontur der Eingriffskontur mittels einer
anschließenden mechanischen Bearbeitung, z. B. mittels
HSC-Fräsen, erzeugt wird. Selbstverständlich ist
bei Verwendung mehrerer geschichteter Stahlplatten eine geeignete
Fixierung bzw. Sicherung der Platten relativ zueinander vorzusehen.
Prinzipiell sind dazu Metallplatten jeglicher Dicke verwendbar, zur
Reduzierung des Herstellungsaufwands ist jedoch eine Dicke von 5
mm bis 150 mm, vorzugsweise von 20 mm bis 100 mm, vorzusehen.
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Vorteilhafterweise
sind auf die erfindungsgemäße Art und Weise ganze
Formgebungswerkzeuge, aufweisend zumindest die Werkzeugteile Stempel,
Matrize und Niederhalter, kosten- und zeitoptimiert herstellbar.
In Abhängigkeit des jeweiligen Anwendungsfalls sind die
einzelnen Werkzeugteile jeweils entsprechend der zuvor beschriebenen
Alternativen herstellbar, wobei Werkzeugteile unterschiedlicher
Ausgestaltung in geeigneter Art und Weise kombinierbar sind.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen,
dass die erste Eingriffskontur, vorzugsweise die erste Eingriffskontur
und weitere Eingriffskonturen als Schneid-, Blechumform- oder Prägekontur
ausgebildet sind. Bei einer solchen Ausgestaltung eignet sich das
Formgebungswerkzeug insbesondere zur Herstellung von Karosserieteilen
in einer Prototypfertigung, in welcher die zu erzeugende Werkzeugkontur und
damit die dazu erforderliche Eingriffskontur im allgemeinen schon
nach wenigen Werkstücken verändert wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die erste
Eingriffskontur, vorzugsweise die erste Eingriffskontur und weitere Eingriffskonturen
nach Art einer dünnwandigen Haut, insbesondere mit einer
mittleren Wandstärke von weniger als 20 mm, insbesondere
einer mittleren Wandstärke von weniger als 10 mm ausgebildet.
Bei einer dünnwandigen Ausgestaltung der Eingriffskontur werden
die Herstellungskosten zur Erzeugung der Eingriffskontur erheblich
gesenkt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die werkstückunspezifischen Adapterelemente als Stützsäulen
ausgebildet sind. Dies erleichtert den modularen Aufbau des Formgebungswerkzeuges.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Verstrebungen,
insbesondere Balken zur Verbindung und Abstützung, insbesondere
zur gegenseitigen Abstützung der werkstückunspezifischen
Adapterelemente vorgesehen. Dadurch lässt sich bei einem
geringen Materialeinsatz ein Formgebungswerkzeug erstellen, welches
bei einem geringen Gewicht eine hohe Leistungsfähigkeit, insbesondere
eine hohe Umformleistungsfähigkeit aufweist.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
werkstückunspezifischen Adapterelemente als Fachelemente
für einen diese mindestens abschnittsweise am Rand umfassenden
Rahmen ausgebildet sind. Eine solche Ausgestaltung, die eine einem
Setzkasten vergleichbare Struktur beschreibt, erlaubt die Bereitstellung
eines Formgebungswerkzeugs bei geringem Montageaufwand.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung
im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
erste besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Formgebungswerkzeugs in einem Schnitt und
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2 eine
zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Formgebungswerkzeugs im Schnitt.
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Das
in 1 gezeigte Formgebungswerkzeug 100 gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist als
Mat rize einer Tiefziehpresse ausgebildet. Das Formgebungswerkzeug 100 weist
einen Grundkörper 102 sowie eine erste Eingriffskontur 104 auf,
wobei an der ersten Eingriffskontur 104 eine Ausnehmung 106 ausgebildet
ist, deren Oberfläche 108 die räumliche
Form des zu erzeugenden Werkstücks (nicht gezeigt) beschreibt.
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Der
Grundkörper 102 ist aus einem ersten werkstückunspezifischen
Adapterelement 110, einem zweiten werkstückunspezifischen
Adapterelement 112, einem dritten werkstückunspezifischen Adapterelement 114,
einen vierten werkstückunspezifischen Adapterelement 116 sowie
weiteren werkstückunspezifischen Adapterelementen 118 aufgebaut,
wobei diese werkstückunspezifischen Adapterelemente 110, 112, 114, 116, 118 an
einer Grundplatte 120 angeordnet sind. Die Werkstückadapterelemente 110, 112, 114, 116, 118 sind
als prismatische Stützsäulen, insbesondere als
Stützquader ausgebildet, wobei an dem oberen Ende der Adapterelemente 110, 112, 114, 116, 118 jeweils
als Ausklinkung eine erste Grundkörper-Adapterstruktur 122 sowie weitere
Grundkörper-Adapterstrukturen 124 ausgebildet
sind, welche jeweils mit einer als Stufe an der Rückseite
der Eingriffskontur 104 ausgebildeten ersten bzw. weiteren
Eingriffskontur-Adapterstrukturen 126, 128 zusammenwirken.
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Die
Grundplatte 120, die vorzugsweise als Gusswanne ausgebildet
ist, weist nach einem gleichmäßigen, werkstückunspezifischen
Raster verteilte Vertiefungen 130 auf, in denen die werkstückunspezifischen
Adapterelemente 110, 112, 114, 116, 118 aufgenommen
sind. Die werkstückunspezifischen Adapterelemente 110, 112, 114, 116, 118 weisen
unterschiedliche, jedoch aus einem festen Rastermaß abgeleitete
Längen auf, so dass auch tiefe Konturen, wie die in 1 gezeigte
Kontur einer Eingriffskontur 104 abgestützt werden
können, ohne dass dabei die Wandstärke d groß zu
wählen ist. Die mittlere Wandstärke dm der in 1 gezeigten
Eingriffskontur ist < 20
mm.
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Das
Formgebungswerkzeug 200 gemäß einer zweiten
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in 2 entspricht
in seinem grundsätzlichen Aufbau dem Formgebungswerkzeug 100 gemäß der ersten
Ausführungsform. Daher sind für Teile, die Teilen
der ersten Ausführungsform entsprechen, Bezugszeichen verwendet
worden, die gegenüber der ersten Ausführungsform
um 100 erhöht sind.
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Wie
das Formgebungswerkzeug 100 gemäß der
ersten Ausführungsform weist das Formgebungswerkzeug 200 gemäß der
zweiten Ausführungsform einen Grundkörper 202 auf,
welcher eine erste Eingriffskontur 204 trägt.
Neben der ersten Eingriffskontur 204 ist allerdings noch
eine zweite Eingriffskontur 205 vorgesehen, welche gemeinsam eine
Ausnehmung 206 und damit eine Oberfläche 208 eines
zu erzeugenden Werkstückes beschreiben.
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Der
Grundkörper 202 des Formgebungswerkzeugs 200 gemäß der
zweiten Ausführungsform weist jedoch einen von der ersten
Ausführungsform abweichenden Aufbau auf, indem an einem
Rahmen 250 einer Kassette als werkstückunspezifische
Adapterelemente 210 Fachelemente 252 angeordnet sind,
die die Eingriffskonturen 204, 205 an ihrer Unterseite
sowie an einer Umfangsseite unter- bzw. hintergreifen. An den Fachelementen 252,
die nach Art von Trennwänden eines Setzkastens ausgebildet sind,
sind in einem regelmäßigen Abstand als Grundkörper-Adapterstruktur 222 Öffnungen 254 ausgebildet,
durch welche hindurch Befestigungsschrauben 256 in die
erste bzw. zweite Eingriffskonture 204, 205 eingreift,
wobei die entsprechenden Öffnungen in den Eingriffskonturen 204, 205 Eingriffskontur-Adapterstrukturen 226 im
Sinne der Erfindung darstellen.
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Kurz
zusammengefasst ist mit der Erfindung insbesondere eine Reduzierung
von Werkzeugkosten für die Herstellung von Prototyp-, Kleinserien- und
Serienteilen aus Blech möglich. Durch die Verwendung von
werkstückunspezifischen Adapterelementen, die auch als
universelle Werkzeugmodule oder Werkzeugsmodulkomponenten bezeichnet
werden können, wird ein geringer Mate rialeinsatz und ein niedriger
Fertigungsaufwand für die Herstellung von werkstückspezifischen
Werkzeugen erreicht.
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Gemäß der
Erfindung wird also insbesondere – wie zuvor dargestellt – ein
modulares Aufbaukonzept für Umform- und Beschneidewerkzeuge
zur Verfügung gestellt, wobei gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform das Werkzeug in eine dünne
formgebende Haut und rückseitige Stützsäulen
oder -balken geteilt ist. Die Säulen bzw. Balken entspringen
einem Baukasten und sind jederzeit wieder verwendbar, während
bei einem Typenwechsel lediglich die Haut zu ersetzen ist, wobei
die nicht mehr benötigte Haut verschreddert werden kann.
Rückseitig weist die Haut dementsprechend eine Stützkontur
auf, die zu den Stützsäulen und -balken passende
Konturen besitzt, während sie vorderseitig die Form für
das zu erzeugende Bauteil bildet. In einfacher Weise ist mit diesem
Konzept eine Anpassung an neue Fahrzeugtypen möglich. Die
Haut wird individuell an den neuen Typ der Blechform angepasst.
Insgesamt entstehen deutlich geringere Kosten, insbesondere Materialkosten,
da nur die Haut bei einem Typwechsel zu entsorgen ist. Anstelle
der Stützsäulen und -balken kann im Rahmen der
Erfindung auch eine Kassettenstruktur zum Einsatz kommen, die die
Haut umgibt. Rückseitig ist die Haut an den Kassettenboden
und/oder Kassettenfächer angepasst.
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- 100
- Formgebungswerkzeug
- 102
- Grundkörper
- 104
- Eingriffskontur
- 106
- Ausnehmung
- 108
- Oberfläche
- 110
- erstes
werkstückunspezifisches Adapterelement
- 112
- zweites
werkstückunspezifisches Adapterelement
- 114
- drittes
werkstückunspezifisches Adapterelement
- 116
- viertes
werkstückunspezifisches Adapterelement
- 118
- weiteres
werkstückunspezifisches Adapterelement
- 120
- Grundplatte
- 122
- Adapterstruktur
- 124
- weitere
Grundkörper-Adapterstruktur
- 126
- erste
Eingriffskontur-Adapterstruktur
- 128
- weitere
Eingriffskontur-Adapterstruktur
- 130
- Vertiefungen
- 200
- Formgebungswerkzeug
- 202
- Grundkörper
- 204
- erste
Eingriffskontur
- 205
- zweite
Eingriffskontur
- 206
- Ausnehmung
- 208
- Oberfläche
- 210
- Adapterelemente
- 222
- Grundkörper-Adapterstruktur
- 226
- Eingriffskontur-Adapterstruktur
- 250
- Rahmen
- 252
- Fachelement
- 254
- Öffnung
- 256
- Befestigungsschraube
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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