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Die
Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug und insbesondere ein Tiefziehwerkzeug
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein
Tiefziehwerkzeug der betreffenden Art dient der Herstellung eines
dreidimensionalen Blechformteils aus einem ebenen, zweidimensionalen Blechmaterial.
Hierzu wird das umzuformende Blechmaterial zwischen einem Niederhalter
und einer Matrize eingespannt und mittels eines Ziehstempels durch
eine formgebende Öffnung in der Matrize gezogen, wobei
das Blechmaterial über die Ziehkante der Öffnung
einläuft und aus dem Bereich zwischen Niederhalter und
Matrize nachfließt, was zusammengefasst als Blechmaterialfluss
bezeichnet wird. Der zwischen Ziehstempel und Matrize ausgebildete Spalt
wird als Ziehspalt bezeichnet.
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Zur
Beeinflussung des Blechmaterialflusses im Tiefziehwerkzeug, insbesondere
bei unregelmäßigen Blechformteilgeometrien, sind
aus dem Stand der Technik zwischen Niederhalter und Matrize wirksame
Rückhalteeinrichtungen bekannt, die den Blechmaterialfluss
in diesem Bereich, zusätzlich zur resultierenden Reibkraft,
hemmen. Eine solche Rückhalteeinrichtung ist z. B. eine
Ziehwulst-Ziehsicke-Kombination. Eine Ziehwulst ist ein vom Niederhalter
oder von der Matrize vorstehender Profilkörper (Wulstleiste),
die in eine korrespondierende nutartigen Ziehsicke im entgegenwirkenden
Werkzeugteil (Matrize oder Niederhalter) eingreift. Während
des Tiefziehvorgangs wird der Blechmaterialfluss durch die Ziehsicke
um die Ziehwulst herum gelenkt und hierbei gehemmt bzw. gebremst,
was auch als Rückhalten des Blechmaterials bezeichnet wird.
Ziehwulst-Ziehsicke-Kombinationen werden dort im Tiefziehwerkzeug
angeordnet, wo das Blechmaterial ansonsten unerwünscht
leicht über die Ziehkante einlaufen würde, was
nachteiligen Einfluss auf das hergestellte Blechformteil hat.
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Aus
dem Stand der Technik sind variable Ziehwulste bekannt, die z. B.
in Abhängigkeit vom Ziehweg, d. h. der Ziehstempelposition
relativ zur Matrize, eine unterschiedliche Höhe und damit
eine unterschiedliche Eindringtiefe in die korrespondierende Ziehsicke
aufweisen, um somit den Blechmaterialfluss während des
Tiefziehvorgangs verändern zu können.
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Ein
Tiefziehwerkzeug mit einer solchen variablen Ziehwulst ist z. B.
aus der aktuellen
US 2008/0184764
A1 bekannt. Die variable Ziehwulst ist hier an einem separaten
Niederhaltermodul angeordnet, welches beweglich im Niederhalter
gelagert ist und während des Tiefziehvorgangs in Abhängigkeit vom
Ziehweg mittels eines Kurvensteuerantriebs in seiner Höhenposition
verändert wird. In der dem Niederhalter entgegenwirkenden
Matrize ist neben der korrespondierenden Ziehsicke ein separates,
bewegliches und elastisch abgestütztes Matrizenmodul angeordnet,
welches während des Tiefziehvorgangs in Blechmaterialeinlaufrichtung
vor der Ziehwulst-Ziehsicke-Kombination unmittelbar eine definierte
Normalkraft auf das Blechmaterial ausübt, woraus an dieser
Stelle eine Reibkraft am Blechmaterial resultiert. Hierdurch wird
der Blechmaterialfluss zwischen Niederhalter und Matrize zusätzlich
gehemmt.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, den Blechmaterialfluss in einem Tiefziehwerkzeug
zur Blechumformung mit einer zwischen Niederhalter und Matrize wirksamen
Rückhalteeinrichtung zu optimieren.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Tiefziehwerkzeug mit den
Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und bevorzugte Weiterbildungen
sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die
Verwendung des erfindungsgemäßen Tiefziehwerkzeugs
zur Herstellung eines Karosseriebauteils für ein Kraftfahrzeug
ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird ein Tiefziehwerkzeug zur Blechumformung
mit einem Ziehstempel, einem Niederhalter und einer Matrize vorgeschlagen,
wobei zwischen der Matrize und dem Ziehstempel ein Ziehspalt ausgebildet
ist, sowie mit wenigstens einer zwischen Niederhalter und Matrize wirksamen
Rückhalteeinrichtung zur Hemmung des Blechmaterialflusses,
und mit wenigstens einem am Niederhalter und/oder der Matrize angeordneten
und unmittelbar auf das umzuformende Blechmaterial einwirkenden
Kraftstellelement zur definierten Erzeugung einer lokalen, den Blechmaterialfluss
hemmenden Reibkraft. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
wenigstens ein solches Kraftstellelement zwischen der Rückhalteeinrichtung
und dem Ziehspalt angeordnet ist.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, dass wenigstens ein solches Kraftstellelement am
Niederhalter zwischen der Rückhalteeinrichtung und dem
Ziehspalt angeordnet ist.
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Ein
Kraftstellelement ist maßgeblich durch seine Funktion definiert,
nämlich im Wesentlichen unabhängig vom Niederhalter
oder der Matrize eine definierte Flächenpressung auf das
umzuformende Blechmaterial, insbesondere auf das zwischen Niederhalter
und Matrize während des Tiefziehvorgangs eingeklemmte Blechmaterial,
ausüben zu können. Bevorzugt ist ein Kraftstellelement
als separate Komponente ausgebildet.
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Die
Angabe „zwischen” umfasst einen Werkzeugbereich,
der durch die Beabstandung von Rückhalteeinrichtung und
Ziehspalt gebildet ist. Diese Beabstandung kann z. B. in Richtung
des Blechmaterialflusses bemessen werden.
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Die
nachfolgenden Ausführungen als auch die abhängigen
Ansprüche betreffen ein solches, zwischen der Rückhalteeinrichtung
und dem Ziehspalt angeordnetes Kraftstellelement.
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Der
Ziehstempel, der Niederhalter und/oder die Matrize können
einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
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Die
zwischen Niederhalter und Matrize wirksame Rückhalteeinrichtung
dient ergänzend zur wirksamen Reibkraft dem Hemmen bzw.
Bremsen des Blechmaterialflusses zwischen Niederhalter und Matrize
in Richtung auf den Ziehspalt. Bevorzugt umfasst eine Rückhalteeinrichtung
korrespondierende Rückhalteelemente, die am Niederhalter
und der Matrize angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß ist
das Kraftstellelement in Blechmaterialflussrichtung nicht vor, sondern
nach einer Rückhalteeinrichtung angeordnet. Das Kraftstellelement
wirkt mit wenigstens einer Kontaktfläche unmittelbar auf
das umzuformende Blechmaterial ein. Mittels der Kontaktfläche
wird auf das Blechmaterial eine Normalkraft (genau genommen eine
Flächenpressung) aufgebracht, woraus eine lokale, den Blechmaterialfluss
zusätzlich bzw. ergänzend hemmende Reibkraft resultiert.
Eine Kontaktfläche des Kraftstellelements kann aus dem
selben Werkstoff wie die Wirkflächen des Niederhalters
oder der Matrize oder aus einem anderen Werkstoff gebildet sein. Zudem
kann eine Kontaktfläche gehärtet und/oder beschichtet
sein.
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In
vorteilhafter Weise ermöglicht ein zwischen Rückhalteeinrichtung
und Ziehspalt angeordnetes Kraftstellelement zuverlässig
eine definierte Hemmung des Blechmaterialflusses in diesem Bereich.
In Blechmaterialflussrichtung weist das umzuformende Blechmaterial
nach der Rückhalteeinrichtung keine konstant reproduzierbaren
Eigenschaften auf. So variiert insbesondere die Blechmaterialdicke nach
der Rückhalteeinrichtung. Gemäß dem Stand der
Technik wird daher der Bereich zwischen Rückhalteeinrichtung
und Ziehspalt häufig nicht oder mit nur geringem Aufwand
eingearbeitet, wie z. B. eintuschiert. Hiermit ist insbesondere
das Einstellen eines reibungsbegründenden Abstandes zwischen
Niederhalter und Matrize gemeint.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Anordnung eines Kraftstellelements
kann nunmehr auch in dem Bereich zwischen Rückhalteeinrichtung
und Ziehspalt zuverlässig eine definierte Reibkraft erzeugt
werden, wodurch die Hemmung des Blechmaterialflusses im Gesamten
erhöht und dadurch optimiert werden kann. Dies ermöglicht
auch ein weitergehendes Einlaufen des Flanschaußenrands
zwischen Niederhalter und Matrize in Richtung des Ziehspalts. In
der Folge kann somit z. B. auf einen kleineren Platinenzuschnitt
zurückgegriffen werden, wodurch Material und Kosten eingespart
werden. Mittels einer Steuerung oder Regelung des Kraftstellelements
kann der Blechmaterialfluss während des Tiefziehvorgangs
verändert und angepasst werden, so dass z. B. auf die aus
dem Stand der Technik bekannten, variablen Ziehwulste, die besonders
verschleißanfällig sind, verzichtet werden kann.
Dies wird im Zusammenhang mit einer bevorzugten Weiterbildung noch
ausführlicher erläutert.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Kraftstellelement
beweglich im Niederhalter oder in der Matrize gelagert ist. Die
Bewegungsrichtung ist bevorzugt senkrecht zur Blechmaterialflussrichtung.
Der Niederhalter oder die Matrize sind für diese Lagerung
eines Kraftstellelements entsprechend hergerichtet und weisen z.
B. eine Ausnehmung zur Aufnahme des Kraftstellelements auf.
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Insbesondere
ist vorgesehen, dass entsprechende Lager- und/oder Stützflächen
im Niederhalter oder in der Matrize angeordnet sind. Eine Stützfläche kann
z. B. in Art eines Widerlagers ausgebildet sein, an dem sich das
Kraftstellelement z. B. mit seinem der Kontaktfläche entgegengesetzten
Ende (Fußbereich) abstützt. Die Lager- und/oder
Stützflächen im Niederhalter oder der Matrize
sind konstruktiv, z. B. durch Verstärkung, zur Aufnahme
der sich einstellenden Kräfte ausgelegt. An den Lagerflächen
können zusätzliche Lagerelemente, wie z. B. Bronzeplatten, angeordnet
sein.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Kraftstellelement
mittels wenigstens einer gummielastischen Feder kraftbeaufschlagt
ist. Die Kraftbeaufschlagung bewirkt eine Normalkraft in Richtung
auf das umzuformende Blechmaterial. Die gummielastische Feder kann
z. B. zwischen dem Fußbereich und einer Stützfläche
im Niederhalter oder der Matrize angeordnet sein und ermöglicht
ein elastisches Ein- und Ausfedern des Kraftstellelements, wodurch
dieses während des Tiefziehvorgangs eine beständige
Normalkraft auf das umzuformende Blechmaterial ausübt.
Gummielastische Federn sind als Zubehörteile am Markt erhältlich.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Kraftstellelement
pneumatisch oder mittels Gasdruck kraftbeaufschlagt ist. Auch hierdurch
kann eine federähnliche Wirkung erzielt werden. Die Kraftbeaufschlagung
kann z. B. mittels einer im Niederhalter oder in der Matrize integrierte Pneumatikeinrichtung
erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Kraftbeaufschlagung mittels einer
oder mehrerer Gasdruckfedern, die z. B. zwischen dem Fußbereich und
einer Stützfläche im Niederhalter oder der Matrize
angeordnet sind. Gasdruckfedern sind als Zubehörteile am
Markt erhältlich.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Kraftstellelement
hydraulisch kraftbeaufschlagt ist. Dies kann mittels einer im Niederhalter
oder der Matrize integrierten Hydraulik erfolgen, oder durch einen
oder mehrere separate Hydraulikzylinder, die z. B. zwischen dem
Fußbereich und einer Stützfläche im Niederhalter
oder der Matrize angeordnet sind. Je nach Regelung der Hydraulik oder
der Hydraulikzylinder kann eine federähnliche Wirkung erzielt
werden.
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Selbstverständlich
lassen sich in dem erfindungsgemäßen Tiefziehwerkzeug
die vorstehend beschriebenen Maßnahmen zur Kraftbeaufschlagung eines
Kraftstellelements auch miteinander kombinieren.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Kraftbeaufschlagung
des Kraftstellelements gesteuert oder geregelt ist. Dadurch kann
die Aufbringung einer Normalkraft auf das umzuformende Blechmaterial
während des Tiefziehvorgangs mittels des Kraftstellelements
bzw. mittels dessen Kontaktfläche verändert werden.
Bei der Steuerung erfolgt die Kraftbeaufschlagung z. B. in Abhängigkeit
vom Ziehweg durch Vorgabe eines Kraftwertes und/oder eines Stellwegs.
Bei der Regelung wird die Kraftbeaufschlagung zusätzlich
in einen Regelkreis eingebunden. Durch Steuerung und/oder Regelung
der Kraftbeaufschlagung kann der Blechmaterialfluss während
des Tiefziehvorgangs soweit beeinflusst werden, dass auf herkömmliche,
gleichwirkende Maßnahmen verzichtet werden kann, wie z. B.
auf variable und äußerst verschleißanfällige
Ziehwulste. Dies schließt jedoch die Verwendung variabler
Ziehwulste im erfindungsgemäßen Tiefziehwerkzeug
nicht aus.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist ein mechanischer Anschlag für
das Kraftstellelement vorgesehen. Der mechanische Anschlag begrenzt
einen Stellweg des Kraftstellelements in Richtung auf das umzuformende
Blechmaterial. Ist das Kraftstellelement hydraulisch kraftbeaufschlagt,
so kann der Anschlag auch durch eine hydraulische Stellwegbegrenzung
gebildet sein.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Langloch
im Kraftstellelement zur Befestigung am Niederhalter oder an der
Matrize umfasst ist. Ein Sicherungsmittel, wie z. B. ein Führungsstift,
bewirkt durch dieses Langloch hindurch eine bewegliche Befestigung
des Kraftstellelements.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Kraftstellelement
unmittelbar an den Ziehspalt oder an einen Spalt zwischen Niederhalter
und Ziehstempel angrenzt. Dies ermöglicht z. B. eine einfache
Montage und Demontage des Kraftstellelements.
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Bevorzugt
ist hierbei vorgesehen, dass das Kraftstellelement im Niederhalter
angeordnet und gegen den Ziehstempel abgestützt ist. Der
Blechmaterialfluss in Richtung des Ziehspalts übt über
die Reibkraftkopplung eine Querkraft in Richtung des Ziehspalts
und ein Kippmoment auf das Kraftstellelement aus. Die Querkraft
und das Kippmoment lassen sich werkzeugtechnisch elegant am Ziehstempel
abstützen, so dass am Niederhalter keine diesbezüglichen
Maßnahmen zu ergreifen sind. Die Abstützung am
Ziehstempel kann z. B. durch eine Führungsplatte oder dergleichen
erfolgen.
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Ferner
ist bevorzugt vorgesehen, dass das Kraftstellelement den Bereich
zwischen der Rückhalteeinrichtung und dem Ziehspalt oder
zwischen der Rückhalteeinrichtung und dem Spalt zwischen
Niederhalter und Ziehstempel im Wesentlichen vollständig
einnimmt bzw. abdeckt. Hierdurch kann dieser Bereich bestmöglich
zur Beeinflussung des Blechmaterialflusses genutzt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Rückhalteeinrichtung
als Ziehstufe ausgebildet ist. Dies wird nachfolgend im Zusammenhang
mit den Figuren näher erläutert.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Rückhalteeinrichtung
als Ziehwulst-Ziehsicke-Kombination ausgebildet ist. Eine Ziehwulst
weist insbesondere einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt
auf. Eine solche Rückhalteeinrichtung wurde eingangs erläutert. Die
Ziehwulst kann zudem als variable Ziehwulst ausgebildet sein, wie
ebenfalls eingangs erläutert.
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Selbstverständlich
können in dem erfindungsgemäßen Tiefziehwerkzeug
auch verschiedene Rückhalteeinrichtungen miteinander kombiniert werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung beispielhaft anhand der Figuren näher
erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Tiefziehvorgang in einem einfachen Tiefziehwerkzeug gemäß dem
Stand der Technik, in einer schematischen Schnittansicht;
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2 ein
erfindungsgemäßes Tiefziehwerkzeug während
eines Tiefziehvorgangs, in einer schematischen Teil-Schnittansicht;
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3 eine
Abwandlung des erfindungsgemäßen Tiefziehwerkzeugs
aus 2, in einer schematischen Teil-Schnittansicht;
und
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4 ein
Kraftstellelement eines erfindungsgemäßen Tiefziehwerkzeugs
nach den 2 oder 3, in einer
perspektivischen Ansicht.
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1 zeigt
ein einfaches Tiefziehwerkzeug 10 gemäß dem
Stand der Technik. Dieses umfasst einen Ziehstempel 12,
einen Niederhalter 14 und eine Matrize 16. Ein
umzuformendes Blechmaterial 18 wird vom Niederhalter 14 auf
die Matrize 16 gedrückt und somit zwischen Niederhalter 14 und
Matrize 16 eingeklemmt. Der Ziehstempel 12 bewegt
sich relativ zur Matrize 16 und zieht hierbei das Blechmaterial 18 durch
eine Öffnung 20 in der Matrize 16, wobei
ein dreidimensionales Blechformteil gebildet wird. Dies wird als
Tiefziehvorgang bezeichnet. Eine Relativbewegung zwischen Ziehstempel 12 und
Matrize 16 ist mit einem Pfeil P angegeben. Während
des Tiefziehvorgangs gleitet das Blechmaterial 18 über
die Ziehkante 22 am Öffnungsrand der Öffnung 20.
Zwischen dem Ziehstempel 12 und der Matrize 16 ist
ein so genannter Ziehspalt 24 erforderlich.
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2 zeigt
ein erfindungsgemäßes Tiefziehwerkzeug 10.
Gleiche Komponenten und Elemente sind hier mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Dargestellt ist nur ein Ausschnitt des Tiefziehwerkzeugs 10,
der einen Teil des Ziehstempels 12 und Abschnitte des Niederhalters 14 und
der Matrize 16 zeigt. Zudem ist die Darstellung nicht maßstabsgetreu.
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Zwischen
dem Niederhalter 14 und der Matrize 16 ist eine
Rückhalteeinrichtung 25 wirksam, welche den Blechmaterialfluss
des Blechmaterials 18 zwischen dem Niederhalter 14 und
der Matrize 16 in Richtung auf den Ziehspalt 24 hemmt
bzw. bremst, was auch als Rückhalten des Blechmaterials 18 bezeichnet
wird.
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Die
Rückhalteeinrichtung 25 ist aus einer im Niederhalter 14 angeordneten
Ziehwulst 26 und einer korrespondierenden, in der Matrize 16 ausgebildeten Ziehsicke 28 gebildet.
Abweichend zu dem gezeigten Beispiel kann die Ziehwulst 26 auch
in der Matrize 16 und die Ziehsicke 28 im Niederhalter 14 angeordnet sein.
Während des Tiefziehvorgangs wird das Blechmaterial 18 durch
die Ziehsicke 28 um die Ziehwulst 26 herum gelenkt, wodurch
der Blechmaterialfluss gehemmt wird. Eine Rückhalteeinrichtung 25 ist
in kritischen Werkzeugbereichen angeordnet, in denen ansonsten das
Blechmaterial 18 unerwünscht leicht über
die Ziehkante 22 einlaufen würde, was nachteiligen
Einfluss auf das hergestellte Blechformteil hat. Das Tiefziehwerkzeug 10 kann
mehrere solcher Rückhalteeinrichtungen umfassen. Ergänzend
zu dem gezeigten Beispiel kann die Ziehwulst 26 als in der
Höhe variable Ziehwulst ausgebildet sein, um hierdurch
die Hemmung des Blechmaterialflusses während des Tiefziehvorgangs
beeinflussen zu können.
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Im
Niederhalter 14 ist gemäß der Darstellung linksseitig
der Rückhalteeinrichtung 25 ein in der Höhe
bewegliches Kraftstellelement 30 angeordnet. In Blechmaterialflussrichtung
ist das Kraftstellelement 30 nach der Rückhalteeinrichtung 25 und
vor dem Ziehspalt 24 angeordnet. Dieses Kraftstellelement 30 weist
eine Kontaktfläche 32 auf, die zwischen der Rückhalteeinrichtung 25 und
dem Ziehspalt 24 auf das Blechmaterial 18 unmittelbar eine
Kraft F in Normalenrichtung ausübt, um in diesem Bereich
eine lokale, definierte Reibkraft R zu erzeugen, wodurch der Blechmaterialfluss
direkt in diesem Bereich gehemmt wird.
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Der
Einsatz eines solchen Kraftstellelements 30 zwischen der
Rückhalteeinrichtung 25 und dem Ziehspalt 24 hat
den Vorteil, dass auf eine aufwändige Einarbeitung des
Tiefziehwerkzeugs, wie z. B. ein Tuschieren, in diesem Bereich verzichtet
werden kann und dennoch für das umzuformende Blechmaterial 18 eine
optimale Reibwirkung in diesem Bereich erzielt wird, was sich vorteilhaft
auf das herzustellende Blechformteil, wie z. B. dessen Zargenfestigkeit,
auswirkt. Da wegen des Kraftstellelements 30 während
des Tiefziehvorgangs auf das zwischen Niederhalter 14 und
Matrize 16 eingeklemmte Blechmaterial 18 selbst
dann noch eine Reibkraft einwirkt, wenn sich zu einem fortgeschrittenen
Zeitpunkt das äußere Ende des Blechmaterials 18 (so
genannter Flanschaußenrand) nahe des Ziehspalts 24 befindet, kann
im Ergebnis auf einen kleineren Platinenzuschnitt zurückgegriffen
werden, wodurch Blechmaterial 18 eingespart aber auch das
Tiefziehwerkzeug 10 insgesamt kleiner und leichter ausgelegt
werden kann. In Versuchen konnte z. B. eine umlaufende Verkleinerung
der Platine um 15 mm erreicht werden.
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Das
Kraftstellelement 30 ist mittels einer gummielastischen
Feder 34 kraftbeaufschlagt. Die gummielastische Feder 34 ist
zwischen einem Fußbereich des Kraftstellelements 30 und
einer als Widerlager dienenden Stützfläche 36 im
Niederhalter 14 angeordnet und kann dort z. B. klemmend
fixiert oder an das Kraftstellelement 30 angeschraubt sein. Die
gummielastische Feder 34 bewirkt ein gegenüber dem
Niederhalter 14 elastisches Ein- und Ausfedern des Kraftstellelements 30 in
Richtung der Kraft F, bzw. entgegen dieser Richtung. Dadurch wird
sichergestellt, dass während des Tiefziehvorgangs die Kontaktfläche 32 des
Kraftstellelements stets das umzuformende Blechmaterial 18 kontaktiert
und eine Kraft F (genau genommen eine Flächenpressung) auf
dieses ausübt. Eine Bewegung des Kraftstellelements 30 in
Richtung der Kraft F ist durch einen mechanischen Anschlag 38 begrenzt.
Zudem sind im Niederhalter 14 Führungsflächen 40 zur
Führung des Kraftstellelements 30 ausgebildet,
die mit korrespondierenden Führungsflächen 40a (vgl. 4)
am Kraftstellelement 30 zusammenwirken.
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Je
nach Größe und Anordnung des Kraftstellelements 30 können
mehrere gummielastischer Federn 34 vorgesehen sein. Abweichend
zu dem gezeigten Beispiel kann anstelle der gummielastischen Feder 34 auch
eine Gasdruckfeder oder eine Vielzahl von Gasdruckfedern vorgesehen
sein. Ferner ist auch eine pneumatische und/oder hydraulische Kraftbeaufschlagung
des Kraftstellelements 30 möglich, wozu z. B.
Pneumatik- und/oder Hydraulikzylinder (oder vergleichbare Einrichtungen)
in den Niederhalter 14 eingesetzt werden können.
Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, die Kraftaufbringung
mittels des Kraftstellelements 30 durch Vorgabe eines Kraftwertes
und/oder eines Stellwegs desselbigen zu steuern oder sogar zu regeln.
Abweichend zu dem gezeigten Beispiel kann das Kraftstellelement 30 ebenso
in der Matrize 16 angeordnet sein.
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Da
das umzuformende Blechmaterial 18, aufgrund des sich während
des Tiefziehvorgangs einstellenden Blechmaterialflusses, über
die Reibkopplung an der Kontaktfläche 32 auf das
Kraftstellelement 30 eine Querkraft und ein Kippmoment
ausübt, sind entsprechende Gegenmaßnahmen zu ergreifen.
Das Abfangen einer Querkraft und eines Kippmoments gelingt sehr
gut durch eine Abstützung des Kraftstellelements 30 am
Ziehstempel 12. Hierzu ist das Kraftstellelement 30 unmittelbar
benachbart zu einem Spalt 42 zwischen Niederhalter 14 und Ziehstempel 12 angeordnet
und mittels wenigstens einer Führungsplatte 44 oder
dergleichen, wie z. B. einer Bronzeplatte, abgestützt.
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3 zeigt
eine alternative Ausführungsform einer Rückhalteeinrichtung 25.
Diese ist hier in Form einer Ziehstufe ausgebildet, die das umzuformende
Blechmaterial 18 durchlaufen muss, wodurch der Blechmaterialfluss
gehemmt wird. Eine solche Ziehstufe lässt sich werkzeugtechnisch
einfacher als eine Ziehwulst-Ziehsicke-Kombination realisieren. Weiterhin
ist hier abweichend zum Beispiel der 2 die Führungsplatte 44 am
Ziehstempel 12 angeordnet. Hierzu ist der Ziehstempel 12 z.
B. mit einer Ausfräsung oder dergleichen versehen, in welche
die Führungsplatte 44 eingesetzt ist, was zu einem
sehr stabilen und robusten Werkzeugaufbau führt. Ferner kann
der Spalt 42 zwischen Niederhalter 14 und Ziehstempel 12 in
vorteilhafter Weise verringert und das Kraftstellelement 30,
bzw. dessen Kontaktfläche 32, vergrößert
werden. Eine solche Anordnung der Führungsplatte 44 lässt
sich auch am Beispiel der 2 umsetzen.
Ansonsten gelten für das Beispiel der 3 sinngemäß die
obigen Ausführungen zum Beispiel der 2.
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Alternativ
zu den beiden in 2 und 3 gezeigten
Beispielen kann eine Rückhalteeinrichtung auch anders gestaltet
werden, wozu auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen
wird.
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In
der Draufsicht auf den Niederhalter 14 (oder die Matrize 16)
korreliert die Länge des Kraftstellelements 30 mit
der Länge einer benachbarten Rückhalteeinrichtung 25.
D. h. das Kraftstellelement 30 erstreckt sich in etwa über
eine selbe Länge wie die benachbarte Rückhalteeinrichtung 25.
Das Kraftstellelement 30 kann aber auch mehrere Rückhalteeinrichtungen 25 überdecken,
z. B. falls diese punktuell ausgebildet sind. Das Kraftstellelement 30 kann jedoch
auch länger oder kürzer als die benachbarte Rückhalteeinrichtung 25 ausgebildet
sein. Das erfindungsgemäße Umformwerkzeug 10 kann
mehrere solcher Kraftstellelemente 30 aufweisen, die z.
B. an unterschiedlichen Positionen oder auch unmittel benachbart
zueinander angeordnet sein können. Falls mehrere Rückhalteeinrichtung 25 im
Tiefziehwerkzeug 10 umfasst sind, muss nicht jeder ein
benachbartes Kraftstellelement 30 aufweisen.
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4 zeigt
ein Kraftstellelement 30, wie dieses in den Tiefziehwerkzeugen 10 der 2 und 3 angeordnet
werden kann. Das Kraftstellelement 30 ist einteilig ausgebildet,
kann jedoch auch mehrteilig ausgebildet sein. Das Kraftstellelement 30 weist
eine hier lediglich beispielhaft konvex ausgebildete Kontaktfläche 32 auf.
Das Kraftstellelement 30 ist ferner mit einer zum mechanischen
Anschlag 38 (vgl. 2) korrespondierenden
Anschlagfläche 38a und mit einer zur Führungsfläche 40 im
Niederhalter 14 korrespondierenden Führungsfläche 40a ausgebildet.
Zudem können auch weitere Kontaktflächen am Niederhalter 14 und/oder
dem Kraftstellelement 30 als Führungsflächen
ausgebildet sein.
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Am
Fußbereich des Kraftstellelements 30 sind beispielhaft
zwei gummielastische Federn 34 angeordnet, z. B. angeschraubt.
Auf der in dieser Perspektive nicht sichtbaren Rückseite
des Kraftstellelements 30 ist die Führungsplatte 44 angeordnet,
z. B. angeschraubt, mittels derer sich das Kraftstellelement 30 während
des Tiefziehvorgangs gegen den nicht dargestellten Ziehstempel 12 relativbeweglich abstützt.
Wie oben im Zusammenhang mit 3 erläutert,
besteht auch die Möglichkeit, die Führungsplatte 44 am
Ziehstempel 12 anzuordnen. Zudem lassen sich diese Anordnungskonzepte
einer Führungsplatte 44 auch kombinieren.
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Zur
Befestigung des Kraftstellelements 30 am Niederhalter 14 sind
Langlöcher 46 vorgesehen, durch die ein nicht
näher dargestelltes Sicherungsmittel wie z. B. ein Sicherungsstift
oder eine Sicherungsschraube durchgreifen kann, wodurch eine längsbewegliche
Befestigung des Kraftstellelements 30 im Niederhalter 14 ermöglicht
wird.
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- 10
- Tiefziehwerkzeug
- 12
- Ziehstempel
- 14
- Niederhalter
- 16
- Matrize
- 18
- umzuformendes
Blechmaterial
- 20
- Öffnung
(in der Matrize)
- 22
- Ziehkante
- 24
- Ziehspalt
(Spalt zwischen Matrize und Ziehstempel)
- 25
- Rückhalteeinrichtung
- 26
- Ziehwulst
- 28
- Ziehsicke
- 30
- Kraftstellelement
- 32
- Kontaktfläche
(des Kraftstellelements)
- 34
- gummielastische
Feder
- 36
- Stützfläche,
Widerlager
- 38(a)
- mechanischer
Anschlag
- 40(a)
- Führungsfläche
- 42
- Spalt
zwischen Niederhalter und Ziehstempel
- 44
- Führungsplatte
- 46
- Langloch
- F
- Kraft
des Kraftstellelements
- P
- Relativbewegung
Ziehstempel/Matrize
- R
- Reibkraft
am Kraftstellelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2008/0184764
A1 [0005]